DE2351713A1

DE2351713A1 - Verfahren und vorrichtung zur verfestigung von fundamentierungserdreich

Info

Publication number: DE2351713A1
Application number: DE19732351713
Authority: DE
Inventors: Louis Menard
Original assignee: Individual
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1972-11-03
Filing date: 1973-10-15
Publication date: 1974-05-09
Also published as: CA1009050A; MY8000131A; NL7309460A; GB1410132A; HK33780A; JPS4982119A; DE2351713C2; JPS5857573B2; FR2205908A5; SE404938B; ATA919573A; AT358996B; BE800964A; IT997955B

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verfestigung von Fundamentierungserdreich

Die Erfindung betrifft die Verfestigung von Erdreich in großer Dicke, um das Erdreich zur Fundamentierung verwendbar zu machen.

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren, das es ermöglicht, die Kompaktheit und die Tragfähigkeit von Fundament!erungserdreich ganz erheblich zu vergrößern und betrifft insbesondere die Verfestigung von Erdreich, das als nicht verfestigbar gilt, wie lehm-toniges, lehm-sandiges und schlammiges Erdreich und die Verfestigung in großer Dicke, was insbesondere für natürliche Böden und für Schüttdämme unter Wasser von Interesse ist.

Bei schlechtem Erdreich führt man Fundamente im allgemeinen mit Pfählen aus und berücksichtigt dabei auf negative Reibung zurückzuführende Mehrbelastungen (Wirkung der Schüttung auf den Schaft des Pfahls). Diese Lösungen sind bei Bauwerken von geringem Gewicht (Häuser mit weniger als 5 Stockwerken) oder bei weitverzweigten Bauwerken (Fabriken usw.) relativ kostspielig und sind ziemlich schwierig auszuführen (die Verbindung zwischen der Struktur auf den Pfählen und den evtl. von einem Schüttdamm unterstützten Bodenbelägen). V

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Häufig wird die Schüttung aus Materialien mit guten inneren Eigenschaften (Schotter _r Sand etc.) hergestellt; das ungünstige Verhalten der Schüttung (starke Kompressibilität, geringe Tragkraft) hat seinen Grund im wesentlichen in einem Mangel an Kompaktheit und aufgrund der Gegenwart von Hohlräumen.

Man hat bereits in bekannter Weise durch Hin- und Herfahren von statischen oder vibrierenden Verfestigungswalzen oder auch nur von schweren Erdarbeitsmaschinen die Qualität einer existie-. renden Schüttung verbessert. Wegen des geringen Gewichtes der Walze (10 bis 15 Tonnen) macht sich der Einfluß der Verfestigung jedoch jenseits von 50 bis 90 cm kaum mehr bemerkbar und, um befriedigende Ergebnisse zu erzielen, ist man gezwungen, die Schüttung vollständig auszuheben und durch einzelne Lagen von 30 bis 90 cm an Ort und Stelle zu ersetzen und jede Lage nacheinander zu verfestigen (diese Methode wird im Straßenbau oder bei Erdschüttdämmen verwendet); dieses Verfahren ist weder für bereits an Ort und Stelle befindliche Dämme noch für solche, die im V/asser aufgeschüttet werden, während deren Herstellung, anwendbar (Aufschütten einer Kiesgrube nach der Ausbeutung, Schüttungen an Flußrändern oder insbesondere am Meer).

Die Erfindung beruht auf der zweckmäßigen Auswertung eines verwickelten Phänomens und besteht darin, gleichzeitig in der Erdmasse eine "Verflüssigung" und an der Oberfläche der Erdmasse erhebliche dynamische Kräfte hervorzurufen.

Die Verflüssigung eines Erdreiches besteht in einer Zerstörung der festen Struktur des Erdreiches, so daß sich das Material verhält wie eine Suspension von Körnern in einer flüssigen Phase (Wasser). -

Es handelt sich um ein Phänomen, das bisher unter zufälligen natürlichen Umständen (z.B. Erdbeben)oder künstlichen Umständen (in der Folgen von Arbeiten) aufgetreten ist und das als höchst linwünschenswert betrachtet wurde und das eine Aufgabe des Bodens zur Folge hatte, von dem man glaubte, daß er demzufolge für «3eg-

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- 3 liehe Verwendung als Fundamentierungserdreich ungeeignet sei.

