DE3323332A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von erdbohrungen und zum zementieren des bodens sowie verfahren zur bodenverfestigung und verfahren zur bodenuntersuchung mit hilfe der vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur durchfuehrung von erdbohrungen und zum zementieren des bodens sowie verfahren zur bodenverfestigung und verfahren zur bodenuntersuchung mit hilfe der vorrichtung

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Tonan Kaihatsu Kogyo Co Ltd Tokyo
Toa Grout Kogyo Co Ltd
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Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Erdbohrungen und zur Verfestigung lockerer Erdschichten, zur Stabilisierung untauglichen Baugrundes usw. durch Einspritzen von Zementmilch oder dgl. sowie ein Verfahren zur Bodenverfestigung und ein Verfahren zur Untersuchung des Bodens nach Durchführung der Bodenverfestigung, wie beispielsweise zur Messung der Durchlässigkeit des Bodens an einer Baustelle, zur i-lessung der Bodenfestigkeit an einer Baustelle und zur Messung ier Bodenausschwemmung an einer Baustelle mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beim Einspritzen von Zementmilch oder dgl. zur Verfestigung les Bodens oder einer Gründung wird vielfach das sogenannte 1,5-Schuß-Verfahren angewendet, bei welchem in ein Bohrloch eine Hohlstange für die Zufuhr einer Flüssigkeit eingesetzt wird, in diese Hohlstange dann Zementmilch oder dgl. mit einer Jelzeit von 1 bis 2 min eingepumpt und am unteren Ende der Stange abgelassen wird, wodurch das Mittel in den Boden eindringen kann. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß las Zementierungsmittel längs eines langgestreckten Ringspaltes zwischen der Hohlstange und dem Bohrloch fortlaufen kann, sodaß keine effektive Einspritzung erzielbar ist. Um diesen Nachteil zu überwinden, kann es ratsam sein, ein Verfestigungsnittel mit kürzerer Gelzeit von beispielsweise 1 bis 20 see einzuspritzen, wodurch die Gelbildung beschleunigt und ein Auslaufen verhindert wird, doch beginnt die Gelbildung in der ■ lohlstange bereits früher, sodaß die Gefahr besteht, daß in der Hohlstange Verstopfungen auftreten.
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Um diese Gefahr zu überwinden, wird das sogenannte 2-Schuß-Verfahren angewendet, bei welchem eine Zweikanal-Stange für die Zufuhr einer Flüssigkeit verwendet wird, welche Durchlässe für die getrennte Zufuhr von zwei Verfestigungsmitteln besitzt, welche an der Ausflußöffnung der Zweikanal-Stange miteinander vermischt werden und dadurch eine Verfestigungsmittel-Mischung ergeben, welche schnell abbindet und in den Boden eindringt. Das Auslaufen des Verfestigungsmittels kann auf diese Weise im wesentlichen verhindert werden. Andererseits kann die schnell abbindende Mischung weniger gut in den Boden eindringen. Wenn sie mit Gewalt in den Boden eingespritzt wird, erfolgt das Eindringen aderartig und eine durchdringende, gleichmäßige Einspritzung ist kaum erzielbar. Außerdem können im Boden infolge der aderartigen Infiltration Risse entstehen.
Um das Problem zu lösen, wurde ein Einspritzverfahren entwickelt, bei welchem ein Verfestigungsmittel mit kurzer Gelzeit und schneller Abbindung und ein Verfestigungsmittel mit langer Gelzeit verwendet werden. Eine Zweikanal-Stange der vorbeschriebenen Art wird für die Zufuhr von zwei Komponenten, welche bei Vermischung das schnell abbindende Verfestigungsmittel ergeben, verwendet, und durch die auf eine vorgegebene Tiefe eingeführte Hohlstange die entstehende Mischung nach der Seite in den Ringspalt zwischen Hohlstange und Bohrloch auszugeben und die sogenannte Packung durch die Verfestigungsmittelmischung zu bilden. Anschließend wird das Verfestigungsmittel mit langer Gelzeit durch die Hohlstange zugeführt und unter diese Packung gespritzt. Infolgedessen kann ein Verfestigungsmittel mit langer Gelzeit eingespritzt werden und
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es läßt sich rund um und längs des unteren Bereiches der Hohlstange eine durchdringende gleichmäßige Verfestigung des Bodens erreichen. Allerdings ist die Ausbildung der Packung durch die Verfestigungsmittelmischung kaum zu regulieren. Eine zufriedenstellende Packungswirkung kann einerseits nicht erzielt werden, wenn eine zu geringe Menge abgegeben wird, während eine aderartige Infiltration erfolgt, wenn eine zu große Menge abgegeben wird, wobei sich die Risse im Boden entwickeln.
Bei einem weiteren Verfahren, der sogenannten "sleeve injection' method", zum Einspritzen eines Zementierungsmittels mit langer Gelzeit wird nach dem Bohrvorgang in das Bohrloch ein weites Rohr eingesetzt, in den Spalt zwischen dem Bohrloch und diesem Rohr eine Mischung aus Zement und Bentonit eingefüllt, alsdann in das weite Rohr nach dem Abbinden dieser Mischung ein Innenrohr eingesetzt, welches am unteren Ende zwei scheiben- oder lampenschirmartige Gummipackungen be sitzt, welche einander gegenüber angeordnet sind und mit ihrem jeweiligen Umfang abdichtend an der Innenwandung des Außenrohres anliegen, sodaß eine abgedichtete Kammer zwischen zwei Packungen und der Innenwandung des Außenrohres entsteht. Diese abgedichtete Kammer wird mit einer Gruppe von stufenweise im Außenrohr vorgesehenen Auslaßöffnungen in Übereinstimmung gebracht und in die Kammer durch das Innenrohr ein Zementierungsmittel eingepumpt, wodurch in dem Zementbentonit infolge des Druckes dieses aus den Abflußöffnungen ausgedrückten Zementierungsmittels Risse entstehen. Durch diese Risse wird das Verfestigungsmittel in den Boden eingespritzt, wobei der Einspritzvorgang stufenweise nach oben oder nach unten erfolgt, um in dem gewünschten Tiefenbereich eine Bodenverfestigung zu erreichen. Dieses Verfahren
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hat den Nachteil, daß das Außenrohr im Bohrloch zurückbleiben muß und nicht nochmals verwendet werden kann und daß Zementbentonit eingefüllt werden muß, und die entstehenden Risse wieder unbedingt sicher gleichmäßig im Zementbentonit beim Einspritzen des Verfestigungsmittels ausgebildet noch künstlich reguliert werden können, sodaß ein gleichmäßiges Einspritzen des Verfestigungsmittels nicht gewährleistet werden kann und außerdem viele Arbeitsgänge erforderlich sind und das ganze Verfahren zeitaufwendig ist.
Wenn die WasserdurchläasLgkeit eines Bodens in verschiedenen Bodenschichten an einer Meßstelle untersucht werden soll, wurde bisher zunächst eine Bohrmaschine mit einer Bühne für Schachtbohrungen an der Meßstelle aufgebaut und dann eine Bohrung bis auf eine gewünschte Tiefe mit einer Drehbohr- oder Schlagbohreinrichtung niedergebracht, wobei ein Spülschlamm verwendet wurde, um die Bohrlochwandung vor dem Abbröckeln zu schützen, oder wobei das Bohrloch verrohrt wurde, um es bei fortschreitendem Kühlschlammbohren zu schützen. Das Futterrohr hat gewöhnlich einen Durchmesser von 50 bis 400 mm.
