DE3514522A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausbilden einer bodenverfestigungskonstruktion - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum ausbilden einer bodenverfestigungskonstruktionInfo
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Description
HOFFMANN"·" EITLE & PAFRTNER 351 452
PATENTANWÄLTE DIPL.-ΙΝΘ. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-INQ. W. LEHN '.
DIPL.-ING. K. FOOHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H1-A. BRAUNS · DIPL.-INQ. K. SORQ
DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE
N.I.T. Co., Ltd.
Machida-shi / Japan
Machida-shi / Japan
Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden einer Bodenverfestigungskonstruktion
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Bodenverfestigungskonstruktion,
wie eines Verstärkungsaufbaus eines losen Bodens, und zwar als Untergrund für Wände
und Gebäudefundamente.
Bei bekannten Verfahren zum Verstärken eines losen
bzw. weichen Bodens wurde ein Bodenverfestigungsmaterial abgebendes Rohr in den Boden getrieben, während
diesem dabei eine Drehung verliehen wurde. Das Verfestigungsmaterial wurde durch das Rohr in den Boden
abgegeben, um dadurch das Erdreich zu verfestigen. Ein solcher Stand der Technik hat jedoch den Nachteil,
daß, da von einem ausgewählten Bereich im Boden, wo das Verfestigungsmaterial abgegeben wurde, abgelöstes
Erdreich und Schotter mit dem Verfestigungsmaterial vermischt wurde, dieser Bereich nicht immer in der berechneten
gleichförmigen Festigkeit verstärkt werden konnte, was es schwierig macht, die gewünschte und bestimmte
Festigkeit des ünterbodenbereiches vorzusehen.
-δ-Da weiterhin das Verfestigungsmaterial am führenden oder
unteren Ende des Ausflußrohres abgegeben wird, während
das Rohr sich dreht, so daß die Bedienungsperson nicht feststellen kann, in welcher Richtung die Düse weist,
wird das Verfestigungsmaterial zufällig in den Boden abgegeben und mit dem umgebenden Erdreich vermischt.
So war der im Boden auszubildende Verfestigungsaufbau auf eine säulen- oder plattenförmige Gestalt begrenzt.
Da weiterhin die Wirbelgelenkverbindung, über die die Drehbewegung von einer äußeren Antriebsvorrichtung auf
das Ausflußrohr übertragen wurde, einer konstruktiven Begrenzung unterworfen war, konnten komplizierte Ausflußrohre
mit einer Vielzahl von Flüssigkeitszuführschläuchen, wie Drei- oder Vierfach-Ausflußrohre nicht verwendet
werden.
Somit besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum verbesserten Verfestigen von losem Boden
zu schaffen, ohne daß der Verfestigungsaufbau auf einzelne Säulen oder Platten beschränkt ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Hohlraum vorbestimmter Form im Boden dadurch ausgebildet, daß das durch Ausgraben
des Bodens abgelöste Erdreich abgegeben wird und im Hohlraum dadurch ein Verfestigungsaufbau gebildet wird,
· daß das Verfestigungsmaterial in den Hohlraum eingegeben wird. Da das abgelöste Erdreich auf perfekte Weise
durch das Verfestigungsmaterial im Hohlraum ersetzt werden kann, kann ein Verfestigungsaufbau mit einer FestiggQ
keit von 180 kg/cm2 erzielt werden, wenn dies gewünscht
ist. Ein Verfestigungsaufbau jeder gewünschten Form kann dadurch erfolgen, daß die Richtung der Ausflußdüse im
Boden beobachtet werden kann.
gg Wenn weiterhin die Einsetzrohranordnung abwechselnd in
die eine oder andere Richtung gedreht wird, und zwar über einen vorbestimmten Winkel, anstatt diese Rohr-
-δ-anordnung kontinuierlich in einer Richtung zu drehen,
wird ein Verdrehen der Zuführleitungen und -schläuche vermieden, die mit der Einsetzrohranordnung in Verbindung
stehen, wodurch die Einsetzrohranordnungen komplizierten Aufbaus Einsatz finden können, ohne daß eine
Wirbelgelenkverbindung notwendig ware.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
XO der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausbilden
X5 einer Bodenverfestigungskonstruktion entspre
chend der Erfindung, wobei die zur Vorrichtung gehörenden Grundausrüstungen weggelassen sind,
Fig. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1
im vergrößerten Maßstab, wobei der untere Ab
schnitt der Einsetzrohranordnung weggeschnitten ist,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht mit der Darstellung des Behältnisses zwischen dem Setzmittel und
dem Schalter,
Fig. 4 eine Teilansicht des führenden oder unteren Endabschnittes der Einsetzrohranordnung in veron
größertem Maßstab, wobei ein Teil desselben
weggeschnitten ist,
Fig. 5 eine der Fig.. .3 ähnliche Ansicht, jedoch mit der Darstellung einer modifizierten Einsetz-
o_ rohranordnung.
