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Verfahren und Vorrichtung zum Umwandeln einer weichen Bodenschicht
in ein verfestigtes nutzbares Land.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umwandeln
einer weichen Bodenschicht in ein verfestigtes nutzbares Land.
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Uns weiche Bodenschichten,wie die Sohle von Flußbetten und/ oder Häfen
in einen stabilisierten Bau- bzw. Untergrund umzuwandeln, wie er für zivile Bauten,
z.B. Straßen, Dämme und/ oder Fabrikanlagen erforderlich ist, wird ein Aufbau aus
verschiedenen
Schichten und/oder ein Pfahlaufbau vorgesehen. Im
ersten Fall wird für die Nutzbarmachung des Bodens eine große Menge an Sand und
viel Zeit benötigt. Beim Pfählen werden durch die weiche Bodenschicht einige Pfähle
eingeschlagen, bis diese den felsigen Untergrund erreichen. Dann werden um die Pfähle
herum Platten, Netze, Matten und/oder Folien angeordnet, auf denen der Schichtaufbau
aufgebracht und das Gebäude errichtet wird. Obwohl das Pfählen leicht und einfach
erscheint, erfordert es doch hochspezialisiertes Wissen und Können bei Arbeitern
und Ingenieuren, wenn sich die weiche Bodenschicht ausgedehnt und weit,wie bei Seen,
Marschen, Häfen und Meereskisten erstreckt, damit mit den Pfählmaschinen das Pfählen
an den notwendigen Stellen ausgeführt wird. Dieses Verfahren ist außerdem sehr teuer
und zeitraubend.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
vorzusehen, mit denen ausgedehnte, weite und tiefliegende weiche Bodenschichten
von Flüssen, Seen, Marschen, Häfen und dem Meer wirksam und leistungsfähig verfestigt
werden können, damit sie für die Errichtung von Bauten geeignet sind.
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Es soll innerhalb kurzer Zeit und mit niedrigen Kosten ein stabiler
Untergrund für derartige Bauten geschaffen werden können. Die Vorrichtung soll einfach
bedienbar und leistungsfähig sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst, die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die im Patentanspruch 5
angegebenen Merkmale.
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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von sieben Figuren
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Schnittansicht, die darstellt, daß die gesamte
Oberflächenschicht einer weichen Bodenschicht in bzw. bis zu einer bestimmten vorgegebenen
Tiefe behandelt und verfestigt ist; Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung; Fig. 3, 4 und 5 Detailansichten
der wesentlichsten Teile der Behandlungsvorrichtung und zwar Fig. 3 eine perspektivische
Ansicht, Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV der Fig. 3 und Fig. 5
eine Ansicht teilweise im Schnitt eines Kreiselmischers; Fig. 6 ein weiteres Beispiel
zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Behandlungsverfahrens, wobei Fig. 6A
eine Draufsicht und Fig. 6B eine Seitenschnittansicht längs der Linie X-X der Ansicht
6A darstellt; Fig. 7 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Behandlungsverfahrens,
wobei 7A eine Draufsicht und 7B eine Seitenschnittansicht und zwar längs der Linie
Y-Y der Fig. 6A darstellt.
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Fig. 1 stellt die Längsschnittansicht eines durch ein erfindungsgemäßes
Verfahren gewonnenen Landes dar. Wie diese Fig. erkennen läßt, ist lediglich die
Oberflächenschicht der weichen Boden -schicht durch eine Verfestigungsbehandlung
mit einem Verfestigungsmittel wie es nachher im einzelnen beschrieben wird, in bzw.
bis zu einer vorgegebenen Tiefe in einen festen Untergrund 1 verwandelt.
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FUr diese Verfestigungs- bzw. Stabilisierungsbehandlung wird die in
Fig. 2 dargestellte Behandlungsvorrichtung 2 benutzt.
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Diese weist ein durch Räder 4 getragenes Fahrgestell 3 auf.
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Die Räder sind hohl, so daß sich die Behandlungsvorrichtung beim Drehen
der Räder auf der weichen Bodenschicht wie schwimmend fortbewegen kann. Liegt die
weiche Bodenschicht unter Wasser dann werden anstelle der Räder 4 Schwimmer verwendet.
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Die Fig. 3, 4 und 5 stellen den Aufbau der wesentlichsten Teile der
Behandlungsvorrichtung im Detail dar. In einem Rahmen 5 sind drehbar Drehwellen
7 gelagert, die an ihrer Spitze Kreiselmischer 6 tragen. An beiden Seiten des Rahmens
5 sind Führungsrollen 8 vorgesehen, die in Führungsnuten 10 an den Innenseiten einer
Führungssäule 9 eingesetzt sind. Die Drehwellen 7 sind,wie die Figuren erkennen
lassen, unterteilt. Sie sind mit Hilfe von Flanschen und/oder Kupplungen 11 mit
der Spitze, die mit Kreiselmischern versehen ist, verbunden.
