EP4047136A1 - Device and method for driving piles into soil - Google Patents
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- EP4047136A1 EP4047136A1 EP22157447.8A EP22157447A EP4047136A1 EP 4047136 A1 EP4047136 A1 EP 4047136A1 EP 22157447 A EP22157447 A EP 22157447A EP 4047136 A1 EP4047136 A1 EP 4047136A1
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- E02D7/06—Power-driven drivers
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- E02D7/14—Components for drivers inasmuch as not specially for a specific driver construction
- E02D7/16—Scaffolds or supports for drivers
Definitions
- the invention generally relates to a device by means of which an oblong shaped piling, which is in a substantially vertical plane, can be driven into the natural soil. It relates in particular to driving in a tubular pile.
- the invention also relates to a method for driving in such a piling and for producing a pile foundation.
- the method is also applicable to piles of other shapes, the length of a pile being generally much greater than its diameter (elongated), and its cross-section may be round, oval, square or some other shape.
- a piece of piling standing in a substantially vertical plane in particular a tubular piece of piling, is used, for example, for the production of pile foundations, in particular of rammed tube foundations, in that a tubular piece of piling is introduced into the ground using a ram.
- Dynamic horizontal pile drivers are used for the trenchless laying of pipes.
- the horizontal pipe jacking is carried out by means of a ram, in which the cylindrical pile is driven by means of a pile driver, sometimes also referred to as a hammer or rammer, with repeated Impacts is applied to move the piling horizontally.
- the ram is moved, for example, by means of hydraulic fluid or compressed air.
- a pipe is rammed into the ground for the vertical insertion of an in-situ concrete pile, for example for a pile foundation.
- the desired reinforcement is placed in the pipe.
- the pipe is filled with liquid concrete and removed from the ground with a special device.
- Very deep foundations are required, for example up to 30 m and more, for various pile foundations, for example for overhead line pylons, the foundations of which, due to the height of the pylons, have to absorb high forces, including forces acting on the sides of the pylons.
- these and other pile foundations must be inclined by a few degrees, for example at an angle deviating from the vertical by up to 15°, sometimes even up to 20°. Any intermediate sizes in the range from greater than 0° to approx. 20° can be possible depending on the component to be founded.
- a vertical direction is described here, this is understood as a global vertical, ie as the plumb direction at the relevant location, which can be determined, for example, with a plumb line or by measurement. Deviations should be included within the tolerances that are usual or required for the foundation under consideration. In the area of the pile foundations of masts, the deviations can be in the range of ⁇ 1°, alternatively ⁇ 2° or ⁇ 3°.
- the pipes for the pile foundations can be driven in by means of hydraulically operated hammers or rams or by repeated explosions in the ram device.
- Impact energies of up to 400 kNm are currently being generated by means of hydraulically or pneumatically operated rams or by means of explosive rams.
- the impact energy is transferred to the piling by suitable energy transfer means, which are designed as bodies that attack or engage with the piling without damaging it as a result of the impacts and provide an impact surface for the piston of the ram, also known as the ram.
- Methods of this type for the vertical or inclined introduction of piling material are carried out, for example, by means of an excavator which holds the piling material with its excavator arm and drives the piling ram with its hydraulic system.
- an excavator which holds the piling material with its excavator arm and drives the piling ram with its hydraulic system.
- the great depths mentioned can only be produced in sections, in that several shorter piles are installed one after the other and standing one on top of the other, with the individual piles having to be connected to one another, for example welded.
- the propulsion decreases with increasing length, so that the method is very ineffective.
- Using the hydraulics of the excavator also has various disadvantages. In particular, the available impact energy is limited and the hydraulics of the excavator cannot be used by the excavator while the ram is in operation.
- piling for example tubular piling, with greater effectiveness and also at an angle deviating from the vertical to put into the ground. Depths of the piling in the ground of up to 30 m and more in one go and higher impact energies are to be achieved.
- the piling is guided at least during the propulsion, preferably during the entire process of being driven into the ground as a result of the impact of the ram.
- the piling is guided by means of a guide traverse, which has a contact surface for the piling, which obviously defines the position and the angle of inclination of the piling.
- the piling slides along the contact surface during advance, so that its position and angle are maintained throughout the advance and very long piling can also be used.
- the piling material is preferably in contact with the contact surface at least in sections, based on the longitudinal extent. Viewed in cross section, the piling can rest against the contact surface over the entire circumference or on a section of its circumference. In the first case, the piling is stabilized in its position longitudinal expansion. At the same time, however, greater impact energy is required for the same propulsion due to the higher friction.
- the installation can take place with the interposition of spacers.
- the piling can be held on the contact surface during its advance by means of at least one preferably detachable clamping device.
- the holder can be designed in such a way that the piling can be displaced vertically relative to the clamping device or with it, so that the propulsion is not hindered.
- Such a clamping device can, for example, enclose the piling in such a way that it bears against the contact surface and can be displaced along the longitudinal extent of the guide cross-member.
- the ram is placed on the upper end of the pile and, if necessary, fixed there.
- the positioning and alignment of the ram is selected to achieve the impact force acting in the direction of the longitudinal axis of the piling such that the ram is moved during operation of the ram along the upper extension of the longitudinal axis of the piling.
- the longitudinal axis is the axis of a body that corresponds to the direction of its greatest extent.
- the longitudinal axis is often also an approximate axis of symmetry of the body.
- the guide traverse can pass through during the advance of the piling an excavator can be held in the predefined position and inclination. It is possible, but not necessary, depending on the geometry of the piling and the soil conditions, for the guide crossbeam to be placed on the ground.
- the method described above for driving a piling into soil can be used to prepare and in particular to produce a deep foundation, through which forces of a structure, such as a building, a mast or other, are introduced into the soil via vertical foundation elements.
- a pile is used as the vertical foundation element, which is introduced as a prefabricated part or is formed from in-situ concrete in the ground, in a vertical excavation.