*- ' " 35U522
-1-
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Bodenverfestigungskonstruktion,
die entsprechend der Erfindung im Untergrund ausgebildet ist und
Fig» 7 eine Ansicht einer anderen Bodenverfestigungskonstruktion,
die entsprechend der Erfindung im Untergrund ausgebildet ist.
In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen A eine
Einsetzrohranordnung, die allgemein ein den Hauptrohrkörper der Anordnung bildendes Gehäuse 1, ein innerhalb
des Gehäuses 1 exzentrisch zu letzterem verlaufendes Jet-Ausflußrohr und eine Jet-Ausflußdüse 3 umfaßt, welche am unteren Ende des Rohres 2 vorgesehen ist und so
mit letzterem in Verbindung steht, daß die Abstrahlrichtung durch die Düse bestimmt auf dem Boden durch die Gestaltungsmittel
des Gehäuses selbst oder einer Markierung auf dem Gehäuse beobachtet werden kann.
Das Gehäuse 1 umfaßt eine Reihe von Rohrabschnitten geeigneter und gleicher Länge, die durch Verbindungsabschnitte
8 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsabschnitte 8 sind an den Rohrabschnitten mit Quertrennungen 9
ausgebildet, die zwischen den benachbarten Rohrabschnitten angeordnet sind. Die Quertrennungen 9 können die
inneren Rohre halten, deren Beschreibung später erfolgt. Bei der dargestellten Ausführungsform kann alternativ
der Rohrabschnitt die Form eines geflanschten Rohres haben, dessen Flansch mit einer Markierung versehen ist,
obwohl der Rohrabschnitt die Form einer Stange mit einem trapezförmigen Querschnitt hat, die in Abstrahlrichtung
der Düse 3 die Dimensionen reduziert. Wenn der winkelige Rohrabschnitt verwendet wird, kann der Rohrabschnitt genau
durch ein Spannfutter ergriffen werden, ohne die , Gefahr eines Schlupfes, wodurch der Rohrabschnitt einem
hohen Drehmoment widerstehen kann und somit ein genauer Betrieb der Vorrichtung erzielt werden kann. Das Bezugs-
zeichen 4 bezeichnet das Spannfutter, welches zu einer
Stütz- und Drehvorrichtung 5 für das Einsetzen der Rohranordnung gehört. Das Spannfutter 4 umfaßt einstellbare
Setzer 6a,6b, die am Außenumfang im Winkelabstand zueinander
angeordnet sind, um die Einsetzrohranordnung in eine bestimmte Lage einzustellen, wenn die Einsetzrohranordnung durch die Vorrichtung 5 gedreht wird. Wenn der Winkel zwischen den Setzern 6a,6b auf 06 eingestellt ist,
drehen sich jederzeit das Spannfutter 4 und dementsprechend die Einsetzrohranordnung A um den Winkel oo · Ein Schalter
7 stößt gegen die Setzer 6a und 6b, um die Drehrichtung der Antriebsvorrichtung 10 für das Spannfutter 4 umzukehren
, wodurch die Einsetzrohranordnung A sich kontinuierlich und alternativ in der einen oder anderen Richtung bewegt,
und zwar unter Abdeckung des durch den Winkel OL bestimmten Winkelabstandes. Der vorgenannte Schalter 7 ist
an der Antriebsvorrichtung 1O vorgesehen und verläuft
von dieser nach oben. Wenn einer der Setzer 6a und 6b eliminiert wird, kehrt die Einsetzrohranordnung A ihre Drehrichtung
jederzeit um, wenn die Anordnung um 360° gedreht worden ist. Das Bezugszeich^n 11 bezeichnet eine Vorrichtung
zum Bewegen der Einsetzrohranordnung A nach unten in den Boden und nach oben aus dem Boden. Eine Bohrspitze 12
ist am führenden oder unteren Ende der Einsetzrohranordnung A ausgebildet. Diese Bohrspitze 12 gräbt einen Hohlraum
in den Boden, wenn sich die Einsetzrohranordnung A kontinuierlich und abwechselnd in der einen und der anderen
Richtung dreht. Wenn der Grabvorgang sich fortsetzt, um die Tiefe des Hohlraumes zu vergrößern, senkt sich die
go Einsetzrohranordnung A graduell in den Boden ab. Eine Düsenstützstange
