DE19814021A1

DE19814021A1 - Gerät zum Einbringen eines Fremdstoffes in Böden oder zur Verdichtung des Bodens

Info

Publication number: DE19814021A1
Application number: DE19814021A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-14
Also published as: WO1999050506A1; EP1068402B1; CA2326651C; US6588987B1; ATE278069T1; EP1068402A1; ES2228030T3; DE59910663D1; AU3418999A; CA2326651A1

Abstract

Gegenstand ist ein Gerät zum Einbringen eines Fremdstoffes in Böden oder zur Verdichtung des Bodens, mit mindestens einem torpedoförmigen Tiefenrüttler (12) als Bearbeitungswerkzeug, angebracht an einem vibrationsdämmenden Verbindungsstück (14), welches mit einem mindestens dreigliedrigen Ausleger (2, 3, 4) verbunden ist, der an einem verfahrbaren vorzugsweise mit einem Drehkranz ausgestatteten Erdbaugerät (1) befestigt ist. Das Gerät ist mit einem Materialförderrohr (10) längs des Rüttlers (12) versehen, durch den der Fremdstoff (vorzugsweise Kies, Sand oder Pumpbeton) bis an die Rüttlerspitze (13) gefördert wird. Für Böden, in denen ein Wassergegendruck an der Rüttlerspitze das Austreten des Fremdstoffes behindert, wird der Fremdstoff vorteilhafterweise über eine Schleusenkammer (15) zunächst in ein Verlängerungsrohr (8) transportiert, bevor er im Materialförderrohr (10) ankommt. Von den beiden Verschlüssen (6 und 7) der Schleusenkammer ist zu allen Zeiten nur jeweils einer geöffnet. Das Verlängerungsrohr (8) wird über einen hier nicht gezeichneten Preßluftanschluß dauernd unter einem Überdruck gegenüber dem Bodenwasserdruck an der Rüttlerspitze (13) gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Einbringen eines Fremdstoffes in Böden oder zur Verdichtung des Bodens mit einem Tiefenrüttler als Bearbeitungswerkzeug gemäß dem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bei der Arbeit mit Tiefenrüttlern verwendet man derzeit entweder die "freireitende" Methode, d. h. der Rüttler ist an einem Seilbagger oder einer ähnlichen Seilhebevorrichtung über eine Seilrolle oder einen Haken befestigt, oder die Mäklerführung.

Außerdem sind drei- oder mehrgliedrige Trageeinrichtung (Ausleger) an sich von der Pfahlrammung her bekannt (Duktilpfahl, Bild 4.16, Grundbau Taschenbuch, 4. Auflage, S. 64, Verlag Ernst & Sohn,), diese sind aber noch nicht in Verbindung mit Tiefenrüt tlern eingesetzt worden.

Die Mäklerführung hat gegenüber der freireitenden Methode den Vorteil der Beschränkung der Freiheitsgrade der Verschieblichkeit der Rütteleinheit auf einer vorgegebenen vorzugsweise vertikalen Linie, so dass Fremdkörper (z. B. Pfähle, Kiessäulen, Drains) mit der gewünschten Vertikalität hergestellt werden können. Elemente mit vorgegebener Neigung aus der Vertikalen können freireitend überhaupt nicht hergestellt werden.

Insbesondere bei der Erstellung von Rüttelbetonpfählen oder Kiesrüttelsäulen (sog. Rüttelstopfverdichtung) ist jedoch bei der herkömmlichen Mäklerführung das Problem aufgetreten, daß der untere Haltepunkt der Führung nicht oder nur sehr selten verwendet werden kann, da die durch einseitige Einspannung in den Boden während des Versenkvorganges entstehenden Torsionskräfte in Kombination mit den ohnehin entstehenden Vibrationen zu untolerierbaren Schäden an Arbeits- und Tragegerät geführt haben. Durch Verwendung nur des oberen Haltepunktes am Mäkler einer sog. Rüttlertragraupe werden in der Praxis dem Eindringen des Rüttlers bewußt alle notwendigen Freiheitsgrade der Ablenkung von der vertikalen Eindringrichtung gelassen um Schäden am Gerät zu vermeiden. Dadurch wird das Kriterium der Vertikalität von Materialsäulen im Boden jedoch zumindest teilweise aufgegeben.

Bei der ebenfalls herkömmlichen Methode, sich selbst versenkende Arbeitsgeräte, wie beispielsweise Tiefenrüttler, frei hängend von einem Seilbagger oder ähnlichem Gerät in den Boden herabzulassen, ist ein manuelles Nachführen zwar möglich, aber wegen der losen Seilführung nicht definierbar und nicht automatisierbar.

Die Mäklerführung erlaubt es nicht nur Zugkräfte nach oben, son dern mit Hilfe eines über eine Spillwinde geführten und am Mäk lerschlitten zwiefach angeschlagenen Seiles auch Vorschubkräfte nach unten auf den Rüttler 12 auszuüben. Diese zusätzlich zum Eigengewicht mobilisierbaren Kräfte unterstützen das Eindringen des Rüttlers 12 in den Boden massgeblich und beschleunigen den Arbeitsfortschritt beträchtlich bzw. ermöglichen das Erreichen einer gewünschten Tiefe überhaupt erst.