Wenn die Kühlschlammbohrung auf die gewünschte Tiefe niedergebracht wurde und das Bohrloch verrohrt ist, wird die im Futterrohr befindliche Mischung von Spülschlamm und losgelöstem Boden oder Sand oder Lehm vollkommen durch sauberes Wasser ersetzt, welches in das Futterrohr eingebracht wird, um dessen Innenseite auszuwaschen und diese Mischung vollkommen aus dem Futterrohr zu entfernen. Alsdann wird in das Futterrohr eine Pumpe eingesetzt, um im Futterrohr angesammeltes Untergrundwasser hochzupumpen und die Wasserdurchlässigkeit der betref-
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fenden Bodenschicht zu messen. Falls kein Platz zum Einsetzen der Hebepumpe in das Futterrohr vorhanden ist, wird das Untergrundwasser, welches sich im Futterrohr angesammelt hat, aus dem Futterrohr durch Lufteinpressen (airlift) vollkommen entfernt, um die Wasserdurchlässigkeit der Bodenschicht aus den zeitlichen Veränderungen in der Menge des im Futterrohr angesammelten Untergrundwassers zu messen. Man kann auch sauberes Wasser in das Futterrohr einbringen und eine zeitliche Veränderung des Wasserstandes im Futterrohr gegenüber dem höchsten Wasserstand durch Einbringen des sauberen Wassers bis auf den normalen Wasserpegel herab beobachten, um die Wasserdurchlässigkeit der Bodenschicht zu bestimmen.
Alle diese Verfahren erfordern so viel Zeit vom anfänglichen Bohrvorgang bis zur abschließenden Messung mit dem Einbringen eines Futterrohres, daß die Messung an vielen Meßstellen sehr viel Zeit, Arbeit und Kosten verursacht. Dies bedeutet, daß, wenn eine große Fläche oder eine lange Straße untersucht werden muß, es bisher nur möglich war, eine Untersuchung oder Messung bezüglich der Wasserdurchlässigkeit bei einer Fläche
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von 500 bis 1000m oder bei einer Straße von 100 oder 200 m Länge durchzuführen. Der Grund hierfür liegt auch darin, daß bei den herkömmlichen Verfahren zur Untersuchung der Wasserdurchlässigkeit sehr viel Zeit und Arbeit für die vorbereitenden Arbeiten benötigt werden. Oftmals werden ausgedehnte Nebenarbeiten erforderlich, um die wenigen Meßstellen zu kompensieren, an denen die Untersuchung durchgeführt wurd.
Um die eigentliche Bodenfestigkeit in verschiedenen Tiefen an einer Baustelle zu messen oder zu untersuchen, stehen der
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Standard-Bindringtest bzw. der erst kärzlich entwickelte und nunmehr zunehmend angewendete Seitenbelastungstest bzw. andere verschiedene Tests je nach der Art des zu untersuchenden Bodens zur Verfügung.
Bei dem Standard-Eindringtest handelt es sich um ein Verfahren, bei welchem in den Boden mit einer Drehbohrmaschine ein Bohrloch auf eine vorgegebene Tiefe niedergebracht wird, am unteren Ende der Bohrstange ein Raymond-Bodenprobennehmer von etwa 5 cm Durchmesser und etwa So cm Länge befestigt wird und ein Gewicht von 63,5 kg aus einer Höhe von 75 cm auf die Bohrstange herab fallengelassen wird, um den Probennehmer in den zu untersuchenden Boden einzutreiben. Die eigentliche Festigkeit des Bodens wird aus der erforderlichen Schlagzahl geschätzt, welche nötig ist, um den Probennehmer 30 cm tief in den Boden zu treiben, wobei die erforderliche Schlagzahl im allgemeinen mit "N-Wert" bezeichnet wird.
Bei dem Seitenbelastungstest handelt es sich um ein Verfahren, bei welchem in den Boden auf eine zu untersuchende Tiefe mit einem Bohrrohr von 30 cm Durchmesser mittels einer Drehbohrmaschine eine Bohrung niedergebracht wird. Nach Abschluß der Bohrung wird das beim Bohren verwendete saubere Wasser oder Spülschlamm aus dem Bohrrohr entfernt und ein elastomeres zylindrisches Rohr in das Bohrrohr eingesetzt, welches durch Preßluft derart aufgebläht wird, daß eine sichere Abdichtung an der Bohrlochwandung erreicht wird, woraufhin die Luftzufuhr zu diesem elastomeren Rohr zwecks Erhöhung des Druckes im Rohr erhöht wird und die Deformationsgeschwindigkeit der Bohrlochwandung infolge des erhöhten Druckes gegenüber der Geschwindig-
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keit der Luftzufuhr bestimmt wird, wodurch sich die Festigkeit der Bodenschicht in der gewünschten Tiefe bestimmen läßt. Gewöhnlich hat das elastomere zylindrische Rohr eine effektive Länge von 1,0 bis 2,0 m.
Bei diesen bekannten Tests muß beim Bohrvorgang mit einem Futterrohr oder einem Bohrrohr gearbeitet werden, um ein Abbröckeln der Bohrlochwandung zu verhindern, bevor die eigentliche Messung überhaupt durchgeführt werden kann. Infolgedessen überwiegt der Anteil der Bohrarbeiten gegenüber den eigentlichen Untersuchungen. Insbesondere, wenn eine Bodenschicht in einer Tiefe von beispielsweise 30 bis 50 m oder tiefer untersucht werden soll, muß ein Futterrohr bzw. ein Bohrrohr von größerem Durchmesser verwendet werden, sodaß der Bohrvorgang viel Zeit und Arbeit kostet. Mit zunehmender Tiefe sinkt außerdem die Zuverlässigkeit der Untersuchung und diese ergibt oftmals keine korrekten Daten, welche den tatsächlichen Zustand wiedergeben.
Bei der Durchführung von Erdbohrungen unter Verwendung eines Spülsohlammes, der Bentonit, Tonpulver oder rohen Lehm oder auch andere chemische Verbindungen oder Naturfasern oder dgl. enthält, hat der plötzliche Verlust von Spülschlamm einen großen Einfluß auf das Fortschreiten und die Qualität und den Abschluß der Arbeit, unabhängig von der Art und Weise, wie die Arbeiten durchgeführt werden.
Wenn beispielsweise der Boden eine stark wasserdurchlässige Schicht oder auch Leerräume aufweist, läuft der zum Bohren verwendete Spülschlamm fortlaufend aus, sodaß eine beträcht-
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liehe Menge des hergestellten Spülschlammes unwirksam verlorengeht. Das Bohrloch kann durch den ausströmenden Spülschlamm auch ausbröckeln, und die große Menge nutzlos ausgelaufenen Spülschlammes verunreinigt das natürliche Grundwasser, sodaß dieses weitgehend verdorben wird. Dies trifft auch bei Tunnelarbeiten zu, bei denen ein Spülschlamm oder dgl. verwendet wird.
