DE102012004980A1

DE102012004980A1 - Verfahren zur Stabilisierung des Untergrunds und zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten in standfeste Bereiche

Info

Publication number: DE102012004980A1
Application number: DE201210004980
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Möbius Werner
Original assignee: WERNER MOEBIUS ENGINEERING GmbH; Werner Moebius Engineering GmbH
Current assignee: Werner Moebius Engineering GmbH
Priority date: 2012-02-25
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-08-29

Abstract

Verfahren zur Stabilisierung des Untergrunds und zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten in standfeste Bereiche, insbesondere des Untergrunds von Verkehrswegen und Bauwerken und seitlich davon mit Hilfe von in einem Raster angeordneten Bodensäulen, bei dem an diskreten Stellen in einem Feld ein Mantelrohr in den Boden in einen standfesten Bereich hinein eingebracht und das nicht ausreichende tragfähige Bodenmaterial aus dem Mantelrohr entfernt wird, eine zugfeste vorgefertigte rohr- oder schlauchartige Hülle aus Geotextilmaterial eingebracht wird, tragfähiges Bodenmaterial eingefüllt und verdichtet wird und das Mantelrohr im Rüttelverfahren gezogen wird, wobei die Hülle außen auf das Mantelrohr aufgezogen und mit diesem in den Boden eingetrieben, das tragfähige Bodenmaterial in das Mantelrohr eingebaut und verdichtet und das Mantelrohr nach Einbau von Bodenmaterial kontinuierlich oder in Schritten gezogen wird, wobei die Hülle durch am unteren Ende angreifende Mittel im Boden gehalten wird. Vorteile des Verfahrens: a) Anwendbar auch bei großem Säulendurchmesser; b) als Säulenfüllung ist auch grobstückiges Material möglich; c) anbindige Erdstoffe können im Schutz des Mantelrohres mittels Bindemittel systemimmanent ausreichend verbessert und verwendet werden; d) durch Einbindung der Geokunststoffhülle in den festen Untergrund ergibt sich eine Zugverankerung, und es wird ein Pfropfen umschlossen, der Sohlaufbruch verhindert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung des Untergrunds und zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten in standfeste Bereiche nach Patentanspruch 1 oder 2.
Bei dem bekannten Gründungssystem „geokunststoffummantelte Säulen” werden Säulen aus nicht bindigem – d. h. körnigem – Material zur Abtragung von statischen und zyklischen Lasten durch wenig tragfähige Böden (Weichschichten) bis auf eine tragfähige Schicht geführt. Diese Säulen sind mit einem Geotextil ummantelt, welches die Säule im Verbund mit dem umgebenden weichen Boden radial stützt, wobei die Ummantelung durch Ringzugkräfte beansprucht wird. Durch den Einsatz von geokunststoffummantelten Säulen werden die Absolutsetzungen und Setzungsunterschiede reduziert, der Setzungsverlauf und der Abbau des Porenwasserüberdrucks beschleunigt und die Standsicherheiten im Bau- und Endzustand erhöht.
Aus DE 195 18 830 B4 ist ein Verfahren zur Stabilisierung des Untergrunds und zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten bekannt geworden, bei dem an diskreten Stellen ein Mantelrohr in den Boden eingebracht und das nicht ausreichend tragfähige Bodenmaterial aus dem Mantelrohr entfernt wird. In das Mantelrohr wird eine zugfeste, vorgefertigte rohr-, schlauch- oder sackartige Hülle aus Geotextilmaterial eingebracht. Als tragfähiges Bodenmaterial wird besonders hartes kornabgestuftes Material wie Kiessand, Gestein oder dergleichen in die Hülle gefüllt, wobei das tragfähige Material durch Vibration des Mantelrohrs beim Ziehen verdichtet wird. Die Umhüllung besteht aus dehnbarem, filterfähigem Material und die Verdichtung des tragfähigen Materials bewirkt eine Aufweitung der Hülle derart, dass der umgebende Boden durch Teilverfestigung einen Teil der Horizontalspannungen auffängt. Porenwasserabfluss aus dem umgebenden Boden gelangt in die Säule hinein, die als Vertikaldrän wirkt.
Aus EP 0 900 883 B1 ist ein ähnliches Verfahren bekannt geworden, bei dem ein Verdrängungsrohr in den Boden eingetrieben wird, in das eine sackartige Umhüllung, die im Rundwebverfahren hergestellt ist, eingeführt wird. Sie soll eine Kurzzeitfestigkeit von mindestens 50 kN/m aufweisen. Nach dem Einfüllen des körnigen Materials und Andrücken der Umhüllung gegen die Wandung des Verdrängungsrohres erfolgt die Verdichtung des Materials durch Ziehen des Verdrängungsrohres. Die Umhüllung wird über ihren Ursprungsdurchmesser hinaus gedehnt bis zum Gleichgewicht mit der vom verdichteten umgebenen Boden erzeugten Gegenkraft. Das Material der Umhüllung ist so beschaffen, dass im Wesentlichen kein umgebender Boden in die gebildete Säule eindringt. Die Umhüllung besteht vorzugsweise aus einem Gewebe oder Gitter, erforderlichenfalls im Verbund mit Vliesstoff.
