Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bodenpfählen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bodenpfählen mit erweiterten Pfahlköpfen mit den Verfahrensschritten: Abteufen des Erweiterungswerkzeugs 9 bis zu einer ersten Tiefe T1, Abteufen des Bohrwerkzeugs 7 bis zu einer zweiten Tiefe T2, welche unterhalb der ersten Tiefe T1 liegt, wobei der Außendurchmesser D7des Bohrwerkzeugs 7 kleiner ist als der Außendurchmesser D9 des Erweiterungswerkzeugs 9, wobei die Drehgeschwindigkeit des Erweiterungswerkzeugs 9, beim Abteufen des Bohrwerkzeugs 7 von der ersten Tiefe T1 zur zweiten Tiefe T2 reduziert wird; Ziehen der Werkzeuge 7, 9 aus dem Boden 3 unter Ausbringung von Suspension, wobei die Suspension einen von den Werkzeugen 7, 9 gebildeten Hohlraum ausfüllt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die ein Bohrwerkzeug 7 mit einem ersten Drehantrieb 14 und ein Erweiterungswerkzeug 9 mit einem Rohrkörper 26 und einem zweiten Drehantrieb 23 aufweist, wobei das Bohrwerkzeug 7 in dem Rohrkörper 26 des Erweiterungswerkzeugs 9 längsbeweglich geführt ist,.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Bodenpfählen mit erweiterten Pfahlköpfen.

[0002] Aus der DE 699 28 848 T2 ist eine Vorrichtung zum Ausbilden eines vergrößerten Kopfes in einem lokal gegossenen Pfahl bekannt. Die Vorrichtung weist einen Kragen auf, der lösbar an ein unteres Ende einer kontinuierlichen Gewindeschraube angepasst wird. Anschließend wird das Pfahlwerkzeug mit dem Kragen in den Boden eingebracht. Danach wird der Kragen von dem Pfahlwerkzeug entkoppelt, wobei das Pfahlwerkzeug dann ohne Kragen weiter in den Boden bis zum Erreichen der gewünschten Tiefe eingebracht wird. Anschließend wird das Pfahlwerkzeug bei gleichzeitiger Zuführung von Beton oder Mörtel zunächst bis an das untere Ende des Kragens und dann gemeinsam mit dem Kragen weiter zurückgezogen, während Beton zugeführt wird, um den Hohlraum auszufüllen.

[0003] Aus der EP 1 283 307 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen von vergrößerten Pfahlköpfen auf vorgegossenen Bodenpfählen bekannt. Hierfür wird mittels eines Kopfformwerkzeugs in den Boden bis zu einer gewünschten Tiefe eingebracht. Anschließend wird der vorgefertigte Bodenpfahl in den Boden bis auf eine Tiefe eingebracht, die unterhalb der des vom Kopfwerkzeug geformten Hohlraums liegt, und der Hohlraum mit Beton oder Mörtel vergossen, um einen gegenüber dem Bodenpfahl vergrößerten Kopf herzustellen.

[0004] Aus der EP 1 698 731 A1 ist ein Bohrwerkzeug zur Baugrundverbesserung durch Materialsäulen im Boden bekannt. Die in den Boden eingebrachten Säulen haben jeweils einen unteren abgebundenen Säulenabschnitt aus abbindbarem Material wie Mörtel oder Zement und einen oberen verdichteten Säulenabschnitt aus rolligem Material wie Schotter. Beim Herstellen des unteren Säulenabschnitts wird ein Hohlwerkzeug unter Verdrängung des Bodens niedergebracht und das abbindbare Material beim Ziehen des Hohlwerkzeugs aus diesem heraus in das Bohrloch eingebracht.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Bodenpfählen mit erweiterten Pfahlköpfen vorzuschlagen, das schnell und effizient durchführbar ist. Die Aufgabe besteht weiter darin, eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, mit der Bodenpfähle mit erweiterten Pfahlköpfen schnell und einfach herstellbar sind.

[0006] Die Lösung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von Bodenpfählen mit erweiterten Pfahlköpfen mittels einer Vorrichtung, die ein Bohrwerkzeug mit einem ersten Außendurchmesser und einem ersten Drehantrieb sowie ein Erweiterungswerkzeug mit einem zweiten Außendurchmesser und einem zweiten Drehantrieb aufweist, wobei der erste Außendurchmesser kleiner ist als der zweite Außendurchmesser, und wobei das Bohrwerkzeug in einem Rohrkörper des Erweiterungswerkzeugs längsbeweglich geführt ist, mit den Verfahrensschritten: Abteufen des Erweiterungswerkzeugs unter drehendem Antrieb bis zu einer ersten Tiefe T1; Abteufen des Bohrwerkzeugs unter drehendem Antrieb bis zu einer zweiten Tiefe T2, welche unterhalb der ersten Tiefe T1 liegt, wobei die Drehgeschwindigkeit des Erweiterungswerkzeugs beim Abteufen des Bohrwerkzeugs von der ersten Tiefe T1 zur zweiten Tiefe T2 reduziert wird; und Ziehen des Bohrwerkzeugs und des Erweiterungswerkzeugs aus dem Boden unter Ausbringung von Suspension, wobei die Suspension einen von den Werkzeugen beim Ziehen gebildeten Hohlraum ausfüllt.

