DE4137003A1 - Vorrichtung zum einpressen von pulver in boden oder schlamm - Google Patents

Description

Daß weicher Boden durch Zusetzen von Pulver - z. B. Kalkmehl - in der Regel besser wird, ist bekannt. Sogenannte Kalksäulen werden durch Einfüllen in Bohrlöcher (schwedische Pa­ tente) oder durch Vermischen mittels Rührwerk (japanische Patente) hergestellt. Ebenso gehört es zum Stand der Technik, kontaminierten Boden durch Zumischen oder Einpressen von Suspension - insbesondere Kalk - zu vergüten. Bei der vorliegenden Erfindung wird dagegen trockenes Pulver durch dünne Rohre direkt in weiche Bodenbereiche eingepreßt. Soweit dies fördertechnisch gelingt, bilden sich im Untergrund Verdrängungskörper aus, die der Umgebung Wasser entziehen und diese somit verfestigen.

Das Pulver läßt sich pneumatisch fördern, solange es im bodenmechanischen Sinne keine effektive Spannung und damit keine effektive Kohäsion entwickelt. Im Druckbehälter muß daher das Porenvolumen mit Druckluft angereichert werden, ohne die Porenzahl auf ei­ nen kritischen Wert zu verringern. Wenn anschließend der Luftdruck auf die Pulvermasse erhöht wird, verdichtet sich diese kaum noch und bleibt dadurch fließfähig. Durch peri­ odische Schwankungen des Luftdrucks, wie sie von jedem Kompressor ungewollt erzeugt werden, wird das Pulver zusätzlich verflüssigt.

Die prinzipielle Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Von einem Druckbehälter (1) aus wird eine Lanze (2) vertikal oder schräg in den zu vergütenden Bodenbereich eingebracht (das Gerät ist in einem separaten Patentantrag beschrieben). Das Pulver wird von der Spitze der Lanze aus in den Boden eingepreßt, wobei sich ein blasen- und/oder fladenar­ tiger Verdrängungskörper bildet. Durch den Luftdruck wird der Gegendruck des Bodens überwunden und Raum für das Pulver geschaffen.

Das Pulver wird in Portionen eingepreßt, und die überschüssige Luft kann jeweils rasch abströmen. Durch Vor- oder Zurückschieben der Lanze werden neue Einpreßbereiche er­ reicht. Ebenso kann die Lanze in einen bereits mit Pulver angereicherten Boden nochmals eingeschoben werden, um erneut einzupressen.

Durch räumlich und zeitlich kontrolliert verteiltes Einpressen und Entwässern werden Un­ tergrundbereiche planmäßig verfestigt und/oder deformiert. Unter Auffüllungen kommt vor allem ein Raster lotrechter Lanzen in Frage. Es wird jeweils so wenig Pulver einge­ preßt, daß Hebungen darüber in gewünschten Grenzen bleiben. Durch eine anschließende Entwässerung geht die Hebung wieder zurück, und es kann erneut eingepreßt werden. Da­ durch ist der Untergrund insgesamt steifer und tragfähiger, so daß fortdauernde Setzungen gebremst werden oder zusätzliche Lasten ohne Setzungsschäden aufgebracht werden können.

Weiche Bodenbereiche unter setzungsempfindlichen Bauwerken lassen sich ebenso stabi­ lisieren, indem die Einpreßlanzen von der Seite eingeführt werden. Dieses Verfahren eignet sich vor allem für historisch wertvolle Bauwerke, die keine weiteren Setzungen vertragen können, aber auch zur Sicherung von Behältern und für beliebige Flachgründungen.

Durch Einpressen neben Stützwänden kann deren Nachgeben kompensiert werden. Da­ mit werden benachbarte Baukörper wie Leitungen, Verkehrswege und Hochbauten vor schädlichen ungleichmäßigen Horizontalverschiebungen des Untergrunds bewahrt.

Das gleiche Prinzip eignet sich auch beim Bau von Tunneln. Vor dem Vortrieb kann der Boden über der Firste stabilisiert werden. Während des Vortriebs kommt ein zusätzliches Einpressen von Pulver an der Ortsbrust oder am Mantel in Frage. Während des Einpres­ sens wirkt das Pulver auch als Gleitmittel.

Die Verpreßkörper können durch feste Stäbe bewehrt werden. Die aus geeignetem Werkstoff bestehenden Stäbe werden beim Einpressen oder danach eingeführt und geben dem Ver­ preßkörper eine erhöhte Druck-, Zug- oder Biegefestigkeit. Die bewehrten Verpreßkörper können ähnlich wie Pfähle, Anker oder Dübel tragen.

