AT404852B - Verfahren zum herstellen von verfestigungsbereichen - Google Patents

Description

AT 404 852 B

Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von im wesentlichen in einer Ebene liegenden Verfestigungsbereichen unterhalb einer Geländeoberfläche, insbesondere von Dichtbereichen und von in ihrer Tragfähigkeit verbesserten Bodenbereichen zum Abtragen von Lasten oder zum Spannungsabbau, unter Einsatz eines Düsenstrahlverfahrens zur Herstellung von kreisscheibenförmigen oder kreissektorscheibenförmigen Erosionsbereichen, wobei ein Raster von Bohrlöchern etwa gleicher Tiefe hergestellt wird und die Erosionsbereiche mittels des Düsenstrahlverfahrens in zumindest einer gemeinsamen, senkrecht zu den Bohrlöchern verlaufenden Ebene erzeugt werden.

Mit der immer dichter werdenden Bebauung und der damit verbundenen intensiven Nutzung des Baugrundes ist es in vielen Fällen erforderlich, schwer bebaubares oder ohne Behandlung nicht bebaubares Gelände einer Bebauung besser bzw. überhaupt zugänglich zu machen. Bei einer derartigen Nutzung des Baugrundes stellt sich zudem im Hinblick auf das Wasserhaushaltsgesetz und auf die gegebenenfalls auftretenden Verunreinigungen im Untergrund das Problem einer Einschließung von Bodenbereichen. Eine Einschließung von Bodenbereichen kann sowohl vertikale als auch horizontale Abdichtungen und bzw. oder Baugrundverbesserungen umfassen.

Zur Herstellung von Baugrundabdichtungen und bzw. oder Baugrundverbesserungen stehen nach dem Stand der Technik mehrere Verfahren zur Verfügung:

Ein erstes bekanntes Verfahren besteht in der Injektion von Bindemitteln in den Baugrund zum Zweck der Penetration von dessen Porensystem. Um dieses Verfahren zur Abdichtung, zur Verfestigung oder zur Herstellung einer Schwächezone anwenden zu können, ist es erforderlich, daß der betreffende Boden eine Penetration mit dem jeweiligen Injektionsmittel zuläßt. Da dies bei Böden mit hohen Anteilen an feinkörnigem Material (Schluff und Ton) nicht gegeben ist, ist jedoch ein Injektionsverfahren nicht anwendbar. Insoweit als ein Injektionsverfahren von der Beschaffenheit des Bodens her anwendbar ist, ist es insoferne nachteilig, als in einem sehr engen Bereich Bohrlöcher zum Einbringen der Injektionssonden niedergebracht werden müssen, um hierdurch die gewünschte Abdichtung oder Baugrundverbesserung oder die gewünschten Schwächezonen erzeugen zu können.

Ein weiteres bekanntes Verfahren ist das Düsenstrahlverfahren, bei welchem der Boden säulenartig durch einen Hochdruckerosionsstrahl erodiert und mit Bindemittel durchmischt wird. Da dieses Verfahren bezüglich der Beschaffenheit des Bodens nicht eingeschränkt ist, kann es auch bei Tonböden angewendet werden. Auch bei diesem Verfahren ist es erforderlich, den Baugrund in einem dichten Raster mit Bohrlöchern für die Injektionssonden zu versehen, wobei jedoch nur geringe Säulendurchmesser herstellbar sind. Bei diesem Verfahren wird weiters ein Austritt von Überschußmaterial verursacht, welches von der Baustelle entfernt und entsorgt werden muß. Dies stellt jedoch im Hinblick auf die zunehmende Knappheit an Deponien einen entscheidenden Nachteil dar.

Ein weiteres Verfahren zum Verfestigen eines Baugrundes, welches jedoch für ebene Abdichtungen nicht geeignet ist, besteht darin, aus Bohrlöchern heraus mittels Sonden unterhalb von Packern oder zwischen zwei Packern verfestigendes Injektionsmittel unkontrolliert in den Boden zu verpressen. Die dabei im Boden entstehenden Lamellen sind jedoch nicht kontrollierbar und hängen von der Struktur des Bodens, insbesondere von vorgegebenen Spalten und Spannungsverläufen, ab.

