DE102008056261B4

DE102008056261B4 - Ventilzentrierung

Info

Publication number: DE102008056261B4
Application number: DE200810056261
Authority: DE
Inventors: Roland Mewes
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: DE102008056261A1

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von Injektionskörpern im Boden mit einem zentrierten Injektionsventil, das aus einem Ventilkörper (1) mit Austrittsöffnungen (10) sowie einer diese umschließenden Manschette (11) besteht und in einem erhärtenden Mantelkörper eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilkörper (1) ein Zentrierelement (3) angeordnet ist, welches Flächen besitzt, die sich quer zur Bohrachse (12) erstrecken und dessen Abmessungen so gewählt sind, dass sie im Inneren des Mantelkörperquerschnitts zu liegen kommen und diese Flächen eine quer zu Bohrachse (12) liegende Trennfläche (23) im Mantelkörper (7) ausbilden, wodurch das Zentrierelement auch als Sollbruchstelle im erhärteten Mantelkörper wirkt.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit der die Qualität von Injektionskörpern im Boden verbessert werden kann.
Injektionen im Boden oder Baugrund haben unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen. Zum einen kann die Druckfestigkeit des Baugrundes erhöht werden, was z. B. bei der Unterfangung von Gebäuden notwendig wird. Eine weitere Anwendung besteht darin, dass die Dichtigkeit des Bodens erhöht wird, in dem man die Poren im Boden mit einem gelierenden oder erhärtenden Medium auffüllt. Die Injektion erfolgt entweder über einzelne Ventile, die am Ende einer Leitung oder Lanze liegen, oder über Manschettenrohre, bei denen mehrere Ventile hintereinander angeordnet sind. Bei Manschettenrohr-Injektionen führt man in das Innere des Manschettenrohres einen Packer ein, mit dem jeweils die einzelnen Injektionsventile mit einem Injektionsmedium beschickt werden können. Als Injektionsmedium verwendet man z. B. Weichgele, Hartgele, Zementsuspensionen oder Feinstzementsuspensionen mit und ohne Zusatzmittel.
Einzelventile befinden sich i. d. R. am Ende einer Injektionslanze und werden auf die Weise betätigt, dass das Injektionsmedium von der Luftseite her direkt in die Lanze eingepresst wird. Das flüssige Injektionsmedium gelangt durch die Injektionsöffnung 10 im Ventilkörper bis zur umgebenden Gummimanschette 11 und reißt den erhärteten Körper auf, der das Ventil umgibt.
Der Einbau von Einzelinjektionsventilen oder von Manschettenrohren erfolgt in mehreren Arbeitsschritten:
Zuerst wird eine Bohrung im Rüttel- oder Drehbohrverfahren hergestellt, in welche spätestens beim Zurückziehen des Bohrgestänges eine selbsthärtende Stütz-Suspension eingebracht wird. Diese besteht i. d. R. aus Wasser, Zement und Bentonit. Diese sog. Mantelmischung verhindert ein Einstürzen des Bohrloches. in diese suspensionsgefüllte Bohrung wird anschließend die Injektionslanze mit den Einzelventilen oder das Manschettenrohr eingebracht. Das Injizieren durch das Ventil erfolgt erst, wenn diese Mantelmischung erhärtet ist und auf diese Weise das Injektionsventil zur Erdoberfläche hin abgedichtet ist. Die Mantelmischung verhindert, dass das Injektionsmedium entlang der Injektionslanze zur Erdoberfläche aufsteigt. Ziel ist es vielmehr, dass das Injektionsmedium nur im unmittelbaren Bereich des Injektionsventiles austritt und im Wesentlichen in horizontaler Richtung in den Boden eindringt, um dort einen definierten Injektionskörper auszubilden.
Soll eine Baugrube, die sich im Grundwasser befindet und deren vertikale Wände beispielsweise aus Bohrpfählen, Spundwänden oder Schlitzwänden besteht, gegen durch die Sohlfläche eindringendes Grundwasser abgedichtet werden, so besteht eine Möglichkeit darin, dass man unterhalb der späteren Baugrubensohle eine Ebene aus einzelnen Injektionskörpern ausführt, welche dicht aneinander gereiht sind. Dazu führt man über die Grundfläche der Baugrube rasterförmig verteilt, vertikale Bohrungen aus und baut in diese Bohrungen Injektionsventile ein, die sich im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene mit gleichem Niveau befinden.
