DE3225808C2

DE3225808C2 - Werkzeug und Verfahren zur Herstellung eines Bohrlochs mit verfestigter Wand

Info

Publication number: DE3225808C2
Application number: DE3225808A
Authority: DE
Inventors: Valentin I. Dnepropetrovsk Feklin; Boris M. Maso
Original assignee: DNEPROPETROVSKIJ INZENERNO-STROITEL'NYJ INSTITUT DNEPROPETROVSK SU
Current assignee: DNEPROPETROVSKIJ INZENERNO-STROITEL'NYJ INSTITUT DNEPROPETROVSK SU
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1984-02-02
Also published as: IT1192989B; IT8241629A0; US4496011A; AU550190B2; CA1173426A; AU8470782A; FR2513304A1; IT8241629A1; FR2513304B1; DE3225808A1

Abstract

Das Werkzeug weist zwei gleichachsige Gehäuse - ein vorderes und ein hinteres Gehäuse (1) und (5) auf, welche miteinander durch ein röhrenförmiges Verbindungselement (6) mit Öffnungen zum Auslassen des Verfestigungsstoffes in das Bohrloch verbunden sind. Das vordere Gehäuse (1) enthält einen Kalibrierteil (2) sowie kegelförmige Vorder- und Hinterspitzen (3) und (4) mit helikoidalen bandartigen Oberflächen zur Bodenverdichtung. Das hintere Gehäuse (5) weist einen zylindrischen Kalibrierteil (7) auf, dessen Durchmesser diesen des Kalibrierteiles (2) des vorderen Gehäuses (1)überschreitet. Im Gehäuse (5) ist ein Axialkanal (10) ausgeführt, der mit dem Hohlraum des Verbindungselementes (6) für die Zuführung des Verfestigungsstoffes in Verbindung steht. Das Verfahren zur Erzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen schließt die Erzeugung eines Vorbohrloches mit Hilfe des vorderen Gehäuses (1) und dann die Erzeugung von Bohrlöchern mit dem vorgegebenen Durchmesser mit dem hinteren Gehäuse (5) beim ersten Niederbringen des Vorbohrloches ein. Nach dem Niederbringen des Bohrlochs auf die gesamte Tiefe wird das Werkzeug so lange gehoben, bis es aus dem Vorbohrloch heraustritt. Der Verfestigungsstoff wird in das Vorbohrloch gefördert, wonach das erneute Niederbringen des Bohrlochs zum Einpressen des Verfestigungsstoffes in die Wandungen sowie den Boden des Bohrloches durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung eines Bohrlochs mit verfestigter Wand, welches zur Bodenverdichtung ein vorderes Gehäuse, das einen zylindrischen Kalibrierteil sowie kegelförmige Vorder- und Hinterspitzen mit helikoidalen, bandartigen Oberflächen enthält, welche zu beiden Seiten des Kalibrierteils angeordnet sind, und ein hinteres Gehäuse umfaßt das gleichfalls einen zylindrischen Kalibrierteil und eine kegelförmige Vorderspitze mit helikoidalen, bandartigen Oberflächen aufweist, oberhalb des vorderen Gehäuses gleichachsig mit diesem angeordnet ist einen Axialkanal für die Zuführung eines Verfestigungsstoffes aufweist und mit dem vorderen Gehäuse durch ein röhrenförmiges Verbindungselement verbunden ist, das mit dem Axialkanal in Verbindung steht und eine Auslaßöffnung für den Verfestigungsstoff besitzt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bohrloches mit verfestigter Bohrlochwand in nicht tragfähigen Abschnitten des Bohrloches, unter Verwendung eines Werkzeuges nach Anspruch 1, bei dem mit dem Werkzeug zunächst ein Vorbohrloch mit einem den vorgegebenen unterschreitenden Durchmesser niedergebracht anschließend das Vorbohrloch durch weiteren Vortrieb des Werkzeuges auf den vorgegebenen Durchmesser erweitert, dabei mittels des Werkzeuges zu den nicht tragfähigen Abschnitten der Bohrlochwand hin ein Verfestigungsstoff in das Vorbohrloch eingeleitet und mit diesem die Bohrlochwand verfestigt wird.

