EP1942247B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen einer Bohrung im Boden durch Verdrängerbohren - Google Patents

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EP1942247B1
EP1942247B1 EP07000129A EP07000129A EP1942247B1 EP 1942247 B1 EP1942247 B1 EP 1942247B1 EP 07000129 A EP07000129 A EP 07000129A EP 07000129 A EP07000129 A EP 07000129A EP 1942247 B1 EP1942247 B1 EP 1942247B1
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EP
European Patent Office
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drill string
carrying capacity
load
operating parameters
soil
Prior art date
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EP07000129A
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Erwin Emil Stötzer
Robert Wenger
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Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
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Priority to PT07000129T priority patent/PT1942247E/pt
Priority to ES07000129T priority patent/ES2323023T3/es
Priority to DK07000129T priority patent/DK1942247T3/da
Priority to DE502007000585T priority patent/DE502007000585D1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/003—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells by analysing drilling variables or conditions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/26—Drilling without earth removal, e.g. with self-propelled burrowing devices

Definitions

  • the invention relates to a method for creating a bore in the ground by positive displacement drilling in which a drill string, which has at least a cross-section enlarged displacement in a lower region, is rotationally retracted into the ground, operating parameters of the drill string during retraction of the drill string are detected in the ground and the operating parameters are used to determine the carrying capacity of the bore, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a device for making a hole in the ground by positive displacement drilling according to the preamble of claim 8.
  • a device for making a hole in the ground by positive displacement drilling is formed with a drill string having in a lower region at least a cross-section enlarged displacement, and a drive means for rotational driving and axial displacement the drill string, wherein means are provided for detecting operating parameters of the drill string during axial retraction of the drill string in the ground, and wherein a computing device is provided, which sets the operating parameters for determining the carrying capacity of the bore in a mathematical relationship.
  • a generic method and a generic device are for example from the EP 1 277 887 A2 known.
  • Verdrängerbohrclar In a known Verdrängerbohrclar a drill string, which has a displacement area in the region of its bottom end, introduced into the soil. In this displacement region of the drill string is formed larger diameter compared with arranged below drill string areas. In the displacer area, pending drilling material is displaced radially with respect to the drill string while forming a cavity and compressing adjacent floor areas. In the resulting Cavity can be introduced a filler to form a foundation element. Verdrängerbohren go for example from the DE 103 44 353 A1 and the DE 42 20 976 C1 out.
  • ramming probing for example the "Standard Penetration Test" (SPT).
  • SPT Standard Penetration Test
  • the Standard Penetration Test introduces a standardized reaming probe into the ground and measures the number of ramming strokes required to insert the probe a certain distance. By calculating the determined number of impacts with empirical factors based on the soil type, the limit load capacity of piles can be estimated.
  • a positive displacement drilling method however, such a procedure can be comparatively complicated because, in addition to the drilling device, a piling device must also be provided. In addition, the accuracy for certain applications can not be sufficiently high.
  • the EP 0 842 329 B1 discloses a drilling method in which pending soil material is conveyed by means of a drilling auger along a drill pipe, without being given a radial displacement. It is intended to determine the rotational speed, the penetration rate and / or the torque on the auger and to control such that the screw flights are loaded with soil material derived from the screw tip.
  • the penetration rate should be adapted to the conveying speed of the auger, that neither too much material is promoted and threatens clogging of the screw flights, still too little material is promoted and threatens collapse of the well.
  • the EP 1 229 172 A1 describes a drilling process in which a drilling machine is equipped with sensors to determine the dynamic properties of the drilling tool. The readings of these sensors are stored for consecutive depths. For each depth, at least one variable representing the quality of the soil is calculated from the stored measurements.
  • the EP 0 401 119 A1 discloses another drilling method in which parameters are recorded.
  • the object of the invention is to provide a Verdrängerbohrbacter and Verdrängerbohrvoriques, which allow in a particularly simple and economical way, the creation of wells with known carrying capacity.
