DE102012004560A1

DE102012004560A1 - Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern

Info

Publication number: DE102012004560A1
Application number: DE201210004560
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-10
Filing date: 2012-03-10
Publication date: 2013-09-12

Abstract

Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern, welches als Grundlage für ein kennziffernbasiertes Qualitätssicherungssystem dienen und nach der Bodenverbesserung eine komplexe Darstellung der Änderungen im Baugrund liefern kann, um bei Folgemaßnahmen weitere Auswirkungen einschätzen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und Rüttelstopfverdichtung (Tiefreichende Verdichtungskontrolle).
Gemäß dem Stand der Technik sind die Rütteldruckverdichtung (RDV) und die Rüttelstopfverdichtung (RSV) dynamische Technologien zur Verbesserung der Eigenschaften des Baugrundes wie Dichte, Steifigkeit und weiterer Verformungseigenschaften. Diesen Technologien sind das Absenken einer mechanischen Einheit bis zu vorgegebenen Tiefen und das anschließende schrittweise Heben bis zu vorgegebenen Bereichen gemeinsam.
Eine Geräteeinheit, wie sie z. B. in DE 10 2010 022 802 A1 beschrieben ist, weist in der Regel einen Tiefenrüttler auf, dessen Schwingungen durch Drehungen einer inneren Schwungmasse mittels elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antriebes erzeugt werden. Eine mechanische Verlängerung des Rüttlers, die „Lanze”, dient zur Absicherung des Erreichens der vorgegebenen Rütteltiefen und zum Herausziehen des Rüttlers.
Über ein Trägergerät zur örtlichen Fortbewegung des Gesamtsystems, zum Beispiel Raupendrehkrane, werden Zusatzmedien, wie Luft und Wasser, über gesonderte Leitungssysteme von der Baustellenperipherie zu vorgegebenen Rüttelpunkten entlang der Rüttler-Lanze-Einheit in das Rüttelloch eingeführt.
Die spezielle Technologie der Rüttelstopfverdichtung hat zum RDV-System noch einen Materialtransportkanal an der Rüttler-Lanze-Einheit.
Der Hebeprozess des Rüttlers wird auf die Erreichung der vorgegebenen Tiefe und die Einhaltung der Hubschritte und Ziehzeiten kontrolliert.
Der Einsatz der RDV-Technik erfolgt vorwiegend bei der Verdichtung von nicht bindigen und locker gelagerten Baugründen. Im Verdichtungsprozess entstehende Daten von Tiefen, Zeiten, Bewegungsabläufen, Stromverbrauch, Anpressdruck, eingebrachte Fremdmassen u. a. werden elektronisch erfasst.
Zusätzliche Messsysteme innerhalb des Rüttlers oder außerhalb des Gerätesystems haben sich im Dauerbetrieb nicht bewährt. In den letzten Jahren wurden dazu Überlegungen angestellt und teilweise patentiert. Temperatursensoren, Beschleunigungssensoren oder Schwingungsmessungen innerhalb des Rüttlers oder auf der Arbeitsebene des Trägergerätes haben sich im Dauerbetrieb nicht bewährt oder keine wiederholbaren Ergebnisse gebracht.
Mit Datenbanksystemen werden die Prozessdaten gesammelt und für diverse Auswertungen kombiniert. Die Qualitätssicherungskonzepte zielen auf die Ziehbewegungen des Rüttlers, welche mit geotechnischen Vorgaben verglichen werden.
Deutsche Fachfirmen haben sich nicht auf einheitliche und verbindliche Ausführungsnormen einigen können, deshalb steht heute die DIN EN 14731 auf der Basis schwedischer Erfahrungsträger als europäische und damit als deutsche Standardnorm für Baugrundverbesserungen durch Tiefenrüttelverfahren zur Verfügung.
Der Stand der Technik für das Jahr 2010 wird am besten mit folgendem Zitat beschrieben: „Was den Entwurf, die Bemessung und die Kontrolle der Rütteldruckverdichtung betrifft, gelten die folgenden miteinander in Verbindung stehenden Kernsätze:

– Die erreichbare Verdichtung ist abhängig vom Boden, vom Gerät und der Verfahrensweise.
– Der Auftragnehmer kann sie wegen der Unsicherheit im Boden nur schwer, der Auftraggeber ohne Kenntnis des Gerätes und der Verfahrensweise überhaupt nicht vorhersagen.
– Die erreichbare Verdichtung ist mit Sondierungen verhältnismäßig leicht nachzuweisen.”

