Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen eines Gründungselementes im Boden

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zum Erstellen eines Gründungselementes im Boden, insbesondere in einem Gewässergrund, bei welchem mittels eines Bohrwerkzeuges Bodenmaterial abgetragen und ein Bohrloch erstellt wird, in welches ein Pfahlrohr und ein aushärtbares Medium eingebracht werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Die Erfindung betrifft des Weiteren eines Vorrichtung zum Erstellen eines Gründungselementes im Boden, umfassend eine Bohreinrichtung mit einem Bohrwerkzeug zum Abtragen von Bodenmaterial unterhalb des Pfahlrohres, welches als ein Teil des Gründungselementes in den Boden einbringbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

[0003] Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung gehen aus der EP 23 22 724 A1 hervor. Mittels einer Unterwasser-Bohranordnung wird ein pfahlförmiges Gründungselement in einen Gewässergrund eingebracht. An dem rohrförmigen Gründungselement ist eine Bohreinrichtung angebracht, welche unterhalb des rohrförmigen Gründungselementes Boden abträgt und ein Bohrloch erstellt. Das abgetragene Bodenmaterial kann aus dem rohrförmigen Gründungselement abgepumpt und eine abbindbare Suspension in das Rohr eingebracht werden.

[0004] Die Tragfähigkeit eines derartigen Gründungselementes hängt maßgeblich von der Mantelreibung gegenüber dem umgebenden Boden ab. Insbesondere bei einem Gewässergrund kann sich ein relativ geringer Reibfaktor ergeben, so dass das Gründungselement entsprechend tief und damit aufwändig in den Boden einzubringen ist.

[0005] Aus der WO 2010/015799 A2 geht ein Verfahren zur Unterwassergründung hervor, bei welchem zunächst ein Bohrloch erstellt wird. In dieses kann ein durchmesserkleineres Gründungsrohr eingebracht werden, welches an seiner Innen- und Außenseite in eine aushärtbare Zementmasse eingebettet ist. Diese Zementmasse härtet dann zusammen mit dem Rohrelement zum Gründungselement aus.

[0006] Bei dem beschriebenen Verfahren wird das abgetragene Bodenmaterial aus dem Bohrloch in das umgebende Wasser ausgestoßen. Dies kann eine Umweltbeeinträchtigung darstellen. Darüber hinaus ist eine große Menge an Zementmasse erforderlich, um das Gründungselement zu bilden. Die Handhabung großer Zementmengen unter Wasser kann ebenfalls zu einer unerwünschten Umweltbeeinträchtigung führen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erstellen eines Gründungselementes im Boden, insbesondere in einem Gewässergrund, anzugeben, mit welchen ein Gründungselement mit hoher Tragfähigkeit effizient und zugleich möglichst umweltschonend erstellt werden kann.

[0008] Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrloch mit einem Bohrdurchmesser erstellt wird, welcher um einen vorgegebenen Betrag größer als ein Außendurchmesser des Pfahlrohres ist, wobei zwischen einer Bohrlochwandung und einer Außenseite des Pfahlrohres ein Ringraum gebildet wird, dass das abgetragene Bodenmaterial in einen Innenraum des Pfahlrohres gefördert wird, während der Ringraum im Wesentlichen frei von abgetragenem Bodenmaterial gehalten wird, und dass das aushärtbare Medium zum Verankern des Pfahlrohres im Boden in den Ringraum eingeleitet wird.

[0010] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zur Erzielung einer hohen Tragfähigkeit das Gründungselement in dem umgebenden Boden mittels eines aushärtbaren Mediums, insbesondere einer Zementmasse, verankert wird. Für diese hohe Tragfähigkeit ist es dabei nicht zwingend erforderlich, dass das gesamte Pfahlrohr mit dem aushärtbaren Medium oder Masse aufgefüllt wird. Vielmehr wird das aushärtbare Medium im Wesentlichen nur in den äußeren Ringraum eingeleitet, welcher zwischen der Außenseite des Pfahlrohres und der Bohrungswand des definiert größeren Bohrloches gebildet ist. Hierdurch wird ein Verbindungsmantel gebildet, der mit einem hohen Reibfaktor das Pfahlrohr im umgebenden Boden verankert. Der Verbrauch von aushärtbarem Medium kann so erheblich reduziert werden, was einerseits wirtschaftlich und andererseits umweltschonend ist. Zum Abschluss des Verfahrens kann aushärtbares Medium in den Fußbereich des Pfahlrohres eingeleitet werden, so dass ein stabiler Pfahlfuß gebildet wird. Ein darüber liegender Mittenbereich bleibt vorzugsweise frei von aushärtbarem Medium.