Durch Studien und systematische Versuche hat der Erfinder herausgefunden, daß dieses Phänomen der Verflüssigung im Gegenteil durch rationelle und kontrollierte Durchführung die Grundlage eines zur Verfestigung von Erdreich, insbesondere von lehmigem, lehmig-sandigem, schlammigem oder sandigem Erdreich höchst wirksames Verfahren sein kann.

Dieses Verfahren hat zwei kennzeichnende Merkmale: Das erste Merkmal betrifft die in dem Verfahren auftretenden Energien; .

Das zweite Merkmal betrifft die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte.

• Erfindungsgemäß erreicht man die Verflüssigung dadurch, daß das Erdreich innerhalb einer großen Dicke erheblichen dynamischen Drucken ausgesetzt wird, die in der Lage sind, die feste Struk-

das sind
tür des Erdreiches zu brechen;/im allgemeinen Drucke von 3 bis 40 Bar, die dadurch erreicht werden können, daß dynamische Kräfte ausgeübt werden, die die Größenordnung von 1000 t erreichen.

Erfindungsgemäß besteht.das Verfahren aus aufeinanderfolgende Zyklen; jeder Zyklus weist eine Anfangsphase auf, die dem Ausüben von dynamischem Druck zur Verflüssigung entspricht und eine spätere Ruhepause, die das Abführen von zwischen den Körnern befindlichem V/asser und die Wieder strukturierung des Materials, das neues, gegenüber dem anfänglichen Erdreich dichteres und widerstandsfähigeres Erdreich bildet, ermöglicht.

Das so erhaltene neue Erdreich ist entweder gleich als Fundament ierungsbo den geeignet oder erst nach Durchlaufen eines neuen Zyklus usw.

Das Verfahren ermöglicht es, in wesentlich kürzerer Zeit eine Verdichtung zu erreichen, die derjenigen mindestens

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äquivalent ist, die innerhalb langer Zeitdauer unter dem Einfluß einer statischen überlast von mehreren Bar erreicht wird.

Bei einer typischen DurchfUhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beaufschlagt man die Oberfläche des zu verdichtenden Erdreichs mit dynamischen Drucken der Größenordnung 3 bis 40 Bar, ganz allgemein mit mehreren 10 Bar, wobei der jeweilige Druck auf eine Fläche von wenigstens 1-10 qm einwirkt, und sich bis in grosse Tiefe, etwa 3-20 m, auf große Oberflächen, etwa 10-40.qm , und erheblichen Volumina, etwa 100 bis 1000 nr mit dynamischen Einwirkungen von mehreren Bar, z.B. wenigstens 2-5 Bar (das entspricht dynamischen Kräften von 500- 10 000 t) fortsetzt.

In jedem Falle bestimmt ein Fachmann die Druckwerte und die Größe der zu behandelnden Oberflächen in Abhängigkeit der Eigenschaften des Erdreichs zu Beginn und im Laufe der Veränderung und in Abhängigkeit der gefundenen Werte.

Dafür läßt sich vorteilhaft eine Vorrichtung verwenden, die im weiteren beschrieben wird und gleichzeitig zur Erfindung gehört.

Die Durchführung des Verfahrens, d.h., im wesentlichen die Erzeugung der dynamischen Drucke zur Verflüssigung, läßt sich durch jede geeignete Vorrichtung, z.B. durch den Aufprall von Gewichten auf das Erdreich oder durch Zündung von Explosionskörpern bewerkstelligen.

Im ersteren Fall kann man beispielsweise Gewichte von 6-50 t mit einer Fallhöhe von 6-20 m verwenden.

Unter diesen Bedingungen beträgt die Dicke des in einer einzigen Lage zu verfestigenden Materials bis zu 10-20 m, was mit den herkömmlichen Vorrichtungen überhaupt nicht zu vergleichen ist, bei denen die erreichten Dicken vom Bruchteil eines Meters bis höchstens 2 m für die größten zur Verfügung stehenden statischen oder vibrierenden Maschinen reichen.

