DE102005059824B3 - Verfahren zur Herstellung von Schlitzen in standfesten Böden - Google Patents

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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/13Foundation slots or slits; Implements for making these slots or slits
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt die Herstellung von Schlitzen in standfesten, felsartigen Böden, bei denen auf die Verwendung von Stützsuspensionen oder Fördersuspensionen verzichtet werden muss. Dabei wird das Drehbohrverfahren mit einem Fräsverfahren kombiniert.

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, bei dem in standfesten Böden durchgehende Schlitzwände hergestellt werden können, ohne dass dabei Stützsuspensionen oder Suspensionen zum Fördern des gelösten Bodens zum Einsatz kommen.
  • Durchgehende Wände im Erdreich können nach unterschiedlichsten Techniken hergestellt werden.
  • Die durchgehenden Wände können dabei aus überschnittenen oder tangierenden Bohrpfählen bestehen oder aus Wänden, die nach dem Schlitzwandverfahren hergestellt werden.
  • Beim Schlitzwandverfahren gibt es das Greiferverfahren und das Fräsverfahren.
  • Im Greiferverfahren in wenig festen und nicht standfesten Böden werden zumeist Stützsuspensionen verwendet.
  • Stehen festere Böden oder insbesondere Fels an, so werden bevorzugt Schlitzwandfräsen verwendet. Unter Suspensionsstützung wird durch Fräsräder, die mit Zähnen besetzt sind, der Fels zerkleinert, abgesaugt und im Förderstrom einer Suspension nach oben gefördert.
  • Solche Schlitzwandfräsen sind beispielsweise in der Patentanmeldung EP 1452645 beschrieben. Diese Schlitzwandfräsen sind mit mindestens zwei Fräsrädern versehen, die mit festen oder beweglich angeordneten Zähnen oder Rollenmeißeln versehen sind.
  • Der Einsatz solcher Bohr- oder Stützsuspensionen ist mit erheblichem technischen Aufwand und diversen Umweltproblematiken verbunden.
  • Stützsuspensionen sind nur aufwendig zu regenerieren und es ist schwierig, sie wieder in trockenen und kleinvolumigen Zustand zurückzuführen. Dies wäre wünschenswert, da die Entsorgungskosten für Bentonitsuspensionen sehr hoch sind.
  • Zudem bringen die Stützsuspensionen ein beachtliches Sicherheitsrisiko mit sich, da die Schlitze besonders gesichert werden müssen und eine erhöhte Gefahr für das Ausrutschen des Baustellenpersonals besteht.
  • Stellt man solche Wände im Boden oder Fels aus überschnittenen Bohrpfählen her, so besteht hier die Problematik, dass die überschnittenen Bohrpfähle in ihrer Vertikalität abweichen können und zwischen den Bohrpfählen Lücken und somit Undichtigkeiten entstehen. Dieser Gefahr kann man nur dadurch begegnen, dass man eine große Überschneidung der Bohrpfähle wählt.
  • Das hat wiederum den Nachteil, dass bei jedem Einschneiden ein großer Anteil des bereits hergestellten Pfahles wieder ausgebohrt wird, d. h. es entsteht ein großer Materialverlust.
  • Das Problem einer großflächigen Überschneidung bei überschnittenen Bohrpfahlwänden ist auch insbesondere dann gegeben, wenn eine gewisse Mindestdicke der Wand über die gesamte Fläche gefordert ist.
  • In diesen Fällen wird aufgrund des geringen Achsabstandes eine überschnittene Bohrpfahlwand sehr schnell unwirtschaftlich.
  • Neben diesen genannten Nachteilen gibt es auch besondere Anforderungen an die Schlitzwandherstelltechnik.
  • Wird beispielsweise der Schlitz dazu verwendet, dass er zum Einbau von Filtermaterialien genutzt werden soll oder zum Einbau von Reaktivstoffen, mit denen beispielsweise das Grundwasser gereinigt werden kann, so ist die Herstellung dieser Schlitze mit suspensionsgestützten Techniken nicht sinnvoll.
  • Durch den Einsatz einer Stützsuspension würden die Poren des umgebenden Bodens verstopft und ein späterer Zutritt von Sickerwässern in solche Schlitze mit drainierender Wirkung ist nicht sichergestellt.
  • Solche Anforderungen schließen den Einsatz von Stützsuspensionen somit aus.
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, in standfesten und felsartigen Böden auf wirtschaftliche Weise eine Schlitzwand zu ermöglichen, welche eine garantierte Wandstärke aufweist und wirtschaftlich hergestellt werden kann. Zudem soll mit dem Verfahren auf den Einsatz von Stütz- oder Spülsuspensionen verzichtet werden können.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt nach den Merkmalen der Hauptansprüche.
