DE2544543C2

DE2544543C2 - Verfahren zum Verfestigen eines Bodens geringer Qualität

Info

Publication number: DE2544543C2
Application number: DE19752544543
Authority: DE
Inventors: Manoa Tokio/Tokyo Suzuki
Original assignee: KYOKADO ENGINEERING Co Ltd TOKIO/TOKYO JP
Current assignee: KYOKADO ENGINEERING Co Ltd TOKIO/TOKYO JP
Priority date: 1975-10-04
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1986-07-03
Also published as: DE2544543A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfestigen eines Bodens mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs. . .

Aus der DE-AS 12 68 554 ist bereits ein Verfahren zum Verfestigen von Böden bekannt, bei dem ein Gemisch aus Wasser und einem Geliermittel mit einer wäßrigen, z. B. KMnO₄ oder Ammoniumbichromat enthaltenden Wasserglaslösung vermischt und in den Boden gespritzt wird. Dabei werden die Härtungsmittel so miteinander verbunden, daß eine resultierende Lösung entsteht, der Zement zugesetzt sein kann, um große Hohlräume im Untergrund und Spalten in Felsen abzudichten und zu verfestigen. Entsprechende Verfahren sind aus den US-PS 35 83 166 und 38 65 600 bekannt .

Mit diesen bekannten Vorschlägen wird je nach der Zusammensetzung des Bodenverfestigers erreicht, dall wahlweise eine grobe oder eine feine Bodenschicht verfestigt wird. Wenn das verwendete Bodenverfestigungsmaterial für die Verfestigung von groben Bodenschichten ausgelegt ist, läßt sich mit dem gleichen Material eine Verfestigung von feinen Bodenschichten nicht erreichen und umgekehrt, so daß keine gleichförmige Verfestigung des Bodens, keine Erhöhung der Festigkeit des Bodens und kein wasserdichter Boden erzielt werden kann. Ein Boden geringer Qualität oder ein loser Boden ist ein wasserdurchlässiger Boden, wie er z. B. bei Erdarbeiten zur Erstellung von Gebäudefundamenten oder für den U-Bahnbau angetroffen wird. Im allgemeinen wird ein solcher Boden geringer Qualität durch eine grobe Bodenschicht und eine feine Bodenschicht, die sich abwechselnd überlappenoderübereinanderliegen.gebildet.Esistsomiterforderlic^denBodengenngerQualitat durch Einspritzen von Härtungsmitteln zu verfestigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem eine gleichförmige Befestigung eines Bodens geringer Qualität, also sowohl eine Verfestigung der groben Bodenschicht als auch der feinen Bodenschicht erreicht wird, und sowohl die Festigkeit der Bodenschicht als auch die wasserdichten Eigenschaften des

Bodens zu verbessern. Dabei muß sichergestellt sein, daß die Härtungsmittel nicht in das Grundwasser des Bodens gelangen und dieses verunreinigen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren der gattungsgemaBen Art während des Injizierens das Beimischen der Flüssigkeit A zur Flüssigkeit B unterbrochen und nur noch die Flüssigkeit B weiter injiziert wird.

Hierbei wird ein Flüssiggemisch aus den Flüssigkeiten A und B mit kürzerer Gelierzeit zuerst in den Boden eingespritzt und anschließend die Flüssigkeit B mit längerer Gelierzeit fortlaufend eingespritzt. Entscheidend ist, daß das Vergießmaterial mit kürzerer Gelierzeit und anschließend das Vergießmaterial mit längerer Gelierzeit in den Boden eingespritzt wird. Die Änderung der Einspritzungen, d. h. die Änderung der Einspritzung des Gemisches von Flüssigkeiten A und B mit kürzerer Gelierzeit auf die Einspritzung der Flüssigkeit B mit länge-

rer Gelierzeit erfolgt auf einfache Weise dadurch, daß lediglich das Beimischen der Flüssigkeit A unterbrochen wird, so daß eine sehr einfache und wirksame Methode des Verfestigens von Böden geringer Qualität erzielt

Nachstehend wird das Verfahren zum Verfestigen eines Bodens anhand von Ausfuhrungsbeispielen 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 Geliermittellösung bezeichnet werden, kann jedoch durch eine Zementsuspension oder durch eine Zementsuspension mit Ton, z. B. Bentonit oder Sand ersetzt werden. Die wäßrige Wasserglaslösung, nämlich die Flüssigkeit B, wird so zubereitet, daß sie eine verhältnismäßig lange Gelierzeit besitzt, so daß sie nicht geliert, bevor sie in den Boden injiziert 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. Äthylenglykoldiazetat, Glyzerintriazetat und Diester von Succinsäure (voll verestert).