Jedoch weist die derzeitig verfügbare Rütteltechnologie einige Probleme auf, welche im Folgenden dargelegt werden.
Aus einer Untersuchung (Dissertation Mathias Nendza an der TU Braunschweig, 2006, „Untersuchung zu den Mechanismen der dynamischen Bodenverdichtung bei der Anwendung des Rütteldruckverfahrens) zu den Mechanismen der dynamischen Bodenverdichtung wird das Hauptproblem bei der Anwendung des Rüttelverfahrens wie folgt definiert:
„Es gibt nach wie vor offene Fragestellungen in Bezug auf die bodendynamischen Mechanismen der Rütteldruckverdichtung und die Beeinflussung der Verdichtungsleistung durch die Verfahrensparameter. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass die Beschreibung und rechnerische Abbildung der dynamischen Tiefenverdichtung sehr aufwändig ist und zudem von einer großen Anzahl von Einflussgrößen bestimmt wird. Während des Verdichtungsvorganges ändern sich durch die Dichte- und Steifigkeitserhöhung zudem die Randbedingungen der Rüttler-Boden-Interaktion. Maßgeblichen Einfluss auf die Verdichtung haben der Rüttler und seine Betriebsparameter, der Arbeitsablauf, die Eigenschaften und Zustandsform des zu verdichtenden Bodens sowie das verwendete Verfüllungsmaterial ...” „Vor dem Hintergrund der großen Anzahl von Einflussgrößen auf die Rüttler-Boden-Interaktion, ist ein Bemessungsverfahren für dieses Verfahren wünschenswert. Dieses konnte jedoch wegen der in situ stark schwankenden bodendynamischen Bodeneigenschaften und der Schwierigkeit, deren Einfluss auf den Verdichtungsvorgang zu bewerten, bisher nicht entwickelt werden.” „Die dokumentierten Daten dienen der Qualitätskontrolle für die Verdichtung. Allerdings kann es zu Widersprüchen zwischen den Ergebnissen, die aus den o. g. gemessenen Werten gefolgert werden, und den tatsächlichen Verdichtungsresultaten kommen. Fellin (2000) zeigt, dass die Auswertung der Stromaufnahme oder des Öldruckes des Rüttlers keinen verlässlichen Aufschluss über den tatsächlichen Verdichtungszustand des Bodens liefert.” „Es wird angenommen, dass eine hohe Leistungsaufnahme des Rüttlermotors eine hohe Lagerungsdichte des anstehenden Bodens dokumentiert.”
Literaturrecherchen für Untersuchungen zur Korrelation von technischen Prozessdaten mit bodenmechanischen Kennwerten zeigen, dass bisher dem Absenkprozesse keine Bedeutung zugemessen oder kein Wert auf eine Analyse gelegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern bereitzustellen, so dass eine nahezu gleichbleibende bzw. relativ genau vorhersagbare Verdichtungsqualität im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und Rüttelstopfverdichtung erzielt werden kann.
Dies wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung wird der zu verbessernde Baugrund mit einem gleichmäßigen Raster von Rüttelpunkten überzogen. Der Tiefenrüttler wird in den Boden durch Rüttelbewegungen bis zur vorgesehenen Tiefe eingesenkt und danach mit festgelegten Hubhöhen und Verweilzeiten von einer Tiefe zum nächsthöheren Punkt mit Rüttelbewegung gehoben. Durch geotechnische Vorgaben zur Hubbewegung, wie z. B. ein Heben von 0,5 m und ein Verweilen auf diesem Niveau mit 30 Sekunden, wird eine definierte Verdichtungsarbeit beim Heben erreicht. Im Zusammenhang mit den Parametern Stromverbrauch des Rüttlers (in Ampere) und der anliegenden Versorgungsspannung (in Volt) kann das Produkt aus Spannung, Strom und Zeit zu der verbrauchten Energie (in Ws) beim Verdichtungsprozess zusammengerechnet werden. In Bezug auf den Weg ist damit der Energieverbrauch pro Wegabschnitt (in Ws/m) berechenbar bzw. ist die Senk- oder Hubgeschwindigkeit bei der Verdichtungsarbeit (in W/(m/s)) darstellbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können zur Vorbereitung des Einsatzes und zur Nachkontrolle des Erfolges Sondierungen als Ramm-, Isotopen- oder Drucksondierungen eingesetzt werden (z. B. sind in der DIN 4094 Erkundung durch Sondieren in Tabelle 3 für Rammsonden spitzenquerschnittsbezogene Rammenergien pro Schlag in kJ/m² je nach Sondenart definiert). Aus der Anzahl der Schläge pro 10 cm Eindringtiefe N₁₀ wird das lotrechte Einbringen der Sonde zur Baugrundbewertung genutzt. Diese Kenngröße beschreibt den Eindringwiderstand. Dieses indirekte Baugrundaufschlussverfahren ähnelt in seinem Bewegungsmuster einem Tiefenrüttler. Da der Spitzenquerschnitt auch als konstant angesehen werden kann, ist durch Umrechnung auch eine Absenkenergie über den Absenkweg (in kJ/m oder Ws/m) darstellbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können indirekte Messverfahren durch direkte Prüfungen zu ergänzt werden. Z. B. wird in der DIN 18 127 zur Untersuchung von Bodenproben der Proctorversuch als direktes Messverfahren eingesetzt, wobei die Proctordichte die unter definierten Bedingungen erreichbare größte Trockendichte ist und wobei gemäß Punkt 3.3 der DIN 18 127 die volumenbezogene Verdichtungsarbeit W = 0,6 MNm/m³ beträgt. Der Proctortopf hat eine konstante Innenfläche mit einem Durchmesser d1. Damit lässt sich die Verdichtungsarbeit zum Verdichtungsweg (in MNm/m) zuordnen.
Im Fazit stellen die obigen Ausführungsformen der Erfindung eine einheitliche und wegeabhängige Betrachtungsweise des Energieeinsatzes für die Absenk- und Hubbewegung (1 Ws = 1 Nm = 1 J) bereit.
Aus einem Forschungs- und Entwicklungsprojekt der TU BA Freiberg zum Einsatz der RDV in der Bergbausanierung (siehe: TU BA Freiberg, 1998, Forschungs- und Entwicklungsprojekt „Sanierung und Sicherung setzungsfließgefährdeter Kippen und Kippenböschungen) muss hinsichtlich der Energieeinträge die Konsequenz gezogen werden, dass „nahezu alle Ergebnisse auf einen zu hohen Energieeintrag und zu enge Rastermaße hindeuten. Es sollten geringere Energieeinträge im Bereich von 1,5 bis 2,0 kWh je Meter Höhendifferenz und Rastermaße im Bereich von 5 bis 6 m erprobt werden. Zu hohe Energieeinträge bewirken eine Wiederauflockerung des Materials sowie eine Behinderung des Rüttlers selbst beim Einfahren infolge bereits hergestellter benachbarter Rüttelpunkte, ... Der Ziehvorgang sollte in kleinen Schritten mit geringen Verweilzeiten oder noch besser kontinuierlich mit variabler Ziehgeschwindigkeit erfolgen.”
In der Praxis kommt es vor, dass ein Verdichtungsziel vorgegeben wird, was zu Hubwegen bis zu 2 m führen kann. Dabei kann vom Geotechniker nur der Hubprozess definiert werden. Die Absenkbewegung wird nicht bewertet.
Vom Erfinder wurde erkannt, dass die Senkbewegung der Rütteleinheit aber den Boden verdrängt und damit zu einer Dichteerhöhung führt, weil z. B. eine Lanze mit 0,4 m Durchmesser und ein Rasterabstand von 2 m im Dreieck rein rechnerisch eine durchschnittliche Dichteerhöhung von ca. 4% erzeugen. So beeinträchtigt schon der Einfahrprozess das Verdichtungsergebnis, weil er eine Dichte- und ein Steifigkeitserhöhung bei der Rüttler-Boden-Interaktion bewirkt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Datenbank von gemessenen Parametern von Ergebnissen der Absenkvorgänge und Hubvorgänge für jede Bodenart aufgebaut werden. Diese Datenbank kann ergänzt werden durch eine Datenbank mit geologischen und geotechnischen Kenntnissen zum gleichen Objekt. Aus den Datenmengen können über Stichproben das arithmetische Mittel und die Standartabweichung ermittelt werden, um daraus eine Vorgabe für die Qualitätssicherung zu bilden. Über die Statistik können Prozesswerte der Produktion mit geotechnischen Eigenschaften des Bodens verknüpft werden. In Abhängigkeit von der Baustellengröße, Geologie, Geotechnik oder anderer territorialer Einflüsse können Prüflose festgelegt werden.