Aus Erfahrungen weiß man, dass sich beim Einpressen des Injektionsmediums im Wesentlichen kugelförmige Gebilde um das Injektionsventil herum ausbilden. Mit der eingepumpten Menge an Injektionsmedium kann man die Größe der Injektionskörper beeinflussen. Um eine dichte Baugrubensohle zu erhalten, müssen sich die Injektionskörper überlappen oder zumindest berühren und zudem sollten Sie eine möglichst definierte gleichmäßige Ausbreitung in alle horizontalen Richtungen erhalten. Da die Bohrungen zum Einbau der Injektionslanzen schon vor Beginn der Aushubarbeiten erfolgen müssen, liegen die Bohrtiefen in einem Bereich zwischen 10 und 30 Meter Tiefe. Um diese Bohrungen möglichst vertikal und lagegenau herstellen zu können, ist der Durchmesser der Bohrvorrichtung aus Stabilitätsgründen relativ groß gegenüber den Abmessungen der Injektionslanze mit den Ventilen. Da die Injektionslanzen erst nachträglich in die suspensionsgefüllte Bohrung eingebracht werden, dürfen diese beim Einschieben nur einen möglichst geringen Widerstand darstellen, d. h., dass die Ventilkörper bzgl. des Bohrdurchmessers verhältnismäßig klein sind. Das bedeutet, dass zumindest ein Teil der Ventilkörper zumeist nicht zentrisch in den Bohrungen zu liegen kommt.
Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass bei nicht zentrischer Lage der Ventilkörper der erhärtete zylindrische Mantelmischungskörper, welcher den Ventilkörper umgibt, in länglichen Rissen aufreißt, die sich nach oben erstrecken. Beim Einbringen des Injektionsmediums entstehen auf diese Weise im Boden weniger kugelförmige Körper, so wie sie eigentlich gewünscht sind, sondern längliche Körper, welche bei gleicher eingebrachter Menge kleine Durchmesser erhalten. Auf diese Weise besteht die Gefahr, dass sich die einzelnen Injektionskörper nicht ausreichend berühren oder überlappen. Es treten Undichtigkeiten in der Injektionsebene auf. Die EP 0 064 663 A2 zeigt eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung hat die Aufgabe, dass das Injektionsmedium, welches aus dem Injektionsventil austritt, möglichst in horizontale Richtung in den Boden eindringt, und weniger in vertikale Richtung aufsteigt. Auf diese Weise entsteht ein größerer Durchmesser des Injektionskörpers bei gleicher eingebrachter Injektionsmenge.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen, die im Patentanspruch 1 genannt sind. Durch ein Zentrierelement am Injektionsventil, das gleichzeitig eine Trennfläche im Mantelkörper quer zur Bohrachse bewirkt, entstehen Injektionskörper mit großer horizontaler Ausdehnung. Vorteilhafte Ausführungen werden in den Unteransprüchen angeführt.
Die Erklärung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt anhand der 1–3.
1, zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine vertikale Injektionsbohrung, in der eine Injektionslanze mit einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingebaut ist.
2 zeigt zwei unterschiedliche Injektionsbohrungen. In der linken Injektionsbohrung ist die Injektionslanze entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet und es ist der dazugehörige Injektionskörper dargestellt. Auf der rechten Bohrung befindet sich ein Schnitt durch eine Injektionsbohrung, bei der die Injektionslanze so zu liegen kommt, wie es nach dem Stand der Technik häufig auftritt. Hierbei tritt ein kleinerer Durchmesser des Injektionskörpers auf.
3 zeigt eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Zentrierelement 3 bewirkt, dass das Injektionsventil 1 im Wesentlichen zentrisch in der Injektionsbohrung 6 zu liegen kommt. Die Injektionsbohrung ist mit einer Mantelmischung 7 aufgefüllt und am Ende der Injektionslanze oder des Injektionsschlauches 8 befindet sich ein Ventilkörper 1. Dieser Ventilkörper 1 besitzt Austrittsöffnungen 10, welche mit einer elastischen Manschette 11 verschlossen sind.
