DE3400741C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen der Bauelemente, wie Anker, Pfähle oder Schlitzwände, und der diese umgebenden Erdreichwand mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Pa­ tentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung ei­ nes solchen Verfahrens nach Patentanspruch 4.

Aus der DE-OS 17 59 692 ist ein Verfahren zum Herstellen ei­ nes Bauelementes im Baugrund bekannt, bei dem zunächst eine Baugrundöffnung durch Abteufen eines Bohrrohres mit einer Rammspitze erstellt wird. Die Bohrspitze ist über ein zen­ trisches Spülrohr an eine über der Baugrundoberseite befind­ liche Pumpe angeschlossen. Hierdurch kann sowohl beim Ab­ teufen des Bohrrohres wie auch beim Ziehen über in der Bohr­ spitze befindliche Kanäle ein Spülen erfolgen. Zusätzlich ist an die Pumpenleitung ein Vibrationsgerät angeschlossen, welches dem gleichförmigen Pumpendruck wechselnde Amplituden mit hoher Frequenz überlagert. Hier wird einem ständig vor­ handenen, kontinuierlichen Pumpendruck ein wechselnder Vi­ brationsdruck überlagert. Auch an das Bohrrohr ist in glei­ cher Weise eine Pumpe in Verbindung mit einer Vibrationsein­ richtung angeschlossen. Durch Ziehen des Bohrrohres und Zu­ leiten des erhärtenden Baustoffes unter Vibrationsdruck wird die Baugrundöffnung gefüllt. Nachteilig ist, daß die bei Ziehen des Bohrrohres gegen die Baugrundwandung wirkende, einem Vibrationsdruck unterworfene, kontinuierliche Druckan­ wendung durch den Baustoff im Verhältnis zu gering ist.

Es ist ferner allgemein bekannt, die Verfestigung der Erd­ reichwand durch Nachinjizieren von flüssigem Material, beispielsweise Zementmilch, nach endgültiger Fertigstel­ lung des Bauelementes zu vollziehen. Dies ist schwierig und aufwendig und erfordert unnötig hohe Drücke, weil der erhär­ tete Baustoff erst wieder aufgebrochen werden muß.

Die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung P 33 00 971.6 beschreibt bereits das Zuführen eines Baustoffes unter Im­ pulsdruckanwendung. Eine Anordnung der Impulsdruckquelle an der Baugrundoberseite ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem eine Verfestigung der Bauelemente, wie Anker, Pfähle oder Schlitzwände, und der diese umgebenden Erdreichwand auf einfache Weise ohne großen Aufwand erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die kennzeich­ nenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

Dadurch, daß in den die Baugrundöffnung ausfüllenden Bau­ stoff von der Baugrundoberseite aus das flüssige Material als konzentrierter Strahl mittels Impulsstößen eingeleitet wird, wobei die Austrittsöffnung der Lanze von dem noch fließfähigen Baustoff soweit überdeckt wird, daß der Baustoff infolge seiner Massenträgheit dämmend wirkt, kann auf ein­ fache Weise auf den eingebrachten Baustoff und auf die umgebende Erdreichwand ein verhältnis­ mäßig hoher Impulsdruck und damit eine gute Verdichtung erreicht werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt eines zu erstellenden Pfahles;

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt wie in Fig. 1 mit ei­ ner geänderten Impulsdruckvorrichtung;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt eines Pfahles nach Fig. 1 mit erweitertem Pfahlfuß;

Fig. 5 und 6 schematische Vertikal- bzw. Teilvertikal­ schnitte eines Pfahles mit zusätzlichen Vor­ richtungen;

Fig. 7 einen schematischen Vertikalschnitt einer Fundamentunterfangung, und

Fig. 8 einen Horizontalschnitt nach der Linie VIII- VIII in Fig. 7.

