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Verfahren zum Befestigen von Böden geringer
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Qualität Zusammenfassung: Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren
zum Befestigen von bzw. Konsolidieren von Böden geringer Qualität oder von wasserdurchlässigen
Böden durch Einführen bzw.
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Einspritzen von Bärtungsmitteln, wobei als Härtungsmittel ein Gemisch
aus Wasser und Geliermittel und eine wässrige, Geliermittel enthaltende Wasserglaslösung
verwendet werden. Die Härtungsmittel werden miteinander verbunden und in den Boden
eingespritzt, wobei der Boden in einen gleichförmig und stark verdichteten Boden
oder einen wasserdichten Boden modifiziert wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen bzw. Konsolidieren
von Böden geringer Qualität und insbesondere auf ein Verfahren zum Befestigen von
Böden, indem ein Boden geringer Qualität oder ein wasserdurchlässiger Boden in einen
gleichförmig
und stark befestigten Boden oder einen wasserdichten Boden geändert wird.
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In vorliegender Beschreibung soll der Ausdruck "Boden geringer Qualität
oder loser Boden11 einen losen oder wasserdurchlässigen Boden bezeichnen, wie er
z.B. bei Erdarbeiten zur Erstellung von Gebäudefundamenten oder bei Erdarbelten
für den U-Bahnbau angetroffen wird. Der Ausdruck l1Befestigung bzw. Konsolidierung
eines Bodens geringer Qualität1, soll bedeuten, daß verschiedene Härtungsmittel
in einen Boden geringer Qualität eingespritzt bzw. injiziert werden, um letzteren
zu befestigen, wodurch ein fester und wasserbeständiger oder wasserdichter Boden
erzielt wird.
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Im allgemeinen wird ein solcher Boden geringer Qualität durch eine
grobe Bodenschicht (einschl. Luftspalten) und eine feine Bodenschicht, die sich
abwechselnd überlappen oder übereinanderliegen, gebildet. Somit ist es erforderlich,
den Boden geringer Qualität durch Einspritzen von Härtungsmitteln zu verfestigen.
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Im Falle vorliegender Erfindung bedeutet die gleichförmige Befestigung
eines Bodens geringer Qualität, daß sowohl die grobe Bodenschicht als auch die feine
Bodenschicht verfestigt werden, um nicht nur die Festigkeit, sondern auch die wasserdichten
Eigenschaften des Bodens zu verbessern. Die Befestigung nur einer der beiden den
Boden bildenden Schichten kann nicht als gleichförmige Befestigung des Bodens, wie
sie im Falle vorliegender Erfindung angestrebt wird, angesehen werden und kann nicht
die Festigkeit des Bodens erhöhen sowie auch nicht einen wasserdichten Boden ergeben.
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Zur Befestigung eines Bodens geringer Qualität sind folgende Verfahren
bekannt:
(1) Doppelflüssigkeit - Wasserglasverfahren: Bei diesem
herkömmlichen Verfahren werden eine wässrige Lösung aus anorganischem Geliermittel
oder einer Bindemittel bzw.
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Zement enthaltenden Suspension (Flüssigkeit - A) und eine wässrige
Wasserglaslösung (Flüssigkeit - B) als Härtungsmittel verwendet. Diese Härtungsmittel,
oder die Flüssigkeit - A oder die Flüssigkeit - B werden miteinander durch eine
Rohrleitung von Y-Form verbunden und die resultierende Flüssigkeit (die im folgenden
als Flüssigkeit - AB bezeichnet wird) wird in einen zu befestigenden bzw. zu konsolidierenden
Boden eingespritzt. Dieses Verfahren ist im Betrieb einfach und ergibt ausgezeichnete
Konsolidierungseigenschaften; es hat å jedoch folgende Nachteile: (A) Die Flüssigkeit-A
und die Flüssigkeit-B sind Härtungsmittel, die eine Reaktion durch Mischen und Konsolidieren
ergeben. Wenn sie als nichtreagierte Materialien im Boden belassen werden, treten
Probleme wie z.B. Wasserverschmutzung auf. Insbesondere, wenn die Flüssigkeit-B
als nichtreagiertes Material im Boden verbleibt, dringt sie in das Grundwasser des
Bodens ein und stellt somit eine erhebliche öffentliche Gefahr dar. Um diese Schwierigkeit
zu überwinden oder um ein solches nichtreagiertes Material nicht im Boden zu belassen,
ist es erforderlich, die Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit -B in einem bestimmten
Verhältnis miteinander zu verbinden.
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Praktisch ist dies jedoch außerordentlich schwierigdirchzuführen.
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Insbesondere in den Fällen, in denen die Einspritzdrücke der Flüssigkeit
hoch und die eingespritzten Mengen an Flüssigkeiten gering sind, schwankt das Einspritzverhältnis
von Flüssigkeit-A zu Flüssigkeit-B erheblich, und es kann passieren, daß nur eine
der beiden Flüssigkeiten eingespritzt wird. Bei diesem herkömmlichen Verfahren kann
das nichtreagierte Material im Boden verbleiben,
was zum Auftreten
einer öffentlichen Gefahr, z.B.
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einer Wasserverunreinigung führt.
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(B) Beim Mischen werden die Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit -B
rasch gelatiniert. In dem Fall, in dem die Flüssigkeit -A Bindemittel bzw. Zement
enthält, wird die durch Verbindung der Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B erhaltene
Flüssigkeit eine Suspension, da die den Zement enthaltende Flüssigkeit-A ebenfalls
eine Suspension ist. Somit hat die Flüssigkeit-AB eine schlechte Durchlässigkeit
und kann deshalb nicht weiter eindringen als in eine grobe Bodenschicht.
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Bei diesem Verfahren wird somit eine feine Bodenschicht kaum von den
Härtemitteln durchdrungen, so daß der nach diesem Verfahren behandelte Boden zweifellos
ungleichförmig in seiner Qualität ist.
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(2) Wasserglasinj ektionsverfahren unter Verwendung organischer Geliermittel.
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Dieses herkömmliche Verfahren geht aus von Wasserglas in Lösungsform,
wobei eine Aldehydkomponente oder Ester als Geliermittel verwendet wird, und die
Gelierdauer kann verhältnismäßig lang gewählt werden. Bei diesem Verfahren ist der
Flüssigkeitsverbindungsschritt, der oben erwähnt ist, nicht erforderlich, und ferner
sind Wasserglas und Geliermittel im vorhinein genau zusammengesetzt und werden nach
einem sogenannten Ein-Strahl-Verfahren eingespritzt. Da es sich um eine lösungsartige
chemische Flüssigkeit handelt, kann sie gleichförmig in eine feine Bodenschicht
eingespritzt werden. Dieses herkömmliche Verfahren hat jedoch einen Nachteil. Da
das Geliermittel eine wässrige Lösung ist, besitzt das Härtungsmittel eine ausgezeichnete
Durchlässigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaft kann das Härtungsmittel von den Luftspalten
oder der groben Bodenschicht in einen Teil des Bodens eindringen, der nicht der
Boden ist, in
welchem die Einspritzung vorgenommen worden ist. Deshalb
ist es schwierig, große Luftspalte und eine grobe Bodenschicht in einem zu befestigenden
Boden zu konsolidieren. Ferner ist es auch schwierig, einen gleichförmig konsolidierten
Boden nach diesem konventionellen Verfahren zu bilden oder zu erhalten.
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Ziel vorliegender Erfindung ist somit ein Verfahren zum Eonsolidieren
eines Bodens geringer ualität, bei dem kein Härtungsmittel in das Grundwasser eindringen
kann und somit keine öffentliche Gefahr für die Verunreinigung des Grundwassers
auftritt.
