DE3618168A1

DE3618168A1 - Verfahren zur statischen horizontalverdichtung von baugruenden

Info

Publication number: DE3618168A1
Application number: DE19863618168
Authority: DE
Inventors: Michel Paris Gambin
Original assignee: Soletanche SA
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1986-12-04
Also published as: NL8601389A; FR2582694A1; FR2582694B1; BE904836A

Description

Andrejewsld, Honke & Partner, Patentanwälte in

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdichtung lockerer Baugründe, welches oberhalb oder unterhalb des Grundwasserspiegels über eine Bodenschicht mit gegebener Dicke in einer beliebigen Tiefe durchgeführt werden kann.

Man kennt bereits verschiedene Verfahren zum Verdichten von Böden, durch welche es möglich ist, diesen Böden verbesserte mechanische Merkmale zu verleihen ' und insbesondere langseitiges Absacken insgesamt und unterschiedlich zu verringern.

Bei diesem Verfahren werden verschiedene Mittel verwendet, um das interstitielle Volumen, welches zwischen den verschiedenen festen Elementen, welche den Boden bilden und oftmals mit Wasser gefüllt sind, zu verringern.

Insbesondere kennt man Verfahren, bei denen in den Boden flüssige Mischungen wie flüssiger Zement oder Siliziumgele eingespritzt werden, welche unter Druck in die Zwischenräume eindringen und nach Aushärtung die Kompaktheit des Bodens verstärken.

Die Verfahren, bei denen in den Boden derartige Mischungen eingespritzt werden, sind schwierig durchzuführen, wenn es sich um eine eigentliche Verdichtung handelt, da es sehr schwierig ist, die Mengen der eingespritzten Produkte zu kontrollieren, welche gerade erforderlich und ausreichend sind, was einmal zu einer unzureichenden Konsolidierung oder Verfestigung des Bodens führt oder auch zu einem übermäßigen Verbrauch an Injektionsflüssigkeit, wodurch das Verfahren wenig wirtschaftlich wird.

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Man hat ebenfalls vorgeschlagen, über Bohrungen in den Boden viskosen Mörtel einzuspritzen, um eine durchgehende Reihe auszubilden, welche eine relativ gut begrenzte Zwischenfläche mit dem behandelten Boden bietet, der auf diese Weise radial zurückgedrückt wird und zwischen den verschiedenen Säulenreihen verdichtet oder verfestigt wird.

Die Durchführung dieses Verfahrens hat jedoch nicht zu den gewünschten Resultaten geführt, und zwar infolge der Unsicherheit, welche darin besteht, um den Augenblick festzulegen, wann man zweckmäßigerweise das Einspritzen des Mörtels beendet.

Sehr empirisch beobachtet man im allgemeinen, daß die Mörteleinspritzung beispielsweise so lange erfolgen muß, bis die Deckschicht, insbesondere die Bodenoberfläche, beginnt, sich anzuheben oder auch bis man feststellt, daß der Mörtel zwischen dem Boden und dem Bohrrohr austritt.

Man stellt gleichfalls fest, daß die Mörteleinspritzung unterbrochen werden muß, sobald man während der Durchführung des Verfahrens feststellt, daß der Mörtel ausfällt oder sich zersetzt.

Erfahrungsgemäß hat sich daher gezeigt, daß die Beobachtung dieser Kriterien keine schnelle und zuverlässige Durchführung dieses Verfahrens erlaubt.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein derartiges Verfahren in der Weise zu verbessern, daß eine maximale Verdichtung des Bodens unter Verwendung einer begrenzten Mörtelmenge erzielbar ist, wobei der Hauptteil der Bodenmasse keiner Plastifizierung unterworfen sein soll.

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Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Verdichten von Bodenschichten, bei welchem in den Boden von mehreren Bohrungen aus ein Mörtel eingespritzt wird, im wesentlichen dadurch, daß über gemäß einem ersten Raster angeordnete Bohrungen in eine Bodenschicht mit einer Tiefe von 2 bis etwa 30 m ein sehr viskoser Mörtel mit einem sehr großen inneren Reibungswinkel in einer ersten Reihe von Injektionen und sodann Mörtel derselben Art in einer zweiten Reihe von Injektionen über gemäß einem zweiten Raster angeordnete Bohrungen, die in der Mitte der Bohrungen des ersten Rasters liegen, eingespritzt werden, wobei die Injektionen in der Weise durchgeführt werden, daß die Gesamtmenge des im Verlaufe der Durchführung des Verfahrens eingespritzten Mörtels bei sandigen Böden unter 7 % der Gesamtbodenmenge, bei schlammigen Böden unter etwa 5 % der Gesamtbodenmenge und bei Böden mit etwa 10 % kolloidalem Ton unter etwa 3 % der Gesamtbodenmenge beträgt.