Zur Herstellung eines Bauelementes 1, z. B. eines Pfahles, wird in bekannter Weise ein Loch 2 erstellt, z. B. gebohrt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird hierauf das Bohrloch 2 bis zur Oberseite 4 des Baugrundes 5 mit flüssigem, erhärtbarem Baustoff 3, z. B. Zementmilch oder Zementmörtel, ggf. mit Zu­ sätzen, gefüllt.

Vor oder nach dem Füllen des Loches 2 mit Baustoff 3 wird eine Lanze 6 zentrisch in das Loch 2 eingebracht. Das Ende 7 der Lanze 6 wird dem gewünschten Zweck entsprechend unter Aus­ übung von Impulsdruckinjektionen von unten nach oben bewegt. Im vorliegenden Fall soll nach Fig. 1 ein Reibungspfahl durch Verdichtung und Erweiterung 8 der Kontaktzone im Baugrund 5 erstellt werden.

Die Lanze 6 ist mit einer nicht dargestellten Vorrichtung verbunden, welche wiederkehrende Impulsdrücke in Pfeilrich­ tung I erzeugen kann. Eine solche Vorrichtung kann an sich bekannter Bauart sein und mit explosiven Treibladungen, plötzlichen Entladungen eines Blasenspeichers oder mit dy­ namischen Kräften eines Rammbären usw. arbeiten.

Über die Lanze 6 wird während verhältnismäßig kurzer Zeit ein bestimmtes Quantum eines flüssigen Materials, z. B. Kunststoff, Zement­ milch oder Zementmörtel, gegebenenfalls mit Zusätzen, in das Loch 2 mit hoher Geschwindigkeit eingespritzt. Am Austritts­ ende 7 der Lanze 6 entsteht eine Impulsdruckinjektion. Der Druck setzt sich, wie in Fig. 1 und 2 schematisch angedeutet, von der Lanze 6 nach allen Richtungen, abwärts und radial fort. Er bewirkt, daß der im Loch 2 befindliche, noch fließfähige Baustoff 3, der praktisch inkompressibel ist, den Impuls­ druckstoß nahezu ungedämpft in den umgebenden Baugrund 5 weiter­ leitet. Die überhalb dem Lanzenende 7 befindliche Säule von fließfähigen Baustoff 3 wirkt dabei infolge der Massenträgheit als Dämmwiderlager. Durch entsprechende Bemessung der Stärke des Impulsdruckstoßes, der Zusammensetzung des die Impulsdruckmasse bilden­ den flüssigen Materials und des das Bauelement bildenden Baustoffes 3 kann abhängig von den gegebenen Baugrundeigenschaften der umgebende Baugrund verdichtet und dadurch erweitert werden. Zugleich kann der an­ grenzende Baugrund 5 mit erhärtbarem Baustoff 3 durchsetzt werden und/oder es erfolgt ein "cracking".

Dieser erweiterte und verdichtete Bereich des Baugrundes 5 ist in den Fig. 1 und 2 strichliert angedeutet.

Die Impulsdruckinjektionsmasse bzw. das flüssige Material kann durch Verdrängung des das Bauelement 1, z. B. Pfahles, bildenden fließfähigen Baustoffes 3 indirekt Druck auf den Baugrund 5 ausüben und diesen verdichten und er­ weitern. Hierbei kann die Impulsdruckinjektionsmasse unter Ein­ dickung einen Teil ihrer flüssigen Phase an den das Bauelement bildenden Baustoff 3 abgeben und dieser dann seinerseits au­ genblicklich und in entsprechendem Quantum erhärtbare flüs­ sige Phase mit z. B. suspendierten Festteilchen an den Bau­ grund 5 weiterleiten, wodurch bei diesem eine Verdichtung sowie eine Infiltration und/oder ein "cracking" bewirkt wer­ den kann.