Aus der DE 21 24 385 B2 ist es bekannt, in einem Boden eine säulenartige Verfestigungsstruktur herzustellen. Aus der AT 392 105 B ist es bekannt, Bohrlöcher abzupackern.

Der gegenständlichen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zum Zweck der Baugrundabdichtung bzw. der Baugrundverbesserung oder zur Herstellung von Schwächezonen im Untergrund nach der Herstellung eines Rasters von Bohrlöchern und der Erzeugung von Erosionsbereichen im wesentlichen in einer Ebene liegende, verfestigte Bereiche herzustellen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Bohrlöcher anschließend jeweils zumindest oberhalb der Erosionsbereiche in an sich bekannter Weise abgepackert werden und daß hierauf Bereiche, welche über die Erosionsbereiche hinausgehen, unter Druck aufgerissen und mit Bindemittelsuspension verfüllt werden, wodurch im Boden abdichtende und bzw. oder tragfähigkeitsverbessernde, wand- oder plattenförmige Strukturen hergestellt werden.

Unter Abpackern wird das Abdichten einer eingebrachten Sonde gegenüber dem Bohrloch durch in ihrem Durchmesser veränderbare Dichtmittel verstanden. Soferne nur oberhalb der Erosionsbereiche abgepackert wird, kann ein sogenannter Einfachpacker verwendet werden, der einen einzigen in seinem Durchmesser veränderbaren Abdichtbereich aufweist. Dabei befindet sich unterhalb dieses Bereiches ein Austritt für Verpressungsmaterial. Soferne demgegenüber oberhalb und unterhalb der Erosionsbereiche abgepackert werden soll, so werden Doppelpacker verwendet, welche zwei in axialem Abstand voneinander befindliche Abdichtbereiche aufweisen. Dabei liegt dann zwischen diesen Bereichen ein Austritt für Verpressungsmaterial.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können bei Einsatz nur eines Gerätes die Bohrlöcher zeitlich nacheinander behandelt werden. Zur Beschleunigung des Verfahrens und um das Aufreißen des nicht 2

AT 404 852 B erodierten Bodens in größeren Flächenbereichen zu fördern, in welche dann Verpressungsmaterial eintreten kann, werden jedoch bevorzugt mehrere benachbarte Bohrlöcher gleichzeitig behandelt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann unabhängig von der Beschaffenheit des Bodens, d.h. insbesondere auch bei bindigen Böden, eine gute Baugrundabdichtung oder Baugrundverbesserung in einer vorgegebenen Tiefe und in einer vorgegebenen Lage in flächenhafter Form hergestellt werden bzw. kann eine angenähert eben verlaufende Schwächezone hergestellt werden, welche infolge des im Verfahrens erfolgenden Erodierens vorhandene Bodenspannungen, insbesondere Vertikalspannungen, abbaut. Soferne die abdichtende Eigenschaft im Vordergrund steht, müssen die Verpressungsbereiche so groß ausgebildet werden, daß sie eine geschlossene Wand oder Platte bilden. Oie Bohrlöcher können je nach Lage der Bodenoberfläche in allen Richtungen von der Vertikalen bis zur Horizontalen hergestellt werden, wobei die im Boden hergestellte Wand oder Platte horizontal, vertikal oder schräg ausgerichtet ist.

Soferne der Abbau von Spannungen im Vordergrund steht, kann es hinreichend sein, daß die Verpressungsbereiche sich nur teilweise durchdringen oder berühren oder sich im radialem Abstand voneinander befinden. Auch hierdurch kann dadurch der Abbau von Spannungen erzielt werden, daß die Schwächezonen Verformungen zulassen. Oie Erosionsbereiche können beispielsweise durch Rotieren eines mit einer Düse versehenen Düsengestänges erzeugt werden. Weiters kann auch ein Düsengestänge mit einer Vielzahl von umfangsverteilten Düsen, z.B. mit acht radialen Düsen, verwendet werden. Hierdurch kann das Verfahren deshalb vereinfacht werden, da auf ein Rotieren des Düsengestänges verzichtet werden kann und durch die umfangsverteilten Düsen alleine ein etwa kreisförmiger Erosionsbereich hergestellt wird. Je nach dem Anwendungsfall kann es auch ausreichend sein, nur kreissektorförmige Erosionsbereiche herzustellen, welche dann die Ausgangsstellen für geschlossene, kreisförmige Verpressungsbereiche bilden.

