DE2055349A1

DE2055349A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Be arbeitung des Erdbodens und/oder zum Einbringen einer Säule aus Fremdmaterial im Erdboden

Info

Publication number: DE2055349A1
Application number: DE19702055349
Authority: DE
Inventors: Jons Dubbeldam Kmep (Niederlande)
Original assignee: Internationaal Technische Handelson derneming en Adviesbureau ITHA N V , Dubbeldam (Niederlande)
Priority date: 1969-11-20
Filing date: 1970-11-11
Publication date: 1971-05-27
Also published as: DE2055349B2; FR2069589A5; CH545387A; DE2055349C3; BE759184A

Description

Internationaal Technische Handelsonderneming en Adviesbureau ITHA N.V., Dubbeldam, Groene Kruislaan 24-, Niederlande

"Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung des Erdbodens und/oder zum Einbringen einer Säule aus Fremdmaterial im Erdboden"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer vertikalen Bodensäule im Erdboden. Durch die Erfindung ist es überraschenderweise möglich, den Erdboden über eine beträchtliche Tiefe zu bearbeiten. Insbesondere ist es möglich, ihn mit einer neuen Einrichtung zu verdichten, die durch ein Schwingrohr gekennzeichnet ist, von dem das oberste Ende ungedämpft mit einem Schwingungserreger gekoppelt ist, der eine gegen Schwingung abgefederte Ballast-Masse trägt, und durch ein Hebewerkzeug, mit dem das Schwingrohr in einstellbarem Abstand hin- und herbewegt werden kann, und durch Mittel, um das Schwingrohr unter Überwindung des Widerstandes in den

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Erdboden einzutreiben.

Sowohl in trockenen als auch wasserreichen Gebieten lassen sich die Schwingungen von der relativ großen Oberfläche eines Rohres oder einer Röhre leicht auf die umgebenden Bodenteilchen übertragen, wobei sich noch auf einen beträchtlichen Abstand vom Schwingrohr eine befriedigende Verdichtung des Erdbodens ergibt. Ein Vorteil ist dabei, daß das Schwingrohr, im Gegensatz beispielsweise zu Rammpfählen, nicht im Erdboden zurückbleibt und so oftmals benutzt werden kann. Wenn dabei die Unterseite des Rohres offen ist, kostet es relativ sehr wenig Energie, das Schwingrohr in den Boden hineinzutreiben, wobei durch das Schwingen doch eine bleibende Verfestigung des Erdbodens erreicht werden kann.

Ein anderer Vorteil des Hauptgedankens der Erfindung ist, daß unter geringem Energieaufwand eine Säule aus Fremdmaterial in den Erdboden eingebracht werden kann, wobei darüberhinaus der diese Säule umgebende Erdboden noch verdichtet wird.

Entsprechend einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist hierfür die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das unterste Ende sich schließt, wenn darauf nach oben gerichteter Druck ausgeübt wird, und daß die Vorrichtung weiterhin mit Mitteln versehen ist, das Schwingrohr im gewünschten Augenblick mit Fremdmaterial zu füllen.

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Mit einer derartigen Vorrichtung ist man nicht nur in der Lage, eine Säule aus Fremdmaterial in den Erdboden einzubringen, sondern auch gleichzeitig sowohl den umgebenden Erdboden als auch das eingebrachte Fremdmaterial zu komprimieren und auf homogene Weise zu verteilen. Die Vorrichtung ermöglicht es, mit Hilfe eines Schwingrohres von bestimmtem Durchmesser eine vertikale Säule aus Fremdmaterial in den Erdboden einzubringen, die einen beträchtlich größeren Durchmesser hat als das Schwingrohr selbst. Mit der Vorrichtung ist es weiterhin möglich, die vertikale Säule so einzubringen, daß ihre Oberseite in einem bestimmten Abstand unter der Erdoberfläche bleibt.

Um sicherzugehen, daß die Unterseite des Schwingrohres unter den angegebenen Umständen abgeschlossen ist und sich bei Änderung dieser Umstände öffnet, wird gemäß der Erfindung dafür gesorgt, daß das Schwingrohr an der Unterseite eine Klappe trägt, von der ein Flächenteil das Schwingrohr abschließen kann und von der ein gebogener vorstehender Teil mit Zapfen in vertikalen Schlitzen eines Gehäuses verschiebbar und verdrehbar unterhalb einer Anschlagstange angebracht ist, die eine nahezu vertikale offene Stellung der Klappe begrenzt und ein weiteres Aufdrehen verhindert.

Um die Kapazität des Schwingungserregers optimal zu nutzen, wird nach der Erfindung auch vorzugsweise dafür gesorgt,

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daß das Schwingrohr mit Hilfe einer starren Schnellkopplung an dem Schwingungserreger befestigt ist und daß die Ballast-Masse größer ist als ein Drittel der totalen statischen Masse aus Schwingrohr mit Klappe und Schwingungserreger mit Ballast-Masse.