Das bekannte Werkzeug ermöglicht es, die Verfestigung der Wandung eines Bohrloch mit verschiedenen Verfestigungsstoffen während des Vertriebs des Werkzeugs im Boden durchzuführen. Hierbei bleiben jedoch der Boden und die Wandung des Bohrlochs im unteren Abschnitt unverfestigt, was beim Niederbringen von Bohrlöchern unter den Grundwasserspiegel das Einströmen von Wasser und das Ausschwemmen des Bodens zur Folge hat und die Bedingungen für das nachfolgende Errichten von Pfählen verschlechtert. Um auch den Boden und den unteren Teil des Bohrlochs zu verfestigen, muß das Werkzeug an die Oberfläche gezogen, Verfestigungsstoff von oben in das Bohrloch eingefüllt und das Niederbringen der Bohrung erneut durchgeführt werden. Hierdurch erhöht sich der erforderliche Arbeitsaufwand beträchtlich, und es sinkt auch die Qualität, da die unverfestigten Wände im unteren Abschnitt bis zu deren Verfestigung durch das erneute Niederbringen des Bohrlochs abrutschen und das Bohrloch sich mit, durch den unverfestigten Teil einsickerndes, Wasser füllt.

Aus der US-PS 41 93 461 ist das oben skizzierte Verfahren bekannt. Hierbei wird der Verfestigungsstoff zwar relativ weit unten in das Vorbohrloch zugeführt, dennoch verbleibt immer ein unverfestigter Abschnitt, was im Falle von Bohrlöchern unterhalb des Grundwasserspiegels zu den oben beschriebenen negativen Folgen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Bohrloches mit verfestigter Wandung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 dahingehend zu verbessern, das es gestattet, die Qualität der Verfestigung der Bohrlochwandung, insbesondere im Bohrlochbodenbereich, zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.

Das Wesen der Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtansicht des Werkzeuges zur

Erzeugung von Bohrlöchern,

F i g. 2 einen Schnitt 11—II nach F i g. 1,

F i g. 3 das Anfangsstadium des Niederbringens einer Bohrung,

Fig.4 das Niederbringen der Bohiung mit einer gleichzeitigen Verfestigung deren Wandungen,

Fig.5 die Zuführung des Vertestigungsstoffes zur Bohrlochsohle,

F i g. 6 die Verfestigung der Wandungen des unteren Abschnittes und des Bodens des Bohrlochs.

Das Werkzeug zur Erzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen schließt ein in Bewegungsrichtung vorderes Gehäuse 1 (Fig. 1) welches einen zylindrischen Kalibrierten 2, kegelförmige Vorder- und Hinterspitzen 3 und 4 mit helikoidalen bandartigen Oberflächen zur Bodenverdichtung enthält, die gleiche Drallrichtung haben, sowie ein in Bewegungsrichtung hinteres Gehäuse 5 ein, welches über dem vorderen Gehäuse 1 angeordnet und mit diesem durch ein röhrenförmiges Verbindungselement 6 verbunden ist, wobei das vordere Gehäuse 1, das hintere Gehäuse 5 sowie das Verbindungselement 6 eine gemeinsame Längsachse aufweisen und das hintere Gehäuse 5 einen zylindrischen Kalibrierteil 7 enthält dessen Durchmesser diesen des Kalibrierteiles 2, d.h. den Durchmesser des Bodenbohrloches überschreitet, sowie eine kegelförmige Spitze 8 aufweist, die zum zylindrischen Teil 7 koaxial angeordnet ist und eine helikoidale bandartige Oberfläche hat, deren Drallrichtung mit der der helikoidalen Oberfläche der Vorder- und der Hinterspitze 3 bzw. 4 des vorderen Gehäuses 1 übereinstimmt, und die in Form von koaxial angeordneten zylindrischen Abschnitten ausgeführt ist, deren Halbmesser nach unten in Richtung vom Kalibrierteil 7 des hinteren Gehäuses 5 zu dessen Verbindungsstelle mit dem Element 6 hin stufenweise abnehmen, wobei die Zylinderflächen der gleichachsigen Abschnitte, welche die Spitze 8 des hinteren Gehäuses 5 bilden, miteinander durch Übergangsabschnitte 9 (F i g. 2) stetig verbunden sind. Das hintere Gehäuse 5 des Werkzeuges weist einen Kanal 10 (Fig. 1) für die Zuführung eines Verfestigungsstoffes 11 auf, der mit dem Hohlraum der Bohrstange 12 verbunden ist. Das Element 6 hat einen Hohlraum 13, welcher mit dem Kanal 10 in Verbindung steht, öffnungen 14 in den Wandungen zum Durchlassen des Verfestigungsstoffes 11 in das Bohrloch 15 sowie Schaufeln 16, welche bezüglich des Befestigungselementes 6 entlang einer Helikoide angeordnet sind, deren Drallrichtung dieser der helikoidalen Oberfläche der Spitzen des vorderen und des hinteren Gehäuses 1 und 5 des Werkzeuges entgegengesetzt ist. Das Verfahren wird derart durchgeführt, wie es nachstehend bei der Veranschaulichung des Werkzeugbetriebes geschildert ist. Beim Drehen, welches von einem Antrieb (nicht gezeigt) an das Werkzeug übertragen wird, schraubt sich das vordere Gehäuse 1 des Werkzeuges dank des Vorhandenseins einer kegelförmigen Vorderspitze 3 in den Boden hinein und erzeugt ein Bohrloch 15 (F i g. 3), welches anschließend beim Eindringen des hinteren Gehäuses 5 bis zu einem entwurfsmäßigen Durchmesser (F i g. 4) erweitert wird, der dem Durchmesser des zylindrischen Teiles 7 des hinteren Gehäuses 5 gleich ist. Der zylindrische Teil 7 dient zur Formgebung des Bohrloches 15. Entsprechend dem Eindringen des Werkzeuges in den Boden wird der Boden in die Wandungen des Bohrloches 15 mit den Oberflächen der Übergangsabschnitte 9 der kegelförmigen Spitze 8 des hinteren Gehäuses 5 eingepreßt. Beim Niederbringen

