NL2005672C2 - Werkwijze en inrichting voor het brengen van een funderingselement in een ondergrond. - Google Patents

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET BRENGEN VAN EEN FUNDERINGSELEMENT IN EEN ONDERGROND

De uitvinding betreft een werkwijze voor het 5 inbrengen van een funderingselement, zoals een funderingspaal, in een ondergrond.

Uit de praktijk zijn een aantal werkwijzen bekend voor het plaatsen van een funderingspaal. Een grondverdringende werkwijze maakt gebruik van het heien van 10 een massieve paal, waarbij deze paal in de grond wordt geslagen met een heiblok. De grond rondom de paal wordt hierbij verdrongen zodat deze grond wordt verdicht. Een probleem bij deze werkwijze is de optredende geluidshinder en ook optredende trillingshinder voor de omgeving, waarbij 15 zelfs schade kan ontstaan aan nabij gelegen gebouwen. Om enigszins tegemoet te komen aan deze problemen zijn diverse typen funderingspalen ontwikkeld met verschillende paalpunten en overige afmetingen. Een alternatieve werkwijze betreft een grondverwijderende/grondverdringende plaatsing 20 van funderingspalen met behulp van boren. Hierbij worden veelal zogeheten schroefpalen gebruikt. Een bij deze werkwijze optredend probleem wordt gevormd door de warmte die ten gevolge van de wrijving wordt geproduceerd in met name de paalpunt. Hierdoor komt het veelvuldig voor dat 25 enige tijd gewacht dient te worden voordat verder gegaan kan worden met het plaatsen van de funderingspaal om de funderingspaal af te laten koelen. Om deze wachttijd terug te dringen wordt ook wel gebruik gemaakt van een geforceerd koelsysteem. Door het warmer worden van bijvoorbeeld een 30 hoorbuis kan het voorkomen dat beton aankoekt. Een verder probleem wordt gevormd door het relatief hoge vereiste vermogen dat bij deze werkwijze wordt gebruikt. In geval van grondverwijdering dient de grond afgevoerd te worden. Dit 2 gaat gepaard met additionele kosten en vraagt bijkomende werkzaamheden op de locatie.

Een doel van de onderhavige uitvinding is om bovenstaande problemen op te heffen dan wel te verminderen.

5 Dit doel wordt bereikt met behulp van de werkwijze voor het brengen van een funderingselement in een ondergrond volgens de onderhavige uitvinding, de werkwijze omvattende de stappen: - het plaatsen van een funderingselement op een gewenste 10 positie; - het continu of periodiek roterend inbrengen van het funderingselement; en - het gelijktijdig en/of afwisselend continu of periodiek trillend inbrengen van het 15 funderingselement.

Volgens de werkwijze wordt een funderingselement gepositioneerd op de positie waar deze in de grond ingebracht dient te worden. Een dergelijk funderingselement omvat bijvoorbeeld een funderingspaal met een dragende of 20 trekkende functie, of een keerwand met een grond- of waterkerende functie, of een buis die na op diepte te zijn gebracht met beton en eventueel wapening wordt gevuld en vervolgens wordt teruggetrokken. Vervolgens wordt het element met een eerste in de ondergrond aanbrengende kracht 25 op roterende wijze, waaronder in het kader van de vinding ook schroevende, oscillerende (rechtsom en linksom afgewisseld) en borende wijze wordt verstaan, in de ondergrond gebracht. Hierbij wordt de grond verdrongen. Bij het inbrengen wordt tevens gebruik gemaakt van een tweede in 30 de ondergrond aanbrengende kracht door gebruik te maken van het trillend inbrengen van de paal of ander element. Beide krachten en bewegingen kunnen continu en/of periodiek worden 3 toegepast. Tevens kunnen deze beide krachten en bewegingen in combinatie en/of afwisselend worden toegepast.

