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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verpresspfahls unterhalb einer Wasseroberfläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, umfassend die Schritte: Einführen eines Gewindestabs in ein unterhalb einer Wasseroberfläche befindliches, mit einer Bindemittelsuspension gefülltes oder zu füllendes Bohrloch, wobei der Gewindestab ein erstes und ein zweites Ende aufweist und beginnend mit seinem ersten Ende in das Bohrloch eingeführt wird, Absenken einer Kopfplatte mit einer Ausnehmung über das zweite Ende des Gewindestabs, bis die Kopfplatte ein oberes Ende des Bohrlochs erreicht, Absenken einer Ankermutter bis zu dem zweiten Ende des Gewindestabs, wobei die Ankermutter ein Innengewinde aufweist, welches korrespondierend zu einem Außengewinde des Gewindestabs ausgebildet ist, und Aufschrauben der Ankermutter auf das zweite Ende des Gewindestabs.
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Außerdem betrifft die Erfindung Hilfselemente zur Herstellung eines Verpresspfahls unterhalb einer Wasseroberfläche und deren Verwendung nach den Ansprüchen 8, 10 und 11 bis 13.
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Anwendungsgebiet der Erfindung sind insbesondere Verpresspfähle für die Verankerung einer Unterwasserbeton(UWB)-Sohle.
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Baukörper, wie Straßen-, Eisenbahn- und Gewässerunterführungen (Flüsse, Seen, Kanäle etc.) sind häufig im Grundwasser des Baugrundes herzustellen. Gleiches gilt für Teile von Baukörpern aller Art, wie Kellergeschosse, Tiefgaragen, Kläranlagen, Schleusenkammern, Brückenwiderlager etc.
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Um die Bauarbeiten technisch einwandfrei, fachgerecht, mängelfrei, umweltschonend und wirtschaftlich ausführen zu können, werden stets Bauverfahren geplant, die mittels Bauhilfsmaßnahmen wie Grundwasserabsenkungen, wasserdichte Baugrubenwände und -sohlen etc., das Arbeiten im Grundwasser ganz oder teilweise nicht erforderlich machen, da durch diese Maßnahmen, je nach konstruktiver Ausbildung, das Grundwasser temporär, z. B. nur während der Bauwerkserstellung oder permanent auch während des langjährigen Bestand des Bauwerkes fem gehalten wird.
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Grundwasserabsenkungen scheiden oft als Bauhilfsmaßnahme aus, weil hiermit je nach Lage des Bauortes und seines Umfeldes zu erwartende Schäden an Nachbarsbebauungen, Anpflanzungen und sonstiger Umwelt nicht auszuschließen sind. Daher bleiben meist bei großflächigen, tiefen und innerstädtischen Bauobjekten nur Bauhilfsmaßnahmen übrig, die durch deren wassersperrende Funktion ein teilweises oder völliges grundwasserfreies Errichten des Bauwerkes ermöglichen. Hierzu gehören insbesondere Stahlbetonschlitz-, Bohrpfahl- und Stahlspundwände, Dichtungsschmal- und Hochdruckinjektionswände für die vertikale Ebene der Baugrubenumschließung sowie Hochdruckinjektions- und Unterwasserbeton(UWB)-Sohlen für die horizontale Ebene der Baugrubenumschließung.
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Für die Dichtung der horizontalen Ebene (Baugrubensohle) der Baugrubenumschließung gegen anstehendes Grundwasser ist je nach Tiefe der Baugrube und Art der geologischen Verhältnisse meistens der Unterwasserbodenaushub mit anschließender Herstellung der UWB-Sohle die wirtschaftlichste und sicherste Lösung.
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Das Auftreiben der UWB-Sohle bzw. der gesamten Baugrubenumschließung nach dem Auspumpen des innerhalb der Baugrube anstehenden Grundwassers ist durch eine entsprechende Dicke und damit Schwere der UWB-Sohle, Anbindung der UWB-Sohle an die Baugrubenwände, Verankerung der UWB-Sohle mittels vertikaler Anker bzw. Pfähle im darunter anstehenden Baugrund oder einer Kombination aus dem Vorgenannten insgesamt oder teilweise zu verhindern.
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Häufig ist es technisch notwendig und wirtschaftlich sinnvoll, die UWB-Sohlen ab einer Grundwasserspiegelhöhe von über ca. 3 bis 5 m über der Aushubsohle bzw. Unterfläche der UWB-Sohle mittels Anker bzw. Pfähle im darunter anstehenden Baugrund gegen den Auftrieb zu sichern. Aus Gründen des Immissionsschutzes gegen Lärm und Erschütterungen, der Schadenvermeidung und der Wirtschaftlichkeit werden hierfür meistens einzubohrende Verpresspfähle bzw. Einstabverbundpfähle gemäß DIN 4128 bzw. DIN EN 14199 mit einem Pfahldurchmesser von 10 bis 30 cm oder Verpressanker gemäß DIN 4125 bzw. DIN EN 1537 gewählt. Diese Pfähle bzw. Anker können sowohl vor als auch nach dem Einbringen des Unterwasserbetons eingebohrt und verpresst werden und gelten allgemein beide als übliche und anerkannte Herstellverfahren. Solche Anker bzw. Pfähle werden in der vorliegenden Anmeldung als Verpresspfähle bezeichnet.
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Das Einbohren und Verpressen der Pfähle nach dem Bodenaushub und nach dem Betonieren der UWB-Sohle hat bauablauf- und technisch bedingte Vorteile. Die Gewerke Erd- und Betonarbeiten können ohne Behinderung und ohne Nacharbeiten ihre Leistungen jeweils nacheinander fertig stellen, bevor die Verpresspfähle eingebohrt und verpresst werden. Ansonsten würden der Bodenaushub und das Betonieren behindert werden, Nacharbeiten dieser beiden Gewerke unvermeidbar sein und eine Beschädigung der zuvor hergestellten Pfähle nicht auszuschließen sein. Nach dem Betonieren der UWB-Sohle können die Verpresspfähle mit einem Verpressdruck, der bis zur Aushubsohle reicht, was sonst nicht möglich wäre, hergestellt werden. Damit wird eine höhere Lastaufnahme der Pfähle ermöglicht und ein fachgerechter Übergangsbereich Pfahlschaft/UWB-Sohle arbeits-technisch leichter und sicherer hergestellt. Dies alles stellt insbesondere auch eine wesentlich kürzere Bauzeit sicher.
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Außerdem können diese Anker bzw. Pfähle im Zuge der Errichtung eines Bauwerkes auf der UWB-Sohle anschließend als Elemente einer Tiefgründung des Bauwerkes verwendet werden.
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Die vorliegende Patentanmeldung ist insbesondere auf den Anwendungsfall gerichtet, dass die Pfähle bzw. Anker nach dem Einbringen und Erhärten der UWB-Sohle eingebohrt und ggf. verpresst werden.
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Existierende Lösungen haben unter anderem den Nachteil, dass sie mit einem hohen Aufwand verbunden sind und insbesondere teuer und zeitaufwändig sind. Meist sind Taucher zur Herstellung der Verpresspfähle erforderlich, die aus Arbeitsschutzgründen in Teams von zumeist drei Tauchern arbeiten und aufgrund der Arbeit in großer Tiefe unter Wasser bestimmte Regenerationszeiten einhalten müssen. Ferner ist die Arbeit der Taucher auch unter Arbeitssicherheitsgesichtspunkten mit Risiken und Nachteilen versehen. Die Qualität der mit existierenden Verfahren hergestellten Verpresspfähle ist zudem oft verbesserungswürdig, beispielsweise hinsichtlich der Dichtigkeit des Anschlusses an eine Unterwasserbetonsohle und/oder hinsichtlich der Tragfähigkeit.