[0007] Der Vorteil besteht darin, dass sich mit dem Verfahren Bodenpfähle mit erweiterten Pfahlköpfen in einem Arbeitsgang schnell und auf einfache Weise herstellen lassen. Der Kopf des hergestellten Pfahls hat einen größeren Durchmesser als die Hauptsäule. Auf diese Weise wird die beispielsweise von einem Fundament eines Gebäudes in den Bodenpfahl eingeleitete Kraft auf eine größere Fläche verteilt, so dass die punktuelle Belastung an dem auf dem Bodenpfahl lastenden Bauwerk beziehungsweise der Bodenplatte oder dem Fundament reduziert ist. Beide Werkzeuge können aufgrund der separaten Drehantriebe unabhängig voneinander in den Boden auf individuelle Tiefen abgeteuft werden, so dass sich ein hohes Maß an Flexibilität bei der Erstellung der Bodenpfähle ergibt. Insbesondere kann die Tiefe des erweiterten Pfahlkopfes individuell eingestellt werden, und zwar durch entsprechendes Absenken des Erweiterungswerkzeugs. Der erste Drehantrieb, der auch als Hauptantrieb bezeichnet werden kann, und der zweite Drehantrieb, der auch als Sekundärantrieb bezeichnet werden kann, sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Das Abteufen des Erweiterungswerkeugs und des Bohrwerkzeugs kann somit gemeinsam erfolgen, wobei durch entsprechendes Steuern der Drehantriebe die jeweiligen Abteuftiefen einstellbar sind.

[0008] Nach einer bevorzugten Verfahrensführung wird das Erweiterungswerkzeug vorschubantriebslos, allein durch drehenden Antrieb des zugehörigen Drehantriebs, abgeteuft. Hiermit ist gemeint, dass kein separater Linearantrieb vorgesehen ist, um das Erweiterungswerkzeug in den Boden einzubringen. Vielmehr erfolgt das Einbringen in den Boden aufgrund des Eigengewichts des Erweiterungswerkzeugs in Kombination mit der Drehbewegung des Werkzeugs. Bei Erreichen der gewünschten Tiefe für den erweiterten Säulenkopf wird die Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs reduziert, insbesondere auf Null reduziert. Durch das Stoppen der Drehbewegung bohrt sich das Erweiterungswerkzeug nicht weiter in den Boden hinein, sondern verharrt in der erreichten Tiefe T1.

[0009] Für eine effiziente und zeitsparende Durchführung ist es günstig, wenn das Bohrwerkzeug und das Erweiterungswerkzeug bis zur ersten Tiefe T1 gemeinsam abgeteuft werden. Hiermit ist gemeint, dass die beiden Werkzeuge zumindest teilweise mit zeitlicher Überlappung abgesenkt werden. Beim Absenken werden das Bohrwerkzeug und das Erweiterungswerkzeug vorzugsweise in derselben Drehrichtung und/oder vorzugsweise mit derselben Drehzahl angetrieben. Beispielsweise können das Bohrwerkzeug und das Erweiterungswerkzeug bis zum Erreichen der ersten Tiefe T1 jeweils mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 30 Umdrehungen pro Minute angetrieben werden.

[0010] Nach einer bevorzugten Verfahrensführung verbleibt das Erweiterungswerkzeug beim weiteren Abteufen des Bohrwerkzeugs von der ersten Tiefe T1 bis zur zweiten Tiefe T2 in der abgesenkten Stellung (Tiefe T1), und wird dann, wenn das Bohrwerkzeug die erste Tiefe T1 beim Ziehen wieder erreicht, zusammen mit diesem weiter nach oben gezogen. Beim Ziehen steht das Erweiterungswerkzeug still, das heißt es wird nicht drehend angetrieben, so dass der zwischen den Schneckengängen befindliche Boden mit ausgehoben wird. Hierdurch entsteht im Boden ein Hohlraum mit erweitertem Durchmesser D1 entsteht. Dabei entspricht der Durchmesser D1 des ersten Hohlraums, welcher später den erweiterten Säulenkopf bildet, etwa dem größten Außendurchmesser D9 des Erweiterungswerkzeugs.

[0011] Vorzugsweise wird das Erweiterungswerkzeug an das Bohrwerkzeug derart angekoppelt, dass das Bohrwerkzeug beim Ziehen von der Tiefe T2 nach oben und Erreichen der Tiefe T1 das Erweiterungswerkzeug mitnimmt und beide Werkzeuge gemeinsam aus dem Boden gezogen werden. Die längenmäßige Koppelung der beiden Werkzeuge erfolgt insbesondere mittels einer Kette, deren eines Ende direkt oder indirekt mit dem Erweiterungswerkzeug verbunden ist und deren anderes Ende direkt oder indirekt mit dem Bohrwerkzeug verbunden ist. Dabei kann eine indirekte Verbindung beispielsweise über den jeweiligen Drehantrieb oder Schlitten erfolgen. Die Länge der Kette ist so eingestellt, dass sich diese beim Ziehen des Bohrwerkzeugs und bei Erreichen der ersten Tiefe T1 strafft, so dass beim weiteren Ziehen das Erweiterungswerkzeug gemeinsam mit dem Bohrwerkzeug nach oben bewegt wird.