Durch die Vorrichtung wird ein hohles Rohr in den Erdboden eingebracht, während und/oder nach dem Einbringen in Schwingung versetzt und während oder nach dem Schwingen als Einbringorgan zum Auffüllen des während des Einbringens entstandenen vertikalen Schachtes mit Fremdmaterial benutzt. Das Einbringen geschieht vorzugsweise dann, wenn das Schwingrohr sich noch in Schwingung befindet und ein bemessenes Stück nach oben bewegt worden ist. Das Schwingen des Schwingrohres hat weiterhin zum Ziel, den Erdboden, der das Schwingrohr umgibt, zu verdichten und das Fremdmaterial aus dem Schacht in das umgebende Erdreich dringen zu lassen. Ein Nachteil ist dabei jedoch, daß der Einfluß des Schwingrohres auf den umgebenden Boden auf einen kurzen Abstand vom Schwingrohr begrenzt bleibt.

Die zugrundeliegende Erfindung ergibt auch eine Vorrichtung, bei der das Schwingrohr auf der Außenwand radial abstehende Metallplatten trägt, wobei diese Resonanzplatten kritisch oder überkritisch (resonant oder überresonant) auf den

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Schwingungserreger oder umgekehrt abgestimmt sind, mit anderen Worten so, daß die Resonanzkopplung zwischen den Resonanzplatten und dem Schwingungserreger Energie überträgt und die Resonanzplatten eine Schwingung an eine Umgebung mit Komponenten in drei senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen übertragen können. Der Grundgedanke, der diesem Vorschlag zugrundeliegt, beruht einerseits auf der Idee, daß die Wirkung des Schwingrohres auf den umgebenden Erdboden durch schwingende Teile der Vorrichtung weiter den umgebenden Erdboden durchdringend ausgedehnt werden kann, und andererseits auf der überraschenden Erkenntnis, daß bei einer Longitudinalschwingung des Schwingrohres die Resonanzplatten nicht allein in ihrer eigenen Fläche schwingen, sondern auch, senkrecht dazu. Die Dimensionierung der Resonanzplatten soll einerseits eine Funktion der Frequenz des SchwingUngserregers sein und andererseits von den Eigenschaften des zugehörigen Metalles abhängen, beispielsweise vom Elastizitätsmodul. Die Resonanzkopplung zwischen den Resonanzplatten und dem Schwingungserreger dient naturgemäß dazu, Schwingungsenergie zu übertragen, so daß die Resonanzplatten arbeiten können. Diese Energieübertragung soll maximal sein, wenn die Resonanzplatten auch wirklich in Resonanz mit der Frequenz des Schwingungserregers sind, wenn auch bei höheren Frequenzen eine Energieübertragung möglich ist und auch hierbei die Resonanzplatten arbeiten können.

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Gemäß der Erfindung können die Abmessungen der Resonanzplatten in Längsrichtung des Schwingrohres variieren. Mit dieser Variationsmöglichkext kann der Einfluß der Resonanzplatten auf ihre Umgebung als Funktion des Abstandes von der Erdoberfläche variiert werden.

Entsprechend einer vorzugsweisen Ausführungsform sind an wenigstens einer radialen Fläche des Schwingrohres zwei oder mehrere Resonanzplatten angebracht. Es ist dabei möglich, daß in Längsrichtung gesehen zwei oder mehrere Platten hintereinander in Fluchtlinie auf der Außenwand des Schwingrohres angebracht sind. Dies ergibt den Vorteil, daß die Länge des Schwingrohres so groß wie gewünscht gewählt werden kann, und daß doch kein nachteiliger Zahlenwert für das Verhältnis Länge zu Breite der Resonanzplatten erhalten wird.

Vorzugsweise besitzen die Resonanzplatten eine Dicke von weniger als 15 mm und beträgt das Verhältnis der Abmessung parallel zum Schwingrohr zur Abmessung senkrecht zum Schwingrohr weniger als 6:1.

Eine gute Resonanzkopplung entsteht, wenn die Eigenfrequenz der Resonanzplatten zwischen dem ein- bis dreifachen der Frequenz des Schwxngungserregers liegt.

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Um für normale Bodenarten die Schweißnähte, mit denen die Resonanzplatten am Schwingrohr festgeschweißt sind, nicht zu hoch zu belasten, soll die aktive Oberfläche von allen

Resonanzplatten weniger als 1 in pro Tonne schwingungserregende Wechselkraft bei einer Schwingungserreger- Frequenz von 25 bis 5o Hz betragen.

Die Erfindung hat ferner Bezug auf eine Vorrichtung des erstgenannten Typs.

Im allgemeinen besteht eine derartige Vorrichtung aus einem zylindrischen Rohr, das direkt - sei es durch Rammen oder durch Schwingung - in den Erdboden eingetrieben wird, wobei es eine verlorene Klappe vor sich hertreibt. Nachdem das Rohr auf der richtigen Tiefe angekommen ist, wird unter gleichzeitigem Zurückziehen des Rohres unter Zurücklassen der Klappe Beton oder ein anderes Fremdmaterial durch das Rohr auf die Klappe aufgesetzt. Nachdem das Rohr wieder aus dem Boden gezogen ist, befindet sich eine Säule aus aushärtendem Beton oder aus anderem Fremdmaterial im Erdboden. Ein Vorteil dieser Vorrichtung gegenüber dem konventionellen Rammen mit bewehrten Betonpfählen ist - vor allem dann, wenn sich das Gießen des Betons unter andauerndem Schwingen des sich zurückziehenden Rohres vollzieht - daß der Beton in den Erdboden eindringt, der den Schacht umgibt, und auf