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In bestimmten Fällen läßt sich die Wirksamkeit des Verfahrens (größere Schnelligkeit und bessere Endergebnisse) dadurch verbessern, daß der oberste Meter, des Erdreichs aus Material hoher Qualität, d.h. Material, das einen erhöhten inneren Reibungswinkel aufweist, besteht und vor dem ersten Zyklus oder zwischen den Zyklen entwässert ist. Dies kann sich auf das Erdreich selbst oder auf angefahrenes Material beziehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematlscher Zeichnungen beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 graphische Darstellungen der Beeinflussung von Material, das einem erfindungsgemäßen Arbeitszyklus unterworfen worden ist;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beeinflussung von Erdreich, das einer Reihe von Arbeitszyklen unterworfen worden ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erleichterung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist die Entivicklung von Material dargestellt, das einem Zyklus unterworfen ist, der aus einer Verflüssigungsphase besteht, auf die eine Phase der Wasserabfuhr und der Restrukturierung erfolgt. ·

Während der Verflüssigung wird die Struktur des Materials gebrochen; alle zwischengranulären Beanspruchungen werden durch die dazwischenliegende bzw. inters'titielle Flüssigkeit unterdrückt bzw. abgedämpft und der Druck der letzteren wird gleich dem Gewicht des darüberliegenden Erdreiches, im allgemeinen mehr als doppelt so groß wie der hydrostatische Wert.

Dieser Verflüssigung folgt unmittelbar ein sofortiges Zusammensacken, das je nach der Körnigkeit des Erdreiches und dem

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Grad der anfänglichen Hohlräume verschieden ist, aber kaum weniger als 3 % der gesamten Dicke der kompressiblen Lage beträgt. Das Phänomen ist bei Torf und schlammigem Erdreich mit nicht vernachlässigbarem Prozentsatz von organischer Materie besonders augenfällig. Die Erklärung des Phänomens ist sehr einfach: Der ' Boden enthält immer mehr oder weniger Gas, Luft, Methan usw, und verhält sich daher wie eine Zusammensetzung Fest-Flüssig-Gas, tatsächlich wie eine Schichtung von "hydropneumatisehen Inhalten". Unter dem Einfluß des dynamischen Zwanges zieht sich die Gasphase zusammen. Es tritt sofort ein erhebliches globales Zusammenschrumpfen auf.

Das interstitielle Wasser, das plötzlich einem erheblichen Druckgradienten ausgesetzt ist, hat es nicht schwer, die Struktur zu öffnen, die durch die festen Körner gebildet ist und unter dem Einfluß der Schockwellen vorher verflüssigt worden ist und schafft so durch innere Durchbrüche ein richtiges Netz von Leitungen mit mannigfaltigen Verzweigungen.

In dem Maße, wie der interstitielle Druck entschwindet,formt sich das Netz der intergranulären Einschnürungen zurück und restrukturiert sich das Material; der mechanische Widerstand wächst zunächst während der ganzen Periode der Dissipation des Wasserdruckes sehr schnell und dann unter dem Einfluß von abschließenden thixotropen Phänomenen sehr langsam.

Die in einem m wirkende Energie und die entsprechende Verkleinerung des Volumens sind in den Kurven 1 und 2 dargestellt, der interstitielle Druck in Prozenten des Verflüssigungsdruckes und die Tragkraft (beispielsweise der pressometrische Grenzdruck) in den Kurven 3 und 4. Es ist ersichtlich, daß die Volumenverringerung etwa proportional mit der aufgebrachten Energie wächst, solange der interstitielle Druck unter dem Verflüssigungsdruck bleibt, so daß so die Sättigungsenergie bestimmt werden kann; der maximale interstitielle Druck während der Beaufschlagung mit dynamischem Druck nimmt darauf schnell mit der Zeit ab. Die durch einen anfänglichen Wert (P I)_rt gegebene Tragkraft wird während

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der Verflüssigungsphase sehr gering, wächst dann während der Dis sipation des interstitiellen Druckes sehr stark und erreicht schließlich einen Wert (P I)_oo» cLer wesentlich größer als der. anfängliche Wert ist.