Eine vollkommene Trennung der Impulsdruckmasse bzw. des flüssigen Materials, von dem das Bauelement bildenden fließfähigen Baustoff 3 kann dadurch geschehen, daß die Impulsdruckstöße innerhalb eines dehnbaren Schlauches, der in den fließfähigen Baustoff des Bauelementes eingetaucht ist, statt­ finden. Dadurch kann die sonst geltende Bedingung, daß die Impulsdruckmasse erhärtbar und mit dem das Bauelement bilden­ den Baustoff 3 verträglich sein muß, entfallen. Es kann hier­ bei jede beliebige flüssige Masse verwendet werden, was für die maschinelle Einrichtung zur Erzeugung der Impulsdruck­ stöße von Bedeutung sein kann; um ein Dämmwiderlager auch hierbei zu erhalten, muß der dehnbare Schlauch, sofern er oben nicht geschlossen ist, mit flüssiger Masse aufgefüllt werden, soweit er nicht schon durch den spezifisch schwere­ ren, das Bauelement 1 bildenden Baustoff 3, zusammengedrückt wird.

Der Impulsdruckstoß kann auch direkt auf den Baugrund 5 über­ tragen werden, indem ein Teil der Impulsdruckinjektionsmasse den das Bauelement 1 bildenden, noch fließfähigen Baustoff 3 durchläuft und so den Baugrund 5 verdichtet, erweitert und ggf. in ihn eindringt.

Der Impulsdruck kann ohne nennenswerte Abminderung direkt oder indirekt nur über einen fließfähigen, das Bauelement 1 bildenden Baustoff auf den Baugrund 5 übertragen werden.

Deshalb gilt es, einen fließfähigen Zustand dieses Baustoffes 3 trotz unvermeidbarer Abfilterung von flüssiger Phase jweils herzustellen und zu erhalten. Ist der erhärtende Baustoff 3 Beton oder Zementmörtel, so kann infolge der thixotropen Eigen­ schaft dieses Baustoffes 3 ein fließfähiger Zustand auch durch eine Rüttelflasche erhalten werden oder auch dadurch, daß durch eine bestimmte Serie aufeinanderfolgender Impulsdruckstöße ein Rütteleffekt ohnehin gegeben ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann eine Umlenkvorrichtung 9 in dem mit erhärtenden Baustoff 3 gefüllten Loch 2 in entsprechender Höhe angeordnet werden. Diese Umlenkvorrichtung 9 steht über eine Leitung 10 mit der nicht dargestellten Impulsdruckquelle in Verbindung. Sie besitzt vorzugsweise an einander gegen­ überliegenden Umfangsstellen düsenartige Austrittsöffnungen 11. Durch ihre Höhenverstellung kann ein Verdichten, Erweitern und/oder ein "cracking" der Wandung des Loches 2 an beliebigen Stellen erfolgen. Die Reaktionskräfte werden bei einander gegen­ überliegenden Austrittsdüsen 11 ausgeglichen. Durch solche Aus­ trittsdüsen 11 kann die Impulsdruckinjektion in eine oder meh­ rere bestimmte Richtungen gelenkt werden.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann man einen Pfahl 1 auch unter Verwendung eines ziehbaren Rohres 12 erstellen. Die Lanze 6 und das Rohr 12 sind dabei gegenüber dem Bohrlochgrund zurück­ versetzt. Durch eine Impulsdruckinjektion kann ein erweiterter Pfahlfuß 13 von der Höhe h erzeugt werden, wobei der Baugrund 5 nach abwärts und seitlich erweitert wird.

Werden die Impulsdrucklanze 6 bzw. die Austrittsöffnung 11 und das Rohr 12 unter Ausübung einer Vielzahl von Impulsdruckinjektionen der Höhe nach verändert, so wird der Baugrund 5 längs dieser Strec­ ke verdichtet und erweitert. Auf diese Weise kann z. B. ein Ver­ preßanker hergestellt werden, dessen Zugkraft längs dieser vor­ bestimmten Strecke in den Baugrund abgetragen werden soll.

