DE10053427C2

DE10053427C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Materialsäulen im Boden von Gewässern

Info

Publication number: DE10053427C2
Application number: DE10053427A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Degen; Alexander Degen
Original assignee: Vibroflotation BV
Current assignee: Vibroflotation BV
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: WO2002035013A1; DE10053427A1; EP1328687B1; ATE428828T1; MXPA03003660A; KR20030070017A; AU2002221769A1; HK1054975A1; EP1328687A1; US20040074560A1; US6742555B2; KR100801350B1; DE50114843D1; ES2325116T3; PT1328687E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden von Ge wässern, z. B. am Meeresgrund.

Eine Vorrichtung mit einem Tiefenrüttler zur Herstellung von Materialsäulen im Boden ist beispielsweise aus der DE 197 07 687 C1 bekannt.

Des weiteren ist in der 198 14 021 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden beschrieben, die ei nen Tiefenrüttler und ein mit dem Tiefenrüttler verbundenes Verlängerungsrohr aufweist, welches mit einem Überdruck be aufschlagt werden kann. An das Verlängerungsrohr schließt sich nach oben eine Schleusenkammer an, die einen ersten Ver schluss aufweist, der zwischen der Schleusenkammer und dem Verlängerungsrohr angeordnet ist, und die einen zweiten Ver schluss an einer dem Verlängerungsrohr abgewandten Seite auf weist. Über den zweiten Verschluss gelangt bei der bekannten Vorrichtung das in den Boden einzubringende Material, bei spielsweise Beton oder Kies, in die erste Schleusenkammer, von wo es bei geschlossenem ersten und geöffnetem zweiten Verschluss in das unter Überdruck stehende Verlängerungsrohr gelangt. Der Überdruck in dem Verlängerungsrohr dient dazu, einem Wasserdruck an der Spitze des Tiefenrüttlers entgegen zuwirken und dadurch das Material an der Rüttlerspitze auszu bringen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Material säulen im Boden von Gewässern, insbesondere in Gewässern mit großen Tiefen zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen ersten und eine zweiten Materialtank auf, die miteinander verbunden sind, und einen Tiefenrüttler zum Ausbringen von Material in den Boden, der mit dem zweiten Materialtank verbunden ist, auf. Zwischen dem ersten und zweiten Materialtank ist dabei vorzugsweise ein Verschluss angeordnet. An den ersten Materialtank ist ei ne erste Zuführleitung zum Zuführen von Material und eine zweite Zuführleitung zum Bewirken eines Druckausgleichs in dem ersten Materialtank angeschlossen.

Bei dem Einbringen von Materialsäulen im Boden von Gewässern befinden sich der Tiefenrüttler und der erste und zweite Ma terialtank unter Wasser, sie stehen damit unter einem Druck, der höher als der Luftdruck an der Wasseroberfläche ist. Der erste Zuführschlauch dient dabei dazu, das in den Boden ein zubringende Material von einem Reservoir an der Wasserober fläche, beispielsweise auf einem Schiff, unter Druck in den ersten Materialtank zu fördern. Der zweite Schlauch, der vor zugsweise ebenfalls bis an die Wasseroberfläche geführt ist, ermöglicht einen Druckausgleich zwischen dem Luftdruck an der Wasseroberfläche und dem ersten Materialtank. Der Druck in der ersten Zuführleitung zur Zuführung des Materials, bei spielsweise Kies oder Beton, muss somit nur ausreichend hoch gewählt werden, um das Material bei atmosphärischem Luftdruck mit ausreichender Geschwindigkeit zu fördern. Dieser Druck liegt üblicherweise bei weniger als 7,5 bar. Der im Wasser herrschende Umgebungsdruck des ersten Materialtanks ist dabei unerheblich.

Der Druckausgleich in dem ersten Materialtank mittels der zweiten Leitung bewirkt, dass für die erste Zuführleitung zur Zuführung das Materials in den unter Atmosphärendruck stehen den ersten Materialtank ein Schlauch verwendet werden kann, der für Drücke ausgelegt ist, die für Förderung von Material an Land genügen. Es müssen keine teuren Spezialschläuche ver wendet werden, die für hohe Drücke ausgelegt sind.

Um das dem ersten Materialtank abgewandte Ende der zweiten Zuführleitung an der Wasseroberfläche zu halten sind vorzugs weise Schwimmer in diesem Bereich der Leitung angeordnet.