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diese Weise eine zusätzliche Verankerung des Betonpfahles auftritt. Wenn eine Säule aus Fremdmaterial mit großem Fundamentiervermögen eingebracht werden soll, soll der Durchmesser der zylindrischen Säulen ausreichend groß gewählt werden. Nun ist darüberhinaus die Kontaktfläche zwischen der Betonsäule und dem diese umgebenden Erdboden ein wichtiger Faktor für die Bemessung der Größe des Fundamentiervermögens. Nach diesen Überlegungen steht fest, daß die Zylinderform in diesem Zusammenhang ei rf ungünstiges Verhältnis Inhalt zu Oberfläche hat, so daß für ein bemessenes Fundamentiervermögen relativ viel Fremdmaterial in den Erdboden eingebracht werden muß. Weiterhin gibt eine Durchmesservergrößerung des in den Grund einzudrückenden Rohres eine relativ starke Vergrößerung der auftretenden und der zur Oberwindung erforderlichen Kräfte.

Die Erfindung bezweckt eine Vorrichtung der genannten Art, wobei einerseits für ein bemessenes Fundamentiervermögen weniger Fremdmaterial benötigt wird und wobei andererseits der Aufwand, der benötigt wird, um die Vorrichtung in den Erdboden zu drücken, auf überraschende Weise verringert wird.

Hierfür wird vorgeschlagen, die Vorrichtung mit einem oder mehreren Profilen zu ergänzen, die auf der Mantelfläche des

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Rohres befestigt sind, wobei die Profile sich über einen Teil dieser Länge entlang des Rohres erstrecken, jedoch in der Nähe des Deckels ein Stück des Rohres freilassen und wenigstens während des Eintreibens der Vorrichtung an der Unterseite geöffnet sind.

Es soll betont werden, daß hiermit der Aufwand, der nötig ist, um die Vorrichtung in den Erdboden zu treiben, nicht viel größer sein soll als bei einem Einzelrohr, wobei die Profile noch eine Erdbodensäule ausstechen, die bei Herausziehen der Vorrichtung nach oben kommt. Wenn während des Herausziehens der Vorrichtung das Fremdmaterial durch das Zentralrohr in den Raum unter diesem Zentralrohr aufgesetzt wird, soll -nachdem das untere Ende des Rohres in Höhe des unteren Endes des durch die Profile ausgestochenen Raumes gekommen ist - das Fremdmaterial gleichzeitig in diesen Raum eindringen. Gleichzeitig soll betont werden, daß durch diese Vorschrift immer die gesamte Kontaktfläche der Säule aus Fremdmaterial mit dem diesen umgebenden Erdboden größer sein soll, während gleichzeitig - wenn der Außenumfang der Säule aus Fremdmaterial nicht kreiszylindrisch ist - Fremdmaterial gespart wird.

Um sicherzugehen, daß die Profile den ausgestochenen Erdboden mit nach oben nehmen, können diese entsprechend der Erfindung an der Unterseite jedes eine schwenkbare Klappe

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-lotragen, die bei dem Eintreiben der Vorrichtung offensteht und bei dem Herausziehen aus dem Erdboden schließt.

Eine geringe Menge Fremdmaterial für ein bemessenes Fundamentiervermögen wird benötigt, wenn das Rohr zylindrisch ist, die vier Profile symmetrisch angeordnet sind und zu je zwei diametral einander gegenüberliegend angebracht sind. Jedes besteht teilweise aus einem Zylindermantel, dessen Achse auf der Mantelfläche des Rohres liegt und dessen Radius 60 bis 80% vom Ra"dius des Rohres ist.

Eine vorteilhafte Zentrierung des Rohres beim Eintreiben der Vorrichtung und eine vorteilhafte Verankerung der ausgehärteten Säule aus Fremdmaterial nach dem Einbringen wird erhalten, wenn die Unterseitender Profile insgesamt in einer Fläche liegen, von der der Abstand bis zu der Fläche durch die Klappe 3o bis 7o% der gemittelten Querabmessung des Rohres ist.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Einbringen einer vertikalen Säule aus Fremdmaterial im Erdboden# Es wurde bereits eine solche Arbeitsweise dargestellt, die durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß entweder eine vertikale Bodensäule gegen Fremdmaterial ausgewechselt wird oder durch ein - übrigens auf unregelmäßige Weise ausgeführtes - Rammverfahren das Fremdmaterial in einen voll-

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ständig oder gar nicht zuvor gegrabenen Schacht hineingetrieben wird. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, daß der die vertikale Säule umgebende Erdboden und/oder das Fremdmaterial selbst nicht auf geometrisch homogene Weise verteilt und verdichtet wurden.