Intermolekulare Ester, z. B. Gamma-Butyrolacton und e-Kaprolactam (zyklische Ester: Lactone).

Teilweise veresterte Ester von mehrwertigem Alkohol, z. B. Äthylenglykol-Monoformiat, Athylenglykol-

Monoazetat, Äthylenglykol-Monopropionat, Glyzerin-Monoformiat, Glyzerin-Monoazetat, Glyzerin-Monopropionat, Glyzerindiformiat, Glyzerindiazetat, Sorbitol-Monofbrmiat, Sorbitol-Monoazctat, GIu-

kose-Monoazetat und teilweise verseiftes Vinylazetat (geringwertige Polymerisation).

Ungesättigte Fettsäureester, ζ. B. Diazetoxy-Äthylen
.CHOCOCH₃V

(Ii )

^CHOCOCH₃ '

Karbonate, wie zyklische Karbonate, z. B. Äthylenkarbonat, Propylenkarbonat und GlyzerylkarbonaL

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, ζ. B. Kalziumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Ammoniumchlcrid, Zinkchlorid und Aluminiumchloride.

Sulfate, z. 3. Natriumsulfat.

Aluminate, z. B. Natriumaluminat und Kaliumaluminat.
Kaliumchlorat, Natriumperchlorat.
Chlorate, z. B. Natriumchlorat und Kaliumperchlorat.

Karbonate, z. B. Ammoniumkarbonat, Natriumbikarbonat, Kaliumbikarbonat und Ammoniumbikarbonat. Bisulfate, z. B. Natriumbisulfat, Kaliumbisulfat und Ammoniumbisulfat. Bisulfite, ζ. B. Natriumbisulfit, Kaliumbisulfit und Ammoniumbisulfit. Fluorsilikate, z. B. Natrium-Siliziumfluorid und Kalium-Siliziumfluorid. Borate, z. B. Natriumborat, Kaliumborat und Ammoniumborat.

Wasserstoffphosphate, ζ. B. Natriumwasserstoffphosphat, Kaliumwasserstoffphosphat und Ammonium-Wasserstoffphosphat.

Pyrosulfate, z. B. Natriumpyrosulfat, Kaliumpyrosulfat und Ammoniumpyrosulfat. Pyrophosphate, z. B. Natriuhipyrophosphat, Kaliumpyrophosphat und Ammoniumpyrophosphat. Bichromate, z. B. Natriuinbichromat, Kaliumbichromat und Ammoniumbichromat.

Permanganate, z. B. Kaliumpfc-manganat und Natriumpermanganat.

Ca-, Al-. Mg- oder Fe-Salze, z. B. Kalk, Gips, Aluminiumoxyd, Eisenoxyd, Magnesiumoxyd, Slug, Kalziumsilikat und Ton, von denen 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 überschüssige Flüssigkeit einer Zementsuspension; sie wird dadurch bereitet, daß Wasser und Zement unter Umrühren gemischt werden, damit eine Zementsuspension entsteht, und daß dann das Gemisch einige Minuten stehen gelassen wird, damit die überschüssige Flüssigkeit auf der Suspension erhalten wird. Dies kann auch durch Mischen von Wasserglas, Wasser und Zement in der vorbeschriebenen Weise erreicht werden. In diesem Fall wird die überschüssige Flüssigkeit direkt als Flüssigkeit B verwendet.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird - nachdem eine vorbestimmte Menge an Flüssigkeit AB in den Boden injiziert worden ist - die Zuführung der Flüssigkeit A unterbunden und somit nur die Flüssigkeit B injiziert.