Die Beaufschlagung mit Energie in einem einzigen Zyklus kann nur bei trockenem oder sehr durchlässigem Erdreich erfolgen. Bei anderem Erdreich ist es vorteilhaft, in mehreren Zyklen vorzugehen; die Ergebnisse eines solchen Vorgehens sind/Fig. 3 dargestellt. Ein zweiter Zyklus wird erst durchgeführt, wenn der interstitielle Druck, der während des vorhergehenden Zyklus entstanden ist, entschwunden ist, so daß beispielsweise bei schlammigem_s sattem Erdreich die Durchführung einige Monate dauern kann.

Die günstigste Zyklenzahl wächst offensichtlich in dem Maße, wie sich die Durchlässigkeit des Materials verringert, so daß die praktische Grenze dieser Technik bei sehr undurchlässigem lehmigem oder tonartigem Boden liegt.

Um optimale Ergebnisse zu erhalten, wird erfindungsgemäß empfohlen, die Abmessungen und die Form der aufschlagenden Masse bzw. des Gewichtes in Abhängigkeit vqn den Eigenschaften des zu behandelnden Erdreichs zu wählen. Der optimale Wirkungsgrad ist dann erreicht, wenn die in einem Schlag erhaltene Verdichtung in der Größenordnung von 10 bis 20 % der Abmessungen des Rammklotzes liegt.

Der Rammklotz sollte zusätzlich leicht kegelstumpfförmig sein, damit seitliche Reibungskräfte zwischen der schlagenden Masse und dem Erdreich während des Anhebens und Saugkräfte verringert werden.

Die Energieverteilung in der Ebene:

Entsprechend einem gefundenen Ergebnis kann es nützlich sein, alle Schläge des Rammklotzes an einer Stelle auszuführen und dann erst an die folgende Stelle weiterzugehen oder wenigstens einmal alle Stellen eines elementaren Erdreichvierecks (4 m χ 4 m bei-

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spielsweise) zu berammen und erst dann zum zweiten Schlag und dann zum dritten überzugehen,

Das Verfahren ist gleichermaßen sehr vorteilhaft bei Schüttungen (Schüttdämme am Meer oder an Flußgrenzen, Staudämme) unter Wasser oder im Trockenen, von Sand und Kies, Grobsand (trokken oder getaucht), moränigem Erdreich, Feinsand vom Typ "Fontainebleau" (trocken).

Es ist relativ vorteilhaft bei Schlamm mit niederem Wassergehalt, Löß und relativ getrocknetem sandigem Ton.

Zur Erleichterung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann„eine Vorrichtung verwendet werden, mit der sich der Vorgang der Verflüssigung einer Erdprobe simulieren läßt und die daher zum Feststellen der Sattigungsenergie (Schwellenenergie für die Verflüssigung), der Zeitdauer der Dissipation des interstitiellen Druckes und des Zusammenhangs zwischen Schrumpfung und zugeführter Energie geeignet ist.

Diese Vorrichtung 1st in Fig. 4 dargestellt.

Sie weist einen abgeschlossenen Behälter 1, beispielsweise einen zylindrischen Tank mit einem Fassungsvermögen von etwa 30 1 auf, dessen Seitenwände verformbar sind, und beispielsweise aus Kautschuk oder verstärktem künstlichen Elastomer bestehen, um die Messung der seitlichen Drucke während der verschiedenen Vorgänge zu ermöglichen. Der Behälter ist oben mit einer Platte 2 abgeschlossen, die es ermöglicht, auf den Behälterinhalt einen statischen oder dynamischen Druck auszuüben; zwischen diese Platte 2 und den Inhalt 4 des Behälters ist eine Scheibe 5 zwischengelegt, um eine Trocknung des Behälterinhalts zu ermöglichen. Die Platte 2 bildet einen Kolben, der im Schnitt waagerecht zu einer im Behälter enthaltenen Erdreichprobe ist.

Dieser Behälter bildet eine dehnbare Umhüllung, in der die

Erdreichprobe in aufeinanderfolgenden statisch verfestigten La-

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— Q _-'

gen unter .einen Druck gesetzt wird, der vom Widerstand des Erdreiches in Situ abhängt. Der Wassergehalt an Ort und Stelle entspricht dem natürlichen Wassergehalt des Materials.

