EP2246482B1

EP2246482B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen eines bereichsweise reibungsarmen Gründungselements

Info

Publication number: EP2246482B1
Application number: EP20100004290
Authority: EP
Inventors: Erich Geier
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: EP2246482A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines bereichsweise reibungsarmen Gründungselements gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Erstellen eines bereichsweise reibungsarmen Gründungselements gemäß Anspruch 9.
Es ist bekannt, zur Gründung von Bauwerken Pfähle, insbesondere Betonpfähle, in den Boden einzubringen. Derartige Pfähle übertragen in der Regel die vom Bauwerk herrührenden Kräfte einerseits über den Spitzendruck an der Aufstandsfläche des Pfahls und andererseits über die Mantelreibung längs des Pfahls, das heißt am Pfahlschaft, in das umgebende Erdreich ab.
Ein Verfahren zum Erstellen eines bereichs weise reibungsarmen Ggründungselements entspredend den Oberbegriff des Anspruch 1 ist aus DE 100 23 467 C1 bekannt.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass es in besonderen Fällen vorteilhaft wäre, die Übertragung von Mantelreibung im oberen Bereich von solchen Pfählen auszuschließen, und zwar insbesondere dann, wenn die Pfähle in der Nähe eines bestehenden unterirdischen Bauwerks verlaufen. Denn in diesem Fall werden die über die Mantelreibung im oberen Bereich des Pfahls abgeleiteten Kräfte unter Umständen in den benachbarten Baukörper eingeleitet, was zu einer zusätzlichen Belastung des Baukörpers führen kann. Es sind daher verschiedene Maßnahmen zum zumindest teilweisen Ausschluss der Mantelreibung erprobt worden.
So ist beispielsweise versucht worden, den oberen Bereich des Bewehrungskorbs des fraglichen Betonpfahls beim Einbringen mit Folienschichten oder einer Luftpolsterfolie zu versehen, welche die Reibung mindern sollen. Diese Vorgehensweise kann jedoch vergleichsweise aufwändig und teuer sein.
Überdies ist versucht worden, im oberen Bereich des Betonpfahls den Bewehrungskorb durch zwei konzentrische Stahlrohre mit einem dazwischenliegenden Hohlraum zu ersetzen, wobei der Hohlraum zur Kraftentkopplung dienen soll. Auch dieses Vorgehen kann jedoch vergleichsweise teuer und aufwändig sein. Insbesondere besteht beim Betonieren des Pfahls die Gefahr, dass der Beton auch in den Hohlraum zwischen den Stahlrohren eindringt, welcher eigentlich zur Kraftentkopplung dienen soll. Es sind daher unter Umständen Absperrtechniken erforderlich, die das Eindringen des Betons verhindern. Diese Techniken erhöhen den Aufwand jedoch weiter und haben sich in der Praxis zum Teil nicht immer als zuverlässig erwiesen.
Auch ist zu berücksichtigen, dass die Bohrpfähle häufig mit einer Verrohrung hergestellt werden müssen, nämlich insbesondere in den Fällen, in denen der Boden nicht übermäßig dicht und standfest ist. Beim verrohrten Bohren müssen die Stahlrohre, die zur Reibungsminderung im oberen Teil des Pfahls angeordnet werden, aber kleiner als der Innendurchmesser der Verrohrung sein, was ihre Einsatzmöglichkeiten beschränken kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine besonders sichere und zuverlässige Mantelreibungsreduzierung mit besonders geringem technischen Aufwand erzielt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Erstellen eines reibungsarmen Gründungselements ist vorgesehen, dass ein Pfahl im Boden zumindest bereichsweise mit einem Ringraumbohrer überbohrt wird, und der beim Überbohren des Pfahls freigeräumte Ringraum mit einem reibungsmindernden Medium gefüllt wird.
Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, zur Mantelreibungsreduzierung ein zusätzliches Werkzeug, nämlich den Ringraumbohrer, vorzusehen. Mit diesem Zusatzwerkzeug wird der Bereich des Schafts des Pfahls, dessen Mantelreibung verringert werden soll, überbohrt, das heißt es wird mittels des Ringraumbohrers ein Ringraum erstellt, der den Schaft des Pfahls umgibt, und der somit den Pfahl bereichsweise vom umgebenden Erdreich trennt. Der freigeräumte Ringraum wiederum wird mit einem reibungsmindernden Medium aufgefüllt, welches einerseits den Ringraum gegenüber dem umgebenden Bodenmaterial stützt, welches aber andererseits einer Scherung einen so geringen Widerstand entgegensetzt, dass keine nennenswerten Mantetreibungskräfte über den Ringraum übertragen werden. Demgemäß kann unter dem reibungsmindernden Medium insbesondere ein Medium verstanden werden, welches die Mantelreibung und/oder eine Scherung weniger gut überträgt als das im Ringraum abgeräumte Bodenmaterial selbst.