  • Die Erfindung wird an den 1 bis 3 näher erläutert.
  • 1 zeigt die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schlitzwand.
  • 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch das Erdreich im Bereich eines Schlitzes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Zwischenbauzustand.
  • 3 zeigt eine Fräse mit unterschiedlichen Zentriervorrichtungen.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schlitzwand in standfesten Böden, wie z. B. bindigen Böden oder dicht gelagerten, verbackenen, rolligen Böden oder im massiven oder verwitterten Fels, wie z. B. Sandstein, Kalkstein, Granit oder Gneis usw., werden in einem ersten Arbeitsschritt vertikale und kreisförmige Bohrungen 1, 2, n hergestellt, die in einem lichten Abstand 3 zueinander angeordnet sind.
  • Diese Bohrungen reichen bevorzugterweise bis auf die gewünschte Endtiefe 7. Sie können in einem Zug bis zur Endtiefe, aber auch in mehreren Tiefenabschnitten hergestellt werden.
  • Je nach Festigkeit des Bodens oder Felses werden diese Bohrungen mit Greiferverfahren oder im Drehbohrverfahren nach dem Stand der Technik hergestellt.
  • Beim Drehbohrverfahren erfolgt der Aushub und das Lösen des Bodenmaterials mit Bohrwerkzeugen, die an Bohrstangen oder Kellystangen befestigt sind, oder über Endlosschnecken.
  • Das gelöste Bodenmaterial wird entweder mit Schnecken oder mit Bohreimern nach oben gefördert.
  • Lösen und Auflockern des Bodens erfolgt durch unterschiedliche Zahnbesätze am Werkzeug nach dem Stand der Technik.
  • Bei Fels, wie Sandstein, Granit oder Gneis, oder auch verwitterten Felsformationen, werden auch rollenmeißelbesetzte Werkzeuge verwendet. Dabei wird der Fels zerkleinert und anschließend durch Bohreimer gefördert oder durch Kernbohrrohre werden Bohrkerne gewonnen, die im Stück geborgen werden.
  • Wenn zwei benachbarte Bohrungen 1, 2 zumindest teilweise abgeteuft sind, wird der dazwischen stehende Boden oder Felsstock 4 mit einer Schlitzwandfräse 9 bearbeitet.
  • Bevorzugter Weise werden solche Fräsen an Stangen 11 befestigt, die eine gute Steuerung der Fräse in vertikaler als auch horizontaler Richtung ermöglichen.
  • Zudem kann über die Stange 11 ein hoher Anpressdruck auf den zu lösenden Boden oder Fels ausgeübt werden. Über die Zähne der Fräsräder 5, 6 wird der Boden in die leeren Bohrungen 1, 2 gefördert.
  • Dabei fällt das gelöste Material 8 in die der Fräse voreilenden Hohlräume der Bohrungen 1 und 2.
  • Bevorzugter Weise wird dabei eine Drehrichtung 5' und 6' gewählt, bei der der gelöste Boden möglichst geringe Wege in die Bohrungen zurücklegen muss.
  • Der Bohrfortschritt kann durch Wechsel der Drehrichtungen beschleunigt werden.
  • Sind die Bohrungen mit gelöstem Material 8 gefüllt werden sie mit Schneckenbohrern oder Bohreimern geleert.
  • Zur Verschleißreduzierung des Zahnbesatzes der Fräsräder kann eine Kühlflüssigkeit oder ein kühlendes Gas über die Fräse 9 zugegeben werden.
  • Bevorzugter Weise ist der lichte Abstand 3 zwischen den Bohrungen 1, 2 kleiner als die Breite 10 der Fräse 9.
  • Bei geeigneter Abstimmung des Bohrdurchmessers der Bohrungen mit der Geometrie des Fräskörpers und der Tiefe der Einschneidung in die Bohrung kann es auch ausreichen, dass die Bohrungen 1, 2 erst dann vom Bohrgut 8 befreit werden, wenn die Fräse 9 auf Endtiefe 7 angekommen ist.
  • Um zu verhindern, dass die Fräse seitlich in eine der Bohrungen abweicht, ist in der Fräse 9 oder in der Führungsstange 11 der Fräse eine Neigungsmessvorrichtung angeordnet.
  • Einer seitlichen Abweichung kann durch unterschiedliche Drehgeschwindigkeit der Fräsräder gegengesteuert werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Fräse mit einer Führungs- oder Zentriervorrichtung ausgestattet. Bevorzugter Weise ist die Führung am unteren Teil der Fräse 9 angeordnet. Dazu sind besonders die Frässchilder geeignet, an denen die Fräsräder 5, 6 befestigt sind.