Da die Flüssigkeit AB, die zuerst injiziert worden ist, eine verhältnismäßig kurze Gelierdauer besitzt, wie vorstehend erwähnt, durchdringt und füllt die Flüssigkeit AB große Luftspalte, die Grenzfläche von Gesteinsschichten und eine grobe Bodenschicht, und verfestigt diese bald. Dann wird das Injizieren und demgemäß das Zuführen der Flüssigkeit A unterbunden, und das Injizieren der Flüssigkeit B wird fortlaufend durchgeführt. Da die Flüssigkeit AB in die grobe Bodenschicht injiziert worden ist, durchdringt die Flüssigkeit B (die eine höhere Permeabilität besitzt, da sie eine wäßrige Lösung ist, deren Gelierdauer relativ lang eingestellt werden kann) die feine Bodenschicht allmählich und füllt und verfestigt letztere bald.

Das Härtungsmittel verfestigt somit den losen Boden durch kontinuierliches Vordringen von der groben Bodenschicht zu der feinen Bodenschicht, wodurch auf einfache Weise ein gleichförmig verfestigter Boden gebildet wird.

Hierbei ist es erforderlich, die Flüssigkeit AB und die Flüssigkeit B in der beschriebenen Reihenfolge zu injizieren. Bei diesem aufeinanderfolgenden Injizierbetrieb durchdringt die Flüssigkeit B, da sie injiziert wird, bevor die Flüssigkeit AB vollständig in der groben Bodenschicht ausgehärtet ist, die feine Bodenschicht dadurch, d;ii3 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 Injiziervorgang kann wiederholt durchgeführt werden). Da die Gelierdauer 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 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 Flüssigkeil B miteinander zu verbinden, kann ein Doppelinjizierrohr oder können zwei Injizierrohre parallel anstelle eines Y-formigen Rohres verwendet werden. In diesem Fall kann die Leitung oder können die Leitungen in einem zu verfestigenden Boden eingesetzt werden, und die Flüssigkeit A und

ίο die Flüssigkeit B können miteinander unmittelbar vor oder nach dem Austritt der beiden Flüssigkeiten aus den entsprechenden Auslassen miteinander verbunden werden, oder aber die beiden Flüssigkeiten können miteinander in dem Augenblick verbunden werden, in dem sie aus den entsprechenden Auslassen austreten.

Das Injizieren des Härtungsmittels in einem Boden kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Injizieren des Härtungsmittels 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 Gelierdauer des Härtungsmittels kürzer zu wählen. Diese Einstellung der Gelierdauer des Härtungsmittels bewirkt jedoch eine andere Schwierigkeit, nämlich, daß es für das Härtungsmittel weiter schwierig ist, die weiche Bodenschicht zu durchdringen, weil das Härtungsoiittel so schnell geliert. Diese Schwierigkeiten bei der StaL^ajektionsmethode können, vollständig behoben werden, wenn das Verfahren nach vorliegender Erfindung mit der3tabinjektionsmethode kombiniert wird. Dabei kann der Vorteil der Stabinjektionsmethode in wirksamer Weise durch Anwendung vorliegender Erfindung ausgenutzt werden. Durch das Injizieren der Flüssigkeit AB, die durch Verbindung der Flüssigkeit A mit 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 Gelierdauer und eine hohe Festigkeit ergibt, gefüllt. Im Anschluß daran wird die Injektion der Flüssigkeit A unterbrochen und nur die Flüssigkeit B eingespritzt. In diesem Fall strömt, da die Luftspalte durch die Flüssigkeit AB gefüllt und verfestigt 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 v/eiter nach oben bewegt und der Injektionsvorgang wiederholt. Auf diest Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der Stabinjektionsmethode auf einfache Weise durchgeführt werden.

Wie vorstehend beschrieben, liegt eines der wesentlichen Merkmale vorliegender Erfindung darin, daß das Injizieren der Flüssigkeit, die durch Verbinden der Flüssigkeit A und der Flüssigkeit B erhalten wird, in besonders zweckmäßiger Weise mit der Injizierung der Flüssigkeit B kombiniert wird. Das erfindungsgemäSe Verfahren hat somit einen wesentlichen Einfluß auf die Verfestigung der Böden, obgleich es im Betrieb außerordentlich einfach durchführbar ist.