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Injektion der Mörtelmenge in mehr als zwei Injektionsreihen über in mehr als zwei Rastern angeordnete Bohrungen erfolgen, wobei die Rasterpunkte jeweils in der Mitte zwischen den Rasterpunkten des vorhergehenden Rasters liegen.

Erfindungsgemäß wird die gesamte einzuspritzende Mörtelmenge praktisch gleichmäßig auf die verschiedenen Bohrungen verteilt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Böden angewendet werden, welche aus pulverigem, grobkörnigem Material bestehen, wobei die Abmessungen der größten Teilchen 100 mm nicht überschreiten, solange die Abmessungen und Formen der festen Teile nicht gleich-

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förmig sind. Solange die Abmessungen und Formen der größten Teile 5 cm nicht übersteigen, kann das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Arten von pulverigem Material angewendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar bei sandigen und schlammigen Böden sowie auch bei bestimmten tonartigen oder lehmigen Böden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar bei Aufschüttungen verschiedener Herkunft wie beispielsweise bei Abraum- oder Trümmerschutt, selbst wenn es sich dabei um Tonblöcke handelt, oder auch bei Aufschüttungen von Industrie- und Haushaltsabfällen.

Böden, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verbessert

werden können, können entweder mit Wasser ungesättigt sein oder

sie können im Gegenteil dazu auch unter dem Grundwasserspiegel liegen.

Die erfindungsgemäß verfestigten Böden müssen im allgemeinen mehr als 2 m unter de¹- Bodenoberfläche liegen, wenn das Verfahren durchgeführt wird. Wenn es allerdings erforderlich ist, eine Verdichtung des Bodens nahe seiner Oberfläche durchzuführen, ist es möglich, während der Durchführung des Verfahrens die Baustelle mit einer Überbelastung von Material abzudecken, welches anschließend wieder entfernt wird.

Bei dem derzeitigen Stand der Technik des eingespritzten Mörtels sind die Behandlungstiefen auf etwa 30 m beschränkt, doch kann diese Tiefe durch eine Verbesserung der Pumpverfahren vergrößert werden.

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Der erfindungsgemäß brauchbare Mörtel kann beispielsweise einen Zusatz von Feinsand mit einer Körnung von 100 % unter 2 cm und 25 % unter 0,1 cm enthalten, was den Zusatz eines Füllers und 10 bis 15 Gew.% Zement oder eines anderen Bindemittels erfordern kann, wobei das Verhältnis zwischen Zement und Wasser zwischen etwa 0,15 bis 0,30 % beträgt.

Bei einem derartigen Mörtel beträgt das Einsinken bei einem Abrahamschen Kegel etwa 3 bis 4 cm.

Zur Durchführung des Verfahrens werden die Bohrungen niedergebracht, um das erste Raster mit einer jeweiligen Seitenlänge von 5 bis 7 m zu bilden. Dabei haben diese Bohrungen vorzugsweise kleine Durchmesser von beispielsweise 50 bis 100 mm.

Man wählt den Abstand zwischen den für die letzte Reihe der Einspritzung verwendeten Bohrungen in der Weise, daß die Massen an plastifiziertem Boden auf einen annehmbaren Minimalwert begrenzt sind.

Die Einspritzung erfolgt fortlaufend in die verschiedenen Bohrungen mit einem Durchgang von 1 bis 2 m Höhe, wobei die Verrohrung bei jedem Durchgang um eine entsprechende Höhe angehoben wird.

Bei einer Variante kann man die Einspritzung auch in der Weise durchführen, daß das Rohr sozusagen fortlaufend angehoben wird.

Bei Durchführung des Verfahrens in einem lehmigen Boden kann es vorteilhaft sein, in den Mitten des letzten Rasters senkrechte

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Drainagebohrungen niederzubringen, welche den interstitiellen Überdruck, sobald er sich aufbaut, schnell zerstreuen.

Zum Einspritzen kann man eine Mörtelpumpe verwenden, welche Einspritzdrücke von 8 MPa (80 kg/cm²) bei geringer Leistung, welche bis auf wenigstens 3 l/min herabgehen kann, erreicht.

Wenn man auf diese Weise vorgeht, baut man im Boden in der Bohrung einen durchgehenden Mörtelzylinder auf, welcher eine gleichmäßige Oberfläche und eine überschreitende Begrenzung mit dem behandelten Boden aufweist.

Erfindungsgemäß soll der Mörtel in die Masse des Bodens nicht durch vieladrige Kanäle oder bevorzugte Spalten eindringen.