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Ein Drehantrieb 12 besteht aus einem an der Außenwand des Rahmens
5 befestigten Elektromotor und einer Kette, die zwischen einem auf der Drehwelle
des Motors 13 befestigten Kettenrad 14 und einem auf der Drehwelle 7 befestigten
Kettenrad 15 vorgesehen ist. Die Drehwelle 7 dreht sich zusammen mit der Welse des
elektrischen Motors 13.
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Ein Hebemechanismus 17 besteht aus einem an der Außenwand des Rahmens
5 befestigten Elektromotor 18, einem an der Drehwelle des Motors 18 befestigten
Kettenrad 19, einem an der Drehwelle 22 befestigten Kettenrad 23, die durch Lager
20 und 21 in der Außenwand des Rahmens 5 drehbar gelagert ist, einer zwischen den
Kettenrädern 19 und 23 vorgesehenen Kette 24, aus an beiden Enden der Drehwelle
22 befestigten Ritzeln 25 und 26 sowie aus Zahnstangen 27 und 28, die an der Führungssäule
9 befestigt sind und in die Ritzeln 25 und 26 eingreifen. Die Ritzel 25 und 26 drehen
sich zusammen mit der Drehwelle des Motors 18 und heben und senken den Rahmen 5
längs der Führungssäule, Dieser Hebemechanismus 17 trägt viel zu einer wirkungsvollen
Stabilisierungsbehandlung an den erforderlichen Stellen bei, indem er die Position
der Kreiselmischer, die in die weiche Bodenschicht versenkt sind, ändert. Er ist
somit ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Das Innere der Drehwelle 7 und der
Kreiselmischer 6 ist hohl und ineinandergepasst. In der Wand des Kreiselmischers
6 sind Durchgangslöcher 29 vorgesehen. Außerdem ist der Hohlraum der Drehwelle 7
mit dem Hohlraum des Kreiselmischers 6 durch Löcher 29a verbunden.
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Ein im nachfolgenden näher beschriebenes Verfestigungsmittel wird
durch einen Schlauch 30 in den Hohlraum der Drehwelle 7 gebracht und durch die Durchgangslöcher
29 der Kreiselmischer 6 während der Rotation dieser Mischer bzw. Mischscheiben entleert.
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Die Führungssäulen 9 sind in einem Zwischenbereich durch ein Lager
31 abgestützt. Der Neigungswinkel dieser Führungssäulen kann durch Drähte 32 und
eine Strebe 33 frei eingestellt und verändert werden.
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Wenn sich bei der beschriebenen Behandlungsvorrichtung die Räder interinittierend
und/oder kontinuierlich drehen, rotieren die Drehwellen 7 zusammen mit der Welle
des Motors 13 und es wird auch der Rahmen 5 abhängig von der Drehung des Motors
18 angehoben und/oder abgesenkt. Wie beschrieben, tritt bei der Behandlung der weichen
Bodenschicht durch die Durchgangslöcher 29 der Kreiselmischer 6 ein Verfestigungsmittel
aus, wodurch die angestrebte Verfestigung bzw. Stabilisierung bewirkt wird.
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Vorzugsweise ist die Behandlungsvorrichtung mit eigenem Antrieb versehen.
Sie kann jedoch auch durch Winden oder dergleichen gezogen bzw. angetrieben werden.
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Die für die Stabilisierungsbehandlung der weichen Bodenschicht verwendbaren
Verfestigungsmittel sind vergießbare Verbindungen zur Bodenverfestigung aus einem
Gemisch von 75 bis 95 Gew.-% einer Komponente A und 5 bis 25 Gew.-% einer Komponente
B,der 40 bis 60 Gew.-% industrieller RückständeXwie Kalziumhydroxid, Karbid-, Aluminium-,
Nickel-Rückstände und mineralische Rückstände, 10 bis 20 Gew.-% Kieselsäurematerial,
1 bis 2 Gew.-% Holzfaserstoffrückstände sowie 5 bis 40 Gew.-% Portlandzement beigemischt
sind, wobei sämtliche Komponenten durch Brennen bei einer Temperatur zwischen 5000
C und 10000 C erhalten
werden und nach einer Granulatbildung das
Verbundmaterial möglichst 10 bis 15 Gew.-% eines Chlorids aber als Flüssigkeit mit
etwa 35 Baume-Graden,von Magnesium und/oder Kalzium,wie Magnesiumchlorid und Kalziumchlorid,
ferner 15 bis 20 Gew.-% eines faserartigen Materials wie eines Holzfaserpulvers
und/ oder Zellstoffschnitzel und schließlich 65 bis 80 Gew.-% Kalziumhydroxid enthält.
