DE2229282C3 - Verfahren zum Herstellen von Säulen aus verdichtetem Sand im Baugrund - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Säulen aus verdichtetem Sand im BaugrundInfo
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/02—Improving by compacting
- E02D3/10—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains
- E02D3/106—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains by forming sand drains containing only loose aggregates
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Säulen aus verdichtetem Sand im Baugrund gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 20 29 487 bekannt Dabei wird zunächst ein leeres Vortreibrohr
bis zu einer vorbestimmten Tiefe in das Erdreich eingetrieben und danach das Rohr um eine geeignete
Weglänge nach oben gezogen. Alsdann folgt die Füllung des Rohres mit Sand, der in den durch das Heraufziehen
des Rohres gebildeten Hohlraum abgegeben wird.
findet dann eine Verdichtung des im Hohlraum befindlichen Sandes statt Nach diesem Arbeitsvorgang
wird wird das Rohr wieder um eine geeignete Weglängs nach oben gezogen und der zuvor beschriebene Prozeß
beginnt von neuem, so daß sukzessive von einer bestimmten Tiefe aus bis zur Bodenoberfläche ein
ίο nach der zuvor erwähnten Methode kann das Volumen
des in das Vortreibrohr eingegebenen Sandes vor der Eingabe abgeschätzt werden, doch ist es nicht möglich,
beim Heraufziehen des Rohres die Sandmenge zu bestimmen, die in dem gebildeten Hohlraum unterhalb
is des unteren Endes des Rohres während des Heraufziehens
abgegeben worden ist Sofern also der Errichtungsprozeß nicht sehr sorgfältig durchgeführt wird, kann der
Fall auftreten, daß die halbwegs errichtete Sandsäule unterbrochen werden muß, oder daß Sandsäulen
fehlerhafter Form mit z. B. extrem geringem Durchmesser als Folge ungenügender Sandzufuhr entstehen. Des
weiteren ist es unvermeidlich, daß die Beurteilung, ob die errichtete Sandsäule eine ausreichende Festigkeit
aufweist, mit Fehlern verbunden ist
Der Durchmesser der Säule aus verdichtetem Sand, das vom Vortreibrohr bei jedem Tiefenabschnitt
abgegebene Sandvolumen, die Dichte der zu erzeugenden Sandsäule sowie deren Festigkeit usw. sind wichtige
Faktoren, die in Obereinstimmung mit den Veranschlagungs
weiten und in Abhängigkeit von den jeweiligen Bodenverhältnissen überwacht werden müssen. Bei der
herkömmlichen Vorgehensweise zur Errichtung von Säulen aus verdichtetem Sand beruht die Einhaltung
von bestimmten Eigenschaftswerten der Sandsäulen auf
der Erfahrung und Übung des die Apparaturen bedienenden Personals.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten
Gattung zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß
Sandsäulen mit bestimmten vorgegebenen Eigenschaften, unabhängig von der Qualifikation des Bedienungspersonals
sowie Abweichungen von angenommenen Bodenverhältnissen erhalten werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit zusammengefaßt bei jedem Arbeitszyklus die Eindringtiefe
des Vortreibrohres, das Absinken der Sandoberfläche im Rohr bei dessen Heraufziehen und/oder die
Festigkeit der Sandsäule beim Wiedereintreiben des Rohres gemessen, aufgeschrieben und mit Bezugssollwerten verglichen, um das Rohr entsprechend diesen
Weiten zu betreiben bzw. den Errichtungsprozeß überwachen zu können. Dies bedeutet, daß man nicht
mehr auf die Geschicklichkeit von Bedienungspersonal angewiesen ist, um Sandsäulen mit vorbestimmten
Eigenschaften zu erhalten, und daß der Errichtungsprozeß bei veränderten Bodenverhältnissen leicht den
neuen Bedingungen angepaßt werden kann. Zwar ist es aus der DE-OS 14 84 538 beim Errichten von Senkkörpern
oder Pfählen aus einer zementhaltigen Mischung bekannt, kontinuierlich die Eindringtiefe eines Drehbohrers
zu messen und eine Beziehung zwischen der Aufwärtsbewegung des Bohrers beim Einpressen des
Materials und dem Volumen an in den Raum unter dem Bohrer eingepreßtem Material mit dem Ziel herzustellen,
die zugefflhrte Menge an zementhaltigem Material stets gleich oder größer als der durch die Aufwärtsbe-
wegung des Bohrers freigewordene Bohrungsraum
werden zu lassen. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht ohne weiteres auf das Errichten von Sandsäulen
anwenden, da es u.a. davon ausgeht, daß die in den
Drehbohrer eingegebene Materialmetrge der am
Bohrerende abgegebenen Menge gleich ist, was zumindest für Sand als Füllmaterial nicht immer zutrifft
Bei der Herstellung von Oitbeionpfählen ist es bekannt, die Höhe der Oberfläche des Baustoffs im
Vortreibrohr mittels einer mechanischen Einrichtung zu flberwachen(GB-PS 4 10 280).
