DE2725453A1

DE2725453A1 - Verfahren zum verfestigen von boeden durch bodengefrieren

Info

Publication number: DE2725453A1
Application number: DE19772725453
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing Grad Rebhan
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1977-06-04
Filing date: 1977-06-04
Publication date: 1978-12-14
Also published as: AT350979B; ATA607077A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von
Böden aller Art durch Bodengefrieren unter Verwendung eines flüssig vorliegenden Kühlmediums mit einem unter OOC liegenden Siedepunkt, wobei das Kühlmedium über ein Fallrohr, welches in eine in den zu gefrierenden Boden niedergebrachte Bohrung eingebracht wird, eingeleitet wird.
Derartige Verfahren finden beispielsweise bei der Verfestigung von Baugrund oder der Vertäufung von Schächten Anwendung. Bei bekannten Verfahren werden dabei Gefrierrohre in den Boden eingelassen, die aus einem Zuführungs-oder Fallrohr und einem das Zuführungsrohr konzentrisch umgebenden Gefrier- oder Steigrohr bestehen. Das flüssige Kühlmedium tritt dabei aus einer oder mehreren Öffnungen des Fallrohres in das Steigrohr ein, tauscht über die Außenwand des Steigrohres Wärme mit dem umgebenden Boden aus, verdampft dabei und tritt anschließend an der Bodenoberfläche aus dem Steigrohr aus.
Die Kälteausnutzung des entstehenden Gases ist dabei meist so gering, daß mehrere Rohre in Reihe geschaltet werden müssen, um eine wirtschaftlich vertretbare Anwendung zu erreichen. Damit ist jedoch eine ungleichmäßigere Frostkörperbildung im Boden verbunden, da das gasförmige Kühlmedium in nachgeschalteten Rohren immer wärmer wird. Um dennoch ein gleichmäßiges Gefrieren des Bodens zu erzielen, sind aufwendige konstruktive Maßnahmen erforderlich, wie sie beispielsweise in der DT-OS 21 56 420 beschrieben sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das eine gute Kälteausnutzung des Kühlmediums unter Berücksichtigung einer homogenen Frostkörperbildung ermöglicht und das zudem mit einfachen Mitteln durchführbar ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in den von der Bohrungswand und dem Fallrohr gebildeten Ringraum vor Einleitung des Kühlmediums eine poröse Masse eingefüllt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt im Gegensatz zu bekannten Verfahren das Steigrohr völlig. Die poröse Substanz zwischen der Bohrungswand und dem Fallrohr ermöglicht die Rückführung des sich erwärmenden Gases zur Erdoberfläche. Die Kälte des Kühlmediums wird dabei durch den direkten Wärmeaustausch mit dem Boden besser genutzt.
als bei der indirekten Kühlung durch die Außenwand eines Steigrohres. Außerdem verursachen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens geringe Kosten, da lediglich ein Rohr verwendet wird.
Ein bedeutender Vorteil gegenüber Doppelrohrkonstruktionen ist darin zu sehen, daß das ausströmende Kühlmedium auf das Fallrohr zufließendes Wasser zurückdrängt und gefriert.
Dadurch ist es möglich, das Verfahren auch noch bei Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers einzusetzen, bei denen ein Gefrieren mit Doppelrohrkonstruktionen unmöglich ist.
Als poröse Masse wird vorteilhaft Kies oder Sand einer bestimmten Korngröße und Rieselfähigkeit verwendet. Diese Materialien ermöglichen den Durchtritt des Gases an die Erdoberfläche und verhindern ein Verstopfen der Öffnung des Fallrohres durch den umgebenden Boden. Ihre Rieselfähigkeit gewährleistet, daß der Zwischenraum zwischen Fallrohr und Bohrungswand vollständig ausgefüllt wird, was für einen guten Wärmekontakt mit dem umgebenden Boden wichtig ist.
Es ist günstig, das Kühlmedium unter Druck in die poröse Masse einzuleiten. Durch die dann erfolgende Eindüsung des Kühlmediums in die poröse Masse wird auf das Fallrohr zufließendes Wasser besonders wirkungsvoll zurückgedrängt, so daß keine Verstopfungsgefahr durch Eisbildung besteht.
Besonders günstig ist es, das Fallrohr neben der unteren Öffnung mit seitlichen Löchern zu versehen, aus denen zusätzlich Kühlmedium austreten kann. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß das Kühlmedium entlang einem Teilbereich des Fallrohres oder auch auf seiner ganzen Länge in die poröse Masse eingeleitet wird. Die Löcher in der Wand des Fallrohres weisen dabei in günstiger Weise mit zunehmender Tiefe größere Querschnitte auf, um ein gleichmäßiges Ausströmen des Kühlmediums zu gewährleisten.
Auch bei Verwendung von Sand als porös er Masse besteht dabei keine Verstopfungsgefahr der seitlichen Löcher, wenn das Kühlmedium unter Druck eingeführt wird. Bei Beginn der Kühlung werden die verstopften Querschnitte freigeblasen. Versuche haben gezeigt, daß auch bei einer Füllung mit feuchtem Sand keine Verstopfung, etwa durch Ausbildung eines homogenen Frostkörpers, erfolgt, es bildet sich vielmehr in diesem Fall innerhalb des Frostkörpers ein dichtes Netz von Kanälen für das Kühlmedium aus.
Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, metallische Fallrohre außen mit Rippen zu versehen. Dadurch wird aufgrund der großen Wärmeleitfähigkeit der Wärmeaustausch mit dem Boden noch verbessert.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in zweckmäßiger Weise so durchgeführt, daß zunächst ein Stützrohr in die Erdbohrung eingebracht wird. Anschließend wird das Fallrohr eingeführt und der zwischen Stütz- und Fallrohr entstehende Ringraum mit der porösen Masse aufgefüllt. Vor dem Einleiten des Kühlmediums in das Fallrohr wird das Stützrohr aus der Erdbohrung herausgezogen. In Fällen, in denen mit einem raschen Eindringen von Wasser in das Fallrohr zu rechnen ist, kann bereits mit dem Einleiten des Kühlmediums begonnen werden, bevor das Stützrohr entfernt wird. Damit wird verhindert, daß Wasser ins Fallrohr eindringt und darin unter Verstopfung der Austrittsöffnungen gefriert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von zwei in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine verfahrensgemäße Anordnung und Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere verfahrensgemäße Anordnung.
Fig. 1 zeigt eine Bohrung 1 im Erdreich 2, in die ein Stützrohr 3 eingebracht ist. Das Stützrohr 3 verhindert das Einstürzen der Wände der Bohrung 1. Es kann unmittelbar nach Ende des Bohrvorganges eingebracht werden. Innerhalb des Stützrohres 3 ist das Fallrohr 4, beispielsweise ein zwei-Zoll-Rohr, angeordnet. Es ist oberhalb der Erdoberfläche zweckmäßigerweise von einer wärmeisolierenden Schicht 5 umgeben, um in diesem Bereich eine möglichst geringe Verdampfungsrate zu erhalten. Das Fallrohr 4 mündet kurz oberhalb des Bodens der Bohrung 1. Das Kühlmedium, beispielsweise flüssige-Stickstoff, verläßt das Fallrohr 4 durch die untere Öffnung 6 und strömt gasförmig durch die poröse Masse 7 zur Erdoberfläche zurück. Der Zwischenraum zwischen dem Stützrohr 3 und dem Fallrohr 4 ist mit einer rieselfähigen porösen Masse 7, beispielsweise mit Kies, aufgefüllt. Wird das Stützrohr 3 entfernt, so werden die dann entstehenden Hohlräume durch die nachrieaelnde poröse Masse 7 ausgefüllt und ein intensiver Kontakt zum umgebenden Erdreich 2 hergestellt.
In der Fig. 2 ist eine Anordnung gezeigt, bei der das Stützrohr 3 bereits entfernt ist. Das Fallrohr 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel innerhalb seiner Wandung Löcher 8 auf durch die zusätzlich Kühlmittel austreten kann.
Darüber hinaus ist das Fallrohr 4 mit Rippen 9 versehen, um den Wärmeübergang zu verbessern.