  • the invention is based on the finding that there is a relationship between the operating parameters prevailing when introducing a positive displacement drilling tool into the ground and the carrying capacity of the resulting bore. Among other things, this relationship may be due to the fact that during positive displacement drilling a targeted radial displacement and thus compression of the surrounding soil material takes place, wherein the compression properties in turn are related to the load capacity.
  • the load-carrying capacity is determined on the basis of measurements taken directly during the production of the displacement bore on the positive displacement drilling tool.
  • the elaborate sinking special exploratory drilling by means of independent probing devices can thus be omitted, so that according to the invention a particularly low cost and a particularly high efficiency are given.
  • the load capacity data can be determined directly on the actual bore itself and need not be determined at probing sites spaced from the bore, a particularly accurate load capacity determination is possible according to the invention, which reflects the soil conditions of the actual well particularly well.
  • a cavity formed in the bottom when retracting the drill string is filled with a particularly hardenable filling material, whereby a foundation element can be obtained.
  • a particularly hardenable filling material such as a cement, cement, or any other suitable filling material.
  • the filling can take place during and / or after retraction of the drill string.
  • At least the torque on the drill string, the penetration depth of the drill string per revolution and in particular the penetration force of the drill string are used as operating parameters.
  • This allows a particularly accurate characterization of the soil Wegterten and thus a particularly accurate determination of the carrying capacity.
  • further measured quantities which are related to at least one of the mentioned measured quantities for the purpose of determining the aforementioned measured variables.
  • the hydraulic pressure can be determined on a hydraulic rotary drive for the drill string and from this the torque can be determined on the drill string.
  • the capacity index ⁇ can be a function f of the quotient of the torque M on the drill string to the penetration depth of the drill string per revolution ⁇ ⁇ d n be:
  • n ⁇ f M ⁇ ⁇ d n
  • the code ⁇ can, for example, characterize the soil type of the soil layer that has been passed through.
  • the determined operating parameters and / or the determined load capacity index for determining the carrying capacity are compared with a value table.
  • the value table can be determined empirically, for example.
  • a particularly simple and economic load-bearing capacity determination according to the invention is further given by the fact that to determine a mapping rule between the operating parameters and the load capacity and / or a mapping rule between the load capacity index and the carrying capacity in advance test wells are carried out in soil layers with known properties.
  • the carrying capacity of the unknown soil layer can be equated with the carrying capacity of a known soil layer, if there is at least approximately agreement between the operating parameters and / or the capacity index.
  • the test bores thus serve to calibrate the method according to the invention and / or the device according to the invention.
  • the properties of the soil layers in which the test bores are made, in particular their carrying capacity, are preferably determined by measurement. For this purpose, any known method, such as a Rammsonond istsclar be used.
  • the operating parameters is detected in the soil as a function of the penetration depth of the drill string.
  • all operating parameters used to determine the carrying capacity are recorded as a function of depth.
  • Depth-dependent detection makes it possible to determine the position and / or the thickness of viable layers.
  • the penetration depth-dependent operating parameter can be used to determine a depth profile of the load capacity. For example, the load index over the penetration depth of the drill string can be determined, whereby the depth profile of the load capacity can be characterized.
  • At least one of the operating parameters for previously determined Eindschreibtiefe Coloure of the drill string is determined in the soil.
  • the Eindschreibtiefe Coloure can be for example about 3 meters.
  • a regional determination of the operating parameters also brings about a certain averaging, so that short-term fluctuations in the operating parameters, which result from local inhomogeneities in the soil, are not excessive in importance.
  • a computing device in particular a computer, is suitably provided, which is in signal connection with receivers for the operating parameters and / or for measured variables which are related to the operating parameters.
  • an end depth of the bore is set as a function of the determined operating parameters, in particular of the determined load-bearing capacity index. For example, it may be provided to drill automatically until a bottom layer with a previously determined limit load capacity has been reached.
  • the drill string has at least one delivery spiral in the region of the displacement.