Bei der Durchführung von Erdbohrungen unter Verwendung eines Spülschlammes wurde bisher die Neigung eines plötzlichen Verlustes von Spülschlamm oder ein plötzliches Auslaufen von Spülschlamm in der Weise überprüft, indem eine große Bodenraenge in der gewünschten Tiefe an der Baustelle durch spezielle Vorrichtungen, beispielsweise mit einem Greifer, einem Erdbohrer oder irgendeiner anderen Einrichtung, als Probe entnommen wird, woraufhin die Bodenprobe in einem Laboratorium eingestampft wird und die aus dem eingestampften Boden ausgetretene Menge an Spülschlamm ermittelt wird. Bei diesem Verfahren wird der Boden in zerstörtem Zustande als Probe entnommen, sodaß diese Bodenprobe völlig andersartig ist als der eigentliche Boden im Naturzustand und nur eine Tendenz trotz des kosten- und arbeitsaufwendigen Tests geschätzt werden kann. Es besteht ein großer Unterschied in den Resultaten zwischen der Untersuchung des könstlich hergestellten Bodens, dh. der Bodenprobe, und der Untersuchung des Bodens im Naturzustand. Insbesondere bei der Bodenuntersuchung sind der Aufbau und der Zustand des Bodens sehr unterschiedlich und es gibt gewöhnlich niemals zweimal die gleichen Zusammensetzungen und Zustände. Bisher gibt es noch keine direkte
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Untersuchung bezüglich des Verlustes an Spülschlamm im natürlichen Boden in irgendeiner Tiefe an der Baustelle (Baustellen-Test), sondern es steht nur ein indirektes Verfahren zur Schätzung eines plötzlichen Wasseranstiegs aus der Wasserdurchlässigkeit und dem Grundwasser im Boden zur Verfügung.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Einspritzen eines Verfestigungsmittels in den Boden zu schaffen, mittels welchem jede Art von Verfestigungsmittel sicher und gleichmäßig in den Boden eingespritzt werden kann, wobei es sich um schnell abbindende Festigungsmittel oder um Verfestigungsmittel mit langer Gelzeit handeln kann, wobei außerdem die Bedienung der Vorrichtung äußerst einfach sein soll und die Vorrichtung als solche wiederholt verwendbar sein soll, ohne daß einer der vorgenannten Nachteile auftritt.
Des weiteren will die Erfindung ein Verfahren angeben, mittels welchem die Wasserdurchlässigkeit einer großen Anzahl von Bodenschichten innerhalb kürzester Zeit ohne die Nachteile der herkömmlichen Verfahren festgestellt werden kann. Ferner will die Erfindung ein Verfahren angeben, um die Bodenfestigkeit von Bodenachichten in verschiedenen Tiefen auf einfache, wirtschaftliche Weise ohne den Zeitverlust, wie er bei den vorbereitenden Arbeiten beim Spülschlammbohren unter Verwendung eines Rohres mit großem Durchmesser auftritt zu untersuchen. Schließlich will die Erfindung ein Verfahren angeben, um die Menge an abfließendem Spülschlamm direkt an der Baustelle mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu untersuchen und zu prüfen.
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Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung von Bohrungen und zum Zementieren des Bodens mit einer Hohlstange für die Zufuhr einer Flüssigkeit, einem Flüssigkeitsauslaß am unteren Ende der Stange und einem von der Stange aus aufblasbaren Dichtungselement zur Abdichtung eines Zwischenraumes zwischen der Stange und einer Bohrlochwandung in einer gewünschten Tiefe im wesentlichen dadurch, daß das Dichtelement aus einer durch eine Druckflüssigkeit aufblähbaren Manschette besteht und zusammen mit dem Flüssigkeitsauslaß ein freilegbares Endglied bildet, daß um die Hohlstange für die Flüssigkeitszufuhr ein Mantel derart angeordnet ist, daß ein Zwischenraum zwischen beiden frei bleibt, daß das Endglied aus dem Mantel ausstreckbar ist, daß der Wurzelbereich dieses Endgliedes sich in abdichtendem Gleitkontakt mit der Innewandung des Mantels befindet, sodaß zwischen der Hohlstange und dem Mantel ein Druckflüssigkeitsraum ausgebildet ist, dessen unteres Ende durch den Wurzelbereich des Endgliedes begrenzt ist, und daß im Endglied ein Durchlaß vorgesehen ist, durch welchen der Druckflüssigkeitsraum mit der Innenwandung der Dichtmanschette verbindbar ist, um die Dichtmanschette aufzublähen, wenn das Endglied aus dem unteren Ende des Mantels herausragt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Dichtmanschette im Anschluß an die Freigabe des Endgliedes nach dem Bohrvorgang aufgebläht, sodaß diese sogenannte mechanische Dichtung einwandfrei den Zwischenraum zwischen dem Bohrloch und der Einspritzvorrichtung über der Stelle, an welcher die Einspritzung erfolgen soll, abdichten kann, wodurch ein effektives Einspritzen irgendwelchen Verfestigungsmittels verlust-
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los erzielt werden kann und auch die gesaraten Arbeitsgänge vom Bohrvorgang bis zum Einspritzen hintereinander durchgeführt werden können und die Vorrichtung auch wiederholt eingesetzt werden kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der im freilegbaren Endglied vorgesehene Kanal zur Umfangsfläche des Wurzelbereiches des Endgliedes und zu einer Kammer hin offen, welche der Rückseite der Dichtmanschette gegenüberliegt, während an der Innenseite des Mantels im unteren Teil eine kreisringförmige Vertiefung vorgesehen ist, durch welche die Öffnung des Kanals am Wurzelbereich des Endgliedes mit dem Druckflüssigkeitsraum verbindbar ist, wenn das Endglied am unteren Ende des Mantels freigelegt wird. Durch diesen Aufbau wird gewährleistet, daß das Endglied nach dem Bohrvorgang freigelegt wird und anschließend die Dichtmanschette sehr effektiv aufgebläht wird.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Flüssigkeitsauslaß eine Anzahl von Radial löchern auf, welche in der Wandung eines am verlängerten unteren Teil des freilegbaren Endgliedes vorgesehenen Bodenabschlußrohres angeordnet sind. Durch diesen Aufbau kann das Verfestigungsmittel gleichmäßig zum Umfang des freilegbaren Endgliedes gelangen. Vorzugsweise sind die Reihen der am Umfang vorgesehenen Radiallöcher in gewünschten Abständen in Stufen vorgesehen und die Löcher einer jeden Stufe jeweils mit einer elastomeren Manschette abgedeckt. In diesem Pail wird das Verfestigungsmittel längs des Randes einer jeden
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elastomeren Manschette unter Fortdrücken derselben abgegeben, doch kann die durch diese Manschette ausgeübte Schließkraft den Abgabedruck des durch die Löcher hindurchströmenden Verfestigungsmittels vergleichmäßigen, wodurch ein gleichmäßiges Austreten des Verfestigungsmittels durch alle Löcher erzielt werden kann und ein gleichmäßiges Einspritzen von Verfestigungsmitteln in einem gewünschten Tiefenbereich erzielbar ist. Ohne die elastomeren Manschetten wird die Kraft des austretenden Verfestigungsmittels durch höherliegende Löcher schwächer. Außerdem dienen die elastomeren Manschetten als Rückflußventile. Wenn mehrere Dichtmanschetten und die Reihen der Radiallöcher abwechselnd hintereinander in der Vorrichtung vorgesehen werden, kann ein geschlossener Ringraum rund um das freilegbare Endglied vorgesehen werden, welcher jeweils durch ein Paar obere bzw. untere Dichtmanschetten begrenzt ist, und das Verfestigungsmittel kann gleichmäßig in den umgebenden Boden durch diesen geschlossenen Raum eingespritzt werden.
Vorzugsweise sind das freilegbare Endglied und die Hohlstange für die Zufuhr der Flüssigkeit miteinander durch ein teleskopisch verschiebbares Rohr verbunden, sodaß der Mantel und die Hohlstange als Ganzes gegenüber dem freilegbaren Endglied bewegbar sind, wenn letzteres von dem Mantel freigelegt wird, sodaß zwischen Mantel und Hohlstange keine Längsabweichung auftritt und es daher nicht erforderlich ist, eine derartige Abweichung in Rechnung zu stellen, wenn der Mantel und die Hohlstange an einer Bohrmaschine montiert werden.