Die Überprüfung der Verdichtung eines Horizontes oder Baugrundschicht (siehe: Prof. Dr.- Ing. Wolfram Kudla, VSVI Thüringen, 2011, Die ZTV E-StB 09, Fortschreibung der Prüfmethoden, Qualitätssicherung im Erdbau) kann folgende Bedingungen stellen: unter einheitlichen Bedingungen verdichtet, Qualitätsanforderungen auf gesamter Fläche gleich und genau abgegrenzte Bereiche aus vertragsrechtlichen und statistischen Gründen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann zusätzlich der wegeabhängige Energieeinsatz als direkte, dynamische und in die Tiefe reichende Prozessgröße benutzt werden, um damit das gesamte Rüttelloch oder auch nur Abschnitte zu beschreiben. Treten in benachbarten Rüttellöchern beim Absenkprozess vergleichbare Prozessgrößen auf, so kann auch mit vergleichbaren Verdichtungsergebnissen gerechnet werden. Der wegeabhängige Energieeinsatz beim Ziehprozess kann direkt zur Bewertung der hergestellten Dichte herangezogen werden, wenn sich die Randbedingungen aus Grundwasserstand, Porenwasserdruck und Anderem nicht ändern.
Die direkte Wechselwirkung zwischen dem Rüttler-Lanze-System und dem Baugrund kann mit geotechnischen Kenngrößen von Sonden korreliert werden. Aus der großen Menge der Einfahrdaten können gleichmäßig zusammengesetzte Bodenarten und gleichmäßig verdichtete Bereiche erkannt werden. Die Änderung der Werte über statistisch festgelegte Grenzen hinweg kann als Abweichung innerhalb des Baugrundes oder als Abweichung in der Prozessdurchführung gelten. Die Messwerte entstehen im Prozessverlauf, die Bewertung kann zeitnah und arbeitsintegriert erfolgen.
Vorteilhaft sind die große Anzahl von Einsenk- und Hubvorgängen, die zur Erkundung und Verdichtungsbewertung dienen können. Nachteilig kann die indirekte Prüfung durch Sonde oder Rüttler sein.
Auf der Grundlage von bodendefinierten Eichungstöpfen kann der Korrelationskoeffizient zwischen Drucksonde und Baugrund erhöht werden. Der Nachweis von ähnlichen Energieeinsätzen in definierten Baugrundtiefen, kontrolliert durch Sondierungsverfahren, kann zu direkten Vergleichen der Bearbeitungsfähigkeit von Bodenbereichen führen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Arbeitsverfahren in Eigenüberwachung auf der Grundlage von Probeverdichtungen und/oder der vorliegenden Erfahrungen und Ergebnisse der vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung überwacht. Dazu können Festlegungen in einer baustellenspezifischen Arbeitsanweisung hinsichtlich Verdichtungsgerät, Prozessvorgaben, Rastermaßen, Zugabematerialien und/oder Eigenüberwachungsprüfungen getroffen werden.
Die Eigenüberprüfung kann geotechnische, vermessungstechnische und/oder prozessspezifische Vorgaben betreffen und Anzahl und/oder statistische Grenzen festlegen.
Im Folgenden werden Neuheitsgrade und vorteilhafte Wirkungen der im Obigen aufgezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen von Prüf- bzw. Kontrollverfahren und der vorgeschlagenen Kenngröße aufgezeigt.
Zunächst wird auf die Betriebsführung Bezug genommen. Die Absenkbewegung kann durch genaue Erfassung der Prozessdaten beschrieben werden. Ein klares Bild vom Baugrund wird Spekulationen bei Nichterreichen von vorgegebenen Verdichtungsparametern reduzieren. Die Leistungskennziffern von unterschiedlichen (z. B. gemieteten) Tiefenrüttlern können unter vergleichbaren geotechnischen Bedingungen überprüft werden. Der subjektive Einflussfaktor des Gerätebedieners im System Mensch-Maschine-Baugrund wird darstell- und damit beeinflussbar. Ein gleichmäßiger Rüttelvorgang schont die Maschinen und reduziert den Betriebsstoffverbrauch. Eine arbeitsintegrierte Prüfung verbessert die Betriebsführung hinsichtlich der Fehlerreduzierung.
Nun wird auf geotechnische Prozessvorgaben Bezug genommen. Vorhandene Baugrunderkundungen können durch die zusätzlichen Einfahrdaten auf den Wahrheitsgehalt geprüft und in erheblicher Menge ergänzt werden. Aus der punktuellen Vorprüfung der Geotechnik kann im Zuge des Baustellenverlaufes eine flächenhafte und tiefreichende Baugrundüberprüfung entstehen. Das geotechnische Baugrundmodell kann auf Fehlinterpretationen hinsichtlich der Geometrie und Bodenbeschaffenheit prüfbar werden. Damit können geotechnische Sicherheitsvorgaben zur Betriebsführung angepasst werden. Ein intensiver Abgleich der Sondierungen und RDV-Prozessdaten kann durch eine Datenerfassung des Absenkens auf der Achse der Vorsondierung in situ möglich werden. Die modellhafte Überprüfung der Ergebnisse kann auch in gemeinsamen Eichtöpfen für Sonden und Rüttler erfolgen. Die geotechnischen Vorgaben der Ziehparameter in Stufen können auch als Hubgeschwindigkeit der Lanze gedeutet werden. Eine kontinuierliche Hubgeschwindigkeit der Lanze kann zu einem gleichen geotechnischen Verbesserungseffekt führen wie der stufenweise Ziehvorgang. Die Prozessdaten des Einfahrvorganges können zur Steuerung des Ziehvorganges eingesetzt werden. Feste Bodenschichten mit einem höheren Energieeinsatz pro Weg beim Absenken, als durch die Ziehvorgabe vorgegeben, benötigen keine weitere Verdichtungsarbeit beim Ziehen.
Nun wird auf das Qualitätsmanagement Bezug genommen. Aus der Korrelation der Erkundungsdaten mit den Prozessdaten der Datenbank können Prozessvorgaben für eine Baustelle erstellt werden. Diese Vorgaben können im Laufe des Prozesses auf Abweichungen überprüft werden.
Die Entwicklung eigener Kenngrößen für die Prozessbeschreibung im Sinne der DIN ISO 9000: 2005 kann auch die Betriebskontrolle und Betriebsführung erleichtern. Die erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern, im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und Rüttelstopfverdichtung, schafft die Basis für eine kontinuierliche Prozessverbesserung (KVP). Die Ergebnisse können in großen Mengen erfasst werden und können über statistische Prüfungen Aussagen zur Zuverlässigkeit des Prozesses ermöglichen. Damit wird eine arbeitsintegrierte Prüfung eines Prüfloses möglich.
Nun wird auf Marktvorteile Bezug genommen. Ein tiefreichendes Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und Rüttelstopfverdichtung (Tiefenverdichtungstechnologien) als Grundlage für ein kennziffernbasiertes Qualitätssicherungssystem existiert bisher nicht. Der Erstanwender hat damit ein Alleinstellungsmerkmal gegenüber Anderen. Es kann von großem Nutzen sein, nach der Bodenverbesserung, eine komplexe Darstellung der Änderungen im Baugrundes zu erhalten, um bei Folgemaßnahmen weitere Auswirkungen einschätzen zu können. Die Senkung des Baugrundrisikos für Folgemaßnahmen kann zur Akzeptanz eines höheren Rüttelpreises führen.
Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung – soweit dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert sein können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer exemplarischen nicht einschränkenden Ausführungsform beschrieben werden.
Vorschlag einer Kenngröße