Die beschriebenen Verfahren haben sich bewährt. Sie wurden und werden umfänglich im Deichbau sowie für Dämme des Verkehrswegebaues eingesetzt und auch zur Stabilisierung von Weichschichten unter geplanten Industrieflächen.
Die bekannten Verfahren sind mit einigen Nachteilen behaftet. Bei dem sogenannten Verdrängungsverfahren, bei dem ein unten geschlossenes Rohr in den Boden eingetrieben wird, ist schweres Gerät (Mäkler und Rüttler) erforderlich. Der Durchmesser des Mantelrohrs ist zwangsläufig begrenzt und normalerweise nicht größer als 80 cm. Der Zeitaufwand zum Eintreiben des Rohrs im Verdrängungsverfahren ist bei ungünstiger Schichtenfolge höher, als bei Verwendung offener Mantelrohre. Beim Verdrängungsverfahren können angrenzende Bereiche in Mitleidenschaft gezogen werden, z. B. beim Bahnbau. Das Ziehen des Mantelrohres nach dem Verdichten der Sandsäule erfordert große Kräfte, da die ummantelte Sandsäule durch die Rüttelung stark an die innere Rohrwandung gepresst wird und die Kohäsion der Weichschichtlagen einen großen Haftreibungswiderstand auf die äußere Rohrwandung ausübt. Oft reicht die Beschleunigungswirkung selbst großer Rüttler nicht aus, so dass die Schwingamplitude durch die Wandreibungskräfte „aufgefressen” wird und nicht das untere Rohrende erreicht, was dazu führt, dass beim Ziehen der Rohre die ummantelte Sandsäule eine gewisse Strecke mitgezogen wird.
Unter der Säule durch Unterdruck entstehender Hohlraum wird sofort durch Bodenmaterial des Untergrundes und der angrenzenden Weichschichten aufgefüllt, wodurch es späterhin zu unplanmäßigen Setzungen der Bodensäulen kommt. Das Überwinden großer Kräfte beim Ziehen eines Mantelrohrs tritt also bei Verdrängungsrohren und bei offenen Mantelrohren gleichermaßen auf. Somit ist auch der Durchmesser offener Mantelrohre für die Errichtung von Bodensäulen zwangsläufig begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Stabilisierung des Untergrundes und zur Abtragung von Lasten aus Erdbauwerken und Verkehr in standfeste Bereiche, insbesondere im Untergrund von Verkehrswegen sowie von Damm- und Deichbaumaßnahmen oder seitlich davon, mit Hilfe von in einem Raster angeordneten Bodensäulen anzugeben, bei dem der Einbau der Bodensäulen gegenüber den bekannten Verfahren vereinfacht und der Aufwand dafür verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Hülle, vorzugsweise eine im Rundwebverfahren hergestellte Geotextilhülle, außen auf das Mantelrohr aufgezogen und mit diesem in den Boden eingetrieben. Das tragfähige Bodenmaterial wird in das Mantelrohr eingebracht, z. B. lagenweise und verdichtet. Das Mantelrohr wird, nach vollständigem Einbau von Bodenmaterial, gezogen. Bei Einbau von aufeinander folgenden Lagen kann das Mantelrohr in Schritten gezogen werden. Die Hülle wird an ihrem unteren Ende durch angreifende Mittel im Boden gehalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet ein offenes Rohr, wobei seine untere Schneide oder Fuß vorzugsweise in einen Fußring zusammen mit der Hülle eingestellt wird. Beim Eintreiben des Rohres mit dem Fußring wird somit auch der Geokunststoffmantel in den geplanten Tiefenbereich gebracht. Zur Erzielung der schadfreien Einbringung der Geokunststoffhülle kann in den von dem Fußring, zwischen der Geokunststoffhülle und den angrenzenden Bodenschichten, gebildeten Hohlraum eine spezielle Flüssigkeit (z. B. Bentonit-Wasser-Gemisch) zur Stützung der angeschnittenen „freien” Schichtwände eingegeben und zugleich das Mantelrohr mit dem Fußring ausreichend tief unter die geplante Aushubsohle getrieben werden, um hydraulisch bedingten Sohlaufbruch zu vermeiden. Mit anderen Worten, das Mantelrohr wird zusammen mit der Umhüllung in den standfesten Bereich eingetrieben, wobei die Stützflüssigkeit die sonst zwischen Geokunststoffmantel (Hülle) und angrenzende Bodenschichten auftretenden Reibungskräfte verhindert. Anschließend wird der Aushub nicht bis zum Stahlrohrende vorgenommen. sondern nur bis zur Weichschichtunterkante, so dass eine Art Pfropfen im Rohr und innerhalb der Hülle stehen bleibt, weil anderenfalls erforderliche Bodenauflast im Zuge des Aushubs entfernt wird. Dieser Pfropfen verhindert zusammen mit der Geotextilhülle einen im Zuge des Bodenaushubs und während der ersten Ziehschritte des Rohres möglichen Sohlaufbruch.