  • the conveyor coil is provided between the drill string tip and the displacer section and may serve to excavate soil material impinging on the drill string and to convey it to the displacer section.
  • means are provided for detecting operating parameters of the drill string during axial retraction of the drill string in the ground and a computing device which sets the operating parameters for determining the carrying capacity of the bore in a mathematical relationship.
  • a device according to the invention can be set up in particular for carrying out the method according to the invention, whereby the advantages explained in this connection can be achieved.
  • FIG. 1 An embodiment of a Verdrängerbohrvoroplasty invention is in Fig. 1 shown.
  • the device has a drill string 10, which can be rotated in the direction of the arrow by means of a drive device 41 and can be moved axially in the direction of the arrow.
  • the drill string 10 Near its tip, the drill string 10 has a displacer portion 20 in which the drill string 10 is made larger in diameter as compared to the portions above and below.
  • a first conveyor coil 11 is arranged on the drill string 10.
  • a second conveying spiral 12 is provided on the drill string 10.
  • the first conveyor spiral 11 arranged in opposite directions upper conveyor coil 12 is used for supplying soil material, which breaks from upper bore areas in the bore 1, to the displacement area 20, where it is also pressed radially into adjacent floor areas.
  • a pick-up device 51 is provided, with which the penetration depth of the drill string 10 per rotation of the drill string 10 can be determined.
  • a further pick-up device 52 is provided on the drive device 41 and serves to determine the torque with which the drill string 10 is acted upon by the drive device 41.
  • the axially directed penetration force on the drill string 10 can be determined.
  • Both receiver devices 51 and 52 are in signal connection with a computing device 53, in particular in line connection. This computing device 53 is used to determine the carrying capacity of the bore 1 from the recorded torque, the recorded penetration depth per revolution and the recorded penetration force.
  • the computing device 53 can be used to determine a load capacity index ⁇ from the stated values.
  • the bottom 3 intersected by the bore 1 has three superimposed bottom layers 4, 4 ', 4 "with different load capacities Accordingly, the computing device 53 determines a different load capacity index ⁇ when stepping through the bottom layers 4, 4', 4" , ⁇ ', ⁇ ".

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden durch Verdrängerbohren, bei dem ein Bohrstrang, der in einem unteren Bereich zumindest einen querschnittsvergrößerten Verdrängerbereich aufweist, drehend in den Boden eingefahren wird, Betriebsparameter des Bohrstranges beim Einfahren des Bohrstranges in den Boden erfasst werden und die Betriebsparameter zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung herangezogen werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erstellen einer Bohrung im Erdboden durch Verdrängerbohren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Eine solche Vorrichtung ist ausgebildet mit einem Bohrstrang, der in einem unteren Bereich zumindest einen querschnittsvergrößerten Verdrängerbereich aufweist, und einer Antriebseinrichtung zum drehenden Antreiben und axialen Verschieben des Bohrstranges, wobei Mittel zum Erfassen von Betriebsparametern des Bohrstranges beim axialen Einfahren des Bohrstranges in den Boden vorgesehen sind, und wobei eine Recheneinrichtung vorgesehen ist, welche die Betriebsparameter zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung in eine mathematische Beziehung setzt.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung sind beispielsweise aus der EP 1 277 887 A2 bekannt.
  • Bei einem bekannten Verdrängerbohrverfahren wird ein Bohrstrang, der im Bereich seines bodenseitigen Endes einen Verdrängerbereich aufweist, in den Boden eingebracht. In diesem Verdrängerbereich ist der Bohrstrang verglichen mit darunter angeordneten Bohrstrangbereichen durchmessergrößer ausgebildet. Im Verdrängerbereich wird anstehendes Bohrmaterial unter Ausbildung eines Hohlraumes und unter Verdichtung benachbarter Bodenbereiche radial bezüglich dem Bohrstrang verdrängt. In den entstehenden Hohlraum kann ein Füllmaterial zur Bildung eines Gründungselementes eingebracht werden. Verfahren zum Verdrängerbohren gehen beispielsweise aus der DE 103 44 353 A1 und der DE 42 20 976 C1 hervor.