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Zweckmäßigerweise besteht die Hohlstange für die Zufuhr der Flüssigkeit aus mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Rohren, zwischen denen getrennte, voneinander unabhängige Flüssigkeitskanäle ausgebildet sind. Durch diesen Aufbau kann ein Verfestigungsmittel mit kurzer Gelzeit, d.h. ein schnell abbindendes Mittel, eingespritzt werden, da bei einer derartigen Ausbildung der Hohlstange zwei oder mehr Komponenten eines Verfestigungsmittels getrennt voneinander zugeführt, kurz vor dem Flüssigkeitsauslaß zusammengebracht und dann als Mischung eines schnell abbindenden Verfestigungsmittels ausgespritzt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bodenverfestigung durch Einspritzen von Zementmilch oder dgl. ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß in die Hohlstange einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei im Mantel festgehaltenen freilegbaren Endglied Bohrwasser zugeführt wird, daß die Vorrichtung in Drehung versetzt wird, während das Bohrwasser aus dem Flüssigkeitsauslaß ausströmt, wodurch der Boden mit einer am unteren Ende des Mantels vorgesehenen Bohrschneide bis auf eine vorgegebene Tiefe herab durchbohrt wird, daß in den Druckflüssigkeitsraum eine Druckflüssigkeit eingebracht und dadurch das freilegbare Endglied in niedergedrücktem Zustande gehalten wird, daß der Mantel hierbei hochgezogen wird, sodaß das Endglied freigelegt wird, während gleichzeitig eine Druckflüssigkeit in die Dichtmanschette eingeleitet wird, wodurch diese aufgebläht wird und sich gegen die Bohrlochwandung rund.um das Endglied legt, daß dann in die Hohlstange für die Flüssigkeitszufuhr Zementmilch oder dgl. eingebracht wird und
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aus der Abflußöffnung in den von der Dichtmanschette begrenzten abgedichteten Raum gelangt, sodaß sie in den Erdboden eingespritzt werden kann.
Die weiteren erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen 10 bis 13·
Vorstehende und weitere Merkmale sowie verschiedene Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigt
Fig.l eine schematische Darstellung des Niederbringens einer Bohrung auf eine gewünschte Tiefe mit Hilfe der an einer Bohrmaschine angebrachten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig.2 eine schematische Darstellung des Einspritzens eines Verfestigungsmittels bei freigelegtem Endglied;
Fig.3 einen senkrechten Querschnitt durch das Hauptteil eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig.Ψ einen senkrechten Querschnitt durch das Hauptteil der Fig.3 bei freigelegtem Endglied;
Fig.5 einen senkrechten Querschnitt durch einen Teil eines abgewandelten Flüssigkeitsauslasses bei der Vorrichtung gemäß Fig.3 und 4;
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Fig.6 einen senkrechten Querschnitt durch den Hauptteil eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig.7 einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig.6 mit freigelegtem Endglied;
Fig.6 den Hauptteil eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung im senkrechten Querschnitt;
Fig.9 die Vorrichtung gemäß Fig.8 bei freigelegtem Endglied;
Fig.10 einen Schnitt durch Fig.8 längs der Linie X-X;
Fig.11 einen Längsschnitt durch eine Abwandlung des Flüssigkeitsauslasses bei der Vorrichtung gemäß Fig.8 und 9;
Fig.12 einen Längsschnitt durch eine weitere Abwandlung des Flüssigkeitsauslasses;
Fig.IJ einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Verbindungsteiles zwischen dem Endglied und der Hohlstange; und
Fig.l4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verbindungsteiles im Längsschnitt.
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Pig.l und 2 zeigen das Bohren und anschließende Einspritzen eines Verfestigungsmittels bzw. die Bodenuntersuchung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung als Ganzes das Bezugszeichen 1 trägt, eine Bohrmaschine das Bezugszeichen 2, eine Vorrichtung zur Verdrehung oder vertikalen Bewegung der Vorrichtung das Bezugszeichen 35 und ein Drehteil zum Einbringen von Bohrwasser, eine Druckflüssigkeit, eines Verfestigungsmittels oder dgl. in die Vorrichtung das Bezugszeichen 4 trägt und am oberen Ende der Vorrichtung befestigt ist.
Beim Bohrvorgang wird die Vorrichtung 1 durch die Bohrmaschine 2 in Drehung versetzt und erhält eine Abwärtsbewegung, während Bohrwasser durch das Drehteil 4 in die Vorrichtung eingeführt wird und vom unteren Ende der Vorrichtung ausströmt. Am unteren Ende der Vorrichtung ist eine nicht dargestellte Bohrspitze angeordnet. Der losgeschabte Boden wird mit dem Bohrwasser zu Schlamm vermischt, und ein Teil des Schlammes wird in den Boden infiltriert, während der Rest längs der Außenwqndung der Vorrichtung 1 nach oben herausgedrückt wird. Nachdem die Bohrung auf eine gewünschte Tiefe niedergebracht ist, wird lediglich ein Mantel 6 nach oben gezogen, um ein Endglied 5 (Fig.2) freizulegen, wenn beispielsweise ein Verfestigungsfflittel zur Bodenverfestigung eingespritzt werden soll, oder aber die gesamte Vorrichtung wird etwas angehoben und dann das freilegbare Endglied 5 aus dem Mantel 6 herausgedrückt. Alsdann wird eine Dichtmanschette 7 durch eine Druckflüssigkeit, welche in die Vorrichtung eingeleitet wird, aufgebläht und durch das Drehteil 4 ein Verfestigungsmittel zugeführt und
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aus dem Flüssigkeitsauslaß b entsprechend den in Fig.2 eingezeichneten Pfeilen in den Boden eingespritzt.
Das vorbeschriebene Niederbringen der Bohrung, die Freigabe des Endgliedes und das anschließende Aufblähen der Dichtmanschette werden in der gleichen Weise wie vorbeschrieben durchgeführt, wenn mit Hilfe der Vorrichtung eine Bodenuntersuchung durchgeführt werden soll.
Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die Hohlstange 9 für die Zufuhr von Flüssigkeit aus einem Rohrstrang, wobei das unterste Teil des Rohrstranges mit dem freilegbaren Endglied 5 über ein Verbindungsteil 10 verbunden ist. Das freilegbare Endglied 5 : besitzt einen zylindrischen Körper 5a mit einer ringförmigen Vertiefung, in welche eine elastomere Dichtmanschette 7 eingesetzt ist und am oberen und unteren Ende durch Halteringe 5b und 5c befestigt ist. Außerdem ist ein Flüssigkeitsauslaß mit einer Auslaßöffnung 5e vorgesehen, der am unteren Ende einer Achsialbohrung 5<ä offen ist. Am oberen Ende bzw. an der Wurzel des freilegbaren Endgliedes 5 ist ein Kolben 11 vorgesehen.
Das Verbindungsteil 10, welches den Kolben 11 mit der Hohl- : stange 9 verbindet, besteht aus einem Rohrstück 10a, welches vom Kolben 11 aus nach oben weist, und einem von der Hohlstange 9 nach unten weisenden Rohrstück 10b. Diese beiden Rohrstücke bilden eine Teleskopverbindung, welche flüssigkeitsdicht verschiebbar ist. Das Verbindungsteil oder die i
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Teleskopverbindung 10 kann aus in der in den Figuren 13 und 14 dargestellten Weise ausgebildet sein.
In Fig.3 ist die Hohlstange 9 als Doppelrohr mit einem Innenrohr 9a und einem Außenrohr 9*> dargestellt, jedoch kann diese Hohlstange auch als Einzel- oder Mehrfachrohr wie beispielsweise als Dreifachrohr oder dgl. ausgebildet sein, wobei mehrere Flüssigkeitskanäle in ihm ausgebildet sind, um mehr als zwei verschiedene Verfestigungsmittel je nach der Art der zu verwendenden Verfestigungsmittel getrennt voneinander zuzuführen.