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Ein Verfahren zur auftriebsgesicherten Verankerung von Betonkörpern wird in
DE 102 25 980 A1 beschrieben. Ein Verfahren zur wasserdichten Durchführung eines durch eine Bauwerks- oder eine Baugrubenwand oder -sohle hindurch in das umgebende Erdreich einzubringenden Einbauteiles ist in
DE 23 54 764 A1 beschrieben. Eine Bajonettkupplung zum Verbinden von Bohrinjektionsankern ist in
DE 10 2005 015 494 A1 beschrieben. Eine hochliegende Abdichtungssohle, welche entweder als Hochdruckinjektionssohle oder als Unterwasserbetonsohle hergestellt wird, ist in
DE 196 04 523 A1 beschrieben.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eingangs genanntes Verfahren zum Herstellen eines Verpresspfahls unterhalb einer Wasseroberfläche anzugeben, das einen oder mehrere der genannten Nachteile verringert oder beseitigt. Insbesondere ist es eine Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen eines Verpresspfahls unterhalb einer Wasseroberfläche anzugeben, das diese Herstellung vereinfacht und/oder verbessert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Hilfselemente und deren Verwendung anzugeben, welche die Herstellung eines Verpresspfahls unterhalb einer Wasseroberfläche vereinfachen und/oder verbessern.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem der Gewindestab an seinem zweiten Ende lösbar mit einem ersten Ende eines Führungselements verbunden ist, die Kopfplatte mit ihrer Ausnehmung über das Führungselement hinweg abgesenkt wird, die Ankermutter über das Führungselement hinweg abgesenkt wird, die Ankermutter aufgeschraubt wird durch Aufsetzen eines ersten Endes eines Drehwerkzeugs auf die Ankermutter, wobei ein zweites Ende des Drehwerkzeugs oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist, und durch Antreiben des Drehwerkzeugs.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es in vorteilhafter Weise möglich, Verpresspfähle an eine zuvor hergestellte UWB-Sohle ohne Taucherarbeiten kraftschlüssig und wasserdicht anzuschließen und diese UWB-Sohlen damit nach dem Lenzen bzw. Auspumpen des Grundwassers innerhalb der Baugrube gegen den Auftrieb zu sichern.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Verpresspfahl bzw. -anker in ein Bohrloch eingebracht, wobei sich das Bohrloch unterhalb einer Wasseroberfläche befindet, beispielsweise unterhalb des Grundwasserspiegels.
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Bevorzugt wird das Bohrloch mittels eines zumindest abschnittsweise rohrförmigen Bohrelements z.B. eines Bohrrohrs erzeugt. Wenn das Bohrrohr eine vorgegeben Bohrlochtiefe erreicht hat, kann das Bindemittel in das Bohrrohr und in den Ringraum zwischen Bohrrohr und Bohrlochwandung eingefüllt werden. Daraufhin erfolgt das Einführen des Gewindestabs in den Innenraum des Bohrrohrs. Mittels eines Federkorb-Abstandshalters wird der Gewindestab vorzugsweise in dem Bohrrohr zentriert, so dass eine Längsachse des Gewindestabs konzentrisch zu einer Längsachse des Bohrlochs liegt. Anschließend wird das Bohrrohr entgegengesetzt zu einer Vortriebsrichtung aus dem Bohrloch gezogen, so dass der Gewindestab in dem mit dem Bindemittel gefüllten Bohrloch verbleibt. Bevorzugt befindet sich dabei ein erstes unteres Ende des Gewindestabs in dem Bohrlochbodenbereich, wobei ein zweites Ende des Gewindestabs aus dem Bohrloch oberhalb des oberen Endes des Bohrlochs herausragt. Wenn das Bindemittel aushärtet, ist damit der Verpresspfahl vorzugsweise zug- und drehfest in dem Bohrloch angeordnet.
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Bevorzugt findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung bei der Sicherung einer Unterwasserbeton-Sohle. Dazu wird ein Bohrbloch in eine Unterwasserbeton-Sohle bis zu einer vorgegebenen Tiefe unterhalb der Unterwasserbeton-Sohle gebohrt. Der Verpresspfahl und die mittels Ankermutter befestigte Kopfplatte verankern die Unterwasserbeton-Sohle in dem Baugrund und sichern diese gegen Auftrieb.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass durch den Einsatz eines Führungselements und eines Drehwerkzeugs beim Einbringen eines Verpresspfahls die bisher erforderliche, kostenintensive Mitarbeit von einem oder mehreren Tauchern entfallen kann.
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In existierenden Verfahren konnte beispielsweise das Absenken der Kopfplatte, das Absenken der Ankermutter sowie das Aufschrauben der Ankermutter ohne einen Taucher nicht durchgeführt werden. Dabei war zudem problematisch, dass die Arbeit der Taucher unterhalb der Wasseroberfläche nicht kontrolliert werden konnte. Häufig kam es vor, dass an den Taucher erteilte Instruktionen nicht korrekt von diesem ausgeführt wurden. Bei fehlerhaft ausgeführten Taucherarbeiten besteht zudem das Risiko eines erheblichen finanziellen Schadens und eines zeitliche Verzugs bei dem Herstellen eines Verpresspfahls und somit eines zeitlichen Verzugs bei dem gesamten Bauvorhaben.
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Durch die Anwendung eines Führungselements, welches mit dem zweiten, vorzugsweise oberen Ende des Gewindestabs lösbar verbunden ist, wird eine Arbeits- und Angriffsverbindung zu dem Bereich oberhalb der Wasseroberfläche bereitgestellt. Das Führungselement hat dabei unter anderem die folgenden Wirkungen: Zum einen kann das Führungselement dazu dienen, den Gewindestab von oberhalb der Wasseroberfläche in dem Bohrloch kontrolliert zu positionieren. Dabei kann durch entsprechende Positionierung und Bewegung des Führungselements Einfluss auf Position und Orientierung des Gewindestabs von oberhalb der Wasseroberfläche genommen werden. Zudem dient das Führungselement dazu, die Kopfplatte und die Ankermutter beim Absenken hin zu dem Gewindestab zu führen, so dass die Kopfplatte über den Gewindestab gleiten kann und die Ankermutter bis zum Anfang des Gewindes entlang des Führungselements geführt wird. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt das Herstellen eines Verpresspfahls wesentlich vereinfacht und zudem ohne den Einsatz von Tauchern auch von einem Arbeitspunkt oberhalb der Wasseroberfläche ermöglicht.
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Auch die Verwendung eines Drehwerkzeugs, welches an seinem ersten Ende auf die Ankermutter aufgesetzt wird und an seinem zweiten Ende oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist, macht Taucharbeiten bei der Herstellung eines Verpresspfahls unterhalb der Wasseroberfläche überflüssig. Bevorzugt wird das Drehwerkzeug über das Führungselement auf die Ankermutter aufgesetzt. D.h. das Drehwerkzeug ist vorzugsweise abschnittsweise rohrförmig ausgebildet, so dass beim Aufsetzen des Drehwerkzeugs das Führungselement zumindest teilweise innerhalb des Drehwerkzeugs verläuft und das Drehwerkzeug beim Absenken mittels des Führungselements geführt wird. Dadurch, dass das zweite Ende des Drehwerkzeugs oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist, wird eine weitere Angriffs- und Arbeitsverbindung zwischen der Anordnung aus Verpresspfahl, Kopfplatte und Ankermutter unterhalb der Wasseroberfläche und einem Antrieb, welcher bevorzugt an dem zweiten Ende des Drehwerkzeugs angreift, oberhalb der Wasseroberfläche bereitgestellt. Diese Verbindung macht Taucharbeiten überflüssig. Zudem wird das Herstellen eines Verpresspfahls durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich vereinfacht.
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Das Führungselement ist bevorzugt im Wesentlichen stabförmig ausgebildet, und vorzugsweise so mit dem Gewindestab verbunden, dass das Führungselement eine Verlängerung des Gewindestabs darstellt. Zudem ist das Führungselement bevorzugt derart dimensioniert, dass es sich, wenn es mit dem Gewindestab verbunden und dieser in das Bohrloch eingeführt ist, bis über die Wasseroberfläche erstreckt. Zwar ist auch eine Erstreckung des Führungselements bis zu einem Bereich nahe unterhalb der Wasseroberfläche derart denkbar, dass ein dem Gewindestab abgewandtes zweites Ende des Führungselements noch gut von der Wasseroberfläche aus erreichbar ist, beispielsweise für einen Antrieb oder ein Werkzeug. Eine Erstreckung des Führungselements bis oberhalb der Wasseroberfläche ermöglicht jedoch einen Angriff des zweiten Endes des Führungselements in einem trockenen Bereich und ohne optische Verzerrungen aufgrund der Lichtbrechung an der Wasseroberfläche, die ein Angreifen des Führungselements erschwert.