- a prefabricated pile is driven into the ground as piles.
- the formwork for the foundation or the tool for excavating the earth can be used as pile driving material.
- tubes can be used, the cross-section of which can be round, oval or angular.
- the type of deep foundation and thus the piling depends not only on the structural requirements of the structure, but also on the cross-section of the foundation and the soil. The displaceability of the soil when using a prefabricated part should be higher than is required when installing pipes or formwork.
- a device for carrying out the method in addition to the holding and guiding device described above for the method, includes a dynamic horizontal ram which generates the repeated impact force required for propulsion.
- the ram is arranged on the piling in such a way that an impact force generated by means of the pile driver is directed in the direction of the longitudinal axis of the piling material downwards in the direction of the soil.
- a dynamic horizontal ram generally comprises a housing inside which a piston, also known as a ram, is movably mounted. Pneumatically or hydraulically driven, the piston hits the head of the housing, so that a forward, i. H. impact energy directed towards the piling is generated and transmitted to the piling via suitable energy transmission means, for example slip-on rings or slip-on cones or other bodies adapted to the cross-section of the piling, and this is driven into the ground.
- the piston, and with it the horizontal ram is operated by means of a compressor, a suitable controller and the necessary media supply by means of a supply line for compressed air, voltage, measurement and control data, for example.
- the ram is arranged on the upper end of the piling such that an impact force generated by means of the ram acts on the upper end of the piling and is directed downwards in the direction of the longitudinal axis of the piling.
- the device according to the invention further comprises a holding and guiding device with a guiding crossbar. As described above, this has a contact surface for applying and guiding the piling while it is being advanced.
- the design of the guide traverse and its contact surface for the piling relative to its length and its Cross-section is dimensioned in such a way that the position and angle of the piling in relation to the vertical direction is maintained throughout the piling process.
- the holding and guiding device comprises one or more clamping devices, which hold the piling on the contact surface while it is being advanced.
- the at least one clamping device encloses the piling at least in sections, optionally completely, with the piling remaining vertically displaceable along the contact surface.
- the number of clamping devices must be dimensioned according to the length of the piling in order to ensure that the piling is securely held and thus also guided throughout the piling process.
- one or more clamping devices can be designed to be displaceable upwards and downwards in the direction of the longitudinal axis of the guide traverse and/or detachable from the guide traverse. Precise guidance of the piling is possible, in particular, if one of the clamping devices is arranged in the area of the lower end of the guide traverse.
- the clamping device can have different shapes, in each case adapted to the piling.
- the cross section can be enlarged or reduced for this purpose.
- the device comprises a hydraulic or pneumatic compressor unit. This serves to operate the ram and can be part of the ram or a separate unit. Optionally, this can also be part of another construction machine, provided that this applies the desired impact energy.
- the guide traverse includes an adapter which is designed to be gripped by the gripper of an excavator.
- the adapter can have struts which can be gripped behind by the grab of the excavator.
- adapters that correspond to the existing adapters of an excavator can be mounted on the guide traverse. If the adapter is detachably mounted on the guide traverse, other means of mounting can also be used.
- An optional displaceability of the adapter along the guide traverse also improves the adaptability of the guide traverse to the current conditions of the piling and/or the deep foundation.
- the device according to the invention and the method that can be carried out with it make it possible to ram even very long piles, for example with lengths of 30 m, if necessary also longer piles into the ground in one go.
- the use and cross-connection of multi-piece piles can be avoided in many applications.
- the hydraulics of the excavator is preferably not used for the ram. The excavator only realizes the holding and guidance of the piling.
- Figure 1A shows the lower end of a piling 1, which is held by a crane (not shown) above the ground 20 and in front of a guide traverse 2.
- the guide traverse 2 is part of the holding and guiding device 10 which serves to hold and guide the piling 1 while it is being driven into the ground 20 .
- the guide traverse 2 stands with one foot 4 on the ground 20.
- the holding and guiding device 10 further comprises a plurality of clamping devices 5, two of which are shown.
- the clamping devices 5 are mounted at a distance from one another on the guide traverse 2 so that they can encompass the piling 1 at several heights. It is shown open, for receiving the piling 1.
- the side surface of the guide crossbeam 2 facing the piling 1 is the contact surface 3, which is formed in cross section by a pitch circle corresponding to the tubular piling 1 ( 4 ).
- the bearing surface 3 viewed in the cross section of the pile 1 ( 4 ) encloses the piling 1 preferably not completely, but only on a peripheral section, which in the exemplary embodiment can be the same or alternatively smaller than half the circumference.
- the contact surface 3 viewed over the length of the guide traverse 2 can consist of a plurality of spaced sections.
- the number, the position and the length of the sections for the installation of the piling 1 on the contact surface 3 of the guide traverse 2 are to be dimensioned in particular as a function of the length and the cross section of the piling 1 and of the desired impact energy. A complete system is also possible.
- FIG. 2 shows the mounting of the piling 1 on the guide traverse 2 by means of the clamping devices 5.
- the latter can be opened to receive and release the piling 1 ( Figure 1A ). They enclose the piling 1 in such a way that it rests against the contact surface 3 along the longitudinal extent of the guide crossbeam 2, whose axis is in 2 is shown, is displaceable (represented by a double arrow).
- the clamping devices 5 can be opened and closed hydraulically, for example. Other locking mechanisms that can be operated mechanically or electrically are also possible.
- the guide traverse 2 and with it the piling 1 mounted thereon can be held, for example, by an excavator (not shown).
- an excavator (not shown).
- Figure 1A and 2 only the free end of the extension arm 7 of the excavator is shown.
- an adapter 9 for example, can be mounted on it, optionally detachably and/or displaceably. This can be releasably connected to the extension arm 7 of the excavator, if necessary using a suitable excavator adapter 11 .
- a dynamic horizontal ram 13 is mounted at the upper end of the piling 1 in relation to gravity ( Figure 1B ).