Die Erfindung soll diese Nachteile überwinden und eine Arbeitsweise der gewünschten Art möglich machen, wobei

- ein von unten abgeschlossenes Schwingrohr in den Erdboden getrieben wird;

- das Rohr und der Boden über einen Abstand von wenigstens dem vierfachen Rohrdurchmesser von der Rohrwand in starke Schwingungen versetzt und gehalten werden;

- das Rohr mit Fremdmaterial gefüllt wird und über eine Länge von maximal dem dreifachen Rohrdurchmesser aus dem Grund gezogen wird, wobei die Schwingung aufrechterhalten wird und das unterste Rohrende geöffnet wird, um so das Fremdmaterial in den entstandenen Schacht sacken zu lassen;

- das Rohr von unten geschlossen wird und gleichzeitig nach unten bis zum tiefsten Stand unter Aufrechterhaltung der Schwingung gedrückt wird, um so das Fremdmaterial unter Einfluß des statischen Druckes unter dem abgeschlossenen Rohr und der dynamischen Schwingerregung seitlich und allseitig homogen in den umgebenden Erdboden nach außen zu pressen, und

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- schrittweise über die gesamte Länge des Schwingrohres die drei vorgenannten Arbeitsschritte wiederholt werden, wobei eventuell das Rohr mit Fremdmaterial nachgefüllt wird und zum Schluß das Rohr aus dem Erdboden gezogen wird.

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß man auf einfache Weise nach einer wiederholbaren Methode im Stande ist, eine Säule aus Fremdmaterial - wenn gewünscht in großer Tiefe in den Erdboden einzubringen und daß man gleichzeitig sowohl das Fremdmaterial in einer vertikalen Säule durch den Erdboden verteilt als auch den Erdboden selbst auf homogene Weise verdichtet, und zwar sowohl an der Stelle der genannten vertikalen Säule als auch in der unmittelbaren Nachbarschaft davon.

Um zu einer optimalen Verdichtung des Erdbodens und Verteilung des Fremdmateriales zu kommen, wobei eine minimale Energie durch den Schwingungserreger verbraucht wird, führt man vorzugsweise das Verfahren so aus, daß mit Hilfe einer Ballast-Masse ein statischer Druck von maximal einem Siebtel der pulsierenden Kraft des Schwingungserregers und minimal einem Drittel des Gesamtgewichtes von Rohr, Erreger und Masse ausgeübt wird. Die Ballast-Masse ist in schwingungsgedämpfter Weise an das Schwingrohr gekoppelt und relativ zu einem starr mit dem Schwingungsrohr gekoppelten Schwingungserreger abgefedert.

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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren, wobei die oben beschriebene Vorrichtung mit Profilen auf der Rohroberfläche benutzt wird, und wobei die Vorrichtung in den Erdboden getrieben wird. Dabei wird der Erdboden unter dem Deckel komprimiert und von oben gedrückt und durch die Profile herausgestochen, bis sie verschwunden sind. Außerdem wird die Vorrichtung nach und nach aus dem Boden gezogen, während gleichzeitig das besagte Fremdmaterial durch das Rohr in den durch Rohr und Profile vorher eingenommenen Raum aufgesetzt und der durch die Profile herausgestochene Boden mit nach oben genommen wird. Es sei angemerkt, daß es bekannt und gebräuchlich ist, das Fremdmaterial unter Druck durch ein nach oben sich bewegendes Rohr in den Raum darunter in den Erdboden zu pressen.

Zur Erläuterung der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung eine Anzahl von Ausführungsbeispielen der Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben, während anhand der Beschreibung der Arbeitsweise dieser Vorrichtungen gleichzeitig auf die Verfahren gemäß der Erfindung eingegangen wird. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung; Fig. 2 eine Seitenansicht des untersten Teiles der

Vorrichtung nach Fig. 1, wobei die Klappe in

zwei Stellungen gezeigt ist;

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Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III

der Vorrichtung der Fig. 1; Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der Einrichtung,

^* ' ₇ Seitenansichten des Schwingteiles der Voru. /

richtung ;

Fig. 8 eine Ansicht von unten auf das Schwingrohr gemäß Fig. 4;

Fig. 9 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der Vorrichtung und

Fig. Io einen Axialschnitt entsprechend den Linien H-II der Fig. 9.

Das abgebildete Ausführungsbeispiel der Vorrichtung besitzt einen Schwingungserreger 1, an den ein Schwingrohr 2 mit Hilfe einer Schnellkopplung 3 in schwingungsübertragender Weise befestigt werdenkann. Auf dem Schwingungserreger 1 ist eine Ballast-Masse 4 mit Hilfe der Federn 5 festgelegt. Die Masse H ist durchbohrt, so daß ein Kabel 6 direkt am Schwingungserreger 1 befestigt werden kann. Am untersten Ende des Schwingrohres 2 ist ein Gehäuse 7 angeschweißt; darin befindet sich verschiebbar und verdrehbar eine Klappe 8. Diese Klappe 8 schließt das offene untere Ende des Schwingrohres 2 vollkommen ab (Stellung in durchgehenden Linien dargestellt). Ein gebogener Teil 9 der Klappe trägt paarige Zapfen Io, die in Schlitze 11 des Gehäuses 7 hineinpassen. Wenn die Klappe

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sich in die Stellung 12 dreht, befinden sich die Zapfen im untersten Stand in den Schlitzen 11. Das umgebogene äußere Ende 14 der Klappe wirkt mit einer Anschlagstange 15 zusammen, die parallel zu den Zapfen Io verläuft. Es soll herausgehoben werden, daß immer dann, wenn ein nach oben gerichteter Druck auf die Klappe 12 ausgeübt wird, diese den Stand 8 einnehmen soll, so daß die Zapfen aus der Stellung 13 in die Stellung Io kommen. Die Anschlagstange 15 dient dazu, zu verhindern, daß die Klappe weiter nach unten dreht als in Stellung 12.