In das leere Rohr wird anschließend rolliges Material (z. B. Sand) eingefüllt und beim Ziehen durch Rüttelwirkung in ganzer Rohrlänge in einem Zuge verdichtet. Bei Verfüllungen aus feinkörnig-bindigem Material erfolgt die Verdichtung lagenweise, z. B. in Schritten von 50 cm, wobei das Mantelrohr in entsprechender Schrittfolge gezogen wird. Die Geokunststoffummantelung erfährt durch die im Zuge der verschiedenen Verdichtungswirkungen und durch den Auflastdruck erzeugten horizontalen Verdrängungen des eingebauten Materials eine Dehnung. Bei schrittweisem Einbau und Verdichtung von Bodenmaterial wird die ummantelte Bodensäule zunehmend steifer und tragfähiger. Durch Zusatz von Bindemittel, wie zum Beispiel Kalk, kann eine weitere Stabilisierung und Verbesserung der Tragfähigkeit der Bodensäule erzielt werden. Durch die Ausdehnung der Umhüllung werden angrenzende Weichschichten unter Druck gesetzt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können vor dem Einbau der Bodensäulen in ausgewiesenen Weichschichtzwickeln sogenannte Vertikaldrains eingebaut werden, die zu einer zusätzlichen Entwässerung und Konsolidierung des Untergrundes beitragen. Diese werden mit sogenannten Stitchern so in den zu entwässernden Boden gedrückt, dass sie in der Regel in eine Sandschüttdecklage entwässern und über der Geländeoberkante enden. Die Verwendung von Vertikaldrainagen ist an sich bekannt.
Anstatt das in den Boden eingetriebene Mantelrohr durch Aushub zu entleeren, sieht die Erfindung nach Anspruch 2 vor, das Bodenmaterial im Mantelrohr zu belassen und es durch Aufmischen zu stabilisieren, ggfs. unter Zugabe von Bindemitteln. Nach dem Stabilisieren erfolgt ein Verdichten des Materials und danach das Ziehen des Mantelrohrs, wobei die Hülle wiederum durch an ihrem unteren Ende angreifende Mittel am Boden gehalten wird. Ein derartiges Verfahren hat den großen Vorteil, dass die Arbeiten zum Entleeren des Mantelrohrs entfallen. Ferner entfällt der Abtransport des ausgehobenen Bodens und die zur Verfügungstellung von Bodenmaterial zum Auffüllen des Mantelrohrs. Der Boden im Mantelrohr wird vorzugsweise mit Hilfe eines in der Höhe bewegbaren Mischrotors oder mittels einer entsprechend ausgebildeten Bohrschnecke aufgemischt und verdichtet. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Flügel des Mischrotors, bzw. die Wendel der Bohrschnecke so angeordnet, dass in einer ersten Verdrehrichtung die Bohrschnecke den Boden zum Lösen und zum Ausbau nach oben befördert und in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung den Boden zur Verdichtung nach unten drückt. Die Zufuhr von Bindemittel erfolgt vorzugsweise durch die „Seele” der Bohrschnecke. Derartige Verwendungen entsprechender Bohrschnecken sind an sich bekannt.
Neben der beschriebenen Verdichtung, etwa mit Hilfe eines Mischrotors (oder einer Bohrschnecke) kann eine Verdichtung des Materials in dem Mantelrohr mit Hilfe eines am Mantelrohr angreifenden Rüttlers erfolgen. Dies geschieht vor und mit dem Ziehen des Mantelrohrs, das ebenfalls durch die Wirkung eines Rüttlers (vorzugsweise eines Gürtelrüttlers) unterstützt wird.
Vor dem Eintreiben des Mantelrohrs in den Untergrund muss die Geotextilhülle auf das Mantelrohr aufgezogen werden. Hierzu kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung ein vertikal ausgerichtetes Montagerohr, mit kleinerem Durchmesser als der des Mantelrohres, verwendet werden, auf den die Hülle ziehharmonikaartig aufgeschoben wird. Auf das Montagerohr wird ein Adapter gesetzt, der vom Außendurchmesser des Montagerohres auf den Aussendurchmesser des Mantelrohres erweitert und zugleich für das darauf abzusetzende Mantelrohr eine achsparallele Führung bietet. Das am Mäkler geführte Mantelrohr wird also auf das Adapterrohr gesetzt und anschließend wird die Geotextilhülle vom Montagerohr über den Adapter auf das Mantelrohr gezogen.
Die Hülle hat naturgemäß nur eine begrenzte Länge, so dass die Hülle auch ohne den sogenannten „Rohradapter” aufgezogen werden kann. In der Regel wird das ringförmige Geotextilmaterial als „Endlos”-Schlauch auf einer Rolle aufgewickelt angeliefert und bauseits in erforderlicher Weise abgelängt, konfektioniert und bedarfsgerecht an der Einbaustelle abgelegt. Da das Mantelrohr mit Hilfe eines sogenannten Mäklers vor dem Eintreiben über dem Boden gehalten wird, kann das Mantelrohr bereits in der hängenden Lage von der Hülle überzogen werden.
Um das Ziehen der Hülle über das Mantelrohr zu erleichtern, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das obere Ende der Hülle mit einem Ring verbunden wird, der beispielsweise mittels Haken und Ösen an der Hülle angreift. Mittels Seilzug wird der Ring und die an ihm befestigte Geotextilhülle über das Stahlmantelrohr (nach oben) gezogen.