Bezüglich zweckmäßiger Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche 2 bis 6 verwiesen.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung können anstelle von Sand andere körnige Füllstoffe wie Splitt, )5
Schotter, Schlacke oder daraus hergestellte Mischungen verwendet werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnung im folgenden erklärt Es zeigt
F i g. 1 schematisch die aufeinander folgenden, einzelnen
Verfahrensschritte zur Bildung einer Saide aus verdichtetem Sand,
F i g. 2 ein Ausführungsbetspiel einer Vorrichtung zur Messung der Eindringtiefe,
F i g. 3 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur 2s
Messung der Sandmenge,
Fig.4 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zum Messen der Festigkeit,
F i g. 5 eine Ausführungsform eines Aufzeichnungsgerätes,
Fig.6 eine Ausführungsform eines anderen Aufzeichnungsgerätes,
Fig.7 schematisch das Verhalten des Sandes bei
einem Arbeitszyklus während der Errichtung der Säule aus verdichtetem Sand,
Fig.8 einen die Eindringtiefe und die abgegebene
Sandmenge über der Zeit registrierenden Schrieb,
F i g. 9 einen vergrößerten, vereinfacht dargestellten
Ausschnitt aus dem Schrieb nach Fig.8 für einen Arbeitszyklus,
F i g. 10 einen die gesamte abgegebene Sandmenge in Abhängigkeit von der Eindringtiefe registrierenden
Schrieb,
Fig. 11 einen vergrößerten und vereinfacht dargestellten
Ausschnitt aus dem Schrieb nach Fig. 10 für
einen Arbeitszyklus,
F i g. 12 einen die Eindringtiefe und die Festigkeit der
Sandsäule über der Zeit registrierenden Schrieb,
F i g. 13 eines die Eindringtiefe in Abhängigkeit von
der Festigkeit der Sandsäule registrierenden Schrieb, S0
F i g. 14 zwei Blockdiagramme mit Darstellung der Schaltungen der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendeten Steuerelemente,
F i g. 15 die Draufsicht auf den Anzeigebereich eines
Betriebsanzeigegerätes zur Überwachung der abgegebenen Sandmenge und
F i g. 16 die Draufsicht auf den Anzeigebereich eines Betriebsanzeigegerätes zur Überwachung der Festigkeit
der Sandsäule.
Zur Errichtung einer Säule aus verdichtetem Sand «j
dient eine motorgetriebene Rammvorrichtung, die am oberen Ende eines Vortreibrohrs 1 aus Stahl angeordnet
ist Die Rammvorrichtung 2 kann eine schlagende Ramme oder eine Rüttelramme sein.