[0011] Dabei braucht das vom Bohrwerkzeug abgetragene Bodenmaterial nicht vollständig aus dem Bohrloch entfernt zu werden. Es besteht vielmehr die Möglichkeit, dass zumindest ein Teil des abgetragenen Bodenmateriales innerhalb des Pfahlrohres verbleibt. Unter Bohrwerkzeug im Sinne der Erfindung ist nicht allein ein rotierend angetriebenes Bohrwerkzeug, sondern grundsätzlich auch ein fräsenartiges Bohrwerkzeug, ein durch Hochdruckinjektion abtragendes Bohrwerkzeug, eine Kombination dieser Bohrwerkzeuge oder ein anderes Boden abtragendes Werkzeug zu verstehen.

[0012] Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das abgetragene Bodenmaterial mit einem Fluid, insbesondere Wasser, vermischt wird, welches in einen unteren Bereich des Bohrloches eingeleitet wird. Bei einer entsprechenden Verflüssigung des abgetragenen Bodenmaterials durch Zerkleinern und Vermischen mit einer Flüssigkeit kann dieses weitgehend ohne zusätzliche Fördereinrichtung, etwa einer Förderwendel, innerhalb des Pfahlrohres nach oben steigen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, das so in einen fließfähigen Zustand versetzte Bodenmaterial mittels einer Pumpeinrichtung abzupumpen. In bestimmten Fällen kann das Fluid auch ein aushärtbares Medium aufweisen.

[0013] Dabei ist es bevorzugt, dass das abgetragene und vermischte Bodenmaterial zumindest teilweise durch das Pfahlrohr aus dem Bohrloch gefördert wird. Bei einer Unterwasserbohrung kann das Bodenmaterial, soweit dies gestattet und umweltverträglich ist, über einen Austragsstutzen an das umgebende Wasser abgegeben werden.

[0014] Über eine entsprechende Leitung kann das abgetragene Bodenmaterial aber auch an Land oder zu einem Schiffskörper gefördert werden. Dabei ist es vorteilhaft, dass das abgetragene Bodenmaterial nicht mit dem aushärtbaren Medium kontaminiert ist. Dies erlaubt eine einfache Entsorgung.

[0015] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug mittels eines Bohrgestänges drehend angetrieben wird, welches innerhalb des Pfahlrohres angeordnet ist, und dass über das Bohrgestänge Fluid in den unteren Bereich des Bohrloches eingeleitet und/oder abgetragenes Bodenmaterial aus dem Bohrloch abgeführt wird. Es kann hierbei ein hohles Bohrgestänge eingesetzt werden, welches in seinem unteren Bereich eine oder mehrere Austrittsöffnungen zur Zuführung eines Fluides, insbesondere von Wasser, aufweist. Das Fluid kann dabei auch unter Druck zugeführt werden, so dass diese zur Bodenabtragung und/oder zur Vermischung des abgetragenen Bodenmaterials beiträgt.

[0016] Weiterhin ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass das aushärtbare Medium in einen unteren Bereich des Ringraumes eingeleitet wird. Hierzu können entlang des Pfahlrohres, insbesondere entlang der Innenseite des Pfahlrohres, eine oder mehrere Zuführleitungen vorgesehen sein. Diese münden in einen unteren Bereich des Ringraumes, so dass der erstellte Ringraum von unten mit dem aushärtbaren Medium, insbesondere einer Zementmasse, aufgefüllt werden kann.

[0017] Es können auch weitere Mündungen um den Umfang des Pfahlrohres und entlang der axialen Höhe des Pfahlrohres vorgesehen sein. Das Pfahlrohr ist insgesamt mit einem unteren ringförmigen Absatz derart ausgebildet, dass der Ringraum von dem Innenraum des Pfahlrohres, in welchem das abgetragene Bodenmaterial aufgenommen wird, dicht abgeschlossen ist. Auf diese Weise wird eine Kontamination des inneren abgetragenen Bodenmaterials durch das aushärtbare Medium vermieden. Gleichzeitig wird das aushärtbare Medium sparsam und effizient zum Verfüllen des Ringraumes eingesetzt. Es ist darauf hinzuweisen, dass Bodenmaterial von der Bohrungswand oder in gewissem Umfang auch von der Unterseite des Bohrloches in den Ringraum dringen kann oder ein derartiges Eindringen zumindest nie völlig ausgeschlossen werden kann. Allerdings wird das aushärtbare Medium in quantitativer Hinsicht in einem solchen Umfang zugeführt, dass auch bei Eindringen von Bodenmaterial eine hinreichende Aushärtung des Verankerungsmantels um das Pfahlrohr erreicht wird. Maßgeblich ist, dass das aushärtbare Medium nicht in das Innere des Pfahlrohres dringen kann und so zu einer unerwünschten Kontaminierung des abgetragenen Bodenmaterials im Innenraum des Pfahlrohres führt.

[0018] Ein besonders effizientes Verfahren wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass das Einbringen des Pfahlrohres, das Abtragen des Bodenmaterials, das Einleiten des Fluides und/oder das Einleiten des aushärtbaren Mediums gleichzeitig erfolgen. Insgesamt kann so ein schnelles Abteufen des Bohrloches und ein zügiges Errichten des Gründungselementes erreicht werden.