Die Erfindung erlaubt es, die Mantelreibungsreduzierung mit zeitlichem Abstand zur Erstellung des Pfahls durchzuführen, und zwar insbesondere zu einem Zeitpunkt, an dem der Beton des Pfahls zumindest teilweise oder vollständig ausgehärtet ist. Im Gegensatz zu Verfahren, bei denen die reibungsmindernden Anordnungen bereits während der Pfahlerstellung platziert werden müssen, wie beispielsweise beim eingangs erwähnten Stahlrohrsystem, ist daher erfindungsgemäß ein Eindringen von Beton aus dem Pfahl in die reibungsmindernde Struktur in der Regel nicht mehr möglich. Somit können erfindungsgemäß die entsprechenden kostenaufwändigen Absperrmaßnahmen entfallen. Folglich kann erfindungsgemäß in besonders kostengünstiger Weise eine besonders zuverlässige Mantelreibungsreduzierung gewährleistet werden.
Die Bohrtiefe des Ringraumbohrers und somit die Tiefe des freigeräumten Ringraums längs des Pfahls bestimmt die Ausdehnung des Bereichs der Mantelreibungsreduzierung. Demgemäß wird erfindungsgemäß der Ringraumbohrer so weit abgebohrt, wie eine Mantelreibungsreduzierung gewünscht ist. Besonders bevorzugt ist es, dass die Mantelreibungsreduzierung in einem oberen Bereich des Pfahls erfolgt, und der Ringraumbohrer entsprechend von oben abgebohrt wird. Der Ringraumbohrer kann auch als Hohlbohrer oder als Kernbohrer bezeichnet werden.
Bei dem Pfahl kann es sich insbesondere um einen Bohrpfahl handeln, das heißt um einen Pfahl, der in einem Bohrloch eingebracht ist. Demgemäß kann der erfindungsgemäße Pfahl auch als Bohrpfahl, insbesondere als Großbohrpfahl, bezeichnet werden. Grundsätzlich kann der Pfahl aber beispielsweise auch als Fertigteilelement eingerüttelt werden oder anderweitig eingebracht werden.
Insbesondere kann es sich bei dem Pfahl um einen Ortbetonpfahl handeln. Ein solcher Betonpfahl kann zweckmäßigerweise zumindest ein Bewehrungselement, vorzugsweise einen Bewehrungskorb, aufweisen, welches von Beton umgeben ist. Zweckmäßigerweise wird zum Herstellen des Ortbetonpfahls zunächst ein Tiefbauwerkzeug, insbesondere ein Bohrer, in den Boden eingebracht, und der beim Einbringen des Tiefbauwerkzeugs entstehende Hohlraum mit Flüssigbeton verfüllt. Beim unverrohrten Bohren kann das Verfüllen mit Beton beim Ziehen des Bohrers erfolgen, und beim verrohrten Bohren beim Ziehen des Stützrohres. Der Pfahl kann aber auch ein Fertigteilpfahl sein. Bei einem solchen Pfahl werden ausgehärtete Elemente in den Boden eingebracht, insbesondere eingedreht, eingeschraubt eingeschlagen oder einvibriert.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt darin, dass der Pfahl überbohrt wird, wenn der Flüssigbeton des Pfahls zu erhärten beginnt und/oder zumindest teilweise ausgehärtet ist. Dadurch, dass der Pfahl erst überbohrt wird, nachdem der Beton eine gewisse Festigkeit erreicht hat, kann gewährleistet werden, dass die Struktur des Betons mit dem Bewehrungskorb durch das Überbohren keine Beeinträchtigung erleidet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Pfahl zu einem Zeitpunkt überbohrt wird, wenn der Beton des Pfahls bereits eine höhere Festigkeit entwickelt hat oder gar vollständig ausgehärtet ist.