Darunter ist am Vortreibrohr ein Fülltrichter 3 angebracht und am unteren Ende weist das Rohr 1 eine
Öffnung mit einer Einschnürung 4 oder einer Abschlußhaube auf. Durch die Einschnürung 4 wird ein
Rückströmen des Sandes in das Rohr vermieden. Die Säule 5c hat einen größeren Durchmesser als das bis zu
einer bestimmten Tiefe sich erstreckende Rohr 1. Die Säule wird dadurch gebildet, daß das Rohr 1 bis zu einer
bestimmten Tiefe (F i g. 1,1) eingetrieben, der Sand 5 in
das Rohr 1 durch den Fülltrichter 3 (F i g. 1, II) eingefülli,
das Rohr 1 über eine zweckmäßige Weglänge wieder nach oben gezogen, der im Rohr 1 befindliche Sand in
einen unterhalb des unteren Endes des Rohres gebildeten Raum abgegeben (F i g. 1, III), und dann das
Rohr 1 wieder so eingetrieben wird, daß der in dem Raum unter dem unteren Ende des Rohres befindliche
Sand verdichtet und zugleich in das umgebende Erdreich (Fig. 1, IV) gerammt wird. Durch mehrfache
Wiederholung dieses Arbeitszyklus wird die Säule 5c bis zur Bodenoberfläche (F i g. 1, V) aufgebaut
Die Herstellung der Säule 5c erfolgt unter Messung und Steuerung der für den Verdichtungsvorgang
abgegebenen Sandmenge $ wobei ein Gerät zur Messung der Eindringtiefe D des unteren Endes des
Rohres 1 verwendet wird. Beim Gerät gemäß Fig.2
wird ein mit dem oberen Teil des Rohres 1 verbundener Draht 6 über eine Meßtrommel 7 geleitet, und so die
Auf- und Abbewegung des Rohres 1 in eine Drehbewegung der Meßtrommel 7 umgewandelt Diese Drehbewegung
äußert sich wiederum in einer Änderung des Widerstandes eines mit der Meßtrommel 7 verbundenen
Potentiometers 8, das wiederum eine der Tiefe des Rohres 1 proportionale Spannung Vd abgibt Als
nächstes gut es, iu jedem Zeitpunkt die Sanumenge zu
erfassen, die vom unteren Ende des Rohres in den durch das Heraufziehen des unteren Rohrendes gebildeten
Raum abgegeben wird. Hierzu wird ein Elektrodenlot 9 als Meßfühler für die sich im Rohr 1 verändernde
Sandoberfläche 50 verwendet Das Lot 9 ist an einem Kabel 10 aufgehängt, welches sich auf eine mittels eines
Untersetzungsgetriebes 15 von einem Antriebsmotor 13 angetriebene Windentrommel 11 aufwickelt Dabei wird
ein elektrischer Kreis durch das Elektrodenlot 9, das Kabel 10, eine Steuereinheit 12, die leitende Wand des
Rohres 1 und den Wasser enthaltenden Sand 5 gebildet Sobald das Elektrodenlot 9 und die Sandoberfläche 50
miteinander in Berührung treten, entsteht ein Schalteffekt Da der Antriebsmotor 13 der Windentrommel
mittels der Steuereinheit 12 so gesteuert werden kann,
daß das Elektrodenlot 9 fortwährend der sich ändernden Sandoberfläche 50 folgt und da die
Ausgangsspannung Vs proportional zur Höhe SL der Sandoberfläche 50 über dem unteren Ende des Rohres
durch Umwandlung des Weges des Kabel« 10 in eine Widerstandsänderung eines mit der Windentrommel 11
verbundenen Potentiometers 14 ist, kann die Lage der Sandoberfläche im Rohr 1 kontinuierlich verfolgt
werden. Die Meßeinrichtung für die Sandmenge ist nicht auf das obige, kontinuierlich messende Gerät
beschränkt, sondern es kann auch ein solches Gerät verwendet.werden, bei dem beispielsweise ein an einem
Draht hängendes Lot durch die Abgabe des Sandes lediglich gesenkt und die Sandmenge durch die Länge
des Drahtes erfaßt wird.
F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Aufzeichnungsgerätes zur Darstellung des Verlaufes der
Spannungsänderung, die von der Meßeinrichtung für die Eindringtiefe und dem Gerät zum Messen der
S&rdmenge abgegeben wird, Be? diesem Beispiel weist
das Aufzeichnungsgerät zwei Antriebe 16 bzw. 19 für die Schreiber auf, so daß von der Eindringtiefe (D) des
Rohres 1 und von der Sandmenge S im Rohr zwei
Schriebe erhalten werden. Zunächst wird der Antrieb 16 des Schreibers für die Tiefenmessung erklärt Die von
der Tiefcnmeßeinrichtung abgegebene Spannung Vd wird mittels eines Verstärkungskomparators mit der an
