DE4013801A1

DE4013801A1 - Verfahren zum herstellung von bodenkoerpern

Info

Publication number: DE4013801A1
Application number: DE4013801A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Berg; Klaus Dipl Ing Esters
Original assignee: Keller Grundbau GmbH
Current assignee: Keller Grundbau GmbH
Priority date: 1990-04-28
Filing date: 1990-04-28
Publication date: 1991-11-07
Anticipated expiration: 2010-04-29
Also published as: DE4013801C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mit Bindemitteln verfestigten Körpern mit einer Faserar mierung im Boden. Im nachfolgenden werden solche Verfah renserzeugnisse Körper genannt. Unter Boden sind sinngemäß aus Auffüllungen oder Deponien von Abfallstoffen zu ver stehen.

Betonkörper mit einer Faserarmierung, bei der die als Faser bezeichneten Teile die Bewehrung bilden und im we sentlichen aus kurzen Stahldrähten oder Kuststoffasern mit einer Länge in der Größenordnung von 60 mm bestehen, sind grundsätzlich bekannt. Bei diesem Werkstoff ist das Zu mischen der Fasern problematisch, da sich die Fasern leicht zu Klumpen oder sogenannten "Igeln" zusammenballen, so daß eine gleichmäßige Verbesserung der Zugfestigkeit des damit hergestellten Betonkörpers beeinträchtigt ist. Es sind verschiedene Vorrichtungen bereits beschrieben worden, mit denen die Fasern möglichst gleichmäßig dem Beton zugemischt werden sollen, beispielsweise in der DE 26 13 019 C3 und in der DE 33 09 137 C1.

Nach bisher bekannten Techniken wird der Beton mit den Fasern angemischt und danach verarbeitet, wobei auch die Verarbeitung als Spritzbeton Anwendung gefunden hat.

Die Firma Solfibres in 94440 Marolles en Brie in Frank reich hat Untersuchungsergebnisse veröffentlicht, die das Biege- und Druckfestigkeitsverhalten von faserarmierten Bodenpfählen zum Gegenstand haben. Auch hierfür wurden die Fasern über einen Vibrationszuteiler in einen Betonmischer eingebracht. Die Probleme des Klumpens der Fasern bestehen dabei weiter.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von faserarmierten Körpern im Boden bereitzustellen, das eine vorgegebene, kontrollier bare Dosierung und Verteilung der Fasern ermöglicht.

Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Vermischung von Zement, Zuschlägen, Fasern und Wasser im Boden in vorgege bener, definierter lokaler Erstreckung in situ stattfin det. Bei einem derartigen Verfahren ist ein Klumpen der Fasern während des Mischvorganges dadurch ausgeschlossen, daß die Fasern nur dosiert im Boden in situ in den Misch vorgang zugegeben werden, wobei gleichzeitig und in situ der planmäßige Verfestigungskörper entsteht. Damit sind die bekannten Nachteile von Entmischung oder Zusammenklum pung von einem zu transportierenden faserarmierten Boden erfindungsgemäß ausgeschlossen.

Es sind Verfahren zum Herstellen von Verfestigungs- und/ oder Abdichtungskörpern bekannt, bei denen der den Körper erzeugende Beton nicht an der Oberfläche mit bekannten Mischanlagen hergestellt wird, so daß ein Beton mit Faser zumischung hierbei nicht fertig in die Bodenöffnung einge bracht werden kann, sondern vor Ort erzeugt wird. Ver fahren dieser Art sind insbesondere das Herstellen von Verfestigungs- und/oder Abdichtungskörpern unter Durch mischung mit anstehendem Boden mittels Düsenstrahlverfah ren (Markenname SOILCRETE der GKN Keller GmbH), das Her stellen von Körpern unter Durchmischung mit anstehendem Boden mittels mechanischer Rührwerkzeuge (TBV), das Her stellen von vermörtelten Stopfsäulen (VSS), bei dem Zu schlag und Bindemittel einem das Bohrloch erstellenden Tiefenrüttler beim Ziehen zugegeben werden, und das Her stellen von Betonstopfsäulen (BSS), bei dem erdfeuchter Beton einem das Bohrloch erstellenden Tiefenrüttler beim Ziehen zugegeben wird, dem dann beim Erstellen im Boden gegebenenfalls noch Wasser zugesetzt wird. Körper, die nach derartigen Verfahren hergestellt sind, konnten bisher überhaupt nicht oder allenfalls nachträglich mit einer Stabarmierung versehen werden. Dies ist umständlich, un kontrolliert und abhängig von der Art des dabei erzeugten Betons nur in Ausnahmefällen möglich.