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Weiterhin ist Ziel der Erfindung ein Verfahren zum Konsolidieren eines
Bodens geringer Qualität, bei dem die Konsolidierung durch eine grobe Bodenschicht
und eine feine Bodenschicht hindurch erreicht wird, so daß ein gleichförmig konsolidierter
Boden erhalten wird.
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Mit vorliegender Erfindung soll auch ein Verfahren zum Konsolidieren
eines Bodens geringer Qualität vorgeschlagen werden, durch das ein Boden erhalten
wird, der zu hoher Festigkeit konsolidiert ist. Ein derartiger Boden soll vorzugsweise
so konsolidiert werden, daß er vollständig wasserdicht ist.
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Ein spezielles Ziel vorliegender Erfindung ist auch ein Verfahren
zum Konsolidieren von Boden geringer Qualität, bei dem ffartungsmittel in einen
Boden in einer gewünschten Richtung eindringen, so daß ein gewünschter Teil des
Bodens konsolidiert wird.
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Gemäß der Erfindung wird dies durch ein Verfahren erreicht, bei dem
ein Gemisch aus Wasser und Geliermittel und eine wässrige,
Geliermittel
enthaltende Wasserglaslösung als Härtungsmittel verwendet werden, bei dem die Härtungsmittel
miteinander verbunden werden und bei dem die resultierende Flüssigkeit in den Boden
eingespritzt wird, wobei das Geliermittel aus der Gruppe bestehend aus Ester, Aldehyd,
anorganischer Säure, organischer Säure, anorganischem Salz, organischem Salz, Zement
und hydraulischer Komponente von Zement ausgewählt wird.
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Nachstehend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Konsolidieren
von Boden in Verbindung mit Ausführungsbeispielen erläutert.
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Zuerst wird eine Flüssigkeit hergestellt, die durch Mischen von Wasser
und Geliermittel (Flüssigkeit-A) und einer wässrigen, ein Geliermittel enthaltenden
Wasserglaslösung (Flüssigkeit-B) erhalten wird. Wie sich aus Vorstehendem ergibt,
kann die Flüssigkeit-A als wässrige Geliermittelcsung bezeichnet werden, kann jedoch
durch eine Zement suspension oder durch eine Zement suspension mit Ton, z.B. Bentonit
oder Sand ersetzt werden. Die wässrige Wasserglaslösung, nämlich die Flüssigkeit-B,
wird so zubereitet, daß sie eine verhältnismäßig lange Gelierdauer besitzt, so daß
sie nicht gelatiniert, bevor sie in den Boden eingespritzt wird.
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Die meisten Arten von Wasserglas, die verwendet werden, haben ein
Molverhältnis zwischen 1,5 und 5,0, und die verwendeten Geliermittel sind beispielsweise
folgende: Ester: Fettsäureester von einwertigem Alkohol, z.B. Äthylazetat, Methylazetat,
Butylazetat und Amylazetat.
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Fettsäureester von mehrwertigem Alkohol, z.B. Äthylenglykol diazetat,
Glyzerintriazetat und Diester von Succinsäure
(voll verestert).
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Intermolekulare Ester, z.B. Gamma-Butyrolacton und g-Kaprolactam (zyklische
Ester: Lactone).
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eilweise veresterte Ester von mehrwertigem Alkohol, z.B. Xthylenglykol-Monoformiat,
Äthylenglykol-Monoazetat, Ä.thylenglykQl-Monopropionat, Glyzerin-Monoformiat, Glyzerin-Monoazetat,
Glyzerin-Nonopropionat, Glyzerindifornt, Glyzerindiazetat, Sorbitol-Monoformiat,
Sorbitol-Monoazetat, Glukose-Monoazetat,
und teilweise verseiftes Vinylazetat (geringwertige Polymerisation).
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Ungesättigte Fettsäureester, z.B. Diazetoxy-Äthylen
Karbonate, wie zyklische Karbonate, z.B. Äthylenkarbonat, Propylenkarbonat und Glyzerylkarbonat.
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Aldehyde: Dialdehyde, z.B. Glyoxal, Succindialdehyd, Malondialdehyd,
Succinaldehyd, Glutaraldehyd und Furfuraldialdehyd.
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Säuren: Anorganische Säuren, z.B. Schwefelsäure, Salzsäure und Phosphorsäure.
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Organische Säuren, z.B. Malonsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure und
Weinsteinsäure.
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Anorganische Salze: Chloride oder Hydrochloride, z.B. Kalziumchlorid,
Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid, Zinkchlorid und Aluminiumchloride.
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Sulfate, z.B. Natriumsulfat.
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Aluminate, z.B. Natriumaluminat und Kaliumaluminat.
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Chlorate, z.B. Natriumchlorat ,7und Kaliumperchlorat.
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Karbonate, z.B. Ammoniumkarbonat, Natriumbikarbonat, Kaliumbikarbonat
und Ammoniumbikarbonat.
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Bisulfate, z.B. Natriumbisulfat, Kaliumbisulfat und Ammoniumbisulfat.
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Bisulfite, z.B. Natriumbisulfit, Kaliumbisulfit und Ammoniumbisulfit.
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Fluorsilikate, z.B. Natrium-Siliziumfluorid und Ealium-Siliziumfluorid.
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Borate, z.B. Natriumborat, Kaliumborat und Ammoniumborat.
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Wasserstoffphosphate, z.B. Natriumwasserstoffphosphat, Kaliumwasserstoffphosphat
und Ammoniumwasserstoffphosphat.
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Pyrosulfate, z.B. Natriumpyrosulfat, Kaliumpyrosulfat und Ammoniumpyro
sulfat.
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Pyrophosphate, z.B. Natriumpyrophosphat, Kaliumpyrophosphat und Ammoniumpyropho
sphat.
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Bichromate, z.B. Natriumbichromat, Kaliumbichromat und Ammoniumbichromat.
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Permanganate, z.B. Kaliumpermanganat und Natriumpermanganat.
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Ca-, Al-, Mg- oder Fe-Salze,--z.B. Kalk, Gips, Aluminiumoxyd, Eisenoxyd,
Magnesiumoxyd, Slug, Kalziumsilikat und Ton, von denen * Kaliumchlorat, Natriumperchlorat
jedes
Silikate durch Reaktion mit Kieselsäure ergibt.
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Organische Salze: Natriumazetat, Natriumsuccinat, Kaliumformiat, Natriumformiat,
usw.
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Zemente: Portlandzement, Portlandhochofenzement, Slugzement, kolloidaler
Zement, usw.
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Hydraulische Komponente von Zement: Dies bedeutet obenstehende Flüssigkeit
einer Zement suspension und wird dadurch bereitet, daß Wasser und Zement unter Umrühren
gemischt werden, damit eine Zementsuspension entsteht, und daß dann das Gemisch
einige Minuten stehengelassen wird, damit obenstehende Flüssigkeit auf der Suspension
erhalten wird. Dies kann auch durch Mischen von Wasserglas, Wasser und Zement in
der gleichen wie der vorbeschriebenen Weise erreicht werden.
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In diesem Fall wird die obenstehende, erhaltene Flüssigkeit direkt
als Flüssigkeit-B verwendet.
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Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B, die vorstehend beschrieben sind,
werden ########### unter Verwendung beispielsweise eines Y-förmigen Rohres miteinander
verbunden und in einen Boden geringer Qualität (oder einen losen Boden) über ein
Einspritzrohr eingeführt.
