DE3644766A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von statisch definierten trag- bzw. stuetzkoerpern in sonst nicht tragfaehigen boeden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von statisch definierten Trag- bzw. Stützkörpern in sonst nicht tragfähigen Böden durch Austausch des von Natur nicht tragfähigen Bodens durch einen tragfähigen, in seiner Belastungsfähigkeit berechenbaren Körper mit Hil­ fe der Schneid- und Injektionstechnik gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vor­ richtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Bei einem bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art (DE-PS 21 24 385) wird vorgeschlagen, ein Mittel zur Verfestigung des Bodens durch einen Strahl mit hoher Ge­ schwindigkeit einzubringen. Zur Erreichung höherer Fe­ stigkeiten, insbesondere in bindigen, tonigen oder orga­ nischen Böden, ist ein vollständiger Austausch des Bodens gegen eine erhärtende Suspension erforderlich. Erfolgt ein solcher Bodenaustausch nicht vollständig, sind er­ fahrungsgemäß keine ausreichenden Festigkeiten des Bodens erreichbar.

Bei dem bekannten Verfahren der Hochdruckinjektion wird aber gerade der Boden mit dem Injektionsmittel durchmischt.

Für das genannte Verfahren wird eine Strahldüse vorge­ schlagen, die den erhärteten Stoff mit einer Innenring­ düse unter hohem Druck (50 bis 100 bar) und zusätzlicher Druckluft mit 3 bis 7 bar mit einer Außendüse injiziert. Dieses Verfahren erfordert eine umfangreiche Vorrichtung.

Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mittels denen der nicht tragfähi­ ge Boden aus seinem natürlichen Verbund herausgelöst und in eine flüssige Bodenmasse umgewandelt wird, die von dem anschließenden Betoniervorgang durch den dadurch herge­ stellten Tragkörper zur Oberfläche verdrängt wird. Die hierfür verwendete Vorrichtung soll einfach bedienbar sein und zuverlässig sowie kostengünstig arbeiten.

Das erfindungsgemäß geschaffene Verfahren löst diese Aufga­ be mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausge­ staltungen hiervon sind in den Ansprüchen 2 bis 10 angege­ ben.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ge­ schaffene Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 11 gekennzeichnet. Zweckmäßige Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der wesentliche Ge­ danke zugrunde, im Herstellungsbereich des zu schaffenden Trag- bzw. Stützkörpers durch den Düsenstrahl eines rotie­ renden Schneidelementes einer kombinierten Schneid- und Be­ toniereinrichtung den nicht tragfähigen anstehenden Boden von der Oberfläche bzw. vom Bohransatzpunkt aus bis zu der gewählten Teufe aus seinem natürlichen Verbund herauszu­ lösen und in eine flüssige Bodenmasse umzuwandeln; danach wird dann das Schneidelement aus der kombinierten Schneid­ und Betoniereinrichtung ausgebaut, worauf schließlich die zum Betonieren erforderlichen Feststoffmassen durch ein vorzugsweise ebenfalls rotierendes Betonierelement bis zu dessen Betonieröffnungen von der Oberfläche nachgeführt werden. Diese Feststoffmassen verdrängen den verflüssigten Boden zur Oberfläche hin und bilden nach Abschluß des Beto­ niervorganges einen in seinen statischen Eigenschaften ho­ mogenen, voll belastbaren Tragkörper.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens besteht darin, daß der danach geschaffene Tragkörper in einem geschlossenen Arbeitsgang hergestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann äußerst einfach den unterschiedlichen Eigenschaften des Bodens durch entsprechende Einstellung des Drucks im Düsenstrahl, der Menge der Verflüssigkeitshilfen und die Regelung der Betonierleistung angepaßt werden.

Das Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß alle Be­ tätigungen von der Oberfläche aus bzw. vom Bohran­ satzpunkt aus ausgeführt werden können.

