Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Erfindung im Bereich des Spezialtiefbaues,
genauer ein Arbeitsgerät und das zugehörige Verfahren zum Erstellen von
Injektionskörpern im Boden. Zur Beschreibung des Standes der Technik wird auf das
konventionelle Verfahren der Hochdruckinjektion eingegangen. Zur Erstellung von
Baugruben, Unterfangungen oder zur Durchführung von Abdichtungen wird das
Verfahren der sogenannten Hochdruckinjektion, oder auch als Düsenstrahlverfahren bekannt,
eingesetzt. Dieses Verfahren basiert darauf, daß mittels einer Hochdruckpumpe eine
Suspension, meist eine Wasser-/Zementsuspension, über ein Bohrgestänge in den
Boden eingegeben wird. Dabei wird so vorgegangen, daß zunächst ein Bohrgestänge,
auch bestehend aus mehreren Gestängen, um zugleich mehrere Komponenten, wie z. B.
Wasser, Luft und Zement-Wasser-Suspension zugeben zu können, in den Boden
abgebohrt wird. Nach Erreichen der Endtiefe wird dann über eine seitlich am
Bohrgestänge angeordnete Düse von wenigen Millimetern Durchmesser mit einem
Druck von ca. 400-700 bar z. B. eine Suspension eingegeben; dabei wird der
anstehende Boden sozusagen aufgefräst oder auch nahezu "aufgeschnitten" bzw.
umgelagert oder gelöst und mit der Suspension vermischt. Während der Zugabe der
Suspension auf oben geschilderte Art und Weise wird das Bohrgestänge bzw. die Düse
gedreht und nach entsprechenden Umläufen um ein bestimmtes Maß gezogen und
wiederum gedreht/gezogen. Auf diese Weise lassen sich entsprechend der
Umdrehungsgeschwindigkeit und Ziehgeschwindigkeit des Bohrgestänges
unterschiedliche, sogenannte Hochdruckinjektionskörper im Boden erzeugen. Die
entsprechenden Parameter (Umdrehungsgeschwindigkeit des Gestänges, Anzahl der
Düsen, Düsendurchmesser, Ziehgeschwindigkeit des Gestänges, Druck usw.) werden
vor Ausführung festgelegt. Der Herstellung der Injektionskörper nach dem
Düsenstrahlverfahren eigentümlich ist, daß durch den Hochdruckstrahl zunächst eine
zusätzliche Materie bzw. ein zusätzliches Volumen in den Boden eingebracht wird und
durch das Einbringen dieser Injektionsmenge in den anstehenden Boden natürlich ein
Überschuß an Materie aus vermischtem Boden und eingebrachter Suspension im
Bereich der eingebrachten Suspension entsteht. Damit ist zwangsweise ein
Druckanstieg verbunden. Dieser Überdruck und damit verbunden die überschüssige
Suspension entweicht beim konventionellen Verfahren durch den sogenannten
Ringraum zwischen Bohrgestänge und Boden; dieser entsteht bereits beim Abbohren
des Gestänges mittels Spülbohrung. Genauer gesagt, wird die überschüssige Materie
im Bereich der mit Hochdruck eingebrachten Suspension durch die mit hohem Druck
eingebrachte Suspension zur Geländeoberfläche gedrückt. Der sogenannte Rücklauf
dient also sowohl der Entlastung des aufgebauten Drucks im Boden; dies ist vor allen
Dingen im Einflußbereich von Gebäuden erforderlich, um nicht ungewollte und
schädliche Hebungen zu erzeugen, als auch ergibt sich der Rücklauf mengenmäßig
durch die Tatsache, daß der Boden nur ein bestimmtes Volumen an Suspension
aufnehmen kann, jedoch zur Umlagerung und Vermischung des Bodens mit der
eingebrachten Suspension die Zugabe einer höheren Menge unter großer kinetischer
Energie erforderlich ist, um die gewünschte Abmessungen an Injektionskörpern zu
erreichen.The present application relates to an invention in the field of special foundation engineering,
more precisely an implement and the associated method for creating
Injectors in the ground. To describe the prior art, reference is made to the
conventional high-pressure injection processes. To create
Construction pits, underpinnings or to carry out waterproofing will
Processes of so-called high pressure injection, or also known as jet spray processes,
used. This method is based on the fact that a
Suspension, usually a water / cement suspension, via a drill pipe in the
Soil is entered. The procedure is that first a drill pipe,
also consisting of several rods to simultaneously several components, such as. B.