Weiterhin ist zweckmäßig, dass der Innendurchmesser des Ringraumbohrers mindestens so groß ist wie der Außendurchmesser des Pfahls. Auch diese Maßnahme dient dem Schutz der Pfahlstruktur beim Anbringen der Reibungsminderung. Unter dem Innendurchmesser des Ringraumbohrers kann insbesondere ein Innendurchmesser eines Rohrabschnitts und/oder einer stirnseitig am Rohrabschnitt angeordneten Bohrkrone verstanden werden. Zweckmäßigerweise wird der Innendurchmesser des Ringraumbohrers so gewählt, dass er zumindest genauso groß ist wie der Außendurchmesser des Bewehrungskorbs und der notwendigen Betonüberdeckung des Bewehrungskorbs.
Geeigneterweise kann das reibungsmindernde Medium ein Fluid sein, insbesondere eine Suspension, welches den Ringraum gegen die umgebende Bohrlochwandung abstützen kann. Das Medium kann aber auch ein Schüttgut sein und zum Beispiel runde Körnung aufweisen. Das Medium kann auch thixotrop ausgeführt sein. Auch kann ein Schaum als reibungsminderndes Medium zum Einsatz kommen. Um die Übertragung von Reibungskräften zu minimieren, ist das reibungsmindernde Medium zweckmäßigerweise nicht aushärtend oder allenfalls wenig aushärtend.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das reibungsmindernde Medium eine Bentonit-Suspension, eine Bentonit-Zement-Suspension, eine Polymer-Suspension oder/und ein Weichgel aufweist. Beispielsweise kann das Medium aus Wasser, Tonmehl wie Bentonit und insbesondere auch aus stabilisierenden Zusatzmitteln bestehen. Diese Zusatzmittel können auch im wesentlichen Polymere sein. Vorzugsweise hat das Medium die Eigenschaft, dass es in rolligen Böden nicht wegläuft, sondern beispielsweise durch die Bildung eines Filterkuchens im Boden den Ringraum zur Bohrlochwandung hin abdichtet.
Das Medium kann auch in Form eines Weichgels eingebracht werden, das im wesentlichen aus Wasserglas und Härtern bestehen kann. Ein solches Gel weist eine geringe Scherfestigkeit auf, so dass praktisch keine Scherkräfte oder Mantelreibungskräfte auf den Pfahlschaft übertragen werden können.
Das Medium kann auch eine Mischung aus Wasser, Tonmehlen wie Bentoniten und einem selbsterhärtenden Bindemittel sein. In diesem Fall erhält das Material im Ringraum nur geringe Druckfestigkeiten und kann folglich auch nur geringe Schubspannungen übertragen.
Um eine hinreichende Stabilität über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn das eingebrachte Medium so gewählt wird, dass es nicht aus dem Ringraum wegläuft, sondern dass der entstandene Ringraum über einen längeren Zeitraum gefüllt bleibt. Es wurde beobachtet, dass sich bei der Verwendung einer Bentonit-Suspension insbesondere bei nicht-bindigen Böden ein Filterkuchen ausbildet, der in der Regel ein weiteres Wegfließen der Suspension verhindert.
Der Verfahrensaufwand kann dadurch reduziert werden, dass das reibungsmindernde Medium über zumindest eine am Ringraumbohrer verlaufende Leitung in den Ringraum zugeführt wird. In diesem Falle dient das Werkzeug, welches den Ringraum herstellt, auch gleichzeitig zum Füllen des Ringsraums mit dem Medium. Es können auch mehrere Leitungen am Ringraumbohrer vorgesehen sein. Die Leitung kann insbesondere an der Außenseite des Ringraumbohrers angeordnet sein und/oder sie kann sich von der Geländeoberkante bis in die Nähe des erdseitigen Rohrendes des Ringraumbohrers erstrecken, an welchem sich eine Bohrkrone mit Zähnen befinden kann.
Grundsätzlich kann erwogen werden, das reibungsmindernde Medium in den Ringraum einzufüllen, nachdem der Ringraumbohrer aus dem Ringraum entfernt ist. Dazu muss die Bohrlochwandung standfest sein. Im Hinblick auf den Zeitaufwand ist es jedoch besonders vorteilhaft, dass zumindest ein Teil des reibungsmindernden Mediums beim Ziehen des Ringraumbohrers in den Ringraum eingebracht wird. Mit dem Einbringen des reibungsmindernden Mediums kann auch bereits vor dem Ziehen des Ringraumbohrers, insbesondere auch schon beim Abteufen des Ringraumbohrers, begonnen werden. In diesem Fall kann das reibungsmindernde Medium beispielsweise auch als Spül- und/oder Stützflüssigkeit während des Abbohrens des Ringraumbohrers dienen. Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, dass das reibungsmindernde Medium spätestens dann eingebracht wird, wenn der Ringraumbohrer aus dem Erdboden zurückgezogen wird. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, dass das Medium spätestens nach Erreichen der tiefsten Stelle in den Ringraum eingebracht wird, während das Bodenmaterial auf zumindest einer Wendel des Ringraumbohrers an die Erdoberfläche gefördert wird.