An diesem Ventilkörper 1 ist ein erfindungsgemäßes Zentrierelement 3 angebracht, welches sich im Wesentlichen in Querrichtung zur Bohrachse 12 erstreckt. Die Abmessungen quer zur Bohrachse sind so gewählt, dass sie bevorzugterweise kleiner sind als der Innendurchmesser der Bohrung 6. Grund dafür ist, dass das Zentrierelement 3 beim Einbringen der Lanze in die mit Mantelmischung gefüllte Bohrung möglichst wenig Widerstand bieten soll und möglichst wenig an der Bohrlochwandung 6 schabt.
Das Zentrierelement 3 besteht bevorzugterweise aus mehreren Armen 4, welche sich radial vom Ventilkörper 1 erstrecken.
Um den Widerstand beim Einbringen der Lanze weiter zu reduzieren, sind diese Arme 4 biegsam, elastisch oder nachgiebig ausgeführt. D. h. sie können sich beim Einschiebevorgang etwas umbiegen und nehmen nach Erreichen Ihrer Solltiefe wieder eine im Wesentlichen horizontale Lage ein.
Das Zentrierelement 3 ist entweder lösbar mit dem Ventilkörper 1 verbunden oder es ist direkt an den Ventilkörper 1 angeformt. Bevorzugter Weise werden die Ventilkörper und das Zentrierelement aus Kunststoff hergestellt.
Eine weitere Besonderheit des Zentrierelementes 3 besteht darin, dass die Arme 4 bandförmig ausgebildet sind, wobei die flache Seite des Bandes möglichst in der Ebene quer zur Bohrung zu liegen kommt.
Durch die bandförmige, flächenhafte Ausbildung der Arme 4 gibt das Zentrierelement 3 eine Trennfläche 23 vor, die quer zur Bohrachse 12 liegt.
Werden die Ventile mit Druck beaufschlagt, tritt das Injektionsmedium 24 aus der Ventilöffnung 10 aus und sucht sich bevorzugt den Weg entlang der Oberfläche des Zentrierelementes 3 und dessen Armen 4. Bei höherem Druck reißt der Mantelkörper 7 in der Querschnittsfläche auf und es entsteht eine im Wesentlichen horizontale Spaltfläche, die sich öffnet 23.
So eine Spaltbildung bzw. so ein Rissbild ist in der linken Zeichnung von 2 dargestellt.
Über diese horizontale Spaltfläche 23 kann nun das Injektionsmedium 24 gleichmäßig und radial aus dem Mantelkörper 7 austreten und in den Baugrund penetrieren und einen Injektionskörper 20 erzeugen.
Auf diese Weise entstehen Körper, die sich bevorzugt in kugeliger Form 20 ausbilden.
Bei gleicher eingebrachter Injektionsmenge werden im Boden Körper erzeugt mit einem Durchmesser 25, der größer als die Durchmesser 26, wie sie bei Injektionskörpern 21 nach den bekannten Injektionstechniken entstehen.
Je breiter die bandförmigen Arme 4 des in 3 im Grundriss dargestellten Zentrierelementes 3 ausgebildet sind, umso leichter kann sich eine Trennfläche der Rissebene öffnen. Je größer die Angriffsfläche für das Injektionsmedium, umso größer die Kraft zum Öffnen der Rissfläche, und umso höher macht der Riss auf, und umso leichter kann das Injektionsmedium austreten. Die Arme 4 bestehen bevorzugter Weise aus Kunststoff und zumindest eine der bandförmigen Oberflächen der Arme 4 sollte möglichst glatt ausgeführt werden. Damit wird sichergestellt, dass der Arm nur wenig Verbund mit dem erhärteten Mantelkörper 7 aus Zementstein besitzt, d. h. das Zentrierelement 3 wirkt wie eine Sollbruchstelle.
Die Breite der bandförmigen Arme 4 liegt in einem Bereich von wenigen Zentimetern. Die Materialstärke liegt in einem Bereich von wenigen Millimetern, so dass die Elastizität und Biegsamkeit der Arme 4 gewährleistet ist. Zudem muss die Breite der Bänder eingeschränkt bleiben, damit sich beim Einschieben der Lanze durch das Zentrierelement 3 nicht zu hohe Widerstandskräfte ergeben.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante ist das Zentrierelement 3 wie eine quer liegende Scheibe ausgebildet, welche Löcher oder strahlenförmige, sternförmige oder runde Aussparungen besitzt. Beim Einschieben in die suspensionsgestützte Bohrung strömt die frische Mantelmischung durch diese Löcher oder Aussparungen. Die Scheibe hat einen polygonartig begrenzten Umfang von rund bis vieleckig und auch die Löcher oder Aussparungen können beliebige Form besitzen.
