DE3511856C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur mechanischen Bodenverdichtung von verfüllten Baugruben oder dgl. mittels in lotrechter Richtung erfolgenden Vibrations­ stampfens.

Bekannte Bodenverdichtungsvorrichtungen bestehen aus einem plattenförmigen Bodenverdichtungswerkzeug und einem darauf angeordneten, meist mit einem Dieselmotor angetriebenen Vibra­ tionsantrieb. Das Bodenverdichtungswerkzeug weist nach oben abgebogene Ränder auf um zu verhindern, daß es in den losen, zu verdichtenden Boden einsinkt und um zu gewährleisten, daß es schlittenartig waagerecht über die Bearbeitungsfläche von Hand bewegt werden kann.

Unter der Wirkung der Vibrationsstöße verdichtet sich der unter der Vorrichtung befindliche Boden, weil sich jeweils Verdich­ tungskegel im Boden bilden.

Beim Auffüllen von Gräben und Kanälen für den Großrohrleitungs­ bau, die z. T. etwa 6 m und tiefer sein können, kann mit den bekannten Vorrichtungen jeweils nur eine Bodenlage von etwa 30-50 cm aufgefüllten Bodens verdichtet werden. Besonders schwierig gestaltet sich dabei die Verdichtung des sogenannten "Arbeitsraumes", d. h. der Zwischenräume zwischen Kanalwand und verlegter Rohrleitung, da sich hier leicht Hohlräume bilden können.

Die bekannte Verfahrensweise ist sehr zeit- und arbeitsaufwen­ dig und diktiert auch den zeitlichen Ablauf aller Auffüllarbei­ ten und die Bereitstellungzeiten der entsprechenden Maschinen in erheblichem Maße.

Es liegt im allgemeinen Interesse, Tiefbauarbeiten so schnell wie möglich abzuschließen, damit die hiermit verbundenen Beeinträchtigungen, wie Verkehrssperrungen, Lärmbelästigung, Verschmutzung usw. auf ein Minimum begrenzt werden.

Aus der EP-PS 00 96 671 ist eine Vorrichtung zur Bodenverdich­ tung bekannt, die aus einem an einem Mäkler auf- und abbewegbaren Verdichtungswerkzeug besteht, das nach Art eines Tauchrüttlers arbeitet und aus einer Vibrationseinrichtung und einem mit waagerechten Flügeln besetzten Tauchstab besteht.

Diese Vorrichtung ist für "verdichtungsfähige" (compactible) Böden vorgesehen, worunter im Hinblick auf die gewählte Verfahrensweise, nämlich "Rütteln", nur nichtbedingte Böden mit weitgehend homogener Körnung verstanden sein können. Bei leichtbindigen oder gar bindigen Böden, bei Böden mit stark unterschiedlicher Körnung, Feuchte und Bodenart wäre die bekannte Vorrichtung nicht mehr brauchbar.

Bei der bekannten Vorrichtung wird das Werkzeug in den Boden getaucht und dann unter der Einwirkung eines Vibrators mit einer bestimmten, dem Verdichtungsgrad adäquaten Zugkraft aus dem Boden gezogen. Das Werkzeug überträgt somit keinerlei Druckkraft auf den Boden, sondern vermittelt diesem lediglich die Schwingungen. Dabei wird mittels der sehr stark mechanisch beanspruchten seitlich vorstehenden Flügel ein nicht näher begrenztes Volumen des Bodens durch Rütteln so gerichtet, daß die Bodenteilchen eine entsprechende vibrationsbedingte Packungsdichte erhalten.