Das Verfahren nach der Erfindung besitzt den weiteren Vorteil, daß vor dem Betoniervorgang zusätzliche Injektionsmittel über das Aufsatzstück, das Betonier­ element und die Betonieröffnungen in den Boden ein­ leitbar sind, wodurch der Verflüssigungsgrad im ge­ wünschten Umfang hergestellt werden kann. Hierbei kann das Injektionsmittel so gewählt werden bzw. seine Zusammen­ setzung so gestaltet werden, daß dadurch eine flüssige oder schaumartige Trennschicht zwischen der flüssigen Bodenmas­ se und dem nachfolgenden Tragkörper gebildet wird.

Ein weiterer entscheidender Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es kontinuierlich arbeitet, wobei die Vorgänge der Verflüssigung des an­ stehenden Bodens und des Betonierens des Tragkörpers kontrolliert und gesteuert ausführbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrich­ tung ist es möglich, die Feststoffmassen zur Her­ stellung der Tragkörper in unterschiedlichster Zusammensetzung einzubringen, wobei die Mörtel­ oder Betonzusammensetzungen in handelsüblichen Güte­ klassen verwendbar sind.

Die Vorrichtung besitzt den weiteren Vorteil, daß eine Durchmischung des verflüssigten Bodens mit den nachgeführten Feststoffmassen vermieden wird. Durch geeignete Wahl des Injektionsmittels wird eine Trennschicht zwischen der flüssigen Bodenmasse und dem nachfolgenden Tragkörper hergestellt, wodurch eine statische und abdichtende Qualität des Trag­ körpers erreicht wird.

Ein weiterer entscheidender Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß die erforderlichen Abmessungen für die statisch hoch belastbaren Tragkörper aus sehr kleinen Bohrungen heraus hergestellt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnugen näher erläutert.

Fig. 1 im Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrich­ tung beim Schneidvorgang und

Fig. 2 beim Betoniervorgang.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine kombinierte Schneid­ und Betoniereinrichtung 2, 3 vorgesehen, mittels welcher der bindige, tonige oder organische Boden 1 von der Ober­ fläche bis zur gewünschten Teufe abgebohrt wird. Im einzel­ nen weist diese kombinierte Schneid- und Betoniereinrich­ tung ein Schneid- bzw. Düsenelement 2 auf, das aus einem kleinkalibrigen Innenrohr besteht. Am unteren Ende dieses Innenrohr sind außer einer Bohrkrone 4 auch Schneiddüsen 5 befestigt, aus denen ein Düsenstrahl 6 austritt. Zur Erzeu­ gung dieses Düsenstrahls 6 wird dem Schneidelement 2 über einen Spülkopf 16 Schneidwasser 15 zugeführt, das unter hohem Druck steht.

Gleichlaufend mit dem Abteufvorgang wird der anstehende Boden durch den Düsenstrahl 6, der aus den Schneiddüsen 5 des rotierenden Düsenelementes 2 austritt, aus seinem Ver­ bund gelöst und bleibt im Einwirkbereich des Düsenstrahls 6 als verflüssigter Boden 7 zur seitlichen Stützung des Her­ stellungsbereichs 8, bis die planmäßige Teufe erreicht ist.

Die kombinierte Schneid- und Betoniereinrichtung 2, 3 weist außerdem ein rotierendes Betonierelement 3 auf, in dem das rotierende Schneidelement 2 durch ein unteres Endstück 9 des Betonierelementes 3 so geführt ist, daß es beliebig dem Betonierelement 3 voreilen und vor dem Betoniervor­ gang ganz ausgebaut werden kann.

Zur Unterstützung des Verfahrensschrittes der Verflüssi­ gung des Bodens 1 wird zusätzlich Injektionsmittel 11 über ein Aufsatzelement 17 durch das Betonierelement 3 hindurch bis zu dessen Betonieröffnungen 10 geführt und in den flüssigen Boden 7 eingebracht, wie durch die be­ treffenden Pfeile in Fig. 1 angedeutet.