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Weiter bevorzugt, weist das Drehwerkzeug eine Länge in der Größenordnung von 3 bis 30m, insbesondere von 5 bis 10m auf, je nach Wassertiefe, d.h. dem Abstand von der Wasseroberfläche bis zu dem oberen Ende des Gewindestabs. Weiter bevorzugt kann die drehschlüssige Verbindung an dem zweiten Ende des Drehwerkzeugs zum Aufsetzen einer Ratsche ausgebildet sein. Ferner weist das Drehwerkzeug an seinem ersten Ende vorzugsweise eine sacklochartige Ausnehmung für einen, vorzugsweise formschlüssigen, Eingriff mit der Ankermutter auf. Wenn die Ankermutter beispielsweise einen sechs- oder achteckigen Außenquerschnitt aufweist, ist das Drehwerkzeug an seinem ersten Ende vorzugsweise mit einer entsprechenden sechs- oder achteckigen Ausnehmung versehen.
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Bevorzugt weist der Gewindestab eine Länge auf, die größer als die Tiefe des Bohrlochs ist, so dass der Gewindestab selbst bei einem Einführen bis zu dem Boden des Bohrlochs oberhalb eines oberen Endes des Bohrlochs herausragt und dieses herausragende Ende beispielsweise mit einer Kopfplatte und einer Ankermutter versehen werden kann.
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Der Gewindestab weist vorzugsweise ein Außengewinde auf. Das Außengewinde erstreckt sich über einen Kerndurchmesser des Gewindestabs (d.h. der Durchmesser des Gewindestabs ohne Außengewinde) radial nach außen. Bei dem Aufschrauben der Ankermutter greift das Innengewinde der Ankermutter vorzugsweise in das Außengewinde des Gewindestabs ein, wodurch die Kopfplatte an dem Gewindestab gesichert wird.
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Die Ausnehmung der Kopfplatte, durch die das Führungselement geführt wird, ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, wobei der Querschnitt der Ausnehmung vorzugsweise größer als der Querschnitt des Führungselements und größer als der Außenquerschnitt des Gewindestabs, d.h. der Kernquerschnitt plus Gewindequerschnitt, ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren gekennzeichnet durch den Schritt: Verschweißen der Ankermutter mit der Kopfplatte vor dem Aufschrauben. Das Verschweißen dient vorzugsweise zum Halten der Kopfplatte an der Ankermutter. Somit kann die Verbindung zwischen Ankermutter und Kopfplatte beispielsweise aus einem Anheften der Kopfplatte an die Ankermutter durch Schweißpunkte bestehen. Das Verschweißen kann zu einem beliebigen Zeitpunkt vor dem Absenken der Kopfplatte und der Ankermutter erfolgen. Beispielsweise können Ankermutter und Kopfplatte ab Werk verschweißt geliefert werden. Alternativ kann das Verschweißen einer Ankermutter und einer Kopfplatte direkt auf der Baustelle erfolgen. Das Verschweißen von Ankermutter und Kopfplatte verhindert insbesondere, dass die Kopfplatte beim Absenken am Übergang zwischen Führungselement und Gewindestab oder am Gewindestab, insbesondere dem Außengewinde des Gewindestabs, verkantet. Dadurch, dass die Ankermutter nur durch Aufschrauben auf den Gewindestab über das zweite Ende des Gewindestabs hinaus abgesenkt werden kann und durch den Eingriff von Innen- und Außengewinde konzentrisch zu dem Gewindestab absinkt, wird auch die an der Ankermutter angeschweißte Kopfplatte entsprechend konzentrisch zum Gewindestab abgesenkt und ein Verkanten der Kopfplatte am Außengewinde des Gewindestabs verhindert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das erste Ende des Führungselements einen Durchmesser auf, der einem Kerndurchmesser des Gewindestabs entspricht. Dadurch wird ein bündiger bzw. stetiger Übergang zwischen dem Führungselement und dem Gewindestab erzielt. Die Ankermutter wird beim Absenken an dem ersten Ende des Führungselements durch das Gewinde des Gewindestabs gestoppt. Eine weitergehende Bewegung der Ankermutter entlang des Gewindestabs kann durch Aufschrauben der Ankermutter auf den Gewindestab erfolgen. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass die Ankermutter genau konzentrisch zu dem Gewindestab an dessen zweiten, oberen Ende beim Absenken (und vor dem Aufschrauben) ankommt und nicht etwa zu einer Seite versetzt, was das Aufschrauben erschweren würde.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Fortbildung ist das erste Ende des Führungselements konusförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Eine Fortbildung dieser Art ist besonders vorteilhaft, wenn der Durchmesser eines stabförmigen Führungselements kleiner ist als der Kemdurchmesser des Gewindestabs. In diesem Fall wird ein konus- oder kegelstumpfförmiger Übergang zwischen Führungselement und Gewindestab geschaffen, welcher sich nach oben verjüngt. Die Ankermutter und/oder die Kopfplatte werden dann beim Absenken entlang des Führungselements mit einem bündigen Übergang auf den Gewindestab geführt. Wenn das Führungselement einen geringeren Durchmesser hat als der Kerndurchmesser des Gewindestabs, verbreitert sich das erste Ende des Führungselements vorzugsweise konusförmig oder kegelstumpfförmig auf einen Durchmesser, der dem Kerndurchmesser des Gewindestabs entspricht. Ein solches kegelstumpfförmiges Element, das mit einem kleinsten Querschnitt dem Querschnitt des Führungselements und mit seinem größten Querschnitt dem Kernquerschnitt des Gewindestabs entspricht, kann einstückig mit dem ersten Ende des Führungselements ausgebildet oder an das erste Ende des Führungselements angeschraubt oder angeschweißt sein.
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Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem ersten Ende des Führungselements, insbesondere am größeren Ende des konus- oder kegelstumpfförmigen Elements, ein Sackloch ausgebildet mit einem Innengewinde für den Eingriff mit einem Außengewinde eines Gewindebolzens, welcher auf dem zweiten Ende des Gewindestabs angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte lösbare Verbindung zwischen dem Gewindestab und dem Führungselement bereitgestellt. Zum einen können das Führungselement und der Gewindestab, beispielsweise vor dem Einführen in das Bohrloch zusammengeschraubt werden. Zudem kann das Führungselement - nach dem Sichern der Kopfplatte an dem Gewindestab - von dem Gewindestab abgeschraubt werden.
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Gemäß eine weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Gewindebolzen zentrisch auf dem zweiten Ende des Gewindestabs angeordnet. Durch die zentrische Anordnung des Gewindebolzens wird, insbesondere bei einer mittig an dem ersten Ende des Führungselements ausgebildeten Sacklochbohrung, ein bündiger Übergang zwischen Führungselement und Gewindestab erzielt. Bevorzugt wird der Gewindebolzen an der Baustelle so auf das zweite Ende des Gewindestabs aufgeschweißt, dass er sich exakt konzentrisch zum Querschnitt des Gewindestabs befindet. Eine solche exakte Ausrichtung ist bevorzugt, um eine exakte Führung von Kopfplatte und insbesondere der Ankermutter zu erreichen, da ohne Tauchereinsatz der Sitz der Ankermutter auf dem zweiten Ende des Gewindestabs vor dem Aufschrauben nicht mehr korrigiert werden kann, sondern die Ankermutter nach dem Absenken durch die Führung vorzugsweise bereits so auf dem Außengewinde des Gewindestabs aufsitzt, dass ein Aufschrauben mittels des Drehwerkzeugs ohne vorherige Lagekorrektur der Ankermutter möglich ist.