Die Scheibe 3, die eine Entwässerungsvorrichtung ist, besteht beispielsweise aus poröser Bronze oder besser aus Grobsand.

Sie kann auch selbst die Platte 2 bilden, die zur Übertragung der statischen oder entsprechenden dynamischen "Drucke auf das im Behälter befindliche Material dient. Diese Drucke werden durch irgendeine geeignete Vorrichtung erzeugt, beispielsweise durch einen. Kraftzylinder 5 und einen Schlaghammer 6, der auf einen in einer Stange 8 befestigten Amboß 7 schlägt.

Gemäß Fig. 4 wirkt der Kraftzylinder auf die Platte 2 durch Zwischenschaltung einer gabelförmigen Stangenverbindung 9» die nach unten gedrückt wird, während die Stange 8 direkt auf die Platte 2 wirkt und durch die Stangenverbindung 9 hindurchtritt. Die Stange 8 ist an der Platte 2 befestigt.

Die Vorrichtung weist, wie Meßvorrichtungen, einen Meßfühler 10 (Druckmesser) auf, der es ermöglicht, den von dem Behälterinhalt auf die deformierbare Seitenwand-ausgeübten Druck zu messen, einen innen an der Unterseite 12 des Behälters angeordneten Meßfühler 11, der den interstitiellen Druck, d.h. den Grad der Verflüssigung des im Behälter enthaltenen Materials während der verschiedenen ArbeitsStadien mißt und Komparatoren 13, die die Volumenveränderung der im Behälter enthaltenen Probe nach dem Einrammen des Kolbens bzw. der Platte 2 messen.

Im folgenden wird ein Beispiel für die Verwendung dieser Vorrichtung beschrieben:

Meßgrößen

Anfängliche Probenhöhe: ho-» 20 bis 50 cm Veränderung der Probenhöhe: S\h

Anfängliches Probenvolumen: Vo ^iOOO bis 3000 cm³ -

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Statischer, an der Oberseite aufrechterhaltener Druck: Pv (0,5 Bar für den Standardversuch)

Auf die Probe übertragene Energie: /m^

Seitlicher,von der Probe auf die Wand
des Behälters an der Grundfläche der
Probe ausgeübter Druck: Ph

Interstitieller Druck unten an der
Probe, von dem die im Behälter aufrecht.erhaltene Wasserhöhe abgezogen
wird Xder Versuch wird unter Sättigungsbedingungen ausgeführt): P.

Versuchsdurchführung A) Vorbereitung der Probe

Die Probe wird einer Bohrung oder einem Loch entnommen, wobei darauf geachtet wird, daß sich der Wassergehalt nicht ändert. Sie wird im Tank in Lagen von jeweils 10 cm angeordnet, von denen jede auf einen Druck ρ = dem in Situ gemessenen Grenzdruck gehalten wird (mit dem Druckmesser).

Oben auf der Probe wird eine entwässernde Lage aus grobem Sand und der Kolben angeordnet. Es empfiehlt sich die folgende statische Belastung, die während des ganzen Versuches konstant gehalten wird:

^pvo ⁼ (f - ¹) x (n - h1) + h1 \T , wobei

h = die Tiefe der zu verdichtenden Lage bei mittlerer Dicke,

h^ = Tiefe, aus der die Probe entnommen ist, & = Dichte des Erdreiches bei seiner Sättigung ist.

Gewöhnlich wird ein mittlerer Wert genommen;P =0,5 Bar.

Es kann wünschenswert sein, in diesem Stadium der Vorbereitung einen ersten Versuch zur seitlichen Verdichtung durchzuführen und den Kompressions-Modul des Erdreiches vor der Verdichtung zu messen. Immer beginnt die Phase

■ ■ ■■ /11

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der dynamischen Verfestigung nur, wenn der durch die statische Belastung hervorgerufene interstitielle Druck dissipiert ist und sich auf die Wasserhöhe in der Vorrichtung verringert hat (p^ = ho)

B) Versuch zur dynamischen Verfestigung; ·

Der Probe wird durch den Schlag des Hammers auf den Amboß oben auf der Vorrichtung Energie zugeführt. Diese Energie wird in Bruchteilen von ^{5 tm}/m⁵ zugeführt (3 tm/m³ ist die Grundenergie, die mehr oder weniger den untersuchten Problemen entsprechend, verändert sein kann).