  • Zur Tragfähigkeitsbestimmung sind Rammsondierungen, beispielsweise der "Standard Penetration Test" (SPT) bekannt. Beim Standard Penetration Test wird eine normierte Rammsonde in den Boden eingebracht und die Zahl der Rammschläge gemessen, die für das Einbringen der Sonde um eine bestimmte Distanz erforderlich sind. Durch Verrechnung der ermittelten Schlagzahl mit empirischen Faktoren auf Basis der Bodenart kann die Grenztragfähigkeit von Pfählen abgeschätzt werden. Bei einem Verdrängerbohrverfahren kann ein solches Vorgehen jedoch vergleichsweise aufwändig sein, da zusätzlich zur Bohreinrichtung auch eine Rammeinrichtung bereitgestellt werden muss. Darüber hinaus kann die Genauigkeit für bestimmte Anwendungsfelder nicht hinreichend hoch sein.
  • Die EP 0 842 329 B1 offenbart ein Bohrverfahren, bei dem anstehendes Bodenmaterial mittels einer Bohrschnecke längs eines Bohrgestänges zutage gefördert wird, ohne dass ein radiales Verdrängen gegeben ist. Dabei ist vorgesehen, die Drehgeschwindigkeit, die Eindringrate und/oder das Drehmoment an der Bohrschnecke zu bestimmen und derart zu kontrollieren, dass die Schneckenwendeln mit Bodenmaterial beladen sind, welches von der Schneckenspitze stammt. Insbesondere soll die Eindringgeschwindigkeit so an die Fördergeschwindigkeit des Schneckenbohrers angepasst werden, dass weder zu viel Material gefördert wird und ein Verstopfen der Schneckenwendeln droht, noch zu wenig Material gefördert wird und ein Einstürzen des Bohrlochs droht.
  • Die EP 1 229 172 A1 beschreibt ein Bohrverfahren, bei dem eine Bohrmaschine mit Sensoren ausgestattet wird, um die dynamischen Eigenschaften des Bohrwerkzeuges zu bestimmen. Die Messwerte dieser Sensoren werden für aufeinander folgende Tiefen gespeichert. Für jede Tiefe wird aus den gespeicherten Messungen mindestens eine Variable berechnet, welche die Qualität des Bodens wiedergibt.
  • Die EP 0 401 119 A1 offenbart ein weiteres Bohrverfahren, bei dem Parameter aufgenommen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verdrängerbohrverfahren und eine Verdrängerbohrvorrichtung anzugeben, welche in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise die Erstellung von Bohrungen mit bekannter Tragfähigkeit erlauben.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass Betriebsparameter des Bohrstranges beim Einfahren des Bohrstranges in den Boden erfasst werden und dass die Betriebsparameter zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung herangezogen werden.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Zusammenhang zwischen den beim Einbringen eines Verdrängerbohrwerkzeuges in den Boden herrschenden Betriebsparametern und der Tragfähigkeit der hierbei entstehenden Bohrung besteht. Dieser Zusammenhang kann unter anderem darin begründet liegen, dass beim Verdrängerbohren eine gezielte radiale Verdrängung und somit Verdichtung des umgebenden Bodenmaterials stattfindet, wobei die Verdichtungseigenschaften wiederum mit der Tragfähigkeit zusammenhängen.
  • Gemäß der Erfindung wird die Tragfähigkeit aufgrund von Messungen ermittelt, die unmittelbar während des Herstellens der Verdrängerbohrung am Verdrängerbohrwerkzeug getätigt werden. Das aufwändige Niederbringen spezieller Sondierungsbohrungen mittels eigenständiger Sondierungsvorrichtungen kann somit entfallen, so dass erfindungsgemäß ein besonders niedriger Aufwand und eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit gegeben sind. Da darüber hinaus die Tragfähigkeitsdaten unmittelbar an der eigentlichen Bohrung selbst bestimmt werden können und nicht an von der Bohrung beabstandeten Sondierungsstellen ermittelt werden müssen, ist erfindungsgemäß eine besonders genaue Tragfähigkeitsbestimmung möglich, welche die Bodenverhältnisse an der eigentlichen Bohrung besonders gut widerspiegelt.
