DE10005941A1 - Imlochhammerschnecke mit Betonierrohr - Google Patents

Abstract

Bohrwerkzeug zur Herstellung von Bohrungen in felsartigen Böden, bei dem eine Felsbohrschnecke mit einem Imlochhammer kombiniert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine durchgehende Bohrschnecke mit Betoniervorrichtung, in deren erdseitigem Ende ein Imlochhammer integriert ist.

Im Stand der Technik gibt es zahlreiche Bohrverfahren und Werkzeuge, mit denen es möglich ist, in unterschiedlichsten Böden Bohrpfähle zur Abtragung von Lasten in den Baugrund herzustellen. Beim anstehenden Baugrund handelt es sich in der Re­ gel nicht um homogene Böden, sondern um geschichtete Böden unterschiedlicher Festigkeit. Eine häufig auftretende Bodenkombination besteht darin, dass zunächst eine mehrere Meter starke lockere Bodenschicht durchörtert werden muss und an­ schließend die hauptsächliche Krafteintragung in einem tiefliegenden, sehr festen Bodenbereich erfolgt. Diese lockeren Böden sind Auffüllungen, Kiese und Sande oder weiche bindige Böden. Der Gründungshorizont besteht meistens aus mehr oder minder gebrächen Felsschichten wie Sandstein, Tonstein, Granit oder ähnliche Mate­ rialien.

Bei diesen Bodenformationen geht man in der Regel so vor, dass zunächst in diesem lockeren Bereich, der sich durch mangelnde Eigenstandfestigkeit auszeichnet, eine Verrohrung so weit abteuft, bis man auf die sehr festen Bodenbereiche stößt. Dabei wird eine Verrohrung in den Boden eingedreht und durch unterschiedlichste be­ kannte Bohrwerkzeuge das Innere dieser Bohrung entfernt. Kommt man nun auf die­ se härteren Bodenschichten, so kommen je nach Festigkeit dieser felsartigen Böden unterschiedlichste Werkzeuge zum Einsatz. So gibt es Rollenmeißel, die den vollen Bohrungsquerschnitt nach dem Drehbohrverfahren bearbeiten. Dies ist ein sehr langsames und teures Bohrverfahren und es bedarf großer schwerer Bohrgeräte, um einen ausreichenden Anpressdruck auf die Rollenmeißel zu ermöglichen.

Des Weiteren sind unterschiedliche Felsbohrschnecken bekannt, bei denen scharfe Rundschaftmeißel in unterschiedlichsten Varianten am Bohrwerkzeug befestigt sind. Diese Bohrtechnik funktioniert in weniger festen Felsformationen zwar schneller aber ist in der Regel mit hohen Verschleißkosten verbunden. Auch hier werden große Drehmomente und hohe Anpressdrücke notwendig.

Eine weitere Variante ist, dass der anstehende Fels nicht über den vollen Querschnitt abgearbeitet wird, sondern dass Kernbohrungen ausgeführt werden. Dazu gibt es unterschiedliche Kernbohrrohre mit Rollenmeißeln oder speziellen Zahnbesätzen. Auch diese Bohrverfahren sind sehr zeitraubend und mit hohen Verschleißkosten verbunden. Ein Problem bleibt weiterhin, dass nach Herstellen des Kernes dieser Kern auch abgeknackt werden muss und anschließend aus der Bohrung zu entfer­ nen ist.

Weitere Techniken sind, dass zum Beispiel in den anstehenden Fels kleine Bohrun­ gen eingebracht werden, um in diesen kleinen Bohrungen Auflockerungsssprengun­ gen durchzuführen. Aufgrund der damit verbundenen Erschütterungen bleibt dieses Bohrverfahren sehr eingeschränkt.