- Rammgut 1 and ram 13 are arranged to each other such that the position of the longitudinal axis 6 of the piling 1 with the Longitudinal axis of the ram 13 coincides.
- the arrangement of the dynamic horizontal ram 13 is such that its ram (not shown) in relation to the piling 1, axial direction 6, ie vertically or at the desired angle a, hits the piling 1 or connected to the piling 1 energy transfer means to drive the piling 1 into the ground 20 ( 3 ).
- a ramming process using the ram described can be carried out as described below.
- the piling 1 for example a steel tube, is provided in the required length, possibly in several parts.
- the dynamic horizontal ram 13 hereinafter referred to simply as the dynamic ram 13 is mounted on the upper end of the piling 1 in such a way ( Figure 1B ) that the impact impulse generated by the impact in the dynamic ram 13 is directed in the axial direction 6 to the opposite lower end of the pile 1.
- the piling 1 preassembled in this way can then be assembled on the holding and guiding device, which is already attached to the boom 6 of an excavator, for example ( 2 ).
- the holding and guiding device which is already attached to the boom 6 of an excavator, for example ( 2 ).
- other machines for receiving the holding and guiding device and the pre-assembled piling 1 can also be used.
- the assembly of the prefabricated piling can also be carried out using a crane 17, for example a truck-mounted crane.
- the ramming material 1 is fixed by means of the guiding traverse 2 and the clamping devices 5, which preferably comprise a lower guiding device for the ramming material.
- the piling 1 is positioned vertically or with the desired driving angle a on the ground 20 ( 3 ) and subsequently put the dynamic ram 13 into operation.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ebenso eine dzu verwendbare Vorrichtung zum Vortrieb eines länglich geformten Rammguts 1 in Erdreich 20 zur Herstellung oder Vorbereitung einer Tiefgründung, wobei das Rammgut 1 ein unteres Ende und ein dem unteren Ende gegenüber liegendes oberes Ende und eine beide Enden verbindende Längsachse 6 aufweist, wobei das Rammgut 1 mit seinem unteren Ende mittels einer Halte- und Führungsvorrichtung 10 auf dem Erdreich stehend, positioniert und während seines Vortriebs mittels der Halte- und Führungsvorrichtung 10 gehalten wird. dadurch gekennzeichnet, dass der Vortrieb des Rammguts 1 in das Erdreich 20 mittels einer pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen dynamischen Horizontalramme 13 erfolgt, wobei die Ramme 13 wiederholt eine auf das Rammgut 1 einwirkende in Richtung der Längsachse 6 nach unten gerichtete Schlagkraft erzeugt, und die Führung des Rammguts 1 in seiner axialen Ausrichtung während seines Vortriebs mittels einer Führungstraverse 2 erfolgt, welche eine Anlagefläche 3 zum Anlegen und Führen des Rammguts 1 aufweist. (Fig. 3)The invention relates to a method and also a device that can be used for this purpose for driving an elongate shaped piling 1 in the ground 20 to create or prepare a deep foundation, the piling 1 having a lower end and an upper end opposite the lower end and a longitudinal axis connecting both ends 6, the piling 1 being positioned with its lower end standing on the ground by means of a holding and guiding device 10 and being held by means of the holding and guiding device 10 during its advance. characterized in that the piling 1 is driven into the ground 20 by means of a pneumatically or hydraulically driven dynamic horizontal ram 13, with the ram 13 repeatedly generating an impact force acting on the piling 1 and directed downwards in the direction of the longitudinal axis 6, and guiding the Ramming material 1 takes place in its axial alignment during its propulsion by means of a guide traverse 2, which has a contact surface 3 for applying and guiding the ramming material 1. (Fig.3)
Description
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung mittels welcher ein länglich geformtes Rammgut, welches in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene steht, in das gewachsene Erdreich eingetrieben werden kann. Sie betrifft insbesondere das Eintreiben eines rohrförmigen Rammguts. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zum Eintreiben eines solchen Rammgutes sowie zur Herstellung einer Pfahlgründung. Das Verfahren ist auch auf anders geformte Rammgüter anwendbar, wobei die Länge eines Rammguts allgemein wesentlich größer ist als dessen Durchmesser (länglich), wobei dessen Querschnitt rund, oval oder eckig sein oder eine andere Form aufweisen kann.The invention generally relates to a device by means of which an oblong shaped piling, which is in a substantially vertical plane, can be driven into the natural soil. It relates in particular to driving in a tubular pile. The invention also relates to a method for driving in such a piling and for producing a pile foundation. The method is also applicable to piles of other shapes, the length of a pile being generally much greater than its diameter (elongated), and its cross-section may be round, oval, square or some other shape.
Ein in einer im wesentlichen vertikalen Ebene stehendes Rammgut, insbesondere ein rohrförmiges Rammgut, dient beispielsweise der Herstellung von Pfahlgründungen, insbesondere von Rammrohrgründungen, indem ein rohrförmiges Rammgut mittels einer Ramme in das Erdreich eingebracht wird.A piece of piling standing in a substantially vertical plane, in particular a tubular piece of piling, is used, for example, for the production of pile foundations, in particular of rammed tube foundations, in that a tubular piece of piling is introduced into the ground using a ram.
Für die grabenlose Verlegung von Rohren werden dynamische Horizontalrammen verwendet. Der horizontale Rohrvortrieb erfolgt mittels einer Ramme, bei welcher das zylinderförmigen Rammgut mittels eines Rammbären, mitunter auch als Hammer oder als Ramme bezeichnet, mit wiederholten Schlägen beaufschlagt wird, um das Rammgut horizontal zu bewegen. Die Bewegung des Rammbären erfolgt beispielsweise mittels Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft.Dynamic horizontal pile drivers are used for the trenchless laying of pipes. The horizontal pipe jacking is carried out by means of a ram, in which the cylindrical pile is driven by means of a pile driver, sometimes also referred to as a hammer or rammer, with repeated Impacts is applied to move the piling horizontally. The ram is moved, for example, by means of hydraulic fluid or compressed air.