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Zur Zentrierung beim Anschweißen des Gewindebolzens auf das zweite Ende des Gewindestabs kann vorzugsweise eine Keramiklehre bzw. -schablone zum Einsatz kommen. Dazu wird die Lehre auf das zweite Ende des Gewindestabs aufgesetzt und der Gewindebolzen angeschweißt. Als bevorzugtes Schweißverfahren kommt hier ein Bolzenschweißverfahren, beispielsweise das Nelson-Bolzenschweißen, zum Einsatz. Das Anschweißen des Gewindebolzens auf der Baustelle hat den Vorteil, dass die Gewindebolzen bei einem Transport von Gewindestäben zu der Baustelle nicht beschädigt werden können und insbesondere die exakt mittige Ausrichtung der Gewindebolzen auf den Gewindestäben beim Transport und der Lagerung nicht negativ beeinträchtigt wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an einem zweiten Ende des Führungselements ein Angriffselement zum Antreiben des Führungselements in einer Rotationsbewegung angeordnet. Das Angriffselement kann vorzugsweise eine fest mit dem Führungselement verbundene Mutter sein, auf die z.B. ein Werkzeug oder eine Antriebseinheit aufgesetzt wird, um das Führungselement in einer Rotationsbewegung anzutreiben. Das Antreiben des Führungselements in einer Rotationsbewegung kann beispielsweise dazu dienen, das Führungselement mit dem Gewindebolzen zu verschrauben oder das Führungselement durch Losschrauben von dem Gewindebolzen zu lösen. Weiter kann das Antreiben des Führungselements an dem Angriffselement dazu dienen, den mit dem Führungselement verbundenen Gewindestab in das Bohrloch einzuführen bzw. einzudrehen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem zweiten Ende des Drehwerkzeugs ein Angriffselement zum Antreiben des Drehwerkzeugs in einer Rotationsbewegung angeordnet. Das Angriffselement kann vorzugsweise eine fest mit dem Drehwerkzeug verbundene Mutter sein, auf die z.B. eine Ratsche oder eine Antriebseinheit einer Bohrvorrichtung aufgesetzt wird. Das Antreiben des Drehwerkzeugs über das Angriffselement kann beispielsweise dazu dienen, die Ankermutter zum Sichern der Kopfplatte auf den Gewindestab aufzuschrauben oder zu lösen. Eine auf das Angriffselement des Drehelements aufgesetzte Ratsche kann das Drehwerkzeug beispielsweise in einer Richtung z.B. zum Aufschrauben der abgesenkten Ankermutter auf die Kopflatte drehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ausnehmung der Kopfplatte konusförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Damit wird eine Führung der Kopfplatte über das Führungselement, insbesondere im Bereich eines Übergangs zwischen Führungselement und Gewindestab und des Gewindestabs, derart erzielt, dass das Risiko eines Verkantens der Kopfplatte an dem Führungselement odern dem Übergang, insbesondere aber am Außengewinde des Gewindestabs vermindert wird. Bevorzugt ist die konusförmige oder kegelstumpfförmige Ausnehmung der Kopfplatte im Einbauzustand sich nach oben verjüngend ausgebildet.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an einer Unterseite der Kopfplatte ein Führungsrohr angeordnet. Bevorzugt ist das Führungsrohr im Einbauzustand konzentrisch zu dem Gewindestab bzw. zu der Kopfplatte ausgerichtet. Das Führungsrohr dient insbesondere dazu, die gewünschte Ausrichtung der Kopfplatte zu erzielen bzw. beizubehalten. Insbesondere wird durch das Führungsrohr eine im Wesentlichen rechtwinklige Ausrichtung der Kopfplatte zu dem Bohrloch und damit zu dem Gewindestab erzielt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Bohrgut aus dem Bohrloch durch einen Ringspalt zwischen einem inneren und einem äußeren Bohrrohr abgeführt. Die Abführung von Bohrgut innerhalb eines äußeren Bohrrohrs bei einem solchen doppelt verrohrten Bohrverfahren hat den Vorteil, dass das Bohrgut beispielsweise in einem Behälter gesammelt werden kann. Insbesondere wird der Vorteil erzielt, dass am oberen Ende des Bohrlochs kein, ggf. mit Bindemittelsuspension vermischtes, Bohrgut austritt, was die Anordnung einer Kopfplatte und deren Sicherung durch eine Ankermutter erschweren würde. Zudem wird durch das Abführen des Bohrguts innerhalb eines äußeren Bohrrohrs verhindert, dass das Bohrloch durch das Bohrgut im Verhältnis zu dem Durchmesser des Bohrrohrs unnötig ausgeweitet wird.
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Weiter bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt: Herstellen einer Sacklochbohrung am oberen Ende des Bohrlochs derart, dass die Kopfplatte zumindest teilweise in der Sacklochbohrung angeordnet ist.
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Ferner wurde erkannt, dass der das obere Ende des Bohrlochs umgebende Bodenbereich, beispielsweise die Oberkante eines UWB-Sohle, uneben ist, und ggf. nach dem Bohren des Bohrlochs von Bohrgut und/oder Bindemittelsuspension bedeckt sein kann. Eine Sicherung der Kopfplatte an dem Verpresspfahl ist daher nicht in der ausreichenden Qualität herstellbar. Es ist daher hier vorgesehen, eine Sacklochbohrung am oberen Ende des Bohrlochs herzustellen, mit der ein ebener Grund gebildet wird, auf den die Kopfplatte bei der Sicherung mittels Ankermutter aufgesetzt werden kann. Die Sacklochbohrung bietet zudem einen Raum, der nach der Anordnung der Kopfplatte und deren Sicherung durch die Ankermutter mit einer Bindemittelsuspension verfüllt werde kann und somit zu einem sicheren Halt des Verpresspfahls führt.
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Vorzugsweise wird die Sacklochbohrung derart hergestellt, dass diese zu einer Aufweitung des oberen Endes des Bohrlochs führt und somit einen aufgeweiteten oberen Bereich der Sacklochbohrung bildet. Bei der Herstellung eines Verpresspfahls zum Sichern einer Unterwasserbeton-Sohle wird die Sacklochbohrung vorzugsweise in die Unterwasserbeton-Sohle eingebracht. Dadurch wird ein sicherer Schutz der Unterwasserbeton-Sohle vor Auftrieb bereitgestellt, da der Verpresspfahl über die Kopfplatte nach Aufschrauben der Ankermutter und dem Verfüllen des Sacklochs mit Bindemittelsuspension und deren Erhärtung sicher mit der UWB-Sohle verbunden ist.
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Die Sacklochbohrung kann nach Herstellung des Bohrlochs, gleichzeitig mit der Herstellung des Bohrlochs oder vorher eingebracht werden. Bei der Sicherung einer Unterwasserbeton-Sohle kann die Sacklochbohrung beispielsweise als erstes in die Unterwasserbeton-Sohle eingebracht werden und anschließend das Bohrloch am Boden des Sacklochs durch die Unterwasserbeton-Sohle bis zu einer vorgegebene Tiefe unterhalb der Unterwasserbeton-Sohle hergestellt werden.
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Vorzugsweise wird die Sacklochbohrung mittels eines zumindest abschnittsweise rohrförmigen Bohrelements hergestellt. Der Gewindestab ist vor oder nach dem Erstellen der Sacklochbohrung in das Bohrloch eingeführt oder einführbar.
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Nach eine bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Sacklochbohrung mittels eines zumindest abschnittsweise rohrförmigen Betonfräselements hergestellt. Insbesondere bei der Herstellung einer Sacklochbohrung in einer Unterwasserbeton-Sohle wird die Herstellung der Sacklochbohrung somit vereinfacht. Vorzugsweise weist das Betonfräselement an einem der Vortriebsrichtung abgewandten Ende einen Adapter auf, welcher zum Anschließen des Betonfräselements an ein Bohrrohr dient, welches von einer Antriebseinheit einer Bohrvorrichtung angetrieben wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an einem in Vortriebsrichtung vorderen Ende des Betonfräselements ein Führungsrohr angeordnet. Dieses Führungsrohr, insbesondere Pilot, ist vorzugsweise konzentrisch mit dem Bohrelement zum Herstellen der Sacklochbohrung ausgebildet. Weiter bevorzugt ragt das Führungsrohr zumindest teilweise in ein vor Herstellung der Sacklochbohrung hergestelltes Bohrloch und erleichtert die Führung des Betonfräselements. Sofern das Bohrloch bei Herstellung der Sacklochbohrung noch nicht vorhanden ist, kann das Führungsohr vorzugsweise als Bohrkrone ausgebildet sein, mittels derer ein oberer Bereich eines Bohrrohrs gebildet wird.
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Weiter bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt: Abdichten eines Ringspalts zwischen einer Wandung des oberen Endes des Bohrlochs und einem rohrförmigen Bohrelement oder einem Dichtrohr.
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Durch eine solche Abdichtung wird es möglich, einerseits die in das Bohrloch einzubringende Bindemittelsuspension mit einem hohen Druck zu verpressen und andererseits ein Austreten von Bindemittelsuspension aus diesem Ringspalt zu verhindern.
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Damit der Gewindestab sicher in dem Bohrloch verankert werden kann, werden das Bohrrohr sowie der zwischen Bohrrohr und Bohrlochwandung gebildete Ringraum mit einer Bindemittelsuspension aufgefüllt, teilweise unter Druck. Ein Problem dabei ist es, dass ein Teil der Bindemittelsuspension aus dem Ringspalt austreten und sich auf dem Boden oberhalb des oberen Endes des Bohrlochs ansammeln kann. Dies hat den Nachteil, dass die Bindemittelsuspension nicht mit dem erforderlichen hohen Druck in das Bohrloch verpresst werden kann, und andererseits eine größere Menge Bindemittelsuspension als zur Ausfüllung des Bohrlochs erforderlich eingebracht werden muss.
