DE102006005242A1

DE102006005242A1 - Rüttleranordnung und Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden

Info

Publication number: DE102006005242A1
Application number: DE102006005242A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr. Irvine Degen; Alexander Degen
Original assignee: Vibroflotation BV
Current assignee: Vibroflotation BV
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-16
Also published as: CA2640720C; US20090317188A1; CA2640720A1; RU2008135689A; EP1979545A1; AU2007213993A1; WO2007090566A1; RU2446254C2; US8746956B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rüttleranordnung (1) zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, die einen langgestreckten Rüttelkörper (2) mit einer einen Umfang aufweisenden Mantelfläche und wenigstens eine sich wenigstens teilweise um den Umfang des Rüttelkörpers (2) erstreckende Ausragung (3) aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Materialsäule im Boden unter Verwendung einer solchen Rüttleranordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rüttleranordnung und ein verfahren zur Herstellung von Materialsäulen, welche zur Verbesserung der Bodeneigenschaften von Baugrund in den Boden eingebracht werden.

Zwei grundlegende Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden sind seit langem bekannt. Bei der Methode der "Nassen Stopfverdichtung" wird nach dem Herstellen eines säulenförmigen Loches Spülwasser in das Loch abgegeben. Durch schnelles Auf- und Abbewegen eines Rüttlers entsteht in Kombination mit der Wasserspülung eine Strömung, welche das Bodenmaterial derart erodiert, dass ein Ringraum zwischen dem Tiefenrüttler und dem angrenzenden Bodenbereich entsteht, wodurch ein Transport von Kies, Recyclingbeton, Sand oder ähnlichem granularen Schüttgut entlang des Tiefenrüttlers in das Loch hinein ermöglicht wird. Neben der erodierenden Wirkung hat das Wasser noch weitere wichtige Funktionen, nämlich die Stabilisierung der Lochwandung gegen eine durch den Druck des Grundwassers verursachte Kollabierung der Wandung und das Verhindern einer Verkeilung von Kies zwischen der Lochwandung und dem Tiefenrüttler. Das nach oben strömende Wasser bricht diese durch Verkeilung gebildeten "Brücken" auf und gewährleistet so einen Transport des Kieses in die Tiefe bis an das untere Ende des Rüttlers, wo dieser zu einer sogenannten "Stopfsäule" verstopft wird. Problematisch bei diesem Verfahren ist vor allem die Entsorgung des sehr schlammigen Spülwassers, was unter anderem hohe Kosten verursacht, des weiteren die Auswaschung von eventuell vorhandener Kontamination aus dem Boden an die Oberfläche.

Bei einem zweiten Verfahren, dem Verfahren der "Trockenen Stopfverdichtung" wird ein Materialförderrohr seitlich entlang eines Rüttlers befestigt, über das Material an das untere Ende des Tiefenrüttlers transportiert wird. Nachteilig gegenüber der nassen Stopfverdichtung sind die geringere Förderleistung (Volumen pro Zeit) an Kies und die höheren Kosten für die aufwendigeren Vorrichtungen.

Bei beiden Verfahren geschieht der Materialtransport zum unteren Ende des Rüttlers allein durch die auf das Material wirkende Schwerkraft. Ohne Spülwasser oder ohne Förderrohr ist die Kiesförderung in Bodenschichten unterhalb des Grundwasserspiegels nicht möglich. Zur Beschleunigung des Transportes oder wenn der Materialtransport zum Erliegen gekommen ist, bleibt nur die Vergrößerung des Ringraumes, was in den meisten Fällen jedoch unerwünscht ist, weil dies eine unnötige Auswaschung von Boden und einen erhöhten Bedarf an Spülwasser zur Folge hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Stopfsäulen zur Verfügung zu stellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik kein, oder nur ein geringerer Bedarf an Spülwasser besteht und auch kein Förderrohr notwendig ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Rüttleranordnung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Rüttleranordnung umfasst einen langgestreckten Rüttelkörper mit einer einen Umfang aufweisenden Mantelfläche. An diesem Umfang ist eine Ausragung angeordnet, die sich in einer seitlichen Richtung von dem Rüttelkörper weg und wenigstens abschnittsweise um den Umfang erstreckt.

Bei Einsatz einer solchen Rüttelanordnung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden wird nach Herstellen eines Loches, nach Abteufen der Rüttelanordnung in das Loch und nach dem Einbringen von Material, der Materialtransport zum unteren Ende des Tiefenrüttlers nicht allein durch die Schwerkraft bewirkt. Dieser Materialtransport wird bei einem Auf- und Ab-Bewegen der Rüttelanordnung zusätzlich die Ausragung unterstützt, die als mechanische Transportvorrichtung, ähnlich einer Schaufel wirkt. Diese sich wenigstens abschnittsweise um den Umfang erstreckende und in seitlicher Richtung abstehende Ausragung drückt bei einer Abwärtsbewegung des Rüttelkörpers ein in einem Ringraum unterhalb der Ausragung befindliches Material weiter in die Tiefe in Richtung des unteren Endes des Rüttelkörpers, wo es zu einer Stopfsäule verdichtet wird.

