<Desc/Clms Page number 1>
BOORINRICHTING
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een boorinrichting voor het in-situ vermengen van grond met een bindmiddel ter vorming van telkens een paal in de grond, omvattende een aandrijfbare as met een ondereinde, bij het ondereinde van de as gemonteerde middelen voor het losmaken van de grond en injectiemiddelen voor het injecteren van het bindmiddel in de losgemaakte grond.
Dergelijke boorinrichtingen zijn algemeen bekend en worden typisch gehanteerd bij bodemverbetering en de constructie van grondkerende wanden, zoals een beschoeiing voor een bouwput. Een voorbeeld van een dergelijke boorinrichting wordt onder meer beschreven in US 5,368,415. De bekende inrichtingen hebben doorgaans het nadeel dat ze problemen vertonen wanneer aangrenzende, mogelijk reeds gedeeltelijk uitgeharde palen gedeeltelijk moeten worden oversneden ter vorming van een dichte wand. Verder zijn doorgaans vele schroefvormige mengbladen nodig om een goede vermenging te verkrijgen van de grond met het bindmiddel, in het bijzonder wanneer gewerkt wordt in kleigronden.
De uitvinding heeft als doel een boorinrichting te verschaffen van het in de aanhef genoemde soort, met een eenvoudige structuur, waarmee palen kunnen gevormd worden door insitu menging en aangrenzende palen probleemloos kunnen worden oversneden.
Daartoe onderscheidt de boorinrichting volgens de uitvinding zich daarin dat op de as een boorkroon is gemonteerd welke tenminste aan een deel van zijn omtrek voorzien is van snijmiddelen voor het oversnijden van een aan de te vormen paal grenzende paal. Door een boorkroon te voorzien kunnen aangrenzende palen worden oversneden, terwijl tegelijkertijd een paal wordt gevormd door in-situ menging.
<Desc/Clms Page number 2>
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvatten de snijmiddelen een aantal regelmatig langs de omtrek van de boorkroon verspreide snijtanden, zodanig dat voldoende nette buitencontouren verkregen worden voor de paal.
De boorkroon is bij voorkeur door middel van een beugel gemonteerd op de as. Deze beugel zorgt voor een versteviging van de boorinrichting en zorgt voor een verdere menging van het materiaal dat zich gezien in axiale richting boven de boorkroon bevindt.
De middelen voor het losmaken van de grond omvatten bij voorkeur een reeks op een afstand van de as aangebrachte eerste tanden, welke in hoofdzaak onder de boorkroon gelegen zijn. Deze tanden hebben in hoofdzaak de functie van een hark, waarmee de grond wordt losgemaakt. Deze tanden moeten zodanig gericht zijn dat een optimaal losmaken van de grond wordt verkregen, en zullen bijvoorbeeld in hoofdzaak loodrecht op de tenminste één arm zijn gericht.
Volgens een mogelijke uitvoering zijn de eerste tanden aangebracht op tenminste één arm die zich in hoofdzaak tussen de as en de boorkroon uitstrekt. Op die manier kunnen de tanden eenvoudig op verschillende afstanden van de as geplaatst worden.
De middelen voor het losmaken van de grond kunnen tevens een aantal tweede tanden omvatten, welke rond de as, nabij het ondereinde daarvan zijn aangebracht. Deze tweede tanden dienen voor een eerste centrale aansnijding van de los te maken grond.
Volgens een verder ontwikkelde uitvoeringsvorm worden spuitmonden voorzien voor het bevorderen van het losmaken en vermengen van de grond. Om boven de boorkroon tevens een goede menging van het materiaal te verkrijgen, en om te vermijden dat de boorinrichting vast komt te zitten bij gebruik in kleigronden, geniet het de voorkeur om eerste spuitmonden
<Desc/Clms Page number 3>
te voorzien welke vanaf het vlak van de boorkroon in hoofdzaak naar boven zijn gericht. Deze spuitmonden kunnen bijvoorbeeld langs de omtrek van de boorkroon zijn aangebracht.
