DE2544543A1

DE2544543A1 - Verfahren zum befestigen von boeden geringer qualitaet

Info

Publication number: DE2544543A1
Application number: DE19752544543
Authority: DE
Inventors: Manoa Suzuki
Original assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Priority date: 1975-10-04
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DE2544543C2

Description

Verfahren zum Befestigen von Böden geringer
Qualität Zusammenfassung: Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Befestigen von bzw. Konsolidieren von Böden geringer Qualität oder von wasserdurchlässigen Böden durch Einführen bzw.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Praktisch ist dies jedoch außerordentlich schwierigdirchzuführen.
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.
einer Wasserverunreinigung führt.
(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.
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.
(2) Wasserglasinj ektionsverfahren unter Verwendung organischer Geliermittel.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Nachstehend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Konsolidieren von Boden in Verbindung mit Ausführungsbeispielen erläutert.
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.
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.
Fettsäureester von mehrwertigem Alkohol, z.B. Äthylenglykol diazetat, Glyzerintriazetat und Diester von Succinsäure (voll verestert).
Intermolekulare Ester, z.B. Gamma-Butyrolacton und g-Kaprolactam (zyklische Ester: Lactone).
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).
Ungesättigte Fettsäureester, z.B. Diazetoxy-Äthylen Karbonate, wie zyklische Karbonate, z.B. Äthylenkarbonat, Propylenkarbonat und Glyzerylkarbonat.
Aldehyde: Dialdehyde, z.B. Glyoxal, Succindialdehyd, Malondialdehyd, Succinaldehyd, Glutaraldehyd und Furfuraldialdehyd.
Säuren: Anorganische Säuren, z.B. Schwefelsäure, Salzsäure und Phosphorsäure.
Organische Säuren, z.B. Malonsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure und Weinsteinsäure.
Anorganische Salze: Chloride oder Hydrochloride, z.B. Kalziumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid, Zinkchlorid und Aluminiumchloride.
Sulfate, z.B. Natriumsulfat.
Aluminate, z.B. Natriumaluminat und Kaliumaluminat.
Chlorate, z.B. Natriumchlorat ,7und Kaliumperchlorat.
Karbonate, z.B. Ammoniumkarbonat, Natriumbikarbonat, Kaliumbikarbonat und Ammoniumbikarbonat.
Bisulfate, z.B. Natriumbisulfat, Kaliumbisulfat und Ammoniumbisulfat.
Bisulfite, z.B. Natriumbisulfit, Kaliumbisulfit und Ammoniumbisulfit.
Fluorsilikate, z.B. Natrium-Siliziumfluorid und Ealium-Siliziumfluorid.
Borate, z.B. Natriumborat, Kaliumborat und Ammoniumborat.
Wasserstoffphosphate, z.B. Natriumwasserstoffphosphat, Kaliumwasserstoffphosphat und Ammoniumwasserstoffphosphat.
Pyrosulfate, z.B. Natriumpyrosulfat, Kaliumpyrosulfat und Ammoniumpyro sulfat.
Pyrophosphate, z.B. Natriumpyrophosphat, Kaliumpyrophosphat und Ammoniumpyropho sphat.
Bichromate, z.B. Natriumbichromat, Kaliumbichromat und Ammoniumbichromat.
Permanganate, z.B. Kaliumpermanganat und Natriumpermanganat.
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.
Organische Salze: Natriumazetat, Natriumsuccinat, Kaliumformiat, Natriumformiat, usw.
Zemente: Portlandzement, Portlandhochofenzement, Slugzement, kolloidaler Zement, usw.
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.
In diesem Fall wird die obenstehende, erhaltene Flüssigkeit direkt als Flüssigkeit-B verwendet.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so modifiziert werden, daß es den Bedingungen des zu befestigenden Bodens entspricht.
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.
Dies bedeutet, daß das Verfahren keine Verunreinigung öffentlicher Gewässer mit sich bringt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
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.

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.