Die Hohlstange 9 und das freilegbare Endglied 5 sitzen in einem Mantel 6. An der Außenwandung des Kolbens 11 sind ein oberer Dichtring 11a und ein unterer Dichtring 11b zwischen dem Kolben 11 und dem Mantel 6 vorgesehen, wodurch ein geschlossener Ringspalt 12 über dem Kolben zwischen der Hohlstange 9 und dem Mantel 6 ausgebildet wird. In diesen geschlossenen Raum 12 wird eine Druckflüssigkeit wie Öl oder dgl. oder auch Preßluft über das Drehteil 4 eingegeben bzw. manchmal ein Unterdruck erzeugt.
Am oberen Ende des Kolbens 11 ist eine Schulter lic ausgebildet, welche von dem in den geschlossenen Raum 12 eingebrachten Druckmittel mit einer nach unten wirkenden Kraft beaufschlagt wird, während am unteren Ende des Kolbens 11 ein Kupplungsteil lld ausgebildet ist, welches an einem kreisringförmigen Ansatz 6a an der Innenwandung im unteren Teil des Mantels anliegen kann, wenn das Endglied 5 vom Mantel 6 freigelegt wird. Ein
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Druokmittelkanal 5g führt von dem Raum zwischen den Dichtringen 11a und 11b des Kolbens 11 zu einer Kammer 5h, welche an der Rückseite der Dichtmanschette 7 ausgebildet ist.
Etwas über dem Ringansatz 6a ist in der Innenwandung des Mantels 6 in dessen unterem Teil eine ringförmige Vertiefung 6b ausgebildet, welche den geschlossenen Raum 12 mit dem Druckmittelkanal 5g verbindet, wenn das Endglied 5 vom Mantel 6 freigegeben wird (siehe Fig.4).
Der Ringansatz 6a des Mantels 6 liegt an einem Dichtring 5i an, der an der Außenwandung des Körpers 5a im unteren Teil des Endgliedes vorgesehen ist, um zu verhindern, daß Spülschlamm und dgl. in den Raum um die Dichtmanschette 1J herum eindringen kann. Andererseits kann der Dichtring 5i auch im Ringansatz 6a angeordnet werden.
Um ein Rückströmen des Spülschlammes durch die Auslaßöffnung 5e des Endgliedes 5 zu verhindern, kann in der Auslaßöffnung ein Rückschlagventil 5j ausgebildet werden, wie dies in Pig.5 dargestellt ist.
Das vorbeschriebene erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet, wenn die Vorrichtung beispielsweise zur Bodenverfestigung eingesetzt werden soll, folgendermaßen :
Die Vorrichtung 1 wird an einer geeigneten Bohrmaschine 2 befestigt und das Endglied 5 zum Bohren gemäß Fig.3 in den Mantel 6 zurückgezogen. Alsdann wird Bohrwasser der Hohl-
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stange 9 zugeführt und gleichzeitig die Vorrichtung in Drehung versetzt. Das Bohrwasser tritt aus der Auslaßöffnung 5e durch die Hohlstange 9 hindurch und durch die Axialbohrung 5d des Endgliedes 5 aus und trägt den losgekratzten Boden längs des Mantels nach oben. Um ein zufälliges Herausrutschen des Endgliedes 5 durch Vibrationen usw. zu verhindern, wird im geschlossenen Raum 12 während des Bohrvorganges ein Unterdruck erzeugt. Da hierbei auch die Dichtmanschette 7 während des Bohrvorganges im Mantel 6 liegt, ist sie vor jeglicher Beschädigung durch Reibung und dgl. geschützt.
Wenn die Bohrung auf die gewünschte Tiefe niedergebracht worden ist, muß das Verfestigungsmittel eingebracht werden. Vorher wird jedoch in den geschlossenen Raum 12 ein Druckmedium eingebracht, welches auf die Schulter lic des Kolbens 11 einwirkt und das Endglied 5 nach unten drückt. Alsdann wird der Mantel 6 in die in Fig.4 dargestellte Lage hochgezogen. Der Mantel 6 kann zusammen mit der Hohlstange 9 hochgezogen werden, wobei am Befestigungsteil der Bohrmaschine keine Abweichung zwischen dem Mantel 6 und der Hohlstange 9 erfolgt. Sobald der Mantel 6 die Lage gemäß Pig. H- erreicht und das Kupplungsteil lld des Kolbens 11 an der Oberseite des Ringansatzes 6a des Mantels 6 anliegt, tritt der Dichtring 11a in die ringförmige Ausnehmung 6b ein, sodaß der geschlossene Raum 12 mit dem Druckmittelkanal 5g verbunden wird und das Druckmittel zur Rückseite der Dichtmanschette 7 gelangt und dieselbe aufbläht. An der Erdoberfläche kann kontrolliert werden, ob die Dichtmanschette in der gewünschten Weise aufgebläht worden ist oder nicht, und zwar vergrößert ein Auf-
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blähen der Dichtmanschette entsprechend das Volumen des vom Druckmittel angefüllten Raumes, was durch eine Druckveränderung angezeigt wird. Durch Ablesen der Druckveränderung an einem Druckmeßgerät an der Erdoberfläche kann das Aufblähen der Dichtmanschette kontrolliert werden. Das Ausmaß der Aufblähung der Dichtmanschette kann wunschgemäß aufgrund des Bodenzustandes un der Verfestigungsmittel-Einspritzung eingestellt werden.
Nachdem die Dichtmanschette aufgebläht wurde, um einen Rücklauf des Verfestigungsmittels wie vorbeschrieben vollkommen abzuschließen, wird das Verfestigungsmittel in die Hohlstange eingepumpt und aus der Auslaßöffnung 5e in den Boden eingespritzt. Infolge der zufriedenstellenden Wirkungsweise einer derartigen mechanischen Abdichtung kann das Verfestigungsmittel einwandfrei in den Boden eingespritzt werden. Dabei kann jegliches Verfestigungsmittel mit langer Gelzeit oder auch ein Verfestigungsmittel mit kurzer Gelzeit verwendet werden. Ein Verfestigungsmittel mit langer Gelzeit kann mit einer einfachen Hohlstange 9 eingespritzt werden. Allerdings ist es manchmal selbst bei einem Verfestigungsmittel mit langer Gelzeit zweckmäßig, eine Hohlstange 9 in Form von beispielsweise einem Doppelrohr zu verwenden, um einmal das Hauptmittel wie beispielsweise eine Wasserglaslösung und zum anderen ein Härtemittel wie beispielsweise eine starke Alkalilösung getrennt zuzuführen. Die beiden Einzelkanäle verbinden sich in oder kirz vor dem Verbindungsteil 10 und die entstehende Mischung tritt aus der Auslaßöffnung 5e aus. Zur Herstellung eines schnell abbindenden Verfestigungsmittels wird ein Mehrfachrohr der bereits genannten Art verwendet.
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Nach Abschluß des Einspritzvorganges wird der Druck im geschlossenen Raum 12 abgesenkt und die Dichtmanschette fällt infolge ihrer Eigenelastizität zusammen und kehr in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Manchmal kann es zweckmäßig sein, im geschlossenen Raum 12 einen Unterdruck zu erzeugen, um eine zwangsweise Rückführung der Dichtmanschette in den Urzustand herbeizuführen. Anschließend wird die gesamte Vorrichtung schrittweise nach oben gezogen, während das Endglied 5 freigelegt bleibt, und das Aufblähen der Dichtmanschette und der Einspritzvorgang werden in der gleichen Weise wie vorstehend erläutert durchgeführt. Durch wiederholtes Einspritzen des Verfestigungsmittels in den erforderlichen Stufen läßt sich eine Bodenverfestigung im gewünschten Tiefenbereich erzielen. Statt die Einspritzung aufwärtsschreitend durchzuführen, kann das Verfestigungsmittel auch während des BoLrvorganges eingespritzt werden.