[0012] Die Suspension enthält vorzugsweise Wasser und ein hydraulisches Bindemittel wie Beton oder Zement. Durch Aushärten des Bindemittels entsteht der Bohrpfahl mit einem unteren Säulenteil mit Durchmesser D2 und einem oberen Säulenteil mit Durchmesser D1 und Länge L1, welche der Abteuftiefe T1 entspricht.

[0013] Die Lösung der oben genannten Aufgabe besteht weiter in einer Vorrichtung zum Herstellen von Pfahlköpfen im Boden, umfassend: ein Bohrwerkzeug mit einem Rohrkörper und einer Bohrkrone, wobei das Bohrwerkzeug eine verschließbare Auslassöffnung am unteren Ende aufweist, einen ersten Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrwerkzeugs; ein Erweiterungswerkzeug mit einem Rohrkörper, wobei das Bohrwerkzeug in dem Rohrkörper des Erweiterungswerkzeugs längsverschiebbar geführt ist, einen zweiten Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Erweiterungswerkzeugs; wobei das Bohrwerkzeug und das Erweiterungswerkzeug unabhängig voneinander drehend antreibbar sind.

[0014] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Erweiterungswerkzeug und einem in diesem aufgenommenen und unabhängig von diesem antreibbaren Bohrwerkzeug ergeben sich die im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren genannten Vorteile, auf die insofern Bezug genommen wird. Die Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine effiziente Herstellung von Bodensäulen mit erweiterten Säulenköpfen in einem Arbeitsgang, ohne Umrüsten.

[0015] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Erweiterungswerkzeug über Verbindungsmittel mit dem Bohrwerkzeug gekoppelt. Die Verbindungsmittel können eine Kette aufweisen, die mit einem ersten Ende zumindest mittelbar mit dem Erweiterungswerkzeug und mit einem zweiten Ende zumindest mittelbar mit dem Bohrwerkzeug befestigt ist. Mit der Formulierung "zumindest mittelbar" soll als Möglichkeit mit eingeschlossen sein, dass die Kette direkt oder indirekt mit dem Erweiterungswerkzeug beziehungsweise dem Bohrwerkzeug verbunden ist, beispielsweise mit dem jeweiligen Drehantrieb oder mit einem Schlitten, an dem der Drehantrieb für das jeweilige Werkzeug am Mast verschiebbar gehalten ist. Die Kopplung der beiden Werkzeuge ermöglicht während des Ziehens in vorteilhafter Weise, dass das Bohrwerkzeug das Erweiterungswerkzeug bei Erreichen der Tiefe T1 mitnimmt. Ferner wird beim Abteufen ein weiteres Absenken des Bohrwerkzeugs gegenüber dem Erweiterungswerkzeug ab Erreichen der Tiefe T1 ermöglicht.

[0016] Das Erweiterungswerkzeug ist vorzugsweise in Form eines Schneckendrehbohrgeräts gestaltet. Beim Eindrehen des Schneckendrehbohrgeräts in den Boden füllt sich die Bohrschnecke mit Bohrgut, welches dann beim Ziehen ausgehoben wird. Auf diese Weise entsteht ein Hohlraum, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser der Bohrschnecke entsteht. Die Bohrschnecke ist außen auf dem Rohrkörper des Werkzeugs angebracht. Der Rohrkörper wird von dem Bohrwerkzeug durchdrungen.

[0017] Dabei sind die Größenverhältnisse der beiden Werkzeuge so aufeinander abgestimmt, dass das Bohrwerkzeug durch den Rohrkörper des Erweiterungswerkzeugs mit Radialspiel hindurch geführt werden kann. Dabei ist es günstig, wenn das Verhältnis zwischen größtem Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs zu Innendurchmesser des Rohrkörpers des Erweiterungswerkzeugs größer 0,9 ist. Auf diese Weise ist nur ein geringes Radialspiel zwischen Innenrohr Erweiterungswerkzeug und Außenflächen des Bohrwerkzeugs gegeben, womit eine gute Führung des Bohrwerkzeugs bewirkt wird. Der Erweiterungs-Rohrkörper kann beispielsweise einen Innendurchmesser von 300 mm bis 500 mm aufweisen, insbesondere von etwa 400 mm. Ein größter Außendurchmesser der Bohrschnecke kann beispielsweise zwischen 500 mm und 900 mm liegen. Je größer die Differenz zwischen Innendurchmesser des Rohres und Außendurchmesser der Bohrschnecke, desto größer ist auch das Verhältnis des Kopfdurchmessers zum Durchmesser des Säulenschafts des herzustellenden Bodenpfahls.