Beim erneuten Eintauchen neben der verdichteten Stelle kann es jedoch leicht vorkommen, daß die vorher verdichtete Stelle wieder umorientiert wird und ihre Verdichtung teilweise wieder aufgibt. Wenn überhaupt, so ist die bekannte Vorrichtung nur begrenzt brauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur mechanischen Bodenverdichtung zu schaffen, mit dem nicht nur eine vibrationsbedingte Ausrichtung der Bodenteilchen, sondern eine wirkliche tiefenwirksame Verdichtung erzielt wird, die das bisher üblche lagenweise Verfüllen von Gräben weitgehend überflüssig macht.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß die wirksamste Form der Verdichtung das Vibrationsstampfen ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem statt wie bisher, jeweils flächige Bodenladen festzustampfen nun mit einem Vibrationsstampfwerkzeug die völlig verfüllte Baugrube punktu­ ell festgestampft wird, eignet sich für Böden allgemeiner Art, d. h. es ist unabhängig von der Bindigkeit der Böden. Nach diesem Verfahren wird zunächst an einer Stelle das Vibrations­ stampfwerkzeug angesetzt, das während der Tätigkeit des Schwingungserzeugers in das lose Erdreich unterstützt durch die Vorspannung soweit einsinkt, bis es infolge der sich bildenden Verdichtung einen ausreichenden Widerstand erfährt. Dort wird ein tiefgelegener Stampfkegel gebildet. Durch den punktuellen Angriff lassen sich rasch sehr hohe Verdichtungswerte erzielen, was insbesondere für zu bearbeitende Arbeitsräume wichtig ist. Anschließend wird das Vibrationsstampfwerkzeug um ein gewisses Maß nach oben gezogen. Dabei fällt Erdreich in den frei werdenden Raum und kann erneut festgestampft werden. Hierbei arbeitet es in einer höheren Lage, die sich auf der bereits verdichteten Lage abstützt. Auf diese Weise wird eine verdichtete Erdsäule bis in die oberen Erdschichten gebildet. Erst dann wird die Vorrichtung seitlich versetzt. Neben der bereits gebildeten verdichteten Erdsäule wird eine weitere, im Querschnitt relativ kleine, verdichtete Erdsäule gesetzt und so weiter.

Dieses Verfahren erspart eine Vielfalt von Versetzungsbewegun­ gen und Umrüstungen und ermöglicht die Verdichtung von Baugruben in einem Bruchteil der bisher benötigten Zeit, denn es ist auf diese Weise möglich, einen Graben auf einmal, statt lagenweise zu verfüllen und das Füllgut in relativ kurzer Zeit mit sehr hohen Verdichtungswerten zu verdichten.

Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß die Baustelle wesentlich schneller als bisher vom Auswurf geräumt und freigemacht werden kann, daß für die zum Verfüllen erforderlichen Geräte und Maschinen geringere Wartezeiten und eine bessere Ausnutzung anfallen und daß eine erhebliche Kostensenkung erzielbar ist. Zugleich ergeben sich damit bedeutende umweltfreundliche Vorteile.

Da es sich beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht um die Verwendung einer reinen Vibrationsvorrichtung im Sinne eines Tauchrüttlers, sondern um eine mechanische (Stampf-)Verdichtung handelt, und ihr Wesen in der Überlagerung von begrenzten Stampfkegeln zu sehen ist, kann in der bekannten Verfahrenswei­ se kein Vorbild gesehen werden.

Andererseits hat aber auch die seit Jahrzehnten übliche reine Stampfverdichtung keine Handhabe gegeben, zur neuen Verfahrens­ weise zu gelangen.

Die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 umschrieben. Auch wenn Stampfvorrich­ tungen, z. B. aus der US-PS 43 75 927 an sich bekannt sind, so sind sie doch nicht geeignet, die vorliegende Aufgabe zu lösen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Verdichtungswerkzeug der Wirkung einer kontinuierlichen, nach unten gerichteten Zusatzkraft unterliegt. Dies ist beim Stand der Technik nicht der Fall. Dort wird das Werkzeug stoßweise, d. h. diskontinuierlich von der Masse des Vibrators beauf­ schlagt. Dabei kommt in den Hubphasen das Werkzeug kurzfristig außer Eingriff mit dem verdichteten Boden, so daß hier eine ähnliche mechanische Wirkung eintritt, wie beim Tauchrütteln. Versuche haben gezeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Einwirkung der zusätzlichen kontinuierlichen Kraft, die durch eine Vorspannung erzielt wird, nicht wirksam ist.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Vibrationsstampfwerkzeug,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein anderes Bodenverdichtungswerkzeug und

Fig. 4a-c eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in drei Arbeitsstellungen.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bodenverdich­ tung, insbesondere für tiefe Gräben. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem an einem Mäkler 1 lotrecht geführten Schwingungserzeuger 2 und einem von diesem getragenen Vibra­ tionsstampfwerkzeug 3.

Der Mäkler 1 kann ein eigenes Fahrgestell haben oder Teil einer auf Kettenraupen geführten selbstfahrenden Baumaschine sein, die üblicherweise zum Einrahmen und Ziehen von Verbaudielen, zum Bohren oder Setzen von Stützen und dgl. benutzt wird. Der mit dem Schwingungserzeuger 2 verbundene, am Mäkler 1 geführte Schlitten 4 ist mit einem Seiltrieb 5 verbunden, der dem Schlitten 4 eine nach unten gerichtete kontinuierlich wirkende Vorspannungskraft zu erteilen vermag. Hierdurch erfolgt eine Verstärkung der nach unten gerichteten Schwingungsamplituden des Schwingungserzeugers 2. Dieser Schwingungserzeuger 2, auch als "Vibrationsrammbär" bezeichnet, weist an seinem unteren Ende eine Aufhängeeinrichtung 6 für Kanaldielen oder dgl. auf.