(1.) Der zu verbessernde Baugrund wird mit einem gleichmäßigen Raster von Rüttelpunkten überzogen. Der Tiefenrüttler wird in den Boden durch Rüttelbewegungen bis zur vorgesehenen Tiefe eingesenkt und danach mit festgelegten Hubhöhen und Verweilzeiten von einer Tiefe zum nächsthöheren Punkt mit Rüttelbewegung gehoben. Durch geotechnische Vorgaben zur Hubbewegung z. B. heben 0,5 m und dem Verweilen auf diesem Niveau mit 30 Sekunden wird eine definierte Verdichtungsarbeit beim Heben erreicht. Im Zusammenhang mit den Parametern Stromverbrauch des Rüttlers (in Ampere) und der anliegenden Versorgungsspannung (in Volt) kann das Produkt aus Spannung, Strom und Zeit zu der verbrauchten Energie (in Ws) beim Verdichtungsprozess zusammengerechnet werden. Im Bezug zum Weg ist damit der Energieverbrauch pro Wegabschnitt (in Ws/m) berechenbar, bzw. die Senk- oder Hubgeschwindigkeit bei der Verdichtungsarbeit (in W/(m/s)) darstellbar.
(2.) Zur Vorbereitung des Einsatzes und zur Nachkontrolle des Erfolges werden Sondierungen als Ramm-, Isotopen- oder Drucksondierungen eingesetzt. In der DIN 4094 Erkundung durch Sondieren werden in Tabelle 3 für Rammsonden spitzenquerschnittsbezogene Rammenergien pro Schlag in kJ/m² je nach Sondenart definiert. Aus der Anzahl der Schläge pro 10 cm Eindringtiefe N₁₀ wird das lotrechte Einbringen der Sonde zur Baugrundbewertung genutzt. Diese Kenngröße beschreibt den Eindringwiderstand. Dieses indirekte Baugrundaufschlussverfahren ähnelt in seinem Bewegungsmuster einem Tiefenrüttler. Da der Spitzenquerschnitt auch als konstant angesehen werden kann, ist durch Umrechnung auch eine Absenkenergie dem Absenkweg (in kJ/m oder Ws/m) darstellbar.
(3.) Indirekte Messverfahren werden durch direkte Prüfungen ergänzt. In der DIN 18 127 wird zur Untersuchung von Bodenproben der Proctorversuch als direktes Messverfahren eingesetzt. Die Proctordichte ist die unter definierten Bedingungen erreichbare größte Trockendichte. Nach DIN 18 127 Punkt 3.3 beträgt die volumenbezogene Verdichtungsarbeit W = 0,6 MNm/m³. Der Proctortopf hat eine konstante Innenfläche mit einem Durchmesser d1. Damit lässt sich die Verdichtungsarbeit zum Verdichtungsweg (in MNm/m) zuordnen.