Das Gleiche gilt auch für Bodenverfestigungen, die nach konventionellen Injektionsverfahren, z. B. Ventilverfah ren, hergestellt werden.

Es werden verschiedene Verfahrensvarianten zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens nachstehend be schrieben.

Nach einer ersten günstigen Verfahrensart wird der Körper aus einem Bohrloch heraus durch das Düsenstrahlverfahren unter Verwendung von Suspension oder Wasser unter Durch mischung mit dem erodierten Boden als Zuschlagmittel er zeugt, wobei die Fasern im Bereich des Düsenstrahls trocken zugemischt oder in Aufschwemmung von Suspension oder Wasser eingespült werden. Die Zumischung oder Ein spülung kann in unmittelbarer Nähe des Düsenstrahls erfol gen, der mit mehr als halber Schallgeschwindigkeit aus tritt, so daß die zugegebenen Fasern in Folge Unterdruckes von dem Erosions- und Mischraum des Düsenstrahls aufge nommen, mitgerissen und mit dem den Zuschlag bildenden erodierten Boden planmäßig durchmischt werden. Suspen sionsmenge, Austrittsgeschwindigkeit, Faserlänge und Fa sermenge sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß eine vorgegebene kontrollierte Mischung erfolgt.

Nach einer zweiten geeigneten Verfahrensart ist vorge sehen, daß der Körper aus einem mittels eines Tiefen rüttlers hergestellten Bohrloches heraus durch separates Zuführen von Bindemitteln und Zuschlagsstoffen erzeugt wird, wobei die Fasern am Tiefenrüttler trocken zugemischt oder in Aufschwemmung von Suspension oder Wasser einge spült werden. Nach diesem Verfahren wird die Bodenöffnung mit Hilfe eines bekannten Tiefenrüttlers oder einer Rüttelbohle mit Aufsatzrüttler oder eines Rohres mittels Aufsatzrüttler niedergebracht, der das Erdreich verdrängt, wobei dann beim Ziehen des Rüttlers die Bindemittel und Zuschlagstoffe getrennt zugegeben werden, die sich beim Ziehen, z. B. im Pilgerschritt bei der jeweils anschließen den Stopfarbeit durchmischen und verdichten. Den Binde mitteln in Form einer Zementsuspension können hierbei die Fasern zugemischt werden, wobei es möglich ist, unabhängig von der Art der Zuschlagstoffe eine geeignete Anpassung von Suspension und Fasern zu wählen. Die Fasern können auch mit einem besonderen Trägermittel ebenfalls nach Art einer Suspension oder mit Wasser dosiert eingespült wer den, so daß ein Klumpen, wie es in einem Mischungsprozeß bekannter Art stattfinden kann, gänzlich vermieden wird.

Die hier beispielhaft zugrundeliegende Technik, bei der die Bindemittel in flüssiger Form zugeführt werden, ist zum Herstellen von vermörtelten Stopfsäulen (VSS), Rüttel schmalwänden und Schmalwänden mittels Bohle und Aufsatz rüttler bekannt.