Die Figuren β und 7 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher der Flüssigkeitsauslaß 5f andere ausgebildet ist als bei dem vorbeschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel besitzt der Flüssigkeitsauslaß ?f ein unten geschlossenes Rohr an einem unteren Ansatz des Endgliedes. Dieses Rohr besitzt eine große Anzahl von radialen Auslaßöffnungen 5©· Diese Auslaßb'ffnungen 5e sind in Umfangsrichtung in gewünschten Abständen stufenweise in vertikaler Richtung angeordnet und jede Stufe mit Öffnungen 5e ist durch eine elastomere Manschette 5k abgedeckt.
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Beim Bohrvorgang füllt durch das Loch 5d in der in Fig.6 dargestellten Lage zugeführtes Bohrwasser eine Kammer 5 f im Rohr 5f und tritt dann durch die Auslaßöffnungen pe aus, wobei es die elastomere Manschette 5k fortdrück und in einen Raum IjJ zwischen dem Rohr 3f und dem Mangel β längs den Rändern der elastomeren Manschette 5k eintritt. Das Bohrwasser wird durch Bohrwasserauslaßöffnungen ^m ausgespritzt, welche am unteren Ende des Rohres 5f ausgebildet sind.
Beim Einspritzen des Verfestigungsmittels füllt dieses durch das Durchgangsloch 5d in dem Zustand gemäß Pig.7 zugeführte Mittel die Kammer 5 I7 und tritt längs der Kanten der elastomeren Hülsen unter Portdrücken der Manschetten 5k in der gleichen Weise aus wie das Bohrwasser. Wie bereits erwähnt, führt die Schließkraft der elastomeren Manschetten dazu, daß der Spritzdruck des Verfestigungsmittels durch alle Auslaßöffnungen gleich ist, sodaß durch alle Ausflußöffnungen hindurch eine gleichmäßige Abgabe des Verfestigungsmittels erzielbar ist. Ohne diese elastomeren Manschetten 5k wäre die Spritzkraft des Verfestigungsmittels in einer höherliegenden Auslaßöffnung 5e schwächer als in den weiter unten liegenden Auslaßöffnungen.
Bei dem in den Figuren b und 9 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt das freilegbare Endglied 5 zwei Dichtmanschetten Ya, und 7t», welche in einigem Abstand vertikal übereinander angeordnet sind, während ein Flüssigkeitsauslaß 5f mit radial von der Durchgangsbohrung 5<ä nach außen verlaufenden Auslaßöffnungen 5e zwischen der oberen
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Dichtmanschette 7a und der unteren Diohtmanschette 7b vorgesehen ist. Die Dichtmanschetten 7a und 7b werden auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebläht. Wie Fig.8 zeigt, fließt Bohrwasser durch die DurcL-•gangsbohrung 5d und dann durch die Auslaßöffnungen 5e in den Mantel 6, strömt innerhalb dieses Mantels durch den Raum lj> und wird durch die Auslaßöffnungen 5m am unteren Ende des Körpers 5& des Endgliedes abgegeben.
Fig.11 zeigt die Anwendung der elastomeren Manschetten 5k entsprechend Fig.β bei der Vorrichtung gemäß Fig.8. Anstelle der elastomeren Manschetten können zwei Dichtringe 5n in Kontakt miteinander im Ringspalt angeordnet werden, der an der Stelle der Auslaßöffnungen 5e ausgebildet ist, wie dies Fig.12 zeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Einspritzbereich fur das Verfestigungsmittel vollständig durch die obere und die untere Dichtung gesteuert werden, sodaß ein effektiveres Einspritzen des Verfestigungsmittels erzielbar ist. Falls erforderlich können auf die gleiche Weise drei oder mehr Dichtmanschetten vorgesehen werden.
Anhand von Beispielen sollen nachstehend die erfindungsgemäßen Verfahren unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden.
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Verfahren zur Messung der Wasserdurchlässigkeit des Bodens an der Baustelle:
Das Niederbringen einer Bohrung auf eine gewünschte Tiefe und das anschließende Aufblähen der Dichtmanschette werden in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben durchgeführt.
Nach dem Aufblähen der Dichtmanschette wird in die Hohlstange 9 mit einer Geschwindigkeit von 0,001 l/min bis 20 l/min sauberes Wasser eingebracht, und die Wasserdurchlässigkeit der Bodenschicht wird aus der zeitlichen Veränderung in der Menge an zugeführtem Wasser gegenüber dem Druck des zugeführten Wassers berechnet. Nach Durchführung der Messung der Wasserdurchlässigkeit in der gewünschten Tiefe wird der Druckmitteldruck (Preßluft- oder Flüssigkeitsdruck), der auf die Dichtmanschette einwirkt, abgeschaltet, wodurch die Dichtmanschette 7 zusammenfällt und in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt, Gleichzeitig mit dem Zusammenfallen der Dichtmanschette wird der Mantel 6 nach unten gedrückt, wodurch das Endglied 5 automatisch in den Mantel 6 zurückgezogen wird. Sobald dies erfolgt ist, kann ein erneuter Bohrvorgang durchgeführt werden, indem die erfindungsgemäße Vorrichtung in Drehung versetzt wird. Diese Arbeitsgänge können automatisch und kontinuierlich durchgeführt werden, indem der Luft- oder Flüssigkeitsdruck in der Dichtmanschette ohne jeglichen Zeitverlust abgeschaltet wird. Infolgedessen können innerhalb einer kurzen Zeit und auch in einem weiten Bereich viele derartige Untersuchungen durchgeführt werden, sodaß die Bodeneigenschaften ohne Schwierigkeiten eingehend festgestellt
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werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird weder ein Außenrohr, ein sogenanntes Futterrohr, verwendet, noch mit Spülschlamm gebohrt, ganz im Gegensatz zu den herkömmlichen Arbeitsverfahren. Das für den Test freilegbare Endglied wird in den Mantel 6 mit einem Durchmesser von 4^ bis 50 mn zurückgezogen, und es kann eine Rotary-Bohrung lediglich mit sauberem Wasser bis auf eine Bodenschicht in der gewünschten Tiefe mittels einer ganz gewöhnlichen Bohrmaschine durchgeführt werden. Infolgedessen kann das Niederbringen der Bohrung auf die gewünschte Tiefe sehr schnell durchgeführt werden, beispielsweise innerhalb von einigen Minuten bis zu dem Mehrfachen davon. Da überhaupt kein Spülschlamm verwendet wird, braucht nach dem Bohrvorgang auch kein Spülschlamm herausgewaschen zu werden.
Verfahren zum Messen der Bodenfestigkeit an einer Baustelle:
Ebenso wie beim vorbeschriebenen Verfahren erfolgt das Niederbringen der Bohrung auf die gewünschte Tiefe, das Freilegen des freilegbaren Endgliedes und das Aufblähen der Dichthülse mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der gleichen Weise wie vorstehend, woraufhin in die Hohlstange 9 eine stark viskose Flüssigkeit eingepumpt und in den Raum unter der Dichtmanschette oder zwischen die beiden Dichtmanschetten gemäß Fig.8 und 9 und durch die Auslaßöffnungen 5e eingebracht wird. Ausgewählt wird eine stark viskose Flüssigkeit, welche praktisch nicht in den umgebenden Boden einsickern kann. Fpr Sandboden kann beispielsweise Wasserglas mit einer
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Wichte von 1,4 (200C), einem Viskositätswert von 120 ops (200C) und einem pH-Wert 12 verwendet werden. Die stark viskose Flüssigkeit füllt den Raum unter der Dichtmanschette, und die Menge der unter dem vorbestimmten Druck eingebrachten Flüssigkeit wird gemessen, um die Festigkeit des Bodens an der Meßstelle, d.h. direkt an der Baustelle, zu bestimmen.