[0018] Das Bohrwerkzeug ist vorzugsweise in Form eines Verdrängerdrehbohrgeräts gestaltet, mit dem der anstehende Boden beim Abteufen verdrängt wird. Durch das Verdrängen des Bodens wird eine besonders gute Verbindung zwischen dem anstehenden Boden und dem Säulenkörper erreicht. Das Bohrwerkzeug hat an seinem Ende eine Bohrkrone und eine Auslassöffnung, die mittels eines steuerbaren Verschlussteils wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Bei Erreichen der gewünschten Endtiefe wird die Auslassöffnung geöffnet und Bindemittelsuspension in den gebildeten Hohlraum eingefüllt, während das Bohrwerkzeug nach oben gezogen wird. Das Bohrwerkzeug weist oberhalb des Bohrmeißels vorzugsweise einen ersten Schneckengang und einen hierzu entgegengesetzten zweiten Schneckengang auf. Ein größter Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs kann zwischen 300 mm bis 500 mm liegen und insbesondere etwa 380 mm betragen.

[0019] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:

Figur 1

ein Bohrgerät mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Bodenpfählen mit einem Bohrwerkzeug und einem Erweiterungswerkzeug im Ausgangsstellung in Seitenansicht;

Figur 2

das Bohrgerät aus Figur 1 in einer Arbeitsstellung mit abgeteuftem Bohrwerkzeug und Erweiterungswerkzeug;

Figur 3

das Bohrwerkzeug aus Figur 1 als Einzelheit;

Figur 4

das Erweiterungsgerät aus Figur 1 als Einzelheit;

Figur 5

ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Bodenpfählen zur Baugrundverbesserung, das mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 durchgeführt wird, schematisch im Längsschnitt durch die Bohrung

a)

vor dem Abteufen;

b)

nach dem Abteufen des Bohrwerkzeugs und des Erweiterungswerkzeugs bis zu einer Tiefe T1;

c)

nach dem Abteufen des Bohrwerkzeugs bis zu einer zweiten Tiefe T2;

d)

während des Ziehens des Bohrwerkzeugs unter gleichzeitigem Ausbringen einer Suspension;

e)

während des Ziehens des Bohrwerkzeugs bei erneutem Erreichen der Tiefe T1 unter gleichzeitigem Ausbringen von Suspension;

f)

nach dem vollständigen Ziehen des Bohrwerkzeugs und des Erweiterungswerkzeug bis an die Bodenkante, mit fertiggestelltem Bodenpfahl;

[0020] Die Figuren 1 bis 5 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Es ist ein Bohrgerät 2 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 zum Herstellen von Pfahlköpfen im Boden gezeigt. Das Bohrgerät 2 steht auf einer Bodenoberfläche 3 und ist in den Figuren 1 und 2 Seitenansicht dargestellt. An dem Bohrgerät 2 ist ein Mäklermast 4 befestigt, welcher eine verfahrbare Tragvorrichtung 5 aufweist, an der ein Bohrgestänge 6 mit einem Bohrwerkzeug 7 befestigt sind. An dem Mäklermast 4 ist ferner ein Erweiterungswerkzeug 9 befestigt, das entlang des Mäklermasts 4 längsverschiebbar geführt ist.

[0021] Das Bohrwerkzeug 7 weist einen Rohrkörper 15 und eine Bohrkrone 16 auf. An einem unteren Ende des Bohrwerkzeugs 7 ist eine verschließbare Auslassöffnung 17 vorgesehen, die mit einem steuerbaren Verschlussteil 18 zum Ausbringen von Suspension wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Das Bohrwerkzeug 7 ist über die Tragvorrichtung 5 mit dem Mäklermast 4 verbunden und gegenüber diesem in Längsrichtung verfahrbar. Insofern kann die Tragvorrichtung auch als Schlitten bezeichnet werden. Zum Bewegen des Schlittens 5 entlang des Mastes 4 kann ein Längsantrieb vorgesehen sein. Durch Absenken beziehungsweise Hochfahren des Schlittens 5 kann das Bohrwerkzeug in den Boden abgeteuft und unter Ausbringung von Suspension wieder gezogen werden, um einen Bodenpfahl herzustellen.

[0022] Am oberen Ende des Bohrwerkzeugs 7 sind ein Drehantrieb 14 und ein Spülkopf 19 vorgesehen, welche sich beide vertikal am Mäkler 4 verfahren lassen. Hierfür sind der Drehantrieb 14 und der Spülkopf 19 an der Tragvorrichtung 5 befestigt. Der Drehantrieb 14 dient zum drehenden Antrieb des Bohrgestänges 7, wobei vorgesehen ist, dass das Bohrgestänge 7 unabhängig von dem Erweiterungswerkzeug 9 angetrieben werden kann. Der Spülkopf 19, der auch als Swivel bezeichnet wird, dient zum Anschließen von Leitungen 20 zum Einleiten einer abbindbaren Suspension wobei nur ein Teilstück der Leitungen dargestellt ist.