13 ist mit ihrer Basis 14 an die Jet-Ausflußdüse 3 oberhalb der Bohrspitze 12 schwenkbar angebracht,
um die Düse 3 abzustützen und ebenso eine Gleitbewegung nach oben und nach unten entlang.der Einsetzrohranordnung
qc A zu ermöglichen. Wenn die Basis 14 der Stützstange 13
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entlang der Einsetzrohranordnung A nach oben bewegt wird, so ragt das führende Ende der Stützstange 13 im
wesentlichen horizontal weg von der Einsetzrohranordnung A, um dadurch die Düse 3 von der Einsetzrohranordnung
A seitlich wegzuragen. Wenn das Jet-Ausflußrohr 2 unabhängig vom Gehäuse 1 nach oben und nach unten bewegt wird, kann
die Düse 3 unabhängig von der Düsenstützstange 13 nach oben und nach unten bewegt werden. An der Seite des führenden
Endes der Einsetzrohranordnung A, die der Seite entgegengesetzt liegt, wo die Düse 3 vorgesehen ist, befindet
sich ein Ultraschallsensor 15. Bei der dargestellten
Ausführungsform bildet das hohle Innere des Gehäuses 1 ein Umkehrsaugrohr 16. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet
eine Sensorleitung. Das Umkehrsaugrohr und das Materialausflußrohr 16, 17 können durch eine einzelne gemeinsame
Rohreinheit unabhängig vom Typ des verwendeten Verfestigungsmaterials
ersetzt werden.
Bei der vorgenannten Konstruktion und Anordnung der Teiie
der Vorrichtung wird im Betrieb die Einsetzrohranordnung
A in den Boden G abgesenkt, während dieses kontinuierlich und alternativ in der einen oder anderen Richtung
gedreht wird, wobei die Bohrspitze 1-2 im Boden G den Hohlraum ausgräbt. Wenn die Einsetzrohranordnung A
in den in den Boden eingegrabenen Hohlraum abgesenkt wird, schützt ein Vertikalrohr 20, welches die Einsetzrohranordnung
A umgibt, die Hohlraumwand gegen ein Einfallen. Durch ein Rohr 18, das mit dem äußeren Ende einer
geeigneten Bentonit-Flüssigkeitsversorgungsquelle (nicht dargestellt) angeschlossen ist, wird jederzeit Bentonit-Flüssigkeit
gepumpt. Der Bentonit-Flüssigkeit wird eine
Wirbelbewegung verliehen und bildet zusammen mit der abgelösten Erde einen Schlamm, um den Hohlraum auszufüllen.
Die wirbelnde Bentonit-Flüssigkeit wird durch das Umkehrsaugrohr 16 zusammen mit der abgelösten Erde durch
-10- ■
das ümkehrsaugrohr 16 auf den Boden oberhalb des Hohlraumes
nach oben gesaugt. Vom Schlamm wird dann die Erdreichkomponente unter Zurücklassung der Bentonit-Flüssigkeit
entfernt, so daß diese wiedergewonnene Bentonit-Flüssigkeit durch das Rohr 18 und das Rohr 20
wieder in den Hohlraum geleitet werden kann. Wenn die Einsetzrohranordnung A eine vorbestimmte Tiefe im Boden
erreicht hat oder der Hohlraum wurde bis zur vorbestimmten Tiefe im Boden ausgehoben, so wird ein Strahl von
Grabmaterial unter hohem Druck durch das Jet-Ausflußrohr 2 und-die Düse 3 in den Hohlraum gestrahlt, um die
den Hohlraum bildende Erdreichschicht zu versetzen. Auf dieselbe Weise, wie dies im Zusammenhang mit dem
Ausfließen der Bentonit-Flüssigkeit beschrieben worden ist, wird das abgetragene Erdreich durch das ümkehrsaugrohr
16 nach oben auf den Boden gesaugt. Wenn das Saugrohr
16 mit einem zusätzlichen Luftrohr 21 versehen ist, und zwar zusätzlich zu der Saugwirkung des Saugrohres
16 selbst, kann ein Luftanhebeffekt durch das zusätzliehe
Luftrohr 21 vorgesehen werden, um die Saugwirkung zu erhöhen. Da die Lage der Jet-Ausflußdüse 3 durch
Manipulieren der Düsenstützstange 13 verändert werden
kann, wie dies zuvor erläutert wurde, so kann der Hohlraum in jede gewünschte· Form gegraben werden. Die Wand
des Hohlraumes 41 kann unter dem Fülldruck der wirbelnden Bentonit-Flüssigkeit gegen Einfallen geschützt werden.