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Die durch Verbinden der Flüssigkeiten-A und B (im folgenden als "Flüssigkeit-ABs'
bezeichnet) erhaltene Flüssigkeit wird durch die Wirkung des Geliermittels, das
in der Flüssigkeit-A enthalten ist, wesentlich schneller gelatiniert als der Gelatinierdauer
der Flüssigkeit-B entspricht. Die Gelatinierdauer kann durch geeignete Wahl eines
Verbundverhältnisses der Menge an
Geliermittel in der Flüssigkeit-A
zur Menge in der Flüssigkeit-B in gewünschter Weise eingestellt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bewirkt selbst dann, wenn ein
Verhältnis der Zuführgeschwindigkeit (oder einer Durchflußgeschwindigkeit) der Flüssigkeit-A
zu der der Flüssigkeit-B schwankt oder variiert, zuerst die Gelatinierung der Flüssigkeit-AB,
daß eine grobe Bodenschicht konsolidiert wird, und daß dann die Flüssigkeit-B in
eine feine Bodenschicht eindringt und letztere konsolidiert; dies ergibt, daß sowohl
die feinen als die groben Bodenschichten konsolidiert werden und einen erhärteten
Boden bilden, der in Qualität und Festigkeit gleichförmig ist. Wenn das erfindungsgemaße
Verfahren somit auf einen Boden angewendet wird, kann die ungleichförmige Konsolidierung
des Bodens, die bei herkömmlichen Bodenkonsolidierungsmethoden erreicht wird, wobei
nur die grobe Bodenschicht konsolidiert wird, die feine Bodenschicht jedoch nicht,
oder nur die feine Bodenschicht konsolidiert wird, jedoch die grobe Bodenschicht
nicht, vollständig vermieden werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dienen
die Flüssigkeit-AB und die Flüssigkeit-B zum Konsolidieren der groben Bodenschicht
und der feinen Bodenschicht, und deshalb kann dieses Verfahren als ein "Mehrfach-Zementeinspritzverfahren"
bezeichnet werden. Da die Flüssigkeit-B in der Lage ist, sich selbst zu konsolidieren
(wenn die Flüssigkeit-A eine Zementsuspension ist, kann die Flüssigkeit-A sich ebenfalls
selbst konsolidieren), konsolidiert sich die Flüssigkeit-B selbst ohne jedes weitere
Zutun. Demgemäß gelangt die Flüssigkeit-B nie aus dem Flüssigkeitseinspritzbereich,
d.h. die Flüssigkeit-B fließt beispielsweise nie in Grundwasser. Dies bedeutet,
daß das erfindungsgemäße Verfahren keine Schwierigkeiten in Hinblick auf öffentliche
Gefahren oder Verunreinigungen verursacht. Diese maßgeblichen Vorteile können ohne
Steuerung der Durchflußgeschwindig keiten der Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B
erzielt werden.
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Nachstehend wird ein weiteres Verfahren nach der Erfindung erläutert,
bei
dem - nachdem eine vorbestimmte Menge an Flüssigkeit-AB in den Boden eingespritzt
worden ist - die Zuführung der Flüssigkeit-A unterbunden und somit nur die Flüssigkeit-B
eingespritzt wird.
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Da die Flüssigkeit-AB, die zuerst eingespritzt worden ist, eine verhältnismäßig
kurze Gelatinierdauer besitzt, wie vorstehend erwähnt, durchdringt und füllt die
Flüssigkeit-AB große Luftspalte, die Grenzfläche von Gesteinsschichten und eine
grobe Bodenschicht, und konsolidiert diese bald. Dann wird das Einspritzen und demgemäß
das Zuführen der Flüssigkeit-A unterbunden, und das Einspritzen der Flüssigkeit-B
wird fortlaufend durchgeführt. Da die Flüssigkeit-AB in die grobe Bodenschicht eingespritzt
worden ist, durchdringt die Flüssigkeit-B (die eine höhere Permeabilität besitzt,
da sie eine wässrige Lösung ist, und deren Gelatinierdauer relativ lang eingestellt
werden kann)die feine Bodenschicht allmählich und füllt und konsolidiert letztere
bald.
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Das Härtungsmittel konsolidiert somit den losen Boden durch kontinuierliches
Vordringen von der groben Bodenschicht zu der feinen Bodenschicht, wodurch auf einfache
Weise ein gleichförmig konsolidierter fester Boden gebildet wird.
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Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, die Flüssigkeit-AB und die
Flüssigkeit-B in der beschriebenen Reihenfolge einzuspritzen. Bei diesem aufeinanderfolgenden
Binspritzbetrieb d nie durchdringt,
die Flüssigkeit-B/eingespritzt wird, bevor die Flüssigkeit-AB vollständig in der
groben Bodenschicht ausgehärtet ist, die feine Bodenschicht dadurch, daß die Schicht
oder Schichten der Flüssigkeit-AB gebrochen werden. Somit kann das Eindringen der
Flüssigkeit-B in die feine Bodenschicht auf einfache Weise erzielt werden (der nachfolgende
Einsp-ritzvorgang kann wiederholt durchgeführt werden). Da die Gelatinierungsdauer
der Flüssigkeit-B so eingestellt werden
kann, daß sie verhältnismäßig
groß ist, ist es ferner möglich, zu erreichen, daß die Flüssigkeit-B eine feine
Bodenschicht in einem weiten Bereich -durchdringt.
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Wenn im Falle vorliegender Erfindung die Flüssigkeit-A eine Zementsuspension
ist, kann ein Oberflächenbehandlungsmittel verwendet werden, um die Dispergierfähigkeit
des Geliermittels, das in der Flüssigkeit-B eingeschlossen ist, zu verbessern.
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Um die Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit-B miteinander zu verbinden,
kann ein DoppeleinspitzrQhr oder können zwei Einspritzrohre parallel anstelle des
vorbeschriebenen Y-förmigen Rohres verwendet werden. In diesem Fall kann die Leistung
oder können die Leitungen in einen zu konsolidierenden Boden eingesetzt werden,
und die Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit-B können miteinander unmittelbar vor oder
nach dem Abgeben der beiden Flüssigkeiten aus den entsprechenden Auslässen miteinander
verbunden werden, oder aber die beiden Flüssigkeiten können miteinander in dem Augenblick
verbunden werden, in dem sie aus den entsprechenden Auslässen austreten.
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Im Falle vorliegender Erfindung kann das Einspritzen des Härtungsmittels
in einen Boden auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann das
Einspritzen des HäRwngsmittels durch eine sehr einfache Stabinjektionstechnik erreicht
werden. Diese Stabinjektionstechnik hat jedoch folgende Nachteile.
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Bei dieser Technik wird ein Luftspalt zwischen dem Bohrstab und dem
Boden gebildet und somit strömt das Härtungsmittel durch den Luftspalt, der an der
Erdoberfläche gebildet wird, heraus; dadurch ist es für das Härtungsmittel schwierig,
die feine Bodenschicht zu durchdringen. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, kann
es erforderlich sein, die Gelatinierdauer des Härtungsmittels kürzer zu wählen.
Diese Einstellung der Gelatinierdauer
des Härtungsmittels bewirkt
jedoch eine andere Bchwxrigkeit, nämlich, daß es für das Härtungsmittel weiter schwierig
ist, die weiche Bodenschicht zu durchdringen, weil das Härtungsmittel so schnell
gelatiniert. Diese Schwierigkeiten bei der Stabinjektionsmethode können vollständig
behoben werden, wenn das Verfahren nach vorliegender Erfindung mit der Stabinjektionsmethode
kombiniert wird. Dabei kann der Vorteil der Stabinjektionsmethode, d.h. die Einfachheit
des Betriebes, in wirksamer Weise durch Anwendung vorliegender Erfindung ausgenutzt
werden. Durch das Einspritzen der Flüssigkeit-AB, die durch Verbindung der Flüssigkeit-A
und der Flüssigkeit-B erhalten wird, werden insbesondere die vorerwähnten Luftspalte
und andere große Luftspalte im Boden mit dem Härtungsmittel der Flüssigkeit-AB,
die eine kurze Gelatinierdauer und eine hohe Festigkeit ergibt, gefüllt. Im Anschluß
daran wird die Injektion der Blüssigkeit-A unterbrochen und nur die Flüssigkeit-B
eingespritzt. In diesem Fall strömt, da die Luftspalte durch die Flüssigkeit-AB
gefüllt und konsolidiert sind, die Flüssigkeit-B nicht zu den Luftspalten und nicht
zur Erdoberfläche, d.h., daß die Flüssigkeit-B die feine Bodenschicht vollständig
durchdringen kann.