[0023] Das Bohrwerkzeug 7 ist in Form eines Verdrängerdrehbohrgeräts gestaltet, mit dem der anstehende Boden beim Abteufen verdrängt wird. Bei Erreichen der gewünschten Endtiefe wird die Auslassöffnung 17 geöffnet und es wird, während das Bohrwerkzeug 7 wieder nach oben gezogen wird, Bindemittelsuspension in den vom Werkzeug durch Verdrängung gebildeten Hohlraum eingefüllt. Das Bohrwerkzeug weist oberhalb der Bohrkrone 16 einen unteren ersten Schneckengang 24 und einen hierzu entgegengesetzten oberen Schneckengang 25 auf. Ein größter Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs 7 kann beispielsweise etwa 380 mm betragen. Der innenliegende Rohrkörper 15 hat einen kleineren inneren Durchmesser, der etwa 300 mm betragen kann.

[0024] Das Bohrwerkzeug 7 ist in Figur 3 in Gesamtansicht gezeigt. Er ist der Rohrkörper 15 mit dem ersten Schneckengang 24, dem daran oben anschließenden entgegengesetzt gerichteten Schneckengang 25 sowie die Bohrkrone 16 erkennbar. Am unteren Ende ist ein weiterer Schneckengang 22 vorgesehen, der mit dem ersten Schneckengang 24 verschraubt ist. Als weitere Einzelheiten sind hier noch Streben 12 und die Austrittsöffnung 17 dargestellt. Das Bohrwerkzeug 7 wird mit seinem oberen Ende mit dem Bohrgestänge 6 angesetzt, das an dem Mäkler 4 geführt ist. Das Erstellen des Bohrlochs erfolgt durch Eindrehen oder Einrütteln in einem reinen Verdrängungsvorgang.

[0025] An dem Mäklermast 4 ist ferner eine Tragvorrichtung 8 zum Tragen eines Erweiterungswerkzeugs 9 vorgesehen. Die Tragvorrichtung 8 für das Erweiterungswerkzeug 9 ist am Mäklermast längsverschiebbar gehalten, wobei ein Antrieb zum Vorschub der Tragvorrichtung 8 nicht vorgesehen ist, aber theoretisch vorgesehen sein könnte. Das Erweiterungswerkzeug 9 ist koaxial zum Bohrwerkzeug 7 angeordnet und weist einen Rohrkörper 26 auf, durch welches das Bohrwerkzeug 7 hindurchgeführt ist, und eine außen an dem Rohrkörper 26 angebrachte Bohrschnecke 27. Zum drehenden Antrieb des Erweiterungswerkzeugs 9 ist ein separater Drehantrieb 23 vorgesehen, der als Durchsteckdrehkopf beziehungsweise als hydraulisch angetriebener Schneckenputzer gestaltet sein kann. Mit dem Drehantrieb 23 ist das Erweiterungswerkzeug 9 um die Drehachse A9 drehend antreibbar, um in den Boden eingebracht zu werden. Durch die separaten Drehantriebe 14, 23 lassen sich die beiden Werkzeuge 7, 9 unabhängig voneinander antreiben und in den Boden abteufen, und zwar auf individuell einstellbare Tiefen T1, T2. Das Bohrwerkzeug 7 und das Erweiterungswerkzeug 9 sind Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 zur Herstellung von Bodenpfählen im Boden.

[0026] Das Erweiterungswerkzeug 9 ist in Form eines Schneckendrehbohrgeräts gestaltet, das als Einzelheit in Figur 5 gezeigt ist. Es ist hierbei der Rohrkörper 26 mit der daran außen angesetzten Bohrschnecke 27 sowie eine Bohrkrone 13 erkennbar. Beim Eindrehen des Schneckendrehbohrgeräts 9 in den Boden durch den Drehantrieb 23 füllt sich die Bohrschnecke 27 mit Bohrgut, welches dann beim erneuten Ziehen des Werkzeugs ausgehoben wird. Auf diese Weise entsteht ein Hohlraum, dessen Durchmesser D1 dem Außendurchmesser der Bohrschnecke 27 entsteht.

[0027] Die Größenverhältnisse der beiden Werkzeuge 7, 9 sind so aufeinander abgestimmt, dass das Bohrwerkzeug 7 durch den Rohrkörper 27 des Erweiterungswerkzeugs 9 mit Radialspiel hindurch geführt werden kann. Dabei kann das Verhältnis zwischen größtem Außendurchmesser D7 des Bohrwerkzeugs 7 zu Innendurchmesser D9 des Rohrkörpers 27 größer 0,9 sein, um einen möglichst kleinen Ringspalt zwischen den genannten Werkzeugen zu erhalten. Der Rohrkörper 27 des Erweiterungswerkzeugs 9 kann beispielsweise einen Innendurchmesser D26 von 300 mm bis 500 mm aufweisen, insbesondere von etwa 400 mm. Ein größter Außendurchmesser D27 der Bohrschnecke 27 kann beispielsweise zwischen 500 mm und 900 mm liegen und beträgt insbesondere etwa 700 mm.