Water, air and cement-water suspension can be added to the soil
is drilled. After reaching the final depth, a laterally on
Drill pipe arranged nozzle with a diameter of a few millimeters
Pressure of approx. 400-700 bar z. B. entered a suspension; the
the ground is milled, so to speak, or almost "cut open" or
rearranged or dissolved and mixed with the suspension. While adding the
Suspension in the manner described above becomes the drill pipe or the nozzle
rotated and drawn by a certain amount after corresponding rotations and
turned / pulled again. In this way, the
Rotation speed and pulling speed of the drill pipe
generate different, so-called high-pressure injection bodies in the ground. The
corresponding parameters (rotation speed of the boom, number of
Nozzles, nozzle diameter, pulling speed of the boom, pressure, etc.)
fixed before execution. The manufacture of the injection body after the
It is peculiar to the nozzle jet method that the high-pressure jet initially produces a
additional matter or volume is introduced into the soil and
by introducing this amount of injection into the soil, of course
Excess matter from mixed soil and introduced suspension in the
Area of the introduced suspension arises. This is forcibly an
Pressure increase connected. This overpressure and the excess connected with it
Suspension escapes in the conventional process through the so-called
Annulus between drill pipe and floor; this already occurs when drilling
of the boom using a flushing hole. More specifically, the excess matter
in the area of the high pressure suspension due to the high pressure
introduced suspension pressed to the surface of the site. The so-called return
thus serves both to relieve the pressure built up in the ground; this is above all
Things in the area of influence of buildings are required to avoid unwanted and
To generate harmful uplifts, as well as the return results in quantity
by the fact that the soil has only a certain volume of suspension
can accommodate, however, for the relocation and mixing of the soil with the
introduced suspension the addition of a higher amount under large kinetic
Energy is required to achieve the desired dimensions on injection bodies
to reach.
Der Anfall dieser Rücklaufsuspension ist jedoch ein gravierender Nachteil des
Verfahrens, da dieser Rücklauf nur mit großem Aufwand zu fassen und zu entsorgen ist.
Zudem bedeutet der Rücklauf auch einen erhöhten Materialverbrauch an Suspension
sowie eine Effizienzbegrenzung des Schneidstrahles.The occurrence of this return suspension is a serious disadvantage of the
Procedure, since this return can only be grasped and disposed of with great effort.
In addition, the return also means an increased material consumption of suspension
as well as an efficiency limitation of the cutting beam.
Das hiermit vorgestellte Arbeitsgerät und das damit verbundene Verfahren soll
Injektionskörper im Boden herstellen und dabei den Umfang der Rücklaufsuspension
verringern, ggfs. deutlich reduzieren und zugleich die Effizienz des Düsenstrahls
gegenüber dem konventionellen Verfahren verbessern.
The implement presented here and the associated method should
Make the injection body in the floor and the extent of the return suspension
reduce, if necessary significantly reduce and at the same time the efficiency of the jet
improve over the conventional process.
Beschreibung von Arbeitsgerät und VerfahrenDescription of work equipment and procedures
Das Arbeitsgerät besteht aus einem Zweifachgestänge; dabei sind zwei Rohre koaxial
ineinander geschoben und am unteren Ende des sich bildenden Ringraumes
verschlossen. Der Innenraum des innersten Rohres nimmt eine sogenannte
Endlosschnecke auf; der Ringraum zwischen äußerem und innerem Rohr dient zur
Aufnahme der mit Hochdruck einzugebenden Suspension; dabei nimmt das äußere
Rohr die Hochdruckdüse auf. Endlosschnecke und das Doppelgestänge mit
Hochdrucksuspension sind koaxial gesondert verfahrbar und gesondert mit
Drehmoment beaufschlagbar. In Variante hierzu kann zusätzlich zwischen dem
Zweifachgestänge und der Endlosschnecke ein zusätzliches, einfaches Rohr angeordnet
sein; dieses ist dann ebenfall gesondert koaxial verfahrbar.The implement consists of a double rod; two tubes are coaxial
pushed into each other and at the lower end of the annular space that forms
locked. The interior of the innermost tube takes a so-called
Endless screw on; the annular space between the outer and inner tube is used for
Absorption of the suspension to be entered at high pressure; the outer takes
Pipe up the high pressure nozzle. Endless screw and the double rod with
High-pressure suspensions can be moved separately and separately with coaxial
Torque applied. As a variant, you can also choose between the
Double rod and the endless screw an additional, simple pipe arranged
his; this can then also be moved separately coaxially.