Zum vertikalen Einbringen eines Ortbetonpfahls beispielsweise für eine Pfahlgründung, wird ein Rohr in den Boden gerammt. Wenn die Zieltiefe erreicht ist, wird die gewünschte Bewehrung im Rohr verlegt. Danach wird das Rohr mit flüssigem Beton verfüllt und mit einer speziellen Vorrichtung aus dem Boden entfernt.A pipe is rammed into the ground for the vertical insertion of an in-situ concrete pile, for example for a pile foundation. When the target depth is reached, the desired reinforcement is placed in the pipe. After that, the pipe is filled with liquid concrete and removed from the ground with a special device.
Für verschiedene Pfahlgründungen, beispielsweise für Freileitungsmasten, deren Fundamente aufgrund der Höhe der Masten hohe Kräfte, auch seitlich an den Masten angreifende Kräfte aufnehmen müssen, sind sehr tiefe Gründungen erforderlich, beispielsweise bis 30 m und mehr. Zudem müssen diese und auch andere Pfahlgründungen um einige Grad geneigt ausgeführt werden, beispielsweise mit einem um bis zu 15°, mitunter auch bis zu 20°, von der Vertikalen abweichenden Winkel hergestellt werden. Beliebige Zwischengrößen im Bereich von größer 0° bis ca. 20° können je nach zu gründendem Bauteil möglich sein.Very deep foundations are required, for example up to 30 m and more, for various pile foundations, for example for overhead line pylons, the foundations of which, due to the height of the pylons, have to absorb high forces, including forces acting on the sides of the pylons. In addition, these and other pile foundations must be inclined by a few degrees, for example at an angle deviating from the vertical by up to 15°, sometimes even up to 20°. Any intermediate sizes in the range from greater than 0° to approx. 20° can be possible depending on the component to be founded.
Sofern hier eine vertikale Richtung beschrieben ist, wird diese als globale Vertikale, d. h. als die Lotrichtung am betreffenden Standort verstanden, welche beispielsweise mit einem Schnurlot oder messtechnisch ermittelt werden kann. Abweichungen sollen im Bereich der für die betrachtete Gründung üblichen oder geforderten Toleranzen eingeschlossen sein. Im Bereich der Pfahlgründungen von Masten können die Abweichungen im Bereich von ± 1°, alternativ ± 2° oder ± 3° liegen.If a vertical direction is described here, this is understood as a global vertical, ie as the plumb direction at the relevant location, which can be determined, for example, with a plumb line or by measurement. Deviations should be included within the tolerances that are usual or required for the foundation under consideration. In the area of the pile foundations of masts, the deviations can be in the range of ± 1°, alternatively ± 2° or ± 3°.
Das Einbringen der Rohre für die Pfahlgründungen kann mittels hydraulisch betriebener Hammer oder Rammen oder durch wiederholte Explosionen in der Rammvorrichtung erfolgen. Mittels hydraulisch oder pneumatisch betriebener Rammen oder mittels Explosionsrammen werden derzeit Schlagenergien bis zu 400 kNm erzeugt. Die Übertragung der Schlagenergie auf das Rammgut erfolgt durch geeignete Energieübertragungsmittel, welche als Körper ausgebildet sind, die am Rammgut an- oder eingreifen ohne dieses infolge der Schläge zu schädigen und eine Schlagfläche für den Kolben der Ramme, auch als Rammbär bezeichnet, bereitstellen.The pipes for the pile foundations can be driven in by means of hydraulically operated hammers or rams or by repeated explosions in the ram device. Impact energies of up to 400 kNm are currently being generated by means of hydraulically or pneumatically operated rams or by means of explosive rams. The impact energy is transferred to the piling by suitable energy transfer means, which are designed as bodies that attack or engage with the piling without damaging it as a result of the impacts and provide an impact surface for the piston of the ram, also known as the ram.
Derartige Verfahren zum vertikalen oder geneigten Einbringen von Rammgütern, beispielsweise von rohrförmigen Rammgütern, werden beispielsweise mittels eines Baggers durchgeführt, welcher mit seinem Baggerarm das Rammgut hält und den Rammbären mit seiner Hydraulik antreibt. Mit einer solchen Vorrichtung sind die genannten großen Tiefen nur abschnittsweise herzustellen, indem mehrere kürzere Rammgüter nacheinander und aufeinander stehend eingebracht werden, wobei die einzelnen Rammgüter miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt werden müssen. Zudem wird der Vortrieb mit zunehmender Länge geringer, so dass das Verfahren sehr uneffektiv ist. Auch die Verwendung der Hydraulik des Baggers weist verschiedene Nachteile auf. Insbesondere ist die verfügbare Schlagenergie begrenzt und die Hydraulik des Baggers während des Betriebs der Ramme nicht für den Bagger verwendbar.Methods of this type for the vertical or inclined introduction of piling material, for example tubular piling material, are carried out, for example, by means of an excavator which holds the piling material with its excavator arm and drives the piling ram with its hydraulic system. With such a device, the great depths mentioned can only be produced in sections, in that several shorter piles are installed one after the other and standing one on top of the other, with the individual piles having to be connected to one another, for example welded. In addition, the propulsion decreases with increasing length, so that the method is very ineffective. Using the hydraulics of the excavator also has various disadvantages. In particular, the available impact energy is limited and the hydraulics of the excavator cannot be used by the excavator while the ram is in operation.
Es besteht ein Bedürfnis, Rammgüter, beispielsweise rohrförmige Rammgüter, mit einer höheren Effektivität und dabei auch mit einem von der Vertikalen abweichenden Winkel in das Erdreich einzubringen. Es sollen Tiefen des Rammguts im Erdreich bis 30 m und mehr in einem Zug und höhere Schlagenergien erzielt werden.There is a need for piling, for example tubular piling, with greater effectiveness and also at an angle deviating from the vertical to put into the ground. Depths of the piling in the ground of up to 30 m and more in one go and higher impact energies are to be achieved.
