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Verfahren und Einrichtung zum Herstellen eines
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Sanddrains oder dergleichen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Herstellen eines Sanddrains oder Sandpfahls, der eine untere, festgelagerte,
hauptsächlich sandige Schicht mit an der Oberfläche lagerndem, unverdichtetem, hauptsächlich
sandigem material verbindet und durch eine Schicht aus Klei und/oder Torf und/oder
locker gelagertem Sand hindurchführt.
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Verfahren dieser Art werden benutzt, um die Qualität eines Baugrundes
zu verbessern und zur Entwässerung des Untergrundes
beizutragen.
Ein als Sanddrainage bekanntes Verfahren sieht vor, daß im Untergrund lockere oder
feste Sandsäulen gebildet und die Oberfläche des Untergrundes mit einer Last beaufschlagt
wird, um das im weichen Untergrund enthaltene Wasser durch die Sand säulen hindurch
auszutreiben. Dieses Verfahren kann benutzt werden, um weichen Untergrund zu verfestigen.
Es hat den Nachteil, daß ziemlich viel Zeit nötig ist, um das Wasser in ausreichender
menge aus dem Untergrund zu entfernenq Es ist auch schwierig, die für diesen Vorgang
erforderliche Last aufzubringen bzw.
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wieder zu entfernen.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren, siehe die DT-OS 2 229 282, sieht
vor, daß Säulen aus verdichtetem Sand eng nebeneinander errichtet werden, wobei
das weiche Erdreich verdrängt und durch den Sand ersetzt wird. Hierfür wird zunächst
ein leeres Bohrrohr bis zu einer vorbestimmten Tiefe in den Boden eingetrieben und
danach das Rohr wieder ein Stück hochgezogen. Anschließend wird das Rohr mit Sand
gefüllt, der in den durch das Hochziehen des Rohres gebildeten Hohlraum gelangt.
Sodann wird das Bohrrohr erneut in das Erdreich eingetrieben, wodurch der im Hohlraum
befindliche Sand verdichtet wird. Anschließend wird dieser Zyklus mehrfach auf jeweils
höherem Niveau wiederholt, bis schließlich eine bis zur Oberfläche reichende Sandsäule
errichtet ist. Nach der DT-OS 2 229 282 führt dieses Verfahren nur dann zu einwandfreien
Ergebnissen, wenn der Aufbau der einzelnen
Abschnitte der standsäule
fortlaufend überwacht wird. Es muß auf jeden Fall ausgeschlossen werden, daß Sandsäulen
hergestellt werden, die zwischendurch Abschnitte mit merklich geringerem Durchmesser
aufweisen.
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In der XT-OS 2 012 457 ist ein Verfahren beschrieben, das zur Bodenverdichtung
einen Pfahl, z.B. einen Rohrpfahl mit einer Wandstärke von 9,5 mm und einem Durchmesser
von 760 mm benutzt, der unter Beaufschlagung durch einen Vibrator in den Boden getrieben
und anschließend ebenfalls mit Hilfe von auf den Pfahl aufgebrachten Vibrationen
wieder gezogen wird. Statt eines Rohrpfahles können gemäß dieser Druckschrift auch
Doppel-T- oder I-Träger verwendet werden. Aufgrund der Verdichtung des Untergrundes
bis zu einer tragenden Schicht hin bildet sich gemäß dieser Druckschrift an der
Verdichtungsstelle ein flacher Trichter. Insgesamt ergibt sich durch dieses Vibrationsverfahren
bei lose aufgeschütteten oder aufgespülten Sandböden eine zwei- bis vierfache Steigerung
der Dichte des Bodens im aufgefüllten Bereich.
