DE4128177C2 - Verfahren zur Bodenverbesserung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bodenverbesserung von bin­ digen oder rolligen Böden durch Einbringen von zementhaltigem Zugabematerial mittels eines Düsenstrahlverfahrens gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 bis 4.

Bei bekannten Düsenstrahlverfahren, die z. B. unter den Bezeich­ nungen SOILCRETE oder Jet-Grouting bekannt sind, wird zur Auflö­ sung des Bodengefüges ein energiereicher Flüssigkeitsstrahl verwendet. Nach diesen Verfahren werden üblicherweise Bohrungen mittels eines mit Hochdruckdüsen bestückten Bohrkopfes nieder­ gebracht und beim Ziehen des Bohrgestänges bei rotierendem Bohr­ gestänge durch über die Hochdruckdüsen erzeugte Schneidstrahlen säulenförmige Bodenbereiche aufgeschwemmt, wobei zugleich Ze­ mentsuspension oder anderes Bindemittel zugegeben wird. Hierbei kann die Bindemittelsuspension selber den Schneidstrahl bilden oder unabhängig von einem aus Wasser bestehenden Schneidstrahl über weitere Düsen zugeführt werden. Die Nasse des eingesetzten Wasseranteils ist dabei in der Regel größer, als sie zur Suspen­ dierung des Bodens benötigt würde. Die überschüssige Menge an mit Bodenanteilen durchmischter Suspension tritt dabei wieder zu Tage und muß beseitigt werden. Hierbei ist es nachteilig, daß die Beseitigung dieses Überschußschlammes als solches schon Kosten verursacht werden und daß der in diesem Schlamm enthal­ tene Zementanteil nutzlos verloren geht. In der Veröffentlichung C. Kutzner, Injektionen im Baugrund, Stuttgart 1981, sind Düsen­ strahlverfahren der vorstehend genannten Art im einzelnen be­ schrieben.

Es ist weiterhin bekannt, in Fließton, d. h. in bindigem Boden mit einem Wassergehalt, der oberhalb der Fließgrenze liegt, zur Verbesserung der Bodenstabilität Bohrungen niederzubringen und in diese Feinkalk trocken einzublasen, wobei Kalkpfähle mit einem Durchmesser von 50 cm entstehen. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um ein Düsenstrahlverfahren. Eine intensive Durch­ mischung des Bodens mit dem Kalk erfolgt daher nicht, so daß die Pfähle sehr dicht mit einem Rasterabstand von 1 m eingebaut werden müssen.

Der Wassergehalt des Bodens im Zustand vor der Bodenverbesserung wird weder nach dem erstgenannten noch nach dem zweitgenannten Verfahren bisher berücksichtigt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowohl für bindige wie für rollige Böden bereitzustellen, das eine verbesserte Wirtschaft­ lichkeit bietet, indem es die genannten Nachteile vermeidet.