Nach einem abweichenden geeigneten Verfahren ist vorge sehen, daß der Körper aus einem mittels eines Tiefen rüttlers oder Aufsatzrüttlers hergestellten Bohrloch he raus durch Zuführen von erdfeutchtem Beton ausgeführt wird, wobei die Fasern vor Ort (Verarbeitungspunkt) in Aufschwemmung von Suspension oder Wasser zugespült werden. Auch hierbei wird die erforderliche Bodenöffnung mit Hilfe eines Tiefenrüttlers oder Aufsatzrüttlers hergestellt, wobei das Erdreich verdrängt wird und beim Ziehen des Rüttlers erdfeuchter Beton - d. h. Zement und Zuschlag stoffe in Mischung - bis vor Ort zugeführt werden und wobei die Fasern in Aufschwemmung von Suspension oder mit Wasser zugespült werden. Auch hierbei kann eine dosierte Zumischung erfolgen, die bei einem Einmischen der Fasern in den erdfeuchten Beton nicht sichergestellt werden könnte, da es beim entsprechenden Mischungsvorgang von trockenem Zement und erdfeuchten Zuschlagstoffen wiederum bereits zur Klumpenbildung der Fasern kommt. Das hiermit beschriebene zugrundeliegende Verfahren wird als Her stellung von Betonstopfsäulen (BSS) bzw. gerüttelten Be tonpfählen bezeichnet.

Eine weitere geeignete Verfahrensart besteht darin, daß der Körper durch Einmischung von Suspension als Zuschlag mittel oder Wasser in den anstehenden Boden mittels mechanischer Rührarme erfolgt, wobei die Fasern im Bereich der Rührarme trocken zugemischt oder in Aufschwemmung von Suspension oder Wasser eingespült werden. Nach diesem Verfahren wird zunächst das Mischwerkzeug in den Boden versenkt, wobei die eingesetzten Rührarme noch nicht ent faltet sein müssen und anschließend unter Zugabe von Sus pension oder Wasser ein Körper erstellt. Der Zumischung von Bindemittel und/oder Fasern können auch Mischungsvor gänge zur Zerkleinerung, Homogenisierung und Suspendierung des Bodens vorhergehen. Die Fasern werden vor Ort in geeigneter Dosierung trocken oder in einer Flüssigkeit als Trägermedium zugegeben. Auch hier erfolgt die gesteuerte Dosierung der Fasern über den Verfestigungskörper und/oder Abdichtungskörper.

Bei den klassischen Injektionsmethoden über Injektions lanzen direkt oder bei der Ventilrohrtechnik über die Injektionspacker oder bei Hebungsinjektionen, z. B. SOILFRAC, wird die Faserzugabe in Aufschwemmung über eine separate parallelgeführte Leitung vor Ort wie sonst be schrieben zugegeben und durch den Suspensionsstrom aufge nommen und in den Boden transportiert.

Bei dem eingangs genannten Verfahren der Herstellung von Verfestigung durch Düsenstrahlverfahren ist eine besondere Verfahrensführung in der Form möglich, daß die Fasern in Form eines Drahtes oder Drahtbündels zum Düsenkopf geführt werden und dort über eine mit Druckmittel betätigte Scher vorrichtung gestückelt werden. Das Vorliegen von Druck mitteln, d.h. unter Druck stehender Flüssigkeit oder nach besonderen Abwandlungen auch unter Druck stehender Preß luft ermöglicht es, eine derartige Schervorrichtung am Düsenkopf zu betätigen, wodurch der Zuführvorgang der Fasern wesentlich erleichtert wird. Bei Zugabe in den Düsenstrahl wird die notwendige Streuung der Fasern er reicht. Die Schervorrichtung kann nach Art bekannter druckmittelbetätigter Arbeitsgeräte mit oszillierenden Bewegungen erfolgen.

Bei dem als zweiten genannten Verfahren der Herstellung von Bodenkörpern unter mechanischer Durchmischung ist eine ähnliche Verfahrensführung in der Form möglich, daß die Fasern in Form eines Drahtes oder Drahtbündels zum Rühr element geführt werden und dort über eine mit dem Drehan trieb desselben verbundene Schervorrichtung gestückelt werden. Geeignete Mitnehmer und Verteiler an den Rührarmen sind für eine gute Verteilung der Fasern von Vorteil, im übrigen kann die axiale Ziehgeschwindigkeit im Hinblick auf eine gute Durchmischung gewählt werden.