Wird das Zentrierelement 3 nicht im gleichen Herstellvorgang wie der Ventilkörper 1 gefertigt, so kann es aufsteckbar gestaltet werden. Eine Ausführungsvariante besteht darin, dass die Arme 4 an ein ringförmiges Teil 9 angeformt sind, welches über den Ventilkörper 1 geschoben wird.
Prinzipiell reichen schon zwei Arme, um eine Zentrierung des Ventilkörpers in der normalerweise runden Bohrung 6 zu bewirken. Besser sind jedoch drei oder mehr Arme, da dadurch die Ausbildung einer Trennfläche quer zur Bohrachse 12 leichter erreicht wird.
Die erdseitigen Enden der Arme 4 können geradlinig, begrenzt oder abgerundet sein.
Die Rutschsicherung des nachträglich befestigten Zentrierelements 3 erfolgt nach dem Stand der Technik über Schrauben, Press-Sitz, Bindedraht, Klebeverbindung, Verschweissen oder mit Muttern vergleichbaren Übergängen zwischen dem Ventilkörper 1 und der Injektionslanze 8.
Das bevorzugte Kunststoffmaterial für das Zentrierelement 3 ist von der Festigkeit so eingestellt, dass sich die Arme 4 während des Einschiebevorgangs verbiegen lassen, aber im Ruhezustand wieder die ursprüngliche im Wesentlichen horizontale Ausrichtung erhalten.
Die im Wesentlichen in der Draufsicht polygonartig begrenzten Arme können prinzipiell beliebige Formen haben. Ziel ist es jedoch, einen möglichst geringen Widerstand beim Einbringen der Lanze in die frische Suspension zu erreichen.
Je glatter die Oberfläche des Zentrierelements 3 umso besser die Wirkung.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von Injektionskörpern im Boden mit einem zentrierten Injektionsventil, das aus einem Ventilkörper (1) mit Austrittsöffnungen (10) sowie einer diese umschließenden Manschette (11) besteht und in einem erhärtenden Mantelkörper eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilkörper (1) ein Zentrierelement (3) angeordnet ist, welches Flächen besitzt, die sich quer zur Bohrachse (12) erstrecken und dessen Abmessungen so gewählt sind, dass sie im Inneren des Mantelkörperquerschnitts zu liegen kommen und diese Flächen eine quer zu Bohrachse (12) liegende Trennfläche (23) im Mantelkörper (7) ausbilden, wodurch das Zentrierelement auch als Sollbruchstelle im erhärteten Mantelkörper wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierflächen (3) scheibenartig ausgebildet sind und dass die Scheibe Löcher oder Aussparungen besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (3) aus mehreren Armen (4) besteht, welche sich quer zur Bohrachse so weit erstrecken, dass sie innerhalb des Querschnittes der Bohrung (6) liegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (3) elastisch oder biegsam am Ventilkörper befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (4) elastisch oder biegsam am Ventilkörper befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (4) im Wesentlichen bandförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (4) in der Draufsicht polygonartig begrenzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (4) auf der der Bohrlochwandung (6) zugewandten Seite abgerundet ausgebildet sind, damit beim Einbringen eine möglichst geringe mechanische Beanspruchung der Bohrlochwandung erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (4) im Wesentlichen senkrecht zur Bohrlochachse (12) angeordnet sind, damit sich die Trennfläche (23) möglichst horizontal ausbilden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der quer zur Bohrachse (12) ausgerichteten Oberflächen des Zentrierelementes (3). eine möglichst glatte Oberfläche besitzt, um das Entstehen einer Trennfläche (23) im Mantelkörper (7) zu erleichtern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (3) an den Ventilkörper (1) angeformt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (3) auf den Ventilkörper (1) aufgesteckt, gepresst, geklebt oder mit diesem verschweißt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (3) bevorzugterweise aus Kunststoff hergestellt ist.