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Durch das erfindungsgemäße Abdichten des Ringspalts zwischen Bohrlochwandung und einem Bohrelement, wird zum einen das Austreten der Bindemittelsuspension aus dem oberen Ende des Bohrlochs verhindert. Dies hat den Vorteil, dass die Menge der einzupumpenden Bindemittelsuspension verringert und gleichzeitig prognostiziert werden kann. Damit wird auch eine genauere Kostenabschätzung bei Bauvorhaben ermöglicht.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Bindemittelsuspension mit einem erhöhten Druck, z.B. einem Druck von 500 kPa (5 bar), in den erbohrten Raum eingepumpt werden kann, so dass die Bindemittelsuspension auch in den an die unterhalb Bohrlochwandung angrenzenden Baugrund eindringt. Dies führt zu einem sicheren Halt der später ausgehärteten Bindemittelsuspension und damit zu einem sicheren Halt des Verpresspfahls.
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Beim Verpressen der Bindemittelsuspension ist neben einer Abdichtung des Ringspalts zwischen einer Wandung des oberen Endes des Bohrlochs und eines rohrförmigen Bohrelements auch am oberen Ende des Bohrelements ein Abdichtungselement, insbesondere ein Preventer, angeordnet, welche ein Austreten der Bindemittelsuspension aus dem oberen Ende des Bohrelements verhindert.
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Das Abdichten kann bevorzugt an einer Wandung des oberen Endes einer Sacklochbohrung erfolgen. Das Bohrelement kann vorzugsweise eine einfaches Bohrrohr, das Außenrohr eines doppeltverrohrten Bohrelements oder ein Betonfräselement sein. Die genannten Vorteile können auch bei einer Sacklochbohrung erzielt werden, bei der die Abdichtung beim Verpressen zwischen der Außenwandung des oberen Endes der Sacklochbohrung und dem Betonfräselement erfolgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Abdichten mittels eines ringförmigen Dichtelements, welches das rohrförmige Bohrelement oder das Dichtrohr umgibt. Bevorzugt ist das Dichtelement dazu an der Außenwandung des Bohrelements oder des Dichtrohrs dichtend angeordnet und weiter vorzugsweise ausgebildet, das Bohrelement oder das Dichtrohr ringförmig zu umgeben. Das Dichtelement ist vorzugsweise an einem Ende des rohrförmigen Dichtelements oder des Dichtrohrs angeordnet. Bei einem einfach verrohrten Bohrverfahren wird das Abdichten vorzugsweise mittels eines zusätzlichen zweiten Rohrs, eines Dichtrohrs, erzielt. Bei einem doppelt verrohrten Bohrverfahren wird das Abdichten vorzugsweise mittels eines zusätzlichen dritten Rohre, eines Dichtrohrs, erzielt. Beim Herstellen einer Sacklochbohrung erfolgt die Anordnung eines ringförmigen Dichtelements vorzugsweise an der Außenwandung des Betonfräselements. Weiter bevorzugt weist das rohrförmige Bohrelement oder das Dichtrohr eine ringförmige Nut an seiner Außenwandung auf, in die das ringförmige Dichtelement eingelassen ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bleibt das ringförmige Dichtelement beim Ziehen des Bohrrohrs und Verpressen des Bohrlochs mit der Bindemittelsuspension ortsfest am oberen Ende des Bohrlochs angeordnet. Insbesondere beim Ziehen des Bohrrohrs und dem weiteren Nachpumpen von Bindemittelsuspension ist es vorteilhaft, wenn die Abdichtung bestehen bleibt und das rohrförmige Bohrelement oder das Dichtrohr, das das Dichtelement trägt, nicht mitgezogen wird, sondern seine Position und damit die Dichtungsfunktion beibehält.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung auch gelöst durch ein Führungselement zur lösbaren Verbindung mit einem Ende eines Gewindestabs, mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende ausgebildet ist, mit einem Ende eines Gewindestabs verbunden zu werden und das erste Ende einen Durchmesser aufweist, der einem Kerndurchmesser des Gewindestabs entspricht, wobei das erste Ende des Führungselements ein kegelstumpfförmiges Element aufweist, das mit einem kleinsten Querschnitt dem Querschnitt des Führungselements und mit seinem größten Querschnitt dem Kernquerschnitt des Gewindestabs entspricht.
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Nach einer bevorzugen Fortbildung des Führungselements ist das erste Ende des Führungselements konusförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Fortbildung des Führungselements ist an dem ersten Ende des Führungselements ein Sackloch ausgebildet mit einem Innengewinde für den Eingriff mit einem Außengewinde eines Gewindebolzens, welcher auf einem Ende eines Gewindestabs angeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Fortbildung ist an dem zweiten Ende des Führungselements ein Angriffselement zum Antreiben des Führungselements in einer Rotationsbewegung angeordnet.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung auch gelöst durch ein Drehwerkzeug zum Aufschrauben einer Ankermutter auf ein zweites Ende eines mit einem ersten Ende in ein unterhalb einer Wasseroberfläche befindliches Bohrloch eingeführten Gewindestabs, umfassend ein erstes Ende zum Aufsetzen auf eine Ankermutter, ein zweites Ende für eine drehschlüssige Verbindung mit einem Rotationsantrieb, wobei das Drehwerkzeug eine Erstreckung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende aufweist, die so dimensioniert ist, dass sich das zweite Ende des Drehwerkzeugs beim Aufschrauben der Ankermutter oberhalb der Wasseroberfläche befindet, wobei das Drehwerkzeug abschnittsweise rohrförmig ausgebildet ist, so dass ein Führungselement zumindest teilweise innerhalb des Drehwerkzeugs verlaufen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Fortbildung des Drehwerkzeugs ist an dem zweiten Ende des Drehwerkzeugs ein Angriffselement zum Antreiben des Drehwerkzeugs in einer Rotationsbewegung angeordnet ist. Das Angriffselement ist vorzugsweise ausgebildet und angeordnet, mit einem Rotationsantrieb in Eingriff zu kommen und von diesem Rotationsantrieb in eine Drehbewegung versetzt zu werden. Das Angriffselement ist vorzugsweise drehfest mit dem Drehwerkzeug verbunden. Als Rotationsantrieb zum Antreiben des Drehwerkzeugs über das Angriffselement kann beispielsweise eine Ratsche oder die Antriebseinheit einer Bohrvorrichtung zum Einsatz kommen.
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Das Führungselement und seine möglichen Fortbildungen ebenso wie das Drehwerkzeug und seine möglichen Fortbildungen weisen Merkmale auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, für ein erfindungsgemäßes Verfahren und seine Ausführungsformen, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, verwendet zu werden. Zu den Vorteilen, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails des Führungselements und seiner Fortbildungen und des Drehwerkzeugs und seiner Fortbildungen wird auf die vorangegangene Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen des Verfahrens und seiner Fortbildungen, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, verwiesen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner mittelseines rohrförmigen Bohrelements oder Dichtrohrs zum Abdichten eines Ringspalts zwischen einer Wandung eines oberen Endes eines Bohrlochs und des rohrförmigen Bohrelements oder Dichtrohrs mit einem rohrförmigen Dichtelement, welches an einer Außenwandung des rohrförmigen Bohrelements oder des Dichtrohrs angeordnet ist, durchgeführt werden.
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Vorzugsweise weist das rohrförmige Bohrelement oder das Dichtrohr ein seinem Ende eine Nut auf, in der das Dichtelement angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Fortbildung wird das rohrförmige Bohrelement von einem Betonfräselement gebildet.
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Das Bohrelement oder das Dichtrohr und seine möglichen Fortbildungen weisen Merkmale auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, für ein erfindungsgemäßes Verfahren und seine Ausführungsformen, insbesondere gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, verwendet zu werden. Zu den Vorteilen, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails des rohrförmigen Bohrelements oder des Dichtrohrs und seiner Fortbildungen wird auf die vorangegangene Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen des Verfahrens und seiner Fortbildungen, insbesondere gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, verwiesen.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung auch gelöst durch eine Verwendung eines Führungselements nach dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Herstellen eines Verpresspfahls unterhalb einer Wasseroberfläche, insbesondere nach einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung auch gelöst durch eine Verwendung eines Drehwerkzeugs nach dem dritten Aspekt der Erfindung zum Herstellen eines Verpresspfahls unterhalb einer Wasseroberfläche, insbesondere nach einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung auch gelöst durch eine Verwendung eines rohrförmigen Dichtelements, welches an einer Außenwandung eines rohrförmigen Bohrelements oder Dichtrohrs angeordnet ist, zum Abdichten eines Ringspalts zwischen einer Wandung eines oberen Endes eines Bohrlochs und des rohrförmigen Bohrelements oder Dichtrohrs, zum Herstellen eines Verpresspfahls unterhalb einer Wasseroberfläche gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung werden im Folgenden beispielshaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 bis 6: eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens in den Phasen 1 bis 6,
- 7 bis 14 eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens in den Phasen 1.1 bis 8.1 und
- 15 bis 22: eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens in den Phasen 1.2 bis 8.2.