Das gleiche Verfahren ist durch die Verfügbarkeit von hydraulischer und/oder pneumatischer Energie und/oder mechanischen Antrieben, die Grundlage der beschriebenen Techniken sind, auch bei der Herstellung von vermörtelten Stopfsäulen (VVS) und Betonstopfsäulen (BBS) möglich.

Grundsätzlich ist das Verfahren mit Fasern unterschied lichster Werkstoffe wie Stahl, Kunststoffen, Mineral gläsern und Textil anwendbar.

Dabei können die Einzelfasern unterschiedliche Formgebun gen haben, z. B. Wellungen oder Biegungen, Haken o. ä., zur Steigerung des Einbindevermögens, z. B. bei Zugbe lastungen und sonstigen Beanspruchungen.

Nach den vorstehend genannten Verfahren können vorgegebene Kubaturen in planmäßigen Abmessungen aus einzelnen oder kombinierten Säulen oder Lamellen als Tragwerke und/oder Abdichtungen hergestellt werden, sowie besonders faserar mierten Verfestigungen und/oder Abdichtungen nach der klassischen Injektionstechnik und für Hebungsinjektionen.

Mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in situ herge stellten Verfestigungskörpern und Injektionen werden we sentlich verbesserte Werte für die Zug- und Biegezugbe lastbarkeit erzielt, mit dem wirtschaftlichen Vorteil gegenüber bisher hergestellten Verfestigungskörpern und Injektionen durch kleinere Abmessungen bei gleicher Trag fähigkeit bzw. Sicherheit gegen Rißbildung für Abdich tungszwecke.

Ausführungsbeispiele für die Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt.

Hierbei zeigen

Fig. 1 das Verfahren bei der Herstellung eines Soilcrete-Körpers;

Fig. 2 das Verfahren bei der Herstellung einer vermör telten Stopfsäule;

Fig. 3 das Verfahren bei der Anwendung der tiefen Boden vermörtelung;

Fig. 4a das Verfahren bei der Herstellung einer Hohlraum verfüllung;

Fig. 4b das Verfahren bei der Herstellung einer Kluftver pressung;

Fig. 4c das Verfahren bei der Herstellung einer Feststoff injektion.

Fig. 1 stellt die Herstellung eines stahtnadel-/faserbe wehrten Soilcrete-Körpers 1a in einem Boden 2 mittels unter hohem Druck injizierter Zementsuspension 3 dar, wobei zum Erodieren und Auflösen des Bodens 2 auch unter hohem Druck stehende Schneidwasser 4 über das Bohrgestänge 5, an welches der Düsenkopf 6 und der Bohrmeißel 7 mon tiert sind, über die Düsen 8 als Injektionsstrahl 9 in den Boden 2 injiziert wird. Mit dem Bohrgestänge 5 wird gleichlaufend ein Mantelgestänge 10 mitgeführt, über welches die Fasern oder Stahlnadeln 11 mit einer Tran sportflüssigkeit 12, die über eine Pumpe 13 den gezielten Transport der Fasern oder Stahlnadeln 11 bis in den Düsen strahl 9 durch das Mantelrohr 10 sicherstellt, zugeführt werden. Die Stahlnadeln oder Fasern 11 können auch als Endlosdraht oder Litze 14 über das Führungsrohr 10 zum Düsenstrahl 9 geführt werden, wobei sie über eine hydrau lisch oder pneumatisch betätigte Schere 15 in vorgegebener Länge und Menge von dem Endlosdraht oder der Litze 14 abgeschnitten werden. Mit der Dreh- und Ziehbewegung gemäß dem Pfeil 16, die von dem Antriebsmotor 17 auf das Bohrge stänge 5 ausgeübt wird, werden die Fasern oder Stahlnadeln 11 im Düsenstrahl 8 verwirbelt und in dem Soilcrete-Körper 1a gleichmäßig verteilt.