Das c rfindungsgemäße Verfahren kann so modifiziert werden, daß es den Bedingungen des zu verfestigenden 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 injiziert, 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 Wasscrglaslösung ohne das Geliermittel (nachstehend als Flüssigkeit B' bezeichnet) werden als Härtungsmittel verwendet. Die beiden Flüssigkeiten, nämlich die Flüssigkeit A und die Flüssigkeit B' werden miteinander verbunden und in den Boden injiziert (dies kann dadurch ersetzt werden, daß die beiden Flüssigkeiten nach dem Injizieren der Flüssigkeit A allein verbunden werden), und dann wird die Flüssigkeit B' dadurch präpariert, daß das GeIisrmittel der Flüssigkeit B hinzugefügt oder die Flüssigkeit B' in die Flüssigkeit B während des Injizierens geändert wird, und gleichzeitig wird die Injizierung der Flüssigkeit A unterbrochen und die Injizieruf.g 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 Injektionspumpe groß, und deshalb ist es möglich, das Kombinationsverhältnis der Flüssigkeit A zur Flüssigkeit B relativ genau einzuhalten. Dabei gelangt Flüssigkeit B nicht in das 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 Injizieren der kombinierten Flüssigkeit in den Boden, das Ändern der wäßrigen Wasserglaslösung (Flüssigkeit B') ohne das Geliermittel in die wäßrig? 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 Übertragen oder Zuführen von wäßriger Wasserglaslösung und G.:Hermittel auf ein V-förmiges Rohr durch Verwendung der entsprechenden Übertragungssysteme erreicht werden.

Wie sich aus obiyfr Beschreibung ergibt, ist das spezielle Merkmal der Erfindung darin zu sehen, daß die Kombination aus Flüssigkeit A und Flüssigkeit B und die Flüssigkeit B nacheinander in einen zu verfestigenden

Boden injiziert werden. Wenn das Injizieren der Flüssigkeit B lange nach dem Injizieren 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 Injizierung der Flüssigkeit AB behindert, die vor dem Eindringen der Flüssigkeit B verfestigt, weil die Flüssigkeit AB rasch geliert und das Gel hart ist. Da im Falle der Erfindung die Flüssigkeit AB und die Flüssigkeit B nacheinander in den Boden injiziert werden, d. h. der Injektion der Flüssigkeil AB die Injektion der Flüssigkeit B unmittelbar folgt, kann das Injizieren der Flüssigkeit B das Injizieren der Flüssigkeit AB unterbrechen, bevor die letztere Flüssigkeit voll geliert 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 verfestigenden Boden zugeführt wird, um den Boden vorher zu schneiden oder zu lockern, und die Flüssigkeit A 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. 90 mm 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 bzw. Düsen vorgesehen sind. Der Durchmesser des inneren Rohres ist nicht kritisch, er beträgt beispielsweise 40 rnrn {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/cm²-1000 kg/cm², vorzugsweise mit 100-500 kg/cm² in den Boden dureh 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 injiziert. Dabei soll ein Hochdruckstrahl der Flüssigkeit A dem Boden aus folgenden 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 Rohrs Deschädigt werden oder sich verstopfen.

Die auf diese Weise injizierten Flüssigkeiten A und B werden ini irhalb des Bodens miteinander verbunden und verfestigt. 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 verfestigt. Wenn eine Doppelleitung ohne Drehung nach oben bewegt wird, wird ein filmförmiger, verfestigter Körper (ein verfestigter Film) gebildet. (Die Richtung des Eindringens wird durch den Strahl bestimmt, der zur Ausbildung des filmartigen verfestigten Körpers führt.)

Bei einer derartigen, vorbeschriebenen Hochdruckstrahlmethode treten keine Verunreinigungen des Grundwassers oder dgl. auf, unabhängig von dem Verbundverhältnis der Härtungsmittel, und es wird nicht nur die giobe Bodenschicht, sondern auch die feine Bodenschicht verfestigt, so daß der lose Boden sich in einen gleichförmig und stark verfestigten 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 Eindringendes 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 geliert 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 verfestigen (wodurch die Festigkeit des Bodens erhöht wird), während das Härtungsmittel, das im wesentlichen die Flüssigkeit B verwendet, zur Verfestigung des feinen Bodenbelages dient (wodurch ein Wasserdurchgang vollständig unterbunden wird). Sowohl die grobe Bodenschicht als auch die feine Bodenschicht werden zu einer Einheit gleichförmig verfestigt, wobei ein oleichförmig und stark verfestigter Boden erhalten wird, in welchem ein Wasserdurchtritt endgültig verhindert wird.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen anhand von Ausfuhrungsbeispielen erläutert.