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Bei einer Injektion einer erforderlichen Menge an Flüssigkeit-B wird
der Bohrstab in eine geeignete Höhe nach oben bewegt und der Injektionsvorgang in
der vorbeschriebenen Weise durchgeführt. Der Stab wird weiter nach oben bewegt und
der Injektionsvorgang wiederholt. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren
in Verbindung mit der Stabinjektionsmethode auf einfache Weise durchgeführt werden.
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Wie vorstehend beschrieben liegt eines der wesentlichen Merkmale
nach vorliegender Erfindung darin, daß das Einspritzen der Flüssigkeit, die durch
Verbinden der Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B erhalten wird, in besonders zweckmäßiger
Weise mit der Einspritzung der Flüssigkeit-B kombiniert wird. Das erfindungsgemäße
Verfahren hat somit einen wesentlichen Einfluß
auf die Konsolidierung
der Böden, obgleich es im Betrieb außerordentlich einfach durchführbar ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann so modifiziert werden, daß es
den Bedingungen des zu befestigenden Bodens entspricht.
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Wenn beispielsweise das Verfahren nach vorliegender Erfindung auf
Böden angewendet werden soll, bei denen Wasser austritt, kann das Verfahren wiederholt
dadurch durchgeführt werden, daß die Wasseraustrittsbedingungen beobachtet werden.
Andererseits wird zuerst die Flüssigkeit-A oder die Flüssigkeit-B allein eingespritzt,
und im Anschluß daran kann die Flüssigkeit-A mit der Flüssigkeit-B verbunden werden.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren in folgender Weise modifiziert werden:
Die Flüssigkeit-A und eine wässrige Wasserglaslösung ohne das Geliermittel (nachstehend
als Blüssigkeit-Bi bezeichnet) werden als Härtungsmittel verwendet. Die beiden Flüssigkeiten,
nämlich die Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit-B1 werden miteinander verbunden und
in den Boden eingespritzt (dies kann dadurch ersetzt werden, daß die beiden Flüssigkeiten
nach dem Einspritzen der Flüssigkeit-A allein verbunden werden), und dann wird die
Flüssigkeit-B' dadurch präpariert, daß das Geliermittel der Flüssigkeit-B hinzugefügt
oder die Flüssigkeit-B' in die Flüssigkeit-B während des Einspritzens geändert wird,
und gleichzeitig wird die Einspritzung der Flüssigkeit-A unterbrochen und die Einspritzung
der Flüssigkeit-B allein fortgesetzt. Dieses Verfahren ist zweckmäßig für den Fall
anwendbar, bei dem ein Boden eine große Menge an Härtungsmitteln aufnimmt. In diesem
Fall ist natürlich die Abgabemenge der Einspritzpumpe groß, und deshalb ist es möglich,
das Kombinationsverhältnis der Flüssigkeit-A zur Flüssigkeit-B relativ genau einzuhalten.
Dabei fließt Flüssigkeit-B als nichtreagiertes Material nie in Grundwasser.
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Dies bedeutet, daß das Verfahren keine Verunreinigung öffentlicher
Gewässer mit sich bringt.
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Bei dem vorbeschriebenen Verfahren müssen die folgenden Reihen
von
Schritten oder Arbeitsvorgängen wiederholt durchgeführt werden: Das Einspritzen
der kombinierten Flüssigkeit in den Boden, das Ändern der wässrigen Wasserglaslösung
(Flüssigkeit-B') ohne das Geliermittel in die wässrige Wasserglaslösung Flüssigkeit-B)
mit dem Geliermittel, und das Unterbrechen des Verbindungsvorganges der wässrigen
Lösung und der Flüssigkeit (Flüssigkeit-A), die durch Mischen von Wasser und Geliermittel
erhalten wird.
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Die Flüssigkeit-B wird durch Mischen der wässrigen Wasserglaslösung
und des Geliermittels im Mixer bereitet und ausgepumpt, wobei das exakte Verbundverhältnis
erhalten werden kann und die Flüssigkeit-B, die auf diese Weise erhalten wird, einen
Boden durchdringen kann. Selbstverständlich kann die Herstellung der Flüssigkeit-B
durch tbertragen oder Zuführen von wässriger Wasserglaslösung und Geliermittel auf
ein Y-förmiges Rohr durch Verwendung der entsprechenden Ubertragungssysteme erreicht
werden.
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Wie sich aus obiger Beschreibung ergibt, ist das spezielle Merkmal
der Erfindung darin zu sehen, daß die Kombination der Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B
und der Flüssigkeit-B nacheinander in einen zu konsolidierenden Boden eingespritzt
werden. Wenn das Einspritzen der Flüssigkeit-B lange nach dem Einspritzen der Flüssigkeit-AB
vorgenommen wird, wird viel Zeit benötigt, um ein erneutes Bohren durchzuführen,
und das Eindringen der Flüssigkeit-B wird durch das harte Gel der Einspritzung der
Flüssigkeit-AB behindert, die vor dem Eindringen der Flüssigkeit-B konsolidiert,
weil die Flüssigkeit-AB rasch gelatiniert und das Gel hart ist. Da im Falle der
Erfindung die Flüssigkeit-AB und die Flüssigkeit- B nacheinander in den Boden eingeführt
werden, d.h. der Injektion der Flüssigkeit-AB die Injektion der Flüssigkeit-B unmittelbar
folgt, kann das Einspritzen der Flüssigkeit-B das Einspritzen
der
Flüssigkeit-AB unterbrechen, bevor die letztere Flüssigkeit voll gelatiniert ist.
Somit wird die Injektion der Flüssigkeit-B durch die Flüssigkeit-AB nicht behindert.
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Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren so modifiziert werden,
daß in bezug auf die Kombination der Härtungsmittel der Strahlstrom der Flüssigkeit-B
einem zu konsolidierenden Boden zugeführt wird, um den Boden vorher zu schneiden
oder zu lockern, und die Flüssigkeit- wird in den so behandelten Boden injiziert,
wodurch die Härtungsmittel im Boden verbunden werden. Dieses Verfahren wird nachstehend
näher beschrieben.
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Zuerst wird eine Bohrung in einem Boden geringer Qualität oder einem
losen Boden erstellt, und ein Injektionsrohr, z.B. ein Doppelrohr, das aus einem
äußeren Rohr und einem in das äußere Rohr eingesetzten inneren Rohr besteht, in
die auf diese Weise erzielte Bohrung eingesetzt. Das äußere Rohr des Doppelrohres
besitzt ein offenes Ende, dessen Durchmesser z.B. 90mm beträgt; es können jedoch
auch eine Vielzahl von äußeren Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet
werden. Andererseits weist das innere Rohr ein geschlossenes Ende auf, auf dessen
Wand Strahlöffnungen (Düsen) vorgesehen sind. Der Durchmesser des inneren Rohres
ist nicht kritisch, er beträgt beispielsweise 40mm (kleiner als der Durchmesser
des äußeren Rohres). Das innere Rohr soll in das äußere Rohr so eingesetzt werden,
daß das die Strahlöffnungen aufnehmende Endteil des inneren Rohres von dem offenen
Ende des äußeren Rohres vorsteht.
