DE2545594C2

DE2545594C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verfestigung einer weichen Bodenschicht

Info

Publication number: DE2545594C2
Application number: DE19752545594
Authority: DE
Inventors: Hisashi Fuchu Hiroshima Shiraki
Original assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1975-10-11
Publication date: 1982-06-16
Also published as: DE2545594A1; JPS5143812A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind durch die US-PS 27 82 605 bekannt geworden. Um mit dem bekannten Verfahren einen langgestreckten Bereich zu verfestigen wird das die Injektions- und Mischvorrichtung tragende Gerüst schrittweise weitergefahren und bei stehendem Gerüst die Injektions- und Mischvorrichtung bis zur gewünschten Tiefe abgesenkt und wieder bis über die Oberfläche des zu verfestigenden Bereiches angehoben. Hierdurch entstehen säulenförmige verfestigte Bereiche, die, falls die Schrittlänge kleiner als der Durchmesser dieser Säulen ist, sich gegenseitig überlappen, so daß ein zusammenhängender langgestreckter verfestigter Bereich entsteht

Dieses Verfahren ist bei bindigen Böden nicht zuverlässig anwendbar, weil dabei infolge der gestörten Kohäsion der durch das Mischwerkzeug vorgebohrte, bereits behandelte säulenförmige Bereich in jedem Fall nachgiebiger ist als der ungestörte Boden, so daß das Miischwerkzeug die Tendenz hat, in den vorher behandelten Bereich zu verlaufen, wenn die folgende Bohrung daneben oder !eicht überschneidend angesetzt wird. Es läßt sich damit bei ungünstigen Bodenverhältnissen oder größeren Tiefen keine gleichmäßige sich horizontal erstreckende Verdichtungszone schaffen.

Das durch DE-OS 17 59841 bekanntgewordene Verfahren entspricht dem soeben beschriebenen Verfahren, wobei jedoch während der Absenkung des Bohrwerks in den Erdboden das Einbringen des Verfestigup.gsmittels unterbrochen wird. Die Injektion des Verfestigungsmittels erfolgt lediglich bei der Aufwärtsbewegung des Bohrwerks. Nachdem eine säulenförmige Verfestigungszone erzeugt worden ist, wird der Bohrkopf in ausreichende Höhe über den Erdboden hochgehoben und die Vorrichtung zur Verwendung an eine benachbarte Stelle fortbewegt. Auch bei diesem Verfahren besteht somit die Tendenz, daß der Bohrer in dem vorher gebohrten Bereich verläuft, wenn dre folgende Bohrung daneben oder leicht überschneidend angesetzt wird.

Bei dem durch die US-PS 20 48 710 bekanntgewordenen VerJahren erfolgt die Verfestigung mittels zweier sich gegensinnig drehender benachbarter Rührwellen, die nach Art von Förderschnecken ausgebildet sind und auf der gesamten Länge Ausirittsöffnungen für das Verfestigungsmittel aufweisen. Die Rührwellen werden bis zur gewünschten Tiefe in das Erdreich abgesenkt und dann kontinuierlich horizontal bewegt. Falls die Rührwellen bis zu einem felsigen Untergrund abgesenkt virerden, folgen sie der unebenen Oberfläche dieses felsigen Untergrundes durch eine entsprechende Auf- und Abbewegung. Hierbei ist es nachteilig, daß das Verfestigungsmittel auch im oberen Teil des Werkzeugs austreten kann, der nicht mehr im Boden steckt, wenn die Rührwelle einer örtlichen Anhebung des felsigen Untergrundes folgt.

Bei der durch die DE-OS 17 59 841 bekanntgewordenen Vorrichtung kann die Vortriebsgeschwindigkeit der Rührwelle, d. h. deren Hubbewegung über ein an den Drehantrieb ankuppelbares Zwischengetriebe gesteuert Virerden, das an seiner Abtriebswelle ein Kettenzahnrad trägt. Dieses ist mit einem am oberen Ende der Führungssäule für die Rührwelle befestigten Kettenzahnrad durch eine Rollenkette verbunden, deren beide Enden in einer Platte befestigt sind, die längs der Führungssäule verschiebbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, auch bei ungünstigen Bodenverhältnissen und in größeren Tiefen die Herstellung einer gleichmäßigen sich in horizontaler Richtung erstreckenden geschlossenen Verdichtungszone zu ermöglichen. Ferner ist Ziel dieser Erfindung eine einfache Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet, die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des