der Abschnitte des Bohrloches la, wo eine Bodenverfestigung erforderlich ist, wird über den Hohlraum der Bohrstange 12, den Kanal 10 im Inneren des hinteren Gehäuses 5 sowie den Hohlraum 13 im Verbindungselement 6, welche miteinander sukzessive verbunden sind, der Verfestigungsstoff 11 gefördert, welcher durch die öffnungen 14 in den Wandungen des Verbindungselementes 6 in den Raum zwischen dem vorderen und hinteren Gehäuse 1 und 5 gelangt und je nach dem Eindringen des Werkzeuges in den Boden in die Wandungen des Bohrloches 15 bei deren Verfestigung eingepreßt wird. Das Vorhandensein von Schaufeln 16, welche an der Oberfläche des Verbindungselementes 6 in bezug auf dieses entlang einer Helikoide angeordnet sind, deren Drallrichtung dieser der helikoidalen Oberflächen der Gehäusespitzen entgegengesetzt ist ermöglicht es, den Verfestigungsstoff 11 zu vermischen, infolgedessen wird seine Konsistenz auf dem gesamten Umfang gleich gehalten, was die Erhöhung der Wirksamkeit der Verfestigung der Wandungen des Bohrloches 15 zur Folge hat und eine Festigkeitsgleichheit gewährleistet Darüber hinaus wird durch die Schaufeln 16 das Anhaften des Bodens an der Oberfläche des Verbindungselementes 6 sowie das Eindringen des ausgehobenen Bodens aus dem Bohrloch 15 über die öffnungen 14 in den Hohlraum 13 verhindert Nach Abschluß des Niederbringens der Bohrung wird das Herausdrehen des Werkzeuges (F i g. 5) durch Änderung seiner Drehrichtung durchgeführt, wobei der in dem Hohlraum zwischen dem vorderen und hinteren Gehäuse 1 und 5 befindliche Verfestigungsstoff 11 in die Bohrlochwandungen durch die kegelförmige Vorderspitze 4 sowie mit den Kalibrierteil 2 des vorderen Gehäuses 1 eingepreßt wird. Das Werkzeug wird auf eine Höhe gehoben, die nicht kleiner ist, als die Länge seines vorderen Teiles, d. h. als der Abstand vom unteren Punkt des Gehäuses 1 bis zum unteren Punkt des hinteren Gehäuses 5, bzw. bis das Werkzeug aus dem Vorbohrloch bei fortgesetzter Zuführung von Verfestigungsstoff 11 herausgeführt wird, welcher auf den Boden des Bohrloches 15 herunterfällt. Nach dem Füllen des unteren Abschnittes bzw. des Vorbohrloches im Bohrloch 15 mit Verfestigungsstoff 11 wird ein wiederholtes Niederbringen des unteren Abschnittes des Bohrloches (Fig.6) durchgeführt Dabei wird die Verfestigung des Bohrlochbodens sowie der Wandungen des unteren Abschnittes (F i g. 7) erreicht.

Es ist auch eine solche Ausführungsvariante der vorstehend beschriebenen Einrichtung möglich, bei welcher das hintere Gehäuse mit einer Hinterspitze versehen ist, die ihrer Form nach der Hinterspitze des vorderen Gehäuses ähnlich ist. In diesem Fall ist es möglich, die Verfestigung der Bohrlochwandungen in zwei Schichten bei einem Niederbringen durchzuführen. Die zweite Schicht des Verfestigungsstoffes, der unmittelbar in das Bohrloch vor dem Herausziehen des Werkzeuges gefördert wird, wird in die Bohrlochwandungen durch die Oberfläche der kegelförmigen Hinterspitze des hinteren Gehäuses beim Herausschrauben des Werkzeuges aus dem Bohrloch eingepreßt.

