DE2156177A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einmischen von stabilisierendem Material in eine Bodenschicht bei der Herstellung eines Straßenunterbaus - Google Patents

Description

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Brunnsgatan 63c A 32 690

G- ä ν 1 e / Schweden 12. Nov. 1971

Verfahren und Vorrichtung zum Einmischen von stabilisierendem Material in eine Bodenschicht bei der Herstellung eines Straßenunterbaus

Derzeitige Verfahren zur Herstellung eines Straßenunterbaus müssen wegen der gesteigerten Verkehrsdichte mit einem wesentlichen Anteil an Schwerfahrzeugen die erhöhten Anforderungen hinsichtlich hoher Lastaufnahmefähigkeit in Betracht ziehen. Dies bedeutet gesteigerte Anforderungen an die Qualität und die Verarbeitung verstärkender und auflagernder Materialschichten sowie an die Qualität des Unterbaus sowie des Untergrundes.

Die gegenwärtigen Schwierigkeiten bei der Auffindung geeigneter Stoffe für Schichten zur Verstärkung und Auflagerung von Straßen innerhalb annehmbarer Entfernungen von der Baustelle nehmen zu, was auch für die Transportkosten dieser Stoffe sowie für Erdbewegungen zutrifft.

Die modernen Stabilisierungsverfahren bieten jedoch wichtige Vorteile im Hinblick auf die Verbesserung des Unterbaus und des Untergrundes oder im Hinblick darauf, daß sonst mehr oder weniger ungeeignete Böden längs oder neben einer Straße in eine

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- 2 zum Straßenbau geeignete Form gebracht werden können.

Die Einmischung von Stoffen, welche eine Stabilisierungssehicht bilden sollen, kann in zwei verschiedenen Arten bewirkt werden, entweder in ortsfesten Anlagen, von denen das gemischte Material zu der Baustelle transportiert wird, oder durch ein an der Baustelle durchgeführtes Einmischverfahren, wobei Zement, Kalk oder anderes Stabilisierungsmaterial in eine Bodenschicht an der Baustelle eingemischt wird. Die Bodenschicht wird erhalten, ^ indem Erde !rauf der zu stabilisierenden Fläche verteilt oder die ^w darunterliegende Oberflächenschicht des Bodens aufgebrochen wird. Eine Voraussetzung für ein erfolgreiches Mischen durch das Verfahren des Einmischens an der Baustelle ist jedoch eine geeignete Mischvorrichtung, welche gegenwärtig noch nicht in einer alle Voraussetzungen erfüllende Ausführungsform vorliegt.

Eine bekannte Einmischvorrichtung weist einen Rotor oder anderen Werkzeugträger auf, welcher um eine vertikale Achse drehbar an einem Fahrzeug angebracht ist, ähnlich wie dies beispielsweise für eine Straßenabzieh- oder Straßennivelliermaschine zutrifft, so daß die Vorrichtung horizontal längs eines zu stabilisierenden Streifens bewegt werden kann. Der Rotor oder Träger ist mit fc herunterhängenden Misehwerkzeugen versehen, welche in einem Abstand von der vertikalen Achse angebracht sind, so daß sie um die vertikale Achse während der Drehung des Rotors oder Trägers kreisen. Die Mischwerkzeuge werden in die Bodenschicht eingeführt, wobei während der Drehung und horizontalen Bewegung des Rotors die Werkzeuge auf aufeinanderfolgende halbmondförmige Segmente der Bodenschicht einwirken bzw. diese bearbeiten, um die Bodenschicht aufzubrechen und das Bodenmaterial sowie das stabilisierende Material einzumischen.

Bekannte Vorrichtung dieser Art besitzen lediglich ein sehr begrenztes Vermögen zur Bewegung von Steinen in der Bodenschicht, insbesondere dann, wenn die Steine nicht sehr klein sind. Wenn

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ein Y/erkzeug der Vorrichtung auf einen größeren Stein trifft, so wird die Vorrichtung automatisch angehoben, um über den Stein zu verlaufen. Dies bedeutet selbstverständlich, daß die Einmischung

tn
/Materials nicht so gründlich erfolgt, wie

dies zu wünschen wäre, und daß die Tiefe der stabilisierenden Schicht sowie damit das Lastaufnähmevermögen und die Bruchbeständigkeit neben dem Stein vermindert werden.