Anspruches 2, Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen schematischen vertikalen Schnitt, in dem dargestellt ist, wie eine weiche Bodenschicht kontinuierlich in einem vom tragenden Untergrund bis zu einer bestimmten erforderlichen Höhe reichenden Bereich gemäß der Erfindung verfestigt wird; ι ο

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-II in F i g. 1;

Fig,3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 4 eine Vorderansicht der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung;

Fig.5 eine Schrägansicht einer Antriebsvorrichtung für die Rührwelle;

F i g. 6 eine Teilschnittansicht eines Mischwerkzeugs;

F i g. 7 zwei Schnitte durch eine Wasserstraße, die mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung gebaut worden ist;

F i g. 8 zwei Querschnitte eines Beispiels z>, r Befestigung eines Flußufers;

Fig.9 zwei Querschnitte eines Beispiels zur Anlegung eines Hafens;

Fig. 10 einen Querschnitt eines Beispiels eines für Bauwerke erforderlichen verfestigten Untergrundes im Meer und

F i g. 11 einen Querschnitt einer gemäß der Erfindung verfestigten rutschgefährdeten Böschung von Teichen und Seen.

Die F i g. 1 und 2 zeigen, wie eine weiche Bodenschicht 2 bis zu einer bestimmten Höhe H vom tragfähigen Untergrund 1 aus und in einer bestimmten Breite W kontinuierlich verfestigt und in einen tragfähigen Bereich 3 umgewandelt wird. Das Verfahren wird mit einer Injektions- und Mischvorrichtung durchgeführt, die auf einem Boot 4 aufgestellt ist. Um die auf dem tragenden Untergrund 1 befindliche weiche Bodenschicht 2 im Bereich einer bestimmten Breite, Höhe und Länge kontinuierlich zu verfestigen, werden die Höhe H, die Breite W und die Länge L des zu verfestigenden Bereichs 3 passend gemäß der Fläche des für das Bauwerk erforderlichen verfestigten Baugrundes und der erforderlichen Festigkeit bestimmt.

Es wird .nun anhand der F i g. 2 bis 6 das Boot 4 zur Durchführung der Behandlung erläutert. Bei dieser Ausführungsform ist das Boot 4 mit zwei Schwimmkörpern 10 ausgerüstet, auf welchen ein Mischer 12 und eine Pumpe 13 angeordiict sind, um ein Bindemittel, das so von Einrichtungen an Land zugeführt wird, nochmals zu verrühren und zu mischen und auf Injektions- und Mischvorrichtungen 16, die nachfolgend im Detail beschrieben werden, zu verteilen. Eine Antriebseinheit 14 treibt den Mischer 12 und die Pumpe 13 an. ss

Am Heck des Bootes 4 sind Führungssäulen 15a und 156 angebracht, die ein Gerüst 11 tragen, das mehrere Injektions- und Mischvorrichtungen 16 (F i g. 5) enthält Die Vorrichtungen 16 sind nebeneinander in einer Reihe zusammengefaßt jede Injektions- und Mischvorrichtung 16 weist eine Grundplatte 19 auf, die in ein Paar Rahmenstielen 18a und 186 mit je einer U-förmigen Nut 17 höhenverstellbar angeordnet ist An den Seitenflächen der Grundplatte 19 sind Führungsrollen 20 vorgesehen, die in der U-förmigen Nut 17 geführt sind, es Ein Elektromotor 21 ist an der Vorderseite der Grundplatte 19 vorgesehen und dreht eine der Höhenverstellung dienende Welle 24 mittels Antriebsrädern 22 und 23, Die an einem Ende mit einem Antriebsritzel 26a und am anderen Ende mit einem Antriebsriizel 266 versehene Weile 24 ist in Lagern 25a und 256 drehbar gelagert Die Antriebsritzel 26a und 266 stehen in Eingriff mit Zahnstangen 27a bzw, 276, die an den Vorderseiten der Rahmenstiele 18a und 186 angebracht sind. An der Vorderseite der Grundplatte 19 ist außerdem ein weiterer Elektromotor 28 angeordnet, der eine durch die Grundplatte 19 hindurchgehende Rührwelle 30 mit Hilfe der Antriebsräder 29a und 296 antreibt Die Rührwelle 30 ist hohl und weist am unteren Ende ein Mischwerkzeug 31 auf, das in F i g. 6 gezeigt ist Das Mischwerkzeug 31 ist ebenfalls hohl und sein Hohlraum mündet in den Hohlraum der Rührwelle 30. Das Mischwerkzeug 31 weist an seinem Umfang viele Löcher 32 auf, durch welche ein Bindemittel ausgestoßen wird Das Bindemittel wird von der Pumpe 13 über einen nicht dargestellten Schlauch zum oberen Ende der sich durch die Grundplatte 19 hindurch erstreckenden hohlen Rüiirwelle 30 geliefert und durch die Löcher 32 des Mischwerkzeugs 31 ausgestoßen. Am spitzen Ende des Mischwerkzeugs 31 ist ein Grunddi jckdetektor 33 angeordnet