Anschließend wird das Stahlrohr mit aufgezogener Geotextilhülle, z. B. über dem Achspunkt der zu erstellenden Säule, auf dem dort liegenden Fußring abgestellt, und es wird die Geotextilhülle mit dem Fußring zugfest verbunden, z. B. mit Hilfe von Haken oder geeigneten Klemm-Mitteln.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat eine Reihe von Vorteilen. Das Eintreiben eines offenen Rohres ist verständlicherweise leichter im Vergleich zum sogenannten Verdrängungsverfahren, wodurch der Geräteaufwand und der Zeitbedarf geringer werden
Offene Rohre können auf sehr große Tiefe gebracht werden, was beim Verdrängungsverfahren wegen des zunehmenden Spitzenwiderstandes begrenzt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit offenem Mantelrohr ist in der Eindringphase der Spitzenwiderstand deutlich geringer als bei einem Verdrängungsrohr. Während des Ziehvorganges verhindert die außen liegende Hülle, sowie die den Hohlraum zwischen Geokunststoffhülle und angrenzenden Bodenschichten eingebrachte Stützflüssigkeit, sonst auftretende Haft- und Wandreibungen der angrenzenden Schichten an der Rohraußenwandung.
Sofern eingebrachter Boden nur auf jeweils begrenzter Länge verdichtet wird, tritt beim Ziehen des Rohres keine nennenswerte Mantelreibung zwischen Bodensäule und innerer Rohrwandung auf, da die horizontale Verformung, durch das aufeinander abgestimmte Rohrziehen und Verdichten, nicht auf die Rohrwandung sondern auf die Geotextilhülle des jeweils aus dem Mantelrohr herausgetretenen Säulenabschnittes trifft.
Diese Reibungswiderstände sind verhältnismäßig gering, im Vergleich zur Mantelreibung, wie sie sich z. B. bei der Herstellung einer Sandsäule ergibt, die nicht partiell verdichtet wird und somit während des Ziehvorganges über ihre ganze Länge auf die Wandung des Mantelrohres trifft.
Demnach zusammengefasst wie folgt:
In der Einbauphase geringerer Spitzenwiderstand; in der Ziehphase Entfall der Haft- und Mantelreibungen auf die äußere Rohrwandung und, bei abschnittsweiser Verdichtung, deutliche Reduzierung der Mantelreibung auf die innere Rohrwandung.
Aufgrund der oben beschriebenen Vorteile ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Säulen mit größerem Durchmesser, zum Beispiel ein bis zwei Meter. Dementsprechend größere Säulendurchmesser erfordern die Verwendung von z. B. zwei Aufsetzrüttlern in Tandem-Anordnung, statt eines wie vor beschriebenen Gürtelrüttlers. Bei Verwendung größerer Säulendurchmesser wird zugleich der Aufwand für die erforderliche Geotextilumhüllung geringer, weil für eine zu stabilisierende Bezugsfläche, bei gleich bleibendem Anteil Säulen-(Querschnitts-)Fläche, größere Säulendurchmesser weniger Material an Umhüllung erfordern. Bei einem Flächenanteil von 15% aus Säulen mit 0,8 m Durchmesser kann mit einer Säule nur etwa 3,5 m² Fläche stabilisiert werden. Bei einem Säulendurchmesser von 1,2 m und ebenfalls 15%-igem Säulen-Flächenanteil stabilisiert eine Säule dahingegen eine Gründungsfläche von etwa 7 m². Der Umfang einer D = 0,8 m-Säule beträgt 2,5 m, der einer D = 1,2 m-Säule 3,7 m. Bei Verwendung der Säulen mit größerem Durchmesser errechnen sich im vorliegenden Fall Einsparungen an Stück Säulen von 50% und an geotextiler Mantelfläche von 26%.
Bei den erfindungsgemäßen Säulen ergibt sich, durch die mögliche Einbindung der Geokunststoffhülle bis in eine vorgegebene Tiefe des festen, tragfähigen Untergrundes, eine Zugverankerung, die rückhaltende Kräfte, z. B. bei tiefen Gleitfugen, aktiviert und/oder eine biegesteife Einbindung bei seitlich sonst nicht ausreichend gestützte Säulen liefert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nach dem Stand der Technik als tragfähiges Material Sand oder grobstückiges Material (Schotter, Recycling, Felsbruch o. ä,) eingesetzt werden. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist auch möglich, als Säulenfüllmaterial sonst zu deponierenden Boden zu verwenden, wobei sich eine Einkapselung durch den Bentonit der wie vor beschriebene Ummantelung mit Stützflüssigkeit ergäbe. Im Weiteren ist es möglich, den Aushub aus dem Mantelrohr als Füllmaterial zu verwenden, nach vorangegangener Aufbereitung, insbesondere durch Wasserentzug und gegebenenfalls Zugabe von Kalk oder ähnlichem Bindemittel. Zusätzlich oder alternativ kann Bodenmaterial aus dem zu stabilisierenden Feld oder benachbarten Bereichen verwendet werden. Dieses wird wiederum aufbereitet, insbesondere durch Wasserentzug und gegebenenfalls Zugabe von Kalk oder ähnlichem Bindemittel. Als Füllmaterial kann auch grobstückiges Material, wie Fels, Recyclingmaterial, Abbruchmaterial, Fahrbahnenaufbruch oder sonstiges zu deponierendes Material, das sonst hohe Ablagerungskosten verursacht, in Frage kommen.