Beispielsweise zum Abstützen des Ringraums und/oder zum Unterstützen des Bohrvorgangs kann es vorteilhaft sein, dass das Überbohren unter Zugabe einer Stütz-und/oder Spülflüssigkeit erfolgt. Grundsätzlich kann es aber auch möglich sein, ohne Zugabe einer Stütz- oder Spülsuspension zu überbohren, wenn die Bohrlochwandung standfest ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erstellen eines reibungsarmen Gründungselements ist ausgebildet mit einem Ringraumbohrer zum Überbohren eines Pfahls, wobei der Ringraumbohrer einen Rohrabschnitt aufweist, an dem stirnseitig eine Bohrkrone angeordnet ist, und wobei entlang des Rohrabschnitts zumindest eine Leitung verläuft, welche zum Zuführen eines reibungsmindernden Mediums in einen beim Überbohren des Pfahls freigeräumten Ringraum dient, und wobei der Rohrabschnitt außenseitig zumindest eine Förderwendel aufweist. Die Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden.
Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Merkmale können auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen, ebenso wie die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden können.
Das reibungsmindernde Medium kann prinzipiell aus allen Materialien bestehen, die nicht in den umgebenden Baugrund weglaufen, die aber dennoch eine so niedrige Festigkeit und niedrige Viskosität besitzen, dass keine nennenswerten Mantelreibungskräfte auf den innen liegenden Schaft des Pfahls übertragen werden können. Das Medium ist bevorzugterweise eine Bentonit-Suspension oder eine Polymer-Suspension oder eine Mischung aus beiden. Das Medium kann jedoch auch als Weichgelkomponente ausgebildet sein. Das Medium kann auch eine Mischung aus Wasser, Bentonit und einem erhärtenden Bindemittel sein, wobei diese Suspension dann in ihrer Festigkeit so eingestellt wird, dass sie nur geringe Mantelreibungskräfte, das heißt Schubspannungen, übertragen kann.
Die Leitung, welche zum Zuführen des reibungsmindernden Mediums dient, kann beispielsweise parallel zur Längsachse des Rohrabschnitts verlaufen. Sie kann aber beispielsweise auch wendelförmig angeordnet sein.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Leitung außenseitig am Rohrabschnitt angeordnet ist. Insbesondere kann die Leitung am Außenmantel des Rohres verlaufen. Dies erlaubt es, mit dem Ringraumbohrer nahe am Pfahl zu bohren, so dass insbesondere vermieden werden kann, dass wenig standfeste Bodenreste am Mantel des Pfahls zurückbleiben. Weiterhin ist es zweckmäßig, dass die Leitung bis in den Bereich der Bohrkrone reicht. Dies ermöglicht ein besonders vollständiges Einfüllen des Mediums in den Ringraum. Gleichzeitig kann auch eine eventuell vorhandene Stütz-oder Spülflüssigkeit besonders effektiv verdrängt werden. Demgemäß verläuft die Leitung zweckmäßigerweise von der Erdoberfläche bis zum erdseitigen Ende des Rohrabschnitts. Die Leitung weist zweckmäßigerweise eine Auslauföffnung auf, die an der Mantelaußenseite des Ringraumbohrers angeordnet ist.
Um ein Aufsitzen des Ringraumbohrers am Pfahlschaft zu verhindern, ist es vorteilhaft, dass der Rohrabschnitt eine Länge aufweist, die mindestens so groß ist wie die Tiefe des freizuräumenden Ringraums. Somit ist der erfindungsgemäße Ringraumbohrer in der Regel länger als übliche Kernbohrer, die mit Hilfe einer Kellystange mehrfach in die Bohrung herabgelassen werden.
