DE3712151A1 - Method of producing stabilising bodies in a controlled manner in highly permeable soils with the addition of a medium increasing the viscosity - Google Patents
Method of producing stabilising bodies in a controlled manner in highly permeable soils with the addition of a medium increasing the viscosityInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontrollier ten Herstellung von injizierten Verfestigungskörpern in Böden zum Zweck der Bodenverfestigung und/oder -abdichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling production of injected solidification bodies in soils for the purpose of soil consolidation and / or waterproofing according to the preamble of claim 1.
Ein bekanntes Verfahren dieser Art, das auf dem Markt als Soilcrete-Verfahren bekannt ist, wendet die Hoch druckinjektion in Verbindung mit Wasser und/oder einer Suspension an, um den erstrebten Verfestigungszweck zu erreichen. Die Anwendungsmöglichkeiten dieses Ver fahrens sind außerordentlich zahlreich und bestehen u.a. in der Durchführung von Bodenverbesserungen, beispiels weise bei Gründungen, Fundamentsanierungen, Unterfangungen, Wandelementen, Stützgewölben usw., sowie in der Durchfüh rung von Abdichtungen, beispielsweise bei Dichtungswänden, Dichtungssohlen, Schließung von Baugrubenlücken usw.A well known method of this type that is on the market Known as the Soilcrete process, the high turns pressure injection in connection with water and / or Suspension to achieve the intended solidification purpose to reach. The uses of this ver driving are extremely numerous and include in the implementation of soil improvements, for example wise for foundations, foundation renovations, underpinnings, Wall elements, vaults etc., as well as in the implementation sealing, for example for sealing walls, Sealing soles, closing construction pit gaps, etc.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird zuerst in den zu verfestigenden Bereich des Bodens ein Bohrloch auf die vorgesehene Gründungstiefe abgeteuft. Hierbei wird der Bohrvorgang den Bodenverhältnissen angepaßt. Häufig wird eine Drehbohrung mit Direktspülung ausgeführt.When carrying out the procedure, the first is in the area of the soil to be solidified sunk the intended foundation depth. Here will the drilling process adapted to the soil conditions. Often a rotary bore with direct flushing is carried out.
Sodann erfolgt ein Vorgang des Schneidens und Fräsens, wobei mit Hilfe eines meist horizontalen Schneidstrahles aus Wasser oder Suspension bei einem Pumpendruck von bis zu 500 bar und mit Luftzusatz der anstehende Boden aufgeschnitten und ausgefräst wird. Die Bewegung der Düseneinrichtung wird über ein Gestänge entsprechend der Bauaufgabe und den bodenmechanischen Berechnungen zu vor festgelegt. Die Energie des Hochdruckschneidstrahles wird bei der Fräs- und Spülarbeit verbraucht. Der ausge fräste Boden wird teilweise wie bei einer Bohrung mit Direktspülung über den Bohrlochringraum nach oben gespült.Then there is a process of cutting and milling, with the help of a mostly horizontal cutting beam from water or suspension at a pump pressure of up to at 500 bar and with the addition of air the pending The floor is cut open and milled out. The movement the nozzle device is adjusted via a linkage the construction task and the soil mechanical calculations fixed before. The energy of the high pressure cutting jet is consumed during the milling and rinsing work. The out Milled soil is partly like a hole Direct flushing flushed up through the well annulus.
Gleichzeitig mit dem Fräsen wird der gelöste Boden durch eine Suspension, insbesondere aus Zement oder Ton-Zement, ersetzt bzw. mit dieser vermischt. Bei dieser intensiven Vermischung entsteht nach dem Erhärten der Suspension ein als Verfestigungskörper dienender homogener Bodenmörtel in Scheiben- oder Säulenform.At the same time as the milling, the loosened soil is passed through a suspension, in particular made of cement or clay cement, replaced or mixed with this. In this intense Mixing occurs after the suspension has hardened Homogeneous soil mortar used as a solidification body in disc or columnar form.