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In der DT-OS 1 784 299 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein
Rohr mit lose darunter angeordneter Fußplatte in den Boden gerammt, danach durch
Rütteln oder Vibieren des Rohres die Fußplatte beaufschlagt und dadurch der darunter
befindliche Boden verdichtet wird; anschließend wird auf der Fußplatte mit Hilfe
d.l -, als Schalung dienenden Rohres
ein Ortbetonpfahl hergestellt,
indem Beton in das Rohr gefüllt wird, und das Rohr wieder gezogen, Nach m Stand
der Technik werden Vibratoren benutzt, um Rohre oder pfahlähnliche Elemente in den
Boden zu treiben und über diese Elemente Schwingungen auf den Boden ein schließlich
der Bereiche zu übertragen, bis zu denen die pfahlähnlichen Elemente in den Boden
getrieben worden sind.
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Soll nicht nur der Boden verdichtet, sondern ein Sanddrain oder Sandpfahl
errichtet werden, so wird unter Verwendung besonderer Fördermittel Sand in ein in.den
Boden eingerammtes Rohr eingefüllt, das hierfür an seinem oberen Ende mit einem
besonderen Trichteransatz ausgebildet ist.
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Die bekannten Verfahren sind daher, trotz aller Fortschritte auf diesem
Gebiet, immer noch verhältnismäßig aufwendig.
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Das fällt umso stärker ins Gewicht, da ein durch die Herstellung von
Sanddrains und/oder Sandpfählen zu verbessernder Baugrund im allgemeinen mit einem
dichten Raster solcher Pfähle oder Drains überzogen werden muß. Die Erfindung bezweckt
deshalb, ein Verfahren zu schaffen, bei dem der Sanddrain oder Sandpfahl sich praktisch
selbsttätig ausbildet. Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung
eines Sanddrains, Sandpfahls oder dergleichen, der eine untere, festgelagerte, hauptsächlich
sandige Schicht mit an der Oberfläche lagerndem, unverdichtetem, hauptsächlich
sandigem
Material verbindet und durch eine Schicht aus Klei und/oder Torf und/oder locker
gelagertem Sand hindurchführt, wobei von der Oberfläche aus ein pfahlartiges Element
mittels Vibration in den Boden getrieben und zur Einführung von sandigem Material
in den Untergrund benutzt wird. Dieses Verfahren wird zur Lösung der Erfindungsaufgabe
derart ausgeführt, daß an dem Punkt, an dem das pfahlartige Element an der Oberfläche
zum Eintreiben in den Boden aufgesetzt wird, und in der Umgebung dieses Punktes
im Oberflächenbereich eine menge sandigen materials bereitgestellt wird, die während
der Vibration das selbsttätige Zufließen dieses materials zum pfahlartigen Element
ermöglicht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fließt demnach der an der Oberfläche
lagernde oder vorher aufgehäufte Sand selbsttätig zu dem in den Boden einzutreibenden
Pfahl und wird von diesem durch den Schwingungsvorgang mitgeführt.
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Das unmittelbare Einfüllen von Sand erübrigt sich. Damit wird der
Aufwand für die Herstellung eines Sandpfahls oder dergleichen ganz erheblich verringert.
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Vorzugsweise wird für das erfindungsgemäße Verfahren ein stufenlos
steuerbarer, insbesondere ein hydraulisch betätigter Vibrator verwendet. Dabei empfiehlt
sich ein Frequenzbereich von etwa 100 - 1800 pro minute. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird mit niedrigen Frequenzen, sozusagen schlagend angefahren und
danach die
Schwingungszahl erhöht. Im allgemeinen wiE man nach
dem Anfahren auf einen mittleren Shwingungsbereich von etwa 1200 pro minute gehen
und je nach Fortschritt während des Eintreibens nach oben und/oder unten variieren.
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Für die Ausführung des Verfahrens kann ein offenes Trägerprofil mit
am unteren Ende im Querschnitt sternförmig abstehenden Flügeln verwendet werden.
Die Verwendung geschlossener Profile ist ebenfalls möglich, wobei in dem geschlossenen
Profil längs der Achse öffnungen vorgesehen sind, die im unteren Bereich des Rohres
des Austreten von material aus dem umschlossenen Querschnitt und im oberen Bereich
das Eintreten und Abwärtsfließen von Material ermöglichen.