(2) Eine Versuchsanordnung wurde so ausgebildet, daß das Verfahren nach vorliegender Erfindung auf eine Kiesschicht mit unterirrdischem Wasser in einem Flußbett angewendet wurde.
Flüssigkeit-A (50 1): 25 Kg Zement, 2.5 kg Bentonit, Rest Wasser.
Flüssigkeit-B (50 1): 151 von No. 3 Wasserglas, 1,51 Xthylenglykoldiazetat, und 33.51 Wasser.
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.
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.
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.
Flüssigkeit-A (50 1): 10 kg Zement, 1kg Betonit, Rest Wasser.
Flüssigkeit-B (50 1): 15 1 Wasserglas, 1,5 1 Äthylenglikoldiazetat, 33,5 1 Wasser.
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.
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.
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.
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.
Beispiel 3 Ein Injektionstest nach dem Verfahren vorliegender Erfindung wurde in Humusboden durchgeführt.
Die folgenden Härtungsmittel wurden in der angegebenen Weise hergestellt: Flüssigkeit-A (pro 100 1): 40 kg Zement, 5 kg Betonit, Rest Wasser.
Flüssigkeit-B'(pro 100 1): 30 1 No. 3 Wasserglas und 70 1 Wasser.
Flüssigkeit-B (pro 103 1) 30 1 Nr. 3 Wasserglas und 3 1 Xthylenglykoldiazetat sowie 73 1 Wasser.
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.
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.
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).
Es wurde ein Injektionstest für einen Boden durchgeführt, der durch eine Kiesschicht und eine Sandschicht in Tokio, Japan gebildet wurde.
EirFlüssigkeit-A und eine Flüssigkeit-E wurden in der in Verbindung mit Experiment 2 beschriebenen Weise hergestellt.
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.
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.
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.
Beim Mischen von Flüssigkeit-A und Flüssigkeit-B war die resultierende Flüssigkeit in 50 Sekundengelatiniert (Experiment 1).
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).
Ein Injektionstest wurde an einem Boden durchgeführt, der aus einer groben Sandschicht und einer feinen Sandschicht in Tokio, Japan bestand.
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.
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.
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.
Dies hat bestätigt, daß der Boden, der mit den Härtungsmitteln injiziert worden war, in seiner Gesamtheit konsolidiert war.
Beispiel 6 Ein Injektionstest unter hohem Druck wurde an einem Boden geringer Qualität durchgeführt, der von einer Schlammlehmschicht in Tokio, Japan gebildet wurde.
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.
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.
(Dieses Gemisch gelatiniert in etwa 60 Minuten). Beim Verbinden der Flüssigkeit-A und der Flüssigkeit-B konsolidiert die resultierende Flüssigkeit in etwa 40 Sekunden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung wurde bei einer Tunneltestanordnung in Tokio, Japan angewendet.
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.
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.
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.
Der konsolidierte Körper diente somit als Sandschutzträger.
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.
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.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zuin Befestigen von Böden geringer Qualität durch Einführen (Einspritzen)von Härtungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Wasser und Geliermittel und eine wässrige, Geliermittel enthaltende Wasserglaslösung als Härtuiigstnittel verwendet werden, daß die Härtungsmittel miteinander verbunden werden, und daß 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Wasser und Geliermittel eine wässrige Lösung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Wasser und Geliermittel eine Zementsuspension ist.
L'.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester aus der Gruppe von Fettsäureestern, Karbonaten und Laktonen ausgewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aldehyd Dialdehyd ist.
6. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß die durch Verbindung der Härtungsmittel erhaltene Flüssigkeit in den Boden eingespritzt wird und während des Einspritzens der Verbindungsvorgang des Gemisches von Wasser und Geliermittel unterbrochen. und nur die wässrige, Geliermittel enthaltende Wasserglaslösung fortlaufend eingespritzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schritt des Einspritzens der resultierenden Flüssigkeit in den Boden und ein zweiter Schritt des Unterbrechens des Verbindungsvorganges des Gemisches nach dem ersten Schritt wiederholt durchgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Wasser und Geliermittel und wässriger Wasserglaslösung ohne Geliermittel als Härtungsmittel verwendet werden, daß die Härtungsmittel miteinander verbunden werden und Flüssigkeit in den Boden eingespritzt wird, daß während des Einspritzens die wässrige Wasserglaslösung in eine wässrige, ein Geliermittel enthaltene Wasserglaslösung modifiziert wird, und daß im Anschluß daran der Verbindungsvorgang des Wassergemisches und Geliermittels unterbrochen wird und anschließend nur die wässrige, das Geliermittel enthaltende Wasserglaslösung eingespritzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzen der resultierenden Flüssigkeit in den Boden, das Modifizieren der wässrigen Wasserglaslösung ohne das Geliermittel in die wässrige Wasserglaslösung mit Geliermittel, und das Aussetzen des Verbindungsvorganges des Gemisches aus Wasser und Geliermittel wiederholt ausgeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bezug auf den Verbindungsvorgang des Härtungsmittels zuerst die wässrige, Geliermittel enthaltende Wasserglaslösung mit hohem Druck vorher in den Boden gespritzt wird, um den Boden zu schneiden oder zu lockern und daß dann das Gemisch aus Wasser und Geliermittel in den auf diese Weise geschnittenen oder gelockerten Boden gespritzt wird, wodurch die Härtemittel im Boden verbunden werden.