einem Potentiometer anliegenden Spannung verglichen, wobei das Potentiometer elektrisch die Ausgangslage
eines Schieiborgans 17 auf dem Registrierpapier
festlegt Bei einer Differenz zwischen beiden Spannun gen dreht sich ein Ausgleichsmotor und bewegt das
Potentiometer, so daß der Schreibstift stets eine der vom Tiefenmeßgerät abgegebenen Spannung Vd
entsprechende Lage einnimmt Da andererseits das Registrierpapier mit einer konstanten Geschwindigkeit
durch einen Synchronmotor 18 bewegt wird, wird die Eindringtiefe D des Rohres 1 über der Zeit t
aufgetragen. Der Antrieb 19 des die Sandmenge S
aufzeichnenden Schreibers erfolgt in ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben, jedoch ist dieser Antrieb 19
darüber hinaus mit einem Rechner 20 versehen, welcher die Sandmenge S im Rohr berechnet und auf dem
Registrierpapier mittels eines Schreiborganes 17' entsprechend der Ausgangsspannung Vs fiber der Zeit t
aufträgt Dabei entspricht die Ausgangsspannung Vs der Höhe SL der Sandoberfläche 50 im Rohr 1 und wird von
der Meßeinrichtung für die Sandmenge abgegeben. Der durch diese Aufzeichnungseinrichtung erhaltene
Schrieb ist in F i g. 8 dargestellt
Fig.7 zeigt das Verhalten des Sandes bei einem
Arbeitszyklus gemäß Fig. 1. Der Arbeitszyklus ist durch folgende Schritte charakterisiert: Einfüllen des
Sandes in das Rohr 1, Abgabe von Sand aus dem unteren Ende des Rohres nach Heraufziehen desselben um eine
entsprechende Weglänge und Verdichten des abgegebenen Sandes durch Wiedereintreiben des Rohres. In
Fig.7 beziehen sich die Buchstaben D\, Di und D3 auf
die entsprechenden Eindringtiefen des unteren Endes des Rohres 1 bei einem Arbeitszyklus, während 5L1 die
Höhe der Oberfläche des Sandes 5 im Rohr unmittelbar vor dem Heraufziehen und SLz die Höhe der Oberfläche
des Sandes 5 im Rohr nach dessen Heraufziehen bezeichnet Folglich ergibt sich die Sandmenge S im
Rohr 1, wie von der Aufzeichnungseinrichtung aufgetragen,
durch Multiplikation von SL - K, wobei K eine Konstante darstellt, die sich auf den Querschnitt des
Rohres bezieht Diese Multiplikation wird vom Rechner 20 ausgeführt
Bei diesem einen Arbeitszyklus wird die vom unteren Ende des Rohres 1 abgegebene Sandmenge durch die
Gleichung (SIa — SLi) ■ K beschrieben, und die Länge
des Bereiches 5c? der durch Wiedereintreiben des Rohres 1 erzeugten Säule entspricht D1-D3. Das
Volumen des zum Verdichten abgegebenen Sandes beträgt (SLt-SLa) · K, und dieses Volumen pro
Tiefeneinheit ist durch folgende Größe gekennzeichnet:
(SL1- SL2) K
(D1 - D3) ■
Die Fig.9 zeigt vereinfacht einen Schrieb in
vergrößerter Darstellung eines Arbeitszyklus nach F i g. 8. Dabei entspricht D1-D3 der Länge der in einem
Arbeitszyklus gebildeten Säule und Si-S2 bezieht sich
auf die dabei abgegebene Sandmenge. Wenn folglich das Wiedereintreiben des Rohres bei jedem der
Arbeitszyklen in Obereinstimmung der tatsächlich abgegebenen Sandmengen mit den kalkulatorisch
vorbestimmten Werten für die Tiefe und für das Sandvolumen erfolgt, ist gewährleistet, daß Säulen aus
verdichtetem Sand mit einem gewünschten Volumen erhalten werden.
Unter der Voraussetzung, daß das Gewicht pro
Volumeneinheit Sand beim Verdichtungsprozeß /1-mal größer als das Gewicht pro Volumeneinheit des im Rohr
befindlichen Sandes ist kann der Durchmesser R der in einem Arbeitszyklus gebildeten Säule nach der folgenden
Gleichung in einfacher Weise errechnet werden:
R =
is Der Wert A in der Gleichung (1) kann aufgrund der
Ergebnisse verschiedener früher durchgeführter Messungen aus der ursprunglichen Festigkeit des Bodens,
der Art der für das Eintreiben des Rohres verwendeten Rammvorrichtung sowie anderer Parameter praktisch
abgeschätzt werden. Somit läßt sich der Durchmesser der Säule 5c unter Zuhilfenahme des Schriebes nach
F i g. 9 mit der Gleichung (1) sofort bestimmen.
