DE4227326A1 - Earth piercing appts. for soil treating method - or for mechanical, chemical, hydraulic or biological soil improvement - Google Patents

Earth piercing appts. for soil treating method - or for mechanical, chemical, hydraulic or biological soil improvement

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

In a process and appts. for mechanical, hydraulic, chemical and biological improvement of subsoil, the novelty is that a cylindrical piercing device, with a central passage, displaces the subsoil during penetration and various working elements, which are operated through the passage, are positioned ahead of the piercing device. The piercing device has a pneumatic, hydraulic or electrical, reversible drive and, in front of the drive, a displacement head which may be flat, pointed or stepped and which may be located centrally or eccentrically. A packer is provided between the drive and the head for sealing, compacting, bracing or testing the subsoil. All the requisite service lines are accommodated in a pipe trailing the piercing device. USE - For treating cohesive or non-cohesive natural soil, weathered and fissured rock and artificial landfills and deposits (esp. waste and sludge) to effect mechanical strengthening and consolidation, hydraulic permeability increase or redn., chemical protection of the environment or underground constructions or biological improvement of subsoil decontamination by microorganisms.

Description

Der Zweck der Erfindung besteht darin, den Untergrund mit einem einzigen Gerät zu erbohren und zu vergüten und dabei zu beobachten. Bei vielen anderen Verfahren wird mit einem Gerät ein Bohrloch hergestellt, und anschließend wird mit anderen Geräten eine Vergütung und eine Meßbeobachtung vom Bohrloch aus durchgeführt. Der Bohrantrieb befindet sich dann außerhalb des Untergrundes, erfordert dafür Platz und beeinträchtigt die Umgebung. Das Bohrloch bedarf dann in der Regel einer Rohrstützung, damit anschließend eine Vergütung des Untergrundes und eine Meßbeobachtung durchgeführt werden kann. Damit sind mehrere Vergütungs- und Meßverfahren ganz oder weitgehend ausgeschlossen.The purpose of the invention is to cover the ground with a single device boring and rewarding and watching. With many other procedures a hole is drilled with one device and then a hole is made with other devices Remuneration and measurement observation from the borehole. The drill drive is then outside of the ground, requires space for it and affects the Surroundings. The borehole then generally requires pipe support so that it is subsequently connected compensation of the subsurface and measurement observation can be carried out. This completely or largely rules out several remuneration and measurement procedures.

Die Vergütung wird hier im weitesten Sinne verstanden:The remuneration is understood here in the broadest sense:

  • - mechanisch, d. h. Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit;- mechanical, d. H. Increase rigidity and strength;
  • - hydraulisch, d. h. gezielte Erhöhung oder Verminderung der Durchlässigkeit;- hydraulic, d. H. targeted increase or decrease in permeability;
  • - chemisch, d. h. Beeinflussung des Chemismus′ zwecks Schutz der Umwelt oder bauli­ cher Anlagen im Untergrund;- chemical, d. H. Influencing the chemistry ′ to protect the environment or construction underground facilities;
  • - biologisch, d. h. Unterstützung von Mikroorganismen bei der Dekontamination des Untergrundes.- biological, d. H. Support of microorganisms in the decontamination of the Underground.

Der Untergrund kann beliebig aufgebaut und zusammengesetzt sein:The subsurface can be built up and composed as desired:

  • - bindiger oder nichtbindiger natürlicher Boden;- cohesive or non-cohesive natural soil;
  • - verwitterter und geklüfteter Fels, ggfs. in Wechsellagerung mit Lockergestein;- weathered and fissured rock, possibly alternating with loose rock;
  • - künstliche Auffüllungen und Ablagerungen aller Art, insbesondere Abfall und Schlamm.- artificial fillings and deposits of all kinds, in particular waste and sludge.

Die Erfindung soll der Untergrundvergütung und Meßbeobachtung in all diesen Fällen die­ nen.The invention is intended for the underground remuneration and measurement observation in all these cases nen.