Beispiel 1

(1) Eine 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 Gelierzeiten wie in den Tabellen angegeben gemessen.

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 unterirdischem Wasser in einem Flußbett angewendet wurde.

Flüssigkeit A (50 I):

25 kg Zement. 2,5 kg Bentonit, Rest Wasser.

Flüssigkeit B (50 1):

15 I von No. 3 Wasserglas, 1,5 1 Äthylenglykoldiazetat und 33,5 1 Wasser. <

Flüssigkeit A und Flüssigkeit B, die beide in der vorstehend genannten Weise hergestellt wurden, wurden mit fi

der gleichen Strömungsgeschwindigkeit (15 l/min) einem Y-förmigen Rohr zugeführt und miteinander verbun- -

den sowie in die Schicht durch ein Injektionsrohr injiziert. Die Kiesschicht enthält unterirdisches Wasser und der Durchlässigkeitstest ergab einen Permeabilitätskoeffizienten K - 6.2 x 10~² cm/sec vor dem Injizieren. Der P>«meabilitätskoeffizient wurde jedoch nach dem Injizieren 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 Injizieren wurde der Bodan gebohrt, um die Bedingungen des Bodens festzustellen. 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 verfestigt war. Es wurde kein Austreten der Flüssigkeit B in die nicht dafür vorgesehenen Teile des Bodens festgestellt.

Beispiel 2

Es wurde ein weiterer Versuch durchgeführt, in dem das erfindungsgemäße Verfahren an einem Aushubplatz ir. Tokio, Japan angewendet würde, an dem die feine Sandschicht und die grobe Sandschicht sich wechselseitig überlappten.

Flüssigkeit A (50 1):

10 kg Zement, 1 kg Betonit, Rest Wasser.
Flüssigkeit B (50 1):
15 1 Wasserglas, 1,5 1 Äthylenglykoldiazetat, 33,5 1 Wasser.

Die Flüssigkeit A und die Flüssigkeit B, die auf vorstehende Weise bereitet wurden, wurden mit dergleichen

Durchflußgeschwindigkeit (10 l/min) einem Y-förmigen Rohr zur Verbindung miteinander zugeführt, d. h., um die Flüssigkeit AB zu bilden, die in den Boden mit einem Injektionsrohr injiziert wurde. Nach dem Injizieren der Flüssigkeit AB mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 20 l/min wurde das Injizieren der Flüssigkeit A unterbunden und 30001 der Flüssigkeit B wurde nur mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 10 l/min injiziert.

Nach dem Injizieren wurde der Boden gebohrt, um die Bedingungen des Bodens zu beobachten. Es wurde

festgestellt, daß der Zement und das Betonit verfestigten und sich an der Grenzfläche der Schichten und dergroben 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 verfestigten. 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 10~² cm/sec bzw. 4.8 X 10~² cm/sec vordem Injizieren und einen

geänderten Wert von 6.7 x 10"⁶ cm/sec bzw. 1.3 x 10~⁶ cm/sec nach dem Injizieren. Das Resultat eines Normsondiertests war N = 5 - 10 vordem Injizieren und N = 18 - 26 nach dem Injizieren. 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 festgestellt.

Flüssigkeit A (pro 100 I):

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 No. 3 Wasserglas und 3 1 Äthylenglykoldiazetat sowie 70 1 Wasser.

Die Herstellung wurde so durchgeführt, daß die Flüssigkeit A und die Flüssigkeit B, die in der vorstehend angegebenen Weise hergestellt wurden, einem Y-förmigen Rohr durch entsprechende Pumpen zugeführt und miteinander verbunden wurden, und daß die durch diese Verbindung erhaltene Flüssigkeit in den Boden injiziert werden konnte. Zuerst wurden nur 10001 Flüssigkeit A mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 I/min eingespritzt, und dann wurde die Flüssigkeit B' mit der Flüssigkeit A verbunden, indem erstere mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 I/min zugeführt wurde, so daß die gesamte Menge von 1000 I Flüssigkeit A und Flüssigkeit B' injiziert wurde. Dann wurde die Flüssigkeit B' in die Flüssigkeit B durch Hinzufügen des Äthylenglykoldiazetat geändert. Das Injizieren der Flüssigkeit A wurde unterbunden und 2000 1 der Flüssigkeit B wurden mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 l/min injiziert.
Nach den Felddurchlässigkeitstests betrug der Permeabilitätskoeffizient K = 3.8 x 10"' cm/sec vor der Injektion und hatte den Wert von K = 6.9 x 10"⁶ cm/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 verfestigten (die Verfestigung der Flüssigkeit, die durch Verbinden der Flüssigkeit A und der Flüssigkeit B' erhalten wurde), und daß der andere Teil im

Boden vollständig mit Hilfe d^s Wasserglasmörtels (feiner Bodenbelag) verfestigte.

