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Verfahren und Vorrichtung zum Austausch von Teilen von anstehenden
Bodenschichten Es sind bereits Verfahren und Vorridhtungen zum Austausch von Teilen
von anstehenden Bodenschichten durch Entnahme derselben und Ersatz durch Fremdstoffe
bekanntgeworden, bei denen der Boden auf meehani.schem Wege an die Erdoberfläche
befördert urad zugleich Austauschmaterial in den so geschaffenen Hohlraum eingebracht
wird. Hiervon unterscheidet sich der Anmeldungsgegenstand, dadurch, daß die auszutauschenden
Bodenteile in fließfähigen Zustand versetzt und durch. Erzeugung eines Potentialgefälles
durch eine in den Boden eingetriebene Vortriebseinrichtung abgeführt werden, während
gleichzeitig alias Austauschmaterial mit höherem Potential in den Boden eingeführt
wird, d. h. also, daß der Bodenaustausch bewerkstelligt wird durch Anwendung der
von dem getrennten Herstellen und Wiederausfüllen von Bodenhohlräumen mit Hilfe
von Frermdstoffen her bekannten Ausnutzung von Strömungsenergie. Der Anmeldungsgegenstand
weist gegenüber dem Bekannten folgende Vorteile auf Es ist das gleichzeitige Entfernen,
von Boden und Ausfüllen des entstandenen Hohlraumes in kürzester Zeit bis in größte
Bodentiefen möglich, ohne daß die Bodlenoberfläche in großem Umfange zerstört zu
werden braucht.
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Bei der Herstellung von sogenannten Horizontalbrunnen ist durch Ersetzen
auch des ursprünglich von dem Bohrgestänge eingenommenen Raumes durch das Bodenaustausehmaterial
die Schaffung einer gleichförmigen Filterschicht bei .gleichzeitiger Einsparung
der normalerweise erforderlichen Filterrohre möglich.
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Es ist die Schaffung von zusammenhängenden, z. B. tellerförmigen,
aus geeignetem künstlichem Filtermaterial bestehenden Filterkörpern für Wassergewinnungsanlagen
großer Ergiebigkeit ohne die Verwendung von Filterrohren möglich.
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Es können Gründungskörper beliebiger Form und Unterfangungen auf einfachste
Weise ohne große Schacht- und Grabarbeiten in jedem Boden durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß werden künstliche Bodenkörper dadurch geschaffen,
daß von einem Schacht oder einer sonstigen Arbeitsöffnung das jeweilige angefahrene
Bodenmaterial entnommen und gleidhzeitig das z. B. für die Wassemgewinnung erforderliche
wasserdurchlässige Austanischmaterial z. B. mittels Preßwasserdnuckes in den Boden
eingebracht wird. Das Bodenmaterial wird durch das sich aus dem Druckunterschied,
zwischen dem Wasserdruck im Boden (Grundwasser) und dem .gleich Null betragenden
Wasserdruck im Schacht ergebenden Druckgefälle in die Arbeitsgeräte eingespült und
durch eben dieses Druckgefälle durch .die Geräte hindurch und aus den Geräten in
den Schacht befördert. In gleicher Weise erfolgt der umgekehrte Vorgang der Einbringung
des Austausch- oder Ersatzmaterials durch ein solches sich aus dem Unterschied zwischen
Pumpendruck und Wasserdruck im Boden. ergebendes Druckgefälle, das größer gewählt
werden muß als jenes Gefälle des oben bezeichneten Ausspülvorganges. Das Mittel
zur Entnahme des im betreffenden Teil des Bodens Ursprünglich vorhandenen gewachsenen
Bodenmaterials ist also die rückspülende Wirkung des dort vorhanden hydraulischen
Druckes des Grundwassers, ausgelöst durch die mit dem gleichzeitig einzuspülenden
Fremd= stoff bewirkte Erhöhung des Potentialgefälles im betreffenden Teil des Bodens.
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Der erfindungsgemäße Bodenaustausch kann während des Bohrens erfolgen;
es kann aber auch das Bodenmaterial entnommen und das Austauschmaterial. eingebracht
werden, ohne daß die Bohrung gleichzeitig vorgetrieben wird. Nach Beendigung des
Bodenaustausches wird der durch die Verdrängung des Bohrgerätes, bei seinem Rückzug
entstandene Hohlraum mit Anstauschmatexial verfüllt. Das Mittel zur Verfüllung des
bestehenden Hohlraumes ist also der durch hydraulischen Druck einzuleitende Fremdstoff.