Hauptgedanke der Erfindung ist die Verwendung eines zylindrischen Durchschlaggerätes mit zentrischem Durchgang, vor dem unterschiedliche Arbeitsorgane angeordnet sind (Fig. 1). Das Antriebsgerät (1) weist eine rohrförmige Schwungmasse auf, die pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch axial bewegt wird. Sie schlägt auf die ringförmige Amboßfläche am Ende des Arbeitsraumes periodisch auf. Beim Eintreiben wird der vordere Amboßring geschlagen, beim Herausziehen der rückwärtige. Vor dem Antreibsteil befindet sich, mit einem durchbrochenen steifen Rohr verbunden, der Vortriebskopf (2). Dieser ist flach, spitz oder abgestuft ausgebildet und kann symmetrisch oder unsymmetrisch geformt sein. Bis hierhin ist das Durchschlaggerät der bekannten Erdrakete eng verwandt.The main idea of the invention is the use of a cylindrical punch device with a central passage, in front of which different working elements are arranged ( FIG. 1). The drive device ( 1 ) has a tubular flywheel that is moved pneumatically, hydraulically or electrically axially. It periodically strikes the annular anvil surface at the end of the work area. When driving in, the front anvil ring is struck, when pulling out the rear one. The drive head ( 2 ) is located in front of the drive part and is connected to a perforated rigid tube. This is flat, pointed or stepped and can be symmetrical or asymmetrical in shape. So far, the penetration device of the well-known earth rocket is closely related.

Der zentrische Durchgang des Vortriebsgerätes bietet Zugang für verschiedene Arbeitsor­ gane davor. Beim Auftreffen auf ein Hindernis kann durch ihn ein spezielles Bohrgerät eingeführt und bedient werden (3). Damit kann insbesondere hartes Holz oder Gestein durchbohrt werden. Zwischen dem Antriebsgerät und dem Vortriebskopf ist ein Einfach- oder Doppelpacker angeordnet, der in verschiedenen Varianten ausgeführt sein kann (4). Mit dem Packer können unterschiedliche Arbeitsorgane zum Einpressen verschiedenster Fluide verbunden sein. Hinter dem Antriebsgerät wird ein Rohr mitgeführt, das sämtliche Leitungen zur Versorgung der Arbeitsorgane aufnimmt (5).The central passage of the tunneling device provides access for various work organs in front of it. When hitting an obstacle, it can be used to insert and operate a special drill ( 3 ). It can be used to pierce hard wood or rock in particular. A single or double packer is arranged between the drive unit and the head, which can be designed in different variants ( 4 ). Different working elements for injecting different fluids can be connected to the packer. A pipe is carried behind the drive unit, which receives all the lines for supplying the work organs ( 5 ).

Die Vorrichtung kann zum Einpressen unterschiedlicher Suspensionen oder Pasten genutzt werden. Der Einfach- oder Doppelpacker begrenzt den Austritt des Fluids. Er kann vorweg oder begleitend wie bei einem Pressiometer oder Dilatometer zur mechanischen Prüfung des Untergrunds genutzt werden. Das Einpressen kann zu folgenden Zwecken stattfinden:The device can be used to press in different suspensions or pastes become. The single or double packer limits the fluid outlet. He can anticipate or accompanying it like a pressiometer or dilatometer for mechanical testing of the underground can be used. The pressing can take place for the following purposes:

  • - Stützung des Bohrlochs beim Herausziehen des Gerätes;- Supporting the borehole when pulling out the device;
  • - Füllung des Bohrlochs beim Herausziehen mit einer später härtenden Masse zwecks Verfestigung des Untergrundes;- Filling the hole when pulling out with a later hardening mass for the purpose Consolidation of the subsoil;
  • - Verdichtung und Verfestigung des umgebenden Untergrundes;- compaction and consolidation of the surrounding subsoil;
  • - Verdrängung des Untergrunds zur Kompensation horizontaler oder vertikaler Ver­ schiebungen desselben;- Displacement of the subsurface to compensate for horizontal or vertical ver shifts of the same;
  • - Herstellung hydraulisch absperrender oder leitender Bereiche des Untergrundes;- Production of hydraulically blocking or conductive areas of the subsurface;
  • - Einführung chemischer Massen zur Untergrundvergütung;- Introduction of chemical masses for underground remuneration;
  • - Aktivierung der mikrobiologischen Selbstreinigung auf mechanischem oder chemi­ schem Wege.- Activation of microbiological self-cleaning on mechanical or chemi paths.