Zur Lösung des Problems wird vorgeschlagen, die Schlagenergie auf das Rammgut, welches senkrecht oder mit dem zuvor genannten, insbesondere für die Gründung erforderlichen Neigungswinkel relativ zur vertikalen Ausrichtung in das Erdreich eingetrieben werden soll, mittels einer dynamischen Horizontalramme zu erzeugen, indem deren wiederholte Schlagkraft auf das Rammgut in einer Richtung einwirkt, welche in Richtung der Längsachse nach unten verläuft. Das Rammgut selbst wird mittels einer Halte- und Führungsvorrichtung am gewünschten Ort positioniert und während des Vortriebs in dem gewünschten Winkel gehalten und geführt.To solve the problem, it is proposed to generate the impact energy on the piling, which is to be driven into the ground perpendicularly or with the aforementioned angle of inclination, particularly required for the foundation, relative to the vertical orientation, using a dynamic horizontal ram by increasing its repeated impact force the piling acts in a direction which runs downwards in the direction of the longitudinal axis. The piling itself is positioned at the desired location using a holding and guiding device and is held and guided at the desired angle during the drive.
Das Rammgut wird zumindest während des Vortriebs, bevorzugt während des gesamten Vorgangs des Eintreibens in das Erdreich infolge der Schlagwirkung der Ramme, geführt. Die Führung des Rammguts erfolgt mittels einer Führungstraverse, welche eine Anlagefläche für das Rammgut aufweist, wobei diese augenscheinlich die Position und den Neigungswinkel des Rammguts definiert. An der Anlagefläche gleitet das Rammgut während seines Vortriebs entlang, so dass dessen Position und der Winkel während des gesamten Vortriebs beibehalten werden und auch sehr lange Rammgüter verwendet werden können. Bevorzugt liegt das Rammgut an der Anlagefläche zumindest abschnittsweise, bezogen auf die Längsausdehnung, an. Die Anlage des Rammguts kann an der Anlagefläche kann, im Querschnitt betrachtet, vollumfänglich oder an einem Abschnitt seines Umfangs erfolgen. Im ersten Fall erfolgt eine Stabilisierung des Rammguts in seiner Längsausdehnung. Gleichzeitig jedoch wird aufgrund der höheren Reibung eine größere Schlagenergie für den gleichen Vortrieb benötigt. Die Anlage kann unter Zwischenlage von Abstandshaltern erfolgen.The piling is guided at least during the propulsion, preferably during the entire process of being driven into the ground as a result of the impact of the ram. The piling is guided by means of a guide traverse, which has a contact surface for the piling, which obviously defines the position and the angle of inclination of the piling. The piling slides along the contact surface during advance, so that its position and angle are maintained throughout the advance and very long piling can also be used. The piling material is preferably in contact with the contact surface at least in sections, based on the longitudinal extent. Viewed in cross section, the piling can rest against the contact surface over the entire circumference or on a section of its circumference. In the first case, the piling is stabilized in its position longitudinal expansion. At the same time, however, greater impact energy is required for the same propulsion due to the higher friction. The installation can take place with the interposition of spacers.
Alternativ oder ergänzend zu einer der zuvor beschriebenen Varianten der Anlage des Rammguts an der Anlagefläche kann das Rammgut während seines Vortriebs mittels zumindest einer bevorzugt lösbaren Klemmvorrichtung an der Anlagefläche gehalten werden. Die Halterung kann derart ausgeführt sein, dass das Rammgut relativ zur Klemmvorrichtung oder mit dieser vertikal verschiebbar ist, so dass der Vortrieb nicht behindert wird. Eine solche Klemmvorrichtung kann das Rammgut beispielsweise umschließen und zwar derart, dass es an der Anlagefläche anliegt und entlang der Längsausdehnung der Führungstraverse verschiebbar ist.As an alternative or in addition to one of the previously described variants of the installation of the piling on the contact surface, the piling can be held on the contact surface during its advance by means of at least one preferably detachable clamping device. The holder can be designed in such a way that the piling can be displaced vertically relative to the clamping device or with it, so that the propulsion is not hindered. Such a clamping device can, for example, enclose the piling in such a way that it bears against the contact surface and can be displaced along the longitudinal extent of the guide cross-member.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform wird die Ramme auf das obere Ende des Rammguts aufgesetzt und sofern erforderlich dort fixiert. Die Positionierung und Ausrichtung der Ramme wird zur Erzielung der in Richtung der Längsachse des Rammguts wirkenden Schlagkraft so gewählt, dass der Rammbär während des Betriebs der Ramme entlang der oberen Verlängerung der Längsachse des Rammguts bewegt wird.According to a further embodiment, the ram is placed on the upper end of the pile and, if necessary, fixed there. The positioning and alignment of the ram is selected to achieve the impact force acting in the direction of the longitudinal axis of the piling such that the ram is moved during operation of the ram along the upper extension of the longitudinal axis of the piling.
Als Längsachse wird in der Technik, der Biologie und anderen Wissenschaften jene Achse eines Körpers bezeichnet, die der Richtung seiner größten Ausdehnung entspricht. Häufig ist die Längsachse auch eine annähernde Symmetrieachse des Körpers.In technology, biology and other sciences, the longitudinal axis is the axis of a body that corresponds to the direction of its greatest extent. The longitudinal axis is often also an approximate axis of symmetry of the body.
Entsprechend einer weitere Ausführungsform kann die Führungstraverse während des Vortriebs des Rammguts durch einen Bagger in der vordefinierten Position und Neigung gehalten werden. Dabei ist es möglich, in Abhängigkeit von der Geometrie des Rammguts und der Bodenbeschaffenheit jedoch nicht erforderlich, dass die Führungstraverse auf dem Erdreich aufgesetzt wird.According to a further embodiment, the guide traverse can pass through during the advance of the piling an excavator can be held in the predefined position and inclination. It is possible, but not necessary, depending on the geometry of the piling and the soil conditions, for the guide crossbeam to be placed on the ground.