[0019] Weiterhin ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass zum Abtragen von Bodenmaterial innerhalb des Pfahlrohres eine Bohreinrichtung an dem Pfahlrohr festgelegt wird, welche eine Antriebseinrichtung zum drehenden Antreiben des Bohrwerkzeuges aufweist. Die an dem Pfahlrohr festlegbare Bohreinrichtung kann beispielsweise einen Tragrahmen aufweisen, welcher mittels Spann- oder Klemmeinrichtungen an dem Pfahlrohr festlegbar ist, und in welchem eine Antriebseinrichtung oder ein Drehmotor zum Antreiben eines Bohrgestänges aufgenommen ist. Die Bohreinrichtung kann beispielsweise innerhalb eines inneren Querschnitts des Pfahlrohres festgelegt werden, so dass sich die Bohreinrichtung und das Pfahlrohr gemeinsam abteufen lassen. Auch ist es möglich, ein teleskopierbares Bohrgestänge vorzusehen oder das Bohrgestänge gegenüber dem Tragrahmen axial verstellbar zu lagern, so dass ein unabhängiger axialer Vorschub des Bohrwerkzeuges und des Pfahlrohres erfolgen kann.

[0020] Eine besonders wirtschaftliche Verfahrensvariante wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass nach dem Verankern des Pfahlrohres im Boden abgetragenes Bodenmaterial innerhalb des Pfahlrohres verbleibt. Dabei wird also das abgetragene Bodenmaterial nicht oder nicht vollständig aus dem Pfahlrohr abgeführt. Vielmehr bleibt das abgetragene Bodenmaterial, welches zerkleinert und gegebenenfalls mit Flüssigkeit vermischt sein kann, innerhalb des Pfahlrohres zurück. Eine Verfestigung dieser Materialfüllung ist nicht notwendig, da die Tragfähigkeit des Gründungselementes maßgeblich von der Mantelreibung abhängt. Es können so die Kosten für das Abfördern des Bodenmaterials und eine eventuell damit verbundene Umweltbeeinträchtigung vermieden werden. Da das Bodenmaterial nicht mit aushärtbarem Medium kontaminiert ist, stellt dieses etwa bei Unterwasser-Gründungselementen auch langfristig keine Umweltbeeinträchtigung dar.

[0021] Grundsätzlich kann zum Erstellen des durchmessergrößeren Bohrloches ein besonderes Bohrwerkzeug mit radial ausstellbaren Abtragszähnen eingesetzt werden. Ein solches Bohrwerkzeug kann nach Abteufen des Bohrloches radial eingeklappt und durch das durchmesserkleinere Pfahlrohr nach oben rückgezogen werden. Im Hinblick auf den Einsatz kostenaufwändiger Spezialschiffe für Unterwasserbohrungen besteht eine wirtschaftliche Alternative darin, dass nach dem Abteufen des Bohrloches das Bohrgestänge von dem Bohrwerkzeug am unteren Ende des Pfahlrohres getrennt wird, wobei das Bohrwerkzeug als verlorenes Bohrwerkzeug im Boden verbleibt. Es kann so ein einfaches starres Bohrwerkzeug verwendet werden, welches als eine verlorene Bohrspitze an der Unterseite des Gründungselementes im Boden verbleibt.

[0022] Die eingangs genannte Aufgabe wird weiter durch eine Vorrichtung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bohrwerkzeug zum Erstellen eines Bohrloches mit einem Bohrdurchmesser ausgebildet ist, welcher um einen vorgegebenen Betrag größer als ein Außendurchmesser des Pfahlrohres ist, wobei zwischen der Bohrlochwandung und einer Außenseite des Pfahlrohres ein Ringraum gebildet ist, dass der Ringraum gegenüber dem Inneren des Pfahlrohres getrennt ist, und dass die Zuführeinrichtung für ein aushärtbares Medium vorgesehen ist, wobei die Zuführeinrichtung in den Ringraum mündet. Mit dieser Vorrichtung kann das zuvor beschriebene Verfahren durchgeführt und die genannten Vorteile erreicht werden.

[0023] Durch den durchgehenden Rohrkörper des Pfahlrohres und insbesondere durch eine Durchmessererweiterung, etwa durch einen Absatz, am unteren Ende des Pfahlrohres ist der Ringraum an der Außenseite des Pfahlrohres verfahrensmäßig vom Inneren des Pfahlrohres getrennt. Hierdurch wird erreicht, dass kein aushärtbares Medium von dem äußeren Ringraum in das Innere des Pfahlrohres gelangen kann. Ein Eindringen von Bodenmaterial in den Ringraum kann ebenfalls vermieden werden. Dies ist aber nicht störend, sofern die Festigkeit des gebildeten Verbindungsmörtels im Ringraum nicht nennenswert beeinträchtigt ist. Durch eine saubere Trennung wird ein effizienter Einsatz des aushärtbaren Mediums in den Innenraum sowie eine Vermeidung einer Kontaminierung des abgetragenen Bodenmaterials im Inneren des Pfahlrohres sichergestellt. Die Zuführeinrichtung mündet ausschließlich in den Ringraum, jedoch nicht in das Innere des Pfahlrohres.