Einen anderen Anwendungsbereich findet die Erfindung in der Umwelt-Geotechnik. Kon­ taminierte Böden oder Industrieschlämme lassen sich durch Einpressen oder Absaugen von Luft, Wasser oder Suspension grundsätzlich in Grenzen entgiften. Durch Einpressen von Pulver wird dem Boden kein ohnehin reichlich vorhandenes Wasser zugeführt; damit können gewünschte Reaktionen intensiver erzeugt werden, und die Verfestigung ist ein erwünschter Nebeneffekt. Die Luft kann durch chemisch aktive Gase angereichert oder ersetzt werden, ohne das Verfahren mechanisch zu beeinträchtigen. Des weiteren ist es möglich, so eine Bioreaktion in Böden oder Deponien zu erzeugen, wobei zusätzlich das Einimpfen von Mi­ kroorganismen in Betracht kommt.

Durch Messung der Einpreßdrücke und -mengen wird der Baugrund zusätzlich erkundet, was insbesondere der weiteren Stabilisierung dient. Außerdem kann das Einbringen der Rohre bzw. Schläuche als zusätzliche Sondierung genutzt werden. Weiterhin kann elek­ trischer Gleichstrom nicht nur elektroosmotisch wirken, sondern durch Messung des Wi­ derstandes zwischen Elektroden im Untergrund auch Auskünfte über dessen Stabilisierung oder Dekontamination liefern.

Schließlich ist es möglich, in durch Pulver vergüteten Bereichen mittels einer eingeführten Stange eine ausreichende Torsionserregung einzutragen und das Scherwellenfeld mit an an­ deren Stellen eingeführten Gebern zu messen. Dadurch ist es möglich, ohne Störung die mittlere Verfestigung und Steifigkeitserhöhung des Untergrundes zu messen.

Claims (19)

1. Verfahren zur Stabilisierung und/oder Verdrängung und/oder Dekontaminierung wei­ chen Bodens oder Schlammes, dadurch gekennzeichnet, daß trockenes Pulver durch Lanzen pneumatisch in den Untergrund eingepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließfähigkeit des Pul­ vers durch Zusetzen von Synthetik-Pulver und/oder elektrisches Aufladen erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zuschläge das Pulver in Verbindung mit dem Bodenwasser härtend und/oder leitfähig machen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Porenluft in das Pulver im Druckbehälter so langsam eingelassen wird, daß die Fließfähigkeit erhalten bleibt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Pulver fördernde Druckluft mit pulsierenden Druck beaufschlagt wird, um die Fließfähigkeit zu verbes­ sern.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bedarfsweise ein Abschnitt der Pulverleitung elastisch zusammendrückbar ist und zur Kontrolle des Mengen­ stroms einen einklemmbaren oder einschnürbaren Querschnitt aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim stetigen oder schritt­ weisen Ziehen des Einpreßrohrs oder -schlauchs mit Kontrolle von Druck und Menge Pulver in den Boden eingepreßt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Boden durch das ein­ gepreßte Pulver Wasser entzogen und er dadurch fester wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer daneben ein­ geführten Lanze durch Vakuum dem eingepreßten Pulver zwecks Kompression Luft und/oder dem Boden Wasser entzogen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zusätzlicher Elek­ troden und elektrischem Gleichstrom den Boden verstärkt Wasser entzogen wird, was durch Zusätze zum Pulver gefördert werden kann.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zum Einpressen des Pulvers lotrecht in einem Raster angeordnet sind oder fächerförmig schräg von Gruben oder Schächten ausgehen.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abstimmen des räumlich und zeitlich verteilten Einpressens und Entwässerns Hebungen und Sen­ kungen der Erdoberfläche bzw. aufliegender Bauwerke innerhalb vorgeschriebener Toleranzen bleiben.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Einpressen eine gewünschte Hebung und/oder seitliche Verdrängung der Erdoberfläche oder auflie­ gender Bauwerke stattfindet.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Hinzufügen fester Stäbe in dem Einpreßkörper anker- oder pfahlartige Tragkörper entstehen.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schild- oder Rohrvor­ trieb der Boden vor, über oder neben dem Tunnel stabilisiert oder verdrängt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver und das Treib­ gas chemisch aktive Komponenten enthalten, die mit dem Boden eine gewünschte chemische Reaktion derart erzeugen, daß eine Dekontaminierung stattfindet.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver und das Treibgas chemisch und/oder biologisch aktive Komponenten enthalten, die mit dem Boden eine gewünschte biologische Reaktion derart erzeugen, daß eine Dekontaminierung stattfindet.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu vergütende Boden oder Schlamm während des Einpressens oder danach durch Messen der Zusammen­ setzung des austretenden Gases chemisch und/oder biologisch erkundet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Untergrund durch Einführen von Torsionserregung mittels einer Stange in den verfestigten Bereich und durch Messen von an anderen Stellen ankommenden Scherwellen untersucht wird, um die mittlere Verfestigung und Steifigkeitserhöhung festzustellen.