Wenn beim Heraufziehen des Rohres 1 der Sand nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich abgegeben
wird, entsteht am unteren Bereich des Rohres, sobald
die Abgabe unterbrochen wird, ein Hohlraum, in den ein
weiches ursprüngliches Erdreich, wie beispielsweise wäßriger Schlamm, eindringen kann, welches die
Funktionsweise der Säule beträchtlich beeinflußt Aus diesem Grunde ist es notwendig, festzustellen, ob die
Abgabebedingungen des Sandes beim Heraufziehen des Rohres sauber ausgeführt worden sind. Hierzu wird auf
den Heraufziehprozeß nach F i g. 8 und 9 verwiesen. Die
H ^
Vergleich beider Differentiale zeigt, daß sofern die
Steigung des Schriebes nach Fig.8a und Fig.8b
miteinander zu jeder Zeit während des Aufziehprozesses beobachtet werden, die Sandabgabe dann optimal
ist wenn beide Steigungen gleich sind, bzw. die Sandabgabe ungünstiger wird, wenn die Steigung nach
F i g. 8b kleiner als die der nach F i g. 8a ist
Wie zuvor beschrieben, ist es möglich, Säulen aus
verdichtetem Sand mit einem bestimmten Sandvolumen und einem bestimmten Durchmesser als auch einer
günstigen Form zu erhalten, wenn die Handhabung des Rohres auf Grund des in F i g. 8 gezeigten Schriebes
so erfolgt Praktisch jedoch ist es schwierig, das Rohr 1 aufgrund des die Eindringtiefe und die abgegebene
Sandmenge als Funktion der Zeit t anzeigenden Schriebes nach F i g. 8 zu steuern.
Sandmenge Su in Abhängigkeit von der Eindringtiefe L
aufzuzeichnen.
Hierzu wird eine Aufzeichnungseinrichtung nach F i g. 6 verwendet Bei dieser Aufzeichnungsvorrichtung
bewegt sich das Papier nicht, sondern ein Arm 21 wird je
nach der vom Anzeigegerät für die Tiefe angegebenen Ausgangsspannung Vd durch einen Antrieb 16 auf- und
abbewegt; ein Schreiborgan 22 ist dabei so angeordnet,
daß es sich nach rechts und links auf dem Arm 21 mittels eines Antriebes 23 je nach der Ausgangsspannung Vs
der Meßeinrichtung für die Sandmenge bewegen kann. Dieser Antrieb 23 ist dabei mit einem Rechner 24
versehen, so daß die totale abgegebene Sandmenge J]SSu über der Eindringtiefe D auf dem Registrierpapier
mittels des Schreiborgans 22 aufgetragen wird.
Ein Beispiel eines solchen durch die oben beschriebene Anordnung erhaltenen Schriebes ist in Fig. 10
wiedergegeben, wobei die totale abgegebene Sandmenge Σ&/ über der Eindringtiefe D in Form einer
Sägezahnkurve dargestellt ist. Fig. 11 zeigt einen vereinfachten Schrieb, der einen vergrößerten Ausschnitt
eines Arbeitszyklus gemäß F i g. 10 darstellt Bei diesem Schrieb bezieht sich die Strecke m-n auf die
abgegebene Sandmenge Su beim Heraufziehen des Rohres 1, und die Strecke n-p auf das Volumen der
Säule während eines Arbeitszyklus. Die abgegebene Sandmenge bei den einzelnen Arbeitszyklen ist daher in
Fig. 10 aufsummiert, so daß dieser Schrieb die totale
abgegebene Sandmenge ^1Su angibt. Die unterbrochene
Linie nach Fig. 10 bezieht sich auf einen vorher berechneten Kurvenverlauf für die Tiefe und das
Sandvolumen; diese Kurve wird zuvor auf dem Registrierpapier eingetragen.
Folglich kann bei jedem Wiedereintreibvorgang des Rohres durch Vergleich der effektiv abgegebenen
Sandmenge mit den vorbestimmten Werten für die Tiefe und das Sandvolumen quantitativ die abgegebene
Sandmenge bei jeder Tiefe der Säule kontrolliert werden, so daß Säulen errichtet werden können, die mit
den vorbestimmten Werten übereinstimmen.