Der Schwingungserreger 1 übt in Längsrichtung des Schwingrohres 2 eine pulsierende Kraft (Wechselkraft) aus, die vorteilhafter Weise eine Frequenz von 25 bis 5o Hz hat. Durch die starre Kopplung 3 wird sichergestellt, daß das Schwingrohr 2 und die Klappe 8 bis 15 in Schwingung versetzt wird. Das Gewicht des Schwingungserregers 1 und der Gesamtheit, bestehend aus Schwingrohr 2 und Klappe 7 bis 15, ist eine "Hauptlast", bezogen auf die Schwingung. Die schwingungsfrei abgefederte Ballast-Masse 4· ist in Bezug auf die Schwingungen eine "Nebenlast¹¹. Die Hauptlast und die Nebenlast bilden zusammen die statische Gesamtlast. Außerdem ist die Vorrichtung im Stande, einen dynamischen Einfluß als Anteil für den notwendigen Einpreßdruck unter der Klappe 7 bis 15 auszuüben. Die Nebenlast soll vorzugs-

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weise ein Gewicht von mehr als 38% der statischen Gesamtlast besitzen. Die Nebenlast beträgt jedoch .vorteilhafterweise nicht mehr als den siebten Teil der pulsierenden Wechselbelastung, die vom Schwingungserreger ausgeht. Die Klappe 8 selbst hat vorzugsweise einen Durchmesser, der nicht größer ist als der des Schwingrohres 2.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Das Schwingrohr 2 wird mit Hilfe des Schwingungserregers oder mit Hilfe eines anderen Eintreiborganes bis auf die gewünschte maximale Tiefe in den Boden eingetrieben. Anschließend wird das Schwingrohr mit dem entsprechenden Fremdmaterial gefüllt und danach der Schwingungserreger eingeschaltet. Die Schwingenergie wird über das Schwingrohr 2 an das dieses umgebende Erdreich übertragen. Dies geschieht naturgemäß in Form von Reibungsenergie. Auf diese Weise wird der Erdboden über die gesamte Länge des Schwingrohres 2 und über einen Abstand vom fünffachen Durchmesser des Schwingrohres, gerechnet von dessen Mittelpunkt, stark in schwingende Bewegung versetzt. Hierdurch entsteht eine beträchtliche leichte Aufwühlung der Bodenteilchen. Dieser Zustand soll während des gesamten Eindrückvorganges aufrechterhalten werden. Unter der Klappe 8 ist der Einfluß der Schwingungsenergie besonders groß und wird deshalb durch Reibung auch andererseits mehr auf direkte Weise übertragen.

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Nachdem der Erdboden in Schwingung versetzt worden ist, beginnt das Eindrücken. Während des Eintreibens des Schwingrohres 2 hat sich die Klappe anfänglich geschlossen, doch nun wird das Rohr 2 über maximal eine Länge des dreifachen Rohrdurchmessers aus dem Boden herausgezogen. Es ist auch möglich, daß das Schwingrohr im Anfang ganz unter den Erdboden gebracht worden ist. In diesem Fall wird das Schwingrohr maximal den genannten Abstand dichter an die Oberfläche gebracht. Vorher ist schon das Fremdmaterial in das Schwingrohr mit dafür geeigneten Mitteln eingebracht worden. Die Klappe 8 öffnet sich nun und das einzudrückende Fremdmaterial strömt nach unten. Anschließend wird durch den Schwingungserreger 1 oder mit Hilfe von anderen geeigneten Mitteln das Schwingrohr 2 wieder weiter in den Erdboden eingedrückt. Dabei schließt sich die Klappe 8 automatisch wieder. Das unter der Klappe befindliche Fremdmaterial wird durch die dynamische Wirkung des Schwingungserregers und infolge des hohen statischen Druckes unter der Klappe 8 durch das Eigengewicht der Vorrichtung in den in Schwingungsbewegung befindlichen umgebenden Erdboden gedrückt. Der umgebende Erdboden kann so durch die starke Schwingung sehr gut verdichtet werden. Nachdem das Füllmaterial in den umgebenden Erdboden eingedrückt ist, beginnt das vorher beschriebene Verfahren erneut. Das Ver^ fahren wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Füllhöhe erreicht ist. Dabei kann nach Wahl das Schwingrohr immer

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wieder ganz in den ursprünglich tiefsten Stand gebracht werden; es ist auch ausreichend, das Schwingrohr schrittweise einen immer höheren tiefsten Punkt einnehmen zu lassen.

Für das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es von großer Bedeutung, daß das einzubringende Fremdmaterial durch das Schwingrohr 2 eingebracht wird und daß es von unten nach oben seitlich in den das Schwingrohr 2 umgebenden Erdboden herausgepreßt wird. Diese Arbeitsweise vollzieht sich ohne zusätzliches Wassereinpressen und hat eine homogene Verteilung des Fremdmateriales durch den umgebenden Erdboden zur Folge. "

Erst nach Beendigung des gesamten Verfahrens kommt der in Schwingung gebrachte Erdboden wieder zur Ruhe.