  • Geeigneterweise wird ein beim Einfahren des Bohrstranges im Boden gebildeter Hohlraum mit einem insbesondere aushärtbaren Füllmaterial verfüllt, wodurch ein Gründungselement erhalten werden kann. Bei der bestimmten Tragfähigkeit kann es sich in diesem Fall um die Tragfähigkeit des Gründungselementes handeln. Das Verfüllen kann während und/oder nach dem Einfahren des Bohrstranges erfolgen.
  • Gemäß der Erfindung werden zumindest das Drehmoment am Bohrstrang, die Eindringtiefe des Bohrstranges pro Umdrehung und insbesondere die Eindringkraft des Bohrstranges als Betriebsparameter herangezogen. Dies erlaubt eine besonders genaue Charakterisierung des durchörterten Bodens und somit eine besonders genaue Bestimmung der Tragfähigkeit. Es können zum Bestimmen der genannten Messgrößen auch weitere Messgrößen herangezogen werden, die mit zumindest einer der genannten Messgrößen in einer Beziehung stehen. Beispielsweise kann der Hydraulikdruck an einem Hydraulikdrehantrieb für den Bohrstrang bestimmt werden und hieraus das Drehmoment am Bohrstrang ermittelt werden.
  • Ferner ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung ein Quotient aus dem Drehmoment am Bohrstrang und der Eindringtiefe des Bohrstranges pro Umdrehung gebildet wird und hieraus eine Tragfähigkeitskennzahl ermittelt wird.
  • Die Tragfähigkeitskennzahl α kann eine Funktion f des Quotienten des Drehmomentes M am Bohrstrang zur Eindringtiefe des Bohrstranges pro Umdrehung Δ ⁢ d n
    Figure imgb0001
    sein:
  • n α = f M Δ ⁢ d n
    Figure imgb0002
  • Insbesondere kann die Kennzahl α unmittelbar das Verhältnis vom Drehmoment M, mit dem der Bohrstrang beaufschlagt wird, zur Eindringtiefe pro Umdrehung Δ ⁢ d n
    Figure imgb0003
     sein: α = M Δ ⁢ d n
    Figure imgb0004
  • Die Kennzahl α kann beispielsweise die Bodenart der durchörterten Bodenschicht charakterisieren.
  • Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ermittelten Betriebsparameter und/oder die ermittelte Tragfähigkeitskennzahl zur Bestimmung der Tragfähigkeit mit einer Wertetabelle verglichen werden. Hierdurch wird eine besonders einfache Tragfähigkeitsbestimmung ermöglicht. Die Wertetabelle kann beispielsweise empirisch ermittelt werden.
  • Eine besonders einfache und wirtschaftliche Tragfähigkeitsbestimmung ist nach der Erfindung ferner dadurch gegeben, dass zum Ermitteln einer Zuordnungsvorschrift zwischen den Betriebsparametern und der Tragfähigkeit und/oder einer Zuordnungsvorschrift zwischen der Tragfähigkeitskennzahl und der Tragfähigkeit vorab Probebohrungen in Bodenschichten mit bekannten Eigenschaften durchgeführt werden. Durch Vergleich der in unbekannten Bodenschichten ermittelten Betriebsparameter und/oder der hierin ermittelten Tragfähigkeitskennzahl mit den bei den Probebohrungen ermittelten Werten kann auf die Tragfähigkeit der unbekannten Bodenschicht geschlossen werden. Insbesondere kann die Tragfähigkeit der unbekannten Bodenschicht mit der Tragfähigkeit einer bekannten Bodenschicht gleichgesetzt werden, sofern zwischen den Betriebsparametern und/oder der Tragfähigkeitskennzahl zumindest annähernd Übereinstimmung besteht. Die Probebohrungen dienen somit zur Kalibrierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Eigenschaften der Bodenschichten, in denen die Probebohrungen vorgenommen werden, insbesondere deren Tragfähigkeit, werden vorzugsweise messtechnisch ermittelt. Hierzu kann ein beliebiges bekanntes Verfahren, beispielsweise ein Rammsondierungsverfahren, zum Einsatz kommen.