Insbesondere im Hinblick auf eine effiziente Materialabfuhr beim Abbohren des Ringraumbohrers kann es vorteilhaft sein, dass der Rohrabschnitt außenseitig zumindest eine Förderwendel aufweist. Eine solche Förderwendel erstreckt sich zweckmäßigerweise zumindest annähernd längs des gesamten Rohrabschnitts. Insbesondere kann sich die Förderwendel zumindest über einen Bereich erstrecken, welcher der Tiefe des herzustellenden Ringraums entspricht. Die Förderwendel ist zweckmäßigerweise durchgehend ausgebildet. Es können auch mehrere Förderwendeln vorgesehen sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Rohrabschnitt im Bereich der Bohrkrone außenseitig zumindest eine weitere Anfängerwendel aufweist, die sich über einen Teilbereich des Rohrabschnitts erstreckt. Zweckmäßigerweise ist die Anfängerwendel zusätzlich zur Förderwendel vorhanden, so dass eine zumindest zweigängige Anordnung erhalten wird. Die Anfängerwendel erstreckt sich erfindungsgemäß im unteren, bodenseitigen Bereich des Rohrabschnitts. Sie kann das Lösen des anstehenden Bodens unterstützen, wobei die Materialabfuhr nach übertage aufgrund der begrenzten Höhe der Anfängerwendel schlussendlich über die Förderwendel erfolgt.
Um den Boden unterhalb der Wendeln zu lösen, ist es bevorzugt, dass am unteren Ende der Förderwendel und/oder der Anfängerwendel jeweils zumindest eine Schneide angeordnet ist. Eine solche Schneide kann auch das untere Ende der jeweiligen Wendel vor Verschleiß schützen. Zweckmäßigerweise weist die Schneide daher ein Hartmetall auf. Damit abgearbeitetes Bodenmaterial besonders einfach auf die Wendeln gelangen kann und somit noch effizienter aus dem Ringraum um den Pfahl nach oben gefördert werden kann, kann es zweckmäßig sein, dass am Ende der Förderwendel und/oder der Anfängerwendel jeweils zumindest eine Flachschneide angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist zumindest eine der oben genannten Schneiden als Flachschneide ausgebildet. Eine solche Flachschneide kann als Schaufel wirken, die das Bodenmaterial auf die Wendel fördert. Die Flachschneide kann insbesondere an einem Flachzahn angeordnet sein.
Ein weiteres zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt darin, dass der Rohrabschnitt, insbesondere im Bereich der Bohrkrone, also in einem bohrkronenseitigen, unteren Endbereich, zumindest eine Durchgangsöffnung zum Abführen von Material aus dem Inneren des Rohrabschnitts aufweist. Über diese Durchgangsöffnung kann gelöstes Beton- und Bodenmaterial aus dem Raum zwischen Pfahlschaft und Rohrinnenwand nach außen gefördert werden, um von dort über die zumindest eine Wendel zur Erdoberfläche zu gelangen.
Damit das Material leichter aus dem inneren Ringraum in den äußeren Ringraum gelangen kann, ist es zweckmäßig, im Inneren des Rohrabschnitts einen Spülanschluss vorzusehen, für gasförmige oder flüssige Spülmedien.
Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass am Innenmantel des Rohrabschnitts zumindest eine Schneide vorgesehen ist, die sich in das Innere des Rohrabschnitts erstreckt. Mit einer solchen Schneide kann wenig standfestes Bodenmaterial vom Mantel des Pfahls gelöst werden. Die Schneide befindet sich zweckmäßigerweise im Bereich der Durchgangsöffnung, so dass ein effizienter Materialabtransport von innen nach außen gewährleistet ist. Demgemäß ist es besonders vorteilhaft, dass an der Durchgangsöffnung zumindest eine Schneide vorgesehen ist, die sich in das Innere des Rohrabschnitts erstreckt.
Die Bohrkrone kann erfindungsgemäß mit Bohrzähnen und/oder Bohrschneiden besetzt sein. Die am unteren Ende des Rohrabschnitts in der Bohrkrone angeordneten Bohrzähne beziehungsweise Bohrschneiden sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie einen Außendurchmesser schneiden, der größer als der Außendurchmesser des Rohrabschnitts ist, und/oder dass sie einen Innendurchmesser schneiden, der kleiner als der Innendurchmesser des Rohrabschnitts ist. Hierfür können nach außen geneigte beziehungsweise nach innen geneigte Bohrschneiden oder -zähne dienen. Durch eine solche Anordnung kann gewährleistet werden, dass sich der Schaft des Pfahls nicht im Inneren des Rohrabschnitts verklemmt. Demgemäß ist es vorteilhaft, dass der Abtragungsquerschnitt der Bohrkrone den Rohrabschnitt innenseitig und/oder außenseitig überragt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Bohrantrieb zum drehenden Antreiben des Ringraumbohrers aufweist. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Großdrehbohrgerät mit einem Mast ausgebildet sein, an dem der Bohrantrieb vertikal verstellbar angeordnet ist.