Entgegen dem konventionellen Verfahren, bei dem zuerst die Endtiefe von
Hochdruckdüse mittels Spülbohrung erbohrt wird, und dann sozusagen "Gestänge
ziehend" der Düsvorgang betrieben wird, wird beim hiermit angemeldeten Verfahren
beginnend von der OK Gelände bzw. von der gewünschten Oberkante des zu
erzielenden Injektionskörpers mit dem Düsvorgang begonnen. Dies geschieht jedoch
unter der Voraussetzung, daß die vorhandene Endlosschnecke ein Teilstück dem
Düsgestänge vorausbohrt und damit sozusagen teilweise dem Boden im Bereich vor
der Düsstrecke Material entnimmt und den Boden damit auflockert. Diese Auflockerung
geschieht im Bereich des Bodens in Abhängigkeit von den Bodenparametern,
vornehmlich Reibungswinkel, Lagerungsdichte und der Vorlaufstrecke der
Endlosschnecke. Unmittelbar nachlaufend im Zuge des Abbohrens des Arbeitsgerätes
in diesen aufgelockerten Bodenbereich trifft nun der Hochdruckstrahl aus Suspension.
Dabei ist der Bodenentzug der Endlosschnecke, durch die Parameter der
Endlosschnecke, wie Umdrehungsgeschwindigkeit, Wendelausbildung und Steigung
der Wendel exakt auf die durch die mittels Hochdruckdüse einzubringende
Suspensionsmenge abgestimmt; genauer gesagt, wird durch die Endlosschnecke das
zusätzliche durch die Hochdruckdüse eingebrachte Volumen an Injektionsmenge
unmittelbar vor Einbringen dieser entnommen, so daß ein Ausgleich der Volumina
erfolgen kann. Selbstverständlich wird der Druck im Bohrloch, konkret im Bereich der
Hochdruckdüse, beim Einbringen der Suspension mittels Druckmessvorrichtung
gemessen, so daß gegebenenfalls ein weiterer Bodenentzug durch die Endlosschnecke z. B.
mittels höher Umdrehungsgeschwindigkeit oder auch durch mehr Vorlauf erfolgen
kann; zudem besteht die Möglichkeit des Druckausgleiches über den
Bohrlochringraum, der von Beginn an entstehen kann und aufrechterhalten wird. In
weiterer Variante besteht die Möglichkeit zusätzlich, bei Vorhandensein von
Grundwasser im Boden über das unten offene Ende des Seelrohres der Bohrschnecke
Grundwasser in dem Umfang der einzubringenden Suspension zu entnehmen und so
für einen Volumenausgleich zu sorgen. Dies kann zusätzlich oder gesondert erfolgen
und wird mittels entsprechendem Sieb bzw. Filtermaterial an der Öffnung des
Seelrohres und z. B. mittels Vakuumpumpe sichergestellt. Dadurch, daß der Düsstrahl
in einen Boden, der bereichsweise mittels Förderung gelockert wurde, trifft bzw. "düst",
dürfte sowohl die Effizienz des Düsstrahles ebenfalls gesteigert werden, als auch der
Anfall der Überschußsuspension deutlich verringert werden.Contrary to the conventional method, in which the final depth of
High pressure nozzle is drilled using a flushing hole, and then, so to speak, "linkage
pulling "the nozzle process is operated in the process hereby registered
starting from the OK area or from the desired upper edge of the
achieved injection body started with the nozzle process. However, this happens
provided that the existing endless screw part of the
Nozzle rods pre-drilled and, so to speak, partially in front of the floor in the area
takes material from the nozzle section and loosens the floor. This loosening up
happens in the area of the soil depending on the soil parameters,
primarily friction angle, bearing density and the lead distance of the
Endless screw. Immediately following in the course of drilling the implement
The high-pressure jet from suspension now hits this loosened floor area.
Here, the bottom extraction of the endless screw is determined by the parameters of the
Endless screw, such as rotation speed, helix formation and pitch
the helix exactly to that through the high pressure nozzle
Suspension quantity coordinated; more precisely, the endless screw will
additional volume of injection quantity introduced by the high pressure nozzle
removed immediately before introduction, so that a balance of the volumes
can be done. Of course, the pressure in the borehole, specifically in the area of
High pressure nozzle, when introducing the suspension using a pressure measuring device
measured so that, if necessary, a further removal of the soil by the endless screw z. B.
by means of a higher rotational speed or also by more advance
can; there is also the possibility of pressure equalization via the
Borehole annulus that can arise and is maintained from the start. In
Another variant, there is the possibility, in the presence of
Groundwater in the ground via the open end of the auger tube
To take groundwater to the extent of the suspension to be introduced and so
to ensure a volume balance. This can be done in addition or separately
and is by means of a suitable sieve or filter material at the opening of the
Seelrohres and z. B. ensured by means of a vacuum pump. Because the jet
in a soil that has been loosened in some areas by means of funding, "blues",
Both the efficiency of the jet jet should also be increased as well
Incident of the excess suspension can be significantly reduced.
