用于在地基中形成基础元件的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一方面涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于在地基、尤其在水体基底(GewSssergrumd)中形成基础元件(Griindungse Iement)的方法，其中借助于钻孔工具(Bohrwerkzeug)去除地基材料并且形成钻孔，将柱管(Pfahlrohr)和可硬化的介质置入该钻孔中。
[0002]本发明还涉及一种按权利要求10前序部分所述的用于在地基中形成基础元件的设备，其包括钻孔装置，该钻孔装置带有钻孔工具用于去除柱管下方的地基材料，该柱管作为基础元件的一部分能够置入地基中。
【背景技术】
[0003]从EP23 22 724 Al中获知所述类型的方法以及所述类型的设备。借助于水下钻孔机构将柱状的基础元件置入水体基底中。在管状的基础元件处安置钻孔装置，该钻孔装置在管状的基础元件下方去除地基并且形成钻孔。被去除的地基材料可以从管状的基础元件中栗出并且将可凝固的钻探泥浆(Suspens1n)置入管中。
[0004]这种基础元件的承载能力在很大程度上取决于相对于周围的地基的表面摩擦。尤其在水体基底中会产生相对较小的摩擦系数，从而相应地将基础元件较深地并且由此费力地置入地基中。
[0005]从WO 2010/015799 A2中获知一种用于水下建基的方法，其中首先形成钻孔。可以将直径更小的基础管置入该钻孔中，该基础管在其内侧和外侧处嵌入可硬化的水泥块中。该水泥块就与管元件一起硬化成基础元件。
[0006]在所描述的方法中，被去除的地基材料从钻孔中排入周围的水中。这会损害周围环境。此外，需要大量水泥块用于形成基础元件。大量水泥块在水下的操作同样会引起不希望的对周围环境的损害。
【发明内容】
[0007]本发明的任务是说明一种用于在地基、尤其在水体基底中形成基础元件的方法和设备，用该方法和设备能够有效地并且同时尽可能对环境好地形成具有较高承载能力的基础元件。
[0008]该任务一方面通过具有权利要求1所述特征的方法得到解决并且另一方面通过具有权利要求10所述特征的设备得到解决。本发明的优选实施方式在相应的从属权利要求中进行说明。
[0009]按本发明的方法的特征在于:形成具有比柱管的外直径大规定数量的钻孔直径的钻孔，其中，在钻孔壁与柱管的外侧之间形成环形空间；将被去除的地基材料运送到柱管的内部空间中，而环形空间基本上保持没有去除的地基材料;并且为了将柱管锚固在地基中将可硬化的介质导入环形空间中。
[0010]本发明还基于以下认识，即为了实现较高的承载能力，将所述基础元件在周围的地基中借助于可硬化的介质、尤其水泥块进行锚固。对于这种较高的承载能力来说，在此不强制需要用可硬化的介质或块对整个柱管进行填充。更确切地说，将可硬化的介质基本上仅仅导入外部的环形空间中，该外部的环形空间在柱管的外侧与限定得更大的钻孔的孔壁之间形成。由此形成了连接罩，该连接罩以较高的摩擦系数将柱管锚固在周围的地基中。可硬化的介质的消耗会如此显著降低，这一方面是经济的并且另一方面是对环境好的。在该方法最后，可将可硬化的介质导入柱管的底部区域中，从而形成稳定的柱底部。位于其上的中间区域优选保持没有可硬化的介质。
[0011]在此，由钻孔工具去除的地基材料不需要完全从钻孔中除去。而是存在以下可能方案，即去除的地基材料的至少一部分留在柱管内部。本发明意义上的钻孔工具不仅仅理解为旋转驱动的钻孔工具，而且原则上也理解为铣削类的钻孔工具、通过高压喷射起去除作用的钻孔工具、这些钻孔工具的组合或者其它去除地基的工具。
[0012]按本发明的方法的优选实施方式在于，被去除的地基材料与流体、尤其水进行混合，该流体导入钻孔的下面区域内。在通过切碎以及与液体的混合使得去除的地基材料相应液化时，其很大程度上可以不用额外的运送装置、如运送螺旋线地在柱管内部向上升。原则上也存在以下可能方案，即由此借助于栗装置栗出置于能够流动的状态下的地基材料。在特定的情况下，所述流体也可以具有可硬化的介质。
[0013]在此优选的是，所述去除的以及混合的地基材料至少部分地通过柱管从钻孔运送出来。在水下钻孔时可以将地基材料通过卸料套管排到周围的水中(只要这是允许的并且兼容环境的)。然而通过相应的管道也能够将去除的地基材料输送到陆地处或者船体。在此有利的是，去除的地基材料不会被可硬化的介质污染。这允许简单的清除。
[0014]根据优选的实施方式提出，所述钻孔工具借助于钻杆旋转地进行驱动，该钻杆布置在柱管内部，并且通过钻杆将流体导入钻孔的下面的区域内并且/或者将去除的地基材料从中孔中导出。在此可以使用空心的钻杆，该钻杆在其下面的区域内具有一个或多个用于输送流体、尤其水的排出口。在此，也可以在压力条件下输送所述流体，从而这为地基去除和/或去除的地基材料的混合作出贡献。
[0015]此外，根据本发明的实施变型方案提出，可硬化的介质导入环形空间的下面的区域内。为此，可以沿着柱管、尤其沿着柱管的内侧设置一个或多个输送管道。所述输送管道通入环形空间的下面的区域内，从而能够从下面用可硬化的介质、尤其水泥块填充所形成的环形空间。