Claims

Verfahren zum Verfestigen von Böden durch Bodengefri eren Patentansprüche 1Verfahren zum Verfestigen von Böden aller Art durch Bodengefrieren unter Verwendung eines flüssig vorliegenden Kühlmediums mit einem unter 0°C liegenden Siedepunkt, wobei das Kühlmedium über ein Fallrohr, welches in eine in den zu gefrierenden Boden niedergebrachte Erdbohrung eingebracht wird, eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den von der Bohrungswand und dem Fallrohr (4) gebildeten Ringraum vor Einleitung des Kühlmediums eine poröse Masse (7) eingefüllt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als poröse Masse (7) Kies oder Sand verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium unter Druck in die poröse Masse (7) eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium mindestens entlang einem Teilbereich des Fallrohres (4) gleichmäßig in die poröse Masse (7) eingeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Fallrohres (4) mit Bohrungen (8).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Fallrohres (4) mit Rippen (9).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Erdbohrung (1) zunächst ein Stützrohr (3) und in dieses das Fallrohr (4) eingebracht wird, anschließend der zwischen Stützrohr (3) und Fallrohr (4) entstehende Ringraum mit der porösen Masse (7) aufgefüllt und vor dem Einleiten des Kühlmediums in das Fallrohr (4) das Stützrohr (3) aus der Erdbohrung (1) herausgezogen wird.