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Im Folgenden wird die erste bevorzugte Ausführungsvariante anhand der 1 bis 6 beispielhaft beschrieben.
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Phase 1
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Das erfindungsgemäße Verfahren und eine Bohrvorrichtung mit erfindungsgemäßen Hilfselementen, hier Führungselement 11 und Drehwerkzeug 3, können sowohl von einer schwimmenden als auch von einer feststehenden Arbeitsebene zu Wasser und zu Lande eingesetzt werden.
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Mittels der Bohrgeräteeinheit 55, dem Bohr-, Spül- und Verpresskopf 2, dem Bohrstrang 12 - umfassend oberstes Bohrrohr 15, Bohrstrangverlängerungsrohren 52, unteres Bohrrohr 38 und Bohrkrone 39 -, der Bohrspülpumpe 45 und der Druckschlauchverbindung 46 wird der Bohrstrang 12 mit gleichzeitigem Einpumpen von Wasser, Zementsuspension 19 oder sonstigem Spülmedium durch Rotation 49 um die Rotationsachse 50 in Vortriebsrichtung 48 durch die UWB-Sohle 9 und dem darunter anstehenden Baugrund 10 bis zum Erreichen der gewollten Bohrtiefe bzw. dem unteren Ende des Bohrloches 41 eingebohrt. Das Bohrspülungsmedium, z. B. Wasser, Zementsuspension 19, etc., tritt hierbei stets unterhalb der Bohrkrone aus, transportiert das gelöste Bohrgut im Ringraum zwischen der äußeren Wandung des Bohrstranges und der Bohrlochwandung 61 des Bodens und der Wandung 35 in der UWB-Sohle auf die Oberfläche 43 der UWB-Sohle 9. Die Vortriebsgeschwindigkeit beim Abteufen des Bohrstranges 12 kann durch ein Schlagwerk innerhalb der Antriebseinheit 1, insbesondere in der UWB-Sohle 9, bei gleichzeitiger Rotation beschleunigt werden.
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Phase 2
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Der Bohr, Spül- und Verpresskopf 2 wird vom obersten Bohrrohr 15 abgeschraubt und die Druckschlauchverlängerung 60 in den Bohrstrang 12 bis zur Bohrkrone 39 eingeschoben. Die in der Bohrspül- und Zementsuspensionspumpe 45 aufbereitete Zementsuspension 19 wird durch die Druckschlauchverbindung 46, die Druckschlauchverlängerung 60, in den Ringräumen zwischen Bohrkrone 39, Bohrstrang 12 und Bohrlochwandung 61 im Boden und der Bohrlochwandung 35 im UWB in einer zuvor berechneten Menge, die den erbohrten Hohlraum ausfüllt, verfüllt bzw. verpresst. In diesem Zuge wird das Spülmedium durch die von der Sohle 41 des Bohrloches aufsteigende Zementsuspension 19, die eine größere Wichte als Wasser hat, in den Unterwasserbereich 8 nach oben verdrängt. Anschließend wird die Druckschlauchverlängerung 60 aus dem Bohrstrang 12 heraus gezogen.
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Phase 3
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Am oberen Ende 25 des Gewindestahles 37 ist mittig ein Gewindebolzen 24 verschweißt. Das stählerne Jungferrohr 18 ist am unteren Ende 26 mit einem stählernen Kegelstumpf 22 verschweißt oder wahlweise mittels Gewindebolzen 21 verschraubt und am oberen Ende 16 mit einer Mehrkant-Mutter 17 verschweißt.
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Der Kegelstumpf 22 ist im Inneren zentrisch nach oben und nach unten mit einem Innengewinde zum Einschrauben der Gewindebolzen 24 und 21 (alternativ für eine Verschweißung) versehen und schließt nach oben bündig mit dem äußeren Durchmesser des Jungferrohres an deren unterem Ende 26 und nach unten bündig mit dem Durchmesser des Gewindestahles 37 an seinem oberen Ende 25 ab. Der Kegelstumpf 22 ist als Verbindungsmittel maßgerecht vorzugsweise mit den o. g. Bündigkeiten hergestellt und eingebaut, damit die in Phase 5 dargestellte Anker- bzw. Pfahlkopfplatte bei der Montage durch ihr Eigengewicht in die erforderliche Position unterhalb des oberen Endes 25 des Gewindestahles 37 absinken kann und nicht darüber im Bereich der Kegelstumpfes 22 hängen bleibt.
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Die beiden, wie oben beschriebenen mit Einzelteilen ergänzten Elemente (Gewindestahl 37 und Jungfer 11) werden miteinander im Bereich Kegelstumpf 22 und Gewindebolzen 24 verschraubt und mittels Hebehilfe in den Bohrstrang 12 bis zur Sohle 41 des Bohrloches abgesenkt. Der Bohrstrang 12 wird anschließend nach erneutem Verschrauben mit dem Bohr-, Spül- und Verpresskopf 2 und dem stetigen Einpumpen einer Wasser-Zementsuspension 19 völlig gezogen und die Bohrkrone 39 wird vom unteren Ende des unteren Bohrrohres 38 abgeschraubt.
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Phase 4
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Der Betonfrässcheibenkopf 28 wird mittels angeschweißtem Adapter 20 mit dem Gewinde am oberen Ende des Adapters 20 mit dem unteren Gewinde des Bohrstrang-Verlängerungsrohres 52 verschraubt. Das obere Ende 14 des obersten Bohrrohres 15 wird mit dem Bohr-, Spül- und Verpresskopf 2 verschraubt. Die so verbundenen Elemente werden von der Bohrgeräteeinheit 55 durch den Unterwasserbereich 8 über die Jungfer 11 hinweg übergreifend bis auf die Oberkante (OK) der UWB-Sohle 9 abgesenkt. Der vorzugsweise aus rohrförmigem Stahl bestehende, an der Unterfläche des Betonfrässcheibenkopfes angeschweißte Pilot 57 greift hierbei in das vorhandene Bohrloch 7 der UWB-Sohle hinein. Durch einen möglichst kleinen Ringraum zwischen dem Pilot 57 und der Bohrlochwandung 35 im UWB wird eine bestmögliche zentrische Führung der Betonfrässcheibe 4 beim Bohren um die Rotationsachse 50 erreicht. Gleichzeitig wird damit die zentrische Lage der danach in die Sacklochbohrung 6 einzubringenden Anker- bzw. Pfahlkopfplatte 31 ermöglicht (siehe Phase 6).
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Mittels Antriebseinheit 1 wird durch Rotation um die Rotationsachse 50 bei gleichzeitigem Vorschub in Bohrvortriebsrichtung 48 und ggfs. Zuführung eines Bohrspülmediums 62, zunächst vorzugsweise Wasser, eine Vertiefung bzw. eine gefräste Sacklochbohrung 6 in der UWB-Sohle 9 hergestellt.
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Danach wird von der Bohrspül- und Zementsuspensionspumpe 45 über Druckschlauchverbindung 46, Bohr-, Spül- und Verpresskopf 2, Bohrstrang-Verlängerungsrohr 52 und Betonfrässcheibe 2 unter rotierender Bewegung der vorgenannten Elemente eine Zementsuspension 19 eingepumpt. Sodann werden die vorgenannten Elemente von der Bohrgeräteeinheit 55 entgegen der Vortriebsrichtung 48 aus dem Unterwasserbereich 8 und dem Bereich der Jungfer 11 gezogen und aus dem vertikalen Bereich des Bohrloches 13 mittels Bohrgeräteeinheit 55 verschwenkt.
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Die im Hohlraum des Bohrstrang-Verlängerungsrohr 52 zunächst verbleibende Zementsuspension 19 sackt während des vorgenannten Ziehvorganges in die Sacklochbohrung 6 ab und füllt deren Hohlraum aus.