Das zuvor beschriebene Verfahren zum Vortrieb eines Rammguts in ein Erdreich kann zur Vorbereitung und insbesondere zur Herstellung einer Tiefgründung verwendet werden, über welche Kräfte eines Bauwerks, wie eines Gebäudes, eines Mastes oder anderem, über senkrechte Gründungselemente in das Erdreich eingetragen werden. Als senkrechtes Gründungselement wird für solche Anwendungen ein Pfahl verwendet, der als Fertigteil eingebracht oder aus Ortbeton im Erdreich, in einem senkrechten Erdaushub, ausgebildet wird. Im ersten Fall wird als Rammgut ein vorgefertigter Pfahl in das Erdreich getrieben. Zur Herstellung der Tiefgründung aus Ortbeton kann als Rammgut die Schalung für die Gründung oder das Werkzeug für den Erdaushub verwendet werden. Für die beiden letzteren Fälle können Rohre verwendet werden, wobei deren Querschnitt sowohl rund als auch oval oder eckig sein kann. Die Art der Tiefgründung und damit des Rammguts hängt neben den statischen Anforderungen des Bauwerks auch vom Querschnitt der Gründung und vom Erdreich ab. So sollte die Verdrängbarkeit des Erdreichs bei der Verwendung eines Fertigteils höher sein, als es beim Einbringen von Rohren oder einer Schalung erforderlich ist.The method described above for driving a piling into soil can be used to prepare and in particular to produce a deep foundation, through which forces of a structure, such as a building, a mast or other, are introduced into the soil via vertical foundation elements. For such applications, a pile is used as the vertical foundation element, which is introduced as a prefabricated part or is formed from in-situ concrete in the ground, in a vertical excavation. In the first case, a prefabricated pile is driven into the ground as piles. To produce the deep foundation from in-situ concrete, the formwork for the foundation or the tool for excavating the earth can be used as pile driving material. For the latter two cases, tubes can be used, the cross-section of which can be round, oval or angular. The type of deep foundation and thus the piling depends not only on the structural requirements of the structure, but also on the cross-section of the foundation and the soil. The displaceability of the soil when using a prefabricated part should be higher than is required when installing pipes or formwork.
Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens neben der oben zum Verfahren beschriebenen Halte- und Führungsvorrichtung eine dynamische Horizontalramme, welche die für den Vortrieb benötigte wiederholte Schlagkraft erzeugt. Die Ramme ist am Rammgut derart angeordnet, dass eine mittels des Rammbären erzeugte Schlagkraft in Richtung der Längsachse des Rammguts nach unten in Richtung Erdreich gerichtet ist.A device for carrying out the method, in addition to the holding and guiding device described above for the method, includes a dynamic horizontal ram which generates the repeated impact force required for propulsion. The ram is arranged on the piling in such a way that an impact force generated by means of the pile driver is directed in the direction of the longitudinal axis of the piling material downwards in the direction of the soil.
Eine dynamische Horizontalramme umfasst allgemein ein Gehäuse, in dessen Inneren ein Kolben, auch als Rammbär bezeichnet, beweglich gelagert ist. Pneumatisch oder hydraulisch angetrieben schlägt der Kolben im Kopf des Gehäuses auf, so dass eine nach vorn, d. h. zum Rammgut gerichtete Schlagenergie erzeugt und über geeignete Energieübertragungsmittel, beispielsweise Aufsteckringe oder Aufsteckkonusse oder andere an den Querschnitt des Rammguts angepasste Körper, auf das Rammgut übertragen und dieses in das Erdreich getrieben wird. Mittels eines Kompressors, einer geeigneten Steuerung sowie der erforderlichen Medienzufuhr mittels einer Versorgungsleitung für beispielsweise Druckluft, Spannung, Mess- und Steuerdaten wird der Kolben und mit diesem die Horizontalramme betrieben.A dynamic horizontal ram generally comprises a housing inside which a piston, also known as a ram, is movably mounted. Pneumatically or hydraulically driven, the piston hits the head of the housing, so that a forward, i. H. impact energy directed towards the piling is generated and transmitted to the piling via suitable energy transmission means, for example slip-on rings or slip-on cones or other bodies adapted to the cross-section of the piling, and this is driven into the ground. The piston, and with it the horizontal ram, is operated by means of a compressor, a suitable controller and the necessary media supply by means of a supply line for compressed air, voltage, measurement and control data, for example.
Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ramme auf dem oberen Ende des Rammguts derart angeordnet, dass eine mittels des Rammbären erzeugte Schlagkraft auf das obere Ende des Rammguts einwirkt und in Richtung der Längsachse des Rammguts nach unten gerichtet ist.According to one embodiment of the invention, the ram is arranged on the upper end of the piling such that an impact force generated by means of the ram acts on the upper end of the piling and is directed downwards in the direction of the longitudinal axis of the piling.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiter eine Halte- und Führungsvorrichtung mit einer Führungstraverse. Diese weist, wie oben beschrieben, eine Anlagefläche zum Anlegen und Führen des Rammguts während dessen Vortriebs aufweist.The device according to the invention further comprises a holding and guiding device with a guiding crossbar. As described above, this has a contact surface for applying and guiding the piling while it is being advanced.
Die Gestaltung der Führungstraverse und deren Anlagefläche für das Rammgut relativ zu dessen Länge und dessen Querschnitt ist so bemessen, dass die Position und der Winkel des Rammguts in Bezug auf die Vertikale Richtung während des gesamten Rammverfahrens gewährleistet wird.The design of the guide traverse and its contact surface for the piling relative to its length and its Cross-section is dimensioned in such a way that the position and angle of the piling in relation to the vertical direction is maintained throughout the piling process.