Das Injektionsmittel 11 ist dabei so gewählt bzw. so zu­ sammengesetzt, daß dadurch eine flüssige und/oder schaum­ artige Trennschicht 22 zwischen der flüssigen Bodenmasse 7 und dem nachfolgenden Tragkörper 20 gebildet ist (Fig. 2).

Der Antrieb der kombinierten Schneid- und Betonierein­ richtung 2, 3 erfolgt durch einen Antriebsmotor 12 mit Kopfstück 13. Über eine Arretierung 14 ist das Schneid­ element 2 so angeschlossen, daß es die gleichen Rotations­ bewegungen wie das Betonierelement 3 ausführt.

Aus Fig. 2 ist der Betoniervorgang der kombinierten Schneid- und Betoniereinrichtung 2, 3 ersichtlich. Hier­ für wird eine Feststoffleitung 18 an das Aufsatzstück 17 angeschlossen. Die Feststoffmassen 19 werden in das Be­ tonierelement 3 eingepumpt und treten aus den Betonier­ öffnungen 10 seitlich aus, wobei das Fußstück 9 unter dem Druck der Feststoffmassen 19 durch ein Ventil 21 verschlos­ sen werden kann.

Während des Betoniervorganges verdrängen die Feststoff­ massen 19 den verflüssigten Boden 7 zur Oberfläche bzw. zum Bohransatzpunkt hin, wobei ein homogener, statisch belastbarer Tragkörper 20 entsteht.

Wie schon dargelegt, wird, um eine Durchmischung des flüs­ sigen Bodens 7 mit dem Tragkörper 20 zu vermeiden, das Injektionsmittel 11 (Fig. 1) vor dem Betoniervorgang so gewählt, daß dadurch eine flüssige oder schaumartige Trennschicht 22 zwischen der flüssigen Bodenmasse 7 und dem nachfolgenden Tragkörper 20 hergestellt wird.