Eine nach erfolgter Impulsdruckinjektion verbleibende, über den hydrostatischen Druck einer flüssigen Baustoffsäule hinaus­ gehende Restverspannung des fertiggestellten Bauelementes 1 mit dem Baugrund 5 wird durch Gewölbewirkung im Baugrund, Gewölbe­ wirkung im Korngerüst der Zuschlagstoffe des Baustoffes 3 und noch besonders dann erreicht, wenn ein "cracking" eintritt und der Baustoff 3 in den entstandenen Verwurzelungen 16 durch Ab­ filtern flüssiger Phase verliert. Bei dem so eingedickten, erhärtenden Bau­ stoff 3 kann sich dann ein hydrostatischer Druckausgleich nicht mehr einstellen.

Die Restverspannung kann noch dadurch gesteigert werden, daß in dem mit fließfähigen erhärtbaren Baustoff 3 aufgefüllten Loch 2 noch ein perforiertes Rohr 14 eingebaut wird und dann innerhalb dieses Rohres 14 Impulsdruckinjektionen ausgeführt werden. Dieses Rohr 14 kann, wie aus Fig. 5 ersichtlich, geformt sein. Das wellenförmig geformte Rohr 14 bildet Öffnungen 15, an die sich, wie dargestellt, nach außen erweiternde, düsenförmige Wandun­ gen anschließen. Es ist auch möglich, umgekehrt die Wandungen zu der Öffnung 15 hin sich verengend zulaufen zu lassen. Es kann als Streckmetall- oder Kunststoffrohr ausgebildet sein.

Bei Ausübung von Impulsdruckinjektionen wird das flüssige Material, bzw. der fließfähige, erhärtbare Baustoff 3 durch diese Öffnungen 15 hindurchgeschossen. Sofern nun der Baugrund 5 so beschaffen ist, daß er von der flüssigen Phase des Baustoffes 3 etwas aufnehmen kann, wird der Baustoff 3 im Ringraum zwischen perforiertem Rohr 14 und Baugrund 5 eingedickt. Die Öffnungen 15 im Rohr 14 wirken dann gegenüber dem eingedickten Baustoff 3 näherungsweise wie Rückschlagventile, so daß der durch die Impulsdruckinjektion in den Ringraum hineingepreßte Bau­ stoff 3 sich hinterher nicht mehr voll hydrostatisch ausglei­ chen kann, wodurch eine Zone verbleibenden Überdruckes ent­ steht.

Wird nun bei der Impulsdruckinjektion im Baugrund 5 noch zu­ sätzlich ein "cracking" erreicht, so kann sich der in den Ver­ wurzelungen 16 befindliche, eingedickte, erhärtende Baustoff 3 auf diese Zone abstützen, wodurch ein zweistufiger Druckaufbau und somit eine gesteigerte Restverspannung zwischen Bauelement 1 und Bau­ grund 5 erhalten bleibt. Das perforierte Rohr 14 kann erforderlichenfalls außerdem die Hohlraumwandung stützen und zugleich als Beweh­ rung wirken.

Bei allen Ausführungsbeispielen können im Hohlraum z. B. einem Loch 2, einem Schlitz oder dgl., Bewehrungselemente, z. B. Be­ wehrungskörbe und dgl., eingebaut werden. Die Impulsdruckin­ jektion kann innerhalb oder außerhalb solcher Bewehrungen er­ folgen. Da während der Impulsdruckinjektion der erhärtbare Baustoff 3 im Hohlraum 2 immer fließfähig gehalten wird, ist es auch möglich, Bewehrungen nachträglich einzubauen. Die Impulsdrucklanze 6 kann auch selbst verbleibendes Bewehrungselement sein, wenn die Impulsdruckinjektion vom luftseitigen zum erdseitigen Ende hin fortschreitend in den mit erhärtendem Baustoff 3 aufge­ füllten Hohlraum 2 durchgeführt wird, oder wenn bei vorherigem Einbau der Impulsdrucklanze 6 es nur darauf ankommt, einen End­ knoten am Bauelement 1, z. B. eine Pfahlfußerweiterung, zu erzie­ len.