Die Lösung liegt beim Verfahren zur Bodenverbesserung von bindi­ gem Boden mit einem Wassergehalt w 0 jedoch unterhalb der Fließgrenze w_L durch Einbringen von zementhaltigem Zugabematerial mittels eines Düsenstrahlverfahrens darin, daß in Abhängigkeit von der Konsistenz des Bodens der Wassergehalt des Zugabemateri­ al so eingestellt wird, daß der Boden zumindest den Wassergehalt seiner Fließgrenze w_L erreicht, der Wassergehalt des Bodens die Fließgrenze w_L jedoch höchstens um 15% überschreitet. Einem entsprechende Lösung liegt bei einem Verfahren zur Bodenverbes­ serung von rolligem Boden mit einem Wassergehalt w 0, der jedoch nicht wassergesättigt ist, durch Einbringen von zement­ haltigem Zugabematerial mittels eines Düsenstrahlverfahrens darin, daß in Abhängigkeit von der Lagerungsdichte des Bodens die Wassermenge des Zugabematerials so eingestellt wird, daß die Wassermenge im behandelten Boden zumindest dem Porenvolumen dieses Bodens entspricht, die Wassermenge das ursprüngliche Porenvolumen des unbehandelten Bodens jedoch höchstens um 15% überschreitet. Beiden Verfahren ist es gemeinsam, daß das zur Suspendierung des Bodens, dem sogenannten Schneiden, benötigte Medium einen derart reduzierten Wasseranteil hat, daß der Boden in einen gerade noch fließfähigen Zustand überführt wird. Zu diesem Zweck wird der tatsächliche (natürliche) Wassergehalt w und der für eine Erreichung der Fließfähigkeit geeignete Wasser­ gehalt w_L des Bodens bestimmt und daraus die zumindest erforder­ liche Wassermenge des eingesetzten Medium bestimmt. Von dieser Wassermenge ausgehend wird beispielsweise die Vorschubgeschwin­ digkeit der Düse so eingestellt, daß das gewünschte Ergebnis erzielt wird. Gegebenenfalls kann auch die pro Zeiteinheit aus­ tretende Wassermenge reduziert werden, wobei jedoch die Aus­ trittsgeschwindigkeit so festgelegt werden muß, daß ein hinrei­ chender Energiegehalt zur Durchführung des Düsenstrahlverfahrens als solches erhalten bleibt, d. h. daß die radiale Reichweite des Düsenstrahls bezogen auf das Bohrwerkzeug einen Körper ausrei­ chender Größe bildet, in dem die Suspendierung des Bodens er­ folgt. In dem Maße, in dem die eingesetzte Flüssigkeit zum Sus­ pendieren des Bodens reduziert wird, reduziert sich auch der Anfall von Überschußschlamm. Die zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Bodenkennwerte werden über Aufschlußbohrungen, die ohnehin durchgeführt werden, zu ermitteln sein. Da Schwankungen des Wassergehalts nicht auszu­ schließen sind ist vorgesehen, den Wassergehalt jeweils so ein­ zustellen, daß der Wassergehalt des Bodens die Fließgrenze um bis zu 15% überschreitet bzw. daß das Porenvolumen bei rolligen Böden um bis zu 15% überschritten wird.

Liegt der Wassergehalt bei bindigen Böden bereits im Ausgangs­ zustand oberhalb der Fließgrenze, so ist die Zugabe einer mög­ lichst wasserarmen Suspension oder in vorteilhafter Weise von trockenem Zement vorzuschlagen, wobei in Abhängigkeit von der Konsistenz des Bodens die Menge des Zugabematerials so einge­ stellt wird, daß anschließend der Wassergehalt des Bodens die Fließgrenze w_L höchstens um 15% überschreitet. Dieser kann dabei mit mechanischen Werkzeugen in Form von Rührpaddeln am Bohrge­ stänge untergemischt werden.

Bei rolligen Böden kann es unterhalb des Grundwasserspiegels ausreichend sein, den notwendigen Zement trocken mit Preßluft als Trägermedium einzublasen, wobei die Wassermenge des Zugabe­ materials so eingestellt wird, daß sie höchstens 15% des ur­ sprünglichen Porenvolumens des Bodens entspricht. Wird ein Bohr­ gestänge mit ein- und ausklappbaren Rührpaddeln verwendet, kön­ nen die Injektionsdüsen bzw. die Einblasedüsen vorzugsweise radial außen an den ggfs. ausklappbaren Rührpaddeln angeordnet sein, so daß sich das Verfahren durch bessere Verteilung der zugegebenen Zementmengen und eine entsprechend bessere Durch­ mischung weiter verbessert. Wird ein schneckenförmiges Bohrge­ stänge zur mechanischen Durchmischung verwendet, können die Injektionsdüsen bzw. die Einblasedüsen ebenfalls radial außen an dessen Kante liegen.