  • Für eine besonders genaue Charakterisierung des durchörterten Bodens ist es vorteilhaft, dass zumindest einer der Betriebsparameter in Abhängigkeit von der Eindringtiefe des Bohrstranges im Boden erfasst wird. Vorzugsweise werden alle zur Tragfähigkeitsbestimmung verwendeten Betriebsparameter tiefenabhängig erfasst. Eine tiefenabhängige Erfassung erlaubt es, die Lage und/oder die Mächtigkeit tragfähiger Schichten zu ermitteln. Insbesondere kann der eindringtiefenabhängige Betriebsparameter zur Bestimmung eines Tiefenprofils der Tragfähigkeit herangezogen werden. Beispielsweise kann die Tragfähigkeitskennzahl über der Eindringtiefe des Bohrstranges ermittelt werden, wodurch das Tiefenprofil der Tragfähigkeit charakterisiert werden kann.
  • Ferner ist nach der Erfindung vorteilhaft, dass zumindest einer der Betriebsparameter für vorher bestimmte Eindringtiefebereiche des Bohrstranges im Boden ermittelt wird. Die Eindringtiefebereiche können beispielsweise etwa 3 Meter betragen. Durch eine solche bereichsweise Messung kann der Aufwand bei der Datenerfassung verringert werden. Eine bereichsweise Ermittlung der Betriebsparameter bringt darüber hinaus eine gewisse Mittelwertbildung mit sich, so dass kurzzeitige Schwankungen in den Betriebsparametern, die von lokalen Inhomogenitäten im Boden herrühren, nicht übermäßig ins Gewicht fallen.
  • Zur Bestimmung der Tragfähigkeit aus den Betriebsparametern und/oder zur Bestimmung der Tragfähigkeitskennzahl ist geeigneterweise eine Rechenvorrichtung, insbesondere ein Computer, vorgesehen, der mit Aufnehmern für die Betriebsparameter und/oder für Messgrößen, die mit den Betriebsparametern in Beziehung stehen, in Signalverbindung steht.
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass eine Endtiefe der Bohrung in Abhängigkeit von den ermittelten Betriebsparametern, insbesondere von der ermittelten Tragfähigkeitskennzahl, eingestellt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, automatisch so weit zu bohren, bis eine Bodenschicht mit einer vorher bestimmten Grenztragfähigkeit erreicht ist.
  • Insbesondere für einen besonders hohen Bohrfortschritt ist vorgesehen, dass der Bohrstrang im Bereich des Verdrängerbereiches zumindest eine Förderwendel aufweist. Die Förderwendel ist zwischen der Bohrstrangspitze und dem Verdrängerbereich vorgesehen sein und kann dazu dienen, am Bohrstrang anstehendes Bodenmaterial abzuarbeiten und zum Verdrängerbereich zu fördern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel zum Erfassen von Betriebsparametern des Bohrstranges beim axialen Einfahren des Bohrstranges in den Boden und eine Recheneinrichtung vorgesehen, welche die Betriebsparameter zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung in eine mathematische Beziehung setzt.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sein, wodurch sich die in diesem Zusammenhang erläuterten Vorteile erzielen lassen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Hierbei zeigt schematisch:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdrängerbohrvorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Bohrstrang 10 auf, der mittels einer Antriebseinrichtung 41 in Pfeilrichtung in Drehung versetzt werden kann und in Pfeilrichtung axial verfahren werden kann. Nahe seiner Spitze weist der Bohrstrang 10 einen Verdrängerbereich 20 auf, in welchem der Bohrstrang 10 verglichen mit den darüber und den darunter angeordneten Bereichen durchmessergrößer ausgebildet ist. Auf der der Spitze des Bohrstranges 10 zugewandten Seite des Verdrängerbereiches 20 ist am Bohrstrang 10 eine erste Förderwendel 11 angeordnet. Auf der der Spitze des Bohrstranges 10 abgewandten Seite des Verdrängerbereiches 20 ist eine zweite Förderwendel 12 am Bohrstrang 10 vorgesehen.