Zusammenfassend stellen die vorgestellten Maßnahmen (1.) bis (3.) eine einheitliche und wegeabhängige Betrachtungsweise des Energieeinsatzes für die Absenk- und Hubbewegung (1 Ws = 1 Nm = 1 J) dar.
In der Praxis kommt es vor, dass ein Verdichtungsziel vorgegeben wird, was zu Hubwegen bis zu 2 m führen kann. Dabei kann vom Geotechniker nur der Hubprozess definiert werden. Die Absenkbewegung wird nicht bewertet.
Vom Erfinder wurde erkannt, dass die Senkbewegung der Rütteleinheit aber den Boden verdrängt und damit zu einer Dichteerhöhung führt, weil z. B. eine Lanze mit 0,4 m Durchmesser und ein Rasterabstand von 2 m im Dreieck rein rechnerisch eine durchschnittliche Dichteerhöhung von ca. 4% erzeugen. So beeinträchtigt schon der Einfahrprozess das Verdichtungsergebnis, weil er eine Dichte- und ein Steifigkeitserhöhung bei der Rüttler-Boden-Interaktion bewirkt.
Vorschlag eines Prüfverfahrens
Das Prüfverfahren besteht aus drei Teilverfahren, die einzeln oder miteinander oder miteinander und mit der zuvor erwähnten Kenngröße kombiniert zur Kontrolle der Verdichtungsleistung der Tiefenrüttler oder Stopfrüttler eingesetzt werden können. Es ist für jede Baustelle und jede den Baugrund in der Tiefe verbessernde Technologie anwendbar.
Ziel des Prüfverfahrens ist es die Forderungen der DIN EN 14731: 2005 Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten(Spezialtiefbau)-Baugrundverbesserung durch Tiefenrüttelverfahren, hinsichtlich der Forderungen zu Punkt 9 Überwachung, Prüfung und Kontrolle und Punkt 10 Aufzeichnungen zu erfüllen. Damit werden objektive Beurteilungskriterien zum Baugrund, zur Baugrundverbesserung und zur Baustellenführung ermöglicht.
Die Absenkbewegung ist gleichrangig mit der Ziehbewegung der Rütteleinheit zu erfassen, weil sie einer Baugrunderkundung in einem engen Raster entspricht. Die zusätzliche Dichte- und Steifigkeitserhöhung aus dem Einfahrprozess findet als Standartabweichung bei gleichmäßigem Raster Berücksichtigung bei der Darstellung des Baugrundes.
Abweichungen und Störungen im Baugrund sind dem Bauherren oder Baugrundbesitzer rechtlich zuzuordnen. Das Baugrundrisiko trägt nach Gesetz der Bauherr und nicht der Bauausführende. Deshalb sind sämtliche Parameter, die aus dem Betreiben des Rüttlers, der Zugabe von Zusatzmedien und aus dem Lastverhalten der mechanischen Konstruktionen im Boden resultieren, in Echtzeit zu erfassen. Dazu gehören zu den in der DIN EN 14 731 Punkt 10.1 genannten Aufzeichnungsdaten noch zusätzlich die Erfassung der Daten des Wechselspiels zwischen Lanze und Boden, welche u. a. über Druck- oder Zugmessdosen zu erfassen sind.
Teilverfahren 1
Das Teilverfahren 1 erfordert den Aufbau einer umfangreichen Datenbank der gemessenen Parameter von Ergebnissen der Absenkvorgänge und Hubvorgänge für jede Bodenart. Diese wird ergänzt durch eine Datenbank mit geologischen und geotechnischen Kenntnissen zum gleichen Objekt.
Aus den Datenmengen sind über Stichproben das arithmetische Mittel und die Standartabweichung zu ermitteln um daraus eine Vorgabe für die Qualitätssicherung zu bilden. Über die Statistik werden Prozesswerte der Produktion mit geotechnischen Eigenschaften des Bodens verknüpft.
In Abhängigkeit von der Baustellengröße, Geologie, Geotechnik oder anderer territorialer Einflüsse sind die Prüflose festzulegen.
Die Überprüfung der Verdichtung eines Horizontes oder Baugrundschicht erfordert folgende Bedingungen:

– unter einheitlichen Bedingungen verdichtet
– Qualitätsanforderungen auf gesamter Fläche gleich
– genau abgegrenzte Bereiche aus vertragsrechtlichen und statistischen Gründen.

Teilverfahren 2
Das Teilverfahren 2 benutzt auch den wegeabhängigen Energieeinsatz als direkte, dynamische und in die Tiefe reichende Prozessgröße, neben den bisher bekannten, um damit das gesamte Rüttelloch oder auch nur Abschnitte zu beschreiben. Treten in benachbarten Rüttellöchern beim Absenkprozess vergleichbare Prozessgrößen auf, so kann auch mit vergleichbaren Verdichtungsergebnissen gerechnet werden.
Der wegeabhängige Energieeinsatz beim Ziehprozess kann direkt zur Bewertung der hergestellten Dichte herangezogen werden, wenn sich die Randbedingungen aus Grundwasserstand, Porenwasserdruck und Anderem nicht ändern.
Die direkte Wechselwirkung zwischen dem Rüttler-Lanze-System und dem Baugrund ist mit geotechnischen Kenngrößen von Sonden zu korrelieren. Aus der großen Menge der Einfahrdaten sind gleichmäßig zusammengesetzte Bodenarten und gleichmäßig verdichtete Bereiche erkennbar. Die Änderung der Werte über statistisch festgelegte Grenzen hinweg gilt als Abweichung innerhalb des Baugrundes oder als Abweichung in der Prozessdurchführung.
Die Messwerte entstehen im Prozessverlauf, die Bewertung kann zeitnah und arbeitsintegriert erfolgen. Auf der Grundlage von bodendefinierten Eichungstöpfen kann der Korrelationskoeffizient zwischen Drucksonde und Baugrund erhöht werden. Der Nachweis von ähnlichen Energieeinsätzen in definierten Baugrundtiefen, kontrolliert durch Sondierungsverfahren, führt zu direkten Vergleichen der Bearbeitungsfähigkeit von Bodenbereichen.
Teilverfahren 3
Das Teilverfahren 3 überwacht das Arbeitsverfahren in Eigenüberwachung auf der Grundlage von Probeverdichtungen und/oder der vorliegenden Erfahrungen und Ergebnissen der Teilverfahren 1 und 2. Dazu werden Festlegungen in einer baustellenspezifischen Arbeitsanweisung hinsichtlich