Die Anordnung der Bohrungen ist beliebig. Ebenso kann die Reihenfolge und Dauer des Einpressens grundsätzlich beliebig variiert werden.The arrangement of the holes is arbitrary. The order and duration of the Pressing in can be varied as desired.

Eine Variante der Vorrichtung dient zum Einpressen von trockenem Pulver (Fig. 1). Die grundsätzlichen Möglichkeiten des Pulvereinpressens sind in den Patentanträgen P 41 25 576.3 und P 41 37 003.1 und P 42 03 106.0 beschrieben. Der Packer dient zugleich als Verschlußorgan gegen Verstopfung und als Hilfsmittel zur zyklischen Verdichtung und Verdrängung des schrittweise eingepreßten Pulvers. Die Pulvermenge ist grundsätzlich un­ begrenzt. Der Durchgang durch das Antriebsgerät bietet Platz genug für die Durchführung der Leitungen für das Pulver, die Spülluft und die Bedienung des Packers. Eine besonders wirtschaftliche Kombination, die mit der beschriebenen Erfindung technisch realisierbar wird, ist die Stabilisierung von weichem Untergrund oder Industrieschlamm durch chemisch inerte Flugasche; damit wird zugleich der Untergrund stabilisiert, dessen Selbstreinigung gefördert, eine steuerbare Geländehebung erzeugt und ein Abstoff ungefährlich entsorgt.A variant of the device is used to inject dry powder ( Fig. 1). The basic options for powder injection are described in patent applications P 41 25 576.3 and P 41 37 003.1 and P 42 03 106.0. The packer also serves as an obturator against constipation and as an aid for cyclic compression and displacement of the gradually injected powder. The amount of powder is basically unlimited. The passage through the drive unit offers enough space for the lines for the powder, the purge air and the operation of the packer. A particularly economical combination that is technically feasible with the described invention is the stabilization of soft ground or industrial sludge by means of chemically inert fly ash; this also stabilizes the subsoil, encourages self-cleaning, generates a controllable terrain lift and safely disposes of a waste.

Die Vorrichtung kann verschiedene Meßgeräte zur Beobachtung des Untergrundes und sei­ ner Vergütung aufnehmen (Fig. 2). Von Vorteil ist wieder der zentrische Durchgang im Antriebsgerät. Durch Neigungs- und Druckgeber kann die Position festgestellt werden (1). Ein Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsgeber kann den Vortrieb registrieren und grundsätzlich auch Daten für die Position liefern (2). Ein Druckgeber kann den Porenwas­ serdruck des Untergrundes liefern (3). Durch eine Zugangsleitung kann Gas und Flüssigkeit aus dem Untergrund zur Beprobung entnommen werden (4). Ebenso kann in der Vor­ richtung ein Monitor plaziert werden, der die Zusammensetzung des Gases und/oder der Flüssigkeit im Untergrund registriert. Diese Meßeinrichtungen dienen dazu, den Zustand des Untergrundes vor, während und nach seiner Vergütung zu registrieren.The device can accommodate various measuring devices for observing the subsurface and its compensation ( FIG. 2). The central passage in the drive unit is again advantageous. The position can be determined using a tilt and pressure sensor ( 1 ). A speed or acceleration sensor can register the propulsion and in principle also supply data for the position ( 2 ). A pressure sensor can supply the pore water pressure of the substrate ( 3 ). Gas and liquid can be removed from the subsoil for sampling through an access line ( 4 ). Likewise, a monitor can be placed in the device which registers the composition of the gas and / or the liquid in the underground. These measuring devices are used to register the condition of the subsurface before, during and after its remuneration.