Zwischen der ersten Zuführleitung und dem ersten Materialtank und zwischen der zweiten Zuführleitung und dem ersten Materi altank sind vorzugsweise erste und zweite Verschlüsse ange ordnet, die jeweils geöffnet sind, wenn Material über die erste Zuführleitung dem ersten Materialtank zugeführt wird. Werden der erste und zweite Verschluss geschlossen, kann der Verschluss zwischen dem ersten und zweiten Materialtank ge öffnet werden, wobei das Material über letzteren dem Tiefen rüttler zugeführt wird. An den zweiten Materialtank ist dabei vorzugsweise ein Kompressor angeschlossen, um in dem zweiten Materialtank einen Druck aufzubauen, der größer als der Was serdruck an der Spitze des Tiefenrüttlers ist, wodurch das Material an der Spitze des Tiefenrüttlers austreten kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge sehen, dass der Kompressor auch an den ersten Materialtank angeschlossen ist, wodurch in dem ersten Materialtank nach dem Schließen der ersten und zweiten Verschlüsse ein Druck aufgebaut werden kann, der dem Druck in dem zweiten Material tank entspricht. Die Lager des Verschlusses zwischen dem ers ten und zweiten Materialtank, der beispielsweise als Schieber ausgebildet ist, sind beim Öffnen des Verschlusses dadurch entlastet. Dies ist insbesondere dann sinnvoll und unter Um ständen notwendig, wenn in großen Tiefen gearbeitet wird und ein entsprechend großer Druck in dem zweiten Materialtank zum Ausbringen des Materials erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur er läutert.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung zum Einbringen von Material säulen, insbesondere von Kiessäulen, in den Boden von Gewäs sern, insbesondere in den Meeresboden. Derartige Säulen die nen zum Versteifen einer weichen Bodenschicht 14 und werden in der Tiefe üblicherweise bis zu einer darunter liegenden festen Bodenschicht 15 vorangetrieben. Die Verfestigung des Meeresbodens ist beispielsweise für den Bau von Bohrplattfor men mit Fundamenten am Meeresgrund erforderlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in dem Beispiel gemäß der Figur mittels eines Seils 12 in der Höhe verfahrbar am Ausleger 20 eines Baugeräts 2 aufgehängt, wobei das Erdbauge rät 2 auf einem Ponton 1 auf der Wasseroberfläche 100 schwimmt.

Die Vorrichtung weist einen ersten Materialtank 8 und einen zweiten Materialtank 10 auf, wobei zwischen dem ersten und zweiten Materialtank 8, 10 ein Verschluss 9 angeordnet ist. An den zweiten Materialtank 10 schließt sich nach unten ein Tiefenrüttler 11 an, wobei in den Boden 14 einzubringendes Material über ein Rohr 17 einer Rüttlerspitze 18 zugeführt werden kann.

An den ersten Materialtank 8 ist eine erste Zuführleitung 5 angeschlossen, die an einem dem ersten Materialtank 8 abge wandten Ende an ein Materialreservoir 3, 4 mit einem Druck tank 4 angeschlossen ist, das sich in dem Ausführungsbeispiel ebenfalls auf dem Ponton befindet 1. An den ersten Material tank 8 ist des weiteren eine zweite Zuführleitung 6 ange schlossen, deren dem ersten Materialtank 8 abgewandtes Ende in dem Ausführungsbeispiel oberhalb der Wasseroberfläche 100 mündet. An diesem Ende der Zuführleitung 6 ist ein Schnorchel 7 angeordnet, der den Eintritt von Wasser in die Zuführlei tung verhindert 6 und beispielsweise als Kugelventil ausge bildet ist.

Um Abschnitte der Zuführleitungen 5, 6 an der Wasseroberflä che 100 zu halten sind Schwimmer 13a, 13b, die beispielsweise aus Styropor oder einem anderen Material mit großem Auftrieb bestehen, an den Zuführleitungen 5, 6 angeordnet.