1. Phase

Gesamte, aufgebrachte Energie: (3) (3+3) 3+3+4) Messung von ah - - -

Messung von Py₁ - - - - ■ Messung von V* - - -

2. Phase
Ruhephase

Man mißt Äh, p_h, P₁ bis man für den interstitiellen Druck im wesentlichen die anfänglichen Bedingungen wieder hat, wo etwa gilts P₁ <: 2 h_o

3. und 4. Phasen ·'"'-.

In dieser Phase aufgebrachte Energie: 3 3+3 3+3+4 .

Gesamte, seit V.ersuchsbeginn auf ge- ₊_ ,

brachte Energie: 13 16 20 "VnP

Messung von Ah, p_h, P₁ usw. in Abhängigkeit von der bekann ten Energie für die Anfangsphase und in Abhängigkeit der Zeit während der Ruhepause.

3. und 6.' Phasen

Gleich den vorhergehenden; am Ende des Versuchs wird eine 2. seitliche Verdichtung unter verdoppelter Zahl der Energie (paliers-d*energie) und Verwendung der gleichen Druckähderüngen durchgeführt. 409819/07 2 4 /12

C)Ausv/ertung der Ergebnisse;

Bestimmung der Sättigungsenergie:

Diese entspricht der vollständigen Verflüssigung des Erdreichs. Bei jeder neuen Energiebeaufschlagung wird die Vdlumenverminderung schwächer und die Ergiebigkeit der Verdichtung unbedeutender.

Bestimmung der Verdichtung in Abhängigkeit von der aufgebrachten Energie:

a) Kurve der anfänglichen Verdichtung für jede der Phasen:

h, = sofortige Veränderung der Probehhöhe nach Beaufschlagung mit den Energien im Verlauf der Phasen 1, 3, 5.

Man stellt c Ah als Funktion der gesamten auf die Probe aufgebrachten Energie (3 3+3 3+3+3 ^m/m3) dar.

b) Kurve der gesamten Verdichtung:

Gemessene Höhenänderung der Probe am Ende der Phasen 2, 4 -und 6 und Darstellen in Abhängigkeit der gesamten aufgebrachten Energie. Für entwässertes Erdreich stimmt die Kurve der gesamten Verdichtung mit der Kurve der anfänglichen Verdichtung überein.

D) Anwendung auf die Stampfarbeiten:

Die im Laboratorium erhaltenen Ergebnisse ermöglichen, die Parameter für die dynamischen Verfestigungsarbeiten, die am Ort auszuführen sind, zu bestimmen. Unter diesen sind die wichtigsten:

- die Dissipationszeit

- die Sattigungsenergie

- die Verdichtung

- die Zeiten T, die zwischen jeder der Phasen in Situ einzuhalten sind, sollten proportional zu den im Laboratorium gemessenen pissipationszeiten t sein, wenn die Phänomene des Bruches des Erdreiches unter dem Einfluß des interstitiellen Druckes mehr oder weniger vernachlässigt werden:

/13

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Zeiten zwischen den Phasen (in Situ) Dissipationszeiten (im Laboratorium)

T / ^Ho

t I h_o

H : Mittlere Dicke der zu verdichtenden, zusammendrückbaren Schicht. Der oben erhaltene Wert ist eine obere Grenze von T.

- Die Energie für jede der Phasen darf in keinem Fall größer als die im Laboratorium gemessene Sattigungsenergie sein.

- Die Verdichtung Δη des Erdreiches ist etwa proportional zur Veränderung des Volumens der Probe in jedem der verschiedenen Stadien der Verfestigung. "

Λη' Δ h Δ v

^Ho . ^ho ^Vo

Wenn man die Durchführungsarten eines Verfestigungsvorgangs studiert, ist der erste zu berücksichtigende l'lert die minimale zu erreichende Verdichtung. Diese kann in Abhängigkeit des im Erdreich vor dem Beginn des Stampfens gemessenen Widerstands und in Abhängigkeit von dem zu erreichenden geschätzt werden...