Wenn die Welle 24 durch den Antrieb des Elektromotors 21 gedreht wird, drehen sich die mit den Zahnstangen 27a und 276 im Eingriff stehenden Ritzel 26a und 266. Als Folge davon wird die Grundplatte 19 längs der Rahmenstiele 18a und 186 angehoben oder abgesenkt Dadurch ändert sich die Position des am unteren Ende der Rührwelle 30 angeordneten Mischwerkzeugs 31 in der weichen Bodenschicht Das Anheben und Absenken der Grundplatte 19 kann innerhalb eines bestimmten Bereiches dadurch ausgeführt werden, daß die Drehrichtung des Motors 21 abhängig von der Feststellung eines Grundruckes durch den Grunddrukdetektor 33 geändert wird. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Grunddruckdetektor 33 am spitzen Ende des Mischwerkzeugs 31 angebracht Statt dessen können natürlich vielerlei Arten von Druckdetektoreinrichtungen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Grunddruck auch festgestellt werden durch eine Drehkraftänderung des Antriebsmechanismus, die während des Absenkens der Rührwelle verursacht wird.

Die Injektions- und Mischvorrichtungen 16 sind am Boot 4 so angeordnet, daß sie unabhängig voneinander angehoben oder abgesenkt werden können. Wenn beispielsweise mit Hilfe des Grunddruckdetektors 33 eine Berührung des Mischwerkzeugs 31 einer Injektions- und Mischvorrichtung 16 mit der Oberfläche des tragenden Untergrundes 1 festgestellt worden ist, beginnt sich der Elektromotor 28 zu drehen, um die Rührwelle 30 zu drehen. Gleichzeitig wird ein durch die Löcher in den Mischwerkzeugen 31 ausgestoßenes Bindemittel in die weiche Bodenschicht eingerührt Dabei wird die Grundplatte 19 mit der Rührwelle 30 durch den Motor 21 gehoben. Wenn das Mischwerkzeug 31 dagegen eine vorbestimmte Höhe erreicht, wird es wieder abgesenkt Die weiche Bodenschicht wird dadurch bis zu einer bestimmten Höhe H vom tragenden Untergrund 1 aus und in einer bestimmten Breite W und Länge L kontinuierlich behandelt und verfestigt, daß die angegebenen Vorgänge zusammen mit einer Bewegung des Bootes wiederholt werden.

Während die Belegung der Grundplatte 19 einer jeden tnjektions- und Mischvorrichtung 16 nach unten aufgrund der unterschiedlichen Tragkraft des tragenden Untergrundes 1 nicht konstant ist, ist es vorteilhaft,

wenn die obere Bewegungsbegrenzung der Grundplatten 19 konstant eingestellt wird. Denn die obere Bewegungsbegrenzung bestimmt die Oberfläche des zu behandelnden Grundes.