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Die Ausführung des Verfahrens kann zusätzlich dadurch beschleunigt
werden, daß am pfahlartigen Element eine oder mehrere Spüllanzen angeordnet werden
und während des Eintreibens zusätzlich gespült wird.
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Weitere Vorzüge und merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung
beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2
einen Querschnitt durch den unteren Teil eines für die Ausführung des Verfahrens
nach Fig. 1 zu verwendenden pfahlähnlichen Elementes, Fig. 3 und 4 zwei Abschnitte
einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 5 und 6
der Fig. 2 entsprechende Schnittdarstellungen durch für das erfindungsgemäße Verfahren
zu verwendende pfahlähnliche Elemente.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Verbesserung der qualität,
insbesondere der Tragfähigkeit einer Bodenart, die häufig in Küstengebieten und
im Bereich von Flußmündungen angetroffen wird. Eine Oberflächenschicht 1, die Sand
in verschiedener Dichte enthält und die auch eine Aufspülungsschicht sein kann,
liegt über einer Schicht 2 aus Klei und/oder Torf und/oder locker gelagertem Sand.
Der Untergrund 3 besteht aus festgelagertem Sand. Für die Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird ein pfahlähnliches Element 10 mittels eines Vibrators 24, in den
Boden getrieben, wobei aufgrund der Vibration in einem durch den Durchmesser des
Elementes 10 bestimmten Querschnittsbereiches Sand oder sandartiges material von
der Oberfläche selbsttätig mit dem Element 10 nach unten gezogen wird. Dazu muß
an der Oberfläche eine ausreichende menge Sand vorhanden sein, der unter Einwirkung
der Vibration und Schwerkraft selbsttätig zum Pfahl 10 1in und mit dem Pfahl 10
abwärts fließt. Falls die Schicht 1 nicht dick genug oder bereits
verfestigt
ist, wird an der Oberfläche, wie bei A angedeutet, Sand angehäuft. Es genügt also,
wenn im Rammpunkt bzw.
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in der unmittelbaren Umgebung des Pfahles 10 Sand bereitgestellt wird.
Die punktierte Linie B deutet den Einzugsbereich des Sandes an. Bei einer entsprechenden
Bemessung des zugeführten Sandes A kann erreicht werden, daß die Oberfläche im Anschluß
an die Herstellung des Sanddrains, nachdem das Pfahlelement 10 wieder herausgezogen
ist, praktisch eben ist.
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Der erfindungsgemäß hergestellte Sanddrain oder -pfahl ist von der
Grundschicht 3 her im wesentlichen zylindrisch. Der trichterförmige Bereich 8, der
durch den Schließvorgang beeinflußt wird, ist innerhalb der Schicht 1 größer als
der eigentliche verdichtete Kern.
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Das pfahlähnliche Element 10 kann z.B. aus einem Doppel-T-oder I-Profil
hergestellt sein, an dem im unteren Bereich Seitenstege entfernt und stattdessen
Flügel 12 aufgeschweißt sind, die über den Querschnitt des eigentlichen Trägerprofils
allseitig um etwa das 1 1/2-fache vorstehen. In Fig.2 ist eine Form gezeigt, bei
der auf einen mittleren Flügel 18 beiderseits T-Profile 14 und 16 aufgesetzt sind,
in deren nach außen offenen Winkeln die Flügel 12 derart angeschweißt sind, daß
ein symmetrisch zum Flügel 18 liegendes Kreuz gebildet wird. Am oberen Ende des
Pfahles 10 ist ein
Vibrator 24 mit Hilfe eines tGerbindungsstückes
28 angeordnet, welches die Schwingungen des Vibrators 24 auf den Pfahl 10 überträgt.