In einer Ausgestaltung umfasst die Halte- und Führungsvorrichtung eine oder mehrere Klemmvorrichtungen, welche das Rammgut während dessen Vortrieb an der Anlagefläche halten. Zu diesem Zweck umschließt die zumindest eine Klemmvorrichtung das Rammgut zumindest abschnittsweise, optional vollumfänglich, wobei das Rammgut entlang der Anlagefläche vertikal verschiebbar bleibt.In one embodiment, the holding and guiding device comprises one or more clamping devices, which hold the piling on the contact surface while it is being advanced. For this purpose, the at least one clamping device encloses the piling at least in sections, optionally completely, with the piling remaining vertically displaceable along the contact surface.
Die Anzahl der Klemmvorrichtungen ist der Länge des Rammguts entsprechend zu bemessen, um eine über das gesamte Rammverfahren sichere Halterung und damit auch Führung des Rammguts zu gewährleisten. Entsprechend verschiedener Ausführungsformen können eine oder mehrere Klemmvorrichtungen in Richtung der Längsachse der Führungstraverse nach oben und unten verschiebbar und/oder von der Führungstraverse lösbar ausgebildet sein. Eine präzise Führung des Rammguts ist insbesondere möglich, wenn eine der Klemmvorrichtungen im Bereich des unteren Endes der Führungstraverse angeordnet ist. Die Klemmvorrichtung kann verschiedene Gestalt aufweisen, jeweils angepasst an das Rammgut. Optional kann der Querschnitt zu diesem Zweck vergrößerbar oder verkleinerbar sein.The number of clamping devices must be dimensioned according to the length of the piling in order to ensure that the piling is securely held and thus also guided throughout the piling process. According to various embodiments, one or more clamping devices can be designed to be displaceable upwards and downwards in the direction of the longitudinal axis of the guide traverse and/or detachable from the guide traverse. Precise guidance of the piling is possible, in particular, if one of the clamping devices is arranged in the area of the lower end of the guide traverse. The clamping device can have different shapes, in each case adapted to the piling. Optionally, the cross section can be enlarged or reduced for this purpose.
Die Vorrichtung umfasst in einer weiteren Ausgestaltung eine hydraulische oder pneumatische Kompressoreinheit. Diese dient dem Betrieb der Ramme und kann Teil der Ramme oder eine separate Einheit sein. Optional kann diese auch Teil einer anderen Baumaschine sein, sofern diese die gewünschte Schlagenergie aufbringt.In a further embodiment, the device comprises a hydraulic or pneumatic compressor unit. This serves to operate the ram and can be part of the ram or a separate unit. Optionally, this can also be part of another construction machine, provided that this applies the desired impact energy.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Führungstraverse einen Adapter, welcher ausgebildet ist, um durch den Greifer eines Baggers gegriffen zu werden. Beispielsweise kann der Adapter Streben aufweisen, welche durch den Greifer des Baggers hintergriffen werden können. Alternativ können zu vorhandenen Adaptern eines Baggers korrespondierende Adapter an der Führungstraverse montiert sein. Sofern der Adapter lösbar an der Führungstraverse montier ist, können auch andere Mittel zur Halterung verwendet werden. Eine optionale Verschiebbarkeit des Adapters entlang der Führungstraverse verbessert ebenfalls die Anpassbarkeit der Führungstraverse an die aktuellen Gegebenheiten des Rammguts und/oder der Tiefgründung.According to a further embodiment, the guide traverse includes an adapter which is designed to be gripped by the gripper of an excavator. For example, the adapter can have struts which can be gripped behind by the grab of the excavator. Alternatively, adapters that correspond to the existing adapters of an excavator can be mounted on the guide traverse. If the adapter is detachably mounted on the guide traverse, other means of mounting can also be used. An optional displaceability of the adapter along the guide traverse also improves the adaptability of the guide traverse to the current conditions of the piling and/or the deep foundation.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass mittels der erfindungsgemäßen Verwendung der dynamischen Horizontalramme für den vertikalen Eintrieb eines Rammguts können bedeutend höhere Schlagenergien erzielt werden. Mit der derzeit vorhandenen Technologie der dynamischen Horizontalrammen sind bis zu 20 MNm pro Schlag realisierbar. Höhere Werte sind zukünftig denkbar. Der Antrieb der Ramme erfolgt nicht mehr mittels eines Baggers oder Krans, sondern beispielsweise mit separater Druckluft, so dass die Schlagzahl erhöht und eine Verschmutzung des Erdreichs und der Umgebung wesentlich reduziert wird. Optional kann auch eine hydraulisch betriebene Ramme verwendet werden.In summary, it can be stated that significantly higher impact energies can be achieved by means of the use according to the invention of the dynamic horizontal ram for driving in a pile vertically. With the currently available technology of dynamic horizontal piling, up to 20 MNm per impact can be achieved. Higher values are conceivable in the future. The ram is no longer driven by an excavator or crane, but with separate compressed air, for example, so that the impact rate is increased and soiling of the soil and the environment is significantly reduced. A hydraulically operated ram can also be used as an option.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das damit ausführbare Verfahren gestatten es, auch sehr lange Rammgüter, beispielsweise mit Längen von 30 m, gegebenenfalls auch längere Rammgüter in einem Zug in das Erdreich zu rammen. Die Verwendung und Querverbindung mehrteiliger Rammgüter kann in vielen Anwendungen vermieden werden. Die Hydraulik des Baggers wird bevorzugt nicht für die Ramme verwendet. Der Bagger realisiert lediglich die Halterung und Führung des Rammguts.The device according to the invention and the method that can be carried out with it make it possible to ram even very long piles, for example with lengths of 30 m, if necessary also longer piles into the ground in one go. The use and cross-connection of multi-piece piles can be avoided in many applications. The hydraulics of the excavator is preferably not used for the ram. The excavator only realizes the holding and guidance of the piling.