Während dieses Verfüllens wird also kein Material rückgespült.
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Das. Austauschmaterial besteht aus vorzugweise künstlich hergestellten,
korrosionssicheren Leichtbaustoffen
eines spezifischen Gewichts
von insbesondere 0,95 bis 1,6 und' von vorzugsweise kugeliger Form wie z. B. glasiertem
Schaumporzellan, Schaumkeramik, Tuff, Bims u. dgl. Es können aber auch natürliche
Kiesgemische oder schließlich Steingut zur Verwendung gelangen. Das geschilderte
Verfahren gestattet ferner die Ausbildung strahlen-, kleeblau-, teller-, keulen-,
kugel- oder wulstringförmiger Bodenaustauscbkörper entsprechend der jeweiligen Stellung
der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Vorrichtung.
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Das Verfahren ist, wie eingangs bereits erwähnt, besonders zweckmäßig
für Gründungen, Unterfangungen u. ä. Bauvorhaben sowie auch für die Errichtung von
Grundwasserfassungen:, insbesondere horizontalen Grundwasserfassungen in- Setzungs-
und Senkungsgebieten, da die künstlichen Austauschkörper gegenüber jeder Art von
Bodenbewegungen vollkommen unempfindlich und versburzs.icher sind und die beschriebenen
Formen sowie die gewählten Zusammensetzungen der Austauschkörper die Verwirklichung
der nach hydraulischen und bodenphysikalischen Erkenntnissen höchstmöglichen Ergiebigkeiten
einer Grundwasserfassung gestatten.
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Für die Herstellung der künstlichen Bodenkörper wird erfindungsgemäß
eine Vorrichtung benutzt, die den Bodenaustausch um das Arbeitsgerät bei ihrem Einbringen
und die Wiederauffüllung des im Boden entstehenden Hohlraumes beim Rückholen des
Gerätes aus dem Boden vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsgang ermöglicht.
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Während Fig. 1 und 2 die Anordnung der künstlichen Bodenkörper bei
einem als Beispiel gewählten Horizontalbrunnen zeigen, ist in Fig. 3 bis 6 die Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Fig.1 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Schacht mit keulen-
bis kleeblattförmigen Austauschkörpern entsprechend der Ebene I-I der Fig.2; Fig.2
zeigt einen Schnitt entsprechend der Ebene II-II der Fig. 1; Fig. 3 zeigt diesen
Schnitt durch das Arbeitsgerät nach Ebene I-I der Fig. 5 und 6; Fig. 4 zeigt einen
Schnitt nach Ebene II-II der Fig. 5 und 6; Fig. 5 zeigt die Draufsicht auf den Treibkopf
9; Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf den Kopf 11 des Entnahmerohres; Fig. 5 und 6
entsprechen der Arbeitsstellung des Gerätes nach Fig. 3.
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In den Fig. 1 und'' 2 bezeichnet 1 den Schacht, von dem aus ,durch
die Arbeitsöffnung 2 die Austauschkörper 3 gebildet werden. 4 bezeichnet die durch
den Bau des Schachtes 1 entstehende Störzone, die durch die Übergangsrohrstutzen
5 überbrückt wird.
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Die in den Fig. 3 bis 6 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen
aus dem je vier Öffnungen 6 und 7 aufweisenden Arbeitsrohr 8, das im Triebkopf 9
mit Triebrohr 10 endet. In dem von Arbeitsrohr 8 und dem Triebkopf 9 gebildeten
Innenraum isst das um dessen Achse drehbare, im Kopf 11 endende Entnahmerohr 12
bei 13 gelagert. Mit dem Entnahmerohr 12 bewegt sich das Versatzrohrpaar 14, 14,
das mit jenem an der Innenseite des Zylindermantels 8 des Arbeitsrohres im Lager
15 .drehbar ist. Diese Bauart ermöglicht es, entweder das Entnahmerohr 12 und dessen
beide Seitenausmündiungen mit den Öffnungen 6 des Triebkopfes 9 zur Deckung zu bringen
(Fig. 3) und zur Entnahme zu verwenden oder das Entnahmerohr 12 allein zur Entnahme
zu verwenden und das Versatzrohrpaar 14, 14 mit den Öffnungen 7 des Triebkopfes
9 zur Deckung zu bringen (Fig. 4), d. h. also Material aus dem Boden zu entnehmen
oder Material durch das Entnahmerohr 12 an dessen Kopf 11 zu entnehmen. und gleichzeitig
durch, das Versatzrohrpaar 14, 14 Austauschmaterial einzubringen. Die Spitze des
Triebkopfes ist offen und kann nur von der Arbeitsöffnung 2 durch Betätigung eines
Schiebers geschlossen werden. Bei Wirkstellung des Versatzrohrpaares 14, 14 wird
das Austauschmaterial um das Ende des Triebkopfes 9 gepreßt. Beim Rückholen des
Gerätes wird auch das Entnahmerohr 12 zur Auffüllung des Bodenhohlraumes verwendet.