Am Verbindungsstück 28 greift oben ein Hebezeug 26 an, mit dem der Pfahl 10 wGhrend
des Einrüttelns gehalten und anschließend ebenfalls unter Einschalfung des Vibrators
24 wieder gezogen wird.
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Zur Erleichterung des Niederbringens des Pfahles 10 können an diesem
ein oder mehrere Spüllanzen 20 befestigt sein, die an ihrem oberen Ende einen Wasseranschluß
aufweisen, durch den hindurch während des Einrüttelns Wasser zugeführt und nach
unten gepumpt wird.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
unter Benutzung von kastenförmigen Profilen 30* Die Bezugszeichen 1, 2, 3, A und
B haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Auch hier ist zu beachten, daß bei
ausreichender Dicke der Schicht 1 und unter der Voraussetzung, daß der Sand in der
Schicht f durch Einwirkung von Schwingungen zum Fließen gebracht werden kann, eine
zusätzliche Anhäufung A von Sand an der Oberfläche nicht erforderlich ist. Stattdessen
können die durch Ausführung des Verfahrens entstehenden Trichter B', Fig. 4, nach
Herstellung der Sanddrains bzw. -pfähle C mittels Planierraupe oder dergleichen
wieder eingeebnet werden.
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Der Pfahl 30 ist in diesem Beispiel ein Doppel-T-Träger, auf dessen
Seitenstege Bleche 32 aufgeschweißt sind, deren äußere Kanten über die Seitenstege
des Trägers 30 hinausragen und gegeneinander gebogen sind, siehe die uerschnittsdarstellung
in Fig. 5. Die Länge und Form oder Richtung der über die Seitenstege hinausragenden
Flügel der Bleche 32 können je nach Bodenart und Durchmesser des herzustellenden
Sanddrains oder -pfahls gewählt werden.
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Die Bleche 32 sind mit Abständen voneinander auf die Seitenstege des
Trägers 30 aufgeschweißt, so daß nach beiden Seiten Öffnungen 33 vorhanden sind.
Am unteren Ende 34 ragt der eigentliche Pfahl 30 etwas über die untersten Seitenbleche
32 hervor. Beim Einrammen des Pfahls 30 gleitet das Bodenmaterial vom untersten
Abschnitt 34 her zwischen den Blechen 32 und dem mittelsteg des Pfahles 30 hoch
und tritt zu einem erheblichen Teil aus den ersten Uffnungen 33 über den unteren
Blechen 32 aus, wobei das Material gleichzeitig mit dem von oben kommenden Sand
vermischt und verfestigt wird.
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Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform
eines pfahlähnlichen Elementes 40. Dieser Pfahl 40 ist aus vier U-Profilen 42, 44
zusammengesetzt, die zur Verbesserung der Durchmischung im Bereich der mittelstege
43 bzw. 45 mit Öffnungen ausgebildet sein können.
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Die nach außen weisenden freien Schenkel der U-Profile 42 bilden in
diesem Fall die Flügel, mit deren Hilfe die
Vibrationen des Vibrators
auf das umgebende Erdreich und den mit nach unten fließenden Sand übertragen werden.
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Stattdessen können auch Rohre mit Perforationen und angeschweißten
Flügelblechen oder fertige Hohlkastenprofile, ebenfalls mit Perforierungen und angeschweißten
Flügeln, verwendet werden.
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Eine zusätzliche Verdichtungswirkung wird erzielt, wenn das Ziehen
des Pfahles im Pisgerschrittverfahren vorgenommen wird, so daß beim Ziehen von oben
nachsackendes material über einen Teil der gezogenen Höhe durch erneute Vibration
weiter verdichtet wird.
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Die Verdichtung kann gegebenenfalls durch Zusätze gefördert werden.
Wesentlich für die Ausführung des Verfahrens ist das physikalische Verhalten des
materials, das an dem Pfahlelement aufgrund des Rüttelvorganges abwärts fließt.
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- PATENTANSPRÜCHE -
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