[0024] Grundsätzlich kann das Bohrwerkzeug in herkömmlicher Weise durch eine Bohrvorrichtung außerhalb des Bohrloches, etwa auf einem Bohrschiff, betrieben werden. Bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass die Bohreinrichtung einen Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrwerkzeuges aufweist und dass der Bohrantrieb zum Einbringen in das Pfahlrohr und zum Festlegen in dem Pfahlrohr ausgebildet ist. Über eine entsprechende Spanneinrichtung kann der Bohrantrieb innerhalb des Pfahlrohres festgelegt werden. Die Bohreinrichtung kann auch Teil einer im Gewässer absenkbaren Unterwasserbohranlage sein.

[0025] Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug über ein Bohrgestänge von dem Bohrantrieb drehend angetrieben ist und dass zwischen dem Bohrwerkzeug und dem Bohrgestänge eine Mischeinrichtung zum Zerkleinern und/oder Vermischen des vom Bohrwerkzeug abgetragenen Bodenmaterials mit einem zugeführten Fluid, insbesondere Wasser, vorgesehen ist. Das Bohrwerkzeug und die Mischeinrichtung können gleichzeitig betrieben und insbesondere drehend angetrieben sein. Das Zuführen des aushärtbaren Mediums erfolgt gleichzeitig mit dem Betrieb des Bohrwerkzeuges. Zudem wird mit dem Abtragen von Bodenmaterial und dem entsprechenden axialen Vortrieb des Bohrwerkzeuges auch das Pfahlrohr in den Boden abgesenkt. Die Mischeinrichtung kann Mischblätter oder Mischflügel aufweisen, welche das abgetragene Bodenmaterial zusätzlich zerkleinern und mit einem zugeführten Fluid mischen, so dass das abgetragene Bodenmaterial insgesamt einen fließfähigen Zustand erreicht.

[0026] Die Mischeinrichtung kann insbesondere auch exzentrisch angeordnete Mischelemente aufweisen, wodurch der Vermischungs- und Zerkleinerungseffekt verstärkt werden kann.

[0027] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:

eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2:

einen Längsschnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3:

eine vergrößerte Querschnittsansicht gemäß dem Schnitt A-A von Fig. 1; und

Fig. 4:

eine vergrößerte Detaildarstellung des unteren Bereiches gemäß Fig. 2.

[0028] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist gemäß den Figuren 1 und 2 ein Pfahlrohr 10 auf, welches im Wesentlichen aus einem zylindrischen Grundkörper 12 gebildet ist. Am unteren Ende des zylindrischen Grundkörpers 12 ist ein durchmessergrößerer hülsenförmiger Absatz 16 ausgebildet, welcher einen Mischraum 18 aufnimmt.

[0029] Innerhalb eines Innenraumes 14 des Pfahlrohres 10 ist eine Bohreinrichtung 50 angeordnet. Die Bohreinrichtung 50 kann gegenüber der Innenseite des Pfahlrohres 10 festgespannt werden. Das Pfahlrohr 10 kann selbst in bekannter Weise an einer Bohranlage, insbesondere einer Unterwasserbohranlage, angeordnet sein. Das Pfahlrohr 10 kann über die nicht dargestellte Bohranlage drehfest oder auch drehend angetrieben sein. Während des Betriebes der Bohreinrichtung 50 steht das Pfahlrohr 10 still und kann anschließend nach dem Erstellen eines Abschnittes des Bohrloches axial nach unten in das Bohrloch nachgeschoben werden.

[0030] Von der Bohreinrichtung 50 erstreckt sich ein Bohrgestänge 26 axial nach unten zum freien Ende des Pfahlrohres 10. Unterhalb des Pfahlrohres 10 ist am Bohrgestänge 26 ein Bohrwerkzeug 20 angeordnet. Das Bohrwerkzeug 20 weist eine Förderwendel 24 auf, an dessen unteren Ende sind ausgehend von einem mittigen Piloten 22 entlang von Schneidkanten mehrere radial angeordnete Abtragszähne 23 angeordnet.

[0031] Zwischen dem Bohrwerkzeug 20 und dem Bohrgestänge 26 ist eine Mischeinrichtung 40 zwischengeschaltet, welche nachfolgend näher im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 erläutert wird.

[0032] Das Bohrgestänge 26 weist einen inneren Antriebsschaft 28 und einen diesen konzentrisch umgebenden äußeren Antriebsschaft 38 auf. Der innere Antriebsschaft 28 wird über einen Drehantrieb 54 einer Antriebseinrichtung 52 drehend angetrieben, wobei das Drehmoment vor dem inneren Antriebsschaft 28 auf das Bohrwerkzeug 20 übertragen wird. Unabhängig hiervon kann der äußere Antriebsschaft 38 über einen Mischantrieb 56 mit unterschiedlicher Drehrichtung und/oder Drehzahl angetrieben werden. Am unteren Ende des äußeren Antriebsschaftes 38 ist eine Mischeinrichtung 40 vorgesehen, durch welche abgetragenes Bodenmaterial mit zugeführtem Fluid vermengt wird.