In geval een funderingselement, zoals genoemde buis, na het aanbrengen van de fundering uit de grond 5 gehaald dient te worden wordt bij voorkeur ook gebruik gemaakt van de combinatie van roteren en trillen. Het is hierbij gebleken dat de schachtwrijving significant wordt verlaagd zodat het uit de grond halen wordt vereenvoudigd. Hiermee wordt onder meer de benodigde tijd voor de 10 werkzaamheden teruggebracht.

Het is gebleken dat door het volgens bovenstaande wijze combineren van een roterende en een trillende beweging het totaal benodigde vermogen kleiner blijft en er minder warmte geproduceerd wordt bij met name de punt van het 15 funderingselement dan in vergelijking met conventionele werkwijzen. Op deze wijze wordt het benodigde vermogen voor het inbrengen van een paal of ander element in een ondergrond gereduceerd ten opzichte van bijvoorbeeld een uitsluitend roterende werkwijze. Voorts wordt door de 20 gereduceerde warmteontwikkeling ten opzichte van een uitsluitend roterende werkwijze de benodigde wachttijd voor het koelen teruggebracht of kan deze zelfs geheel achterwege blijven, waardoor de capaciteit die met een inrichting die de werkwijze uitvoert haalbaar is sterk wordt vergroot.

25 Hiermee wordt de efficiëntie van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding sterk vergroot. Bijkomend is gebleken dat het probleem van het aankoeken van beton en het vroegtijdig bezwijken van een hoorbuis wordt tegengegaan met de werkwijze volgens de uitvinding.

30 Door de combinatie van trillen en roteren wordt de totale hoeveelheid trillingen die in de grond wordt gebracht ten opzichte van het conventionele heien sterk beperkt en/of doseerbaar. Alternatief of aanvullend wordt ook het soort 4 trillingen aangepast. Dit betreft bijvoorbeeld de frequentie en/of amplitude van de trillingen. Dit heeft onder meer tot gevolg dat optredende schade aan nabij gelegen gebouwen kan worden vermeden of in ieder geval wordt verminderd.

5 Volgens de uitvinding is het mogelijk om een gecombineerde rotatie-trilbeweging in hoofdzaak gelijktijdig uit te voeren. Het behoort echter ook tot de mogelijkheden volgens de vinding om deze beide krachten periodiek afwisselend te benutten, bijvoorbeeld afhankelijk van de 10 specifieke situatie ter plaatse. Deze specifieke situatie heeft bijvoorbeeld betrekking op de aanwezigheid van bebouwing in de directe nabijheid van de te plaatsen funderingspaal of ander funderingselement. Voorts is dit onder meer afhankelijk van de grondsoort. Zo kan 15 bijvoorbeeld in een kleilaag de nadruk meer gelegd worden op het roteren, en in een zandlaag de nadruk meer gelegd worden op het trillen of vibreren. Eventueel kan een additionele axiale kracht op het funderingselement worden toegepast bij het inbrengen.

20 Een verder bijkomend voordeel van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is de vergrote flexibiliteit die wordt verkregen. Met conventionele werkwijzen dient onder meer als functie van de ondergrond, bijvoorbeeld klei of zand, gekozen te worden voor een 25 specifieke werkwijze. De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding kan breed ingezet worden bij verschillende typen ondergrond door bijvoorbeeld de verhouding tussen het trillen/vibreren en roteren hierop af te stemmen. Dit maakt een efficiënte inzet van de beschikbare middelen mogelijk 30 waardoor de effectiviteit in de praktijk aanzienlijk wordt vergroot.