Gemäß einem weiteren Vorschlag zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Bodenfestigkeit wird eine Vorrichtung mit einer Dichtmanschette mit einer effektiven Länge von 20 cm bis 1,5 nj verwendet. Auch hier wieder erfolgt das Niederbringen der Bohrung auf die gewünschte Tiefe, das Freilegen des Endgliedes und das Aufblähen der Dichtmanschette in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben, jedoch wird in die Dichtmanschette Preßluft oder Wasser oder eine äquivalente Flüssigkeit eingebracht, um die Dichtmanschette über die gesamte Länge von 20 cm bis 1,5 m aufzublähen und fest gegen die Bohrlochwandung zu pressen. Die Länge der Dichtmanschette hängt von den jeweiligen Umständen, dem Zustand usw. des Bodens ab, der untersucht werden soll. Für relativ harten Boden, bei welchem beispielsweise der N-Wert beim standardmäßigen Einbringtest mehr als 40 (N<40) beträgt, reicht eine Dichtmanschette mit einer Länge von 20 bis 75 cm aus. Bei einem Boden mit niedrigem N-Wert, beispielsweise mit N ^ 20, ergibt eine Dichtmanschette mit einer Länge von 1,5 m Messungen mit weniger Fehlerquellen, d.h. es lassen sich genaue Messungen durchführen.
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Nachdem die Dichtmansehette so weit aufgebläht wurde, daß sie fest an der Bohrlochwandung anliegt, kann die Bodenfestigkeit gemessen werden. Zu diesem Zweck wird ein Flüssigkeitsdruck oder ein entsprechender Luftdruck stufenweise über einen Druckmesser an die fest an der Bohrlochwandung anliegende Dichtmanschette angelegt und die Bodenfestigkeit wird aus den zeitlichen Veränderungen in der Menge an zugeführtem Druckmittel und dem angelegten Druck bestimmt, wobei die Menge an zugeführtem Druckmittel gesteuert wird, um den angelegten Dnck für jede Stufe auf dem vorbestimmten Wert zu halten.
Gemäß diesem Verfahren kann daher die Bodenfestigkeit schnell und wirtschaftlich in den erforderlichen Durchläufen an der. jeweils gewünschten Stellen in einem weiten Bereich oder avf einer sehr langen Route wie beim Tunnelbau gemessen werden, und die erforderlichen Prüfungsdurchläufe können an den gewünschten Stellen auch in verschiedenen Tiefen durchgeführt werden.
Verfahren zur Messung des plötzlichen Verlustes von Spülschlamm im Boden an der Baustelle:
Das Niederbringen der Bohrung auf die gewünschte Tiefe, das Freilegen des Endgliedes und das Aufblähen der Dichtmanschette werden in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben mi'c der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt. Alsdann wi.-d ein vorher eingestellter Spülschlamm in die Hohlstange 9 eingepumpt und in den Raum unter der Dichtmanschette 7 oder zwischen den beiden in Fig.ο und 9 dargestellten Dicht-
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manschetten durch die Auslaßöffnung bzw. -öffnungen 5e abgegeben. Bei dem Spülschlamm handelt es sich um eine Mischung aus Bentonit und Wasser, aus Ton und Wasser oder um eine Mischung, welche weitere faserige Zusätze enthält. Der auf den Spülschlamm ausgeübte Pumpendruck beträgt beispielsweise +0,2 - 0,5 kg/cm und die Zuführgeschwindigkeit des Wassers 0,001 l/min bis 40 l/min. Indem die Auslaufgeschwindigkeit und der Druck durch ein automatisches Schreibgerät aufgezeichnet wird, kann der Verlust an Spülschlamm bestimmt werden. Durch Verwendung von Spülschlämmen unterschiedlicher Zusammensetzung können die Untersuchungen wiederholt werden, um eine genaue Bestimmung des Spülschlammverlustes zu erreichen.
Durch das vorbeschriebene Verfahren lassen sich die Verluste an Spülschlamm in jeder gewünschten Tiefe und an jeder Stelle bestimmen, sodaß ein Spülschlamm vorher hergestellt werden kann, bei welchem sich keine plötzlichen Verluste ergeben. Infolgedessen ist dieses erfindungsgemäße Verfahren auch im Hinblick auf den Umweltschutz äußerst nützlich.
Alle vorbeschriebenen Verfahren können vor dem Einspritzen eines Verfestigungsmittels (vor der Bodenverfestigung) oder nach dem Einspritzen durchgeführt werden.

Claims (12)

Andrejewski, Honke & PaWner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 4300 Essen 1, Theaterplotz 3, Postf. 10 02 60 422/E-th 27- Juni I983 Patentanmeldung Toy G-rout Kogyo Co., Ltd. 23 Yotsuya 1-chome, Shinjuku-ku, Tokyo, Japan Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. 2-5* Kasumigaseki 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Tonan Kaihatsu Kogyo Co., Ltd. 44 Kanda Jinbocho 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Vorrichtung zur Durchführung von Erdbohrungen und zum Zementieren des Bodens sowie Verfahren zur Bodenverfestigung und Verfahren zur Bodenuntersuchung mit Hilfe der Vorrichtung. Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Durchführung von Bohrungen und zum Zementieren des Bodens mit einer Hohlstange für die Zufuhr einer Flüssigkeit, einem Flüssigkeitsauslaß am unteren Ende der Stange und einem von der Stange aus aufblasbaren Dichtungselement zur Abdichtung eines Zwischenraumes zwischen der Stange und einer
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Bohrlochwandung in einer gewünschten Tiefe, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement aus einer durch eine Druckflüssigkeit aufblähbaren Manschette (7) besteht und zusammen mit dem Flüssigkeitsauslaß (8) ein freilegbares Endglied (5) bildet, daß um die Hohlstange (9) für die Flüssig-. keitszufuhr ein Mantel (6) derart angeordnet ist, daß ein Zwischenraum zwischen beiden frei bleibt, daß das Endglied ' aus dem Mantel ausstreckbar ist, daß der Wurzelbereich dieses ; Endgliedes sich in abdichtendem Gleitkontakt mit der Innen-
wandung des Mantels befindet, sodaß zwischen der Hohlstange : und dem Mantel ein Druckflüssigkeitsraum (12) ausgebildet ist, dessen unteres Ende durch den Wurzelbereich des Endgliedes begrenzt ist, und daß im Endglied ein Durchlaß vorgesehen ist, durch welchen der Druckflüssigkeitsraum mit der Innenwandung der Dichtmanschette verbindbar ist, um die Dichtmanschette aufzublähen, wenn das Endglied aus dem unteren Ende des Mantels aerausragt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im freilegbaren Endglied (5) vorgesehene Kanal (5g) zur Umfangsfläche des Wurzelbereiches des Endgliedes und zu einer Kammer (5h) hin offen ist, welche der Rückseite der Dichtmanschette (7) gegenüberliegt, und daß an der Innenseite des Mantels (6) im unteren Teil eine kreisringförmige Vertiefung '. (6b) vorgesehen ist, durch welche die öffnung des Kanals am Wurzelbereich des Endgliedes mit dem Druckflüssigkeitsraum (12) verbindbar ist, wenn das freilegbare Endglied am unteren Ende des Mantels freigelegt wird.
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3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsauslaß eine Anzahl von Radiallöchern (5e) aufweist, welche in der Wandung eines am verlängerten unteren Teil (5f) des freilegbaren Endgliedes (5) vorgesehenen Bodenabschlußrohres angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen der am Umfang vorgesehenen Radiallöcher (5e) in gewünschten Abständen in Stufen vorgesehen sind und die Löcher einer jeden Stufe jeweils mit einer elastomeren Manschette (5k) abgedeckt sind.