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Die Flüssigkeit-B wird beispielsweise mit mehreren kg/cm2-1000kg/cm2
oder vorzugsweise mit 100-500 kg/cm2 in den Boden durch das innere Rohr eingepreßt,
wodurch der Boden geschnitten oder gelockert wird. Im Anschluß daran wird die Flüssigkeit-A
(mit einem Druck von etwa 10 kg/cm2) in den auf diese Weise behandelten
Boden
eingespritzt. Dabei soll ein Hochdruckstrahl der Flüssigkeit-A dem Boden aus folgendem
Grunde nicht zugeführt werden. In dem Fall, in dem die Flüssigkeit-A eine Zementsuspension
ist, bewirkt der Hochdruckstrahl der Zementsuspension, daß die Düsen des inneren
Rohres beschädigt werden oder sich verstopfen.
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Die auf diese Weise eingespritzten Flüssigkeiten A und B werden innerhalb
des Bodens miteinander verbunden und konsolidiert. Dann wird das Doppelrohr allmählich
nach oben bewegt, während es gleichzeitig gedreht wird, und es werden fortlaufend
das Schneiden und Lockern des Bodens und das Verbinden der Flüssigkeiten vorgenommen.
Die geschnittenen oder gelockerten Teile des Bodens werden in Form einer Säule konsolidiert.
Wenn eine Doppelleitung ohne Drehung nach oben bewegt wird, wird ein filmförmiger,
konsolidierter Körper (ein konsolidierter Film) gebildet. (Die Richtung des Eindringens
wird durch den Strahl bestimmt, der zur Ausbildung des filmartigen konsolidierten
Körpers führt).
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Bei einer derartigen, vorbeschriebenen Hochdruckstrahlmethode treten
keine Verunreinigungen des Grundwassers oder dgl. auf, unabhängig von dem Verbundverhältnis
derHärtungsmittel, und es wird nicht nur die grobe Bodenschicht, sondern auch die
feine Bodenschicht konsolidiert, so daß der lose Boden sich in einen gleichförmig
und fest konsolidierten Mehrfachboden ändert. Da bei diesem Verfahren der Boden
durch Verwendung der Flüssigkeit-B geschnitten und gelockert wird, wird das Eindringen
der Härtungsmittel erheblich verbessert. Zusätzlich kann das Schneiden und Lockern
des Bodens in gewünschter Richtung durchgeführt werden und deshalb kann das Eindringen
des Härtungsmittels in gewünschter Weise orientiert- werden.(In dem Fall, in dem
die Flüssigkeit-A eine Zementsuspension ist, wird nahezu die gesamte Flüssigkeit-A
an der groben Bodenschicht festgehalten, d.h., sie dringt nicht weiter ein, und
wird mit der Flüssigkeit-B dort verbunden und
gelatiniert in kurzer
Zeit.) Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt dient entsprechend der Hochdruckstrahlmethode
das Härtungsmittel (Zementmörtel) im wesentlichen unter Verwendung der durch Verbinden
der Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B erzielten Flüssigkeit dazu, die grobe Bodenschicht
in hohem Maße zu konsolidieren (wodurch die Festigkeit des Bodens erhöht wird),
während das Härtungsmittel (Zementmilch), das im wesentlichen die Flüssigkeit-B
verwendet, zur Konsolidierung des feinen Bodenbelages dient (wodurch ein Wasserdurchgang
vollständig unterbunden wird). Sowohl die grobe Bodenschicht als auch die feine
Bodenschicht werden zu einer Einheit gleichförmig konsolidiert, wobei ein gleichförmig
und fest konsolidierter Boden erhalten wird, in welchem ein Wasserdurchtritt endgültig
verhindert wird.
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Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Beispiel 1 (1) Ein Reihe von Flüssigkeiten-A und Flüssigkeiten-B wurden
nach den Verbundverhältnissen, wie sie in den Tabellen I-A, I-B und I-C aufgeführt
sind, hergestellt. Diese Flüssigkeiten-A und Flüssigkeiten-B wurden miteinander
verbunden und ihre Gelatinierzeiten wie in den Tabellen angegeben gemessen.
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Tabelle I-A
Flüssigkeit-A (50 ccm) Flüssigkeit-B (50 ccm) Gelatinierdauer
von |
(Gelatinierdauer 47 min/15°C) Flüssigkeit-AB |
Geliermittel Wasser Nr.3 Wasserglas Geliermittel Wasser min(')
sec(") |
(spez. Gewicht 1,4) ccm |
Phosphorsäure Äthylen- |
Rest 15 Rest 5' |
2 ccm Glycol- |
Diacetat |
1.5 |
Phosphorsäure |
Rest " " " 1' |
2,5 ccm |
Natrium- |
Primär-Phosphat " " 4' |
4 g |
Natrium- |
Primär-Phosphat " " " " 50" |
6 g |
Tabelle I-B
Flüssigkeit-A (50 ccm) Flüssigkeit-B (50 ccm) Gelatinierdauer |
(Gelatinierdauer 47 min/15°C) von Flüssigkeit-AB |
min(') sec(") |
Zement Bentonit Wasser Nr.3 Wasserglas Geliermittel Wasser |
(g) (g) (spez. Gewicht 1,4) ccm |
10 1 Rest 15 Äthylen- |
Glycol- Rest 3' 20" |
Diacetat |
1.5 |
8 0,8 " " " " 4' 30" |
5 0,5 " " " " 7' 10" |
2,5 0,25 " " " " 0' 19" |
2,5 2,5 " " " " 0' 45" |
Tabelle I-C
Flüssigkeit-A (50 ccm) Flüssigkeit-B (50 ccm) Gelatinierdauer
Gelatinierdauer |
von Flüssigkeit- von Flüssigkeit-AB |
Zement Bentonit Wasser Nr.3 Wasserglas Geliermittel Wasser
B (15°C) min(') sec(") |
(spez. Gewicht 1,4) ccm |
10g 1g Rest 15 Äthylen- Rest 47 min. 3' 20" |
Glykol- |
Diacetat |
1.5 g |
" " " 12.5 Gamma-Buthyl- " 60 min. 3' 30" |
Lactone 1.5g |
" " " 12.5 Äthylenkarbo- " 50 min. 1' 10 " |
nat 2g |
" " " 12.5 Phosphorsäure " 45 min. 4' 20" |
1.5g |
" " " 12.5 Natriumalumi- " 55 min. 3' 05" |
nat 1.5 g |
" " " 12.5 Essigsäure " 30 min. 2' 30" |
1.5 g |
" " " 12.5 Natriumazetat " 60 min. 3' 10" |
3.0 g |
Wie aus den Tabellen I-A, I-B und I-C ersichtlich, ist die Gelierdauer
einer Flüssigkeit, die durch Verbinden einer Flüssigkeit-A und einer Flüssigkeit-B
erhalten worden ist, wesentlich kürzer als die der Flüssigkeit-B.
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(2) Eine Versuchsanordnung wurde so ausgebildet, daß das Verfahren
nach vorliegender Erfindung auf eine Kiesschicht mit unterirrdischem Wasser in einem
Flußbett angewendet wurde.
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Flüssigkeit-A (50 1): 25 Kg Zement, 2.5 kg Bentonit, Rest Wasser.
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Flüssigkeit-B (50 1): 151 von No. 3 Wasserglas, 1,51 Xthylenglykoldiazetat,
und 33.51 Wasser.
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Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B, die beide in der vorstehend genannten
Weise hergestellt wurden, wurden mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit (\5 1/min)
einem e-förmigen Rohr zugeführt und miteinander verbunden sowie in die Schicht durch
ein Injektionsrohr eingespritzt. Die Kiesschicht enthält unter irdisches Wasser
und der Durchläßigkeitstest ergab einen Permeabilitätskoeffizienten K = 6.2 x 10
2 2 cm/sec vor dem Einspritzen. Der Permeabilitätskoeffizient wurde jedoch nach
dem Einspritzen der Flüssigkeit, die durch Verbinden von Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B
erhalten wurde, auf einen Wert von K = 2.5 x 10 5 cm/sec geändert. Damit wurde nachgewiesen,
daß der Boden in einen ausreichend wasserdichten Boden verbessert worden ist.