Dieser Nachteil ist zweifellos einer der Gründe für die Bevorzugung der Anwendung fertig gemischter Stabilsierungsstoffe in Verbindung mit dem wirtschaftlicheren Mischen an Baustellen, wo das vorliegende Material zur Straßenherstellung steinig ist, zumindest in den Fällen, wo Zement als stabilisierendes Material verwendet wird.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gegenüber dem otand der Technik verbesserten Verfahrens zum Einmischen stabilisierender Stoffe in eine Bodenschicht mittels einer Vorrichtung der oben erwähnten allgemeinen Art sowie die Schaffung einer -~e, enüber dem Stand der Technik verbesserten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Einmischen eines stabilisierten Materials in eine Bodenschicht beim Straßenbau oder ähnlichen Bauvorhaben, wobei Werkzeuge in kreisförmigen horizontalen Ebenen innerhalb der Bodenschicht um eine vertikale Achse kreisen gelassen und langsam sowie stetig horizontal längs der Bodenschicht während der kreisenden Umlaufbewegung bewegt werden, so daß die Werkzeuge auf halbmondförmige Segmente der Schicht wirken. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das stabilsierende Material über die Schicht ausgebreitet und die Einmischung des stabilisierenden Materials in die Schicht darauf mittels im wesentlichen vertikal angeordneter Mischwerkzeuge durchgeführt wird, welche durch im wesentlichen die gesamte Tiefe der Bodenschicht verlaufen, wobei der horizontale Querschnitt der halbmondförmigen Segmente über die gesamte Tiefe der Schicht im

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wesentlichen konstant ist.

Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Einmischung eines stabilisierenden Material in eine Bodenschicht einer Straßenkonstruktion oder für ähnliche Bauvorhaben geschaffen, die einen Rotor aufweist, welcher um eine vertikale Achse drehbar, beim Betrieb horizontal bewegbar und an Stellen, die sich im Abstand von der vertikalen Achse befinden, mit herabhängenden Werkzeugen versehen ist, um auf die Bodenschicht einzuwirken. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge ^ des Rotors im wesentlichen vertikal verlaufen und ausreichende Ψ Länge aufweisen, so daß sie sich durch im wesentlichen die gesamte Tiefe der Bodenschicht erstrecken.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht,

Pig. 2 ein einen Bestandteil der Vorrichtung gemäß Pig. 1 bildendes Ausführungsbeispiel eines Einmischwerkzeuges in Seitenansicht,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 2, Fig. 4 das Werkzeug gemäß Fig. 2 in Ansicht von vorn.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt einen Rotor 10 sowie einen hydraulisch betriebenen Antriebsmotor 11 zur Drehung des Rotors um eine vertikale Achse. Die Vorrichtung ist zur Anbringung an einem geeigneten Fahrzeug gestaltet. Das Fahrzeug ist nicht veranschaulicht und kann beispielsweise gemäß der USA-Patenteschrift 3 539 114 ausgebildet sein. Die Vorrichtung ist an dem Fahrzeug so angebracht, daß sie gegenüber dem Fahrzeug aufwärts und abwärts beweglich ist, vorzugsweise derart, daß sie horizontal gegenüber dem Fahrzeug beweglich und/oder um eine horizontale

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- 5 Achse gegenüber demselben drehbar ist.

Der Motor 11 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Hydraulikmotor, jedoch kamein anderer Motortyp verwendet werden. Der Motor umfaßt Elemente zur Veränderung der Drehzahl des Rotors 10.

Der Rotor 10 umfaßt eine horizontale Platte 12, die mit mehreren vertikalen Mischwerkzeugen 13 an ihrer Unterseite versehen ist. Diese Mischwerkzeuge 13 können unmittelbar an der Rotorplatte 12 angebracht sein, werden jedoch vorzugsweise in der gezeigten Weise an vier G-Ie it führungen 14 befestigt, welche kreuzweise und radial beweglich in justierte Stellungen in U-Profilgliedern 15 beweglich sind. Es sind jedoch auch andere Anbringungsarten der Werkzeuge in justierbaren oder festen Stellungen möglich.