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Phase 5
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Die Anker- bzw. Pfahlkopfplatte 31 mit der oberseitig angeschweißten Anker- bzw. Pfahlkopfmutter 30 und dem unterseitig angeschweißten Führungsrohr 33 wird wahlweise mit oder ohne Hebehilfe über die Jungfer 11 hinweg herab gelassen, bis die Unterseite der Anker- bzw. Pfahlkopfmutter 30 durch das Eigengewicht dieser vorgenannten Elemente am oberen Ende 25 des Gewindestahles 37 aufschlägt. Das Führungsrohr 33 führt bei diesem Vorgang durch eine Übergreifung des Gewindestahles zu einer nahezu rechtwinkligen Lage des Anker- bzw. Pfahlkopfes 5 zur Pfahlachse 50. Diese Lage ist erforderlich, damit anschließend die Anker- bzw. Pfahlkopfmutter 30 mit ihrem Innengewinde in das Außengewinde des Gewindestahles 37 eingeschraubt werden kann. Für die Verschraubung wird ein Steckschlüssel 3, mit einem Steckschlüsselkopf 23, der am unteren Ende eines Steckschlüsselrohres 63 angeschweißt ist, und einer Steckschlüsselmutter 64, die am oberen Ende das Steckschlüsselrohr 63 übergreift und miteinander verschweißt worden ist, verwendet. Wahlweise mit oder ohne Hebehilfe wird der Steckschlüssel 3 über die Jungfer 11 als Führungselement durch den UWB 8 bis zur Anker- bzw. Pfahlkopfmutter 30 herab gelassen. Vorzugsweise durch drehende Bewegung des Steckschlüssels 3 mittels einer Ratsche 59 sinkt der Steckschlüsselkopf 23 über die Anker- bzw. Pfahlkopfmutter 30 übergreifend bis zum Steckschlüsselanschlag 65 ab. Mit Hilfe der Ratsche 59 werden anschließend alle vorgenannten Elemente durch Rotation um die Bohrlochachse 50 bzw. des Gewindestahles 37 in Bohrvortriebsrichtung 48 bis auf die ebenflächig ausgefräste Auflagerfläche 44 hinab geschraubt.
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Hierbei wird die Zementsuspension mit dem Volumen des Anker- bzw. Pfahlkopfes 5 verdrängt, umschließt diesen und füllt die Sacklochbohrung 6 wasserdicht aus (siehe Phase 6).
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Phase 6
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Der Steckschlüssel 3 wird entgegen der Vortriebsrichtung 48 mittels Bohrgeräteeinheit 55 gezogen und aus der Vertikalen des Bohrloches 13 verschwenkt. Die Jungfer 11 kann vom angeschweißten Gewindebolzen 24 beispielsweise händisch mit oder ohne Maul- bzw. Ringschlüssel, vorzugsweise unter Verwendung der Mutter 17, abgeschraubt und bis zum nächsten Einsatz seitlich gelagert werden.
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Bei der zuvor mit Bezug zu den 6 Phasen der 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsvarianten erfolgt das Einbohren des Verpresspfahls im einfach verrohrten Drehspülverfahren mit Außenspülung. Zwecks Förderung des Bohrgutes, Vermeidung bzw. Verringerung des Bodennachfalles und Verringerung von tragfähigkeitsmindemder Verschmierung der Bohrlochwandung im Boden muss gegebenenfalls mit einer Zementsuspension als Spülmittel bzw. Spültiefe gebohrt werden. Das Bohrgut, gegebenenfalls einschließlich einer zu Zementstein erhärteten Zementsuspension, muss nach dem Auspumpen (Lenzen) des Grundwassers aus der Baugrube beseitigt werden, bevor das Bauwerk errichtet werden kann.
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Im Folgenden werden mögliche Varianten dieses Verfahrens beschrieben. Dabei wird insbesondere auf Unterschiede zu der bisher dargestellten bzw. der zuvor dargestellten Variante eingegangen.
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Eine zweite bevorzugte Ausführungsvariante wird im Folgenden beispielhaft mit Bezug auf die 7 bis 14 in den Phasen 1.1 bis 8.1 beschrieben.
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Das Einbohren des Verpresspfahls erfolgt, wie auch bereits mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben, im einfach verrohrten Drehspülverfahren.
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In Phase 1.1 erfolgt zunächst ein Einfräsen einer Sacklochbohrung mittels eines Betonfräselements 28. Dazu wird das Betonfräselement mittels einer Antriebseinheit 1 in eine Bohrvortriebsrichtung 48 und zudem in einer Rotationsbewegung in einer Rotationsrichtung 49 bewegt. Das Führungsrohr 57 erstellt mittels seiner Bohrkrone dabei gleichzeitig einen oberen Bereich eines Bohrlochs.
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In Phase 2.1 wird mittels eines Bohrelements, welches innerhalb des Betonfräselements 28 verläuft, das Bohrloch bis zu einer vorgegebenen Tiefe unterhalb der Unterwasserbeton-Sohle 9 erstellt. Mittels der Bohrspülpumpe 45 wird ein Spülfluid durch das Bohrelement gepumpt. Das Betonfräselement 28 weist an seiner Außenwandung ein Dichtelement 67 auf, das den Ringraum zwischen Betonfräselement 28 und Innenwandung der Sacklochbohrung abdichtet.
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Das Spülfluid tritt an dem unteren Ende des Bohrelements aus und verbringt das Bohrgut 71 durch den Ringraum zwischen Bohrelement und Betonfräselement bzw. einem an den Adapter des Betonfräselements angeschlossen Rohr bis in den Auffangbehälter 71.
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Durch die bereits in Phase 1.1 erfolgte Einfräsung des Sacklochs für den später einzubauenden Pfahl- bzw. Ankerkopf, dem vorübergehenden Verbleib des dichtenden Betonfräselements mit den Bohrrohrverlängerungen bis oberhalb der Wasseroberfläche 47 und den Preventer 72 am oberen Ende des Bohrrohrstranges wird das Bohrgut 71 und die Bohrspülung in ein Auffangbecken 70 geleitet und gelangt so nicht auf die Unterwasserbeton-Sohle 9. Eine aufwändige Lösung und Entfernung des Bohrgutes, gegebenenfalls auch des Zementsteins, von der Unterwasserbeton-Sohle 9 ist nicht erforderlich. Lediglich die geringfügig lose Masse aus der Fräsung des Sackloches für die Kopfplatte 31 ist noch erforderlich.
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In Phase 3.1 wird mittels der Zementsuspensionspumpe 45 über die Druckschlauchverlängerung 60 eine Zementsuspension in den Innenraum des Bohrelements, den Ringraum zwischen Bohrelement und Bohrlochwandung 61 sowie in den Ringraum zwischen Bohrelement und Betonfräselement 28 gepumpt. Die Zementsuspension weist eine höhere Wichte auf als das Spülfluid, so dass das Spülfluid nach oben aus dem oberen Ende des Ringraums zwischen Bohrelement und Betonfräselement 28 bzw. einem an den Adapter des Betonfräselements angeschlossen Rohr austritt. Das Dichtelement 67 dichtet den Ringraum zwischen Betonfräselement 28 und Innenwandung der Sacklochbohrung ab, so dass der das Bohrelement umgebende Ringraum vorübergehend geschlossen ist. In dieser Phase kann die einzupumpende Verpressmasse (Zementsuspension) nicht entweichen und daher nach den anerkannten Regeln der Technik (u.a. nach DIN 4128) mit einem Druck von mindestens 500 kPa (5 bar) in den erbohrten Hohlraum eingepresst werden.
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Durch das zwangsläufige Nichtentweichen der Verpressmasse ist eine genaue Mengenbestimmung und Preisermittlung derselben möglich. Einschließlich der ansonsten anfallenden Beseitigungs- und Entsorgungskosten von Überschuss-Zementsuspension ist somit eine wesentlich wirtschaftliche Verpresspfahl- und Verpressankerherstellung möglich.
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In Phase 4.1 wird zunächst der Gewindestab 37 in das Bohrelement und somit in das Bohrloch eingeführt. Danach wird das Bohrelement aus dem Bohrloch zurückgezogen, während gleichzeitig das Betonfräselement 28 in vertikaler Richtung ortsfest verbleibt. Während des Rückziehens des Bohrelements wird weiter Zementsuspension in das Bohrloch gepumpt, um den von dem Bohrelement hinterlassenen Hohlraum auszufüllen.