Die freireitende Methode hat den Vorteil, dass die hohe Beweg lichkeit der Rütteleinheit am Seil eine sehr viel schnellere Bewegung zwischen den Bearbeitungspunkten ermöglicht, da im Gegensatz zum Mäklergerät nur der Mast geschwenkt, nicht aber das ganze Gerät verfahren werden muss.

An Böschungen und von Pontons im Wasser arbeitend ist wirt schaftlich die freireitende Methode der Mäklermethode überlegen, da auf Hilfsgerüste und Sonderkonstruktionen verzichtet werden kann. Auch in weichem mit ungenügender Tragfähigkeit für die schweren Raupen der Mäklerfahrzeuge (meist eine Art Pfahlramme) ausgestatteten Baugrund ist die freireitende Methode vorteilhaft bzw. die Mäklerführung bisweilen nicht möglich. Oft ist der Boden gerade im Nahbereich des Rüttelpunktes aufgeweicht und die Tragfähigkeit herabgesetzt. Gerade dort setzt aber die grösste Kraft der Tragraupen der Mäklerraupe an.

Die Erdbaugeräte für die freireitende Methode (vorwiegend Seil bagger bzw. Autokrane) sind als Mietgeräte preisgünstiger und leichter erhältlich als die für die Mäklermethode erforderlichen Spezialrammen.

Aufgabe

Die Nachteile der freireitenden Methode und die Nachteile der Mäklermethode sollen durch den Patentgegenstand vermieden werden. Gleichzeitig soll die vorgeschlagene Anlage die Möglichkeit aufweisen, mit dem Rüttler in einer vorbestimmten Richtung Fremdstoffe in Böden einzubringen und den Boden zu verdichten. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildung sind den Unteran sprüchen zu entnehmen.

Das Gerät gemäss Patentanspruch 1 erfüllt auf wohl einmalige Weise sämtliche Vorteile der Mäklermethode und der freireitenden Methode ohne auch nur über einen ihrer oben geschilderten Nachteile zu verfügen. Damit wird in der Gesamtwirkung ein Gerät vorgestellt, das die beiden heute eingesetzten Verfahren sowohl von den Kosten als auch der Ausführungsqualität her schlägt. Die Herstellung von schrägen Rüttelungen wird erstmals ökonomisch und technisch machbar.

Die Steuer- und Regeleinrichtung ist besonders wichtig, wenn der Tiefenrüttlervorschub im Untergrund von der Vertikalen abweicht und die auftretenden Kräfte im Gleichgewicht mit den Rückstellk räften infolge Zwangsführung im Gelenk 16 zur Überschreitung der Biegefestigkeit im System Rüttler-Verlängerungsrohr 8 führen können.

Die maximal wirtschaftlich vertretbare Rütteltiefe des erfin dungsgemässen Gerätes dürfte bei etwa 8 m bis 12 m liegen, da bei großer Teufe die Kosten für das Erdbaugerät stark ansteigen. Ab 20 m Tiefe dürfte bei heutigem Stand der Technik in jedem Fall die freireitende Methode mit dem Seilbagger die günstige Lösung darstellen. Es gilt jedoch zu bedenken, daß die mit Rüttlern heute behandelten Tiefen in 80% der Fälle 10 m nicht überschreiten und somit in der Mehrheit der Anwendungsfälle das hier beschriebene Gerät die optimale Lösung darstellt. Für Tiefen kleiner 5 in wird heute die Rütteltechnik in ihrer Ausgestaltung als Rütteldruckver dichtung (= Eigenverdichtung von rolligen Bodenschichten) häufig preislich von der Fallplattenverdichtung geschlagen, da die Fallplatte bei vergleichbaren Baggerkosten mehr Verdichtung sleistung in einer solch geringmächtigen Schicht bewirkt. Bei Ver wendung eines Hydraulikbaggers mit mehrgliedrigem Ausleger sind die Gerätekosten deutlich geringer als bei jeder Art Seilbagger für die Fallplattenverdichtung. Außerdem sind wesentlich kürzere Versenkzeiten durch die Aktivierungsmöglichkeiten zu erwarten.

Ausführungsbeispiel

In der Zeichnung gemäss Fig. 1 und 2 ist ein Aus führungsbeispiel dargestellt.

Dem Gerät ist mindestens ein Arbeitsgerät, vorzugsweise ein torpedoförmiger Tiefenrüttler 12, an einem vibrationsdämmenden Verbindungsstück 14 angebracht, welches seinerseits mit einem mindestens zwei- besser dreigliedrigen Ausleger verbunden ist, der von einem fahrbaren und mit einem Drehkranz ausgestatteten Hy draulikbagger 1 verfahren wird und bei dem zusätzlich der Ausleger seitlich schwenkbar gestaltet ist, beispielsweise durch eine bekannte Kugelgelenklagerung und getrennt steuerbare Hauptauslegerzylinder.