[0033] Des Weiteren können der innere Antriebsschaft 28 und der äußere Antriebsschaft 38 als hohle Rohrelemente ausgebildet sein, so dass diese zum Einbringen eines Fluides in das Bohrloch eingesetzt werden können, wie nachfolgend näher erläutert wird.

[0034] Mit dem Bohrwerkzeug 20 wird ein Bohrloch mit einem Bohrdurchmesser erstellt, welcher dem Außendurchmesser des hülsenförmigen Absatzes 16 am unteren Ende des Pfahlrohres 10 in etwa entspricht. Auf diese Weise kann das Pfahlrohr 10 in das Bohrloch nachgeführt werden, ohne dass nennenswerte Mengen abgetragenen Bodenmateriales am Außenumfang des hülsenförmigen Absatzes 16 vorbei nach oben strömen können.

[0035] Gegenüber dem durchmessergrößeren hülsenförmigen Absatz 16 ist der zylindrische Grundkörper 12 des Pfahlrohres 10 durchmesserkleiner, so dass zwischen der Außenseite des zylindrischen Grundkörpers 12 und einer Bohrlochwandung 5 ein Ringraum 8 gebildet ist. Über eine Zuführeinrichtung 30 kann ein aushärtbares Medium, insbesondere eine Zementmasse, in den Ringraum 8 eingeleitet und dieser damit aufgefüllt werden. Hierzu weist die Zuführeinrichtung 30 eine Leitung 32 auf, welche sich von einer nicht dargestellten Pumpe entlang einer Innenseite des zylindrischen Grundkörpers 12 des Pfahlrohres 10 erstreckt. Über eine Krümmer 34 mündet die Zuführleitung 32 in den Ringraum 8, wie insbesondere Fig. 4 zu entnehmen ist.

[0036] Mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 wird der untere Endbereich der Vorrichtung 1 und des Pfahlrohres 10 näher beschrieben. Der hülsenförmige Absatz 16 ist über eine radiale Ringplatte 17 fluiddicht an dem Außenumfang des zylindrischen Grundkörpers 12 des Pfahlrohres 10 angeschlossen. Hierdurch wird der Ringraum 8, welcher zwischen der Bohrlochwandung 5 und dem Außenumfang des durchgehenden zylindrischen Grundkörpers 12 gebildet ist, dicht von einem Innenraum 14 des Pfahlrohres 10 abgeschlossen.

[0037] Unterhalb des hülsenförmigen Absatzes 16 ist mit gleichem Außendurchmesser das Bohrwerkzeug 20 mit Förderwendeln 24 und einem Piloten 22 angeordnet. Das Bohrwerkzeug 20 wird über den inneren Antriebsschaft 28 drehend angetrieben. Es wird Bodenmaterial abgetragen und durch die Förderwendeln 24 nach oben in einen Mischraum 18 gefördert, welcher innerhalb des hülsenförmigen Absatzes 16 ausgebildet ist. In dem Mischraum 18 ist eine Mischeinrichtung 40 angeordnet. Die Mischeinrichtung 40 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel drei mit gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete plattenförmige innere Mischelemente 42, welche an dem inneren Antriebsschaft 28 angebracht sind und mit diesem umlaufen.

[0038] Weiterhin umfasst die Mischeinrichtung 40 drei äußere, ebenfalls um 120° zueinander versetzt angeordnete plattenförmige äußere Mischelemente 44, welche drehfest mit dem äußeren Antriebsschaft 38 verbunden sind. Ein äußeres Mischelement 44 weist dabei eine obere Radialstrebe 46 und eine untere Radialstrebe 47 auf, welche über ein axiales Verbindungselement 45 fest miteinander verbunden sind. Die untere Radialstrebe 47 ist drehbar gegenüber dem inneren Antriebsschaft 28 gelagert. An einer Innenseite des Verbindungselementes 45 ist eine radial nach innen vorstehende Scherplatte 48 angeordnet.

[0039] Durch eine Relativdrehung der inneren Mischelemente 42 und der äußeren Mischelemente 44, welche insbesondere gegeneinander drehen, wird das von den Förderwendeln 24 zugeförderte abgetragene Bodenmaterial weiter zerkleinert und mit Flüssigkeit vermischt, welche über Fluidleitungen 58 im Inneren des Bohrgestänges 26 zugeleitet wird. Die Fluidleitungen 58 sind dabei insbesondere im Zwischenraum zwischen dem inneren Antriebsschaft 28 und dem äußeren Antriebsschaft 38 angeordnet und weisen radial seitliche und nach unten gerichtete Austrittsöffnungen zum Eindüsen von Flüssigkeit auf. Gleichzeitig kann über den verbliebenen Ringraum zwischen den zwei Antriebsschäften Flüssigkeit direkt nach unten zugefördert werden. Das Vermischen und Verflüssigen des abgetragenen Bodenmaterials wird zusätzlich durch einen radial nach innen ragenden Ringvorsprung 60 verbessert, durch welchen das abgetragene Bodenmaterial radial nach innen in den Mischraum 18 gezwungen wird. Das so zerkleinerte und vermischte Bodenmaterial wird durch die Wirkung der Förderwendeln 24 und die Zuführung von Flüssigkeit nach oben in den Innenraum 14 des Pfahlrohres 10 verdrängt.