je nach der Art der verwendeten Schneidflüssigkeit während des Vorganges, bei dem der Boden aufgeschnitten sowie aus gefräst wird, lassen sich bei dem Hochdruckinjektionsver fahren zwei Verfahrenstypen unterscheiden. Bei dem einen Verfahrenstyp wird ein Einfachgestänge benutzt. Hierbei wird mit einer Hochdruckpumpe die Zementsuspension selbst mit so hohem Druck verpumpt, daß sie gleichzeitig zum Auf schneiden der Bodenstruktur und zur Herstellung des Ver festigungskörpers verwendet werden kann.depending on the type of cutting fluid used during the process of cutting the floor open as well is milled, can be with the high pressure injection distinguish between two types of procedure. With one A single rod is used for the process type. Here the cement suspension itself with a high pressure pump pumped with such high pressure that they open simultaneously cutting the floor structure and making the ver fastener can be used.
Demgegenüber ist bei dem anderen Verfahrenstyp ein we sentliches Merkmal die Verwendung eines Zweifachgestänges. Durch dieses Zweifachgestänge werden Luft und Suspension bei getrennter Heranführung gleichzeitig eingesetzt. Dabei wird mit einem luftummantelten Suspensionsstrahl die Bodenstruktur aufgelöst, der zerspülte Boden mit der Suspension vermischt und zum Teil zutage gefördert.In contrast, the other type of process is a we significant feature is the use of a double boom. Through this double rod air and suspension used at the same time with separate approach. This is done with an air-coated suspension jet the soil structure dissolved, the washed up floor with the Suspension mixed and partially brought to light.
Bei der Anwendung dieses in der Praxis sehr bewährten Ver fahrens hat sich nun gezeigt, daß bei stark durchlässigen Böden, z.B. bei Mittelkies, Grobkies ohne Sandanteile oder bei Geröllen, beim Bohren und besonders beim speziel len Herstellen der Verfestigungskörper totale Spülver luste auftreten. Dies hat zur Folge, daß die Stützwirkung der Bohrspülung verloren geht und der Bohrlochringraum zusammenbricht. Dadurch ist eine Druckentlastung über den Ringraum der Bohrung nicht mehr möglich. Es findet somit im Bereich des Düsen ein lokaler Druckaufbau statt. Wenn dann dieser Druck über den Betriebsdruck des Luftkompres sors ansteigt, wird die anstehende Suspension in uner wünschter Weise in die Luftdüse gepreßt sowie im Boden ein unerwünschte Druck aufgebaut, der möglicherweise nicht gewollte Hebungen verursacht. Bei diesen Bedingungen ist dann eine kontrollierte Herstellung von Verfestigungskör pern nicht mehr möglich.When using this very proven in practice Ver driving has now been shown to be highly permeable Floors, e.g. medium gravel, coarse gravel without sand or with scree, with drilling and especially with special len manufacture of the solidifying body total rinsing lusts occur. This has the consequence that the support effect the drilling fluid is lost and the well annulus collapses. This is a pressure relief over the Annulus of the hole is no longer possible. So it takes place Local pressure build-up takes place in the area of the nozzle. If then this pressure over the operating pressure of the air compress sors increases, the upcoming suspension in un desirably pressed into the air nozzle and in the ground an unwanted pressure built up that may not deliberate uplift. Under these conditions then a controlled production of solidification bodies no longer possible.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der ge schilderten Nachteile das Verfahren der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß selbst bei stark durchläs sigen Böden keine nennenswerten Spülverluste auftreten, so daß ein Arbeiten in derartigen Böden überhaupt erst ermög licht wird.Based on this state of the art, the Invention based on the object to eliminate the ge Disadvantages described the method of the generic Art to design in such a way that even when heavily let through soils no appreciable flushing losses occur, so that working in such soils is possible in the first place light becomes.
Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Aus gestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen be schrieben.The characteristics of those created to solve this task Invention result from claim 1. Advantageous designs thereof are in the further claims wrote.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei der Anwen dung des beschriebenen Bodenverfestigungsverfahrens in durchlässigen, insbesondere in stark durchlässigen Böden eine Wasserglaszugabe in Verbindung mit der Luftzugabe vorzusehen. Wasserglas (Alkalisilikat) bzw. dessen vis kose wässrige Lösung reagiert je nach Konzentration der Zugabe mit dem Zement der Suspension und führt somit zu einer Erhöhung der Viskosität der Mischung.The invention is based on the idea in which users extension of the soil consolidation method described in permeable, especially in highly permeable soils a water glass addition in connection with the air addition to provide. Water glass (alkali silicate) or its vis kose aqueous solution reacts depending on the concentration of Add the cement to the suspension and thus leads to an increase in the viscosity of the mixture.
Es wäre zwar denkbar, das Wasserglas drucklos lediglich von oben in den Ringraum der Bohrung einzubringen. Dies funk tioniert jedoch nur bei geringerer Tiefe der durchlässigen Bodenschichten, insbesondere nur in einem Bereich von 1-3 m. Außerdem würde keine Verwirbelung mit der Mi schung stattfinden, so daß keine kontrollierte Arbeits weise möglich wäre. It would be conceivable to pressurize the water glass only from to be inserted at the top into the annulus of the bore. This funk However, only works at a shallower depth of the permeable Soil layers, especially only in a range of 1-3 m. In addition, there would be no turbulence with the Mi Research take place so that no controlled work would be possible.
Stattdessen könnte auch in Erwägung gezogen werden, das Wasserglas direkt in die einzubringende Suspension ein zumischen, und zwar in der Mischanlage. Hier wäre jedoch eine Bedarfssteuerung im Zusammenhang mit auftretenden Spülverlusten nicht möglich, so daß bei starken Spülver lusten eine derartige Vorgehensweise nicht zum Erfolg führt, da die Pumpbarkeit der Suspension von der Konzen tration des Wasserglases abhängt und somit die Wasser glaszugabe nicht entsprechend hoch eingestellt werden kann. Im übrigen könnte es bei unvorhergesehenen Produk tionspausen, z.B. beim Verstopfen der Düse, zum Verschluß der Suspensionsleitungen kommen.Instead, it could also be considered that Water glass directly into the suspension to be introduced mix in the mixing plant. Here would be a need control in connection with occurring Flushing losses are not possible, so that with strong flushing such an approach did not lead to success leads because the pumpability of the suspension from the conc tration of the water glass and thus the water glass addition should not be set accordingly high can. Otherwise, it could be in the case of unforeseen product breaks, e.g. when the nozzle clogs, to close of the suspension lines come.
Schließlich ist auch denkbar, das Wasserglas über den Luftkanal der Hochdruckdüsenvorrichtung einzubringen, ohne gleichzeitig eine Luftzugabe vorzusehen. Dies hätte jedoch den Nachteil, daß durch den Ausfall der Luft die Reichweite des Schneidstrahles geringer wird, so daß sich hierdurch auch die Wirtschaftlichkeit des Hochdruck injektionsverfahrens verschlechtern würde. Außerdem müßte auch bei Nichtbedarf das Wasserglas dennoch gepumpt werden, um das Verstopfen der Düsen zu verhindern, was jedoch Mehr kosten zur Folge hätte. Schließlich wäre auch die Aus trittsgeschwindigkeit des Wasserglases relativ gering, so daß eine intensive Vermischung mit der Suspension nicht gewährleistet wäre.Finally, it is also conceivable to put the water glass over the To introduce the air duct of the high-pressure nozzle device, without providing air at the same time. This should have been However, the disadvantage that the failure of the air Range of the cutting beam is reduced, so that the profitability of high pressure injection process would worsen. Besides, would have to the water glass can still be pumped when not in use, to prevent clogging of the nozzles, which however more would result in costs. After all, it would be the end tread rate of water glass relatively low, so that intensive mixing with the suspension is not would be guaranteed.
Stattdessen sieht eine bevorzugte Ausgestaltung des er findungsgemäßen Verfahrens vor, daß mit dem Einbringen der Suspension und der Luft in das Bohrloch gleichzeitig eine Zugabe von Wasserglas erfolgt, d.h. also daß das Wasserglas und die Luft gemeinsam über die Luftdüse ein gebracht werden.Instead, he sees a preferred embodiment of the inventive method before that with the introduction the suspension and the air in the borehole at the same time water glass is added, i.e. so that Water glass and the air together through the air nozzle to be brought.