Es wurde bereits bemerkt, dass das Mantelrohr zusammen mit einer ringförmigen Fußplatte oder dergleichen in den Boden eingetrieben wird. Diese verbleibt beim Ziehen des Mantelrohres an Ort und Stelle und halt zugleich die Hülle, damit diese beim Ziehen des Mantelrohres nicht mit heraus gezogen wird. Es versteht sich, dass der Fußring mit zusätzlichen Mitteln ausgestattet werden kann, um beim Ziehen des Mantelrohres einen entsprechenden Widerstand dem Mitbewegen der Hülle entgegen zu setzen.
Der Aushub des nicht tragfähigen Bodenmaterials aus dem Mantelrohr kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe einer Bohrschnecke erfolgen. Ebenso können der Einbau des tragfähigen Bodenmaterials und dessen Verdichtung mit Hilfe einer Schnecke erfolgen.
Nach dem Einbau der Bodensäulen wird im zu stabilisierenden Feld über den Säulenköpfen eine horizontale Bewehrung zur Lastverteilung und Geländebruchsicherung eingebaut. Diese sorgt auch dafür, dass in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Säulensteifigkeit zur Steifigkeit der Weichschichtumgebung, bis zu 90% der abzutragenden Lasten von den Säulen übernommen werden.
Die Herstellung von ummantelten Säulen kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung auch im Wasser (z. B. zur Verfüllung von Hafenbecken) erfolgen, wobei die Einbaugeräte auf Pontons oder vergleichbar schwimmende Einheiten gestellt werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
1 zeigt in einzelnen Schritten ein erstes Ausführungsbeispiel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wonach der anstehende Boden im Mantelrohr verbleibt und dort aufbereitet wird
2 zeigt in Schritten ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach der Boden aus dem Mantelrohr entfernt und durch Sand, aufbereiteten Boden oder andere Füllstoffe ersetzt wird
3 zeigt das Aufziehen einer Hülle auf ein Mantelrohr mittels sogenanntem Rohradapter
4 zeigt im Schnitt das untere Ende eines Mantelrohrs und das obere Ende einer Hülle beim Aufziehen auf das Mantelrohr mittels eines Zugringes.
5 zeigt die Draufsicht auf die Darstellung von 4.
6 zeigt perspektivisch den Zugring für die Hülle.
7 zeigt in Seitenansicht den Fußring.
8 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach 7 entlang der Linie A-A.
9 zeigt perspektivisch einen Fußring in der Darstellung nach 8.
10 zeigt alternativ ausgebildete Fußringe.
Auf eine zu verfestigende Bodenschicht 10 sind in den 1 und 2 ein Vlies 12 aufgelegt sowie eine Sandschüttung 14, als Arbeitsebene und zur Beschleunigung der Entwässerung, aufgebracht. Außerdem sind zwischen den Positionen, an denen geotextil-ummantelte Bodensäulen errichtet werden sollen, Vertikaldrains 16 in die Bodenschicht 10 eingebracht. Sie dienen – wie an sich bekannt – ebenfalls dem Entwässern der Bodenschicht 10.
In 1b und c ist ein Mantelrohr 20 dargestellt, von z. B. einem Durchmesser von 1 m bis 2 m. Es ist am oberen Ende bei 22 verstärkt gezeichnet, um das Einrütteln in die Bodenschicht 10 mit Hilfe zum Beispiel eines Gürtelrüttlers anzudeuten. In 1b ist gezeigt, wie eine Geotextilhülle 24, von einem Rohradapter 42, auf das Mantelrohr 10 teilweise aufgezogen ist. In 1c ist die Geotextilhülle 24, die etwa im Ringwebverfahren hergestellt worden ist, vollständig auf das Mantelrohr 20 aufgezogen. Außerdem ist das Mantelrohrs 20 in einem Fußring 26 abgestellt an dem die Hülle 24 befestigt ist. Wie erkennbar, ist der Fußring 26 im Querschnitt schneidenartig. Auf Einzelheiten des Fußrings 26 wird weiter unten noch eingegangen.
Mit Hilfe eines geeigneten Rüttlers wird die Einheit aus Mantelrohr 20, Fußring 26 und Hülle 24 in den Boden eingetrieben. Wie gezeigt, wird das Mantelrohr zusammen mit der Hülle bis in die unterhalb der Bodenschicht 10 folgende tragfähige Schicht 30 eingetrieben, zum Beispiel um 1 m bis 2 m.
Das Bodenmaterial innerhalb des Mantelrohrs 20 verbleibt in diesem, sofern es nicht durch z. B. Sand oder andere geeignete Stoffe ersetzt werden soll (1d).