Verder kunnen tweede spuitmonden voorzien zijn in de nabijheid van de middelen voor het losmaken van de grond. Zo kunnen bijvoorbeeld een eerste aantal daarvan nabij de eerste tanden en een tweede aantal daarvan nabij de tanden zijn aangebracht. Deze tweede spuitmonden dragen eveneens bij aan een goede menging van de grond met het bindmiddel.
Volgens nog een andere variant kunnen, gezien in axiale richting boven de boorkroon, mengmiddelen zijn voorzien voor het mengen van de losgemaakte grond. Deze mengmiddelen kunnen bijvoorbeeld mengarmen of schroefvormige mengbladen omvatten.
Bij voorkeur zijn aandrijfmiddelen voorzien voor het aandrijven van de as bij een snelheid van 50 tot 180 toeren per minuut. Dit is een snelheid die hoger is dan de gebruikelijke snelheid voor gewone boorinstallaties en zorgt ervoor dat een goede menging wordt verkregen.
De uitvinding heeft verder betrekking op een meerassige boorinstallatie omvattende tenminste twee boorinrichtingen volgens de uitvinding, waarbij de twee boorinrichtingen zodanig gemonteerd zijn dat elkaar gedeeltelijk overlappende palen kunnen worden gevormd.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de assen van de tenminste twee boorinrichtingen opgenomen zijn in een vaste steunstructuur. Deze steunstructuur zorgt voor extra stabilisatie van de boorinrichtingen in het bijzonder wanneer in moeilijke gronden wordt geboord.
Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm is de boorkroon van een eerste boorinrichting, gezien in het vlak van de assen, hoger gemonteerd dan de boorkroon van een tweede aangrenzende boorinrichting, waarbij, gezien in een loodrechte projectie
<Desc/Clms Page number 4>
op een loodrecht op de assen gelegen vlak, de boorkronen elkaar gedeeltelijk overlappen.
Bij een eerste boorinrichting met een beugel, heeft deze beugel bij voorkeur axiale afmetingen die aanzienlijk groter zijn dan deze van de beugel van een aangrenzende tweede boorinrichting. Op die manier kunnen overlappende palen worden gevormd zonder dat de beugels van twee aangrenzende boorinrichtingen elkaar hinderen.
Volgens een verder ontwikkelde uitvoeringsvorm van deze variant zijn boven de beugel van de tweede boorinrichting met de beugel met kleinere axiale afmetingen, op zijn as gemonteerde mengarmen voorzien. Deze mengarmen compenseren het verlies aan mengvermogen dat het gevolg is van de kleinere beugel.
Verder is de eerste boorinrichting bij voorkeur axiaal verplaatsbaar ten opzichte van de tweede boorinrichting waarbij deze axiale verplaatsing geregeld kan worden in functie van de diameter van de te vormen palen.
Tenslotte is het in bepaalde gevallen voordelig als het ondereinde van de as van de eerste boorinrichting met grotere beugel lager is gelegen dan het ondereinde van de aangrenzende tweede boorinrichting, maar uiteraard zal een en ander afhankelijk zijn van de afmetingen van de twee boorinrichtingen. Door deze maatregel wordt immers een betere geleiding verkregen van de boorinstallatie omdat de eerste boorinrichting aangrijpt in de nog niet losgemaakte grond.
De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de onderstaande figuurbeschrijving van een aantal uitvoeringsvoorbeelden welke geenszins een beperkend karakter hebben, en welke geïllustreerd worden in de figuren in bijlage, waarin: figuur 1 is een perspectivisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een boorinrichting volgens de uitvinding;
<Desc/Clms Page number 5>
figuur 2 is een perspectivisch aanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van een boorinrichting volgens de uitvinding; figuur 3 is een schematisch vooraanzicht van een derde uitvoeringsvorm van een boorinrichting volgens de uitvinding; figuur 4 is een schematisch onderaanzicht van de derde uitvoeringsvorm van figuur 3; figuur 5 is een perspectivisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een twee-assige boorinstallatie volgens de uitvinding ;
figuur 6 is een schematisch vooraanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van een twee-assige boorinstallatie volgens de uitvinding ; figuur 7 is een schematisch vooraanzicht van een uitvoeringsvorm van een drie-assige boorinstallatie volgens de uitvinding.