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Nach dem Einspritzen wurde der Boden gebohrt, so daß die Bedingungen
des Bodens angezeigt wurden. Es wurde festgestellt, daß die Flüssigkeit-AB, d.h.
die Flüssigkeit, die durch Verbinden der Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B erhalten
wurde, in der groben Bodenschicht, und die Flüssigkeit-B in der feinen Bodenschicht
konsolidiert war. Es wurde kein Austreten der Flüssigkeit-B in die nicht erforderlichen
Teile des Bodens festgestellt.
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Beispiel 2 Es wurde ein weiterer Versuch durchgeführt in dem das erfindungsgemäße
Verfahren an einem Aushubplatz in Tokio, Japan angewendet wurde, an dem die feine
Sandschicht und die grobe Sandschicht sich wechselseitig uberlappten.
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Flüssigkeit-A (50 1): 10 kg Zement, 1kg Betonit, Rest Wasser.
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Flüssigkeit-B (50 1): 15 1 Wasserglas, 1,5 1 Äthylenglikoldiazetat,
33,5 1 Wasser.
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Die Flüssigkeit-A und die Blüssigkeit-Bb die auf vorstehende Weise
bereitet wurden, wurden mit der gleichen Durchflußgeschwindigkeit (10 1/min) einem
X-förmigen Rohr zur Verbindung miteinander zugeführt, d.h., um die Flüssigkeit-AB
zu bilden, die in den Boden mit einem Injektionsrohr eingespritzt wurde.
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Nach dem Einspritzen der Flüssigkeit-AB mit einer DurchfluRgeschwindigkeit
von 20 l/min wurde das Einspritzen der Flüssigkeit-A unterbunden und 3000 1 der
Flüssigkeit-B wurde nur mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 10 1/min eingespritzt.
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Wach dem Einspritzen wurde der Boden gebohrt, um die Bedingungen des
Bodens zu beobachten. Es wurde festgestellt, daß der Zement und das Betonit konsolidierten
und sich an der Grenzfläche der Schichten und der groben Sandschicht konzentrierten,
und daß die feine Sandschicht und der Teil der groben Sandschicht, an der kein Zement
und Betonit eingedrungen waren, über einen weiten Bereich mit Hilfe des Wasserglases
konsolidierten. Es wurde kein Abfließen der Flüssigkeit-B in die nicht erforderlichen
Teile des Bodens festgestellt.
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Nach den Felddurchlässigkeitsprüfungen hatte der Permeabilitätskoeffizient
K der groben Sandschicht bzw. der feinen Sandschicht
einen Wert
von 2.8 x 10-2cm/sec bzw. 4.8 x 10-3 cm/sec vor dem Einspritzen und einen geänderten
Wert von 6.7 x 10-6 cm/sec bzw. 1.3 x 10-6 cm/sec nach dem Einspritzen. Das Resultat
eines Normsondiertests war N = 5 bis 10 vor dem Einspritzen und N = 18 - 26 nach
dem Einspritzen. Damit ergab sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen ausgezeichneten
Injektionseffekt besaß.
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Beispiel 3 Ein Injektionstest nach dem Verfahren vorliegender Erfindung
wurde in Humusboden durchgeführt.
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Die folgenden Härtungsmittel wurden in der angegebenen Weise hergestellt:
Flüssigkeit-A (pro 100 1): 40 kg Zement, 5 kg Betonit, Rest Wasser.
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Flüssigkeit-B'(pro 100 1): 30 1 No. 3 Wasserglas und 70 1 Wasser.
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Flüssigkeit-B (pro 103 1) 30 1 Nr. 3 Wasserglas und 3 1 Xthylenglykoldiazetat
sowie 73 1 Wasser.
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Die Herstellung wurde so durchgeführt, daß die Flüssigkeit-A und die
Flüssigkeit-B', e die in der vorstehend angegebenen Weise hergestellt wurden, einem
Y-förmigen Rohr durch entsprechende Pumpen zugeführt und mit-einenander verbunden
wurden, und daß die durch diese Verbindung erhaltene Flüssigkeit in den Boden eingespritzt
werden konnte. Zuerst wurden nur 1000 1 Flüssigkeit-A mit einer Strömun'gsgeschwindigkeit
von 15 l/min eingespritzt, und dann wurde die Flüssigkeit-B' mit der Flüssigkeit-A
verbunden, indem erstere mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 l/min zugeführt
wurde, so daß die gesamte Menge von 1000 1 Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B' eingespritzt
wurde. Dann wurde die Flüssigkeit-B' in die Flüssigkeit-B durch Hinzufügen des
Äthylenglykoldiazetat
geändert. Das Einspritzen der Flüssigkeit-A wurde unterbunden und 200Q 1 der Flüssigkeit-B
wurden mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 l/min eingespritzt.
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Nach den Felddurchlässigkeitstests betrug der Permeabilitätskoeffizient
K = 3.8 x 10-1 cm/sec vor der Injektion und hatte den Wert von K = 6.9 x 10-6cm/sec
nach der Injektion. Der so behandelte Humusboden wurde gebohrt, um seine Bedingungen
zu beobachten. Es wurde festgestellt, daß zement und Betonit in den großen Luftspalten
(in der groben Bodenschicht) in der Humusbodenschicht
konsolidierten (die Konsolidierung der Flüssigkeit, die durch Werbinden der Flüssigkeit-A
und der Flüssigkeit-B' erhalten wurde), und daß der andere Teil im Boden vollständig
mit Hilfe des Wasserglasmörtels (feiner Bodenbelag) konsolidierte Beispiel 4 Portlandzement
wurde einer wässrigen Lösung aus Nr. 3 Wasserglas. dadurch beigefügt, daß die Menge
an Portlandzement für jede Messung geändert und das resultierende Gemisch umgerührt
wurde, um die Gelatinierdauer zu messen. Die gemessenen Gelatinierdauern sind in
Tabelle 2 (Versuch 1) angegeben.
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Tabelle 2 No.3 Wasserglas Wasser Zement Gelatinierdauer wässrige
Lösung Minute(') Sekunde(") (ccm) (ccm) (g) (20°C) 25 75 1 58' " " 2 35' lt II 5
8 " " 10 2'15" " " 15 1'15" " " 20 55"
50g Portlandzement wurden
IOOccm Wasser hinzugefügt, und diese Materialien wurden zu einem Lösungsgemisch
gemischt. 50 ccm des auf diese Weise gebildeten Lösungsgemisches wurden als Flüssigkeit-A
verwendet. Ferner wurden 25 ccm Nr. 3 Wasserglas, 75 com Wasser und 1 g Zement gemischt,
um ein Lösungsgemisch zu erhalten, von welchem 50 ccm als Flüssigkeit-B verwendet
wurden.
-
Nach dem Zusammenfügen der auf diese Weise erhaltenen Flüssigkeit-A
und Flüssigkeit-B wurde die resultierende Flüssigkeit in 1 Minute und 10 Sekunden
gelatiniert, während die Gelatinierdauer der Flüssigkeit-B nur 60 Minuten betrug
(Experiment 2).
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Es wurde ein Injektionstest für einen Boden durchgeführt, der durch
eine Kiesschicht und eine Sandschicht in Tokio, Japan gebildet wurde.
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EirFlüssigkeit-A und eine Flüssigkeit-E wurden in der in Verbindung
mit Experiment 2 beschriebenen Weise hergestellt.