Anschließend findet gemäß 1e ein Aufmischen und Stabilisieren des Bodens im Mantelrohr 20 statt. Dies geschieht mit Hilfe eines mehrfügeligen Mischrotors 28, der – wie Doppelpfeil 32 anzeigt – in der Höhe bewegbar ist wozu sich dessen Flügel, entsprechend gewünschter Auf- oder Abwärtsbewegung, verstellen lassen. In 1f erfolgt eine Zugabe von Bindemittel. Das Einmischen des Bindemittels erfolgt wiederum mit Hilfe des Mischrotors 28, wobei die Zufuhr über dessen Stange bzw. dessen Seele erfolgt. Hierbei wird der Mischrotor 28 nach oben und nach unten geführt. Gemäß 1g kann ein Verdichten des Materials im Mantelrohr 20 dadurch erfolgen, dass der Mischrotor durch entsprechende Flügelstellung Druck nach unten ausübt und sich dabei selbsttätig nach oben bewegt. Dabei findet eine Verdichtung in relativ dünnen Schichten statt. Eine zusätzliche Verdichtung kann dadurch erfolgen, dass auf das Mantelrohr ein Rüttler aufgesetzt wird (z. B. ein sogenannter Gürtelrüttler oder Tandemrüttler), der aufgrund der Vibration 21 im Mantelrohr 20 eine Verdichtung des Materials im Rohr bewirkt (1h). In der Phase gemäß 1i wird das Mantelrohr langsam gezogen bei gleichzeitigem Verdichten mit Hilfe des Rotors 28. Der Rotor 28 befindet sich dabei am unteren Ende des Mantelrohrs 20. Aufgrund der Verdichtung des Materials in dem Rohr 20 und darunter kommt es zum Aufweiten und damit zur Aktivierung der Hülle 24 bei entsprechendem Gegendruck im zu verfestigenden Bodenmaterial 10.
Alternativ zum vorbeschriebenen Mischrotor kann im Einzelfall auch die Verwendung einer entsprechend ausgebildeten Bohrschnecke zweckmäßig sein.
Wie schon erwähnt, wird das Mantelrohr 20 zusammen mit der Hülle 24 eine gewisse Strecke in die tragfähige Schicht eingetrieben. Bei abnehmender Auflast durch Ausräumen von Boden aus dem Mantelrohr 20, und bei letztendlich freiliegender Sohle, verlängert die tiefer reichende Geotextilhülle potentielle Stromfäden und mindert auf diese Weise wirksam die Gefahr eines hydraulisch rückschreitenden Sohlaufbruches.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 sind mit 1 übereinstimmende Teile mit identischen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu 1 wird nach dem Eintreiben von Mantelrohr 20 mit Hülle 24 das Material aus dem Mantelrohr 20 ausgehoben (1d), allerdings nur im Bereich der zu verbessernden Schicht 10, während das Material im Bereich der unterlagernden tragfähigen Schicht 30 im Mantelrohr verbleibt. Anschließend wird ein geeigneter Boden, z. B. Sand 27, in das Mantelrohr 20 eingefüllt (1e). Anschließend wird das Mantelrohr mittels Rüttler bei Vibration in einem Zug gezogen, bei dadurch aktivierter Verdichtung und horizontaler Verdrängung des Füllsandes gegen die sich dehnende Geotextilhülle (1f). Die Hülle 24 wird vom Fußring 26 unten gehalten.
Statt Sand kann aufbereiteter Boden 29 als Füllmaterial verwendet werden (1g), der, in z. B. 50 cm Lagen, bei entsprechendem schrittweisen Ziehen des Mantelrohres 20, mittels z. B. Mischrotor 28 verdichtet wird, was unter dem Verdichtungsdruck zur Dehnung der vom gehobenen Mantelrohr 20 partiell freigelegten Geotextilhülle 24 führt (1h, 1i und 1k). Die Hülle 24 wird vom Fußring 26 unten gehalten.
Die Verdichtung kann im Einzelfall auch allein durch die Vibration mittels Rüttler beim Ziehen des Mantelrohres 20 in einem Zuge erfolgen, wobei sich die vom Mantelrohr 20 freigelegte Hülle 24, infolge der sich dem aufwärts bewegenden Mantelrohr 20 folgenden horizontalen Druckausbreitung, dehnt und dabei aktiviert wird (1l). Unter den im Weiteren wirksamen vertikalen statischen und zyklischen Auflastspannungen wird die Hülle 24 letztendlich bis zum Erreichen der ihr zugewiesenen radialen Zugspannungen (Bemessungszugkraft) aufgeweitet und es wird in den umgebenden Schichten 10 entsprechender Gegendruck erzeugt.
3 beschreibt das Aufziehen der Geotextilhülle auf das Mantelrohr mittels sogenanntem Rohradapter:
3a zeigt ein vertikal ausgerichtetes Montagerohr 40, das einen kleineren Außendurchmesser als das Mantelrohr 20 hat. Die in den 1 und 2 dargestellte Hülle 24 aus Geotextilmaterial wird über das Montagerohr 40 gezogen und dabei ziehharmonika-ähnlich zusammengeschoben. Auf das Montagerohr 40 wird ein Adapter 42 gesetzt (3b).
Zu diesem Zweck besitzt der Adapter einen unteren zylindrischen Abschnitt 44, der annähernd passend in das Montagerohr 40 eingreift. Oberhalb des zylindrischen Abschnitts 44 ist eine sich nach oben erweiternde konische Gleitfläche 46 vorgesehen, an den sich ein weiterer zylindrischer Abschnitt 48 anschließt. Der Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 48 ist gleich oder geringfügig größer als der Außendurchmesser des Mantelrohrs 20. Innerhalb dieses Abschnittes 48 befinden sich Bohrungen 35 für die Aufnahme von Steckbolzen 36, die der temporären Positionierung eines Zugringes 50 dienen, der in 6 genauer beschrieben wird. Oberhalb des zylindrischen Abschnitts 48 weist der Adapter einen zylindrischen Abschnitt 38 auf, dessen Durchmesser annähernd dem Innendurchmesser des Mantelrohres 20 entspricht. Die konisch geformte Adapterspitze 39 und der zylindrische Abschnitt 38 dienen der Führung des auf den Adapter abzusetzenden Mantelrohres 20, sowie dessen Ausrichtung mit dem Montagerohr 40 (3c). Beim Hochziehen 56 der Hülle 24 gleitet diese an der konischen Fläche 46 entlang, wird auf den Durchmesser des Mantelrohres 20 gebracht und in den im Adapterabschnitt arretierten Zugring 50 eingehängt. Die Steckbolzen werden herausgezogen. Der Zugring 50 wird mit anhängender Hülle 24 nach oben bis zum oberen Rohrende gezogen.