Figuur 1 toont een boorinrichting voor het in-situ vermengen van grond met een bindmiddel ter vorming van een paal in de grond. In de figuur onderscheidt men een roterend aandrijfbare as 1 met een ondereinde 2. Aan de kant van het ondereinde 2 van de as 1 zijn middelen voor het losmaken van de grond gemonteerd, welke hier bestaan uit: - een reeks op een afstand van de as aangebrachte eerste tanden 3 die aangebracht zijn op twee armen 5; - een aantal mengbladen 9, welke rond de as 1, nabij het ondereinde daarvan zijn aangebracht.
Verder is op de as een boorkroon 4 gemonteerd welke aan zijn omtrek voorzien is van snijtanden 6 voor het oversnijden van een aan de te vormen paal grenzende paal. De snijtanden kunnen bijvoorbeeld de vorm aannemen van een aantal in hoofdzaak axiaal naar onder gerichte snijblokken. Dit oversnijden zal beter begrepen worden aan de hand van figuren 8a en 8b, waarin getoond wordt hoe een reeks aan elkaar grenzende palen kan worden verkregen met een boorinrichting volgens de uit-
<Desc/Clms Page number 6>
vinding. De boorkroon is door middel van een beugel 7 op de as 1 gemonteerd. Deze beugel zorgt voor een versteviging van het geheel en draagt tijdens het boren tevens bij aan een verdere menging van het bindmiddel met de grond boven de boorkroon 4.
In de in figuur 1, 2, en 3 getoonde uitvoeringsvormen heeft de beugel in axiale richting langer uitgevoerd dan gebruikelijk is om deze menging te bevorderen. Deze beugel kan echter ook korter uitgevoerd worden, in welk geval het de voorkeur geniet om bijkomende mengmiddelen te voorzien.
Zoals getoond in het schematisch aanzicht van een twee-assige boorinstallatie van figuur 6 zijn bij de tweede boorinrichting B, gezien in axiale richting boven de beugel 7' mengarmen lOa-c voorzien welke gedeeltelijk de functie vervullen van de grotere beugel 7 van de eerste boorinrichting A.
Het bindmiddel wordt door de holle as 1, onderaan deze holle as in de losgemaakte grond geïnjecteerd (bij 16 in figuur 3). Dit is een bekend principe voor boorinrichtingen voor in-situ mengen en zal hier bijgevolg niet in detail worden beschreven.
Om het losmaken van de grond en/of het mengen van de grond met het bindmiddel verder te bevorderen kan op verschillende plaatsen in de omgeving van de boorinrichting bindmiddel worden geïnjecteerd. In de in figuren 1-4 getoonde varianten gebeurt dit met behulp van van een aantal spuitmonden: - eerste spuitmonden 12 (in stippellijn getoond in figuur 3) elk met een uitlaat welke ten opzichte van de boorkroon in hoofdzaak naar boven zijn gericht.
In de getoonde uitvoeringsvormen zijn deze aan de binnenzijde van de boorkroon 4 aangebracht, maar kunnen deze spuitmonden ook op een andere manier worden aangebracht, waarbij het enkel van belang is
<Desc/Clms Page number 7>
dat ze spuiten in de richting van de materie die boven de boorkroon 4 is gelegen; - tweede spuitmonden 13,14 in de nabijheid van de middelen 5,8, 9 voor het losmaken van de grond, waarvan een aantal tweede spuitmonden 13 tussen en/of achter de eerste tanden zijn aangebracht, en een ander aantal tweede spuitmonden 14 zijn voorzien nabij de mengbladen 9 (figuur 1) of nabij de tweede tanden 8 (figuren 2-4).
Figuren 5 en 6 illustreren uitvoeringsvormen van een twee-assige boorinstallatie volgens de uitvinding. Deze omvat een eerste boorinrichting A, welke reeds werd uiteengezet met verwijzing naar figuren 2-4, en een tweede boorinrichting B.