  • 3 zeigt eine erfindungsgemäße Fräse 9 mit einer Führung 13, welche in den Freiraum der Bohrungen 1, 2 hineinragt und die Fräse 9 entlang des noch stehenden Bodenstockes 4 führt. Der Abstand der Führung 13 kann entsprechend der Breite 3 des Bodenstockes 4 angepasst werden und die Führung 13 eilt den Fräsrädern voraus.
  • Eine zusätzliche Ausgestaltung der Führung am Bodenstock ist in 3 dargestellt. Hierbei wird die Fräse 9 über Kufen 14 geführt, welche die Fräse gegenüber den Bohrlochwandungen der Bohrungen, 1, 2, n abstützen und zentrieren.
  • Die Entfernung dieser Kufen 14 von der Fräse 9 kann feststehend oder einstellbar sein. Zum Verstellen kommen Hydraulikzylinder 15, Zahnstangen oder weitere Verstelleinrichtungen nach dem Stand der Technik zur Anwendung.
  • Bei der Wahl der Abstände der Bohrungen empfiehlt es sich, den Auflockerungsgrad des gelösten Bodens oder Felsens zu berücksichtigen. Wenn die Bohrungen 1, 2, n sowie die Schlitze 12 zwischen den Bohrungen frei von Boden- oder Felsmaterial sind, werden in den Schlitz die gewünschten Füllmaterialien eingebracht.
  • Diese Füllmaterialien können beispielsweise Filterkiese und Filtersande sein oder ein Einkornbeton.
  • Sollen in den Bodenschlitzen die gesammelten Grundwässer einer Reinigung oder chemischen Behandlung zugeführt werden, so können diese Füllstoffe auch Reaktivstoffe, wie Aktivkohle, Metallkugeln oder sonstige physikalisch oder chemisch wirkende Stoffe sein.
  • In bevorzugten Ausführungsvarianten sind solche Schlitzwände auch mit unterschiedlichen Materialien gefüllt, die schichten- oder lagenweise eingebracht werden und ggf. durch besondere Trennschichten voneinander getrennt werden.
  • Andere eingebrachte Materialien können auch Dichtwandmassen oder Abdichtungsmittel sein, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind, wie z. B. Gemische aus Wasser, Bentonit und Bindemitteln. Diese Abdichtungsmassen können aus nicht erhärtenden oder selbsterhärtenden Stoffen bestehen.
  • Es können Bindemittelsuspensionen sein und unterschiedliche Betone oder Mörtel nach dem Stand der Technik.
  • Die eingebrachten Filtermaterialen können auch aus dem vorher gebrochenen Bodenmaterial oder Fels bestehen, der an der Erdoberfläche vor dem Einbau homogenisiert wurde.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist eine wirtschaftliche Technik, wenn in harten und standfesten Böden ohne Einsatz von Stützflüssigkeiten durchgehende Schlitze mit gleichmäßiger Dicke hergestellt werden müssen.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung von Schlitzen in standfesten Böden, wobei diese im Wesentlichen ohne Suspensionstützung oder Spülungszugabe erfolgt, bei dem mindestens zwei leere Bohrungen (1, 2, n) im lichten Abstand (3) hergestellt werden, die zumindest bis zu einem Teil der Schlitzwandendtiefe (7) reichen, und dies durch Greifertechnik und/oder Drehbohrverfahren, wie Kelly-Bohrtechnik, oder durchgehende Schnecken, erfolgt, bei dem danach zwischen den leeren Bohrungen (1, 2, n) mit einer Schlitzwandfräse (9) mit mindestens zwei Fräsrädern (5, 6), die vertikal angeordnet sind und mit Zähnen und/oder Rollenmeißeln besetzt sind, der Bodenstock (4) durch Drehen der Fräsräder gelöst und in die Bohrungen (1, 2, n) gefördert wird und bei dem spätestens nach Erreichen der Schlitzwandendtiefe (7) das gelöste Material (8) des Bodenstockes (4) durch Werkzeuge, wie z. B. Greifer, Bohreimer, Schnecken, entfernt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die lichten Abstände (3) der Bohrungen (1, 2, n) kleiner sind als die Breite (10) der Schlitzwandfräse.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsräder (5, 6) in Richtungen (5', 6') drehen, bei denen der gelöste Boden möglichst geringe Wege in die Bohrungen zurücklegen muss.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnbesatz der Fräsräder (5, 6) mit gasförmigen oder flüssigen Medien gekühlt wird.
  5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass an der Fräse (9) seitlich Führungen (13) so befestigt sind, dass sie in den Freiraum der Bohrungen (1, 2) hineinragen und die Fräse (9) entlang des noch stehenden Bodenstockes (4) führen und zentrieren.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Fräse (9) Kufen (14) besitzt, welche die Fräse in den Bohrungen (1, 2) führen und zentrieren.
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