Eine weitere Möglichkeit, insbesondere bei größeren Pfählen liegt darin, dass in der Bohrlochsohle mehrere kleine, sogenannte Entlastungsbohrungen ausgeführt wer­ den und anschließend mit einem größeren Vollschnittwerkzeug dieser perforierte Fels ausgebohrt wird. Diese Technik hat den Nachteil, dass sie sehr zeitraubend ist, da der Bohrvorgang mit dem großen Bohrgerät immer wieder unterbrochen werden muss und anschließend kleinere Bohrgeräte ihre Bohrungen im bereits freigelegten Bereich durchführen müssen. Das zusätzliche Bohrgerät und der hohe Zeitaufwand verteuern diese Verfahren erheblich.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die einzelnen Arbeitsgänge auf ein Minimum zu redu­ zieren, den Arbeitsvorgang zu beschleunigen, die Möglichkeit zu geben auf die Ver­ rohrung im Lockergesteinsboden zu verzichten und einen schnellen Betoniervorgang zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die Aufgabe in der Weise, dass die Stützung des Lockergesteinbodens über eine mit Boden gefüllte durchgehende Bohrschnecke erfolgt und der Bohrfortschritt der durchgehenden Bohrschnecke durch den zusätzli­ chen Einsatz eines Imlochhammers im Bereich des Schneckenbohrkopfes beschleu­ nigt und erleichtert wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend dem Anspruch 1 und folgenden.

Die Erläuterung der Funktionsweise erfolgt an Hand der Zeichnung Fig. 1.

In Fig. 1 ist der untere Teil einer durchgehenden Bohrschnecke bzw. einer Endlos­ bohrschnecke mit den erfindungsgemäßen Einbauten als Schnittzeichnung darge­ stellt. Im Inneren eines Seelenrohres 2 der Bohrschnecke 1 befinden sich nebenein­ ander angeordnet eine Förderleitung 4 zum Einbringen von Beton oder anderen Bau- und Bauhilfsstoffen und ein Imlochhammer 3. Der Imlochhammer 3 ist in einer Füh­ rung 8 angeordnet und ist in dieser Führung 8 um ein Maß 10 verschieblich ange­ ordnet. Die Verschieblichkeit kann durch unterschiedliche Dämpfungsmethoden 9 beeinflusst werden. Der untere Teil 6 der durchgehenden Schnecke 1 ist mit einem Betonierrohr 4 versehen, welches entweder eine Austrittsöffnung 5 hat, die achsparallel zur Schnecke angeordnet ist oder die Austrittsöffnung kann auch seitlich an der Schnecke 5' herausgezogen werden. Am Ende ist die durchgehende Schne­ cke mit einem doppelten Flügelpaar 11 versehen, welches wiederum mit Bohrzähnen 15 versehen ist. Der Hammerbohrkopf 12 des Imlochhammers bewegt sich auf einer Kreislinie 14 um die Symmetrieachse 13 der durchgehenden Schnecke. Die Reakti­ onskraft des Imlochhammers 3 kann durch Widerlager 16 in gedämpfter oder unge­ dämpfter Form aufgenommen werden.