5· Vorrichtung nach Anspruch J> oder h, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Dichtmanschetten (5k) die Reihen der Radiallöcher (5e) abdeckt und der Kanal (5e) zur Rückseite einer jeden Dichtmanschette hin offen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß das freilegbare Endglied (5) und die Hohlstange (9) für die Zufuhr der Flüssigkeit miteinander durch ein teleskopisch verschiebbares Rohr verbunden sind.
7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlstange (9) für die Flüssigkeitszufuhr als Mehrkanalrohr mit voneinander getrennten, unabhängigen Flüssigkeitsdurchlässen ausgebildet ist.
8. Verfahren zur Bodenverfestigung durch Einspritzen von Zementmilch oder dgl., dadurch gekennzeichnet, daß in die Hohlstange (9) einer Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 bei im
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Mantel (6) festgehaltenen freilegbaren Endglied (5) Bohrwasser zugeführt wird, daß die Vorrichtung in Drehung versetzt wird, während das Bohrwasser aus dem Flüssigkeitsauslaß ausströmt, wodurch der Boden mit einer am unteren Ende des Mantels vorgesehenen Bohrschneide bis auf eine vorgegebene Tiefe herab durchbohrt wird, daß in den Druckflüssigkeitsraum (12) eine Druckflüssigkeit eingebracht und dadurch das freilegbare Endglied in niedergedrücktem Zustande gehalten wird, daß der Mantel hierbei hochgezogen wird, sodaß das Endglied freigelegt wird, während gleichzeitig eine Druckflüssigkeit in die Dichtmansehette (7) eingeleitet wird, wodurch diese aufgebläht wird und sich gegen die Bohrlochwandung rund um das Endglied legt, daß dann in die Hohlstange für die Flüssigkeitszufuhr Zementmilch oder dgl. eingebracht wird und aus der Abflußöffnung in den von der Dichtmanschette begrenzten abgedichteten Raum gelangt, sodaß sie in den Erdboden eingespritzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch δ, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlstange für die Flüssigkeitszufuhr aus einem Mehrkanalrohr mit voneinander getrennten Flüssigkeitskanälen besteht und verschiedene Verfestigungsmittel in die Einzelkanäle eingebracht werden und kurz vor dem Auslaß miteinander verbunden und gemischt werden, und daß eine Mischung der Verfestigungsmittel aus dem Auslaß abgegeben wird.
10. Verfahren zur Messung der Bodendurchlässigkeit auf einer Baustelle, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 der Hohlstange (9) für die Flüssigkeitszufuhr bei innerhalb des Mantels (6) liegendem Endglied (5) Bohrwasser zugeführt wird, daß die Vorrichtung in Drehung
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versetzt wird, während das Bohrwasser aus dem Auslaß ausströmt, j wodurch der Boden mit einer am unteren Ende des Mantels ange-I ordneten Bohrspitze auf eine vorgegebene Tiefe herab gebohrt I wird, daß in den Druckflüssigkeitsraum (12) eine Druckflüssig-
j keit eingebracht und dadurch das freilegbare Endglied in nach i unten gedrücktem Zustande gehalten wird, daß der Mantel in ; diesem Zustande hochgezogen wird und dadurch das Endglied freigelegt wird, während gleichzeitig eine Druckflüssigkeit der Dichtmanschette (7) zugeführt wird und dadurch die Dichtmanschette derart aufgebläht wird, daß sie sich abdichtend gegen ' die Bohrlochwandung rund um das Endglied legt, daß sauberes \ Wasser in die Hohlstange für die Flüssigkeitszufuhr eingelassen ; wird und aus dem Auslaß ausströmt und daß eine zeitliche Verj änderung in der Menge und dem Druck des zugeführten sauberen
j Wassers gemessen wird.
I
11. Verfahren zur Messung der Bodenfestigkeit an einer Baustelle, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hohlstange (9) der
■ Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 Bohrwasser eingespeist wira, , während das freilegbare Endglied (5) im Mantel (6) zurückgehalten wird, daß die Vorrichtung in Drehung versetzt wird,
ι während das Bohrwasser aus dem Auslaß ausströmt, wodurch der Boden bis auf eine vorgegebene Tiefe mit einer am unteren Ende
.' des Mantels vorgesehenen Bohrspitze herab gebohrt wird, daß in
,' den Druckflüssigkeitsraum (12) eine Druckflüssigkeit einge-
I bracht wird, wodurch das freilegbare Endglied in niedergedrück-
■ tem Zustand gehalten wird, daß der Mantel in diesem Zustand i hochgezogen wird, wodurch das Endglied freigelegt wird, daß
gleichzeitig eine Druckflüssigkeit der Dichtmanschette (7) zu-• geführt wird, wodurch diese aufgebläht wird und sich gegen die
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Bohrlochwandung um das freilegbare Endglied legt, daß eine stark viskose Flüssigkeit, welche kaum in den Boden infiltrierbar ist, in die Hohlstange eingebracht wird, um durch den Auslaß hindurch den Raum zwischen der Bohrlochwandung dem freilegbaren Endglied unter der Dichtmanschette auszufüllen, und daß die Menge der zugeführten Flüssigkeit unter einem vorgegebenen Druck auf die Flüssigkeit gemessen wird.
12. Verfahren zur Messung der Bodenflüssigkeit an einer Bau- :3telle, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hohlstange (9) der Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 Bohrwasser zugeführt wird, während das freilegbare Endglied (5) im Mantel (6) zurückgehalten wird, daß die Vorrichtung in Drehung versetzt wird, während das Bohrwasser aus dem Auslaß ausströmt, wodurch der Boden bis auf eine vorgegebene Tiefe mit einer am unteren Ende des Mantels vorgesehenen Bohrspitze ausgebohrt wird, daß dann eine Druckflüssigkeit in den Druckflüssigkeitsraum (12) eingebracht wird und dadurch das freilegbare Endglied in herabgedrücktem Zustand gehalten wird, daß der Mantel in diesem Zustand hochgezogen und dadurch das Endglied freilegbar ist, daß gleichzeitig eine Druckflüssigkeit der Dichtmanschette (7) zugeführt wird, wodurch diese aufgebläht wird und die Bohrlochwandung an der Umfangsfläche des Endgliedes in einem vorgegebenen Bereich abdichtet, daß alsdann der Flüssigkeitsdruck zum Aufblähen des Dichtelementes stufenweise über ein Druckmeßgerät verändert wird und dadurch eine zeitliche Veränderung in der Menge der Druckflüssigkeit und dem angelegten Druckwert festgestellt wird.
! Andrejewski, Honice & Partner, Pafentanwähe in Essen
1^· Verfahren zur Messung des Verlustes von Spülschlamm im Boden an einer Baustelle, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hohlstange (9) der Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 Bohrwasser eingeführt wird, während das freilegbare Endglied (5) im Mantel (6) zurückgehalten wird, daß die Vorrichtung in Drehung versetzt wird, während das Bohrwasser aus dem Auslaß ausfließt, wodurch der Boden auf eine vorgegebene Tiefe mit einer am unteren Ende des Mantels vorgesehenen Bohrspitze herab durchbehrt wird, daß alsdann eine Druckflüssigkeit in den Druckflüssigkeitsraum (12) eingebracht und dadurch das Endglied in niedergedrücktem Zustand gehalten wird, daß der Mantel in diesem Zustand hochgezogen und dadurch das Endglied freigelegt wird, daß gleichzeitig eine Druckflüssigkeit der Dichtmanschette (7) zugeführt und diese dadurch derart aufgebläht wird, daß sie sich gegen die Bohrlochwandung rund um das Endglied abdichtend legt, daß ein vorher eingestellter Spülschlamm in die Hohlstange unter Druck eingeführt und aus dem Auslaß abgegeben wird und daß die Ausflußgeschwindigkeit sowie der Druck des zugeführten Spülschlammes gemessen werden.
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