  • Beim rotierenden Einfahren des Bohrstranges 10 in den Boden 3 wird an der Spitze des Bohrstranges 10 anstehendes Bodenmaterial abgearbeitet. Dieses abgearbeitete Bodenmaterial wird von der unteren Förderwendel 11 längs des Bohrstranges 10 in den Verdrängerbereich 20 gefördert. Aufgrund der Durchmesservergrößerung des Bohrstranges 10 im Verdrängerbereich 20 wird das axial geförderte abgearbeitete Bodenmaterial dabei radial zum Bohrgestänge 10 verdrängt und in benachbarte Bodenbereiche eingepresst. Somit wird im Boden 3 eine Bohrung 1 erstellt, ohne dass abgearbeitetes Bodenmaterial zutage tritt und als Aushub anfällt.
  • Die zur ersten Förderwendel 11 gegenläufig angeordnete obere Förderwendel 12 dient zum Zuführen von Bodenmaterial, welches aus oberen Bohrungsbereichen in die Bohrung 1 einbricht, zum Verdrängerbereich 20, wo es ebenfalls radial in benachbarte Bodenbereiche eingepresst wird.
  • In einem oberen Bereich des Bohrstranges 10 ist dieser glatt, das heißt ohne Förderwendel ausgebildet. Eine zutage tretende Förderwendel ist bei einem Verdrängerbohrverfahren nicht erforderlich, da das abgearbeitete Bodenmaterial im Boden verbleibt.
  • Am Bohrstrang 10 ist eine Aufnehmereinrichtung 51 vorgesehen, mit der die Eindringtiefe des Bohrstranges 10 pro Umdrehung des Bohrstranges 10 bestimmt werden kann. Eine weitere Aufnehmereinrichtung 52 ist an der Antriebseinrichtung 41 vorgesehen und dient zur Bestimmung des Drehmomentes, mit dem der Bohrstrang 10 von der Antriebseinrichtung 41 beaufschlagt wird. Darüber hinaus kann mit der Aufnehmereinrichtung 52 die axial gerichtete Eindringkraft am Bohrstrang 10 bestimmt werden. Beide Aufnehmereinrichtungen 51 und 52 stehen mit einer Recheneinrichtung 53 in Signalverbindung, insbesondere in Leitungsverbindung. Diese Recheneinrichtung 53 dient zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung 1 aus dem aufgenommenen Drehmoment, der aufgenommenen Eindringtiefe pro Umdrehung und der aufgenommenen Eindringkraft. Insbesondere kann die Recheneinrichtung 53 dazu dienen, aus den genannten Werten eine Tragfähigkeitskennzahl α zu bestimmen.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der von der Bohrung 1 durchörterte Boden 3 drei übereinander angeordnete Bodenschichten 4, 4', 4" mit unterschiedlicher Tragfähigkeit auf. Demgemäß ermittelt die Rechenvorrichtung 53 beim schrittweisen Durchdringen der Bodenschichten 4, 4', 4" jeweils eine unterschiedliche Tragfähigkeitskennzahl α, α', α".