Zwischen der ersten Zuführleitung 5 und dem ersten Material tank 8 ist ein erster Verschluss 16a und zwischen der zweiten Zuführleitung 6 und dem ersten Materialtank 8 ist ein zweiter Verschluss 16b vorgesehen. Bei geöffnetem zweiten Verschluss 16b ermöglicht die zweite (Luft)zuführleitung 5 einen Druck ausgleich des Inneren des ersten Materialtanks 8 mit dem At mosphärendruck an der Wasseroberfläche 100, wobei der dritte Verschluss 9 zwischen dem ersten und zweiten Materialtank 8, 10 dabei vorzugsweise geschlossen ist. Bei geöffnetem ersten Verschluss 16a kann das in den Boden einzubringende Material, beispielsweise Kies, über die erste Zuführleitung 5 in den ersten Materialtank 8 eingebracht werden.

Wegen des in dem ersten Materialtank 8 herrschenden Atmosphä rendrucks kann die Förderung des Materials in der ersten Zu führleitung 5 unabhängig von der Wassertiefe bei denselben Druckverhältnissen wie an Land erfolgen. Dies bedeutet, dass zur Erzeugung eines geeigneten Förderdrucks in dem Vorrats tank 4 handelsübliche Kompressoren verwendet werden können, die beispielsweise in der Lage sind maximal einen Druck von etwa 7,5 bar in dem Vorratstank 4 aufzubauen. Müsste mit dem Förderdruck des Materials auch der Wasserdruck in der Tiefe des ersten Materialtanks 8 überwunden werden, wären teure Spezialkompressoren für hohe Drücke zur Förderung des Materi als erforderlich. Außerdem ist es vorteilhaft, den Kies in der Zuführleitung 5 bei möglichst geringen Drücken zu för dern, da zum Fördern des Kieses ein möglichst großer Luft strom erforderlich ist, der aufgrund der Kompressibilität der Luft bei hohen Drücken nicht mehr ausreichend zur Verfügung steht. Das Vorherrschen von Atmosphärendruck in dem ersten Materialtank 8 während des Einbringens von Material ist damit aus mehreren Gründen besonders vorteilhaft.

Der Wassertiefe, in der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gearbeitet werden kann ist nur durch die Stabilität der ers ten und zweiten Zuführleitung 5, 6, die üblicherweise als Schläuche ausgebildet sind, Grenzen gesetzt. Vorzugsweise werden Schläuche verwendet, bei denen Metallspiralen zwischen einen Gummimantel und eine Gummiseele eingearbeitet sind, wo bei die Metallspiralen die Stabilität des Schlauches gegen über Quetschungen aufgrund des Wasserdrucks erhöhen und Ar beitstiefen von über 100 m ermöglichen. Bei Verwendung von Spezialschläuchen sind Arbeitstiefen von 200 m und mehr mög lich. Ein für den Kiestransport üblicher Schlauch ist bei spielsweise das Modell FS3320 der Firma Semperit.

Ein Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen in dem Boden 14 wird nachfolgend anhand der Figur kurz erläutert. Zunächst wird bei geschlossenem dritten Verschluss 9 und geöffneten ersten und zweiten Verschlüssen 16a, 16b Material unter Druck aus dem Reservoir 3, 4 über die erste Zuführleitung 5 in den ersten Materialtank 8 gepumpt. In dem ersten Materialtank 8 herrscht aufgrund der Verbindung über die zweite Zuführlei tung 6 zur Wasseroberfläche 100 Atmosphärendruck. Ein übli cher Druck zur Förderung des Materials in der ersten Zuführ leitung 5 beträgt etwa 6 bar.

