DE10005941C2 - Imlochhammerschnecke mit Betonierrohr - Google Patents

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 Sodenbereich 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, Tonsein, 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 ermöglichten.

Die DE 39 15 538 A1 beschreibt eine Bohrvorrichtung, bei der ein Imlochhammer nach Erreichen des harten Gesteins in die Verrohrung eingeführt wird. Dieser Hammer löst den Fels und fördert ihn in einen Zwischenbehälter oder der gelöste Fels wird durch Spülung nach oben gefördert. Um den Zwischenbehälter entleeren zu können muss der Hammer mehrmals ausgebaut werden und das kostet Zeit.

Wird das gelöste Material ausgespült, so wird ein extra Spülkreislauf benötigt, was aufwendig und teuer ist. Um die exzentrische Drehbarkeit der Bohrkrone zu ermögli­ chen ist eine komplizierte Drehdurchführung nötig, die gegen Verdrehen abgestützt werden muss. Diese macht die Vorrichtung technisch aufwendig und anfällig gegen Verklemmen. Soll nach Erreichen der Endtiefe betoniert werden, muss erst das ge­ samte Innenleben ausgebaut und eine Betonierleitung eingeführt werden. Dies kostet Zeit.

Auch die DE 42 25 806 C1 zeigt einen Bohreinsatz, der in eine Verrohrung lösbar einge­ bracht wird. Das gelöste Material muss auch bei dieser Vorrichtung so klein zermah­ len werden, dass es in einem Spülkreislauf an die Oberfläche gebracht werden kann, und zum Betonieren muss der Hammer ausgebaut werden, was wiederum Zeit be­ nötigt. Die geringen Abmessungen der Spülkanäle bzw. Spülschütze sind zum Ein­ bringen von Beton nicht geeignet.

Anders als bei der Erfindung erfolgt der Abbau des Felsmaterials nur durch den Im­ lochhammer und durch extreme Zerkleinerung des Felsmaterials.

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 ansehenden 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.

Der Abbau des felsartigen Bodens erfolgt dabei sowohl durch den Imlochhammer als auch durch die Bohrzähne der Schneckenwendel. Die Schneckenwendel übernimmt dabei den Abtransport des gelösten Felses nach oben.

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 Schne­ cke 5' herausgezogen werden. Am Ende ist die durchgehende Schnecke 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 Reaktionskraft des Imlochhammers 3 kann durch Widerlager 16 in gedämpfter oder ungedämpfter 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 werden 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 bekannt und kommt dann zum Einsatz, dass man in harten Materialien zunächst im Zentrum mit einem kleineren Bohrdurchmesser vor­ bohrt 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 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 mir Bohrmeißeln besetzten Schne­ ckenflügel 11 auf die Schnecke gefördert wird. Dies führt infolge von einer geringeren Anzahl von Arbeitsschritten zu einem größeren Bohr fortschritt.

Wird im Fels teilverrohrt, so hat dies den Nachteil, dass der Bohrdurchmesser nach unten zu abnimmt. Da das Bohrwerkzeug selbst kleiner als die Verrohrung 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 (5)

1. Bohrwerkzeug zur Herstellung von Bohrungen im zumindest teilweise felsartigen Boden mit Hilfe einer durchgehenden Bohrschnecke und einem im Inneren der Bohrschnecke angeordneten Imlochhammer dadurch gekennzeichnet,
dass der Imlochhammer (3) bezüglich der Symmetrieachse der Bohrschnecke (1) exzentrisch angeordnet ist
und dass der Imlochhammer (3) im Seelenrohr (2) so befestigt ist, dass er um ein Maß (10) innerhalb von Führungen (8) in Bohrlängsrichtung verschieblich ist
und dass die Exzentrizität (14) des Imlochhammerkopfes (12) kleiner ist als der Radius des Imlochhammerkopfes (12)
und dass seitlich vom Imlochhammer (3) im Inneren des Seelenrohrs (2) eine Förderleitung (4) zum Transport von Beton, Mörtel oder sonstigen Bauhilfsstoffen angeordnet ist
und dass die Förderleitung am erdseitigen Ende des Bohrwerkzeuges eine Aus­ trittsöffnung (5) nach unten und/oder seitliche Austrittsöffnung (5') besitzt
und dass der Imlochhammer (3) beim Betoniervorgang im Seelenrohr (2) ver­ bleibt.

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 des Imlochhammers (3) in der Führung (8) gedämpft erfolgt.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Imlochhammer von der Luftseite aus mechanisch bezüglich der Bohr­ schnecke (2) längs verschoben werden kann.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Anfängerbereich der Bohrschnecke (1) Wendeln (11) mit Felszahnbe­ satz (15) angeordnet sind, welche eine zweigängige, diametral angeordnete Wendel darstellen.