Zur Abschätzung des Durchmessers der Säule nach der Fig. 11 wird auf die Gleichung (1) Bezug
genommen. Da der Ausdruck
(Si-S2)Z(Di-D3)
30
auf der rechten Seite der Gleichung (1) die Steigung der unterbrochenen Linie m-pder Fig. 11 darstellt, kann
der Durchmesser der Säule mittels Gleichung (1) abgeschätzt werden. Um sich ein Maß über die
Wirksamkeit der Sandabgabe beim Heraufziehen des Rohres zu machen, muß man sich vor Augen halten, daß
die Steigung der Strecke m-oan jeder Stelle des
au
j C
und
erhalten, indem man die Zeit t aus den beiden
Ausdrücken eliminiert Die Wirksamkeit der Sandabgabe
wird folglich dadurch abgeschätzt, daß man die Steigung der Strecke m-o mit dem Steigungsmaß 1
(45°) vergleicht Prinzipiell lassen sich die beiden zuvor erwähnten Interpretationsmethoden unabhängig von
der Art der Auftragung der Achsen auf dem Registrierpapier verwendea Auch ist bei diesen
Interpretationsmethoden die Änderung der Sandmenge nur bei Abgabe des Sandes notwendig, d. h. wenn das
Rohr heraufgezogen wird, so daß die Interpretation selbst dann nicht behindert wird, falls eine Anzeigeeinrichtung
für die Sandmenge verwendet wird, bei der die Messung nur bei Abgabe des Sandes erfolgt
Mit der zuvor erwähnten grafischen Aufzeichnung der Tiefe und der total abgegebenen Sandmenge in
Verbindung mit den vorherberechneten Werten für die Tiefe und das abgegebene Sandvolumen ist es möglich,
den Errichtungsprozeß der Sandsäule bei jedem einzelnen Arbeitszyklus durch Beobachtung des Schriebes
zu überwachen, indem das Rohr jeweils so weit wieder eingetrieben wird, bis die vertikal nach unten
gerichtete Spitze des Schriebes mit der Bezugslinie übereinstimmt Auch diese Aufzeichnung wird nicht nur
unmittelbar beim Errichten der Säule verwendet sondern ist ebenfalls nützlich als Protokoll über die Art
und Weise, wie die Errichtung der Sandsäule erfolgt ist.
Wie zuvor beschrieben, bereitet die Errichtung der Sandsäule für das Bedienungspersonal des Rohres mehr
oder weniger große Schwierigkeiten im praktischer. Betrieb, wenn der Prozeß unmittelbar am Aufzeichnungsgerät
überwacht werden muß. Da das Bedienungspersonal im allgemeinen an einer verlegbaren, das Rohr
betätigenden Eintreibapparatur arbeitet ist die Aufzeichnungseinrichtung ungünstigen Schwingungen o. ä.
unterworfen. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßiger, die Aufzeichnung an einer separaten Stelle mittels eines
Betriebsanzeigegerätes 26 (vgl. Fig. 15) vorzunehmen,
welches mit der zuvor erwähnten Aufzeichnungseinrichtung gekoppelt ist. Dann kann das Bedienungspersonal
die Errichtung der Sandsäule unter Überwachung des Prozesses an Hand der Anzeige des Anzeigegerätes
26 durchführen. Fig. 15 zeigt vereinfacht eine Ausführungsform
des Betriebsanzeigegerätes 26. Die vorausberechneten Referenzwerte von Tiefe und Sandvolumen
sind im Anzeigegerät 26 gespeichert Auf der linken Seite des Gerätes ist die Eindringtiefe D des Rohres 1
dargestellt, wobei die Tiefe mittels einer Tiefenmeßeinrichtung erfaßt wird; auf der rechten Seite des Gerätes
ist die Tiefe Dd des Rohres beim Wiedereintreiben dargestellt, welche dem Referenzwert für das Sandvolumen
bei den verschiedenen Tiefen entsprechen soll. Folglich kann die Betätigung des Rohres 1 so erfolgen,
daß die Tiefenanzeige D auf der linken Seite mit der angezeigten Tiefe Dd auf der rechten Seite übereinstimmt
Die zuvor erwähnten Ausführungen betreffen die Errichtung einer Sandsäule unter Überwachung der
abgegebenen Sandmenge, jedoch ist es ebenfalls notwendig, die Errichtung der Sandsäule unter Überwachung
der Festigkeit der Sandsäule durchzuführen.
Sofern der zu verfestigende Boden sandig ist soll durch die Sandsäule eine Erhöhung der Bodenfestigkeit
infolge Verringerung des Porenvolumens des Bodens erfolgen. Ist der zu verfestigende Boden lehmig, ist es
Ziel der Behandlung, eine Erhöhung des Scherwiderstandes vorzunehmen, d.h. ein Festigkeitsanstieg
infolge Entwässerung des betreffenden lehmigen Erdreiches und infolge des großen inneren Reibungswinkels der Säule aus verdichtetem Sand selbst Bei der
Verfestigung von weichem Grund durch Errichtung einer Sandsäule ist es daher wichtig, bei der Planung so
vorzugehen, daß die Festigkeit des ursprünglichen Bodens exakt bestimmt wird, und daß die zu
errichtenden Sandsäulen eine mit der Berechnung übereinstimmende Festigkeit (Verdichtungsgrad) aufweisen.