Fig. 2 stellt die Herstellung einer stahlnadel oder faser bewehrten vermörtelten Stopfsäule 1b in einem Boden 2 mittels eines Tiefenrüttlers 18 dar, durch welchen über ein Materialrohr 19 durch die Austrittsöffnung 20 über eine Schleuse 21 Kies oder Schotter 22 in den Rüttler 18 gebracht wird, der mit einer Zementsuspension 3, der in einem Mischraum 23 Stahlnadeln oder Fasern 11 beigegeben werden, im Materialrohr 19 mit dem Kies oder Schotter-Ge misch 22 vermischt wird. Durch den Rüttelvorgang gemäß dem Pfeil 24 und die Stopfbewegung gemäß dem Pfeil 25 des Rüttlers 18, der an einem Mäkler 26 geführt wird, wird unter gleichzeitiger Zugabe von Druckluft 27 eine hochver dichtete, mit Stahlnadeln oder Fasern 11 vermörtelte Stopfsäule 1b hergestellt.

Fig. 3 stellt die Herstellung einer stahlnadel- oder fa serbewehrten tiefen Bodenvermörtelung 1c in einem Boden 2 mittels eines Quirls 28 dar, der über einen Antriebsmotor 17, der an einem Mäkler 26 geführt ist, angetrieben wird. Über das Gestänge 29 des Quirls 28 wird ein bodenstabili sierendes Bindemittel 30 über einen Mischraum 23 zuge führt, in dem Stahlnadeln oder Fasern 11 aus Containern 31 unter Druckeinwirkung gemäß dem Pfeil 32 zugemischt und über das Gestänge 29 und die Austrittsöffnung 20 durch die Quirlarbeit gemäß dem Pfeil 33 mit dem anstehenden Boden 2 zu einer stahlnadel-/faserbewehrten tiefen Bodenvermör telung 1c vermischt werden.

In den Fig. 4a bis 4c ist jeweils ein Zementsilo 41 und ein Wasserbunker 42 erkennbar, aus denen die jeweiligen Stoffe einem Mischer 43 zur Herstellung von Zementsuspen sion 3 zugegeben werden.

Aus dem Wasserbunker 43 und einem Zuschlagstoffbunker 44 wird weiterhin ein Mischer 45 beaufschlagt, der ein Trä germedium für die Stahlnadeln oder Fasern erzeugt, die in einem Mischraum 23 der Transportflüssigkeit 12 zugegeben werden.

Fig. 4a stellt die Herstellung einer stahlnadel-/faserbe wehrten Hohlraumverfüllung 1d über ein Injektionsgestänge 34 dar, dem die Zementsuspension 3 über die Verbindungs rohrleitung 35 zugeführt wird und im Bypass 36 Stahlnadeln oder Fasern zugemischt werden, die über eine Transport leitung 37 mittels der Trägerflüssigkeit 12 herangeführt worden sind.

Fig. 4b stellt die Herstellung einer stahlnadel-/oder faserbewehrten Kluftverpressung 1e über ein Injektionsrohr 34 dar, das über die Zuleitung 35 an eine Pumpe 13 für die Injektion von Zementsuspension 3 angeschlossen ist, und parallel dazu eine Transportleitung 37 für die unmittel bare Beimischung von Stahlnadeln oder Fasern 11 die mittels der Transportflüssigkeit 12 eingeleitet werden.

Fig. 4c stellt die Herstellung einer stahlnadel-/faserbe wehrten Feststoffinjektion 1f über ein Ventilrohr 38 dar, dem die über eine Zuleitung 35 herangeführte und im Bypass 36 mit den über eine Transportleitung 37 zugeführten Stahlnadeln oder Fasern 11 vermischte Zementsuspension 3 zugeführt wird und aus dem sie aus durch den Packer 39 beaufschlagten Ventilöffnungen 40 in den Boden 2 einge preßt wird.