Das Wasserglas kann bereits während des Bohrvorganges zu gegeben werden. Stattdessen oder ergänzend ist es auch möglich, daß erfindungsgemäß die Wasserglaszugabe wäh rend des sich an den Bohrvorgang anschließenden, mittels Suspensionszufuhr durchgeführten Verfestigungsvorgangs erfolgt.The water glass can already be closed during the drilling process are given. Instead, or in addition, it is possible that according to the invention the addition of water glass rend of following the drilling process, by means of Suspension feed carried out solidification process he follows.
Vorteilhafterweise können die Zugabe des Wasserglases und damit die Wasserglaskonzentration nach Bedarf von außen gesteuert werden, und zwar in Abhängigkeit von Menge und/oder Zeit. Die Suspensionsverluste werden hierdurch stark reduziert. Gleichzeitig wird ein kontinuierlicher Austritt der Überschuß-Suspension gewährleistet und somit erst ein Arbeiten in durchlässigen Böden ermöglicht.Advantageously, the addition of water glass and thus the water glass concentration as required by controlled externally, depending on the quantity and / or time. The suspension losses are thereby greatly reduced. At the same time it becomes a continuous Guaranteed leakage of the excess suspension and thus only possible to work in well-drained soils.
Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die für die Reichweite des Schneidstrahles und damit für die Wirtschaftlichkeit entscheidende Wirkung der Luft weiter hin genutzt wird. Das eingesetzte, relativ große Luft volumen führt hierbei zu einer sehr intensiven Verwirbe lung des gleichzeitig eingebrachten Wasserglases. Hier durch wird auch in größeren Abständen von der Düse eine sehr gute Vermischung des Wasserglases mit der Zement suspension und damit auch der gewünschte Effekt der so fortigen Erhöhung der Viskosität gewährleistet.A particular advantage is the fact that for the range of the cutting beam and thus for the Economics decisive effect of the air further is used there. The relatively large amount of air used volume leads to very intensive swirling treatment of the water glass introduced at the same time. Here through is also at greater distances from the nozzle very good mixing of the water glass with the cement suspension and thus also the desired effect of the sun guaranteed continued increase in viscosity.
Die Erfindung wird im folgenden in Form eines Ausfüh rungsbeispiels anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch eine zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene An ordnung.The invention is hereinafter in the form of an embodiment Rungsbeispiels based on the single figure of the drawing explained in more detail. This shows schematically one through implementation of the method according to the invention order.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist zum Abteufen eines Bohrloches auf die vorgesehene Gründungstiefe ein Düsen kopf 1 vorgesehen, der an seinem unteren Ende Öff nungen 2 zum Austritt von Bohrspülwasser auf weist. Diese Öffnungen 2 sind mit einem im Innern des Düsenkopfes 1 verlaufenden Zufuhrrohr 3 verbunden, durch das hindurch das Bohrspülwasser und, nach Betätigen eines Ventils 18, der Zement suspension bei einem Pumpendruck bis zu 500 bar strömt. Der Düsenkopf 1 weist wenigstens eine seitliche Austrittsöffnung 4 auf, in die ein Zweig abschnitt 5 des Zufuhrrohres 3 sowie ein zwischen dem Düsenkopfmantel 6 und dem Zufuhrrohr 3 gebildeterRing raum 7 ausmünden. Dieser innerhalb des Düsenkopfes 1 ge bildete Ringraum 7 dient als Zufuhrleitung für unter Druck stehende Luft, die von einem Kompressor 8 über eine mit einem Rückschlagventil 10 versehene Luftleitung 9 sowie einen Luftschlauch 11 zugeführt wird. Bei dem dar gestellten Ausführungsbeispiel kann die Luft aufgrund des Kompressors 8 beispielsweise mit einem Volumenstrom von 3 m3/min bei einem Druck von 13 bar zugeführt werden.As can be seen from the drawing, a nozzle head 1 is provided for sinking a borehole to the intended foundation depth, the openings at its lower end opening 2 for the discharge of drilling fluid has. These openings 2 are connected to a feed pipe 3 running inside the nozzle head 1 , through which the drilling fluid and, after actuating a valve 18 , the cement suspension flows at a pump pressure of up to 500 bar. The nozzle head 1 has at least one lateral outlet opening 4 , into which a branch section 5 of the feed pipe 3 and an annular space 7 formed between the nozzle head casing 6 and the feed pipe 3 open. This ge within the nozzle head 1 formed annular space 7 serves as a supply line for pressurized air, which is supplied from a compressor 8 via an air line 9 provided with a check valve 10 and an air hose 11 . In the illustrated embodiment, the air can be supplied due to the compressor 8, for example with a volume flow of 3 m 3 / min at a pressure of 13 bar.