[0040] Dicht abgetrennt von dem Innenraum 14 ist der Ringraum 8 zwischen der Bohrlochwandung 5 und dem zylindrischen Grundkörper 12. Die Abtrennung dieser beiden Verfahrensräume voneinander kann noch grundsätzlich dadurch gesteigert werden, dass der Druck in den beiden Verfahrensräumen durch Steuerung der entsprechenden Füllstände gesteuert wird. So wird über die Zuführleitung 32 und den Krümmer 34 am unteren Ende des Ringraumes 8 ein aushärtbares Medium in den Ringraum eingeleitet. Das aushärtbare Medium, insbesondere eine Zementmasse, härtet nach Abteufen des Bohrloches und Einbringen des Pfahlrohres 10 in das Bohrloch aus, so dass hierdurch zum Bilden des Gründungselementes ein fester Verbindungsmantel zwischen der Bohrlochwandung 5 und dem Pfahlrohr 10 geschaffen wird.

[0041] Ein Druck im Innenraum 14 kann über eine Füllhöhe des abgetragenen und vermischten Bodenmaterials im Innenraum 14 gesteuert werden. Die Füllhöhe kann insbesondere mittels einer nicht dargestellten Pumpe eingestellt werden. Grundsätzlich kann dabei der Druck im Innenraum 14 höher als im Ringraum 18 sein, so dass ein Austreten des aushärtbaren Mediums aus dem Ringraum 8 in den Innenraum 14 besonders zuverlässig vermieden wird. Damit ist sichergestellt, dass das abgetragene Bodenmaterial im Innenraum 14 nicht mit aushärtbarem Medium kontaminiert wird und somit teuer entsorgt werden muss. Vorzugsweise ist der Druck im Ringraum 8 höher als im Innenraum 14, wodurch einem Eindringen von Bodenmaterial in den Ringraum 8 entgegengewirkt wird.

[0042] Nach Aushärten des Verbindungsmantels im Ringraum 8 kann zerkleinertes und/oder verflüssigtes Bodenmaterial in einem nicht ausgehärteten Zustand im Innenraum 14 des Pfahlrohres 10 verbleiben. Denn selbst bei einer Unterwassergründung stellt das gelöste, nicht mit aushärtbarer Masse kontaminierte Bodenmaterial keine Umweltbeeinträchtigung dar. Zum Bilden des Gründungselementes verbleibt das Pfahlrohr 10 und das Bohrwerkzeug 20 im Boden, während das Bohrgestänge 26 einschließlich der Mischeinrichtung 40 geborgen wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Erstellen eines Gründungselementes im Boden, insbesondere in einem Gewässergrund, bei welchem mittels eines Bohrwerkzeuges (20) Bodenmaterial abgetragen und ein Bohrloch erstellt wird, in welches ein Pfahlrohr (10) und ein aushärtbares Medium eingebracht werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrloch mit einem Bohrdurchmesser erstellt wird, welcher um einen vorgegebenen Betrag größer als ein Außendurchmesser des Pfahlrohres (10) ist, wobei zwischen einer Bohrlochwandung (5) und einer Außenseite des Pfahlrohres (10) ein Ringraum (8) gebildet wird,
dass das abgetragene Bodenmaterial in einen Innenraum (14) des Pfahlrohres (10) gefördert wird, während der Ringraum (8) im Wesentlichen frei von abgetragenen Bodenmaterial gehalten wird, und
dass das aushärtbare Medium zum Verankern des Pfahlrohres (10) im Boden in den Ringraum (8) eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das abgetragene Bodenmaterial mit einem Fluid, insbesondere Wasser, vermischt wird, welches in einen unteren Bereich des Bohrloches eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das abgetragene und vermischte Bodenmaterial zumindest teilweise durch das Pfahlrohr (10) aus dem Bohrloch gefördert wird.

4. Verfahren nach einen dem Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrwerkzeug (20) mittels eines Bohrgestänges (26) drehend angetrieben wird, welches innerhalb des Pfahlrohres (10) angeordnet ist, und dass über das Bohrgestänge (26) Fluid in den unteren Bereich des Bohrloches eingeleitet und/oder abgetragenes Bodenmaterial aus dem Bohrloch abgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das aushärtbare Medium in einen unteren Bereich des Ringraumes (8) eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einbringen des Pfahlrohres (10), das Abtragen des Bodenmaterials, das Einleiten des Fluides und/oder das Einleiten des aushärtbaren Mediums gleichzeitig erfolgen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Abtragen von Bodenmaterial innerhalb des Pfahlrohres (10) eine Bohreinrichtung (50) an dem Pfahlrohr (10) festgelegt wird, welche eine Antriebseinrichtung (52) zum drehenden Antreiben des Bohrwerkzeugs (20) aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Verankern des Pfahlrohres (10) im Boden abgetragenes Bodenmaterial innerhalb des Pfahlrohres (10) verbleibt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Abteufen des Bohrloches das Bohrgestänge (26) von dem Bohrwerkzeug (20) am unteren Ende des Pfahlrohres (10) getrennt wird, wobei das Bohrwerkzeug (20) als verlorenes Bohrwerkzeug (20) im Boden verbleibt.