[0028] Zur längenmäßige Kopplung der beiden Werkzeuge 7, 9 sind Verbindungsmittel 28 vorgesehen, die insbesondere in Form einer Kette gestaltet sein können, deren eines Ende mit dem Bohrwerkzeug 7 und deren anderes Ende mit dem Erweiterungswerkzeug 9 verbunden sind. Konkret kann die Kette 28 mit ihrem unteren Ende an dem Drehantrieb 23 für das Erweiterungswerkzeug 9 befestigt sein. Das obere Ende der Kette 28 ist an dem Schlitten 5 angebracht, an dem das Bohrwerkzeug 7 befestigt ist. Durch die Kopplung der beiden Werkzeuge 7, 9 wird erreicht, dass das Bohrwerkzeug 6 beim Ziehen bei Erreichen der Tiefe des Erweiterungswerkzeugs 9 letzteres mitnimmt, und beide Werkzeuge 7, 9 gemeinsam das letzte Teilstück aus dem Boden 3 gezogen werden.

[0029] Zum Abteufen eines Bohrlochs in einen Baugrund werden der Drehkopf 14 mit dem Bohrgestänge 6 und dem Bohrwerkzeug 7 abgesenkt, ebenso wie der zweite Drehkopf 23 mit dem Erweiterungswerkzeug 9. Dabei wird der erste Drehkopf 14 für das Bohrwerkzeug 7 unter Drehbewegung linear angetrieben, während der zweite Drehkopf 23 nur drehend angetrieben wird. Die lineare Absenkbewegung erfolgt beim Erweiterungswerkzeug allein aufgrund des Eigengewichts in Kombination mit der Drehbewegung. Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 11 mit den beiden Werkzeugen 7, 9 im Ausgangszustand vor dem Herstellen eines Bohrpfahls, wobei die unteren Enden der Werkzeuge 7, 9 auf der Bodenkante aufliegen. Figur 2 zeigt die Vorrichtung 11 in abgeteuftem Zustand, wobei das Erweiterungswerkzeug 9 die gewünschte Endtiefe T1 erreicht hat, und das Bohrwerkzeug 7 darüber hinaus bis zur darunter liegenden zweiten Tiefe T2 abgeteuft worden ist.

[0030] Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren detaillierter anhand der Zeichnungsfiguren 5a bis 5f erläutert. Figur 5a zeigt das Bohrgerät 2 gemäß Figur 1 in leicht vereinfachter Darstellung, wobei die beiden Werkzeuge 7, 9 auf der Geländeoberkante aufsitzen. Das Erweiterungswerkzeug 9 wird mittesl der Stahlkette 28 etwa 20 cm über der voreilenden Bohrspitze 16 positioniert, so dass die Suspensionsautrittstelle etwa bündig mit der Schneide 13 des Erweiterungswerkzeugs 9 angeordnet ist.

[0031] Figur 5b zeigt das Verfahren nach dem Durchführen des ersten Arbeitsschrittes, nämlich nach dem Abteufen der beiden Werkzeuge 7, 9 auf die Tiefe T1. Zum Abteufen werden das Bohrwerkzeug 7 und das hierzu außen liegende Erweiterungswerkzeug 9 unter drehendem Antrieb um ihre jeweilige Achse A7, A9 abgeteuft. Der Vorschub wird von dem Hauptbohrantrieb 14 bewirkt, während das Erweiterungswerkzeug 9 an der Kette 28 hängend sich durch die Schwerkraft in den Boden 3 hineinbohrt. Ist die für den erweiterten Pfahlkopf vorgesehene Tiefe T1 erreicht, wird das Absenken des Erweiterungswerkzeugs 9 gestoppt, was durch Abschalten des sekundären Drehantriebs 23 erfolgt. Diese Position ist in Figur 5b gezeigt. Das Bohrwerkzeug 7 und das Erweiterungswerkzeug 9 werden vorzugsweise gemeinsam abgesenkt, und zwar insbesondere mit derselben Drehzahl, die beispielsweise 15 bis 30, insbesondere 20 bis 25 Umdrehungen pro Minute betragen kann, und drehendem Antrieb in dieselbe Drehrichtung. Hiermit wird eine schnelle und effiziente Verfahrensführung erreicht; es ist jedoch prinzipiell auch denkbar, das die Werkzeuge mit zeitlichem Versatz abgeteuft werden.

[0032] Im darauf folgenden nächsten Arbeitsschritt wird das Bohrwerkzeug 7 weiter in den Boden abgeteuft, und zwar bis zur vorgesehenen Endtiefe T2, welche später das untere Ende des herzustellenden Bodenpfahls markiert. Während des Abteufens wird der anstehende Boden durch das Bohrwerkzeug 7 nach radial außen verdrängt. Figur 5c zeigt den Zustand nach diesem zweiten Arbeitsschritt mit vollständig abgesenktem Bohrwerkzeug 7. Das Absenken geschieht durch den für das Bohrwerkzeug 7 vorgesehenen Drehkopf 14 beziehungsweise den entsprechenden Linearantrieb für den Schlitten 5. Während des Abteufvorgangs des Bohrwerkzeugs 7 steht das Erweiterungswerkzeug 9 still und verbleibt zunächst unverändert in der Tiefe T1.