Voorts wordt opgemerkt dat in de onderhavige aanvrage onder een funderingselement onder meer een paal en 5 in het bijzonder een funderingspaal wordt verstaan waarop bijvoorbeeld gebouwen plaatsbaar zijn. Ook behoort het tot de mogelijkheden om volgens de uitvinding bijvoorbeeld schoorpalen, ankers, of grond- en waterkerende wanden te 5 plaatsen. Tevens behoort het tot de mogelijkheden om in plaats van een funderingspaal met de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding een boorbuis aan te brengen. Tevens wordt bij voorkeur een centrale doorvoer voorzien van de betonpomp. Een dergelijke doorvoer is ook bruikbaar voor 10 grout en dergelijke. Hiermee behoort het smeren met grout tot de mogelijkheden. Ook is het mogelijk om het element te voorzien van wapening.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding wordt het inbrengen van het 15 element over de eerste 2-20 meter, bij voorkeur 5-15 meter en met de meeste voorkeur zo'n 10 meter gezien vanaf het grondoppervlak uitsluitend roterend uitgevoerd.

Door over de eerste meters vanaf het grondoppervlak de nadruk te leggen op het roterend inbrengen 20 van het funderingselement worden de hoeveelheid in de grond gebrachte trillingen over deze afstand gereduceerd en/of gedoseerd. Het is gebleken dat gebouwen in de directe omgeving van het aan te brengen funderingselement met name hinder en schade ondervinden van trillingen die over deze 25 eerste afstand in de grond worden gebracht. Door de werkwijze volgens de vinding die een combinatie mogelijk maakt van roteren en trillen te gebruiken en hierbij de nadruk over de eerste meters, bij voorkeur de eerste 10 meter, te leggen op het roteren worden de genoemde nadelen 30 sterk verminderd.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding wordt het inbrengen van het funderingselement over de laatste 0,5-10 meter, bij voorkeur 6 1-5 meter, en met de meeste voorkeur zo'n 2 meter uitsluitend roterend uitgevoerd.

Door over de genoemde laatste afstand, bij voorkeur zo'n 2 meter, de werkwijze uitsluitend te gebruiken 5 met rotatie en over deze afstand nagenoeg geheel af te zien van trillingen, wordt bewerkstelligd dat de grond onder de punt van het funderingselement na plaatsing niet wordt verstoord. Hierdoor blijft de samenhang en stabiliteit van deze grond, waar het funderingselement direct op rust en 10 waar de draagkracht voor een groot deel mee wordt verkregen, behouden. Hierbij is gebleken dat in de meeste toepassingen een afstand van zo'n 2 meter volstaat.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze het met een 15 regelaar aansturen van het inbrengen van het funderingselement op basis van slaglengte en/of rotatiesnelheid en/of trilfrequentie.

Door het voorzien van een regelaar wordt bewerkstelligd dat het proces van het inbrengen van een 20 element afgestemd kan worden op de specifieke omstandigheden zoals bovenstaand reeds vermeld. Hierbij kan een regelaar worden gebruikt die geschikt is voor het aansturen van een aantal specifieke instellingen en/of parameters bij het boorproces en/of trilproces. Hierbij is gebleken dat het bij 25 het roteren voordelig is om de rotatiesnelheid of omwentelingssnelheid te variëren. Bij het trilproces is het voordelig gebleken om de slaglengte van de trilling en/of de trilfrequentie te variëren. In de praktijk is hierbij naar voren gekomen dat een slaglengte van zo'n 20 mm en een 30 toerental van zo'n 2300 voordelig werkt, waarbij de regelaar deze waarden varieert afhankelijk van de reeds genoemde specifieke omstandigheden. Bij voorkeur wordt ook bij het opstarten de frequentie en slaglengte gevarieerd, 7 bijvoorbeeld met gebruik van een excentrische verstelling. Door genoemde variaties is de gerealiseerde slagkracht instelbaar en bij voorkeur regelbaar.

In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm 5 volgens de onderhavige uitvinding wordt het trillend inbrengen uitgevoerd bij een belasting boven 5 ton meter, bij voorkeur boven 15 ton/m en met de meeste voorkeur boven 20 ton/m.

Door het trillend inbrengen met name toe te passen 10 bij grotere optredende belastingen bij het inbrengen van de funderingspaal is gebleken dat de capaciteit van de installatie die wordt gebruikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding sterk wordt vergroot. Dit kan deels worden verklaard doordat bij de hogere belastingen 15 meer wrijving optreedt bij het roterend inbrengen, waardoor meer warmte wordt geproduceerd, met wachttijden als gevolg en dat een hoger vermogen nodig is. Hiermee wordt een effectieve werkwijze voor het inbrengen van een element in een ondergrond gerealiseerd.