Zusammenfassend ist die Funktionalität von Arbeitsgerät und Verfahren im Folgenden
beschrieben:
Das Arbeitsgerät schafft durch das Zusammenwirken der einzelnen Elemente,
Förderung von Bodenmaterial in bestimmten Umfang durch Endlosschnecke,
Einbringen einer bestimmten Menge von Suspension durch Düse mittels Druck bzw.
Hochdruck in einem definierten Volumen an anstehendem Boden die Voraussetzung
zum effizienten Eindringen des Suspensionsstrahls in den anstehenden Boden und
damit die Voraussetzung zur leichteren Umlagerung von Boden mittels Suspension und
damit letztendlich zum effizienten Entstehen eines Erdbetons bzw. eines
Hochdruckinjektionskörpers aus einem Gemisch von Boden und Suspension (BS,
vornehmlich eine der Verfestigung dienende Suspension, z. B. Wasser/Zement-
Suspension). Wesentlich dabei ist, daß der Düsstrahl dabei in einen durch die
Endlosschnecke (S) aufgelockerten Boden trifft, dabei sozusagen ein Druckkissen (p)
aus diesem Hochdruckstrahl bzw. Düsstrahl im Boden entsteht, dieses wiederum, bzw.
der am Rand des Druckkissens entstehende Druck (p) den Bereich oberhalb des
Düsstrahles (DS), bestehend bereits aus einer Mischung von Boden mit Suspension
(BS), stützt, und gleichzeitig auf den Bereich unterhalb des Druckkissens Druck auf den
Erdkeil (E) hin zur vorauslaufenden Endlosschnecke (S) ausübt. Dadurch kann Boden
räumlich im Umfang der Zugabemenge mittels Düsstrahl durch die sich mit
entsprechenden Parametern drehende und mit entsprechenden Eigenschaften in Bezug
auf Steigung, Größe und Art der Wendel (W) ausgestattete, rohrgeführte
Endlosschnecke (S) gezielt in gewünschter Menge (V-) entnommen werden. Der
entnommene Boden soll bei Einhaltung der optimalen Parameter frei von Suspension
sein.In summary, the functionality of the implement and method is described below:
Through the interaction of the individual elements, the conveyance of soil material to a certain extent by an endless screw, the introduction of a certain amount of suspension through the nozzle by means of pressure or high pressure in a defined volume of the soil in question creates the conditions for the efficient penetration of the suspension jet into the soil and thus the prerequisite for easier repositioning of soil by means of a suspension and thus ultimately for the efficient formation of an earth concrete or a high-pressure injection body from a mixture of soil and suspension (BS, primarily a suspension used for consolidation, e.g. water / cement suspension) , It is essential that the jet stream hits a soil loosened up by the endless screw (S), so to speak a pressure cushion (p) is created in the soil from this high-pressure jet or jet stream, which in turn, or the pressure generated at the edge of the pressure pad ( p) supports the area above the jet (DS), which already consists of a mixture of soil with suspension (BS), and at the same time exerts pressure on the wedge (E) towards the leading endless screw (S) on the area below the pressure pad. In this way, soil can be removed in the desired amount (V-) spatially within the scope of the addition quantity by means of a nozzle jet by means of the pipe-guided endless screw (S) which rotates with the appropriate parameters and has the appropriate properties with regard to pitch, size and type of helix (W) become. The removed soil should be free of suspension if the optimal parameters are observed.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Zeichnung 1Drawing 1
Systemskizze des Arbeitsgerätes, Verfahren und Wirkungsweise
(Variante Doppelgestänge und Endlosschnecke).System sketch of the implement, procedure and mode of operation
(Variant double rod and endless screw).
Zeichnung 2Drawing 2
Systemskizze des Arbeitsgerätes und Verfahren bei Ausbildung
gemäß Variante 2 (zusätzliches Rohr zu Variante 1).System sketch of the working device and procedure during training
according to variant 2 (additional pipe to variant 1).