Die Drallrichtung der helikoidalen Oberflächen der !!•nterspitzen des vorderen sowie des hinteren Gehäuses kann der Drallrichtung der helikoidalen Oberflächen der Vorderspitzen dieser Gehäuse entgegengesetzt sein. In diesem Falle wird das Herausziehen des Werkzeuges aus dem Bohrloch durch Änderung der

Vorschubrichtung des Werkzeuges in entgegengesetzter Richtung (von unten nach oben), aber ohne Änderung der Drehrichtung des Werkzeuges, durchgeführt.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeuges ermöglicht es, verfestigte Bohrlöcher in losen und wassergesättigten Böden bei einem höher als der

Bohrlochboden liegenden Grundwasserspiegel zu erzeugen. Dabei wird das Wasserdurchsickern in das Bohrloch verhindert. Bei Benutzung des Bohrloches zur Herstellung von Verdichtungspfählen wird die Tragfähigkeit des Pfahles in der Nähe des Bohrlochbodens infolge der zusätzlichen Bodenverdichtung um 15 bis 30% erhöht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Werkzeug zur Herstellung eines Bohrlochs mit verfestigter Wand, welches zur Bodenverdichtung ein vorderes Gehäuse, das einen zylindrischen Kalibrierteil sowie kegelförmige Vorder- und Hinterspitzen mit helikoidalen, bandartigen Oberflächen enthält, welche zu beiden Seiten des Kalibrierteils angeordnet sind, und ein hinteres Gehäuse umfaßt, das gleichfalls einen zylindrischen Kalibrier- ■" teil und eine kegelförmige Vorderspitze mit helikoidalen, bandartigen Oberflächen aufweist, oberhalb des vorderen Gehäuses gleichachsig mit diesem angeordnet ist, einen Axialkanal für die Zuführung eines Verfestigungsstoffes aufweist und '⁵ mit dem vorderen Gehäuse durch ein röhrenförmiges Verbindungselement verbunden ist, das mit dem Axialkanal in Verbindung steht und eine Auslaßöffnung für den Verfestigungsstoff besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierteil (7) des hinteren Gehäuses (5) einen Durchmesser hat, welcher größer als der Durchmesser des Kalibrierteiles (2) des vorderen Gehäuses (1) ist und dem Durchmesser des zu erzeugenden Bohrloches entspricht -5

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Gehäuse (5) zusätzlich eine kegelförmige Hinterspitze mit helikoidalen, bandartigen Oberflächen aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Bohrloches mit verfestigter Bohrlochwand in nicht tragfähigen Abschnitten des Bohrloches, unter Verwendung eines Werkzeuges nach Anspruch 1, bei dem mit dem Werkzeug zunächst ein Vorbohrloch mit einem den vorgegebenen unterschreitenden Durchmesser ^ niedergebracht, anschließend das Vorbohrloch durch weiteren Vortrieb des Werkzeuges auf den vorgegebenen Durchmesser erweitert, dabei mittels des Werkzeuges zu den nicht tragfähigen Abschnitten der Bohrlochwand hin ein Verfestigungsstoff in das Vorbohrloch eingeleitet und mit diesem die Bohrlochwand verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug bei Erreichen eines nicht tragfähigen Abschnittes der Bohrlochwand in eine Höhe aufgeholt wird, die mindestens der Länge des Vorbohrteils des Werkzeuges entspricht, daß sodann erneut Verfestigungsstoff mit dem Werkzeug in das Vorbohrloch eingebracht wird, und daß danach das Werkzeug unter Verdrängung des Verfestigungsstoffes in das umgebende Erdreich wieder vorgetrieben wird, bis es die vorgebohrte Endposition erreicht hat, wobei die entsprechenden Verfestigungsmaßnahmen solange wiederholt werden, bis der nicht tragfähige Abschnitt der Bohrlochwand verfestigt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das erneute Niederbringen des Bohrlochs mit einem Werkzeug nach Anspruch 2 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Herausziehen des Werkzeuges der Verfestigungsstoff in das Bohrloch ^bu eingebracht und beim Aufholen des Werkzeuges aus dem Bohrloch mit der Hinterspitze des hinteren Gehäuses noch eine zusätzliche Schicht des Verfestigungsstoffes in die Bohrlochwand eingepreßt wird.

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