– Verdichtungsgerät
– Prozessvorgaben
– Rastermaße
– Zugabematerialien
– Eigenüberwachungsprüfungen

Die Eigenüberprüfung betrifft geotechnische, vermessungstechnische und prozessspezifische Vorgaben und legt Anzahl und statistische Grenzen fest.
Neuheitsgrade und Wirkungen des Prüfverfahrens und der vorgeschlagenen Kenngröße
a) Betriebsführung
Die Absenkbewegung ist durch genaue Erfassung der Prozessdaten zu beschreiben. Ein klares Bild vom Baugrund reduziert die Spekulationen bei Nichterreichen von vorgegebenen Verdichtungsparametern. Die Leistungskennziffern von gemieteten Tiefenrüttlern können unter vergleichbaren geotechnischen Bedingungen überprüft werden. Der subjektive Einflussfaktor des Gerätebedieners im System Mensch-Maschine-Baugrund wird darstell- und damit beeinflussbar. Ein gleichmäßiger Rüttelvorgang schont die Maschinen und reduziert den Betriebsstoffverbrauches. Eine arbeitsintegrierte Prüfung verbessert die Betriebsführung hinsichtlich der Fehlerreduzierung.
b) Geotechnische Prozessvorgaben
Vorhandene Baugrunderkundungen werden durch die zusätzlichen Einfahrdaten auf den Wahrheitsgehalt geprüft und in erheblicher Menge ergänzt. Aus der punktuellen Vorprüfung der Geotechnik entsteht im Zuge der Baustellenverlaufes eine flächenhafte und tiefreichende Baugrundüberprüfung. Das geotechnische Baugrundmodell wird auf Fehlinterpretationen hinsichtlich der Geometrie und Bodenbeschaffenheit prüfbar. Damit können geotechnische Sicherheitsvorgaben zur Betriebsführung angepasst werden. Ein intensiver Abgleich der Sondierungen und RDV-Prozessdaten ist durch eine Datenerfassung des Absenkens auf der Achse der Vorsondierung in situ möglich. Die modellhafte Überprüfung der Ergebnisse kann auch in gemeinsamen Eichtöpfen für Sonden und Rüttler erfolgen.
Die geotechnischen Vorgaben der Ziehparameter in Stufen sind auch als Hubgeschwindigkeit der Lanze zu verstehen. Eine kontinuierliche Hubgeschwindigkeit der Lanze führt zu gleichem geotechnischen Verbesserungseffekt, wie der stufenweise Ziehvorgang. Die Prozessdaten des Einfahrvorganges können zur Steuerung des Ziehvorganges eingesetzt werden. Feste Bodenschichten mit einem höheren Energieeinsatz/Weg beim Absenken als die Ziehvorgabe, benötigen keine weitere Verdichtungsarbeit beim Ziehen.
c) Qualitätsmanagement
Aus der Korrelation der Erkundungsdaten mit den Prozessdaten der Datenbank sind Prozessvorgaben für eine Baustelle zu erstellen. Diese Vorgaben sind im Laufe des Prozesses auf Abweichungen zu prüfen. Die Abweichungen gehen zu Lasten des Baugrundbesitzers, wenn der Energieeinsatz des Einfahrprozesses größer als die Ziehvorgabe ist und werden damit vertragsrelevant für das Nachforderungsmanagement im Vertragswesen.
Die Entwicklung betriebseigener Kenngrößen für die Prozessbeschreibung im Sinn der DIN ISO 9000: 2005 führt auch zu einer Erleichterung der Betriebskontrolle und -führung. Das Prüfverfahren schafft die Basis für eine kontinuierliche Prozessverbesserung (KVP). Die Ergebnisse sind in großen Mengen erfasst und ermöglichen über statistische Prüfungen Aussagen zur Zuverlässigkeit des Prozesses. Damit wird eine arbeitsintegrierte Prüfung eines Prüfloses möglich.
d) Marktvorteil
Ein tiefreichendes Prüfverfahren für Tiefenverdichtungstechnologien als Grundlage für ein kennziffernbasiertes Qualitätssicherungssystem existiert bisher nicht. Für einen Auftraggeber kann es von großem Nutzen sein, nach der Bodenverbesserung eine komplexe Darstellung der Änderungen im Baugrundes zu erhalten, um bei Folgemaßnahmen weitere Auswirkungen einschätzen zu können. Die Senkung des Baugrundrisikos für Folgemaßnahmen kann zur Akzeptanz eines höheren Rüttelpreises führen. Eine vom Auftraggeber akzeptierte Eigenüberwachung des Auftragnehmers senkt den Aufwand des Auftraggebers hinsichtlich von Nacherkundungen bei strittigen Abweichungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010022802 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 14731 [0010]
DIN 4094 [0018]
DIN 18 127 [0019]
DIN 18 127 [0019]
DIN ISO 9000: 2005 [0036]
DIN 4094 [0039]
DIN 18 127 [0039]
DIN 18 127 Punkt 3.3 [0039]
DIN EN 14731: 2005 [0044]
DIN EN 14 731 Punkt 10.1 [0046]
DIN ISO 9000: 2005 [0061]