Nachfolgend wird das Verfahren erklärt, bei dem die Errichtung von Sandsäulen unter Messung und Überwachung
der Festigkeit der Säule erfolgt
Zum Messen der Festigkeit der Sandsäule wird eine Festigkeitsmeßeinrichtung verwendet Die in Fig.4
dargestellte Einrichtung wird in einem solchen Fall verwendet, wo mit einer elektrisch angetriebenen
Rammvorrichtung 2 gearbeitet wird. Unter Bezugnahme auf die grundlegenden Berechnungsregeln beim
Eintreiben von Pfählen kann die Festigkeit C des Bodens oder der Sandsäule aus folgender Gleichung
abgeschätzt werden:
(2)
E = von einem Motor A/für die Rammvorrichtung
2 verbrauchte elektrische Energie,
ν — Eindringgeschwindigkeit beim Eintreib-
ν — Eindringgeschwindigkeit beim Eintreib-
oder Wiedereintreibprozeß des Rohres,
m, n, ix, β — Konstanten.
m, n, ix, β — Konstanten.
Die Eintreibgeschwindigkeit des Rohres 1 wird durch eine mit einer Meßtrommel 7 verbundene Meßeinrichtung
27 für die Eintreibgeschwindigkeit in eine elektrische Spannung umgewandelt Des weiteren wird
die vom Motor M für die Rammvorrichtung 2 verbrauchte elektrische Energie durch eine Energiemeßeinrichtung
28 in eine elektrische Spannung umgewandelt Beide Spannungen werden der Formel (2)
durch ein Rechenelement 29 angepaßt, so daß eine der Festigkeit Cder Sandsäule entsprechende Spannung Vc
vom Rechenelement 29 abgegeben wird. Ebenfalls ist es möglich, ein Gerät zur Festigkeitsmessung zu verwenden,
bei dem sich die Festigkeit aus der Dehnung des Rohres ableitet
Die Aufzeichnung der von den Meßeinrichtungen für die Festigkeit und für die Tiefe abgegebenen Spannungsänderungen
Vc, Vd werden in einer schon beschriebenen Aufzeichnungseinrichtung nach Fig.5
und 6 registriert Die Einrichtung ist so ausgebildet daß bedeutungslose Festigkeitswerte, z. B. solche, die während
des Heraufziehens gemessen werden, nicht registriert werden. In F i g. 12 ist ein Schrieb dargestellt
der mit einer Aufzeichnungseinrichtung nach F i g. 5 und Fig. 13, ein solcher, der mit einer Einrichtung nach
Fig.6 erhalten worden ist In dem in Fig. 12 dargestellten Schrieb sind die Eindringtiefe D, die
Festigkeit Gs des ursprünglichen Bodens und die Festigkeit C der Säule über der Zeit t aufgetragen.
Entsprechend zeigt der Schrieb nach Fig. 13 die Festigkeit Gs des ursprünglichen Bodens über der
Festigkeit Cder Säule aus verdichtetem Sand.
Folglich ist es möglich, während des Wiedereintreibens
des Rohres 1 die Festigkeit der Sandsäule bei den verschiedenen Tiefen zu überwachen, gleichzeitig zu
beurteilen, ob die tatsächliche Festigkeit der Sandsäule mit durch Berechnung festgelegten Bezugswerten für
die Tiefe und die Sandsäulenfestigkeit übereinstimmt In dem Schrieb Tiefe über Sandsäulenfestigkeit gemäß
F i g. 13, bezieht sich die gebrochene Linie auf die Bezugswerte für die vorbestimmte Tiefe und Sandsäulenfestigkeit
Sofern dieser Schrieb so angeordnet ist, daß das Bedienungspersonal ihn direkt beobachten
kann, und indem die Handhabung des Rohres so erfolgt, daß die Kurve für die Sandsäulenfestigkeit mit
derjenigen für die vorbestimmten Bezugswerte für die Tiefe und für die Festigkeit übereinstimmt ist es
möglich, Sandsäulen mit ausreichender Festigkeit einfach und sicher zu errichten.