Durch Impulsdruckinjektion können allein zuverlässig unter Hohl­ raumerweiterung und/oder "cracking" gezielt Formschlußpunkte hergestellt werden.

Es ist auch möglich, unter Anwendung der Impulsdruckinjektion hergestellte Bauelemente 1 gegenseitig punktweise in Knoten oder Scheiben, aber auch gänzlich miteinander zu vereinigen, um so Raumgitterkonstruktionen im Erdreich herzustellen.

Auf diese Weise können z. B. Fundamentunterfangungen, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt, ausgeführt werden. Unter dem zu unter­ fangenden Fundament 20 werden in einem bestimmten Abstand von­ einander und von ungefähr gleichem Ansatzpunkt aus Bohrungen 21 strahlenförmig abgeteuft. Durch sich über die Bohrungslänge erstreckenden Impulsdruckinjektionen, z. B. mit Zementmilch, wachsen diese Bohrungen 21 zu vertikalen Scheiben 22 aus dem mit Zement verfestigten Baugrund 5 zusammen und bilden somit Unter­ fangungselemente.

Diese Scheiben 22 können dann noch durch dazwischenliegende, sogenannte Nägel 23, die mit Stahlstangen versehen sind und ebenfalls unter Anwendung der Impulsdruckinjektion hergestellt werden, verbunden und rückverankert werden. Die Nägel 23 können sowohl einzeln als auch mit mehreren Nägeln 23 zusammen End­ verankerungsknoten 24 aufweisen.

Vorteilhaft ist vor allem, daß die Impulsdruckinjektion mit Zement bisher übliche chemische Injektionen ersetzen kann, dabei aber Umweltschäden bzw. Belastungen vermeidet.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verfestigen der Bauelemente, wie Anker, Pfähle oder Schlitzwände, und der diese umgebenden Erdreichwand, wobei fließfähiger, erhärtbarer Baustoff in die Baugrundöffnung für das Bauelement eingebracht und nachfolgend flüssiges Material unter Druck von der Baugrundoberseite eingepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Baugrundöff­ nung füllenden, noch fließfähigen, erhärtbaren Baustoff mit­ tels einer Lanze (6, 10) das flüssige Material als kon­ zentrierter Strahl mittels Impulsstößen eingeleitet wird und die Austrittsöffnung (11) der Lanze so weit von dem noch fließfähigen Baustoff (3) überdeckt wird, daß der Baustoff infolge seiner Massenträgheit dämmend wirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das impulsartig zugeleitete Material zentrisch in den Hohlraum (2) für das Bauelement (1) eingeleitet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das impulsartig zugeleitete Material radial zur Längsachse des Hohlraumes (2) für das Bauelement (1) über wenigstens eine Düse (9) umgelenkt wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Im­ pulsdruckvorrichtung außerhalb des Hohlraumes (2) für das Bauelement (1) angeordnet ist und eine damit verbundene Lanze (6, 10) mit Austrittsöffnung zur Einleitung eines flüssigen Material in den Hohlraum für das Bauelement ragt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (10) wenigstens eine, seitlich gerichtete Aus­ trittsöffnung (11) besitzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (6, 10) mit Austrittsöffnung höhenverstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (6, 10) zentrisch zu einem gewellten Rohr (14) mit wie Rückschlagventile wirkende Durchtrittsöffnungen (15) in den Wellentälern angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (6) als Bewehrung im Bauelement (1) verbleibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Rohr (14) als Bewehrung für das Bauelement dient.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren vorstehenden An­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Bewehrungskörbe oder dgl. vorhanden sind und die Lanze (6) zum Einleiten von flüssigem Material innerhalb oder außerhalb dieser Bewehrungskörbe angeordnet ist.