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An den Triebkopf, der übrigens auch geschlossen ausgebildet sein kann,
bzw. an das Arbeitsrohr 8 werden entsprechend der durch hydraulische oder sonstige
bekannte Vortriebseinrichtungen erreichten Vortriebsgeschwind'igkeit Arbeitsrohre
angesetzt, in welche die für den Materialaustausch erforderlichen Rohrleitungen
eingebaut werden.
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Nach Beendigung eines Vortriebes ,und Rückholen der gesamten Einrichtung
bei gleichzeitiger Verfüllung des durch das Arbeitsrohr 8 geschaffenen Hohlraum-es
wird die Arbeitsöffnung 2 durch einen Ringschieber so lange geschlossen, bis die
nach allen Richtungen verschwenkbare Vortriebseinrichtung um die vorgesehene Richtung
verschwenkt ist und der Arbeitsvorgang von der gleichen Arbeitsöffnung aus von neuem.
aber in .geänderter Richtung beginnen kann.
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Der mit korbartigem Innenverschluß versebene Eintrittsrohrstutzen
5 wird gesondert versetzt, wobei durch eine geeignete Einrichtung, wie z. B. einen
Schieber oder eine Stülpkappe, der Wasserzudrang abgehalten wird. Dabei kann jede
Arbeitsöffnung füs sich mittels eines Schiebers geschlossen werden. Schließlich
kann das Arbeitsgerät auch in der Weise ausgebildet sein, daß es im Boden selbst
verschwenkbar ist und damit eine sich vom Schacht aus er-,veifiernde Bodenaustau.schzone
schafft, ohne daß das Gerät vor Beendigung gezogen und neuerlich eingebracht zu
werden braucht.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also nicht nur bereits während,
des Einbringens der zur Durchführung dieses Verfahrens erforderlichen Vorrichtung
ein Bodenaustausch um das Arbeitsrohr herum vollzogen, sondern nach Erreichen der
gewählten Austauschgrenze auch der durch das Arbeitsrohr 8 geschaffene Hohlraum
beim Rückholm des Gerätes vollkommen: durch das, oben beschriebene Material vershurzsicher
aufgefüllt, so daß der fertiggestellte Bodenaustauschkörper ohne jede Verrdhrung
bis nahe an die Arbeitsöffnung 2 reicht. Lediglich im engsten Bereich des Schachtes
1 werden Ei.ntrittsrohrstutzen 5 mit einem korbartigen Verschluß eingebaut, deren
Aufgabe nur darin besteht, das aus der beim Bau des Schachtes 1 entstehenden Störzone
4 absickernde Wasser abzuhalten und dem Schacht nur das aus dem künstlichen Bodenkörper
3 stammende Wasser zuzuleiten. Der beschriebene Arbeitsvorgang kann .nun von einer
Arbeitsöffnung aus nicht nur einmal, sondern beliebig oft nach allen .möglichen
Richtungen erfolgen, wobei ein von dex- Arbeitsöffnung 2 nach. außen sich erzveiteznder
künstlicher Bodenkörper 3 ausgebildet wird:, durch den der Transport des Wassers
bis zum Beginn des Eintrittsrohrstutzens erfolgt. Dieser Vorgang bewirkt, wenn er
von verschiedenen Arbeitsöffnungen; aus betrieben wird, schließlich die Ausbildung
eines rings um das Arbeitszentrum herum mehr oder weniger geschlossenen wulstringartigen
Filterkörpers, der das an den äußeren Filterkörperrändern