Insbesondere kann die Vorrichtung einen Spülkopf aufweisen, der eine Fluidverbindung zwischen einer nichtrotierenden Anschlussleitung und der zusammen mit dem Ringraumbohrer rotierenden Leitung erlaubt, welche zum Zuführen des reibungsmindernden Mediums vorgesehen ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das Verfüllen des Ringraums beim Zurückziehen des Ringraumbohrers zeitgleich mit einer Drehung des Ringraumbohrers erfolgen kann. Der Spülkopf, der auch als Drehdurchführung bezeichnet werden kann, ist zweckmäßigerweise zwischen dem Bohrantrieb und dem Ringraumbohrer angeordnet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Rohrabschnitt einen Deckel aufweist, der über einen Spülkopf unmittelbar mit dem Drehantrieb verbunden ist. Unter der unmittelbaren Verbindung kann insbesondere verstanden werden, dass zwischen Bohrantrieb und Rohrabschnitt kein Bohrgestänge vorhanden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche schematisch in den beiliegenden Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines Ringraumbohrers einer er- findungsgemäßen Vorrichtung zum Erstellen eines reibungs- armen Gründungselements;
Fig. 2: eine Ansicht des Ringraumbohrers aus Fig. 1 von unten;
Fig. 3: eine Ansicht des Ringraumbohrers aus Fig. 1 von der Seite; und
Figuren 4 bis 8: verschiedene Verfahrensschritte beim Erstellen eines rei- bungsarmen Gründungselements mittels einer erfindungsge- mäßen Vorrichtung mit einem Ringraumbohrer entsprechend den Figuren 1 bis 3.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ringraumbohrers 50 ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Der Ringraumbohrer 50 weist einen zylindrischen Rohrabschnitt 51 auf, an dem stirnseitig eine Bohrkrone 52 mit einer Vielzahl von Bohrzähnen 53 angeordnet ist. An der gegenüberliegenden Stirnseite weist der Rohrabschnitt 51, wie insbesondere in Fig. 3 erkennbar ist, einen Deckel 55 auf. In diesem Deckel 55 ist zweckmäßigerweise zumindest eine Durchgangsöffnung für die Zuführung des Mediums und/oder einen Druckausgleich vorgesehen. Der Deckel 55 kann auch lediglich aus Streben bestehen.
Am Außenmantel des Rohrabschnitts 51 des Ringraumbohrers 50 sind zwei Wendeln angeordnet, eine Anfängerwendel 64 und eine Förderwendel 62. Während die Anfängerwendel 64 lediglich im unteren Bereich des Rohrabschnitts 51, das heißt im Bereich der Bohrkrone 52 verläuft, ist die Förderwendel 62 länger ausgebildet und erstreckt sich nahezu längs des gesamten Rohrabschnitts 51. Typischerweise kann die Anfängerwendel 64 mit 0,5 bis 5 Umläufen um den Rohrabschnitt 51 ausgebildet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Umlauf vorgesehen. Die Förderwendel 62 weist eine größere Zahl von Umläufen auf als die Anfängerwendel 64. Am unteren Ende der Förderwendel 62 ist eine Flachschneide 63 und am unteren Ende der Anfängerwendel 64 eine Flachschneide 65 angeordnet.
Die Bohrzähne 53 und die Flachschneiden 63, 65 sind dafür eingerichtet, unterhalb des Ringraumbohrers 50 befindliches Bodenmaterial unter Bildung eines Ringraums abzuarbeiten, wenn der Ringraumbohrer 50 in einem erfindungsgemäßen Verfahren um die Längsachse des Rohrabschnitts 51 gedreht wird. In einem erfindungsgemäßen Verfahren kann hierbei ein im Boden befindlichen Pfahl überbohrt werden, dass heißt der Ringraum wird um den Schaft des Pfahls herum geschnitten. Die Flachschneiden 63 und 65 sind dafür vorgesehen, den unterhalb der Wendeln 62, 64 anstehenden Boden zu lösen, wobei sie überdies das gelöste Material den Wendeln 62, 64 zuführen. Die Wendeln 62, 64 fördern das gelöste Material nach oben, wenn der Ringraumbohrer 50 im erfindungsgemäßen Verfahren um die Längsachse des Rohrabschnitts 51 gedreht wird.