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Diese Flüssigkeiten A und B wurden dann mit der gleichen Geschwindigkeit
von 15 1/min einem Y-förmigen Rohr zugeführt, um diese beiden Flüssigkeiten miteinander
zu verbinden, und die resultierende Flüssigkeit wurde in den Boden eingespritzt.
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Nach dem Einspritzen von 5000 1 dieser Flüssigkeit wurde die Zuführung
der Flüssigkeit-A unterbunden, und es wurden 500 1 der Flüssigkeit-B eingespritzt.
Bei einer Untersuchung des Bodens durch Bohren eines Loches wurde festgestellt,
daß das Wasserglashärtungsmittel, das mehr in Zementform war im wesentlichen in
die Kiesschicht gefüllt wurde, während das Wasserglashärtungsmittel, das weniger
in Zementform war, im wesentlichen in die Sandschicht gefüllt wurde, d.h., daß kein
Teil des eingespritzten Materiales abgeflossen war und der mit den Härtungsmitteln
gespritzte Boden in seiner Gesamtheit zu einer Einheit konsolidiert war.
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Beispiel 5 50 g Portlandzement wurde mit 100 ccm Wasser gemischt und
50 ccm dieser Mischung wurden als Flüssigkeit-A verwendet. Ein durch
Mischen
von 25ccm Nr. 3 Wasserglas, 75ccm Wasser und 2 g Zement erhaltenes Gemisch wurde
umgerührt und dann 3 Minuten lang stehengelassen. Die obenstehende Flüssigkeit von
50 ccm des so behandelten Gemisches wurde als Flüssigkeit-B verwendet.
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Beim Mischen von Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B war die resultierende
Flüssigkeit in 50 Sekundengelatiniert (Experiment 1).
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Zusätzlich wurden 50 g Portlandzement mit 100 ccm Wasser gemischt
und 50 ccm dieser Mischung als Flüssigkeit-A ähnlich dem vorbeschriebenen Fall verwendet.
Ein durch Mischen von 50 g Portlandzement und 100 ccm Wasser erhaltenes Gemisch
wurde zwei Minuten lang umgerührt und dann drei Minuten lang stehengelassen Im Anschluß
daran wurden 50 ccm der obenstehenden Flüssigkeit des auf diese Weise erhaltenen
Gemisches mit 50 ccm eines Gemisches, das durch Mischen von 25 ccm Wasserglas und
25 ccm Wasser erhalten wurde, gemischt, wodurch ein Gemisch von 100 ccm erhalten
wurde. Dieses Gemisch wurde in zwei Teile geteilt, wobei ein erster Teil als Flüssigkeit-B
verwendet wurde, während ein zweiter Teil stehengelassen wurde. Beim Mischen von
Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B war die resultierende Flüssigkeit in 50 Sekunden
gelatiniert. Andererseits war der zweite Teil1 der stehengelassen worden war, in
80 Minuten gelatiniert (Experiment 2).
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Ein Injektionstest wurde an einem Boden durchgeführt, der aus einer
groben Sandschicht und einer feinen Sandschicht in Tokio, Japan bestand.
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Eine Flüssigkeit-A und eine Flüssigkeit-B wurden in tbereinstimmung
mit den in bezug auf Experiment 1 beschriebenen hergestellt. Flüssigkeit-A und Blüssigkeit-E,
die mit einer Geschwindigkeit von 10 1/min durch die entsprechenden Pumpen zugeführt
wurden, wurden miteinander über ein Y-förmiges Rohr verbunden, und die resultierende
Flüssigkeit bzw. die Flüssigkeit
-AB wurde in den Boden mit einem
Injektionsrohr eingespritzt.
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Nach dem Einspritzen von etwa 200 1 der Flüssigkeit-AB wurde die Zuführung
der Flüssigkeit-A unterbrochen, und es wurden 400 1 der Flüssigkeit-B in den Boden
eingespritzt.
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Nach Beendigung der Injektion wurde der Boden zu Untersuchungszwecken
gebohrt. Man stellte fest, daß die grobe Sandschicht at einem konsolidierten Wasserglas
gemischt mit Zement gefüllt war, während die feine Sandschicht im wesentlichen mit
dem Gel von Wasserglas, das nicht mit Zement gemischt war, gefüllt war.
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Dies hat bestätigt, daß der Boden, der mit den Härtungsmitteln injiziert
worden war, in seiner Gesamtheit konsolidiert war.
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Beispiel 6 Ein Injektionstest unter hohem Druck wurde an einem Boden
geringer Qualität durchgeführt, der von einer Schlammlehmschicht in Tokio, Japan
gebildet wurde.
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Ein Loch von 100 mm Durchmesser und 10 m Tiefe wurde in den Boden
gebohrt. Ein äußeres Rohr mit einem Durchmesser von 90 mm (eine Rohrstange mit einem
offenen Ende zum Einführen einer Flüssigkeit-A) wurde in das Loch eingesetzt, und
ein inneres Rohr mit einem Durchmesser von 40 mm (mit einem geschlossenen Ende,
an dessen Wand Düsenlöcher zum Einführen einer Flüssigkeit-B vorgesehen waren) wurde
koaxial in das äußere Rohr eingesetzt, so daß eine Doppelleitung entstand. Am Wandteil
des Endteiles des inneren Rohres waren zwei Düsenöffnungen vorgesehen, so daß der
Strahlstrom der Flüssigkeit-B senkrecht zur Längsachse des Rohres gepresst werden
konnte; die Einführung des inneren Rohres wurde in der Weise vorgenommen, daß der
Endteil des inneren Rohres von dem äußeren Rohr vorstand.
-
Härtungsmittel (oder die Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit-B) die
in den Boden geringer Qualität eingespritzt wurden, wurden wie folgt bereitet:
Bereitung
der Flüssigkeit-8: 400 kg Zement und 40 g Betonit wurden mit Wasser gemischt, so
daß ein Gemisch von lm3 erhalten wurde.
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Bereitung der Flüssigkeit-B: 250 1 Wasserglas und 334 g Xthylenglykoldiazetat
(ein Geliermittel) wurden mit Wasser gemischt, so daß ein Gemisch von 1 m3 erhalten
wurde.
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(Dieses Gemisch gelatiniert in etwa 60 Minuten). Beim Verbinden der
Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B konsolidiert die resultierende Flüssigkeit in
etwa 40 Sekunden.
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Die auf diese Weise bereitete Flüssigkeit-B wurde unter hohem Druck
von 200 kg/cm² durch das innere, sich drehende Rohr eingespritzt, während die Flüssigkeit-A
mit einem Druck von 10 kg/cm2 durch das äußere Rohr eingespritzt wurde. Bei diesem
Vorgang wurde der Boden durch den Strahl strom der Flüssigkeit-B geschnitten und
gelockert, und gleichzeitig wurde die Flüssigkeit-A in den geschnittenen und gelockerten
Teil des Bodens eingespritzt, wodurch die Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit-B in
dem geschnittenen und gelockerten Teil des Bodens verbunden wurden.
-
Dann wurde der Schnexd- und Lockervorgang des Bodens und der Verbindungs-
und Injektionsvorgang der beiden Flüssigkeiten fortgesetzt, während das Doppelrohr
allmählich nach oben bewegt wurde. Bald war der geschnittene und gelockerte Teil
des Bodens konsolidiert und bildete einen säulenförmigen, konsolidierten Körper.