20 In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is de punt van het funderingselement voorzien van een spoed.

Door een spoed te voorzien, wat betekent dat een spoed wordt voorzien over ten minste een deel van de paal en 25 in het bijzonder de punt, wordt bewerkstelligd dat het boorproces efficiënter kan worden uitgevoerd. Hierbij is gebleken dat de combinatie van het voorzien van een soort schroefdraad met een zekere spoed en het toepassen van trillen bijzonder voordelig werkt. Hiermee wordt de 30 flexibiliteit aanzienlijk vergroot.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het brengen van een funderingselement in een ondergrond, de inrichting omvattende: 8 - een hijsgestel voor het vasthouden van het element en/of buis, waarbij het gestel is voorzien van een rotatiedeel en een trildeel; - een eerste werkzaam met het gestel verbonden 5 aandrijving voor het aandrijven van het rotatiedeel; en - een tweede werkzaam met het gestel verbonden aandrijving voor het aandrijven van het trildeel.

De inrichting biedt gelijke voordelen en effecten 10 als beschreven voor de werkwijze. De inrichting is in het bijzonder geschikt voor het toepassen van de werkwijze. In een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm maken de aandrijvingen gebruik van een zogeheten hydraulische aggregaat die is voorzien van twee of meer motoren. Een 15 bijkomend voordeel van het op deze wijze uitvoeren van de inrichting volgens de uitvinding is dat het brandstofverbruik verrassenderwijs lager is. Het is hierbij gebleken dat toepassing van twee of meer relatief kleine motoren voor het combineren van roteren en trillen 20 resulteert in een lager brandstofverbruik dan het toepassen van één enkele motor waarmee beide processen worden aangestuurd. Bijkomend wordt hiermee de CO2 uitstoot gereduceerd. Bij voorkeur zijn de afzonderlijke aandrijvingen geïntegreerd. Zoals reeds beschreven is het 25 hierbij mogelijk om de verschillende aandrijvingen met één motor aan te sturen die periodiek of gecombineerd het trillen en het roteren aandrijft. Bij voorkeur worden echter de genoemde twee afzonderlijke motoren benut. Eveneens bij voorkeur is de aandrijving zodanig uitgevoerd dat een 30 rotatie linksom alsook rechtsom uitgevoerd kan worden, bijvoorbeeld over een hoek van zo'n 60 graden. Tevens wordt in een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm een voorspanning omhoog of omlaag mogelijk gemaakt om het in de 9 ondergrond brengen van het funderingselement te vergemakkelijken. Het is gebleken dat in een aantal situaties het funderingselement op effectievere wijze in de ondergrond te brengen is. In een mogelijke uitvoeringsvorm 5 wordt dit bewerkstelligd door staalkabels vanaf de rotatie/tril kop naar een aandrijving te voorzien waarmee kracht op een kabel te zetten zodanig dat daarmee de gewenste voorspanning realiseerbaar is. Deze voorspanning kan desgewenst omhoog of omlaag zijn gericht.

10 In een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm wordt voor de instellingen bij voorkeur gebruik gemaakt van een regelaar die is voorzien bij de inrichting volgens de uitvinding. Een dergelijke regelaar stelt bij voorkeur de eerder genoemde parameters van het proces in, te weten voor 15 het roteren de rotatiesnelheid of omwentelingssnelheid, en voor het trillen de slaglengte van de trilling en de frequentie daarvan. Bij voorkeur wordt de regelaar benut voor de sturing van het moment bij het trillen. Optioneel worden de data opgeslagen in een datalogger voor 20 analysedoeleinden en/of als bewijsmateriaal.