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Zwischen Phase 4.1 und Phase 5.1 wird zudem das Betonfräselement zurückgezogen. Zwischen Phase 5.1 und 6.1 werden die Ankermutter 30 und die Kopfplatte 31 über das Führungselementrohr 18 abgesenkt. Dabei ist die Ankermutter 30 mit der Kopfplatte 31 über die Schweißnaht 69 verbunden. Zwischen Phase 6.1 und 7.1 wird das Drehwerkzeug 3 mit dem Steckschlüsselrohr 63 über das Führungselement 11 abgesenkt, so dass es auf der Ankermutter 30 aufsitzt. Zwischen Phase 7.1 und Phase 8.1 wird die Ankermutter 30 auf den Gewindestab 37 aufgeschraubt. Anders als bei der in 5 gezeigten Variante des Drehwerkzeugs bzw. Steckschlüssels 3, der mit einem als Steckschlüsselmutter 64 bezeichneten Angriffselement für den Eingriff mit einer Ratsche 59 ausgebildet ist, ist das hier in 13 (und 21) gezeigte Drehwerkzeug 3 ausgebildet, von der Bohrgeräteeinheit 55 angetrieben zu werden, so dass der Einsatz einer Ratsche 59 nicht erforderlich ist.
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In Phase 8.1 wird das Drehwerkzeug gemeinsam mit dem Führungselement 11 zurückgezogen.
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Eine dritte bevorzugte Ausführungsvariante wird im Folgenden beispielhaft mit Bezug auf die 15 bis 22 in den Phasen 1.2 bis 8.2 beschrieben.
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In Phase 1.2 erfolgt zunächst ein Einfräsen wie es in 7 gezeigt und in Bezug auf Phase 1.1 beschrieben ist. Das Einbohren der Pfähle erfolgt, wie in 16 gezeigt, in Phase 2.2 im doppelt verrohrten Drehspülverfahren. Da das Bohr- und Spülgut im bodenunabhängigen Ringraum zwischen den beiden Bohrrohrsträngen zutage gefördert wird, ist eine Zementsuspension als Spülmittel nicht erforderlich, sondern in der Regel lediglich Wasser. Das äußere der beiden gleichzeitig abzuteufenden Bohrrohrstränge stützt das Bohrloch im Boden und verhindert den Bodeneinfall.
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In Phase 3.2 wird das innere Bohrrohr 74, der Ringraum zwischen innerem Bohrrohr 74 und äußerem Bohrrohr 73 sowie der Ringraum zwischen äußerem Bohrrohr und Bohrlochwandung mit einer Zementsuspension gefüllt.
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Zwischen Phase 3.2 und 4.2 wird das innere Bohrrohr 74 rückgezogen und anschließend der Gewindestab mit verschraubtem Führungselement 11 in das äußere Bohrrohr 73 und damit in das Bohrloch eingeführt.
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Während des Ziehens des äußeren Bohrrohrs 73 in Phase 5.2 wird Zementsuspension in das Bohrloch nachgepumpt, um den Hohlraum, welcher von dem Bohrrohr 73 zurückgelassen wird, zu füllen.
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Zwischen Phase 5.2 und 6.2 wird die Ankermutter 30 mit der Kopfplatte 31 über das Führungselement 11 bzw. über das Führungselementrohr 18 abgesenkt. Zur Zentrierung des Gewindestabs dient ein Federkorb-Abstandshalter 56. Zu Beginn der Phase 7.2 wird die Ankermutter 30 auf den Gewindestab mittels des Steckschlüsselrohrs 63 aufgeschraubt. In Phase 8.2 werden Führungselement 11 und das Drehwerkzeug bzw. der Steckschlüssel 3 zurückgezogen. Dazu dient eine Antriebseinheit eines Bohrkrans mit einem Bohr-, Spül, und Verpresskopf 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Bohr-, Spül- und Verpresskopf
- 3
- Drehwerkzeug, auch als Steckschlüssel bezeichnet
- 4
- Betonfrässcheibe
- 5
- Pfahl- bzw. Ankerkopf
- 6
- Gefräste Sacklochbohrung
- 7
- Bohrloch in UWB-Sohle
- 8
- Unterwasserbereich
- 9
- Unterwasserbeton-Sohle, auch als UWB-Sohle bezeichnet
- 10
- Baugrund
- 11
- Führungselement, auch als Jungfer bezeichnet
- 12
- Bohrstrang
- 13
- Pfahl- bzw. Ankerlängsschnitt im Baugrund
- 14
- Oberes Ende des Bohrstranges
- 15
- Oberstes Bohrrohr eines Bohrstranges
- 16
- Oberes Ende des Führungselementrohrs
- 17
- Angriffselement des Führungselements, auch als Mehrkant-Mutter bezeichnet
- 18
- Führungselementrohr
- 19
- Bindemittelsuspension, auch als Zementsuspension bezeichnet
- 20
- Gewinde am oberen Ende des Adapters für Anschluss an Bohrrohrstrang
- 21
- Gewindebolzen
- 22
- Kegelstumpf
- 23
- Drehwerkzeugkopf, auch als Steckschlüsselkopf bezeichnet
- 24
- Gewindebolzen
- 25
- Oberes Ende des Gewindestabs eines Einstabankers bzw. -pfahles
- 26
- Unteres Ende des Führungselementrohrs
- 27
- Adapter, als Anschluss für Bohrstrang-Verlängerungsrohr zentrisch mit Betonfrässcheibe verschweißt
- 28
- Betonfräselement, auch als Betonfrässcheibenkopf bezeichnet
- 29
- Reißzähne in Betonfrässcheibenkopf eingelassen und verschweißt
- 30
- Ankermutter, auch als Pfahlkopfmutter bezeichnet
- 31
- Kopfplatte, auch als Anker- bzw. Pfahlkopfplatte bezeichnet
- 32
- ausgehärtete Bindemittelsuspension, auch bezeichnet als Zementstein
- 33
- Führungsrohr, auch als Jungferrohr bezeichnet
- 34
- Wandung der Sacklochbohrung
- 35
- Bohrlochwandung im UWB (Unterwasserbeton)
- 36
- Unteres Ende des Führungsrohres
- 37
- Gewindestab eines Einstabankers bzw. -pfahles
- 38
- Unteres Bohrrohr eines Bohrrohrstranges
- 39
- Bohrkrone
- 40
- Unteres Ende des Gewindestab eines Einstabankers bzw. -pfahles
- 41
- Unteres Ende (Sohle) des Bohrloches
- 42
- Untere Fläche des Unterwasserbetons
- 43
- Obere Fläche des Unterwasserbetons
- 44
- Auflagerfläche für Anker- bzw. Pfahlkopf, ringförmig
- 45
- Bohrspül- und Zementsuspensionspumpe
- 46
- Druckschlauchverbindung
- 47
- Wasseroberfläche
- 48
- Bohrvortriebsrichtung
- 49
- Rotationsrichtungen
- 50
- Rotations-, Bohrloch- und Anker- bzw. Pfahlachse
- 51
- Sackloch
- 52
- Bohrstrang-Verlängerungsrohr
- 53
- Loch, zentrisch im Betonfrässcheibenkopf
- 54
- Loch, zentrisch in der Anker- bzw. Pfahlkopfplatte
- 55
- Bohrgeräteeinheit
- 56
- Federkorb-Abstandhalter
- 57
- Führungsrohr, auch als Pilot bezeichnet
- 58
- Rotationsrichtung Drehwerkzeug
- 59
- Ratsche
- 60
- Druckschlauchverlängerung
- 61
- Bohrlochwandung
- 62
- Spülfluid, auch bezeichnet als Bohrspülmedium
- 63
- Steckschlüsselrohr
- 64
- Angriffselement des Drehwerkzeugs, auch als Steckschlüsselmutter bezeichnet
- 65
- Steckschlüsselanschlag
- 66
- Abstandshalter
- 67
- Dichtelement, auch bezeichnet als Rollgummi
- 68
- Ringförmige Nut, auch als Rille bezeichnet
- 69
- Schweißnaht zwischen Anker-/Pfahlkopfmutter und Anker-/Pfahlkopfplatte
- 70
- Auffangbehälter
- 71
- Bohrgut
- 72
- Abdichtungselement, auch als Preventer bezeichnet
- 73
- Äußeres Bohrrohr, auch als Bohrrohrstrang bezeichnet
- 74
- Inneres Bohrrohr, auch als Bohrrohrstrang bezeichnet