[0033] Nachdem das Bohrwerkzeug 9 die gewünschte Endtiefe T2 erreicht hat und die Bohrung 21 bis zur untersten Bodenschicht 28 abgeteuft worden ist, beginnt der Betoniervorgang. Hierfür wird die Austrittsöffnung 17 des Bohrwerkzeugs 9 geöffnet, so dass während das Bohrwerkzeug 9 wieder gezogen wird, Bindemittelsuspension in den durch Verdrängen des Bodens gebildeten Hohlraum eingebracht werden kann. Dieser dritte Verfahrensschritt ist in Figur 5d gezeigt, wobei die aus dem Bohrwerkzeug 7 austretende Suspension erkennbar ist. Die Suspension enthält Wasser und ein hydraulisches Bindemittel wie Beton oder Zement. Das Ziehen erfolgt bei definierten Parametern wie hydraulischem Druck und Geschwindigkeit. Durch Abbinden des Bindemittels entsteht ein fester Bodenpfahl 29, der auch als Säulenkörper oder, bei Verdrängung des Bodens durch das Bohrewerkzeug, auch als Verdrängungsbohrsäule bezeichnet werden kann. Die Verfahrensführung erfolgt von unten nach oben, und zwar zunächst von der Tiefe T2 bis zur Tiefe T1. Das erneute Erreichen der Tiefe T1 ist in Figur 5e gezeigt.

[0034] Bei Erreichen der Tiefe T1 wird die längenmäßige Kopplung zwischen dem Bohrwerkzeug 7 und dem Erweiterungswerkzeug 9 wirksam, so dass das Bohrwerkzeug 7 das Erweiterungswerkzeug 9 mitnimmt und beide Werkzeuge gemeinsam das letzte Teilstück T1 aus dem Boden 3 gezogen werden. Die längenmäßige Koppelung der beiden Werkzeuge 7, 9 erfolgt durch die Kette 24, mit welcher der gewünschte Abstand der beiden Werkzeuge 7, 9 zueinander vor dem Abteufen eingestellt worden ist. Das gemeinsame Ziehen der beiden Werkzeuge 7, 9 erfolgt nach wie vor unter Ausbringung von Bindemittelsuspension, so dass nun der Pfahlkopf mit großem Durchmesser hergestellt wird.

[0035] Dadurch, dass das Erweiterungswerkzeug 9 eine größeren größten Außendurchmesser D9 aufweist als das Bohrwerkzeug 7 (größter Außendurchmesser D7), entsteht ein Säulenkörper mit einem oberen ersten Abschnitt 30 mit entsprechend größerem ersten Durchmesser D1 und einem unteren zweiten Abschnitt 31 mit entsprechend kleinerem Durchmesser D2. Dabei entspricht die Länge des erweiterten Pfahlkopfes 30 der Tiefe T1, bis zu der das Erweiterungswerkzeug 9 abgesenkt wurde, während die Länge des unteren Säulenteils der Differenz der Tiefen T2 und T1 entspricht. Der fertig hergestellte Bodenpfahl 29 ist in Figur 5f gezeigt.

[0036] Insgesamt bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass Bodenpfähle 29 mit erweiterten Pfahlköpfen 30 in einem Arbeitsgang schnell und auf einfache Weise hergestellt werden können. Dabei lassen sich beide Werkzeuge 7, 9 individuell drehend antreiben, so dass sie auf individuelle Tiefen T1, T2 abgeteuft werden können. Auf diese Weise kann die Länge des erweiterten Pfahlkopfes an die statischen Bedürfnisse angepasst werden.

Bezugszeichenliste

[0037] 

2

Bohrgerät

3

Boden

4

Mäkler

5

Tragvorrichtung

6

Bohrgestänge

7

Bohrwerkzeug

8

Tragvorrichtung

9

Erweiterungswerkzeug

11

Vorrichtung

12

Strebe

13

Bohrkrone

14

Drehkopf (Bohrwerkzeug)

15

Rohrkörper (Bohrwerkzeug)

16

Bohrkrone

17

Austrittsöffnung

18

Verschlussteil

19

Spülkopf/Swivel

20

Leitung

21

Bohrung

22

Schneckengang

23

Drehkopf (Erweiterungswerkzeug)

24

Schneckengang

25

Schneckengang

26

Rohrkörper (Erweiterungswerkzeug)

27

Bohrschnecke

28

Verbindungsmittel

29

Bohrpfahl

30

erster Abschnitt

31

zweiter Abschnitt

A

Drehachse

D

Durchmesser

T

Tiefe

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Bodenpfählen mit erweiterten Pfahlköpfen mittels einer Vorrichtung (11), die ein Bohrwerkzeug (7) mit einem ersten Außendurchmesser (D7) und einem ersten Drehantrieb (14), sowie ein Erweiterungswerkzeug (9) mit einem zweiten Außendurchmesser (D9) und einem zweiten Drehantrieb (23) aufweist, wobei der erste Außendurchmesser (D7) kleiner ist als der zweite Außendurchmesser (D9), und wobei das Bohrwerkzeug (7) in einem Rohrkörper (26) des Erweiterungswerkzeugs (9) längsbeweglich geführt ist, mit den Verfahrensschritten:

Abteufen des Erweiterungswerkzeugs (9) unter drehendem Antrieb bis zu einer ersten Tiefe (T1);

Abteufen des Bohrwerkzeugs (7) unter drehendem Antrieb bis zu einer zweiten Tiefe (T2), welche unterhalb der ersten Tiefe (T1) liegt, wobei die Drehgeschwindigkeit des Erweiterungswerkzeugs (9), beim Abteufen des Bohrwerkzeugs (7) von der ersten Tiefe (T1) zur zweiten Tiefe (T2) reduziert wird;

Ziehen des Bohrwerkzeugs (7) und des Erweiterungswerkzeugs (9) aus dem Boden (3) unter Ausbringung von Suspension, wobei die Suspension einen durch das Bohrwerkzeug (7) und das Erweiterungswerkzeug (9) gebildeten Hohlraum ausfüllt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Drehantrieb (14, 23) unabhängig voneinander drehend antreibbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erweiterungswerkzeug (9) vorschubantriebslos, nur durch drehenden Antrieb des zweiten Drehantriebs (23), abgeteuft wird, wobei die Drehgeschwindigkeit des zweiten Drehantriebs (23) bei Erreichen der ersten Tiefe (T1) auf Null reduziert wird .

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrwerkzeug (7) und das Erweiterungswerkzeug (9) bis zur ersten Tiefe (T1) gemeinsam abgeteuft werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrwerkzeug (7) und das Erweiterungswerkzeug (9) in derselben Drehrichtung angetrieben werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrwerkzeug (7) und das Erweiterungswerkzeug (9) bis zum Erreichen der ersten Tiefe (T1) jeweils mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 30 Umdrehungen pro Minute angetrieben werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erweiterungswerkzeug (9) beim Ziehen des Bohrwerkzeugs (7) von der zweiten Tiefe (T2) bis zur ersten Tiefe (T1) in der abgeteuften Stellung verbleibt und, wenn das Bohrwerkzeug (7) die erste Tiefe (T1) wieder erreicht hat, zusammen mit diesem nach oben gezogen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erweiterungswerkzeug (9) an das Bohrwerkzeug (7) derart angekoppelt wird, dass das Bohrwerkzeug (7) beim Ziehen von der Tiefe (T2) nach oben bei erneutem Erreichen der Tiefe (T1) das Erweiterungswerkzeug (9) mitnimmt und beide Werkzeuge gemeinsam aus dem Boden gezogen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Suspension Wasser und ein hydraulisches Bindemittel wie Beton oder Zement beinhaltet, wobei mit dem Aushärten des Bindemittels ein Bohrpfahl entsteht.

10. Vorrichtung zum Herstellen von Pfahlköpfen im Boden, umfassend:

ein Bohrwerkzeug (7) mit einem Rohrkörper (15) und einer Bohrkrone (16),

wobei das Bohrwerkzeug eine verschließbare Auslassöffnung (17) am unteren Ende aufweist,

einen ersten Drehantrieb (14) zum drehenden Antreiben des Bohrwerkzeugs (7);

ein Erweiterungswerkzeug (9) mit einem Rohrkörper (26), wobei das Bohrwerkzeug (7) in dem Rohrkörper (26) des Erweiterungswerkzeugs (9) längsverschiebbar geführt ist,

einen zweiten Drehantrieb (23) zum drehenden Antreiben des Erweiterungswerkzeugs (9),

wobei das Bohrwerkzeug (7) und das Erweiterungswerkzeug (9) unabhängig voneinander drehend antreibbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erweiterungswerkzeug (9) über Verbindungsmittel (28) mit dem Bohrwerkzeug (7) gekoppelt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungsmittel (28) eine Kette umfassen, die mit einem ersten Ende zumindest mittelbar mit dem Erweiterungswerkzeug (9) und mit einem zweiten Ende zumindest mittelbar mit dem Bohrwerkzeug (7) befestigt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erweiterungswerkzeug (9) in Form eines Schneckendrehbohrgeräts gestaltet ist, das eine Bohrschnecke (27) aufweist, die sich beim Abteufen mit Bohrgut füllt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrwerkzeug (7) in Form eines Verdrängerdrehbohrgeräts gestaltet ist, mit dem der anstehende Boden (3) beim Abteufen verdrängt wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erweiterungswerkzeug (9) einen Außendurchmesser (D9) von 500 mm bis 900 mm aufweist und/oder
dass der Rohrkörper (26) des Erweiterungswerkzeugs (9) einen Innendurchmesser (D26) von 300 mm bis 500 mm aufweist, wobei ein größter Außendurchmesser (D7) des Bohrwerkzeugs (7) so ausgelegt ist, dass das Bohrwerkzeug (7) durch den Rohrkörper (26) des Erweiterungswerkzeugs (9) mit Radialspiel hindurch geführt werden kann.

Zeichnung