In een voordelige uitvoeringsvorm maakt de genoemde regelaar gebruik van een in de omgeving van het hijsgestel geplaatste detector tijdens gebruik van de inrichting volgens de uitvinding. Door gebruik te maken van 25 deze detector is het mogelijk trillingen in de directe nabijheid van het hijsgestel te detecteren en op basis van deze gemeten waarden met behulp van de regelaar de genoemde parameters in te stellen. Bij voorkeur stuurt de regelaar zowel de eerste als de tweede aandrijving aan. Het behoort 30 echter ook tot de mogelijkheden om de regelaar slechts één afzonderlijke aandrijving aan te laten sturen.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van 10 voorkeursuitvoeringsvoorbeelden daarvan, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen, waarin toont: - figuur 1 een aanzicht van een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

5 Een inrichting 2 (figuur 1) is geschikt voor het in ondergrond 6 brengen van een funderingselement, zoals funderingspaal 4. In de getoonde uitvoeringsvorm is inrichting 2 een mobiele installatie die op geschikte wijze verplaatsbaar is naar de positie waar funderingspaal 4 10 voorzien dient te worden. Funderingspaal 4 is voorzien van een schacht 8 waarbij in gebruikstoestand een paalpunt 10 aan de onderzijde is voorzien. In de getoonde uitvoeringsvorm is paalpunt 10 over de onderste lengte voorzien van een spoed 12. Funderingspaal 4 wordt in 15 inrichting 2 in een in hoofdzaak verticale positie gehouden met behulp van hijsgestel 14. Als alternatief kan paal 4 of andere funderingelementen ook in een schoorpositie worden gehouden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van steunarm 16 die de verbinding vormt tussen hijsgestel 14 en de mobiele wagen 20 van inrichting 2. Voor het inbrengen van funderingspaal 4 in ondergrond 6 is aandrijfeenheid 18 voorzien. Aandrijfeenheid 18 is voorzien van een eerste aandrijving 20 voor het realiseren van de roterende beweging van paal 4 en een tweede aandrijving 22 voor het realiseren van de trillende 25 beweging van paal 4. In de getoonde uitvoeringsvorm beschikt aandrijfeenheid 18 voorts over een regelaar 24 voor het instellen van een aantal specifieke parameters voor het trillen en/of roteren. Voorts zijn in de getoonde uitvoeringsvorm een tweetal kabels 26, 28 voorzien lopend 30 tussen eenheid 18 en de mobiele wagen van inrichting 2.

Kabels 26, 28 verzorgen desgewenst een additionele kracht die opwaarts respectievelijk neerwaarts is gericht.

11

Bij de rotatiebeweging wordt een beweging in de richting van pijl A bewerkstelligd voor paal 4. Bij het trillen wordt een beweging van paal 4 in de richting van pijl B bewerkstelligd. In de getoonde uitvoeringsvorm is het 5 met behulp van steunarm 16 mogelijk om hijsgestel 14 onder een hoek met de verticaal te plaatsen door een beweging in de richting van pijl C te realiseren. Hiermee behoort het tot de mogelijkheden om hijsgestel 14 onder een hoek te plaatsen met de verticaal ten opzichte van ondergrond 6 en 10 een funderingspaal 4 onder een hoek in deze ondergrond 6 te brengen.