10. Vorrichtung zum Erstellen eines Gründungselementes im Boden, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eine Bohreinrichtung (50) mit einem Bohrwerkzeug (20) zum Abtragen von Bodenmaterial unterhalb eines Pfahlrohres (10), welches als ein Teil des Gründungselementes in den Boden einbringbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrwerkzeug (20) zum Erstellen eines Bohrloches mit einem Bohrdurchmesser ausgebildet ist, welcher um einen vorgegebenen Betrag größer als ein Außendurchmesser des Pfahlrohres (10) ist, wobei zwischen der Bohrlochwandung (5) und einer Außenseite des Pfahlrohres (10) ein Ringraum (8) gebildet ist,
dass der Ringraum (8) gegenüber dem Inneren des Pfahlrohres (10) abgetrennt ist und
dass eine Zuführeinrichtung (30) für ein aushärtbares Medium vorgesehen ist, wobei die Zuführeinrichtung (30) in den Ringraum (8) mündet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bohreinrichtung (50) einen Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrwerkzeuges (20) aufweist und
dass der Drehantrieb (54) zum Einbringen in das Pfahlrohr (10) und zum Festlegen in dem Pfahlrohr (10) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrwerkzeug (20) über ein Bohrgestänge (26) von dem Drehantrieb (54) drehend angetrieben ist und
dass zwischen dem Bohrwerkzeug (20) und dem Bohrgestänge (26) eine Mischeinrichtung (40) zum Zerkleinern und/oder Vermischen des vom Bohrwerkzeug (20) abgetragenen Bodenmaterials mit einem zugeführten Fluid, insbesondere Wasser, vorgesehen ist.

Claims

1. Method for producing a foundation element in the ground, in particular in the bed of a body of water, in which ground material is removed by means of a drilling tool (20) and a borehole is produced, into which a pile tube (10) and a hardenable medium are introduced,
characterized in that
the borehole is produced with a drilling diameter which is, by a specified amount, larger than an external diameter of the pile tube (10), wherein an annular space (8) is formed between a borehole wall (5) and an external face of the pile tube (10),
in that the removed ground material is conveyed into an internal space (14) of the pile tube (10) while the annular space (8) is kept substantially free of removed ground material, and
in that the hardenable medium is fed into the annular space (8) in order to anchor the pile tube (10) in the ground.

2. Method according to claim 1,
characterized in that
the removed ground material is mixed with a fluid, in particular water, which is fed into a lower area of the borehole.

3. Method according to claim 2,
characterized in that
the removed and mixed ground material is conveyed at least partially through the pile tube (10) out of the borehole.

4. Method according to any one of claims 1 to 3,
characterized in that
the drilling tool (20) is driven in a rotating manner by means of a drill rod (26) which is arranged inside the pile tube (10), and
in that via the drill rod (26) fluid is fed into the lower area of the borehole and/or removed ground material is discharged from the borehole.

5. Method according to any one of claims 1 to 4,
characterized in that
the hardenable medium is fed into a lower area of the annular space (8).

6. Method according to any one of claims 1 to 5,
characterized in that
the introduction of the pile tube (10), the removal of the ground material, the feeding-in of the fluid and/or the feeding-in of the hardenable medium take place simultaneously.

7. Method according to any one of claims 1 to 6,
characterized in that
for removal of ground material inside the pile tube (10) a drilling means (50) is secured on the pile tube (10) which has a drive means (52) for driving the drilling tool (20) in a rotating manner.

8. Method according to any one of claims 1 to 7,
characterized in that
after anchoring the pile tube (10) in the ground, removed ground material remains inside the pile tube (10).

9. Method according to any one of claims 4 to 8,
characterized in that
after sinking of the borehole the drill rod (26) is separated from the drilling tool (20) at the lower end of the pile tube (10), wherein the drilling tool (20) remains in the ground as a lost drilling tool (20).

10. Device for producing a foundation element in the ground, in particular according to a method according to any one of claims 1 to 9, comprising a drilling means (50) with a drilling tool (20) for removing ground material below a pile tube (10) which can be introduced into the ground as part of the foundation element,
characterized in that
for the production of a borehole the drilling tool (20) is designed with a drilling diameter which is, by a specified amount, larger than an external diameter of the pile tube (10), wherein an annular space (8) is formed between the borehole wall (5) and an external face of the pile tube (10),
in that the annular space (8) is separated from the interior of the pile tube (10) and in that a supply means (30) for a hardenable medium is provided, wherein the supply means (30) leads into the annular space (8).