Neben der Variation der Flüssigkeitsmenge kann auch die Menge des zugegebenen Zements oder eines entsprechenden Bindemittels variiert werden, so daß die Festigkeit und/oder die Dichtigkeit des zu erstellenden Körpers in Abhängigkeit von verschiedenen zuvor ermittelten Bodenschichten gesteuert werden. Voraussetzung hierfür ist es, daß durch vorherige Aufschlußbohrungen oder beim Niederbringen des Bohrgestänges die jeweiligen Kenndaten ermit­ telt werden und danach die Menge des einzusetzenden Materials beim Durchführen des Düsen- oder des Durchmischungsverfahrens tiefenabhängig gesteuert werden.

Es ist somit möglich, auf der Basis einer vorhergehenden Boden­ untersuchtung ein Arbeitsprogramm nach vorgegebenen Richtlinien zu erstellen und die gesamte weitere Herstellung automatisch ausführen und überwachen zu lassen, so daß eine gleichbleibende Qualität trotz unterschiedlicher örtlicher Gegebenheiten gewähr­ leistet ist.

Mit dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, den anfallenden und aufzubereitenden oder abzulagernden Schlamm bei der Verfah­ rensdurchführung wesentlich zu reduzieren, so daß ein Beitrag zum Umweltschutz allein durch Vermeidung von Deponiegut gelei­ stet wird. Daneben ist eine nennenswerte Einsparung an Kosten in Folge Minderverbrauches von Bindemittel möglich.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bodenverbesserung von bindigem Boden mit einem Wassergehalt w 0, der unterhalb der Fließgrenze w_L liegt, durch Einbringen von zementhaltigem Zugabematerial mittels eines Düsenstrahlverfahrens, unter Auflösung des Bodengefüges mittels eines energiereichen Flüssigkeits­ strahls, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Konsistenz des Bodens die Was­ sermenge des Zugabematerials so eingestellt wird, daß der Boden zumindest den Wassergehalt seiner Fließgrenze w_L erreicht, der Wassergehalt des Bodens die Fließgrenze w_L jedoch höchstens um 15% überschreitet.

2. Verfahren zur Bodenverbesserung von bindigem Boden mit einem Wassergehalt w, der oberhalb des Wassergehalts der Fließgrenze w_L liegt, durch Einbringen von zementhaltigem Zugabematerial mittels eines Düsenstrahlverfahrens, unter Auflösung des Bodengefüges mittels eines energiereichen Flüssigkeitsstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Konsistenz des Bodens die Menge des wasserarmen oder trockenen Zugabematerials so einge­ stellt wird, daß der Wassergehalt des Bodens die Fließgren­ ze w_L höchstens um 15% überschreitet.

3. Verfahren zur Bodenverbesserung von rolligem Boden mit einem Wassergehalt w 0, der jedoch nicht wassergesättigt ist, durch Einbringen von zementhaltigem Zugabematerial mittels eines Düsenstrahlverfahrens, unter Auflösung des Bodengefüges mittels eines energiereichen Flüssigkeits­ strahls, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Lagerungsdichte des Bodens die Wassermenge des Zugabematerials so eingestellt wird, daß die Wassermenge im behandelten Boden zumindest dem Porenvo­ lumen dieses Bodens entspricht, die Wassermenge das ur­ sprüngliche Porenvolumen des Bodens jedoch höchstens um 15% überschreitet.

4. Verfahren zur Bodenverbesserung von rolligen wassergesät­ tigtem Boden, durch Einbringen von zementhaltigem Zugabema­ terial mittels eines Düsenstrahlverfahrens, unter Auflösung des Bodengefüges mittels eines energiereichen Flüssigkeits­ strahls, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge des Zugabematerials so eingestellt wird, daß sie höchstens 15% des ursprünglichen Porenvolu­ mens des Bodens entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugabematerial in Form eines Hochdruckschneid­ strahls aus Wasser sowie einer Zementsuspension oder trockenem Zement in voneinander getrennter Form zugegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Injizieren und/oder das trockene Einblasen mit einer mechanischen Durchmischung mittels Mischwerkzeu­ gen kombiniert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Injizieren und/oder ein Einblasen an radial äußeren Punkten eines rotierenden Mischwerkzeuges erfolgt.