Claims

Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und/oder Rüttelstopfverdichtung, wobei: der zu verbessernde Baugrund mit einem dem Prüflos angepassten Raster von Rüttelpunkten überzogen wird, der Tiefenrüttler in den Boden durch Rüttelbewegungen bis zur vorgesehenen Tiefe eingesenkt und danach mit festgelegten Hubhöhen und Verweilzeiten von einer Tiefe zum nächsthöheren Punkt (oder kontinuierlich) mit Rüttelbewegung gehoben wird, durch geotechnische Vorgaben zur Hubbewegung eine definierte Verdichtungsarbeit beim Heben ermittelt wird, mit den Parametern Stromverbrauch des Rüttlers und der anliegenden Versorgungsspannung das Produkt aus Spannung, Strom und Zeit zu der verbrauchten Energie (in Ws) beim Verdichtungsprozess zusammengerechnet wird, und das Produkt in Bezug zum Weg gesetzt wird, wodurch der Energieverbrauch pro Wegabschnitt und/oder die Senk- oder Hubgeschwindigkeit bei der Verdichtungsarbeit ermittelt wird.
Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und/oder Rüttelstopfverdichtung, insbesondere gemäß Anspruch 1, wobei: zur Vorbereitung des Einsatzes und zur Nachkontrolle des Erfolges der Rüttelverdichtung Sondierungen als Ramm-, Isotopen- und/oder Drucksondierungen eingesetzt werden, aus der Anzahl der Schläge pro vorbestimmter Eindringtiefe das lotrechte Einbringen der Sonde zur Baugrundbewertung genutzt wird und als Eindringwiderstand bestimmt wird, und durch Umrechnung des Eindringwiderstand eine Absenkenergie über den Absenkweg ermittelt wird.
Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und/oder Rüttelstopfverdichtung, insbesondere gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: indirekte Messverfahren durch direkte Prüfungen auf dem Prüflos ergänzt werden.
Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und/oder Rüttelstopfverdichtung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Absenkbewegung gleichrangig mit der Ziehbewegung der Rütteleinheit erfasst wird, um eine Baugrunderkundung in einem engen Raster zu realisieren, die zusätzliche Dichte- und Steifigkeitserhöhung aus dem Einfahrprozess als Standartabweichung bei gleichmäßigem Raster bei der Darstellung des Baugrundes berücksichtigt wird, und sämtliche Parameter, die aus dem Betreiben des Rüttlers, der Zugabe von Zusatzmedien und aus dem Lastverhalten der mechanischen Konstruktionen im Boden resultieren, in Echtzeit erfasst werden, insbesondere Daten des Wechselspiels zwischen Lanze und Boden.
Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und/oder Rüttelstopfverdichtung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: eine erste Datenbank von gemessenen Parametern von Ergebnissen der Absenkvorgänge und Hubvorgänge für jede Bodenart erstellt wird, die erste Datenbank durch eine zweite Datenbank mit geologischen und geotechnischen Kenntnissen zum gleichen Objekt ergänzt wird, aus den Datenmengen beider Datenbanken über Stichproben das arithmetische Mittel und die Standartabweichung ermittelt werden, um daraus eine Vorgabe für die Qualitätssicherung zu bilden, über Statistik Prozesswerte der Rüttelverdichtung mit geotechnischen Eigenschaften des Bodens verknüpft werden, und in Abhängigkeit von einer Baustellengröße, Geologie, Geotechnik oder anderer territorialer Einflüsse Prüflose festgelegt werden.
Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und/oder Rüttelstopfverdichtung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: der wegeabhängige Energieeinsatz als direkte, dynamische und in die Tiefe reichende Prozessgröße benutzt wird, um damit das gesamte Rüttelloch oder auch nur Abschnitte zu beschreiben, und der wegeabhängige Energieeinsatz beim Ziehprozess direkt zur Bewertung der hergestellten Dichte herangezogen wird, wenn sich die Randbedingungen aus Grundwasserstand, Porenwasserdruck und Anderem nicht ändern.
Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und/oder Rüttelstopfverdichtung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die direkte Wechselwirkung zwischen dem Rüttler-Lanze-System und dem Baugrund mit geotechnischen Kenngrößen von Sonden korreliert wird, aus den Einfahrdaten gleichmäßig zusammengesetzte Bodenarten und gleichmäßig verdichtete Bereiche erkannt werden, und die Änderung der Werte über statistisch festgelegte Grenzen hinweg als Abweichung innerhalb des Baugrundes oder als Abweichung in der Prozessdurchführung bestimmt wird.
Verfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Tiefenrüttlern im Einsatz bei der Rütteldruckverdichtung und/oder Rüttelstopfverdichtung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Rüttelverdichtung in Eigenüberwachung auf der Grundlage von Probeverdichtungen überwacht wird, wobei Festlegungen hinsichtlich Verdichtungsgerät, Prozessvorgaben, Rastermaßen, Zugabematerialien und/oder Eigenüberwachungsprüfungen getroffen werden.