De tweede boorinrichting B verschilt daarin van de eerste boorinrichting A dat zijn beugel 7', gezien in axiale richting korter is dan de beugel 7 van de eerste boorinrichting.
Op die manier raken de beugels 7 en 7' elkaar niet tijdens de rotatie van de assen 1, 1'. Deze twee boorinrichtingen zijn zodanig gemonteerd dat twee elkaar gedeeltelijk overlappende palen kunnen worden gevormd.
De werkwijze voor het vormen van twee dergelijke palen wordt geïllustreerd in figuren 8a en 8b, waarin getoond wordt hoe een reeks aangrenzende palen kunnen worden aangebracht ter vorming van bijvoorbeeld een beschoeiing voor een bouwput. De figuur toont de stap waarin twee palen 20a en 20b gelijktijdig worden gevormd door de twee-assige boorinstallatie. Hierbij wordt een paal 20c die samen met de paal 20d gevormd werd tijdens een vorige stap, gedeeltelijk oversneden in het grijsgekleurde gebied 21 van de paal 20c. Deze oversnijding gebeurt probleemloos dankzij de aanwezigheid van de boorkroon 4' van de tweede boorinrichting B.
De aandrijfbare assen 1, 1' van de boorinrichtingen A, B van figuren 5 en 6 zijn opgenomen in een vaste steunstructuur 15, welke extra stabiliteit verleend aan het geheel. De boor-
<Desc/Clms Page number 8>
kroon 4 van de eerste boorinrichting A ligt, gezien in axiale richting hoger dan de boorkroon 4' van de tweede aangrenzende boorinrichting B, en, gezien in een loodrechte projectie op een loodrecht op de assen gelegen vlak, overlappen de boorkronen 4,4' elkaar gedeeltelijk ter vorming van twee elkaar gedeeltelijk overlappende palen 20a, 20b. Verder zijn in de tweede boorinrichting B, boven de beugel 7', bijkomende mengbladen lOa-c voorzien om de menging verder te bevorderen.
Tenslotte toont figuur 7 een drie-assige boorinstallatie welke drie boorinrichtingen A, B, C omvat. De vakman zal begrijpen dat men afhankelijk van de gewenste toepassingen en de beschikbare aandrijfmiddelen één-, twee-, drie- of meerassige installaties kan voorzien, en dat de uitvinding niet beperkt is tot de hierboven gegeven uitvoeringsvoorbeelden.
<Desc / Clms Page number 1>
DRILLING DEVICE
The present invention relates to a drilling device for in-situ mixing of soil with a binder to form a pile in the soil in each case, comprising a drivable shaft with a lower end, means mounted at the lower end of the shaft for loosening the soil and injection means for injecting the binder into the loosened soil.
Such drilling devices are generally known and are typically used in soil improvement and the construction of soil retaining walls, such as a pit for a building pit. An example of such a drilling device is described inter alia in US 5,368,415. The known devices generally have the disadvantage that they have problems when adjacent, possibly already partially cured piles have to be partially cut over to form a closed wall. Furthermore, many helical mixing blades are generally required to obtain a good mixing of the soil with the binder, in particular when working in clay soils.
The invention has for its object to provide a drilling device of the type mentioned in the preamble, with a simple structure, with which piles can be formed by in situ mixing and adjacent piles can be cut without problems.
To that end, the drilling device according to the invention is distinguished in that a drill bit is mounted on the shaft which is provided at least on a part of its circumference with cutting means for cutting over a pile adjacent to the pile to be formed. By providing a drill bit, adjacent piles can be cut, while at the same time a pile is formed by in-situ mixing.
<Desc / Clms Page number 2>
According to a preferred embodiment, the cutting means comprise a number of cutting teeth regularly distributed around the circumference of the drill bit, such that sufficiently neat outer contours are obtained for the pile.
The drill bit is preferably mounted on the shaft by means of a bracket. This bracket provides a reinforcement of the drilling device and ensures a further mixing of the material which, viewed in axial direction, is above the drill bit.
The means for loosening the ground preferably comprise a series of first teeth arranged at a distance from the shaft and which are situated substantially below the drill bit. These teeth essentially have the function of a rake with which the soil is loosened. These teeth must be oriented in such a way that optimum detachment from the ground is obtained, and will for instance be directed substantially perpendicular to the at least one arm.