Bezugszeichenliste

1a Faser-/Stahlnadel bewehrter SOILCRETE-Körper
1b Faser-/Stahlnadel bewehrte vermörtelte Stopfsäule
1c Faser-/Stahlnadel bewehrte tiefe Bodenvermörtelung
1d stahlnadel-/faserbewehrte Hohlraumverfüllung
1e stahlnadel-/faserbewehrte Kluftverpressung
1f stahlnadel/-faserbewehrte Feststoffinjektion
2 Boden
3 Zementsuspension
4 Wasserschneidstrahl
5 Bohrgestänge
6 Düsenkopf
7 Bohrmeißel
8 Düsen
9 Injektions-/Düsenstrahl
10 Mantelrohr
11 Stahlnadeln/Faser
12 Transportflüssigkeit
13 Pumpe
14 Endlosdraht/-Litze
15 Schere
16 Zieh-/Drehbewegung
17 Antriebsmotor
18 Tiefenrüttler
19 Materialrohr
20 Austrittsöffnung
21 Schleuse
22 Kies/Schotter
23 Mischraum
24 Rüttelvorgang
25 Stopfbewegung
26 Mäkler
27 Druckluft
28 Quirl
29 Gestänge
30 bodenstabilisierendes Bindemittel
31 Container
32 Druckeinwirkung
33 Quirlarbeit
34 Injektionsgestänge
35 Verbindungsrohrleitung
36 Bypass
37 Transportleitung
38 Ventilrohr
39 Packer
40 Ventilöffnung
41 Zementsilo
42 Wasserbunker
43 Mischer
44 Zuschlagstoffbunker
45 Mischer

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von mit Bindemittel ver festigten Trag- und/oder Abdichtungskörpern mit einer Faserarmierung im Boden, in Auffüllungen, in Abfall stoffen von Deponien, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung von Bindemittel, Zuschlägen, Fasern und Bindeflüssigkeit - wie Wasser - im Ver festigungs- und/oder Abdichtungskörper beim Erstellen vor Ort stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfestigungsnut oder Abdichtungskörper durch Düsenstrahlinjektion von Suspension oder Wasser unter Durchmischung mit dem erodierten Boden als Zuschlag erstellt wird, wobei die Fasern am Düsenkopf trocken oder unter Verwendung von Preßluft zugegeben oder in Aufschwemmung von Suspension oder Wasser eingespült werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfestigungs- und/oder Abdichtungskörper durch mechanisches Durchmischen mittels eines Rühr werkzeuges von Suspension oder Wasser mit dem Boden als Zuschlag erstellt wird, wobei die Fasern am Rühr werkzeug trocken oder unter Verwendung von Preßluft zugegeben oder in Aufschwemmung von Suspension oder Wasser eingespült werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfestigungs- und/oder Abdichtungskörper durch separates Zuführen von Bindemitteln und Zuschlä gen mittels eines Tiefen- oder Aufsatzrüttlers er stellt wird, wobei die Fasern vor Ort trocken oder mit Preßluft zugegeben oder in Aufschwemmung von Suspen sion oder Wasser eingespült werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfestigungs- und/oder Abdichtungskörper durch Zuführen von erdfeuchtem Beton, d. h. Zement und Zuschlag, mittels eines Tiefen- oder Aufsatzrüttlers erstellt wird, wobei die Fasern vor Ort trocken oder mit Preßluft zugegeben oder in Aufschwemmung von Sus pension oder Wasser zugespült werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfestigungs- und/oder Abdichtungskörper durch Injektion von Zement, gegebenenfalls Zuschlag und Wasser über Injektionslanzen oder Ventilrohre erstellt wird und die Fasern über parallele, separate Leitungen in Aufschwemmung von Suspension oder Wasser dem Injektionsstrom zugegeben werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form eines Drahtes oder Drahtbündels bis vor Ort geführt werden und dort über eine druck mittelbetätigte Schervorrichtung gestückelt werden.