Die Erfindung wird zum besseren Verständnis nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, ohne damit eine Beschränkung auf bestimmte Ausgestaltungen der Vorrichtung oder des Verfahrens vorzunehmen. Der Fachmann würde die zuvor und/oder die zu den Zeichnungen beschriebenen Merkmale in weiteren Ausführungen kombinieren soweit es ihm hilfreich erscheint. Die Zeichnungen zeigen in
-
Fig. 1A das untere Ende eines Rammguts mit einer Halte- und Führungsvorrichtung, welche zur Aufnahme des Rammguts vorbereitet ist, -
Fig. 1B das obere Ende des Rammguts gemäßFig. 1A , welches von einem Kran gehalten wird und auf dessen oberem Ende eine dynamische Ramme aufgesetzt ist, als perspektivische Ansicht, -
Fig. 2 das untere Ende des von der Halte- und Führungsvorrichtung gehaltenen Rammguts gemäßFig. 1A , als perspektivische Ansicht, -
Fig. 3 ein in das Erdreich mit einem Winkel a vorgetriebenes Rammgut, gehalten von einer Halte- und Führungsvorrichtung, als perspektivische Ansicht, und -
Fig. 4 ein von einer Halte- und Führungsvorrichtung gehaltenes Rammguts, in Schnittdarstellung.
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Figure 1A the lower end of a piling with a holding and guiding device which is prepared to receive the piling, -
Figure 1B the upper end of the piling according toFigure 1A , which is held by a crane and on the upper end of which a dynamic ram is placed, as a perspective view, -
2 the lower end of the piling held by the holding and guiding device according to FIGFigure 1A , as a perspective view, -
3 a piling driven into the ground at an angle a, held by a holding and guiding device, as a perspective view, and -
4 a piling held by a holding and guiding device, in a sectional view.
Die Figuren stellen die Vorrichtung nur schematisch dar und nur in dem Umfang, wie es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Sie erheben keinen Anspruch auf Maßstäblichkeit oder Vollständigkeit.The figures represent the device only schematically and only to the extent necessary for understanding the invention. You make no claim accuracy or completeness.
Die Halte- und Führungsvorrichtung 10 umfasst weiter mehrere Klemmvorrichtungen 5, von denen zwei dargestellt sind. Die Klemmvorrichtungen 5 sind mit Abstand zueinander an der Führungstraverse 2 montiert, so dass sie das Rammgut 1 in mehreren Höhen umfassen können. Sie geöffnet dargestellt, zur Aufnahme des Rammguts 1. Die dem Rammgut 1 zugewandte Seitenfläche der Führungstraverse 2 ist die Anlagefläche 3, welche korrespondierend zum rohrförmigen Rammgut 1 im Querschnitt durch einen Teilkreis gebildet ist (
Mittels der Führungstraverse 2, an dessen Anlagefläche 3 sich das Rammgut 1 entlang der Höhe der Anlagefläche 3 anlegt, erfolgt die Führung des Rammguts 1 wie oben beschrieben.By means of the
Die im Querschnitt des Rammguts 1 betrachtete Anlagefläche 3 (
Die Anzahl, die Lage und die Länge der Abschnitte zur Anlage des Rammguts 1 an der Anlagefläche 3 der Führungstraverse 2 sind insbesondere in Abhängigkeit von der Länge und dem Querschnitt des Rammguts 1 sowie von der gewünschten Schlagenergie zu bemessen. Auch eine vollständige Anlage ist möglich.The number, the position and the length of the sections for the installation of the piling 1 on the
Die Führungstraverse 2 und mit dieser das daran montierte Rammgut 1 können beispielsweise von einem Bagger (nicht dargestellt) gehalten werden. In
Am, auf die Schwerkraft bezogen, oberen Ende des Rammguts 1 ist eine dynamischen Horizontalramme 13 montiert (
Ein Rammverfahren unter Verwendung der beschriebenen Ramme kann wie nachfolgend beschrieben ausgeführt werden.A ramming process using the ram described can be carried out as described below.
Das Rammgut 1, beispielsweise ein Stahlrohr, wird in der benötigten Länge, gegebenenfalls mehrteilig, bereitgestellt. Noch vor der Montage des Rammguts 1 an einer geeigneten Halte- und Führungsvorrichtung (nicht dargestellt) wird die dynamische Horizontalramme 13, nachfolgend vereinfacht als dynamische Ramme 13 bezeichnet, am oberen Ende des Rammguts 1 derart montiert (
Das derart vormontierte Rammgut 1 kann nachfolgend an der Halte- und Führungsvorrichtung montiert werden, welche beispielsweise bereits am Ausleger 6 eines Baggers befestigt ist (
Mittels der Führungstraverse 2 und der Klemmvorrichtungen 5, die bevorzugt eine untere Führungsvorrichtung für das Rammgut umfassen, wird das Rammgut 1 fixiert. Mittels des Auslegerarms 7 des Baggers oder besagter alternativer Maschine wird das Rammgut 1 vertikal oder mit dem gewünschten Eintriebswinkel a auf dem Erdreich 20 positioniert (
- 11
- Rammgutpiling
- 22
- Führungstraverseguide traverse
- 33
- Anlageflächecontact surface
- 55
- Klemmvorrichtungclamping device
- 66
- Längsachse, axiale RichtungLongitudinal axis, axial direction
- 77
- Auslegerarm eines BaggersBoom arm of an excavator
- 99
- Adapteradapter
- 1010
- Halte- und FührungsvorrichtungHolding and guiding device
- 1111
- Baggeradapterexcavator adapter
- 1313
- Horizontalramme, dynamische RammeHorizontal ram, dynamic ram
- 1414
- GehäuseHousing
- 1515
- Versorgungsleitungsupply line
- 1717
- Krancrane
- 2020
- Erdreichsoil
- aa
- Winkel des Rammgutsangle of the piling
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2022
- 2022-02-18 EP EP22157447.8A patent/EP4047136A1/en active Pending
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