According to a possible embodiment, the first teeth are arranged on at least one arm which extends substantially between the shaft and the drill bit. In this way the teeth can easily be placed at different distances from the shaft.
The means for loosening the ground can also comprise a number of second teeth, which are arranged around the axis, near the lower end thereof. These second teeth serve for a first central cut of the soil to be loosened.
According to a further developed embodiment, nozzles are provided for promoting loosening and mixing of the soil. In order to also obtain a good mixing of the material above the drill bit, and to prevent the drilling device from getting stuck when used in clay soils, it is preferable to use first nozzles
<Desc / Clms Page number 3>
to be provided which are directed substantially upwards from the surface of the drill bit. These nozzles can for instance be arranged along the circumference of the drill bit.
Furthermore, second nozzles can be provided in the vicinity of the means for loosening the ground. For example, a first number thereof can be arranged near the first teeth and a second number thereof near the teeth. These second nozzles also contribute to a good mixing of the soil with the binder.
According to yet another variant, seen in the axial direction above the drill bit, mixing means can be provided for mixing the loosened soil. These mixing means can for instance comprise mixing arms or screw-shaped mixing blades.
Driving means are preferably provided for driving the shaft at a speed of 50 to 180 revolutions per minute. This is a speed that is higher than the usual speed for normal drilling installations and ensures that a good mixing is obtained.
The invention further relates to a multi-axis drilling rig comprising at least two drilling devices according to the invention, wherein the two drilling devices are mounted such that partially overlapping piles can be formed.
According to a preferred embodiment, the shafts of the at least two drilling devices are accommodated in a fixed support structure. This support structure provides additional stabilization of the drilling devices in particular when drilling in difficult soils.
According to a possible embodiment, the drill bit of a first drilling device, viewed in the plane of the axes, is mounted higher than the drill bit of a second adjacent drilling device, wherein, seen in a perpendicular projection
<Desc / Clms Page number 4>
on a plane perpendicular to the axes, the drill bits partially overlap.
In a first drilling device with a bracket, this bracket preferably has axial dimensions that are considerably larger than those of the bracket of an adjacent second drilling device. In this way, overlapping piles can be formed without the brackets of two adjacent drilling devices interfering with each other.
According to a further developed embodiment of this variant, above the bracket of the second drilling device with the bracket with smaller axial dimensions, mixing arms mounted on its axis are provided. These mixing arms compensate for the loss of mixing capacity that results from the smaller bracket.
Furthermore, the first drilling device is preferably axially displaceable relative to the second drilling device, wherein this axial displacement can be controlled as a function of the diameter of the piles to be formed.
Finally, in certain cases it is advantageous if the lower end of the axis of the first drilling device with a larger bracket is situated lower than the lower end of the adjacent second drilling device, but of course this will depend on the dimensions of the two drilling devices. After all, this measure results in a better guidance of the drilling installation because the first drilling device engages in the soil that has not yet been released.
The invention will now be further elucidated on the basis of the figure description below of a number of exemplary embodiments which are by no means restrictive in nature, and which are illustrated in the attached figures, in which: figure 1 is a perspective view of a first embodiment of a drilling device according to the invention;
<Desc / Clms Page number 5>
Figure 2 is a perspective view of a second embodiment of a drilling device according to the invention; Figure 3 is a schematic front view of a third embodiment of a drilling device according to the invention; Figure 4 is a schematic bottom view of the third embodiment of Figure 3; Figure 5 is a perspective view of a first embodiment of a two-axis drilling rig according to the invention;
Figure 6 is a schematic front view of a second embodiment of a two-axis drilling rig according to the invention; Figure 7 is a schematic front view of an embodiment of a three-axis drilling rig according to the invention.
Figure 1 shows a drilling device for mixing soil in situ with a binder to form a pile in the soil. The figure distinguishes a rotating drivable shaft 1 with a bottom end 2. On the side of the bottom end 2 of the shaft 1, means for loosening the ground are mounted, which here consist of: - a series at a distance from the shaft first teeth 3 applied to two arms 5; - a number of mixing blades 9 which are arranged around the axis 1, near the lower end thereof.