Wenn im Betrieb ein Streifen des Erdbodens mittels Zement, Kalk oder anderem Material stabilisiert werden soll, das in den Boden an Ort und Stelle eingemischt werden muß, so wird der Rotor 10 in den zu stabilisierenden Streifen gedrückt, bis die Mischwerkzeuge 13 in die Oberflächenschicht des Bodens bis zur gewünschten Tiefe eindringen, welche beispielsweise 35 cm betragen kann. Während der Drehung des Rotors 10 wird alsdann das die Vorrichtung tragende Fahrzeug längs des Streifens mit sehr geringer Geschwindigkeit bewegt, beispielsweise mit 10 m pro Minute oder weniger, so daß die Werkzeuge 13 ständig durch die Bodenschicht bewegt werden. Unter der Annahme, daß der Rotor 10 bei Draufsicht auf Pig. 1 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird, bewegt das Fahrzeug die Vorrichtung in der Richtung des Pfeiles A von Fig. 1· Der Rotor wird bei ziemlich niedrigen Drahzahlen betrieben, beispielsweise 15-30 U/min. Eine Drehzahl von 20 - 25 U/min erwies sich als am günstigsten für einen Rotor mit einem Durchmesser von etwa 1,8 m.

Da die Mischwerkzeuge 13 um eine vertikale Achse kreisen gelassen werden, während sie horizontal durch die Bodenschicht bewegt wer-

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den, durchschneiden die Werkzeuge aufeinanderfolge halbmondförmige Segmente der Schicht oder drücken diese weg. Diese Segmente weisen infolge der vertikalen Anordnung der Mischwerkzeuge einen im wesentlichen konstanten Querschnitt über im wesentlichen die gesamte Tiefe der Schicht auf. Die Segmente brechen zusammen und werden durch die Werkzeuge umgewälzt, so daß das stabilisierende Material gründlich mit dem Boden vermischt wird.

Das stabilisierende Material wird über die Bodenschicht ausgebreitet, bevor die letztere durch die Werkzeuge bearbeitet wird. Das Ausbreiten kann in einem gesonderten Arbeitsvorgang vor dem Einarbeiten in die Bodenschicht oder in Verbindung mit dem Einarbeitungsvorgang mittels einer Aufechüttvorrichtung bewirkt werden, die an dem die Mischvorrichtung tragenden Fahrzeug angebracht ist. Auf Wunsch kann Wasser aus einem Tank an dem die Mischvorrichtung tragenden Fahrzeug oder an einem gesonderten Fahrzeug über die Schicht gespritzt werden.

Auf Wunsch kann das Fahrzeug mit zwei oder mehreren Misohvorrichtungen versehen werden, die Seite an Seit· oder hintereinander angeordnet sind. Im letzteren Fall können die verschiedenen Vorrichtungen unterschiedliche Funktionen erfüllen. Beiapielswei- || se kann eine erste vorn angebrachte Vorrichtung sum Aufbrechen der Bodenschicht dienen, während eine zweite Vorrichtung hinter der ersten zum Einmischen von stabilisierendem Material in den Boden vorgesehen ist, wobei das stabilisierende Material, welches über die Schicht geschüttet wird, durch Element« aufgebracht wird, die zwischen der ersten und zweiten Vorrichtung angeordnet sind. Auf die zweite Vorrichtung können eine oder mehrere zusätzliche Vorrichtungen folgen, welche zum Einarbeiten in die Schicht dienen, wobei das Wasser zwischen dem zweiten und dritten Rotor auf den Boden gespritzt wird.