Das Gerät ist mit einem vibrationsdämmenden Verbindungsstück 14 versehen, das bei einer Abweichung von der idealen Eindrin grichtung die dadurch entstehenden Torsionskräfte und deren Richtung mittels Kraftaufnehmer, die kreisförmig um die Eindrin grichtung des Tiefenrüttlers innerhalb des Verbindungsstückes angebracht sind, an eine Einrichtung zur Steuerung der Armbewegungen meldet, während der in den Boden einzubrin gende Tiefenrüttler, seinerseits mit einem handelsüblichen Neigungssensor versehen ist, der die Richtung einer Abweichung von der idealen, vorzugsweise vertikalen Eindringrichtung an eine bekannte Steuerungseinrichtung (z. B.: DE 40 09 163 A1) meldet. Im Falle eines Abweichens von der idealen Eindringrichtung des Ar beitsgerätes, gleicht das das Arbeitsgerät tragende Erdbaugerät ("Tragegerät") durch automatisches Nachführen in jede horizontal notwendige Richtung die Eindringrichtung unter Beachtung der de finierbar höchst zulässigen Zwängungskräfte automatisch an die Idealrichtung an. Im Falle eines Überschreitens der höchst zulässi gen Zwängungskräfte erhält der Baggerführer oder eine Steuerung eine Warnmeldung und der Versenkvorgang wird abgebrochen oder manuell weitergeführt oder automatisch in einem vorgege benen seitlichen Abstand zur Umgehung des Bodenhindernisses wiederholt.

Bezugszeichenliste

1

verfahrbares Baugerät

2

unteres Glied der Trageeinrichtung, des Auslegers

3

mittleres Glied der Trageeinrichtung, des Auslegers

4

oberes Glied der Trageeinrichtung, des Auslegers

5

nicht vergeben

6

oberer Verschluß

7

unterer Verschluß

8

Verlängerungsrohr

9

nicht vergeben

10

Materialförderrohr

11

nicht vergeben

12

Arbeitsgerät (Tiefenrüttler)

13

Rüttlerspitze (Materialaustritt)

14

Verbindungsstück

15

Schleusenkammer

16

Gelenk

17

unterer Stellzylinder

18

mittlerer Stellzylinder

19

oberer Stellzylinder

20

Stellzylinder für Gelenk

Claims

1. Mit einem Tiefenrüttler als Bearbeitungswerkzeug ausgestat tetes Gerät zum Einbringen eines Fremdstoffes in Böden oder zur Verdichtung des Bodens über eine Rohrförderung, gekennzeich net durch eine mindestens zwei- besser dreigliedrige Trageeinrichtung (2, 3, 4) mit der der Tiefenrüttler dergestalt verbunden ist, dass sein Eindringen in den Boden längs der Wirkungslinie der Schwerkraft ohne Zwängungen in der Aufhängung erfolgen kann.

2. Gerät nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Tiefenrüttler und Trageeinrichtung ein Gelenk (16) an der Spitze der Trageeinrichtung vorgesehen ist, so daß der Tiefenrüttler mit tels einer Steuerung der elektro-hydraulischen oder hydraulischen Stellglieder der Trageeinrichtung in etwa vertikaler (Schwerkraft) Richtung linear auf und ab bewegbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Verstellung der Stellglieder (Zylinder 17, 18, 19, 20) eine automatische Steuerung so erfolgt, dass der Rüttler (12) längs einer aus der Schwerkraftachse heraus geneigten Linie bewegbar ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Regeleinrichtung vorgesehen ist, die bei Überschreitung einer vorgegebenen Querkraft im Gelenk 16 die streng programmierte Linearbewegung längs der Schwerachse gemäss Anspruch 2. oder die definierte Bewegung gemäss einer beliebigen Achse gemäss Anspruch 3 solange mit einer senkrecht zur Wunschachse verlaufenden Bewegung überlagert, bis die Zwängungskraft unter ein toleriertes Maximum zurückfällt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwängungskräfte im Gelenk (16) durch eine gummielastische Verbindung zwischen Gelenkanschlag (16) und Verbindungsstück (14) und/oder zwischen Verbindungsstück (14) und dessen Anschlag an der Schleusenkammer der Rohrförderung minimiert werden.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als verfahrbare Erdbaumaschine mit ver schieblichem Oberwagen oder Drehkranz ausgebildet ist, welche von einer Standposition aus mehrere Rüttleransatzpunkte ohne Verschiebung des Erdbaugerätestandorts mittels Steuerprogramm angefahren werden können.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl anfahrbaren Rüttleransatzpunkte erhöht werden kann, indem einer oder mehrere der Glieder (2, 3, 4) der Trageeinrichtung längs ihrer Längsachse teleskopierbar sind.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrförderung des Fremdstoffes als pneumatische Schlauchförderung oder als Bandförderung des Fremdstoffes bis zum ersten Verschluss (6) ausgebildet ist.

9. Gerät nach nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ähnliche oder gleiche Rüttler, in dreieckiger, sternförmiger oder quadratischer Grundrissanordnung über ein gemeinsames Verbindungsstück (14) mit dem Gelenkanschlag (16) verbunden sind.