In dieser Aufhängeeinrichtung 6 ist der entsprechend ausgebil­ dete obere Teil des Vibrationsstampfwerkzeuges 3 eingehängt. Dieses besteht aus einem Stempel 7, z. B. einem Stahlträger mit H-Profil, dessen Länge etwa der Tiefe des zu verdichtenden Bodengutes entspricht. Am unteren Ende des Stempels ist eine waagerechte Verdichtungsplatte 8 angeschweißt oder lösbar befestigt. Um über der Verdichtungsplatte 8 sich ansammelndes Bodengut abzuweisen, trägt die Verdichtungsplatte zweckmäßig ein kegel- oder pyramidenförmiges Gehäuse 9.

Die Verdichtungsplatte 8 kann eine beliebige, dem jeweiligen Arbeitszweck angepaßte Grundrißfläche haben, z. B. quadratisch (Fig. 2) oder rechteckig (Fig. 3) ausgebildet sein. Die in Fig. 3 gezeigte rechteckige Form eignet sich besonders gut zum Verdichten der Arbeitsräume neben Rohrleitungen.

Im Betrieb wird, wie Fig. 4a zeigt, das vibrierende Vibrations­ stampfwerkzeug 3 am stillstehenden Mäkler 1 bis in eine Tiefe der Erdreichauffüllung eines Grabens abgesenkt, wo der vorhan­ dene Bodenwiderstand eine Grenze setzt. Hier erfolgt innerhalb kürzester Frist eine sehr intensive Bodenverdichtung in der Form eines Verdichtungs- oder Stampfkegels 10; die nacheinander in geringerwerdenden Tiefen wiederholt wird. Nachdem diese Verdichtung durchgeführt ist, wird das Vibrations­ stampfwerkzeug herausgezogen, seitlich versetzt und erneut in die Arbeitstiefe abgesenkt, bis die dort befindliche untere Lage 11 verdichtet ist, usw.

Die Verdichtungsplatte 8 wird während der Arbeit dabei ausschließlich lotrecht nach unten, z. B. etwa 4 m tief in das aufgefüllte Erdreich gedrückt und nicht, wie beim Stand der Technik lediglich waagerecht auf dessen Oberfläche verfahren.

Sobald die Lage 11 verdichtet ist, erfolgt die Verdichtung der nächstfolgenden Lage 12 in der gleichen Weise usw. (Fig. 4b, c).

Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise die Verdichtungszeiten auf 10% der bisherigen Zeiten gesenkt werden konnten und sich ein außerordentlich hoher Verdichtungsgrad ergibt. Auch ist, da die Tiefenwirkung besonders hoch ist, die Höhe jeder Lage 11, 12 usw. bedeutend größer als beim lagenweisen Verfüllen eines Grabens in der bisherigen Weise.

Claims (3)

1. Verfahren zur mechanischen Bodenverdichtung von verfüllten Baugruben oder dgl. mittels in lotrechter Richtung erfolgenden Vibrationsstampfens, dadurch gekennzeichnet,
daß das zu verdichtende Erdreich in seiner vollen Höhe verfüllt wird,
daß das Vibrationsstampfwerkzeug unter der Wirkung einer zusätzlichen, nach unten gerichteten kontinu­ ierlichen Vorspannung auf das Erdreich aufgesetzt wird und dabei solange betätigt wird, bis sich unter dem Vibrationsstampfwerkzeug ein ausreichend verdich­ teter Erdkegel gebildet hat, und
daß das Vibrationsstampfwerkzeug nacheinander anstei­ gend jeweils in verschiedenen Höhen der gleichen Erdreichsäule betätigt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem an einem Mäkler geführten Schwingungserzeuger und einem mit diesem verbundenen Vibrationsstampfwerkzeug, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwingungserzeuger (2) mit dem Vibrations­ stampfwerkzeug (3) mit einem am Mäkler (1) geführten Schlitten (4) verbunden ist, an dem eine aus einem Seiltrieb (5) bestehende, nach unten gerichtete, kontinuierlich wirkende Vorspannungseinrichtung an­ greift, und
daß das Vibrationsstampfwerkzeug aus einem Stempel (7) mit einer Verdichtungsplatte (8) und einem darüber befindlichen kegeligen oder pyramidenstumpf­ förmigen Gehäuse (9) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungsplatte (8) lösbar mit dem Stempel (7) verbunden ist.