Die Wirkung der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielten Verdichtung kann man dadurch kontrollieren, daß man an Ort und Stelle in der Mitte bestimmter Raster geotechnische Untersuchungen wie Untersuchungen der standardmäßigen Durchdringung sowie Untersuchungen mit einem Gerät zur Messung der Eindringtiefe oder einem Druckmeßgerät durchführt.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 einen Plan der Anordnung von drei aufeinanderfolgenden Rastern eines Durchführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Schnittzeichnung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Einspritzvorganges.

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In Fig. 1 sind die Positionen der dem ersten Raster entsprechenden Bohrungen durch Kreise 1 dargestellt, während die Bohrungen des zweiten Rasters, welche durch die Dreiecke 2 wiedergegeben sind, sich mitten zwischen den durch die Bohrungen 1 gebildeten Rasterpunkten befinden.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zweites Raster vorgesehen, dessen Bohrungen durch die Kreuze 3 wiedergegeben sind, welche sich jeweils mitten zwischen den durch die Gesamtheit der Bohrungen 1 und 2 gebildeten Rasterpunkten befinden.

Man sieht hieraus, wie der verdichtete Baugrund fortlaufend Ablenkungs-Kontraktions-Feldern ausgesetzt wird, welche durch das Einspritzen des Mörtels in die Bohrungen erzeugt werden.

Indem man das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchführt,
daß zahlreiche auf mehrere Durchgänge verteilte Bohrungen verwendet und sehr geringe Mörtelmengen eingespritzt werden, wird der Hauptteil der Bodenmassen keiner Plastifizierung ausgesetzt, d. h. die Bodenmassen werden nur durch pseudoelastische Schubverformungen beansprucht. Dies trägt äußerst wirksam zu einer sehr starken Verbesserung der auf diese Weise behandelten mechanischen Bodeneigenschaften, insbesondere ihres Gleitmoduls, bei.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Boden während der erfindungsgemäßen Behandlung.

Fig. 2 zeigt ein Rohr 4 in Erwartung des Einspritzvorganges. Dieses Rohr geht durch die Oberflächen-Bodenschicht 5 hindurch, welche erfindungsgemäß nicht behandelt werden kann, sowie durch die Bodenschicht 6, welche verdichtet werden soll.

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Das Rohr 5 kann in eine Bohrung 7 eingebracht werden, welche vorher niedergebracht wurde.

Der Beton wird in 8 am unteren Ende des Rohres 4 mit Hilfe einer Mörtelpumpe 9 eingespritzt, wobei das Rohr progressiv oder in Etappen in der Weise hochgezogen wird, daß die gesamte Dicke der Schicht, welche verdichtet werden soll, behandelt wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachstehend drei Durchführungsbeispiele ohne jegliche Beschränkung in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren bei verschiedenen Bodenarten erläutert.

Beispiel 1: Verdichtung sandiger Böden.

Im allgemeinen sucht man, derartigen Böden ein Bearbeitungsgrad q = 300 KPa (Kilopascal) zu verleihen.

Die nachstehende Tabelle zeigt den Mörtelanteil &V/V %, welche in bezug auf die Masse des zu behandelnden Bodens eingespritzt werden
muß.

q . gibt in MPa (kegapascal) den Spitzenwiderstand am Eindringungs-

messer der sandigen Bodenschicht an, welche behandelt werden soll und für welche dieser erzielte Widerstand nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens 10 MPa beträgt.

E . gibt den am normalen Druckmesser (d. h. nicht Selbstbohrer) gemessenen Verformungsmodul an, welcher ebenfalls in MPa ausgedrückt ist. Der unter den gleichen Bedingungen nach Durchführung des Verfahrens gemessene Verformungsmodul ist ebenfalls größer als 10 MPa.

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q . (MPa) ^¹Cl	E_p. (MPa)	&V/V %
3	3	7
5	5	5
7	7	3
9	9	1

Man sieht, daß man bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in die Bodenschicht eine Mörtelmenge einspritzt, welche um so größer ist, je kleiner der Spitzenwiderstand am Eindringungsmesser und der Verformungsmodul des ursprünglichen Baugrundes ist.

Wohlgemerkt sind die Mengen an einzuspritzendem Mörtel nicht streng
festgelegt und können um etwa 10 % von den in vorstehender Tabelle angegebenen Werten abweichen.

Beispiel 2: Verdichtung von durch Schlämme gebildeten Böden.

Bei schlammigen Bodenschichten läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine derartige Verdichtung erreichen, daß der Bearbeitungsgrad q einen Wert von ungefähr 200 KPa erreichen kann.

Die nachstehende Tabelle entspricht im wesentlichen der des vorhergehenden Beispiels, jedoch mit dem Unterschied, daß bei lehmigen

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Böden die Messung des Spitzenwiderstandes am Eindringungsmesser durch Auftreten von interstitiellem Überdruck auf die Spitze des Eindringungsmessers verfälscht werden kann.

