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 vorrichtungInfo
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Description
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.
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
ρ
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.
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-
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
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.
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.
- 20 -
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
- 21 -
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;
- 22 -
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.
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
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
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-
- 27 -
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-
- 2c -
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.
- 29 -
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.
- 30 -
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
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.
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
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
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.
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-
-"36 -
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)
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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— 2 —
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
Andrejewslci, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
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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