[0016]也可以围绕柱管的圆周并且沿着柱管的轴向高度设置其它通口。该柱管总体上带有下面的环形的突出部地如下构造，使得所述环形空间与所述柱管的内部空间(在该内部空间中容纳去除的地基材料)密封地隔绝。以这种方式避免了内部的去除的地基材料被可硬化的介质污染。同时，可硬化的介质经济地并且有效地用于填充环形空间。要指出的是，地基材料可以从孔壁或者在特定的周边中还从钻孔的下侧进入环形空间中，或者至少从不会完全排除这种进入。然而，可硬化的介质在数量方面在这样的周边中输送，使得即使在地基材料进入时也实现了锚固罩围绕柱管的足够的硬化。决定性的是，可硬化的介质不会进入柱管的内部并且因此不引起在柱管内部空间中的去除的地基材料的不希望的污染。
[0017]按本发明通过以下方法实现特别有效的方法，即同时进行置入柱管、去除地基材料、导入流体和/或导入可硬化的介质。总之能够如此实现钻孔的快速的掘进以及顺畅地设立基础元件。
[0018]此外，根据本发明的实施方式优选的是，为了去除地基材料在柱管内部将钻孔装置固定在柱管处，该柱管具有用于旋转地驱动钻孔工具的驱动装置。可固定在柱管处的钻孔装置例如可以具有支承架，该支承架借助于张紧或者夹紧装置可以固定在柱管处，并且在其中容纳了用于驱动钻杆的驱动装置或旋转马达。所述钻孔装置例如可以固定在柱管的内部的横截面内部，使得钻孔装置和柱管可以共同掘进。也可以设置可伸缩的钻杆或者相对于支承架可轴向调节地支承所述钻杆从而能够实现钻孔工具和柱管的相互独立的轴向前进。
[0019]特别经济的方法变型方案根据本发明如下来实现，即在锚固柱管之后，在地基中去除的地基材料留在柱管内部。在此，也就是所述去除的地基材料不会或者不会完全从柱管中导出。更确切地说，能够切碎的并且必要时能够与流体混合的去除的地基材料留在柱管内部。不需要使这种材料填充物固化，因为所述基础元件的承载能力在很大程度上取决于表面摩擦。如此能够避免用于输出地基材料的成本以及可能与之联系的环境损害。因为所述地基材料没有被可硬化的介质污染，所以其例如在水下-基础元件中也长期地不影响环境。
[0020]原则上为了形成直径更大的钻孔可以使用带有可径向布置的去除齿的特别的钻孔工具。这种钻孔工具能够在掘进钻孔之后沿径向翻折并且通过直径更小的柱管向上拉回。在使用成本昂贵的特殊船只用于水下钻孔方面，经济的替代方案在于，在掘进钻孔之后所述钻杆与钻孔工具在柱管的下面的端部处分开，其中，该钻孔工具作为丢弃的钻孔工具留在地基中。由此可使用简单的刚性的钻孔工具，其作为丢弃的钻头尖端在地基中留在基础元件的下侧处。
[0021]开头所述的任务进一步通过一种设备得到解决，该设备的特征在于，所述钻孔工具构造用于以比柱管的外直径大规定数值的钻孔直径形成钻孔，其中，在所述钻孔壁和柱管的外侧之间形成环形空间，环形空间相对于柱管的内部分开，并且设置用于可硬化的介质的输送装置，其中，所述输送装置通入环形空间中。用该设备能够实施前面所描述的方法并且实现所述优点。
[0022]通过柱管的连续的管体并且尤其通过在柱管下面的端部处的直径变宽(例如通过突出部)将在柱管外侧处的环形空间根据方法地与柱管的内部分开。由此实现了可硬化的介质不会从外面的环形空间进入柱管的内部中。同样可以避免地基材料进入环形空间中。但只要不显著损害在环形空间中所形成的连接水泥(VerbindungsmSrtel)的强度，这不会产生干扰。通过较好的分开确保了可硬化的介质在内部空间中有效的使用并且避免了在柱管内部的去除的地基材料的污染。所述输送装置仅仅通入环形空间中，然而没有通入柱管的内部中。
[0023]原则上所述钻孔工具能够以常规的方式通过在钻孔外部的例如在钻孔船只上的钻孔装置来运行。优选地根据本发明，所述钻孔装置具有用于旋转地驱动钻孔工具的旋转驱动装置并且钻孔驱动构造用于置入柱管中并且用于固定在柱管中。通过相应的张紧装置能够将钻孔驱动固定在柱管内部。该钻孔装置也可以是可沉入水体中的水下钻孔设备的部分。
[0024]根据本发明的另一实施方式提出，所述钻孔工具通过钻杆由钻孔驱动旋转地进行驱动，并且在钻孔工具与钻杆之间设置混合装置用于将由钻孔工具去除的地基材料切碎并且/或者与输送的流体、尤其水混合。所述钻孔工具和混合装置能够同时运行并且尤其旋转地进行驱动。可硬化的介质的输送同时地跟随钻孔工具的运行。此外，随着地基材料的去除以及钻孔工具的相应轴向的推进，柱管也沉入地基中。所述混合装置可以具有混合板(MischblStter)或混合叶片(Mischf Iiigel)，其额外地切碎所去除的地基材料并且与输送的流体进行混合，使得去除的地基材料整体上实现能够流动的状态。
[0025]所述混合装置尤其也可以具有偏心布置的混合元件，由此能够增强混合以及切碎效果。
【附图说明】
[0026]下面根据优选的实施例进一步解释本发明，所述实施例示意性地在附图中示出。在附图中示出:
图1:按本发明的设备的示意性侧视图；
图2:图1的设备的纵剖面；
图3:按图1的剖面A-A的放大的横截面视图；以及图4:按图2的下面区域的放大的详细视图。
【具体实施方式】
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