Aus diesem Grunde ist die Angabe des Spitzenwiderstandes am Eindringungsmesser q durch die des Grenzdruckes P₁ ersetzt, welcher in herkömmlicher Weise am Druckmesser gemessen wird.

In nachstehender Tabelle gibt P,. den Anfangswert des Grenzdruckes in dem erfindungsgemäß zu verdichtenden Boden an.

Indem beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Mörtelanteil Δ V/V % entsprechend nachstehender Tabelle in schlammige Böden eingespritzt wird, lassen sich Endverformungsmodule von etwa 6 MPa und abschließende Enddrücke von etwa 600 KPa erreichen.

E . (MPa)	P₁₁ (kPa)	Δ v/v %
2,5	250	5
3	300	3
5	500	1

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Beispiel 3: Böden mit einem Gehalt von 10 % Ton mit einer Plastizitätszahl von unter 10.

Bei derartigen Böden kann man gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Verdichtung Bearbeitungsgrade q von über 100 KPa

el

erreichen.

i.

Die Anteile an einzuspritzendem Mörtel V/V % sind in nachstehender Tabelle angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt bei derartigen Böden mit einem Gehalt von 10 % Ton die Erzielung eines endgültigen Verformungsmoduls von 3 MPa und einen abschließenden Grenzdruck von etwa 300 KPa.

Man stellt fest, daß es erfindungsgemäß möglich ist, die mechanischen Bodenmerkmale um einen Koeffizienten von 3,3 bei sandigen

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Böden, um einen Koeffizienten von etwa 2,4 bei schlammigen Böden und um einen Koeffizienten von etwa 1,6 bei lehmigen Böden zu erhöhen .

Man sieht, daß das erfindungsgemäße Verfahren, welches vorstehend beschrieben wurde, auf einfache, wirksame und wirtschaftliche Weise durch Einspritzen einer kontrollierten Menge an Zementmörtel eine bedeutende und zuverlässige Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Böden erreicht.

Wohlgemerkt ist· es möglich, durch Einspritzen von Mörtelmengen, welche geringer sind als die vorstehend angegebenen, ebenso erfindungsgemäß eine geringere Verbesserung der ursprünglichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen, jedoch erlauben die vorgeschlagenen Werte zumindest das langzeitige Absacken des derart behandelten Bodens unter der Bedingung zu verringern, daß die Schwelle der natürlichen Tragkraft des Bodens überschritten wird.

■A-

- Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verdichten von Bodenschichten, bei welchem in den Boden von mehreren Bohrungen aus ein Mörtel eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß über gemäß einem ersten Raster angeordnete Bohrungen (1) in eine Bodenschicht (6) mit einer Tiefe von 2 bis etwa 30 m ein sehr viskoser Mörtel mit einem sehr großen inneren Reibungswinkel in einer ersten Reihe von Injektionen und sodann Mörtel derselben Art in einer zweiten Reihe von Injektionen über gemäß einem zweiten Raster angeord-

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nete Bohrungen (2), die in der Mitte der Bohrungen des ersten Rasters liegen, eingespritzt werden, wobei die Injektionen in der Weise durchgeführt werden, daß die Gesamtmenge des im Verlaufe der Durchführung des Verfahrens eingespritzten Mörtels bei sandigen Böden unter 7 % der Gesamtbodenmenge, bei schlammigen Böden unter etwa 5 % der Gesamtbodenmenge und bei Böden mit etwa 10 % kolloidalem Ton unter etwa 3 % der Gesamtbodenmenge beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektion der Mörtelmenge in mehr als zwei Injektionsreihen über mehr als zwei Rastern angeordnete Bohrungen erfolgt, wobei die Rasterpunkte jeweils von der Mitte zwischen den Rasterpunkten des vorhergehenden Rasters liegen.

3. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte einzuspritzende Mörtelmenge praktisch gleichmäßig auf die verschiedenen Bohrungen verteilt wird.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mörtel 10 bis 15 Gew.% an Zement oder einem anderen Bindemittel bei einem Wasser/Zement-Verhältnis von etwa 0,15 bis 0,30 % und einem Zusatz von Feinsand mit einer Körnung von 100 % unter 2 cm und 25 % unter 0,1 cm enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsinken bei einem Abrahamschen Mörtelkegel zwischen etwa 3 und 4 cm liegt.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (1) des ersten Rasters einen Seitenabstand von etwa 5 bis 7 m haben.

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7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (1, 2, 3) einen Durchmesser von jeweils 50 bis 100 mm haben.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Durchführung des Verfahrens in einem lehmigen Boden senkrechte Drainagebohrungen niedergebracht werden, welche in der Mitte des letzten Rasters liegen, um den interstitiellen Überdruck der Bodenschicht im Verlaufe der Behandlung schnell zu zerstreuen .