Bei einer anschließenden Aufwärtsbewegung wird das Material wegen der konischen Form der Ausragung jedoch nicht wieder nach oben befördert, sondern seitlich in den Boden verdrängt, um bei einer weiteren Abwärtsbewegung von der Ausragung wieder erfasst und bis in die Tiefe der Säulenerstellung transportiert zu werden.

Die Ausragung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie unter einem spitzen Winkel in die zu einem unteren Ende des Rüttelkörpers weisende Richtung breiter wird. Die Geometrie dieser Ausragung kann dabei der Geometrie eines Kegelstumpfs oder eines Pyramidenstumpfs entsprechen. Darüber hinaus kann die Ausragung mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Segmente aufweisen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung können auch mehrere Ausragungen entlang der Längsrichtung des Rüttelkörpers angeordnet sein.

Bei einer weiteren Ausführung sind die Ausragungen entlang der Längsrichtung des Rüttelkörpers beweglich.

Außerdem können die Ausragung oder einzelne Segmente der Ausragung in Richtung der Mantelfläche des Rüttelkörpers einklappbar oder in den Rüttelkörper einfahrbar ausgeführt.

Die Rüttelanordnung kann insbesondere als Tiefenrüttler mit einem im dem Rüttelkörper angeordneten Exzenter oder auch als Aufsatzrüttler mit einem an einem oberen Ende des Rüttelkörpers angeordneten Exzenter ausgebildet sein.

Durch die von der Ausragung bewirkte mechanische Unterstützung des Materialtransportes wird der Materialfluss pro Zeiteinheit um über 50 Prozent erhöht und die notwendige Spülwassermenge zumindest halbiert. Anstelle von Wasser kann hierbei auch Luft oder ein anderes in den Ringraum eingeblasenes Gas zum "Spülen" verwendet werden. In einigen Böden kann auf das Wasser oder gasförmige Spülmedium sogar ganz verzichtet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Rüttleranordnung mit einem Rüttelkörper und einer Ausragung.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Rüttleranordnung mit einem Rüttelkörper, bei dem die Ausragung am unteren Ende des Rüttelkörpers angeordnet ist.

3A–C zeigen unterschiedliche Realisierungsformen der Ausragungen.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

1 zeigt in Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rüttleranordnung 1. Diese umfasst einen langgestreckten Rüttelkörper 2, der eine Mantelfläche 22 mit einem Umfang sowie ein unteres Ende 21 und ein nicht näher dargestelltes oberes Ende aufweist. Entlang des Umfangs der Mantelfläche 22 ist eine Ausragung 3 angeordnet, die in seitlicher bzw. radialer Richtung von dem Rüttelkörper 2 absteht. Diese Ausragung 3 verbreitert sich in Richtung des unteren Endes 21, d.h. die Ausragung steht in Richtung des unteren Endes 21 zunehmend von der Mantelfläche 22 des Rüttelkörpers 2 ab.

Die Ausragung kann sich bezugnehmend auf 1 ringförmig um den Umfang des Rüttelkörpers 2 erstrecken. Der Rüttelkörper 2 kann insbesondere zylinderförmig ausgestaltet sein und damit einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Rüttelkörper kann jedoch auch einen beliebigen anderen Querschnitt, insbesondere einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.

Die Ausragung 3 besitzt beispielsweise die Geometrie eines von dem Rüttelkörper durchdrungenen Kegelstumpfs oder Pyramidenstumpfs.

In dem dargestellten Beispiel steht eine in Richtung des unteren Endes des Rüttelkörpers gewandte Unterseite 32 der Ausragung annähernd rechtwinkelig vom Rüttelkörper 2 ab, während sich eine Oberseite 31 der Ausragung mit zunehmenden Abstand vom unteren Ende 21 des Rüttelkörpers verjüngt, sodass die Ausragung 3 in dem Beispiel die Form eines von dem Rüttelkörper durchdrungenen Kegelstumpfes aufweist.

Die Ausragung 3 kann an einer beliebigen Längsposition des Rüttelkörpers 2 angeordnet sein. Bei dem Beispiel in 1 ist diese Ausragung beabstandet zu dem unteren Ende 21 des Rüttelkörpers 2 angeordnet.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten dadurch, dass die Ausragung 3 am unteren Ende 21 des Rüttelkörpers angeordnet ist.

Die Rüttelanordnung kann beispielsweise als Tiefenrüttler oder als Aufsatzrüttler realisiert sein. Bei einem Tiefenrüttler ist ein Rüttelbewegungen erzeugender Exzenter (nicht dargestellt) in dem Rüttelkörper 2 angeordnet. Bei einem Aufsatzrüttler ist der Exzenter (nicht dargestellt) oberhalb des oberen Endes des Rüttelkörpers 2 angeordnet.

Ausführungsbeispiele der Ausragung 3 werden nachfolgend anhand von 3 erläutert.

Bei dem in 3A dargestellten Beispiel verläuft die Oberseite 31 der Ausragung 3 konisch in einem spitzen Winkel zur Längsrichtung des langgestreckten Rüttelkörpers 2, die Unterseite 32 hingegen unter einem annähernd rechten Winkel gegenüber der Längsrichtung. Die Ausragung 3 ist dabei als Vollkörper ausgebildet.