Im unteren Endbereich des Rohrabschnitts 51 sind im Rohrabschnitt 51 Durchgangsöffnungen 71 und 72 vorgesehen, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft zwei diametral gegenüberliegende Durchgangsöffnungen 71 und 72 gegeben sind. Die Durchgangsöffnungen 71, 72 sind auf Höhe zumindest einer der Wendeln 62, 64 angeordnet. Diese Durchgangsöffnungen 71, 72 erlauben beim Bohrbetrieb einen Materialtransport aus dem Inneren des Rohrabschnitts 51 nach außen und somit zu den Wendeln 62, 64 hin. An den Durchgangsöffnungen 71, 72 ist jeweils eine Flachschneide 73 beziehungsweise 74 angeordnet. Die schaufelartigen Flachschneiden 73, 74 erstrecken sich in das Innere des Rohrabschnitts 51. Sie können dazu dienen, Bodenmaterial am überbohrten Pfahl abzutragen und/oder Bodenmaterial zu den Durchgangsöffnungen 71, 72 zu fördern. Im Inneren des Rohrabschnitts 51 sind darüber hinaus Vorsprünge 76 vorgesehen, die als Abstandshalter dienen, um den Ringraumbohrer 50 relativ zum überbohrten Pfahl zu positionieren. Die Abstandshalter 76 können auch an der Bohrkrone 52 angeordnet sein.
Zum Zuführen eines reibungsmindernden Mediums in den Ringraum, welcher mittels des Ringraumbohrers 50 erstellbar ist, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Leitungen 60 und 61 vorgesehen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Rohrabschnitts 51 längs des Rohrabschnitts 51 erstrecken, und die im Bereich der Bohrkrone 52 unter Bildung von Auslassöffnungen enden. Die beiden Leitungen 60, 61 durchdringen dabei die Förderwendel 62 und die Anfängerwendel 64.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, kann der Ringraumbohrer 50 der Figuren 1 bis 3 mittels eines Bohrantriebs 80 drehend betrieben werden. Dieser Bohrantrieb 80 ist zweckmäßigerweise über einen Spülkopf 81 mit dem Deckel 55 des Ringraumbohrers 50 gekoppelt, wobei der Spülkopf 81 zur drehbaren Kopplung der Leitungen 60, 61 mit einer nicht dargestellten Anschlussleitung dient.
In den Figuren 4 bis 8 sind die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen eines reibungsarmen Gründungselements unter Verwendung des Ringraumbohrers 50 der Figuren 1 bis 3 dargestellt.
Wie Fig. 4 zeigt, wird zunächst mittels eines beispielsweise als Schneckenbohrer ausgebildeten Bohrers 8 ein Bohrloch 9 im Boden 1 erstellt.
Wie Fig. 5 zeigt, wird sodann ein Bewehrungskorb 12 in das Bohrloch 9 eingebracht und das Bohrloch 9 bis zur gewünschten Höhe betoniert. Hierdurch wird ein als Betonpfahl ausgebildeter Pfahl 10 erhalten.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der in Fig. 6 dargestellt ist, wird dieser Pfahl 10 sodann mittels des Ringraumbohrers 50 überbohrt, sobald der Beton des Pfahls 10 zumindest teilweise ausgehärtet ist. Hierzu wird der Ringraumbohrer 50 koaxial zum Pfahl 10 angeordnet, mittels des in Fig. 7 dargestellten Bohrantriebs 80 in Drehung versetzt und längs des Pfahls 10 in den Boden 1 abgesenkt. Beim Überbohren entsteht ein Ringraum 3, der den Mantel des Pfahls 10 umgibt.
Wie Fig. 7 zeigt, wird das Überbohren fortgesetzt, bis mit dem Ringraumbohrer 50 die Tiefe erreicht ist, bis zu der die Mantelreibung des Pfahls 10 reduziert werden soll. Der Ringraumbohrer 50 wird sodann aus dem Ringraum 3 gezogen, wobei ein reibungsminderndes Medium 4 in den Ringraum 3 eingebracht wird, bis der Ringraum 3 gefüllt ist (vgl. Fig. 8). Das Einbringen des Mediums 4 kann insbesondere über die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Leitungen 60, 61 erfolgen.