In erster Annäherung kann man sagen, daß jede Verdoppelung des anfänglichenWiderstandwertes des Erdreiches eine Verdichtung d (ds) von 4 - 5 % der Dichte ds des gleichen Erdreiches entspricht. " -.'-■"■

Entsprechend genügt es, wenn die mit einem Druckmesser gemessene Tragkraft pl = 3 Bar beträgt und man 10 bis 12 Bar am Ende des Vorgangs zu erreichen wünscht, die Dichte des Materials während der Verdichtung um mindestens 8 bis 10 % zu vergrößern;

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Da die Vergrößerung der Dichte /ds = fest ist, ist es not-

^ho .

wendig, den Prozeß der Verfestigung möglichst zweckmäßig festzulegen, um sie im ganzen Inneren in der erwünschten Frist zu erhalten. Vorzugsweise wählt man diejenige Energie, die der Sättigungsenergie entspricht und notiert die entsprechenden, in der Probe erhaltenen Verdichtungen.

Δ h 1 Δ h 2 Ahn

^ho ^ho ^ho

Die Anzahl η der Phasen ist durch die Beziehung gegeben:

Δ h 1 . Δ h 2 . Ahn \ Δ h

^ho . ^ho ^ho ^ho

Ah+ Z\h2 + ... Ahn >i h

Die maximale Zeit zwischen den Phasen im. Zeitpunkt T. is ν automatisch durch die im Laboratorium festgestellte Dissipations· zeit gegeben!

T₁ = t_±

^ho

Die gesamte Zeitdauer der Einwirkung ist also:

... Tn

(ti = t2 + ... tn)

Man kann im Hinblick auf die Energiekosten Interesse daran haben, die Anzahl der Phasen in Beziehung zu der durch die obige Regel gegebenen zu vergrößern, weil der Wirkungsgrad im vorigaiFall nicht optimal sein kann; man vergrößert dabei aber die gesamte Zeitdauer des Vorgangs. Es ist das Gleiche, als ob man die Zeiten T^, Tp ... zwischen den Phasen vergrößert.

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Dagegen kann man, wenn die Durchführungszeit die wichtigste Bedingung für das Projekt ist, die Anzahl der Phasen oder die Zeit zwischen den Phasen auf Kosten einer dann erheblichen, zur Verdichtung notwendigen, Energie verringern.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, in der der Behälter und der Kraftzylinder zur Steuerung des statischen Druckes auf einem gemeinsamen Rahmen 14 sitzen; diese Anordnung ist jedoch in keiner Weise einschränkend.

2 zeigt ein Beispiel eines "pressiometrischen Profils" bei einem lehmig tonigem Boden.

In dieser Figur sind links die Deformationsmodulkurven und rechts die Werte des Grenzdruckes in Abhängigkeit von der auf der Ordinate in Metern angegebenen Tiefe dargestellt.

Die gestrichelten Kurven sind auf vor der Verfestigung gemessene Werte bezogen, die strichpunktierten Kurven sind auf nach der Verfestigung am Ende der Dissipation des interstitiellen Druckes gemessene Werte bezogen und die ausgezogenen Kurven sind auf nach einer Zeitdauer von" neun Monaten gemessenen Vierte bezogen.

Ansprüche;

6724 . Ζ.-..

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Claims

Ansprüche

"1.) Verfahren zur Verfestigung von Fundamentierungserdreich, vorzugsweise von lehm-tonigem, lehmig-sandigem, schlammigem oder sandigem, feuchtem oder sattem, oder natürlichem oder künstlichem Erdreich, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Verfahrensschritt das Erdreich erheblichen dynamischen Lasten (500 bis 10 000 t) ausgesetzt wird, um eine Verflüssigung des Erdreichs und gleichzeitig wiederholte Druck- und Scherbeanspruchungen innerhalb der zu verdichtenden Masse hervorzurufen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verfahrensschritt, der dynamische Beanspruchungszyklen von wenigstens 2-5 Bar bis in große Tiefe (5 - 20 m) auf einer Oberfläche von wenigstens 10 bis 40 m und in einem Volumen von wenigstens 100 bis 1000 m hervorruft.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Beaufschlagung der Oberfläche mit dynamischen Kraftzyklen von 500 bis 10 000 t.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zyklus, in dem die Oberfläche mit dynamischen Kräften derart beaufschlagt wird, daß ein Rammklotz um etwa 10 bis 20 %