Weiters können auch dadurch in mehreren, im Abstand voneinander und parallel zueinander liegenden Ebenen Verpressungsbereiche hergestellt werden, daß die Verfahrensschritte des Erodierens, des Abpakkerns und des Verpressens in mehreren Höhen in den Bohrlöchern ausgeführt werden. Die Reihenfolge der Behandlung des Bodens in mehreren Ebenen erfolgt dabei aufsteigend in den Bohrungen. Dabei können die gewünschten Wirkungen mit vergrößertem Material- und Zeitaufwand gesteigert werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Bohrloch bei der Durchführung eines ersten Verfahrensschrittes, in vertikalem Schnitt,

Fig. 2 ein Bohrloch bei der Durchführung eines zweiten Verfahrensschrittes, in vertikalem Schnitt,

Fig. 3 zwei benachbarte Bohrlöcher nach der Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes, in horizontalem Schnitt,

Fig. 4 das untere Ende eines Bohrloches bei der Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes, in vertikalem Schnitt, und

Fig. 5 ein Bohrgestänge, in horizontalem Schnitt.

In Fig. 1 ist eine Bodenoberfläche 1 dargestellt, auf welcher sich ein Raupenmäkler 2, an welchem ein Bohr- und Injiziergestänge 3 befestigt ist, befindet. Das Bohr- und Injiziergestänge 3 ist in seiner tiefsten Position dargestellt, nachdem ein Bohrloch 5, das zwei unterschiedliche Bodenschichten 6 und 7 durchdringt, fertiggestellt ist. Das Bohr- und Injiziergestänge 3 ist am unteren Ende mit einem Bohrkopf 8 und im Abstand darüber mit einem Packer 9 ausgebildet. Aus oberhalb des Packers 9 angeordneten Schneiddüsen tritt zumindest ein radialer Schneidstrahl 10 aus, durch welchen durch Rotation des Bohr- und Injiziergestänges 9 ein angenähert ringscheibenförmiger Erosionsbereich 11 hergestellt wird. Bei einer ausreichend großen Anzahl von umfangsverteilten Düsen kann der ringförmige Erosionsbereich 11 auch ohne Rotation der Bohr- und Injizieranordnung hergestellt werden.

In Fig. 2 ist das Bohr- und Injiziergestänge 3 des Raupenmäklers 2 gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Lage nach oben versetzt, wie dies durch einen aufwärts gerichteten Pfeil angedeutet ist. Da der zuvor unterhalb des Erosionsbereiches 11 liegende Packer 9, welcher dabei oberhalb desselben im Bohrloch 5 liegt, durch Beaufschlagung mit Druckmittel radial vergrößert ist, dichtet er das Bohrloch 5 nach oben ab. In dieser Position wird aus unterhalb des Packers 9 befindlichen Verpreßdüsen in den Boden eine Suspension eingepreßt, welche den Erosionsbereich 11 verfüllt, wodurch ein angenähert horizontaler Vepressungsbereich 12 mit Rißstrukturen erzeugt wird.

In Fig. 3 ist das Ergebnis der beiden ersten Verfahrensschritte für zwei nebeneinanderliegende Bohrlöcher 5 dargestellt. Dabei sind vereinfacht das Bohr- und Injiziergestänge 3, der Erosionsbereich 11 und die Bodenrisse des Verpressungsbereiches 12 für jedes der beiden Bohrlöcher 5 dargestellt, wobei sich die Rißstruktur zu einer Schwächezone 13 verbindet.