Danach wird das Mantelrohr 20 mit aufgezogenem Geotextilmantel 24 auf dem (z. B. über dem Achspunkt der herzustellenden Säule zentrisch abgelegten) Fußring 26 abgesetzt, und es wird der Geotextilmantel 24 zugfest mit dem Fußring 26, der durch 7 bis 9 bzw. 10 genauer beschrieben wird, verbunden (3d).
Die beschriebene Verbindung der Fußplatte mit der Geotextilhülle kann auch an beliebiger anderer Stelle geschehen (z. B. auf einer Baggermatratze oder auf einem Ponton).
Es ist grundsätzlich auch möglich, eine abgeschnittene Länge von ringförmigem Geotextilmaterial ohne das Hilfsmittel eines sogenannten Rohradapters von unten auf ein bereitgehaltenes Mantelrohr 20 aufzuziehen. Danach wird das Mantelrohr 20 mit aufgezogenem Geotextilmantel 24 auf dem über dem Achspunkt der herzustellenden Säule zentrisch abgelegten Fußring 26 abgesetzt und es wird der Geotextilmantel 24 zugfest mit dem Fußring 26, auf den weiter unten noch eingegangen wird, verbunden (3d).
Der in 6 bei 50 dargestellte Zugring weist an der oberen Kante Ösen 52 auf und ist außen mit Haken 54 versehen. Wie in 4 gezeigt, greifen die Haken 54 durch Maschen der Geotextilhülle 24. An den Ösen 52 greift ein Seil oder dergleichen an, um den Zugring in Richtung Pfeil 56 zu ziehen.
Wie schon erwähnt, wird am unteren Ende des Mantelrohrs 20 ein Fußring 26 angeordnet, der beim Ziehen des Mantelrohrs 20 automatisch im Boden verbleibt (siehe 1i oder 2f und 2h bis 2l) und dabei die Hülle 24 festhält. In den 7 bis 10 ist ein Beispiel für einen derartigen Fußring 26 dargestellt. Er besitzt am oberen Teil ein U-förmiges Profil, dessen innerer Schenkel 60 zur zentrischen Führung des Mantelrohres 20 dient und dessen äußerer Schenkel die Ausformung des Schlitzes bewirkt (8 und 9). Im unteren Teil ist eine dreieckige Schneide 62 vorgesehen, um das Verdrängen von Material zu erleichtern. Wie in 8, 9 und 10 zu erkennen, hat der Fußring 26 eine Reihe von Haken 64, die im Umfangsabstand angeordnet sind. Die Haken greifen durch Maschen der Geotextilhülle 24, sodass die Hülle 24 fest am Fußring angebracht ist und mit diesem in den Boden eingetrieben werden kann, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. Die Hülle kann auch in anderer Weise mit dem Fußring 26 fest verbunden werden. Der Fußring hat einen deutlich größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Mantelrohres, damit sich vor der Geotextilhülle ein Schlitz bildet, durch den der horizontale Erddruck auf die Geotextilhülle und somit die entgegen der Eintriebsrichtung wirkenden Reibungskräfte abgemindert werden.
Um das schadfreie Einbringen der Geotextilhülle zu sichern, kann zusätzlich vorgesehen werden, gleichzeitig eine sogenannte Stützflüssigkeit in den im Boden gebildeten Schlitz einzuleiten, die verhindert, dass beim Verdrängen des Bodenmaterials dieses sich wieder hin an die Hülle anlegt und dadurch Reibungskräfte verursacht. Als Stützflüssigkeit kommt z. B. ein Bentonit-Wasser-Gemisch in Frage. Die Einleitung der Stützflüssigkeit erfolgt z. B. von oben in den Schlitz. Selbstverständlich reduzieren sich die für das Eintreiben und für das Ziehen des Mantelrohres erforderlichen Kräfte durch einen Bentonit-Schlitz zusätzlich.
10a und 10b zeigen einen Fußring 70 mit einem radialen Flansch 72, auf dem in Umfangsabständen Stegbleche angebracht sind. An diesen sind Klemmbacken 74 gelenkig angehängt. Das untere Ende der Hülle 24 wird um die Klemmbacken 74 herumgeschlungen, wobei die Hülle 24 von unten achsparallel mit Einschnitten versehen wird. Die Hülle 24 kann zusätzlich an den Backen 74 festgelegt werden. Wird das Mantelrohr 20 eingestellt zwischen dem Bund 76 des Ringes 70 und den Klemmbacken 74 schwenken die Klemmbacken 74 aus wie 10a zeigt. Wird das Mantelrohr 20 gezogen, schwenken die Klemmbacken 74 aufgrund des Zuges an der Hülle im Uhrzeigersinn gegen den Bund 76 und klemmen die Hülle fest.