Hinsichtlich vorstehend noch nicht erläuterter Merkmale der Erfindung wird im übrigen ausdrücklich auf die Zeich­ nung sowie auf die Ansprüche verwiesen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von statisch definierten Trag­ bzw. Stützkörpern in sonst nicht tragfähigen Böden durch Austausch des von Natur nicht tragfähigen Bodens durch einen tragfähigen, in seiner Belastungsfähigkeit bere­ chenbaren Körper mit Hilfe der Schneid- und Injektions­ technik, dadurch gekennzeichnet, daß im Herstellungsbereich (8) durch den Düsenstrahl (6) eines rotierenden Schneidelements (2) einer kombinierten Schneid- und Betoniereinrichtung (2, 3) der anstehende, nicht ausreichend belastbare Boden (1) von der Oberflä­ che bzw. vom Bohransatzpunkt aus bis zu der gewählten Teufe aus seinem natürlichen Verbund herausgelöst und in eine flüssige Bodenmasse (7) umgewandelt wird, daß so­ dann das Schneidelement (2) aus der kombinierten Schneid- und Betoniereinrichtung (2, 3) ausgebaut wird und daß da­ nach die zum Betonieren erforderlichen Feststoffmassen (19) durch ein ebenfalls rotierendes Betonierelement (3) bis zu dessen Betonieröffnungen (10) von der Oberfläche aus nachgeführt werden, die den verflüssigten Boden (7) zur Oberfläche hin verdrängen und nach Abschluß des Beto­ niervorganges einen in seinen statischen Eigenschaften homogenen voll belastbaren Tragkörper (20) bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betoniervorgangs das Fußstück (9) der kombinierten Schneid- und Betoniereinrichtung (2, 3) durch ein Ventil (21) verschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung des Bodenverflüssigungsschrittes zusätzliche Injektionsmittel (11) über die Betonier­ öffnungen (10) des Betonierelementes (3) in den Bo­ den (1) eingeleitet werden, bis dieser in eine flüssige Bodenmasse (7) umgewandelt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Betoniervorgang die Zusammensetzung des In­ jektionsmittels (11) so gewählt wird, daß eine flüssige und/oder schaumartige Trennschicht (22) entsteht, die im besonderen Maße eine Durchmischung der flüssigen Bodenmasse (7) mit dem nachfolgenden Tragkörper (20) verhindert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Schneid- bzw. Bohrelements (2) und des Betonierelements (3) durch einen Antriebsmo­ tor (12) in geregelter Geschwindigkeit erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneid- bzw. Düsenelement (2) an den Motoran­ trieb (12) über eine Arretierung (14) so angeschlossen wird, daß es die gleichen Rotationsbewegungen wie das Betonierelement (3) mitmacht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des unter hohem Druck stehenden Schneidwassers (15) zur Erzeugung des Düsenstrahls (6) des Schneidelements (2) über einen Spülkopf (16) er­ folgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidelement (2) mit Bohrkrone (4) nach Er­ reichen der vorgegebenen Teufe aus dem Betonierele­ ment (3) ausgebaut wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Betoniervorgang dadurch eingeleitet wird, daß die Feststoffmassen (19), vorzugsweise Mörtel und/oder Beton, über eine Feststoffleitung (18) und ein Auf­ satzstück (17) bis zu den Betonieröffnungen (10) ge­ pumpt werden und daß das Betonierelement (3) durch den Antriebsmotor (12) von der maximalen Teufe bei vorgege­ bener Drehzahl und bei eingestellter Steiggeschwindig­ keit bis zur Oberfläche bzw. zum Bohransatzpunkt ange­ hoben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die eingeleiteten Feststoffmassen (19) der verflüssigte Boden (7) zur Oberfläche hin verdrängt wird, so daß ein in seinen statischen Eigenschaften homogener, voll belastbarer Tragkörper (20) entsteht.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer kombinierten Schneid­ und Betoniereinrichtung (2, 3), dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Schneid- und Betoniereinrichtung (2, 3) ein Düsenelement (2) und ein Betonierelement (3) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenelement (2) ein rotierendes Innenrohr ist, das im Inneren des Betonierelementes (3) angeordnet ist und das unter hohem Druck stehende Schneidwasser (15) über einen Spülkopf (16) den Schneiddüsen (5) zuleitet, und daß mit Hilfe des Düsenstrahles (6) der im Her­ stellungsraum (8) anstehende Boden (1) zwischen dem Bohransatzpunkt bzw. der Oberfläche und der vorgegebenen maximalen Teufe in eine flüssige Bodenmasse (7) umwan­ delbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Betoniervorgang zusätzliche Injektionsmit­ tel (11) über ein Aufsatzstück (17), das Betonierele­ ment (3) und die Betonieröffnungen (10) in den Boden (1) einleitbar sind und daß das Injektionsmittel (11) so ge­ wählt bzw. so zusammengesetzt ist, daß dadurch eine flüssige oder schaumartige Trennschicht (22) zwischen der flüssigen Bodenmasse (7) und dem nachfolgenden Trag­ körper (20) herstellbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Betonierelement (3) ein rotierendes Außenrohr ist, in das die für den Betoniervorgang erforderlichen Feststoffmassen (19), z. B. Mörtel und/oder Beton, durch eine Feststoffleitung (18) in das Aufsatzstück (17) ein­ leitbar sind, und daß die Feststoffmassen (19) nach Durchlauf durch das rotierende Betonierelement (3) aus seitlich angeordneten Betonieröffnungen (10) in den flüssigen Boden (7) einpumpbar sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenelement (2) nach Abschluß des Bohr- und Verflüssigungsvorganges zusammen mit der an seinem un­ teren Ende angeordneten Bohrkrone (4) aus dem Betonier­ element (3) ausbaubar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenelement (2) und das Betonierelement (3) durch einen gemeinsamen Antriebsmotor (12) für die kom­ binierte Schneid- und Betoniereinrichtung (2, 3) mit vorgebbarer Drehzahl und einstellbarer Steiggeschwin­ digkeit bewegbar sind.