In die Luftleitung 9 mündet nach dem Rückschlagventil 10 eine weitere Zufuhrleitung 12, die der Zufuhr von Wasser glas dient, das beispielsweise mit Wasser im Verhältnis 1:1 verdünnt ist und durch eine Hydrostatikpumpe 13 bei spielsweise mit einem Volumenstrom von maximal 35 l/min unter einem maximalen Druck von 30 bar zugeführt werden kann. Sowohl die Wasserglaszufuhrleitung 12 als auch die Luftleitung 9 weisen jeweils einen Kugelhahn 14 bzw. 15 auf, um die Zugabe von Wasserglas bzw. Luft und damit die Gesamtkonzentration des Luft-Wasserglas-Gemisches im Luftschlauch 11 sowie in der Luftzufuhrleitung 7 steuern zu können.In the air line 9 opens after the check valve 10, a further supply line 12 , which serves the supply of water glass, which is diluted, for example, with water in a ratio of 1: 1 and by a hydrostatic pump 13 with, for example, with a volume flow of maximum 35 l / min a maximum pressure of 30 bar can be supplied. Both the water glass supply line 12 and the air line 9 each have a ball valve 14 or 15 in order to be able to control the addition of water glass or air and thus the total concentration of the air / water glass mixture in the air hose 11 and in the air supply line 7 .
Wenn dann in der zuvor beschriebenen Weise beim Bohr vorgang und/oder beim Verfestigungsvorgang außer der Suspension auch das Luft-Wasserglas-Gemisch dem Düsen kopf 1 zugeführt wird, tritt an der seitlichen Austritts öffnung 4 aus dem Zweigabschnitt 5 ein Suspensions strahl 16 aus. Gleichzeitig tritt auch an dieser Stelle 4 das eingebrachte Wasserglas aus, das aufgrund der spe ziellen Anordnung intensiv mit der Luft vermischt wird und einen Verwirbelungsstrahl 17 bildet, der sich im weiteren Verlauf mit dem Suspensionsstrahl 16 ver mischt, so daß der gewünschte Effekt der intensiven Ver mischung des Wasserglases mit der Zementsuspension und damit der sofortigen Erhöhung der Viskosität erreicht wird.If then in the manner described above during the drilling process and / or during the consolidation process, in addition to the suspension, the air / water glass mixture is also fed to the nozzle head 1 , a suspension jet 16 emerges at the lateral outlet opening 4 from the branch section 5 . At the same time, the water glass introduced at this point 4 emerges, which due to the special arrangement is mixed intensively with the air and forms a swirl jet 17 which mixes with the suspension jet 16 in the further course, so that the desired effect of the intensive Ver mixing the water glass with the cement suspension and thus the immediate increase in viscosity is achieved.
Hinsichtlich vorstehend noch nicht erläuterter Merkmale der Erfindung wird im übrigen ausdrücklich auf die Zeich nung sowie auf die Ansprüche verwiesen.With regard to features not yet explained above the invention is otherwise expressly on the drawing as well as to the claims.
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| SE544577C2 (en) * | 2020-03-02 | 2022-07-26 | Jle As | Process for stabilizing grounds |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3712151C2 (en) | 1989-04-13 |
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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