Das Volumen und die Form des Hohlraumes 41 werden durch den Ultraschallsensor 15 festgestellt und erfühlt.
Das abgefühlte Volumen und die abgefühlte Form werden durch die Sensorleitung 19 zu einem nicht dargestellten
Monitor übertragen, welcher sich auf dem Boden befindet. Alternativ kann eine Information hinsichtlich der Natur
des Erdreiches im Boden dadurch erzielt werden, daß der Strahl entlang der Pilothohlraumwand 40 mit konstan-
3g ter Geschwindigkeit und Druck von der Düse 3 geleitet
wird, wodurch die konkav-konvexe Konfiguration des Gra-
,1 bens durch den Sensor 15 bestimmt werden kann. Die Form des Hohlraumes 41 kann auf der Basis der festgestellten
Natur des Erdreiches bestimmt werden.
Nachdem der Hohlraum 41 in eine vorbestimmte Form gebracht
wurde, wird Verfestigungsmaterial durch ein Verfestigungsmaterial abgebendes Ausflußrohr 17 in den Hohlraum eingegeben,
um den Hohlraum 41 zu füllen. Wenn der Strahl von Grabmaterial nicht durch die Jetdüse abgegeben wird, wenn
das Verfestigungsmaterial abgegeben wird, können die Jetdüse 3 oder das Umkehrsaugrohr 16 dazu verwendet werden,
das Verfestigungsmaterial abzugeben, und zwar in Abhängigkeit von der Art des Verfestigungsmaterials.
]_5 Das Verfestigungsmaterial kann aus der Gruppe folgender
Materialien ausgewählt werden: Zement, Natriumsilikat, Acrylamid, Asphalt, Urethanharz und Isocyanat, und zwar
in Abhängigkeit von der besonderen Verfestigungskonstruktion, welche im Boden auszubilden ist. Durch Wiederholen
des vorgenannten Vorganges werden sukzessive Ver-. festigungsaufbauten und -konstruktionen ausgebildet, wobei
das Verfahren ebenso auf einen besonderen, zu verstärkenden Bereich Anwendung finden kann.
Bei der zuvor erwähnten Konstruktion und Anordnung der Vorrichtung der Erfindung können die folgenden Wirkungen
erzielt werden.
Da die Einsetzrohranordnung sich kontinuierlich und QQ alternierend in der einen oder anderen Richtung dreht,
jedoch nicht kontinuierlich nur in einer Richtung, wird ein ausgezeichneter Mechanismus realisiert, bei dem der
Monitor auf dem Erdboden, die Sensormittel im Boden, der Mechanismus am führenden Ende der Einsetzrohranordg5
nung, die Betriebsmittel auf dem Boden und die Materialversorgungsmittel zufriedenstellend durch relativ einfa-
ehe Mittel miteinander ins Verhältnis gebracht werden
können, ohne daß eine intermittierende Störung erfolgt, wenn die Einsetzrohranordnung gedreht wird, was bei den
bekannten Anordnungen festgestellt worden ist.
Da weiterhin der Drehwinkel der Einsetzrohranordnung durch das Zusammenwirken des Schalters 7 und der einstellbaren
Setzer bzw. Anschläge 6a,6b eingestellt werden kann, kann eine sektorförmige Verfestigungskonstruktion mit innerhalb
eines vorbestimmten Winkelbereiches ausgebildet werden. Die Verfestigungskonstruktion kann konzentriert
in einem genau definierten Bereich ausgebildet werden.
Da weiterhin die Verfestigungskonstruktion dadurch ausgebildet
wird, daß perfekt abgetragenes Erdreich mittels der wirbelnden Flüssigkeit durch Einfüllen von Material
"ersetzt werden kann, kann ein Verfestigungsaufbau hoher
Festigkeit erzielt werden, ohne herkömmliche Pfähle eingetrieben werden.
Die Düse hat eine Wirkung dahingehend, eine bestimmte Form des Verfestigungsaufbaus zu definieren.