Um eine Vorstellung von den Abmessungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung zu geben, wird angemerkt, daß beispielsweise das gesamte Eigengewicht des Schwingrohres mit Klappe, zusammen mit Schwingungserreger und Masse 13 bis zu 18 Tonnen betragen kann, und zwar bei einem Schwingrohrdurchmesser von 3oo bis 5oo mm und einer Länge von beispielsweise 25 m. Die Vorrichtung ermöglicht es, Teilchen mit einer Größe von o,15 bis gut 35 mm auf die beschriebene Weise einzudrücken.

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Zugleich wird festgestellt, daß die Vorrichtung auch auf eine andere als die oben beschriebene Weise ausgeführt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, anstelle einer beispielsweise zwei oder drei Klappen an der Unterseite des Schwingrohres anzupassen. Diese Klappen schließen dann jede ein Teil des offenen unteren Endes des Schwingrohres .

Die Vorrichtung umfaßt entsprechend dem in Fig. 4 abgebildeten Ausführungsbeispiel einen Schwingungserreger 21, an den ein Schwingrohr 22 mit Hilfe einer Schnellkopplung 23 in schwingungsübertragender Weise befestigt werden kann. Auf dem Schwingungserreger 21 ist eine Ballast-Masse 24 mit Hilfe der Federn 25 befestigt. Die Masse 24 ist durchbohrt, so daß ein Kabel 26 direkt am Schwingungserreger befestigt werden kann. Am untersten Ende des Schwingrohres 22 ist ein Gehäuse 27 angeschweißt; darin befindet sich verschiebbar oder verdrehbar eine Klappe 28. Diese Klappe 28 schließt das offene untere Ende des Schwingrohres 22 in der abgebildeten Stellung vollkommen ab.

Das Verfahren verläuft wie bei der vorgehend beschriebenen Vorrichtung. Wenn das Schwingrohr 22 in den Erdboden gedrückt wird, schließt sich die Klappe 28 automatisch, doch wenn das in den Erdboden eingedrückte Schwingrohr 22 nach oben gezogen wird, öffnet sich die Klappe 28 und das Ein-

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drücken von Fremdmaterial in den Raum unter der Klappe 28 kann beginnen. Wenn das Schwingrohr nach dem Eindrücken erneut nach unten gedrückt wird, schließt sich die Klappe 28. Das Fremdmaterial wird unter diese Klappe 28 unter Einfluß der Schwingung radial nach außen in den umgebenden Erdboden bewegt.

Der Schwingungserreger 21 soll in Längsrichtung des Schwingrohres 22 eine Wechselkraft mit einer Frequenz beispielsweise von 25 bis 5o Hz ausüben. Durch die Kopplung 23 wird garantiert, daß das Schwingrohr 22 und die Klappe 28 in Schwingung versetzt werden.

Die zugrundeliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Zeitraum, in dem der Erdboden, der das Schwingrohr 22 umgibt, in Schwingung versetzt wird. Nach der Erfindung sind auf dem Schwingrohr 22 eine Anzahl radial nach außen stehender Resonanzplatten 29 festgeschweißt oder anders angekoppelt. Die Resonanzplatten sind in Längsrichtung des Schwingrohres gestellt. In der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 8 sind es sechs regelmäßig über den Umfang des Schwingrohres verteilte Platten mit rechteckiger Form.

Es ist jedoch auch möglich, wie in Fig. 5 dargestellt, der Platte eine solche Form zu geben, daß ihre Breite an der Unterseite des Schwingrohres größer ist als im oberen Teil.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind dort drei Platten 3o übereinander angebracht, bei denen der äußerste Rand halbkreisförmig abgerundet ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 haben die rechteckigen Resonanzplatten eine größere Breite und eine kürzere Länge als bei der Ausführungsform nach Fig. U.

Die Form, die Abmessungen, die Materialdicke, die Materialsorte und die effektive Oberfläche der Resonanzplatten werden als Funktion der von dem Schwingungserreger 21 erzeugbaren Frequenz gewählt, so daß durch Resonanz der Platten 21 Energie an den die Platten umgebenden Erdboden abgegeben wird, und zwar sowohl in der Fläche der Resonanzplatten als auch senkrecht dazu. Insbesondere gibt es eine maximal zulässige Oberfläche für eine bemessene Kraft, die durch die Resonanzplatten übertragen wird. Diese ist dabei abhängig von der Bodenart, in die die Säule aus Fremdmaterial eingebracht wird.

Für die Wirkungsweise der in den Fig. 4 und 8 abgebildeten Vorrichtung wird auf das oben Angeführte verwiesen. Es sei angemerkt, daß die Resonanzplatten auch am Schwingrohr einer anderen als an der bisher beschriebenen Vorrichtung befestigt werden können.