Die Mischwerkzeuge können verschiedene Form haben, ;Jeäoeli ist die in Fig. 2-4 veranschaulichte Auebildungeform besonder· Torteil-

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haft. Das Werkzeug umfaßt gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen festen Schaft 16 zur Anbringung an der Gleitführung 14 (Fig. 1) mittels einer Gewindeverbindung. Ein gekrümmtes Schneidblatt 17 sowie ein gekrümmtes Mischerblatt 18 sind an entgegengesetzte Seiten des Schaftes 16 geschweißt. Der Schaft 16 weist eine Abflachung 19 auf; eine Deckplatte 20 ist zwischen der Abflachung 19 sowie der konvexen Außenseite des Schneidblattes 17 angebracht, so daß der Vorderteil der Außenfläche des Werkzeuges im wesentlichen glatt ist. Die Krümmung des Schneidblattes 17 und des Mischerblattes 18 entspricht im wesentlichen der Krümmung des kreisenden Ümlaufweges, auf dem das Werkzeug während der Drehung des Rotors bewegt wird. In Fig. 3 ist angenommen, daß sich das Werkzeug in Gegenuhrzeigerrichtung um eine Achse unterhalb der Zeichnung bewegt, wobei eine strichpunktierte Linie eine Tangente des Weges der Achse der Welle 16 darstellt.

Während des Durchlaufes des Werkzeuges durch die Bodenschicht fällt der durch das Schneidblatt 17 aufgebrochene Boden in Taschen neben dem Mischerblatt 18 an Stellen 21, 22. 23 (Fig. 3, 4) von

das Bodenmateriai oben und von den Seiten ein, sodaB/und das stabilisierende Material in wirksamer Weise vermischt werden.

Der Rotor 10 kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann die Anordnung so getroffen werden, daß jedes Werkzeug oder einige der Werkzeuge einzeln um eine vertikale Achse rotieren. Der Rotor oder eines oder mehrere der Werkzeuge können auch mit Vibratoren versehen sein, um den Boden durchzuschütteln und zu verdichten.

Claims (8)

1. Ansprüche

   Verfahren zum Einmischen eines stabilisierenden Materials in eine Bodenschicht bei der Herstellung eines Straßenunterbaus oder ähnlichen Arbeitsvorgängen, wobei Werkzeuge in kreisförmigen horizontalen Bahnen in der Bodenschicht um eine vertikale Achse kreisen gelassen und langsam sowie stetig horizontal längs der Bodenschicht bewegt werden, während die kreisende Bewegung der Werkzeuge anhält, so daß die Il Werkzeuge auf halbmondförmige Segmente der Schicht einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß das stabilisierende Material über die Schicht geschüttet und nachfolgend in die Schicht mittels im wesentlichen vertikal angeordneter Mischwerkzeuge eingearbeitet wird, welche durch im wesentlichen die gesamte Tiefe der Bodenschicht verlaufen, wobei der horizontale Querschnitt der halbmondförmigen Segmente über die Schichttiefe im wesentlichen konstant ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einmischvorgang mittels Werkzeugen durchgeführt wird, welche an mehreren Rotoren angebracht sind, die auf einem gemeinsamen Fahrzeug montiert und zum aufeinanderfolgenden Ein-

   P wirken auf die Bodenschicht vorgesehen sind, wobei eine Verteilung des stabilisierenden Materials, Wassers oder anderen Materials vorzugsweise zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen der verschiedenen Rotoren durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einmischvorgang mittels der Werkzeuge bewirkt wird, welche auch um eine eigene vertikale Achse gedreht werden.

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4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenschicht und das stabilisierende Material während oder unmittelbar nach dem Einmischvorgang gerüttelt werden.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4 mit einem um eine vertikale Achse drehbaren Rotor, welcher beim Betrieb horizontal beweglich und an im Abstand von der vertikalen Achse befindlichen Stellen mit herabhängenden Werkzeugen zur Bearbeitung der Bodenschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (13) des Rotors (10) im wesentlichen vertikal verlaufen und genügende Länge aufweisen, um im wesentlichen die gesamte Tiefe der Bodenschicht zu durchsetzen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (10) an seiner Unterseite mit Anbringungen (G-leitführungen 14) zum gleitenden Festhalten im wesentlichen radialer Gleitführungen versehen ist, an welchen die Werkzeuge (13) befestigt sind..
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Rotoren (10), vorzugsweise justierbar, an einem gemeinsamen Fahrzeug angebracht sind.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug auch mit einem Speicherungs- und einem Verteileroder Aufschüttelement für das stabilisierende Material und/ oder Wasser versehen ist.

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