Wie Fig. 8 zeigt, ist der fertige Pfahl 10 somit in seinem oberen Teil über das im Ringraum 3 befindliche reibungsmindernde Medium 4 vom umgebenden Boden 1 getrennt, so dass in diesem oberen Bereich keine nennenswerte Reibungskraftübertragung zwischen dem Pfahl 10 und dem umgebenden Boden 1 mehr stattfinden kann.

Claims

Verfahren zum Erstellen eines bereichsweise reibungsarmen Gründungselements, bei dem
- ein Pfahl (10) im Boden (1) zumindest bereichweise mit einem Ringraumbohrer (50) überbohrt wird, und

- der beim Überbohren des Pfahls (10) freigeräumte Ringraum (3) mit einem reibungsmindernden Medium (4) gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pfahl (10) ein Ortbetonpfahl ist, und
dass zum Herstellen des Ortbetonpfahls zunächst ein Tiefbauwerkzeug, insbesondere ein Bohrer (8), in den Boden (1) eingebracht wird, und der beim Einbringen des Tiefbauwerkzeugs entstehende Hohlraum mit Flüssigbeton verfüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pfahl (10) überbohrt wird, wenn der Flüssigbeton des Pfahls (10) zumindest teilweise ausgehärtet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innendurchmesser des Ringraumbohrers (50) mindestens so groß ist wie der Außendurchmesser des Pfahls (10) inklusive der notwendigen Betonüberdeckung des Bewehrungsstahls.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das reibungsmindernde Medium (4) ein flüssiges Medium (4) ist und insbesondere eine Bentonitsuspension, eine Bentonit-Zement-Suspension, eine Polymersuspension oder/und ein Weichgel aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das reibungsmindernde Medium (4) über zumindest eine am Ringraumbohrer (50) verlaufende Leitung (60, 61) in den Ringraum (3) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zumindest ein Teil des reibungsmindernden Mediums (4) beim Ziehen des Ringraumbohrers (50) in den Ringraum (3) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Überbohren unter Zugabe einer Stütz- und/oder Spülflüssigkeit erfolgt.
Vorrichtung zum Erstellen eines reibungsarmen Gründungselements, insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit
einem Ringraumbohrer (50) zum Überbohren eines Pfahls (10), wobei der Ringraumbohrer (50) einen Rohrabschnitt (51) aufweist, an dem stirnseitig eine Bohrkrone (52) angeordnet ist,
wobei entlang des Rohrabschnitts (51) zumindest eine Leitung (60, 61) verläuft, welche zum Zuführen eines reibungsmindernden Mediums (4) in einen beim Überbohren des Pfahls (10) freigeräumten Ringraum (3) dient, und wobei der Rohrabschnitt (51) außenseitig zumindest eine Förderwendel (62) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitung (60, 61) außenseitig am Rohrabschnitt (51) angeordnet ist, und
dass die Leitung (60, 61) bis in den Bereich der Bohrkrone (52) reicht.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rohrabschnitt (51) eine Länge aufweist, die mindestens so groß ist wie die Tiefe des freizuräumenden Ringraums (3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rohrabschnitt (51) im Bereich der Bohrkrone (52) außenseitig zumindest eine weitere Anfängerwendel (64) aufweist, die sich über einen Teilbereich des Rohrabschnitts (51) erstreckt, wobei
am Ende der Förderwendel (62) und/oder der Anfängerwendel (64) jeweils zumindest eine Flachschneide (63, 65) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rohrabschnitt (51) im Bereich der Bohrkrone (52) zumindest eine Durchgangsöffnung (71, 72) zum Abführen von Material aus dem Inneren des Rohrabschnitts (51) aufweist, wobei
an der Durchgangsöffnung (71, 72) zumindest eine Schneide (73, 74) vorgesehen ist, die sich in das Innere des Rohrabschnitts (51) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abtragungsquerschnitt der Bohrkrone (52) den Rohrabschnitt (51) innenseitig und/oder außenseitig überragt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie einen Bohrantrieb (80) zum drehenden Antreiben des Ringraumbohrers (50) aufweist ist, und
dass der Rohrabschnitt (51) über einen Spülkopf (81) unmittelbar mit dem Bohrantrieb (80) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenraum des Rohrabschnitts (51) mit einem Spülanschluss für flüssige und/oder gasförmige Medien ausgestattet ist.