In Fig. 4 sind das untere Ende des Bohr- und Injiziergestänges 3 mit der Bohrkrone 8, der Packer 9, die oberhalb des Packers 9 befindlichen Schneiddüsen 14 und die unterhalb des Packers 9 befindlichen 3

Claims (7)

1. AT 404 852 B Verpreßdüsen 15 dargestellt. Dabei ist in einer zuvor eingenommenen, tiefer befindlichen Stellung des Gestänges 9 ein Erosionsbereich 11 hergestellt worden. Hierauf wurde das Bohr- und Injiziergestänge 3 angehoben, wodurch sich der Packer 9 oberhalb des Erosionsbereiches 11 befindet, wobei er gegenüber dem Bohrloch 5 durch radiales Erweitern abgedichtet ist. Durch die unterhalb des Packers 9 liegenden Verpreßdüsen 15 wird der darunter liegende Bereich des Bohrloches 5 und insbesondere der Erosionsbereich 11 mit Suspension verfüllt, welche unter Druck gesetzt wird, wodurch Rißstrukturen eines Verpreßbe-reiches 12 entstehen, sobald dieser Vorgang aus mehreren nebeneinanderliegenden Bohrlöchern wiederholt wird, welche eine horizontale Schwächezone erzeugen. Zur Materialersparnis kann unterhalb der Verpreßdüsen 15 und oberhalb der Bohrkrone 8 ein zweiter Packer vorgesehen sein. In Fig. 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiei für ein Bohrgestänge dargestellt. Ein innerer Kanal 16, welcher dem Zuführen von Bohrspülung dient, wird nach dem Niederbringen des Bohrloches verschlossen. Hierauf werden Uber einen mittleren Kanal 17 und über umfangsverteilte Schneiddüsen 14, gegebenenfalls unter Rotation des Bohrgestänges, Hochdruckschneidstrahlen ausgebracht, wodurch ein Erosionsbereich hergestellt wird. Abschließend wird nach einem Hochverstellen des Bohrgestänges aus einem äußeren Ringkanal 18 über die Verpreßdüsen 15 in den Erosionsbereich eine Suspension eingepreßt, welche anschließend erhärtet wird. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von im wesentlichen in einer Ebene liegenden Verfestigungsbereichen unterhalb einer Geländeoberfläche (1), insbesondere von Dichtbereichen und von in ihrer Tragfähigkeit verbesserten Bodenbereichen zum Abtragen von Lasten oder zum Spannungsabbau, unter Einsatz eines Düsenstrahlverfahrens zur Herstellung von kreisscheibenförmigen oder kreissektorscheibenförmigen Erosionsbereichen (11), wobei ein Raster von Bohrlöchern (5) etwa gleicher Tiefe hergestellt wird und die Erosionsbereiche (11) mittels des Düsenstrahlverfahrens in zumindest einer gemeinsamen, senkrecht zu den Bohrlöchern (5) verlaufenden Ebene erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher (5) anschließend jeweils zumindest oberhalb der Erosionsbereiche (11) in an sich bekannter Weise abgepackert werden und daß hierauf Bereiche, welche über die Erosionsbereiche (11) hinausgehen, unter Druck aufgerissen und mit Bindemittelsuspension verfüllt werden, wodurch im Boden abdichtende und bzw. oder tragfähigkeitsverbessernde, wand- oder piattenförmige Strukturen hergestellt werden.
2. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Dichtbereiches oder eines Bodenbereiches zur Lastabtragung die mit Bindemittelsuspension verfüllten Verpressungs-bereiche (12) im Verhältnis zum Raster der Bohrlöcher (5) in an sich bekannter Weise so groß sind, daß sie eine geschlossene Wand oder Platte bilden.
3. 3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Bodenbereichen zum Spannungsabbau sich die Verpressungsbereiche (12) in an sich bekannter Weise nur teilweise durchdringen und bzw. oder in radialem Abstand voneinander liegen.
4. 4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher (5) in an sich bekannter Weise in Spülbohrtechnik hergestellt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß kreisscheibenförmige Erosionsbereiche (11) in an sich bekannter Weise durch Rotieren eines mit zumindest einer radialen Düse (14) versehenen Bohr- und Injiziergestänges (3) erzeugt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß kreissektorförmige Erosionsbereiche (11) durch oszillierende Drehbewegungen eines mit einer Mehrzahl von radialen Düsen (14), insbesondere vier bis acht Düsen, ausgebildeten Bohr- und Injiziergestänges (3) hergestellt werden.
7. 7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß zum Verpressen eine in an sich bekannter Weise mit Zuschlagstoffen versehene Bindemittelsuspension, insbesondere eine Zementsuspension, verwendet wird. 4 AT 404 852 B Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 5