Zu einer solchen Vorrichtung gehört ein zentrales Rohr mit Durchmesser 2R, auf dessen Mantelfläche vier Profile

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32, 33, 34 und 35 fest angeschweißt sind; diese Profile besitzen eine Mantelfläche, die auf einem Kreiszylinder liegt, dessen Achse eine achsenparallele Gerade auf der Mantelfläche des Rohres 31 ist und der einen Radius von 0,5 ,~s/2 R hat. Das Zentralrohr 31 ist an der Unterseite mit einem Deckel 36 abgeschlossen, der bei der abgebildeten Ausführungsform nach dem Eintreiben der Vorrichtung in den Erdboden als verloren angesehen werden muß und an der Unterseite der Säule aus Fremdmaterial zurückbleibt. Der Deckel 36 ist deshalb lose ausgeführt. An der Oberseite des Zentralrohres 31 ist ein Flansch 37 befestigt, der mit einer Schwingvorrichtung für das Eintreiben der Einrichtung und einem Füllmechanismus für die Zufuhr von Fremdmaterial zusammenwirken kann. Die Profile halten einen Abstand von Xl^ R an der Unterseite über dem Deckel An der Oberseite können die Profile in einem willkürlichen Abstand unterhalb des Flansches 37 aufhören.

Es sei angemerkt, daß die Profile symmetrisch um das Rohr gruppiert sind und daß die Querschnittsfläche der Profile 32, 33, 3H und 3 5 annähernd der Querschnittsfläche des Zentralrohres 31 gleich ist. Die Querschnittsfläche in der Fig. Io der Vorrichtung hat deshalb ungefähr zweimal die Querschnittsfläche des Zentralrohres 31.

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Der Radius der Profile ist /2 . Ry?, so daß der scheinbare Durchmesser R¹ gleich R + ¹/2 R*φ ist. Das Verhältnis der Fläche des wahren Querschnitts zur Oberfläche vom Scheinquerschnitt mit dem Radius R' ist etwa 1 : 1,45. Der Umfang des wahren Querschnittes der Vorrichtung ist jedoch ungefähr dem Umfang*des Scheinquerschnittes mit dem Radius R' gleich. So entsteht eine Materialersparnis von etwa 25%. Dabei soll angemerkt werden, daß die Säule aus Fremdmaterial, die mit Hilfe der Einrichtung eingebracht wird, in der Hauptsache wegen der Reibung zwischen der Säule und dem diese umgebenden Erdboden funktioniert.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Bevor das Zentralrohr 31 in den Erdboden getrieben wird, wird es mit dem verlorenen Deckel 36 abgeschlossen. Die Profile 32, 33, 34- und 3 5 bleiben an der Unterseite offen. Anschließend wird die Vorrichtung in den Erdboden getrieben, wobei das Volumen des Zentralrohres 31 den gesamten entsprechenden Erdboden ersetzt. Die Profile 32, 33, 34 und 3 5 stechen insgesamt vier Bodensäulen aus. Nachdem die Vorrichtung bis an die Oberseite der Profile in den Erdboden eingetrieben worden ist, wird - vorzugsweise unter starkem Schwingen der Vorrichtung - Fremdmaterial in das Zentralrohr eingebracht. Beim Zurückziehen der Einrichtung aus dem Erdboden werden die ausgestochenen Säulen durch die Profile 32,. 33, 34- und 35 mit nach oben gezogen. Der

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durch das Zentralrohr und die Profile geschaffene Säulenraum wird unter Druck durch das Zentralrohr mit Fremdmaterial aufgefüllt. Nachdem die Vorrichtung insgesamt zurückgezogen ist, ist die Säule aus Fremdmaterial eingebracht.

Es wird angemerkt, daß das Eintreiben und Zurückziehen der Vorrichtung auf bekannte Weise mit Hilfe von Schwingung geschehen kann. Weiterhin wird angemerkt, daß anstelle des verlorenen Deckels 36 auch ein schwenkbar am Zentralrohr 31 befestigter Deckel angepaßt und angebaut werden kann, der während des Eintreibens der Vorrichtung die Unterseite des Zentralrohres 31 ganz abschließt und der beim Herausziehen der Vorrichtung aus dem Erdboden aufklappt, um das Fremdmaterial durchzulassen. Auf analoge Weise kann an der Unterseite jedes der Profile 32, 33, 3H und 3 5 eine ähnliche schwenkbare Klappe angebracht werden, die jedoch bei dem Eintreiben der Vorrichtung in den Erdboden offensteht und beim Herausziehen der Vorrichtung aus dem Erdboden zuklappt. Die Festlegung des zugeklappten Zustandes kann durch einen Anschlag im Profil geschehen, der gegenüber dem Scharnier der Klappe anzubringen ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Bearbeitung einer vertikalen Bodensäule im Erdboden, gekennzeichnet durch ein Schwingrohr (2), an dem das oberste Ende auf ungedämpfte Weise mit einem Schwingungserreger (1) gekoppelt ist, der eine gegen Schwingung abgefederte Ballast-Masse (4-) trägt, weiterhin durch ein Hebewerkzeug, mit dem das Schwingrohr über einstellbare Abstände hin- und herbewegt werden kann, und Mittel, um das Schwingrohr unter Überwindung des Widerstandes in den Erdboden zu treiben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Einbringen einer vertikalen Säule aus Fremdmaterial in den Erdboden, dadurch gekennzeichnet, daß das unterste Ende der Vorrichtung schließt, wenn ein nach oben gerichteter Druck ausgeübt wird, wobei die Vorrichtung weiterhin mit Mitteln versehen ist, um das Schwingrohr (2) im gewünschten Moment mit Fremdmaterial zu füllen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingrohr (2) an der Unterseite eine Klappe (8) trägt, von der ein Flächenteil das Schwingrohr abschließen kann und von der ein gebogener Teil (9) mit Zapfen (lo) in vertikalen Schlitzen (11) eines Gehäuses (7) verschieb-