Beispiel 4

Portlandzement wurde einer wäßrigen Lösung aus No. 3 Wasserglas dadurch beigefügt, daß die Menge an Portlandzement für je:ie Messung geändert und das resultierende Gemisch umgerührt wurde, um die Gelierdauer zu messen. Die gemessenen Gelierdauern sind in Tabelle 2 (Versuch 1) angegeben.

Tabelle 2

10

No. 3 Wasserglas wütSrige Wasser Zement Gelierdauer

Lösung Minute (') Sekunde (")

(ecm) (ecm) (g) (2O⁰C)

25 75 1 58'

25 75 2 35'

25 75 5 S'

20 25 75 10 2' 15"

25 75 15 Γ 15"

25 75 20 55"

50 g Portlandzement wurden 100 ecm Wasser hinzugefügt, und diese Materialien wurden zu einem Lösungsgemisch gemischt. 50 ecm des auf diese Weise gebildeten Lösungsgemisches wurden als Flüssigkeit A verwendet. Ferner wurden 25 ecm No. 3 Wasserglas, 75 ecm Wasser und 1 g Zement gemischt, um ein Lösungsgemisch zu erhalten, von welchem 50 ecm als Flüssigkeit B verwendet wurden. Nach dem Zusammenfügen der auf diese Weise erhaltenen Flüssigkeit A und Flüssigkeit B wurde die resultierende Flüssigkeit in einer Minute und zehn Sekunden geliert, während die Gelierdauer 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.

Eine Flüssigkeit A und eine Flüssigkeit B wurden in der in Verbindung mit Experiment 2 beschriebenen Weise hergestellt. Diese Flüssigkeiten A und B wurden dann mit der gleichen Geschwindigkeit von 15 l/min einem Y-förmigen Rohr zugeführt, um diese beiden Flüssigkeiten miteinander zu verbinden, und die resultierende Flüssigkeit wurde in den Boden injiziert. Nach dem Injizieren von 5000 ! dieser Flüssigkeit wurde die Zuführung der Flüssigkeit A unterbunden, und es wurden 500 1 der Flüssigkeit B injiziert. 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 injiz.'arten Materiales abgeflossen war und der mit den Härtungsmitteln injizierte Boden in seiner Gesamtheit zu einer Einheit verfestigt war.

Beispiel 5

50 g Portlandzement wurde mit 100 ecm Wasser gemischt und 50 ecm dieser Mischung wurden als Flüssigkeit A verwendet. Ein durch Mischen von 25 ecm No. 3 Wasserglas, 75 ecm Wasser und 2 g Zement erhaltenes Gemisch wurde umgerührt ind dann drei Minuten lang stehen gelassen. Die oben stehende Flüssigkeit von 50 ecm des so behandelten Gemisches wurde als Flüssigkeit B verwendet. Beim Mischen von Flüssigkeit A und Flüssigkeit B war die resultierende Flüssigkeit in 50 Sekunden geliert (Experiment 1).

Zusätzlich wurden 50 g Portlandzement mit 100 ecm Wassergemischt und 50 ecm dieser Mischung als Flüssigkeit A ähnlich dem vorbeschriebenen Fall verwendet. Ein durch Mischen von 50g Portlandzement und 100 ecm Wasser erhaltenes Gemisch wurde zwei Minuten lang umgerührt und dann drei Minuten lang stehen gelassen. Im Anschluß daran wurden 50 ecm der oben stehenden Flüssigkeit des auf diese Weise erhaltenen Gemisches mit 50 ecm eines Gemisches, das durch Mischen von 25 ecm Wasserglas und 25 ecm Wasser erhalten wurde, gemischt, wodurch ein Gemisch von 100 ecm 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 geliert. Andererseits war der zweite Teil, der stehen gelassen worden war, in 80 Minuten geliert (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 Übereinstimmung mit den in bezug auf Experiment 1 beschriebenen hergestellt. Flüssigkeit A und Flüssigkeit B, die mit einer Geschwindigkeit von 10 l/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 injiziert. Nach dem Injizieren 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 injiziert.