Würde man mit einer durchgehenden Bohrschnecke, welche an den letzten Wendel­ flügeln 11 mit Felsmeißeln besetzt ist, versuchen nach dem Durchörtern der lockeren Bodenschichten in einen Felshorizont einzubinden, so ist hier bei den üblichen An­ presskräften, die man auf diese durchgehenden Bohrschnecken ausüben kann, nur mit einem sehr geringen Bohrfortschritt zu rechnen. Das bedeutet, dass sehr viele Umdrehungen der Schnecke ausgeführt weiden müssen mit der Folge, dass bei die­ sen vielen Umdrehungen der Boden aus den lockeren Bodenschichten oberhalb des Felshorizontes herausgefördert wird und auf diese Weise Auflockerungen in den oberen Bodenschichten erreicht werden. Die Idee der erfindungsgemäßen Bohrvor­ richtung beruht nun darauf, dass der Bohrfortschritt durch den Einsatz eines beson­ ders geeigneten Bohrgerätes für Fels gesteigert wird. Um ein schnelles Eindringen in den Fels zu erreichen, hat sich gezeigt, dass es zweckmäßig ist zunächst Entlas­ tungsbohrungen auszuführen, damit anschließend die Reißzähne 15 der Fels­ schneckenwendeln 11 leichter den Fels aufreißen können bzw. auf diese Weise leichter größere Stücke aus dem Fels herauslösen können.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges ist es, möglichst im Zentrum der Bohrschnecke zunächst eine Entlastungsbohrung auszuführen. Dazu ist der Imloch­ hammer in der Nähe der Symmetrieachse 13 der Bohrschnecke angeordnet um zu­ nächst in der Nähe der Symmetrieachse der Bohrung vorauszubohren, dort einen Hohlraum herzustellen und somit den etwas höher angeordneten Felszähnen 15 zu ermöglichen, leichter in den Fels einzudringen. Diese Überlegung ist prinzipiell be­ kannt und kommt dann zum Einsatz, dass man in harten Materialien zunächst im Zentrum mit einem kleineren Bohrdurchmesser vorbohrt und dann leichter mit einem größeren Bohrdurchmesser nachfolgen kann.

Da sich sowohl die äußere Bohrschnecke mit den Felszähnen 15 als auch der Im­ lochhammer um die Symmetrieachse 13 der Bohrung dreht, besteht die Gefahr, dass bei zu großem Voreilen des Imlochhammers dieser durch die Drehbewegung der Schnecke axial abschert. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, dass der Imloch­ hammer oder zumindest der Hammerbohrkopf 12 des Imlochhammers längs ver­ schieblich angeordnet wird. Die Längsverschieblichkeit wird zweckmäßigerweise um einen Betrag 10 vorgewählt, welche ermöglicht, dass der Hammerbohrkopf 12 des Imlochhammers im eingefahrenen Zustand nicht über die Zähne 15 der Felsschne­ ckenflügel 11 hinausragt.

Die Längsverschieblichkeit des Imlochhammers 3 innerhalb der Führung 8 kann durch unterschiedlichste Methoden ermöglicht werden. So können oberhalb des Im­ lochhammers 3 Dämpfungselemente 9 angeordnet werden, die beispielsweise aus Stahlfedern, Kunststoff oder Gummielementen oder auch aus Flüssigkeitspolstern oder Gaspolstern bestehen. Der Einsatz von Gaspolstern oder Flüssigkeitspolstern ermöglicht noch eine weitgehende Einstellung der Dämpfungskräfte, z. B. über Druck oder Menge.

Die Dämpfungselemente können entweder fest eingebaut werden oder die Dämp­ fung erfolgt dadurch, dass von der Luftseite aus flüssige oder gasförmige Medien in unterschiedlichen Mengen und Drücken eingeleitet werden.

Feste Dämpfungselemente 9 können beispielsweise federartige Elemente aus Stahl sein oder aus widerstandsfähigen aber nachgiebigen Kunststoffen.

Die Exzentrizität 14 bezüglich der Symmetrieachse 13 der Bohrschnecke ist bevor­ zugterweise kleiner als der Radius des Imlochhammerkopfes 12. Auf diese Weise ist dann sichergestellt, dass beim Vorbohren des Imlochhammerkopfes kein ringförmi­ ger Vorschnitt erfolgt. Es bleibt also in der Mitte kein Grat aus Fels stehen, der wie­ derum den Bohrfortschritt behindern könnte.

Der Bohrlochhammerkopf 12 bearbeitet somit eine volle Kreisfläche.

Vorteile der Erfindung

Gegenüber den teilverrohrten Bohrungen muss das Bohrwerkzeug nicht während des Bohrvorgangs mehrmals aus der Bohrung entfernt werden, um das Bohrklein zu entfernen, da das Bohrklein ständig durch die mit Bohrmeißeln besetzten Schne­ ckenflügel 11 auf die Schnecke gefördert wird. Dies führt infolge von einer geringeren Anzahl von Arbeitsschritten zu einem größeren Bohrfortschritt.