Indien een funderingspaal 4 aangebracht dient te worden in een ondergrond 6 wordt in de praktijk veelal gebruik gemaakt van een sondering om de bodemgesteldheid te 15 bepalen. Mede op basis van deze bodemgesteldheid en bijvoorbeeld de aanwezigheid van nabijgelegen bebouwing kan worden vastgesteld wat de benodigde afmetingen en het aantal funderingspalen 4 is. Tevens kan worden vastgesteld wat de benodigde of meest geschikte werkwijze is voor het inbrengen 20 van funderingspalen 4 in ondergrond 6. Bij voorkeur wordt funderingspaal 4 vervolgens aangevoerd en met behulp van hijsgestel 14 in een in hoofdzaak verticale positie geplaatst op ondergrond 6. Gedurende de eerste meters dat funderingspaal 4 wordt voorzien in ondergrond 6 wordt bij 25 voorkeur met name gebruik gemaakt van het roteren met behulp van eerste aandrijving 20. Nadat funderingspaal 4 over deze eerste afstand in ondergrond 6 is voorzien wordt gebruik gemaakt van een combinatie van roteren en trillen om daarmee op efficiënte wijze funderingspaal in ondergrond 6 te 30 brengen. Indien funderingspaal 4 bijna op de gewenste, en uit de sondering gebleken, meest optimale diepte is aangekomen wordt over de laatste afstand van bijvoorbeeld zo'n 2 meter bij voorkeur opnieuw uitsluitend gebruik 12 gemaakt van het roteren. In de tussengelegen afstand wordt de combinatie van roteren en trillen gebruikt. Hierbij behoort het tot de mogelijkheden om gebruik te maken van een combinatie van beide bewegingen gelijktijdig ofwel om deze 5 beide bewegingen afwisselend uit te voeren. Hierbij behoort het tevens tot de mogelijkheden om afhankelijk van de grondlagen die worden aangetroffen in ondergrond 6 de onderlinge verhoudingen tussen het roteren en het trillen hierop af te stemmen. Een verder aspect dat bij deze keuze 10 een rol speelt is bijvoorbeeld de aanwezigheid van bebouwing in de nabije omgeving van de te plaatsen funderingspaal 4.

Na het plaatsen van funderingspaal 4 kunnen verdere funderingspalen 4 worden voorzien totdat genoeg fundatie is aangebracht voor het daarop plaatsen van bijvoorbeeld een 15 gebouw, of het anderszins leveren van voldoende draagkracht, trekkracht en/of kerende werking.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan.

De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende 20 conclusies binnen de strekking waarvan vele modificaties denkbaar zijn.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het brengen van een 5 funderingselement in een ondergrond, omvattende de stappen: - het plaatsen van een funderingselement op een gewenste positie; - het continu of periodiek roterend inbrengen van het funderingselement; en 10. het gelijktijdig en/of afwisselend continu of periodiek trillend inbrengen van het funderingselement.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het 15 inbrengen van het funderingselement over de eerste zo'n 2 tot 20 meter, bij voorkeur 5 tot 15 meter, en met de meeste voorkeur ongeveer 10 meter, vanaf het grondoppervlak het inbrengen uitsluitend roterend wordt uitgevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij het inbrengen van het funderingselement over de laatste zo'n 0,5 tot 10 meter, bij voorkeur zo'n 1 tot 5 meter, en met de meeste voorkeur zo'n 2 meter, uitsluitend roterend wordt uitgevoerd. 25

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, verder omvattende het met een regelaar aansturen van het inbrengen van het funderingselement op basis van slaglengte en/of rotatiesnelheid en/of trilfrequentie.

5. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij het trillend inbrengen wordt uitgevoerd bij een belasting boven 5 ton meter, bij voorkeur boven 15 ton/m, en met de meeste voorkeur boven 20 ton/m. 5

6. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de punt van het funderingselement van een spoed wordt voorzien.

7. Inrichting voor het brengen van een funderingselement in een ondergrond, omvattende: - een hijsgestel voor het vasthouden van het funderingselement en/of buis, waarbij het gestel is voorzien van een boordeel en een trildeel; 15. een eerste met het gestel verbonden aandrijving voor het aandrijven van het boordeel; en - een tweede met het gestel verbonden aandrijving voor het aandrijven van het trildeel.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarin de eerste en tweede aandrijving zijn geïntegreerd.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, verder omvattende een regelaar voor het aansturen van de 25 inrichting. 1 2 Inrichting volgens conclusie 9, waarin de regelaar een in gebruik in de omgeving van het hijsgestel geplaatste detector is. 30 2 Inrichting volgens conclusie 9 of 10, waarin de regelaar de eerste en/of tweede aandrijving aanstuurt op basis voor belasting.