3B zeigt eine Ausführungsform einer segmentierten Ausragung 3 mit mehreren in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten Segmenten 40, 41, 42, 43. Diese Ausführungsform ermöglicht ein Einklappen der Ausragung 3 zum Rüttelkörper 2 oder ein Einfahren der Ausragung 3 in den Rüttelkörper 2.

Die in 3C gezeigte Ausführungsform der Ausragung 3 unterschiedet sich von der Ausführungsform in 3A dadurch, dass die Unterseite 32 der Ausragung ebenfalls einen konischen, sich verjüngenden Verlauf aufweist, wodurch die erwähnte Schaufelwirkung der Ausragung 3 verbessert werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Materialsäule im Boden 5 wird zuerst ein säulenförmiges Loch hergestellt. Ein derartiges Loch hat typischerweise einen Durchmesser von ca. 50 cm bis 100 cm. Der verwendete erfindungsgemäße Rüttelkörper 2 hat typischerweise Außenabmessungen von ca. 30 cm bis 50 cm.

Nach dem Abteufen des Rüttlers 1 auf eine Solltiefe wird Kies, Recyclingbeton, Sand oder ähnliches granulares Material in einen Ringraum 4 zwischen der Mantelfläche 22 des Rüttelkörpers 2 und dem umgebenden Boden eingebracht und optional auch Spülwasser oder ein anderes gasförmiges "Spülmedium", insbesondere Luft, zugeführt. Der Tiefenrüttler 1 wird dann regelmäßig derart auf- und abbewegt, dass das unter dem Rüttelkörper 2 befindliche Material zu einer Stopfsäule komprimiert wird.

Dabei wird bei einer Abwärtsbewegung des Rüttelkörpers das im Ringraum 4 befindliche Material von der Ausragung 3 erfasst und in Richtung des unteren Endes des Rüttelkörpers 2 transportiert. Dabei werden eventuell vorhandene Verkeilungen von Material im Ringraum 4 zwischen Rüttelkörper 2 und Boden 5 aufgebrochen. Bei der Aufwärtsbewegung sorgt der schräge Verlauf der Oberseite 31 der Ausragung dafür, dass das Material seitlich verdrängt und nicht wieder nach oben transportiert wird. Bei einer einklappbaren oder einfahrbaren Ausragung kann diese bei der Aufwärtsbewegung eingeklappt/eingefahren werden.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Ausragung in Längsrichtung beweglich an dem Rüttelkörper anzuordnen, um nur durch eine Auf- und Ab-Bewegung der Aussparung 3 einen Materialtransport bzw. eine Materialverdichtung zu erreichen.

1: Tiefenrüttler
2: Rüttelkörper
21: unteres Ende des Rüttelkörpers
22: Mantelfläche des Rüttelkörpers
3: Ausragung
31: Oberseite der Ausragung
32: Unterseite der Ausragung
4: Ringraum
40: Segment der Ausragung
41: Segment der Ausragung
42: Segment der Ausragung
43: Segment der Ausragung
5: Boden

Claims

Rüttleranordnung (1) zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, die – einen langgestreckten Rüttelkörper (2) mit einer einen Umfang aufweisenden Mantelfläche und – wenigstens eine sich wenigstens teilweise um den Umfang des Rüttelkörpers (2) erstreckende Ausragung (3) aufweist.
Rüttleranordnung nach Patentanspruch 1, bei dem der Rüttelkörper (2) ein unteres Ende (21) aufweist und bei dem ein Umfang der Ausragung in Richtung des unteren Endes (21) des Rüttelkörpers zunimmt.
Rüttleranordnung nach Patentanspruch 2, bei dem die Ausragung (3) die Form eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes besitzt.
Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüchen, bei dem entlang einer Längsrichtung des Rüttelkörpers (2) mehrere Ausragungen (3) angeordnet sind.
Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, bei dem die Ausragung (3) am unteren Ende (21) des Rüttelkörpers (2) angeordnet ist.
Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, bei dem die Ausragung (3) beweglich entlang der Längsrichtung des Rüttelkörpers (2) ausgeführt ist.
Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei die wenigstens eine Ausragung (3) zumindest teilweise einklappbar oder in den Rüttelkörper (2) einfahrbar ist.
Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei die Ausragung (3) in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten aufgebaut ist.
Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, welches folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Rüttleranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, – Herstellen eines säulenförmigen Loches, – Abteufen der Rüttleranordnung (1), – Einbringen von Material in einen Ringraum (4) zwischen dem Rüttelkörper (2) und dem den Rüttelkörper umgebenden Bodenbereich (5) entsteht, – regelmäßiges Absenken und Anheben des Rüttelkörpers (2), derart, dass das unter dem Rüttelkörper (2) befindliche Material in Richtung des unteren Endes (21) des Rüttelkörpers (2) transportiert und das Material komprimiert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei der Ringraum (4) zusätzlich mit einer Flüssigkeit gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem zusätzlich Luft in den Ringraum eingeblasen wird.