Wird im Fels teilverrohrt, so hat dies den Nachteil, dass der Bohrdurchmesser nach unten zu abnimmt. Da das Bohrwerkzeug selbst kleiner als die Verrohung ist hat der Pfahl ab der Verrohrung nur noch den Durchmesser des reinen Bohrwerkzeuges und infolgedessen können nur kleinere Körbe eingebaut werden, um die entsprechenden Betonüberdeckungen später zu erreichen.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass unmittelbar nach Erreichen der Endtiefe sofort . mit dem Betoniervorgang begonnen werden kann. Dies ist insbesondere dann von größerer Bedeutung, wenn beim Durchörtern der Bodenschichten wasserführende Bodenschichten angetroffen werden und ansonsten über das aufwendige Kontrak­ torverfahren betoniert werden müsste.

Durch die Kombination von Imlochhammer und üblichen Felsbohrzähnen 15 wird insbesondere der Verschleiß an diesen Felsbohrzähnen deutlich reduziert.

Für die Stützung der Bodenbereiche mit Lockerboden wird keine aufwendige Verroh­ rung benötigt, sondern die Stützung erfolgt rein über den sich auf der Bohrschnecke befindlichen Boden.

Auf den ständigen sehr zeitraubenden Wechsel von unterschiedlichen Bohrwerkzeu­ gen, wie er üblicherweise beim Bohren in harten Gesteinen nötig ist, kann verzichtet werden.

Claims (6)

1. Bohrwerkzeug zur Herstellung von Bohrungen in zumindest teilweise felsartigen Böden mit Hilfe einer durchgehenden Bohrschnecke 1, dadurch gekennzeichnet,
dass am erdseitigen Ende (6) der Bohrschnecke (1) im Inneren des Seelrohres (2) eine oder mehrere Förderleitungen (4) angeordnet sind, welche zum Trans­ port von Beton, Mörtel und sonstigen Bauhilfsstoffen dienen
und dass die Förderleitungen (4) am erdseitigen Ende des Bohrwerkzeuges Austrittsöffnungen (5) besitzen, welche einen Austritt in Bohrwerkzeugslängs­ achse ermöglichen oder am Bohrwerkzeug im unteren Bereich einen seitlichen Austritt (5') besitzen
und dass ein oder mehrere Imlochhämmer (3) in der Symmetrieachse (13) des Bohrwerkzeuges und/oder um die Symmetrieachse der Bohrung herum ange­ ordnet sind
und dass der oder die Imlochhämmer (3) starr in der Schnecke angeordnet sind und/oder dass die Imlochhämmer (3) in Führungen (8) so verschieblich ange­ ordnet sind, dass sie sich um ein Maß (10) in Bohrlängsrichtung verschieben können.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Maß (10) für die Längsverschieblichkeit des Imlochhammers (3) so bemessen ist, dass im eingefahrenen Zustand des Imlochhammers dessen Zahnbesatz etwa auf dem gleichen Niveau des Zahnbesatzes der Flügel (11) liegt.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbewegung der Imlochhämmer (3) in der Führung (8) gedämpft erfolgt.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung des Imlochhammers (3) über ein Flüssigkeitspolster oder ein Gaspolster oder ein federartiges Element erfolgt oder aus elastischen Kunst­ stoffelementen besteht.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität (14) des Imlochhammerkopfs (12) bezüglich der Bohr- oder Symmetrieachse (13) bevorzugterweise kleiner ist als der Radius des Im­ lochhammerkopfs (12).

6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass im Anfängerbereich der Bohrschnecke (1) Wendeln (11) mit Felszahnbe­ satz (15) angeordnet sind, welche eine zweigängige, diametral angeordnete Wedel darstellen.