Claims (8)

  1. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung (1) im Boden (3) durch Verdrängerbohren, bei dem
    - ein Bohrstrang (10), der in einem unteren Bereich zumindest einen querschnittsvergrößerten Verdrängerbereich (20) und zwischen einer Bohrstrangspitze und dem Verdrängerbereich (20) zumindest eine Förderwendel (11, 12) aufweist, drehend in den Boden (3) eingefahren wird,
    - Betriebsparameter des Bohrstranges (10) beim Einfahren des Bohrstranges (10) in den Boden (3) erfasst werden, und
    - die Betriebsparameter zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung (1) herangezogen werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest das Drehmoment am Bohrstrang (10) und die Eindringtiefe des Bohrstranges (10) pro Umdrehung als Betriebsparameter herangezogen werden,
    dass zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung (1) ein Quotient aus dem Drehmoment am Bohrstrang (10) und der Eindringtiefe des Bohrstranges (10) pro Umdrehung gebildet wird und hieraus eine Tragfähigkeitskennzahl (α) ermittelt wird, und
    dass zum Ermitteln einer Zuordnungsvorschrift zwischen der Tragfähigkeitskennzahl (α) und der Tragfähigkeit vorab Probebohrungen in Bodenschichten mit bekannten Eigenschaften durchgeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    die Eindringkraft des Bohrstranges (10) als Betriebsparameter herangezogen wird.
  3. Verfahren nach einem der der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die ermittelten Betriebsparameter und/oder die ermittelte Tragfähigkeitskennzahl (α) zur Bestimmung der Tragfähigkeit mit einer Wertetabelle verglichen werden.
  4. Verfahren nach einem der der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest einer der Betriebsparameter in Abhängigkeit von der Eindringtiefe des Bohrstranges (10) im Boden (3) erfasst wird, wobei der eindringtiefenabhängige Betriebsparameter insbesondere zur Bestimmung eines Tiefenprofils der Tragfähigkeit herangezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest einer der Betriebsparameter für vorher bestimmte Eindringtiefebereiche des Bohrstranges (10) im Boden (3) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Endtiefe der Bohrung (1) in Abhängigkeit von den ermittelten Betriebsparametern eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein beim Einfahren des Bohrstranges (10) im Boden (3) gebildeter Hohlraum mit einem insbesondere aushärtbaren Füllmaterial verfüllt wird und ein Bohrpfahl gebildet wird.
  8. Vorrichtung zum Erstellen einer Bohrung (1) im Boden (3) durch Verdrängerbohren, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit
    - einem Bohrstrang (10), der in einem unteren Bereich zumindest einen querschnittsvergrößerten Verdrängerbereich (20) und zwischen einer Bohrstrangspitze und dem Verdrängerbereich (20) zumindest eine Förderwendel (11, 12) aufweist, und
    - einer Antriebseinrichtung zum drehenden Antreiben und axialen Verschieben des Bohrstranges (10),
    - wobei Mittel zum Erfassen von Betriebsparametern des Bohrstranges (10) beim axialen Einfahren des Bohrstranges (10) in den Boden (3) vorgesehen sind, und
    - wobei eine Recheneinrichtung (53) vorgesehen ist, welche die Betriebsparameter zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung (1) in eine mathematische Beziehung setzt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel zum Erfassen von Betriebsparametern dafür eingerichtet sind, zumindest das Drehmoment am Bohrstrang (10) und die Eindringtiefe des Bohrstranges (10) pro Umdrehung als Betriebsparameter zu erfassen,
    dass die Vorrichtung dafür eingerichtet ist, zur Bestimmung der Tragfähigkeit der Bohrung (1) einen Quotienten aus dem Drehmoment am Bohrstrang (10) und der Eindringtiefe des Bohrstranges (10) pro Umdrehung zu bilden und hieraus eine Tragfähigkeitskennzahl (α) zu ermitteln, und
    dass die Vorrichtung mittels Probebohrungen kalibriert ist, welche zum Ermitteln einer Zuordnungsvorschrift zwischen der Tragfähigkeitskennzahl (α) und der Tragfähigkeit vorab in Bodenschichten mit bekannten Eigenschaften durchgeführt worden sind.
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