11. Device according to claim 10,
characterized in that
the drilling means (50) has a rotary drive for driving the drilling tool (20) in a rotating manner and
in that the rotary drive (54) is designed for introduction into the pile tube (10) and for being secured in the pile tube (10).

12. Device according to claim 11,
characterized in that
the drilling tool (20) is driven in a rotating manner via a drill rod (26) by the rotary drive (54) and
in that between the drilling tool (20) and the drill rod (26) a mixing means (40) is provided for crushing and/or mixing the ground material removed by the drilling tool (20) with a supplied fluid, in particular water.

Revendications

1. Procédé pour réaliser un élément de fondation dans le sol, en particulier au fond de l'eau, par lequel du matériau de sol est excavé au moyen d'un outil de forage (20) et un trou de forage est réalisé, dans lequel un pieu tubulaire (10) et un milieu durcissable sont introduits,
caractérisé
en ce que le trou de forage est réalisé avec un diamètre de forage qui est plus grand d'une valeur prédéfinie qu'un diamètre extérieur du pieu tubulaire (10), un espace annulaire (8) étant formé entre une paroi de trou de forage (5) et un côté extérieur du pieu tubulaire (10), en ce que le matériau de sol excavé est transporté dans un espace intérieur (14) du pieu tubulaire (10), tandis que l'espace annulaire (8) est maintenu essentielement sans matériau de sol excavé, et
en ce que le milieu durcissable servant à ancrer le pieu tubulaire (10) dans le sol est acheminé à l'intérieur de l'espace annulaire (8).

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
le matériau de sol excavé est mélangé à un fluide, en particulier à de l'eau, lequel est acheminé dans une zone inférieure du trou de forage.

3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que
le matériau de sol excavé et mélangé est transporté au moins en partie en dehors du trou de forage par le pieu tubulaire (10).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé
en ce que l'outil de forage (20) est entraîné en rotation au moyen d'un train de tiges (26), qui est disposé à l'intérieur du pieu tubulaire (10), et
en ce que respectivement par l'intermédiaire du train de tiges (26), du fluide est acheminé dans la zone inférieure du trou de forage et/ou le matériau de sol excavé est évacué du trou de forage.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé
en ce que le milieu durcissable est acheminé dans une zone inférieure de l'espace annulaire (8).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que
l'introduction du pieu tubulaire (10), l'excavation du matériau de sol, l'acheminement du fluide et/ou l'acheminement du milieu durcissable sont effectués de manière simultanée.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que
un système de forage (50) est fixé au niveau du pieu tubulaire (10) afin d'excaver du matériau de sol à l'intérieur du pieu tubulaire (10), lequel système de forage présente un système d'entraînement (52) pour entraîner en rotation l'outil de forage (20).

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que
du matériau de sol excavé reste à l'intérieur du pieu tubulaire (10) après l'ancrage du pieu tubulaire (10) dans le sol.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8,
caractérisé en ce que
le train de tiges (26) est séparé de l'outil de forage (20) au niveau de l'extrémité inférieure du pieu tubulaire (10) après le forage du trou de forage, l'outil de forage (20) restant, en tant qu'outil de forage (20) perdu, dans le sol.

10. Dispositif pour réaliser un élément de fondation dans le sol, en particulier selon un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant un système de forage (50) pourvu d'un outil de forage (20) servant à excaver du matériau de sol en dessous d'un pieu tubulaire (10), qui peut être introduit, en tant qu'une partie de l'élément de fondation, dans le sol,
caractérisé
en ce que l'outil de forage (20) servant à réaliser un trou de forage est réalisé avec diamètre de forage, qui est plus grand d'une valeur prédéfinie que le diamètre extérieur du pieu tubulaire (10), un espace annulaire (8) étant formé entre la paroi de trou de forage (5) et un côté extérieur du pieu tubulaire (10),
en ce que l'espace annulaire (8) est isolé par rapport à l'intérieur du pieu tubulaire (10), et en ce qu'un système d'amenée (30) pour un milieu durcissable est prévu,
le système d'amenée (30) débouchant dans l'espace annulaire (8).

11. Dispositif selon la revendication 10,
caractérisé
en ce que le système de forage (50) présente un entraînement en rotation servant à entraîner en rotation l'outil de forage (20), et
en ce que l'entraînement en rotation (54) est réalisé afin d'être introduit dans le pieu tubulaire (10) et afin d'être fixé dans le pieu tubulaire (10).

12. Dispositif selon la revendication 11,
caractérisé
en ce que l'outil de forage (20) est entraîné en rotation par l'entraînement en rotation (54) par l'intermédiaire d'un train de tiges (26), et
en ce qu'un système de mélange (40) servant à fragmenter le matériau de sol excavé par l'outil de forage (20) et/ou à le mélanger avec un fluide amené, en particulier de l'eau, est prévu entre l'outil de forage (20) et le train de tiges (26).

Zeichnung