In das flüssigkeitsgestützte Bohrloch kann nach dessen Herstellung für verschiedene Zwecke ein Gestänge eingeführt werden (Fig. 3). Sender - im weitesten Sinne dieses Wortes - können eine Verschiebung, Strömung, Erschütterung oder Markierung in den Untergrund eintragen (a). Empfänger - im weitesten Sinne des Wortes - können Boden- und Flüssigkeitsdrücke, Erschütterungen und Beschleunigungen, eintreffende Wellen verschiedenster Art und Stoff­ ströme aufnehmen (b). Zur Ortung besonderer Einschlüsse im Untergrund kann ein Paar von Bohrlöchern - bzw. eine Gruppe von Bohrlöchern - mit Sender(n) und Empfänger(n) dienen. In das mit einer später erhärtenden Suspension verfüllte Bohrloch kann eine Beweh­ rung eingeführt werden (c). Diese Bewehrung kann aus einem festen Stab oder mehreren Stäben gewünschter Festigkeit und Dauerhaftigkeit bestehen. Damit entsteht im Unter­ grund eine pfahl-, anker- oder dübelartige Bewehrung, die dessen Steifigkeit und Festigkeit bezüglich Druck, Zug und/oder Schub erhöht. Durch die frei wählbare Lage und Anordnung der Bohrungen kann die Bewehrung nahezu optimal eingebracht werden.A rod can be inserted into the liquid-borne borehole for various purposes after it has been produced ( FIG. 3). Transmitters - in the broadest sense of this word - can enter a shift, flow, vibration or marking in the underground (a). Receivers - in the broadest sense of the word - can absorb soil and liquid pressures, shocks and accelerations, incoming waves of various types and material flows (b). A pair of boreholes - or a group of boreholes - with transmitter (s) and receiver (s) can be used to locate special inclusions in the subsurface. Reinforcement can be inserted into the borehole filled with a later hardening suspension (c). This reinforcement can consist of a solid bar or several bars of desired strength and durability. This creates a pile-, anchor- or dowel-like reinforcement in the underground, which increases its rigidity and strength with regard to pressure, tension and / or shear. Thanks to the freely selectable position and arrangement of the holes, the reinforcement can be inserted almost optimally.

Schließlich bietet die Erfindung günstige Voraussetzungen für die anschließende Durchführung des Gefrierverfahrens. In das zunächst flüssigkeitsgestützte Bohrloch kann ein Gefrier­ rohr eingeführt werden, von dem aus der Boden in gewünschten Abschnitten und mit gewünschter Reichweite vorübergehend gefroren wird. Nachdem der Frostkörper seinen Zweck erfüllt hat, kann das Gefrierrohr nach dessen Erhitzung mittels Wasser oder Dampf wieder gezogen werden. Dabei kann eine Paste oder Suspension eingepreßt werden, damit nach dem Auftauen keine unerwünscht großen Untergrundverformungen auftreten. Ge­ frierkörper mit gewünschter Geometrie lassen sich durch die große Variationsbreite der Bohrungen im Sinne der Erfindung optimal gestalten.Finally, the invention offers favorable conditions for the subsequent implementation of freezing. A freezer can be drilled into the initially liquid-supported borehole tube are inserted, from which the floor in the desired sections and with desired range is temporarily frozen. After the frost body its Has fulfilled the purpose of freezing the tube after heating it with water or steam be pulled again. A paste or suspension can be pressed in so that  after thawing, there are no undesirable large deformations of the surface. Ge Freezing bodies with the desired geometry can be created by the wide range of variations Holes in the sense of the invention optimal shape.

Claims (16)