— Leerseite
■■: ill
Claims (8)
1. Verfahren zum Ausbilden einer Bodenverfestigungskonstruktion,
gekennzeichnet durch
folgende Verfahrensschritte: Einsetzen einer Einsetzrohranordnung,
die ein Umkehrsaugrohr, ein Hochdruck-Jet-Ausflußrohr
und ein Verfestigungsmaterial-Ausflußrohr bis zu einer bestimmten Tiefe in einen Bodenbereich
wo die Verfestigungskonstruktion auszubilden ist, Ausfüllen des in diesem Bodenbereich ausgebildeten Hohlraumes
mit einer Bentonitflüssigkeit oder dgl.; Rück-
TO gewinnung des Bentonits zwischen dem Hohlraum und
einer äußeren Vorrichtung; Abgeben eines Grabmaterials mit einem Hochdruckstrahl seitlich durch das Hochdruckstrahl-Ausflußrohr
gegen die Wand des Hohlraums, um die Wand des Hohlraums abzutragen, während die Einsetzrohranordnung
kontinuierlich und abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung über einen vorbestimmten
Winkelabstand gedreht wird; Absaugen des abgetragenen Erdreiches von der Wand des Hohlraumes
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Ψ ■ * -ψ
nach oben durch das Umkehrsaugrohr in den Überbodenbereich
zusammen mit dem von der Bentonitflüssigkeit eingefangenen
Erdreich; und gleichzeitiges Anzeigen des Zustandes des gegrabenen Hohlraumes durch einen Monitor an der
Einsetzrohranordnung und Abgeben von Verfestigungsmaterial durch das Verfestigungsmaterial-Ausflußrohr in den Hohlraum,
um dadurch den Boden zu verstärken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfestigungsmaterial durch ein nach unten gerichtetes
Ausflußrohr abgegeben wird, nachdem der Grabvorgang durch den Ausflußstrahl vollständig durchgeführt worden
ist.
15
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfestigungsmaterial seitlich aus der
Einsetzrohranordnung mit einem Hochdruckstrahl abgegeben wird.
.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Graben eines Pilothohlraumes
mittels einer am führenden Ende der Einsetzrohranordnung befindlichen Bohrspitze die Einsetzrohranordnung entlang
der Wand des Pilothohlraumes mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, während ein Grabmaterial seitlich von
dieser Einsetzrohranordnung abgegeben wird, daß die Zustände des Pilothohlraumes durch einen Ultraschallsensor
am führenden Ende der Einsetzrohranordnung abgefühlt wird,
ο« wodurch eine Bedienungsperson :. der Einsetzrohranordnung
die Verteilungszustände der Natur des Erdreiches in dem besonderen Bereich des Bodens bestimmt.
5. Vorrichtung zum Ausbilden einer Verfestigungskongc
struktion im Boden gekennzeichnet durch
eine Einsetzrohranordnung (A) mit einer Passage (2), einer Düse (3) und einer Ausflußöffnung für das Ümkehrabsaugen
""*-" "
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und einem Jetausfluß für das Verfestigungsmaterial, wobei
die Passage, die Düse und die Öffnung getrennte Teile sind oder in einer Einheit kombiniert sind, wobei die Einsetzrohranordnung
weiterhin eine Bohrspitze (12) und einen Ultraschallsensor
(15) am führenden Ende desselben und auf dem Boden am anderen Ende einer Anzeigeeinrichtung aufweist;
durch ein Drehspannfutter (4) mit Einstellmitteln (6a, 6b) für das Umkehren der Drehbewegung der Einsetzrohranordnung
(A) jederzeit dann, wenn ein Schalter (7) gegen die Einstellanschläge stößt; und eine Einrichtung (11)
zum Bewegen der Einsetzrohranordnung (A) nach oben und . nach unten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellanschläge (6a,6b) zwei einstellbare Anschläge
sind, die am Umfang des Spannfutters (4) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Jet-Ausflußdüse (3) durch eine darunterliegende
Stange abgestützt ist, die am Basisende an der Einsetzrohranordnung (A) und an deren führenden Ende an
der der Düse entgegengesetzten Seite schwenkbar angebracht ist, wodurch, wenn das verschiebbar entlang der Einsetzrohranordnung
abgestützte Basisende nach oben.bewirkt wird, die Düse seitlich von der Einsetzrohranordnung (A)
in Ausflußrichtung vorragt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dagO
durch gekennzeichnet, daß die Jet-Ausflußdüse (3) durch
eine auf dem Boden befindliche Bedienungsperson nach oben und nach unten bewegbar ist, und zwar durch gleichzeitiges
Bewegen des Ausflußrohres (2) und des Basisendes der Stützstange nach oben und nach unten.
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