Furthermore, a drill bit 4 is mounted on the shaft and is provided on its circumference with cutting teeth 6 for cutting over a pile adjacent the pile to be formed. The incisors can, for example, take the form of a number of substantially axially downwardly directed cutting blocks. This oversection will be better understood with reference to Figures 8a and 8b, which show how a series of adjacent piles can be obtained with a drilling device according to the invention.
<Desc / Clms Page number 6>
invention. The drill bit is mounted on the shaft 1 by means of a bracket 7. This bracket provides a reinforcement of the whole and, during drilling, also contributes to a further mixing of the binder with the soil above the core bit 4.
In the embodiments shown in Figs. 1, 2 and 3, the bracket has been designed in axial direction longer than usual to promote this mixing. However, this bracket can also be of shorter design, in which case it is preferable to provide additional mixing means.
As shown in the schematic view of a two-axis drilling rig of Fig. 6, viewed in the axial direction above the bracket 7 ', mixing arms 10a-c are provided which partially fulfill the function of the larger bracket 7 of the first drilling device. A.
The binder is injected through the hollow shaft 1 at the bottom of this hollow shaft into the loosened soil (at 16 in Figure 3). This is a known principle for drilling devices for in-situ mixing and will therefore not be described in detail here.
In order to further promote the release of the soil and / or the mixing of the soil with the binder, binder can be injected at various places in the vicinity of the drilling device. In the variants shown in figures 1-4 this is done with the aid of a number of nozzles: - first nozzles 12 (shown in dotted line in figure 3) each with an outlet which are directed substantially upwards with respect to the drill bit.
In the embodiments shown, these are arranged on the inside of the drill bit 4, but these nozzles can also be arranged in a different way, whereby it is only important
<Desc / Clms Page number 7>
that they spray in the direction of the matter that is located above the drill bit 4; - second nozzles 13, 14 in the vicinity of the ground 5, 9 means for loosening the soil, a number of second nozzles 13 of which are arranged between and / or behind the first teeth, and another number of second nozzles 14 are provided near the mixing blades 9 (figure 1) or near the second teeth 8 (figures 2-4).
Figures 5 and 6 illustrate embodiments of a two-axis drilling rig according to the invention. This includes a first drilling device A, which has already been explained with reference to Figures 2-4, and a second drilling device B.
The second drilling device B differs from the first drilling device A in that its bracket 7 ', seen in axial direction, is shorter than the bracket 7 of the first drilling device.
In this way the brackets 7 and 7 'do not touch each other during the rotation of the shafts 1, 1'. These two drilling devices are mounted such that two partially overlapping piles can be formed.
The method for forming two such piles is illustrated in Figures 8a and 8b, which show how a series of adjacent piles can be applied to form, for example, a pit for a construction pit. The figure shows the step in which two posts 20a and 20b are formed simultaneously by the two-axis drilling rig. Here, a pole 20c that was formed together with the pole 20d during a previous step is partially cut into the gray-colored area 21 of the pole 20c. This cutting takes place without problems thanks to the presence of the drill bit 4 'of the second drilling device B.
The drivable shafts 1, 1 'of the drilling devices A, B of Figures 5 and 6 are included in a fixed support structure 15, which provides extra stability to the whole. The drill-
<Desc / Clms Page number 8>
crown 4 of the first drilling device A, viewed in axial direction, is higher than the drilling crown 4 'of the second adjacent drilling device B, and, seen in a perpendicular projection on a plane perpendicular to the axes, the drill bits 4,4' overlap each other partially to form two partially overlapping posts 20a, 20b. Furthermore, in the second drilling device B, above the bracket 7 ', additional mixing blades 10a-c are provided to further promote the mixing.
Finally, figure 7 shows a three-axis drilling rig which comprises three drilling devices A, B, C. Those skilled in the art will appreciate that one, two, three or multi-axis installations can be provided depending on the desired applications and the available drive means, and that the invention is not limited to the exemplary embodiments given above.