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bar und verdrehbar unter einer Anschlagstange (15) angebracht ist, die eine nahezu vertikale offene Stellung (12) der Klappe begrenzt und ein weiteres Aufdrehen verhindert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingrohr (2) mit Hilfe einer starren Schnellkopplung (3) an dem Schwingungserreger (21) festgelegt ist und daß die Ballast-Masse mehr als ein Drittel der gesaraten statischen Masse von Schwingrohr (2) mit Klappe (7 bis 13) und Schwingungserreger (1) mit Ballast-Masse(4) beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch auf der Außenwand (22) des Schwingrohres angebrachte, radial abstehende Metallplatten (29, 3o), wobei diese als Resonanzplatten kritisch oder überkritisch (resonant oder überresonant) auf den Schwingungserreger (21) oder umgekehrt abgestimmt sind, und zwar so, daß die Resonanzkopplung zwischen Resonanzplatten und Schwingungserreger Energie überträgt und die Resonanzplatten eine Schwingung an ihre Umgebung mit Komponenten in drei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen übertragen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Resonanzplatten (3o) in Längsrichtung des Schwingrohres (22)variieren.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder-6, dadurch gekennzeichnet , daß an wenigstens einer Radialfläche des Schwingrohres (22) zwei oder mehrere Resonanzplatten (29, 3o) angebracht sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzplatten (29, 3o) eine Dicke von weniger als 15 nun besitzen und das Verhältnis der Abmessung parallel zum Schwingrohr (22) zur Abmessung senkrecht zum Schwingrohr kleiner als 6 : 1 ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5,6,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Eigenfrequenz der Resonanzplatten (29, 3o) zwischen dem Ein- bis Dreifachen der Frequenz des Schwingungserregers (21) liegt.

10. Vorrichtung nach'Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch

gekennzeichnet, daß die aktive Oberfläche aller Reso-

nanzplatten (29, 3o) zusammen weniger als 1 m pro Tonne schwingungserregender Wechselkraft bei einer Frequenz des Schwingungserregers von 25 bis 5o Hz beträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1,2,3 oder H, zum Einbringen einer Säule aus Fremdmaterial im, Erdboden, gekennzeichnet durch eines oder mehrere auf der Mantelfläche des

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Rohres (31) befestigte Profile (32, 33, 34, 35), die sich über einen Teil von dessen Länge längs des Rohres erstrecken, und in der Nähe des Deckels ein Stück des Rohres freilassen, wobei die Profile wenigstens beim Eintreiben der Vorrichtung an der Unterseite geöffnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet» daß jedes der Profile (32, 33, 34, 35) an der Unterseite eine schwenkbare Klappe trägt, die beim Eintreiben der Vorrichtung offensteht und beim Herausziehen, aus dem Erdboden schließt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (31) zylindrisch ist, daß vier Profile symmetrisch zwei zu zwei diametral einander gegenüber angebracht sind und jedes der Profile aus einem gleichen Zylindermantel besteht, wovon die Achse auf der Rohrmantelfläche liegt und der Radius 6o bis 8o% vom Radius des Rohres ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseiten der Profile (32, 33, 34, 35) nur in einer Fläche liegen, von der der Abstand bis zur Fläche durch die Klappe 3o bis zu 7o% der gemittelten Querschnittsabmessung des Rohres (31) ist.

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15. Verfahren zum Einbringen einer vertikalen Säule aus Fremdmaterial im Erdboden, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein von unten abgeschlossenes Schwingrohr in den Erdboden getrieben wird;

- das Rohr mit Fremdmaterial gefüllt wird und über eine Länge von maximal dem dreifachen Rohrdurchmesser aus

dem Grund gezogen wird, wobei die Schwingung aufrechterhalten wird und das unterste Rohrende geöffnet wird, um so das Fremdmaterial in den entstandenen Schacht sacken zu lassen;

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16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Ballast-Masse, die gegen Schwingung gedämpft an das Schwingrohr gekoppelt ist und die relativ zu einem starr an das Schwingrohr gekoppelten Schwingungserreger abgefedert ist, ein statischer Druck von maximal einem Siebtel der pulsierenden Kraft (Wechselkraft) des Schwingungserregers und minimal einem Drittel des Gesamtgewichtes von Rohr, Schwingungserreger und Masse ausgeübt wird.

17. Verfahren für die Benutzung der Vorrichtung nach Anspruch 11, 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung unter Komprimieren und gleichzeitigem Drücken des Bodens unter dem Deckel von oben und unter Ausstechen des Bodens durch die Profile in den Erdboden getrieben wird, bis die Profile darin gerade verschwunden sind, und daß die Vorrichtung gleichzeitig aus dem Erdboden gezogen wird, während das genannte Fremdmaterial durch das Rohr in den durch Rohr und Profile vorher eingenommenen Raum aufgesetzt wird und der durch die Profile herausgestochene Boden mit nach oben genommen wird.

10982*71716 ORIGINAL INSPECTED