-
Nach der Untersuchung durch Bohren eines Loches in den Boden wurde
festgestellt, daß der Teil des säulenförmigen, konsolidierten Körpers, der im Durchmesser
von 30 cm bedeckt war, im wesentlichen mit Zement geformt war, während der Rest
im wesentlichen mit Wasserglas geformt war, und daß insgesamt
sowohl
die grobe Bodenschicht als die feine Bodenschicht in einem gleichförmig konsolidierten
Körper modifiziert wurden. Dies bedeutet, daß die Flüssigkeit-A im wesentlichen
als ein Härtungsmittel die grobe Bodenschicht durchdrang, während die Flüssigkait-B
als Härtungsmittel im wesentlichen die feine Bodenschicht durchdrang. Nach einem
Labortest zeigte der konsolidierte Körper eine Kompressionsfestigkeit von etwa 80
kg/cm². Zusätzlich wurde kein Abfließen der Flüssigkeit-B beobachtet. Alle Härtungsmittel
waren konsolidiert und deshalb traten keine Probleme auf, die zur Verunreinigung
des Grundwassers Anlaß geben konnten.
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Beispiel 7 Ähnlich wie in Beispiel 6 wurde ein Injektionstest an einem
Boden geringer Qualität (auf einem wasserdurchlässigen Boden) durchgeführt, der
aus einer Schlammlehmschicht in Tokio, Japan bestand.
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Fünf Löcher, jeweils mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Tiefe
von 10 m, wurde in einer geraden Linie in Abständen von 80 cm in den Boden gebohrt.
Zusätzlich wurden zwei Injektionsrohre bereitgestellt. Eines (das als Rohr A bezeichnet
wird) der beiden Injektionsrohre hatte einen Durchmesser von 40 mm und ein offenes
Ende, das andere (das als Rohr B bezeichnet wird) hatte einen Durchmesser von 40
mm und einen geschlossenen Endteil. Die entgegengesetzten Wandungen des geschlossenen
Endteiles der Rohres B waren mit zwei Düsenlöchern versehen.
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Diese beiden Rohre, die parallel zueinander angeordnet waren, wurden
in jedes in den Boden gebohrte Loch in solcher Weise eingesetzt, daß das Ende des
Rohres B (Düsenlöcher) tiefer als das Ende des Rohres A gelegen war, und die Düsenlöcher
auf die benachbarten, in den Boden gebohrten Löcher gerichtet waren.
-
Es wurden die gleiche Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B wie die
in
Beispiel 6 angegebenen verwendet.
-
DieFlüssigkeit-B wurde mit einem hohen Druck von 200 kg/cm2 durch
alle Rohre B in den Boden eingeführt und gleichzeitig wurde die Flüssigkeit-A mit
einem Druck von 5 kg/cm2 durch alle Rohre A in den Boden eingeführt. Bei dieser
Arbeitsweise wurde der Boden in der Richtung geschnitten und gelockert, die durch
Verbinden der fünf Löcher erhalten wurde, und somit wurden die Flüssigkeit-A und
die Flüssigkeit-B in dem geschnittenen und gelockerten Teil des Bodens verbunden.
-
Ferner wurden der Verbindungs- und Einspritzvorgang der Flüssigkeit-A
und der Flüssigkeit-B sowie der Schneid- und Lockervorgang des Bodens fortgesetzt,
während die Rohre A und B allmählich nach oben bewegt wurden. Bald war der geschnittene
und gelockerte Teil des Bodens konsolidiert und bildeten einen konsolidierten Film
von 30 cm Breite und 4 m Länge.
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Nach der Untersuchung, die durch Eingraben in den Boden vorgenommen
wurde, wurde festgestellt, daß der mittlere Teil von 10 cm Breite des konsolidierten
Filmes durch einen konsolidierten Körper gebildet wurde, der im wesentlichen Zement
aufwies, während der Restteil durch einen konsolidierten Körper gebildet wurde,
der im wesentlichen Wasserglas aufwies, und daß als Ganzes sowohl die grobe Bodenschicht
als die feine Bodenschicht in einen gleichförmig konsolidierten Körper (einen Mehrfachmörtel)
modifiziert wurden, wodurch das Lecken von Wasser vollständig vermieden wurde. Dies
bedeutet, daß ein Härtungsmittel mit im wesentlichen der Flüssigkeit-A in die grobe
Bodenschicht eindrang, während ein Härtemittel, das im wesentlichen die Flüssigkeit-B
besaß, in die feine Bodenschicht eindrang. Nach einem Labortest zeigte der konsolidierte
Körper eine Eompressionsfestigkeit von etwa 80 kgzcm2 Zusätzlich wurde kein Lecken
der Flüssigkeit-B beobachtet. Die gesamte Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit-B waren
konsolidiert
und dementsprechend traten keine Probleme in bezug
auf die Verschmutzung des Grundwassers auf.
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Beispiel 8 Hier wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem vorliegende
Erfindung auf eine Tunnelkonstruktion angewendet wurde. Aufgrund der Anwendung dieser
Erfindung bei der Tunnelkonstruktion konnten ein Sandschutzeffekt und ein Wasserabhalteeffekt
erzielt werden, die ein sicheres Schneiden des Tunnels ermöglichten.
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Die Erfindung wurde bei einer Tunneltestanordnung in Tokio, Japan
angewendet.
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Acht horizontale Löcher, deren jedes eine Länge von 10 m hatte, wurden
auf der Umfangsfläche eines Zylinders von 5 m Durchmesser gebohrt, dessen mittlere
horizontale Achse 8 m unterhalb der Erdoberfläche lag. Es wurden die gleichen Doppelrohre
wie in Beispiel 6 in die acht entsprechend gebohrten horizontalen Löcher eingesetzt.
In diesem Fall wurde eine Stahlschiene (als Spannbauteil) in jedes der Doppelrohre
eingesetzt.
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Es wurden die gleiche Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B wie in dem Beispiel
6 bereitet. Zuerst wurde ähnlich wie im Experiment 6 die Flüssigkeit-B mit einem
Druck von 200kg/cm2 in einer Richtung (ohne Drehung) durch das innere Rohr des Doppelrohres
eingepresst und gleichzeitig wurde die Flüssigkeit-A eingespritzt, wobei die beiden
Flüssigkeiten miteinander verbunden wurden. Dann wurden die Doppelleitungen aus
den Löchern entfernt, indem die Stahlschiene darin belassen wurde.
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Nach der im Anschluß an die Beendigung der Injektion nach vorliegender
Erfindung durchgeführten Untersuchung wurde festgestellt, daß ein säulenförmiger,
konsolidierter Körper von etwa 30cm Durchmesser mit im wesentlichen Zementmörtel
in horizontaler
Richtung um das gebohrte Loch ausgebildet war.
Da der säulenförmige, konsolidierte Körper die Stahlschiene aufwies, die als Spannglied
diente, war die Festigkeit des konsolidierten Körpers, die im Falle vorliegender
Erfindung erzielt wurde, besonders hoch.
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Der konsolidierte Körper diente somit als Sandschutzträger.
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Ferner war eine Zone vorhanden, in die das Härtungsmittel, das im
wesentlichen Wasserglas enthält, kontinuierlich zwischen den säulenförmigen, konsolidierten
Körpern eingeschaltet wurde, so daß ein Wasserabhaltebereich entstand. Dies bedeutet,
daß bei dieser Tunnelkonstruktion der Sandschutzeffekt und der Wasserabhalteeffekt
erhalten wurden, wobei der Boden sicher gebaggert werden konnte; damit konnte die
Tunnelkonstruktion einwandfrei ausgeführt werden.
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Zusätzlich kann die vorbeschriebene Stahl schiene in die Flüssigkeit
eingesetzt werden, die durch Verbinden der Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B erhalten
wurde und in das Loch eingespritzt wurde, bevor die Flüssigkeit konsolidierte. Mit
anderen Worten heißt dies, daß zuerst die Flüssigkeit-A und die Flüssigkeit-B in
das Loch eingespritzt werden und daß die Stahlschiene in die Flüssigkeit in dem
Loch durch Einhämmern eingesetzt wird, bevor die durch Verbinden der Flüssikeit-A
und der Flüssigkeit-B erhaltene Flüssigkeit konsolidiert.