Je größer die Zugkraft an der Hülle umso größer die Klemmkraft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19518830 B4 [0003]
EP 0900883 B1 [0004]

Claims

Verfahren zur Stabilisierung des Untergrunds und zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten in standfeste Bereiche, insbesondere des Untergrunds von Verkehrswegen und Bauwerken und seitlich davon mit Hilfe von in einem Raster angeordneten Bodensäulen, bei dem an diskreten Stellen in einem Feld ein Mantelrohr in den Boden in einen standfesten Bereich hinein eingebracht und das nicht ausreichende tragfähige Bodenmaterial aus dem Mantelrohr entfernt wird, eine zugfeste vorgefertigte rohr-, schlauch- oder sackartige Hülle aus Geotextilmaterial eingebracht wird, tragfähiges Bodenmaterial eingefüllt und verdichtet wird und das Mantelrohr im Rüttelverfahren gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle außen auf das Mantelrohr aufgezogen und mit diesem in den Boden eingetrieben, das tragfähige Bodenmaterial in das Mantelrohr eingebaut und verdichtet und das Mantelrohr nach Einbau von Bodenmaterial kontinuierlich oder in Schritten gezogen wird, wobei die Hülle durch am unteren Ende angreifende Mittel im Boden gehalten wird.
Verfahren zur Stabilisierung des Untergrunds und zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten in standfeste Bereiche, insbesondere des Untergrunds von Verkehrswegen und Bauwerken und seitlich davon mit Hilfe von in einem Raster angeordneten Bodensäulen, bei dem an diskreten Stellen in einem Feld ein Mantelrohr in den Boden in einen standfesten Bereich hinein eingebracht, eine zugfeste vorgefertigte rohr-, schlauch- oder sackartige Hülle aus Geotextilmaterial eingebracht, Bodenmaterial innerhalb der Hülle verdichtet und das Mantelrohr im Rüttelverfahren gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle außen auf das Mantelrohr aufgezogen und mit diesem in den Boden eingetrieben, das Bodenmaterial im Mantelrohr nach einem Aufmischen und Stabilisieren und ggfs. einer Zugabe von Bindemitteln verdichtet und das Mantelrohr anschließend gezogen wird, wobei die Hülle durch am unteren Ende angreifende Mittel im Boden gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vom Fußring, zwischen der Geokunststoffhülle und den angrenzenden Bodenschichten, gebildeten Hohlraum eine spezielle (z. B. thyxotrope) Flüssigkeit zur Stützung der „angeschnittenen” freien Schichtwände eingegeben wird, um die zwischen Geokunststoffmantel (Hülle) und angrenzenden Bodenschichten anderenfalls auftretenden Reibungskräfte zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenmaterial im Mantelrohr mit Hilfe einer in der Höhe bewegbaren Bohrschnecke oder eines Mischrotors aufgemischt und verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel einer Bohrschnecke (bzw. die Flügel eines Mischrotors) so angeordnet sind, dass in einer ersten Drehrichtung die Schnecke selbsttätig nach unten und in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung selbsttätig nach oben bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bindemittel nach dem Aufmischen und Stabilisieren des Bodenmaterials im Mantelrohr eingearbeitet wird, vorzugsweise mit einer Bohrschnecke oder mit einem Mischrotor.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ziehen des Mantelrohrs das Bodenmaterial im Mantelrohr mit Hilfe eines am Mantelrohr angreifenden Rüttlers verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als tragfähiges Bodenmaterial der Aushub aus dem Mantelrohr verwendet wird nach vorangegangener Aufbereitung, insbesondere durch Wasserentzug und gegebenenfalls Zugabe von Kalk oder ähnlichem Bindemittel.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als tragfähiges Füllmaterial Boden aus dem Feld oder benachbarten Bereichen verwendet wird nach vorangegangener Aufbereitung, insbesondere durch Wasserentzug und gegebenenfalls Zugabe von Kalk oder ähnlichem Bindemittel.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Sand oder anderes körniges Material als Bodenmaterial verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr eine gewisse Strecke unter die Aushubsohle eingetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbau der Bodensäulen Drainschläuche zwischen den Positionen der Bodensäulen vertikal in den Boden eingebaut werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr zusammen mit einem unter dem Fuß des Mantelrohrs nicht entfernbar angeordneten Fußring in den Boden getrieben wird und das untere Ende der Hülle am Fußring befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle vordem Aufziehen auf ein Mantelrohr auf das Montagerohr aufgezogen und auf diesem zusammengeschoben wird, der einen kleineren Durchmesser als das Mantelrohr hat, auf den Rohrstummel ein Adapter aufgesetzt wird, der eine sich nach oben erweiternde konische Gleitfläche aufweist, deren größter Durchmesser etwa dem Außendurchmesser des Mantelrohrs entspricht und das Mantelrohr oberhalb vom Rohrstummel zu diesem ausgerichtet wird und die zusammengeschobene Hülle anschließend nach oben über den Adapter auf das Mantelrohr gezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Hülle ein Ring angebracht wird, der mit Haken an der Hülle angreift und die Zugkraft an dem Ring angebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fußring vorgesehen ist, in den das Ende des Mantelrohres mit der außenliegenden Hülle eingestellt und diese Hülle mittels z. B. Haken oder Klemmbacken mit dem Fußring verbunden wird.