Nach Beendigung der Injektion wurde der Boden ?.u Untersuchungszwecken gebohrt. Man stellte lest, daß die grobe Sandschicht mit einem verfestigten Wasserglas gemischt mit Zement gefüllt war, während die feine Sandschich; 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 verfestigt war.

Tabelle I-A

Flüssigkeit-A (50 ecm)	Wasser	Flüssigkeit-B (50 ecm) (Gelierdauer 47 min/15°C)	Geliermittel	Wasser	Gelicrdauer von Flüssigkeit-AB
Geliermittel		Nr. 3 Wasserglas
	Rest	(spez. Gewicht 1,4) ecm	Äthylen-Glycol- Diacetat 1.5	Rest	min(') sec(")
Phosphorsäure 2 ecm	Rest	15	desgl.	Rest	5'
Phosphorsäure	Rest	15	desgl.	Rest	Γ
Natrium Primär-	15		4'

Phosphat 4g

Natrium-Primär- Rest

Phosphat

6g

Tabelle I-B

15

desgl.

Rest

50"

Flüssigkeit-A (50 ecm)

Zement Bentonit Wasser (g) (g)

Flüssigkeit-B (50 ecm) (Gelierdauer 47 min/15°C)

Nr. 3 Wasserglas (spez. Gewicht 1,4) ecm

Geliermittel

Wasser

Gelicrdauer von Flüssigkcit-AB

min C) see (")

10

2,5 2,5

Tabelle I-C

0,8 0,5 0,25 2,5

Rest

Rest Rest Rest Rest

15

15 15 15 15

Äthylen-Glycol-

Diacetat

desgl.
desgl.
desgl.
desgl.

Rest

Rest
Rest
Rest
Rest

4'
T
0'
0'

20"

30" 10"

45"

Flüssigkeit-A (50 ecm) Zement Betonit Wasser

Flüssigkeit-B (50 ecm)

Nr. 3 Wasserglas Geliermittel

(spez. Gewicht 1,4)

Gelierdauer von
Wasser ™ssigkeit-B
(15⁰C)

Gelicrdauer von Flüssigkcit-AB

min C) see (")

10 g Ig Rest 10 g Ig Rest 12.5 10 g Ig Rest 12.5

Äthylen-Glykol- Rest 47 min 3' 20"

Diacetat

1.5 g

Gamma-Buthyl- Rest 60 min 3' 30"

Lactone

1-5 g

Äthylenkarbonat Rest 50 min Γ 10"

2g

Fortsetzung

Flüssigkeit-Α (50 ecm) Zement Betonit Wasser	ig	Rest	Flüssigkeit-B (50 ecm) Nr. 3 Wasserglas (spez. Gewicht 1,4) ecm	Geliermittel	Wasser	Gelierdauer von Flüssigkeit-B (15°C;	Gelierdauer von Flüssigkeit-AB min C) see (")	20"
10 g	ig	Rest	12.5	Phosphorsäure Ug	Rest	45 min	4'	05"
10 g	ig	Rest	12.5	Natriumaluminat	Rest	55 min	3'	30"
iGg	ig	Rest	12.5	Essigsäure 1.5 g	Rest	30 min	2'	10"
10 g	12.5	Natriumazetat 3.0 g	Rest	60 min	3'

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Verfestigen eines Bodens geringer Qualität durch Injizieren eines Härtungsmittels in den Boden, wobei das Härtungsmittel durch Beimischen einer Flüssigkeit A aus einer wäßrigen Lösung eines Geliermittels zu einer Flüssigkeit B aus einer ein Geliermittel enthaltenden wäßrigen Wasserglaslösung hergestellt worden ist, und wobei das Geliermittel ein Ester, ein Aldehyd, eine anorganische Säure, eine organische Säure, ein anorganisches Salz, ein organisches Salz, Zement und/oder hydraulischer Zement ist, dadurch gekennzeichnet, daß während des Injizierens das Beimischen der Flüssigkeit Azur Flüssigkeit B unterbrochen und nur noch die Flüssigkeit B weiter injiziert wird.