Des weiteren dient der Schrieb zum späteren Nachweis darüber, wie die Errichtung der Sandsäule
erfolgt ist
Die Aufzeichnung der Tiefe über der Festigkeit der Sandsäule erfolgt wie erwähnt über einen Schrieb, so
daß aus demselben Grund wie zuvor erwähnt, es zweckmäßig ist separat davon ein Betriebsanzeigegerät
31 vorzusehen, das mit einer in Fig. 14 dargestellten Aufzeichnungseinrichtung 30 verbunden ist und in dem
die vorbestimmten Bezugswerte für die Tiefe und die Sandsäulenfestigkeit eingegeben sind. Vorzugsweise
wird das Wiedereintreiben des Rohres zum Errichten der Sandsäule aufgrund der Anzeige des Betriebsanzeigegerätes
31 durchgeführt Fig. 16 zeigt vereinfacht eine Ausführungsform des zuvor erwähnten Betriebsanzeigegerätes
31, das so gebaut ist daß der vorbestimmte Referenzwert Cd der Sandsäulenfestigkeit bei den
verschiedenen Tiefen D als gebrochene Linie erscheint und die Sandsäulenfestigkeit C beim Wiedereintreiben
des Rohres 1 im unteren Bereich zu sehen ist Das Bedienungspersonal braucht daher das Wiedereintreiben
des Rohres 1 nur so auszuführen, daß die Anzeige für die Sandsäulenfcstigkeit C die Position der
gebrochenen Linie erreicht
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung bei dem bei der Herstellung der Säule ihre Festigkeit gemessen und
aufgezeichnet wird, ergibt sich der Vorteil, daß zugleich
die Festigkeit Gs des ursprünglichen Bodens während des ersten Eintreibens des Rohres bis zur vorgegebenen
Tiefe (Fig. 1,1) gemessen wird. Dabei bedeutet Gs im
Schrieb nach Fig. 12 und 13 die Festigkeit des ursprünglichen Bodens. Aus diesem Schrieb geht somit
die Bodenfestigkeit an der Stelle der Errichtung der Sandsäule während des Eintreibens des Rohres bis zur
vorbestimmten Tiefe hervor, so daß falls die Bodenfestigkeit an jeweiligen Errichtungsstellen wesentlich von
der aufgrund von Bodenuntersuchungen angenommenen Festigkeit abweicht, es möglich ist unmittelbar die
Bezugswerte für die Errichtung der einzelnen Sandsäule entsprechend den vorliegenden Verhältnissen zu verändern,
so daß die Verfestigung von weichem Boden durch die Errichtung von Sandsäulen sicherer und wirtschaftlicher
vorgenommen werden kann.
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen von Säulen aus verdichtetem Sand od. dgL im Baugrund, bei dem ein
Vortreibrohr in den Baugrund eingetrieben und stufenweise gezogen und wieder eingetrieben wird
und bei dem dabei der Sand während des Ziehens eingefüllt und beim Wiedereintreiben verdichtet
wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittels MeB- und Aufzeichnungseinrichtungen sowohl
die Eindringtiefe (D) der Unterkante des Vortreibrohrs (1) als auch das Absinken der Oberfläche (50)
des Sandes im Vortreibrohr beim Ziehen und/oder die Festigkeit (Q der Sandsäule {5c) beim Wiedlereintreiben
des Vortreibrohrs gemessen und aufgeschrieben werden, und daß das Vortreibrohr jeweils
so weit wieder eingetrieben wird, daß die Eindringtiefe
und die abgegebene Sandmenge (S) und/oder die Festigkeit (Q der Sandsäule mit den hierfür
vorgegebenen Bezugswerten übereinstimmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung für die Samdmenge (S) eine Vorrichtung zum stetigen Erfassen der Hfihe
(SL) der Sandoberfläche (50) im Vortreibrohr (1) enthält, wobei ein der Sandoberfläche im Vortreibrohr
stetig folgendes Elektrodenlot (9) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwerte in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlich durch die Meßeinrichtung
für die Festigkeit beim erstmaligen Eintreiben des Vortreibrohrs (1) bis zur vorbestimmten
Eindringtiefe fDj gemessene Festigkeit (Gs) des
Bodens zusammen mit den Werten für die Eindringtiefe und für die Festigkeit (Q der
Sandsaule in einem Schrieb durch die Aufzeichnungsrichtung (30) aufgetragen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine solche Meßeinrichtung für die Festigkeit verwendet wird, bei der die Festigkeit
(Gs) des Baugrundes und die Festigkeit (Q der Sandsäule aus dem elektrischen Energiebedarf des
Motors (M)tär die Rammvorrichtung (2) und aus der
Eindringgeschwindigkeit (V) beim Eintreiben und Wiedereintreiben des Vortreibrohres (t) ermittelt
werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Betriebsanzeigegerät
(26 bzw. 31) vorgesehen wird, aus dem die genannten Bezugswerte abgelesen werden
können.
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