■ seines äquivalenten Durchmessers, d.h., um etwa 10 - 20 % des Durchmessers eines zylindrischen Rammklotzes der dem verwendeten äquivalent ist, eindringt, so daß die erwünschte Kompaktheit möglichst wirtschaftlich erreicht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Ruhepause vor den dynamischen

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·· - .Λ¹ -■

Kraftzyklen, um die Dissipation vom interstitiellen -Wasser und die Restrukturierung des. Erdreiches zu ermöglichen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch aufeinanderfolgende Zyklen, von denen jeder eine Beaufschlagungsphase mit dynamischem Druck enthält, der eine Ruhepause folgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche T bis 6, gekennzeichnet durch einen Vorgang, in dem der oberste Teil des Erdreichs aus wasserabziehenden Materialien gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Zyklen der Beaufschlagung mit dynamischen Kräften durch den Aufschlag einer Masse von 6-5Ot auf das Erdreich nach·einem Fall aus einer Höhe von 2-2Om erreicht werden. "
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der dynamische Druck durch Zündung von Explosiönskörpern erreicht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß zur Bestimmung.der Größe der anzuwendenden dynamischen Drucke, der Dauer der einen oder mehreren Phasen der Ruhe-, sowie zum Ausmaß der Verdichtungen der Verflüssigungsvorgang mit einer Erdreichprobe simuliert wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen dehnbaren Behälter (1) zur Aufnahme der zu untersuchenden Erdreichprobe, eine Vorrichtung zur Beaufschlagung des Behälterinhalts mit statischem Druck und/oder eine Vorrichtung zur Beaufschlagung des Behälterinhalts mit dynamischem Druck, eine Vorrichtung zum Abziehen von V/asser aus dem Behälterinhalt sowie bei Bedarf eine Vorrichtung zur Messung des vom Behälterinhalt auf eine Seiten-

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wand ausgeübten Druckes, eine Vorrichtung zur Messung des Verflüssigungsgrades des Behälterinhaltes und eine Vorrichtung zur Messung der Volumenveränderung des Behälterinhalts.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (1) eine elastische, deformierbare Seitenwand aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (1) ein zylindrischer Behälter ist, der an einem Ende von einer Platte (2) bzw. von einem Kolben verschlossen ist, dessen Schnitt dem der im Behälter (1) enthaltenen Erdreichprobe genau gleicht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorrichtung (3) zum Wasserentzug zwischen dem Kolben (2) und dem Behälterinhalt angeordnet ist,um die Trocknung des Behälterinhalts zu ermöglichen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (1) an seinem anderen Ende verschlossen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zum Beaufschlagen mit statischem Druck einen Kraftzylinder (5) und eine Übertragungsvorrichtung (9) zwischen dem Kraftzylinder (5) und dem Kolben (2) derart aufweist, daß der vom Kraftzylinder (5) erzeugte statische Druck auf den Kolben (2) übertragen v/ird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis .16, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zur Beaufschlagung mit dynamischem Druck einen Schlaghammer (6) aufweist, der auf einen am Kolben (2} befestigten Amboß (7) schlagen kann.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch g. ekennzeichnet , daß .die Vorrichtung zur Messung η

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des Verflüssigungsgrades des Behälterinhaltes einen, am unteren Ende des Behälters angeordneten Meßfühler (11) für den interstitiellen Druck aufweist. ■
19. Vorrichtung nach Anspruch 13? dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zur Messung der Volumenänderung des Behälterinhaltes einen Komperator (13) aufweist," der das Eindringen des Kolbens (2) in den Behälter (1) feststellt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zur Messung des vom Behälterinhalt auf die Seitenwand des Behälters (1) ausgeübten Druckes ein Druckmesser (10) ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, gekennzeichnet durch einen Rahmen (.14), auf dem der Behälter (1) und der Kraftzylinder (5) zur Beaufschlagung des Behälterinhalts mit statischem Druck- angebracht sind.

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