Anschließend werden die ersten und zweiten Verschlüsse 16a, 16b geschlossen und danach der dritte Verschluss 9 geöffnet, um das Material des ersten Materialtanks in den zweiten Mate rialtank 10 und von dort über die Verbindungsleitung 17 an die Spitze des Tiefenrüttlers 11 zu bringen, wo es in den Bo den austritt und mittels des Rüttlers 11 verdichtet wird. In dem zweiten Materialtank 10 herrscht dabei ein Druck, der größer ist als der Umgebungsdruck an der Spitze des Tiefen rüttlers 11. Dieser Druck wird mittels eines in der Figur nicht näher dargestellten Kompressors erzeugt, der an den zweiten Materialtank 10 angeschlossen ist. Vorzugsweise ist dieser Kompressor oder ein zweiter Kompressor an den ersten Materialtank 8 angeschlossen, um nach dem Schließen der ers ten und zweiten Verschlüsse 16a, 16b zu den Zuführleitungen 5, 6 und noch vor dem Öffnen des dritten Verschlusses 9 zu dem zweiten Materialtank 10 einen Druck in dem ersten Materi altank 8 aufzubauen, der dem höheren Druck in dem zweiten Ma terialtank 10 entspricht. Dadurch kommt es zum einen nicht zu einem Druckabfall in dem zweiten Materialtank bei Öffnen des dritten Verschlusses 9 und zum anderen werden die Lager des dritten Verschlusses 9, der beispielsweise als Schieber aus gebildet ist, bei einem nicht vorhandenen Druckunterschied zwischen erstem und zweitem Materialtank 8, 10 weniger be lastet. Beim Arbeiten in großen Tiefen kann dieser Druckaug leich zwischen dem ersten und dem zweiten Materialtank 8, 10 sogar erforderlich sein, da bei großen Druckunterschieden Hydraulikzylinder zum Bewegen des Schiebers 9 unter Umständen keine ausreichende Kraft zur Verfügung stellen.

Bezugszeichenliste

2

Baugerät

3

,

4

Materialreservoir

5

erste Zuführleitung

6

Zweite Zuführleitung

7

Schnorchel

8

erster Materialtank

9

dritter Verschluss

10

zweiter Materialtank

11

Tiefenrüttler

12

Seil

13

a,

13

b Schwimmer

14

Weicher Boden

15

Fester Boden

16

a erster Verschluss

16

b zweiter Verschluss

17

Zuführleitung

18

Spitze des Tiefenrüttlers

20

Ausleger

100

Wasseroberfläche

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden von Gewässern, die folgende Merkmale aufweist:

- einen ersten Materialtank (8) und einen mit dem ersten Ma terialtank verbundenen zweiten Materialtank (10),
- einen mit dem zweiten Materialtank (10) verbundenen Tiefen rüttler (11),
- eine an den ersten Materialtank (8) angeschlossene erste Zuführleitung (5) zur Materialzufuhr,
- eine an den ersten Materialtank (8) angeschlossene zweite Zuführleitung (6) zur Bewirkung eines Druckausgleichs in dem ersten Materialtank (8),
- ein zwischen dem ersten Materialtank (8) und dem zweiten Materialtank (10) ausgebildeter Verschluss (9).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Schwimmer (13a) im Bereich eines dem ersten Materialtank (8) abgewandten Ende der zweiten Zuführleitung (6) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwischen dem ersten Materialtank (8) und der ersten Zuführleitung (5) ein erster Verschluss (16a) und zwischen der zweiten Zuführlei tung (6) und dem ersten Materialtank (8) ein zweiter Ver schluss (16b) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Materialfördereinrichtung (3, 4) an das dem ersten Materialtank (8) abgewandte Ende der ersten Zuführleitung (5) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen an den zweiten Materialtank (10) angeschlossenen Kom pressor aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem der Kompressor auch an den ersten Materialtank (8) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste und zweite Zuführleitung (5, 6) für Drücke von weniger als 7,5 bar ausgelegt sind.

8. Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden von Gewässern, das folgende Merkmale aufweist:

- Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem ersten Material tank (8), einem mit dem ersten Materialtank (8) verbundenen zweiten Materialtank (10), einem mit dem zweiten Materialtank (10) verbundenen Tiefenrüttler (11), einer an den ersten Ma terialtank (8) angeschlossenen ersten und zweiten Zuführlei tung (5, 6),
- Zuführen von Material über die erste Zuführleitung (5) zu dem ersten Materialtank (8),
- Schließen von ersten und zweiten Verschlüssen (16a, 16b) zwischen den ersten und zweiten Zuführleitungen (5, 6) und dem ersten Materialtank (8),
- Herstellen eines Überdrucks in dem zweiten Materialtank (10),
- Öffnen eines dritten Verschlusses (9) zwischen dem ersten und zweiten Materialtank (8, 10).

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem nach dem Schließen des ersten und zweiten Verschlusses (16a, 16b) und vor dem Öffnen des dritten Verschlusses (9) ein Überdruck in dem ersten Ma terialtank (8) erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der in dem ers ten und/oder zweiten Materialtank (8, 10) erzeugte Druck grö ßer ist als der Druck an einer Spitze (18) des Tiefenrüttlers (11).