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Die gießbaren Massen zur Bodenverfestigung werden beispielsweise unter
dem Handelsnamen "Chemicolime" und/oder "Fujibeton" vertrieben.
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Die beschriebenen Verfestigungsmittel werden in Form eines Breies
hergestellt und dann aus einem auf dem Fahrgestell 3 vorgesehenen Vorratsbehälter
in den hohlen Bereich der Drehwelle 7 gegeben.
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Es ist auch möglich, das Verfestigungsmittel in diesen Bereich über
einen langen Schlauch aus einem auf dem Land vorgesehenen Vorratsbehälter zu leiten.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die ganze
Oberflächenschicht durch die Stabilisierungsbehandlung verfestigt werden. Es ist
jedoch auch möglich, die Oberflächenschicht entsprechend Fig. 6 nur teilweise z.B.
in Form eines Rasters zu verfestigen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die quadratischen
bzw. rechteckigen nicht verfestigten Bereiche der Oberflächenschicht nach dem Aufbringen
von Netzen, Matten und/ oder Folien durch eine Aufschüttung zu verstärken.
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Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Bauweise ist, daß die stabilisierten
Bereiche der weichen Oberflächenschicht nicht in dieser Schicht voneinander unabhängig
verteilt liegen sondern daß die stabilisierten Bereiche in einer Ebene miteinander
verkettet sind. Wenn in dieser Beschreibung von einer bestimmten vorgegebenen Tiefe
der durch die Stabilisierungsbehandlung zu verfestigenden Oberflächenschicht gesprochen
wird, wird im allgemeinen eine Tiefe von einem Meter bis drei Metern verstanden.
Wie die Praxis gezeigt hat, entstehen nach einer Stabilisierungsbehandlung in dieser.Tiefe
keine Probleme, wenn Gebäude, übliche Häuser, Parks und Wohnräume darauf errichtet
werden.
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Wenn sehr große Gebäude und/oder Warenhäuser errichtet werden sollen,
ist es üblicherweise erforderlich, zur partiellen Verstärkung des Fundaments dieser
Gebäude und Häuser, Pfähle einzutreiben, bis diese den felsigen Untergrund erreichen.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine derartige Pfählung nicht
erforderlich. Sind, wie in Fig. 6B dargestellt, einige Stützsäulen 34 erforderlich,
dann werden während der Stabilisierungsbehandlung der Oberflächenschicht der weichen
Bodenschicht die Räder bzw. Schwimmer der Behandlungsvorrichtung an einer Stelle
angehalten und die Kreiselmischer bis oder bis in die Nähe des felsigen Untergrunds
abgesenkt, wodurch die für den Bau schwerer Gebäude erforderlichen Stützsäulen leicht
gebildet werden können. Es kann auch nach dem Verfestigen der Oberflächenschicht
durch die Stabilisierungsbehandlung bis
zu einer bestimmten Tiefe
die Drehwelle am Flansch bzw. der Kupplung 11 durch eine längere Welle ersetzt werden,
mit der die Stützsäulen 34 leicht und glatt gebildet werden können.
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Die zuletzt beschriebenen Beispiele beziehen sich auf Fälle, bei denen
die Stützsäulen so ausgebildet werden, daß sie den felsigen Untergrund erreichen.
Es entstehen jedoch keine Probleme, wenn die Stützsäulen 34 nicht ganz bis zum felsigen
Untergrund gebildet werden. Ein solcher Fall ist in den Fig. 7A und 7B dargestellt.
Die durch eine Stabilisierungsbehandlung zunächst bis zu einer bestimmten vorgegebenen
Tiefe verfestigte Oberflächenschicht 1 kann durch Stützsäulen 36 mit einer weiteren
Schicht verkettet werden, die in gleicher Weise unterhalb der ersten Oberflächenschicht
1 in einer vorgegebenen Tiefe bis zu einer vorgegebenen Dicke verfestigt worden
ist. Eine so behandelte und verfestigte Oberflächenschicht kann z.B. als Untergrund
für Straßen, insbesondere für den Scbertransport, dienen, Wie in Fig. 1 dargestellt,
werden vorzugsweise in geeigneten Abständen einfache Rippen P gebildet, wenn die
Verfestigung und Stabilisierungsbehandlung der Oberflächenschicht ausgeführt wird.
Diese bewirken eine Vergrößerung der Steifigkeit der verfestigten und behandelten
Schicht und begünstigen die Lebensdauer dieser Schicht.