Die oberen und unteren Bewegungsbegrenzungen der Grundplatte 19 werden gesteuert durch Änderung der Drehrichtung des Motors 21 entsprechend dem Wert, der durch den Grunddruckdetektor bzw. bei der anderen Vorrichtung durch eine Drehkraftänderung ermittelt worden ist. Es gibt eine weitere einfache Vorrichtung zur Steuerung der oberen Bewegungsbegrenzungen der Grundplatte 19. Es werden Begrenzungsschalter an einer festgelegten Position an den Rahmenstielen 18a und 18t angebracht, längs welcher die Grundplatte 19 angehoben und abgesenkt wird. Dadurch wird die obere Begrenzung der Grundplattenbewegung wirksam dadurch gesteuert, daß die Grundplatte in Berührung mit dem Begrenzungsschalter küiViiiii, weiii'i sie angeiiuueii wild. Die oberflächen uei durch die einzelnen Injektions- und Mischvorrichtungen 16 erzeugten Teile des behandelten und verfestigten Bodens liegen auf demselben Niveau, wenn man die Begrenzungsschalter jeder Injektions- und Mischvorrichtung 16 auf dieselbe Höhe einstellt. Falls erforderlich, kann man eine Oberfläche des verfestigten Bodens mit Niveau-Unterschieden willkürlich dadurch erhalten, daß man die Position der Begrenzungsschalter geeignet ändert. Die gesamte Einrichtung 11 mit mehreren Injektions- und Mischvorrichtungen 16 kann auch so ausgebildet sein, daß sie als Ganzes durch Betätigen einer Windenvorrichtung 34 längs der Führungssäulen 15a und 15£> um einen bestimmten Betrag angehoben und abgesenkt werden kann. Dadurch kann eine tief unterhalb der Wasseroberfläche liegende weiche Bodenschicht verfestigt werden, ohne daß Rührwellen langer Abmessung verwendet werden müßten, und die Behandlungsvorrichtung erhält so kompaktere Abmessungen.

Das Mischwerkzeug 31 kann abnehmbar am Ende der Rührwelle 30 mittels einer Stellschraube 35 befestigt sein, so daß es erforderlichenfalls gegen ein Mischwerkzeug mit anderem Durchmesser ausgetauscht werden kann.

Die Verfestigungsvorrichtung kann sich entweder selbständig fortbewegen mit Hilfe einer eigenen Antriebsvorrichtung, oder sie kann durch Schleppvorrichtungen, wie z. B. eine Winde, geschleppt werden, und anstelle eines Bootes kann ein Fahrzeug mit Rädern verwendet werden.

Als nächstes werden verschiedene Beispiele von Bauwerken beschrieben, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wirkungsvoll ausgeführt worden sind.

F i g. 7 zeigt eine Wasserstraße, die in einer weichen Bodenschicht mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung erbaut worden ist Wie in F i g. 7A gezeigt ist, wird die auf dem tragenden Untergrund 1 vorhandene weiche Bodenschicht in einer bestimmten Breite Wund Länge L bis zur Oberfläche //der weichen Bodenschicht verfestigt, um einen verfestigten Bereich 3 zu erhalten. Wie in Fig. 7B gezeigt ist, wird dann der mittlere Teil des verfestigten Bereichs 3 ausgeschnitten, herausgenommen und auf beide Ränder des verfestigten Bereichs 3 gesetzt, wodurch Wände für die Wasserstraße errichtet werden.

F i g. 8 zeigt ein Beispiel zur Befestigung eines Flusses, auf dessen Grund eine weiche Bodenschicht aufgehäuft ist. Wie Fig.8A zeigt, wird die auf dem tragenden Untergrund 1 vorhandene weiche Bodenschicht 2 teilweise verfestigt, und zwar über eine bestimmte Länge und in zwei bestimmten Breiten Wi und W₂, die in der Nähe der Flußufer liegen, bis zur Oberfläche dieser weichen Bodenschicht, wodurch verfestigte Bereiche 3 und 3' als Stützwände erhalten werden. Wie in Fig.8B

ίο gezeigt ist, werden dann Rammplatten oder Pfähle 5 in die verfestigten Bereiche 3 und 3' eingerammt, und die dazwischen liegende weiche Bodenschicht wird in den zwischen den Rammplatten und den Ufern erzeugten Raum gepumpt. Die Oberfläche der nach oben gesaugten weichen Bodenschicht und deren hinter den Rammplatten liegender und an die Stützwände angrenzender Teil werden in einer erforderlichen konstanten Dicke verfestigt.

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Wie F i g. 9A zeigt, wird eine weiche Bodenschicht 2, die einen bestimmten Abstand vom Ufer aufweist und auf einem tragenden Untergrund liegt, teilweise verfestigt, und zwar in einer bestimmten Breite Wund Länge L bis zur Oberfläche H der weichen Bodenschicht, wodurch ein wandartiger verfestigter Bereich 3 erhalten wird. Wie in F i g. 9B gezeigt ist, werden dann Rammplatten 5 in die Wand gerammt, und die auf dem Boden aufgehäufte weiche Bodenschicht wird in den zwischen den Rammplatten und dem Ufer erzeugten Raum

jo gepumpt. Die Oberfläche der heraufgesaugten weichen Bodenschicht und deren an der Rückseite der Rammplatten 5 und an die Wand angrenzender Teil werden ebenso wie im zuvor erläuterten Fall in einer erforderlichen Dicke verfestigt. Wenn das Ufer hoch ist, empfiehlt es sich, diesen Arbeitsgang mehrfach zu wiederholen.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel für die Errichtung eines verfestigten Bereichs als Fundament für ein Bauwerk im Meer. Die auf dem tragenden Untergrund 1 vorhandene weiche Bodenschicht 2 wird in festgelegten Breiten W₁, W₂ und W₃ bis zu einer bestimmten Höhe H\ unter der Oberfläche der weichen Bodenschicht verfestigt, wodurch wandartige Bereiche 3 geschaffen werden, die in Längsrichtung kontinuierlich behandelt worden sind.

Mehrere Wände werden dadurch errichtet, daß die weiche Bodenschicht in einem geeigneten Abstand zur Stabilisierung behandelt wird. Die auf den Wänden liegende weiche Bodenschicht wird als nächstes bis zu einer bestimmten Höhe H₂ derart verfestigt, daß die Wände mit einer verfestigten Schicht bedeckt sind, wodurch ein Fundament erhalten wird. Danach *ird ein Bauwerk auf dem Fundament 3 errichtet Bei dem in Fig. 10 dargestellten Beispiel wird eine Betonwand 6 als Wellenbrecher auf einer durch Steinaufschüttung erzeugten Unterlage 7 errichtet, deren Fuß durch Steinaufschüttungen 8 gesichert ist

F i g. 11 zeigt ein Beispiel zur Befestigung der Uferböschung in Teichen und Seen, auf deren Boden eine weiche Bodenschicht vorhanden ist Um ein Abgleiten im bogenförmigen Bereich zu verhindern, ist die auf den Uferböschungen liegende weiche Bodenschicht in einem bestimmten Bereich auf der tragenden Unterlage verfestigt und mit Steinaufschüttungen 9 abgedeckt

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Verfahren zur Verfestigung einer auf einem tragfähigen Untergrund aufliegenden weichen Bodenschicht durch Einpressen eines Bindemittels in s die weiche Bodenschicht und gleichzeitiges Vermischen des Bindemittels mit dem Boden unter Verwendung einer horizontal verfahrbaren Injektions-und Mischvorrichtung mit mindestens einer hohlen Rührweile, die mittels einer Hubvorrichtung ι ο auf-und abbewegbar in einem Gerüst geführt ist, und die am unteren Ende mit einem Mischwerkzeug und daran angeordneten Injektionsöffnungen versehen ist, wobei die Rührwelle unter gleichzeitigem Einpressen des Bindemittels rotiert und dabei mit dem Mischwerkzeug über die Tiefe der zu verfestigenden Schicht auf- und abbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einen zu verfestigenden langgestreckten Bereich (3) kontinuierlich eingebracht wird, indem mindester» eine Injektions- und Mischvorrichtung (16) während des Einpressens des Bindemittels und der Betätigung der Rührwelle (30) in Längsrichtung des zu vefestigenden Bereichs (3) bewegt wird.

Z Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem horizontal verfahrbaren Gerüst, in dem mindestens eine mittels einer Hubvorrichtung auf- und abbewegbare Injektionsund Mischvorrichtung geführt ist, die eine mittels eines Drehantriebs drehbare, hohle Rührwelle enthält, durch die das Bindemittel einem am unteren Ende der Ruhrwelle angeordneten und mit Injektionsöffnungen versehenen Mischwerkzeug zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung eine durch senkrechte Rahmenstiele (18a, 18Z^des Gerüstes (11) geführte, auf- und abbewegbare Grundplatte (19) umfaßt, in der die Rührwelle (30) gelagert ist und die den Drehantrieb (28, 29a, 29b) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (19) einen Motor (21) und eine durch diesen antreibbare Welle (24) mit Antriebsritzelrt (26a, 26b) trägt, die in Eingriff mit Zahnstangen (27a, 27b) stehen, die an den Rahmenstielen (18a, 186,) angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Geräst (11) längs Führungssäulen (iSa, iSb) um einen bestimmten Betrag anhebbar und absenkbar ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, w dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Mischwerkzeugs (31) ein Grunddruckdetektor (33) angeordnet ist, durch den die Hubvorrichtung umsteuerbar ist.

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