1. Verfahren und Vorrichtung zur mechanischen, hydraulischen chemischen oder biolo­ gischen Verbesserung des Untergrundes, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrisches Durchschlaggerät mit einem zentrischen Durchgang den Untergrund beim Eindringen verdrängt und vor dem Durchschlaggerät unterschiedliche Arbeits­ organe angeordnet sind, die durch den Durchgang bedient werden.1. The method and device for mechanical, hydraulic chemical or biological improvement of the subsurface, characterized in that a cylindrical punch device with a central passage displaces the subsurface when penetrating and different working organs are arranged in front of the punch device, which are operated by the passage. 2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschlaggerät einen pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Antrieb mit Vor- und Rückwärtsgang aufweist.2. The method and device according to claim 1, characterized in that the punch device has a pneumatic, hydraulic or electric drive with forward and reverse gear. 3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Antriebsgerät ein Verdrängungskopf angeordnet ist, der flach, spitz oder abgestuft und zentrisch oder exzentrisch ausgebildet und.3. The method and device according to claim 1, characterized in that A displacement head is arranged in front of the drive unit, which is flat, pointed or graduated and trained centrically or eccentrically and. 4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortrieb mittels Gelenk, Exzenter oder exzentrischen Amboß gesteuert stattfinden kann.4. The method and device according to claim 1, characterized in that propulsion is controlled by means of a joint, eccentric or eccentric anvil can. 5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Durchgang des Durchschlaggeräts bedarfsweise zusätzlich Bohrwerkzeuge eingesetzt werden.5. The method and device according to claim 1, characterized in that through the passage of the punch, additional drilling tools are required be used. 6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vortriebsgerät und dem Kopf Packer zum Abdichten, Verdichten, Ver­ spannen oder Testen des Untergrundes angeordnet sind.6. The method and device according to claim 1, characterized in that between the tunneling machine and the head packer for sealing, compacting, ver tension or test the surface are arranged. 7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Durchschlaggerät ein Rohr etwa gleichen Durchmessers mitgeführt wird, der sämtliche Leitungen für die Arbeitsorgane aufnimmt.7. The method and device according to claim 1, characterized in that a pipe of approximately the same diameter is carried behind the striking device, which takes up all the lines for the work organs. 8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen vertikal, schräg, horizontal oder gekrümmt angeordnet sind. 8. The method and device according to claim 1, characterized in that the holes are arranged vertically, obliquely, horizontally or curved.   9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortriebs- und Herausziehgeschwindigkeit registriert und als mechanische Sondie­ rung ausgewertet wird.9. The method and device according to claim 1, characterized in that the rate of advance and extraction is registered and as a mechanical probe tion is evaluated. 10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenverbesserung und das zugehörige Monitoring während des Herein- und Her­ ausfahrens kontinuierlich oder intermittierend stattfindet.10. The method and device according to claim 1, characterized in that the soil improvement and the associated monitoring during in and out extend continuously or intermittently. 11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Durchgang des Durchschlaggerätes eine Suspension oder Paste zur Stützung, Verfestigung, Dränage, Kompensationsverformung oder Dekontamination des Bodens eingepreßt wird.11. The method and device according to claim 1, characterized in that through the passage of the punch, a suspension or paste for support, Consolidation, drainage, compensation deformation or decontamination of the soil is pressed. 12. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von durch den Durchgang führenden Leitungen zwecks Stabilisierung oder Reinigung des Untergrundes Pulver eingepreßt wird.12. The method and device according to claim 1, characterized in that with the help of lines leading through the passage for stabilization or Cleaning the underground powder is injected. 13. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung Meßgeräte zur Bestimmung von Position, Richtung, Porenwasser­ druck, Bodendruck, Geschwindigkeit, Beschleunigung sowie stofflicher Zusammenset­ zung des Untergrundes angeordnet sind.13. The method and device according to claim 1, characterized in that in the device measuring devices for determining position, direction, pore water pressure, ground pressure, speed, acceleration and material composition tion of the substrate are arranged. 14. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Herausziehen der Vorrichtung aus dem Untergrund in das verfüllte Bohrloch mittels Gestänge Geräte zur Durchführung von Messungen und/oder Vergütungen des Untergrundes eingeführt und betrieben werden.14. The method and device according to claim 1, characterized in that after pulling the device out of the underground into the filled borehole by means of linkage devices for carrying out measurements and / or remuneration of the Be introduced and operated underground. 15. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ziehen der Vorrichtung in das mit einer härtenden Suspension gefüllte Bohrloch Bewehrungsstäbe eingeführt werden, so daß Tragelemente zur Stabilisierung des Bodens (Pfähle, Anker oder Dübel) entstehen.15. The method and device according to claim 1, characterized in that after pulling the device into the filled with a hardening suspension Borehole reinforcement bars are inserted so that support elements for stabilization of the floor (piles, anchors or dowels). 16. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das solcherart erzeugte flüssigkeitsgestützte Bohrloch Rohre zwecks Gefrieren des Untergrundes eingebracht werden, die nach dem Gefrieren wieder gezogen werden können.16. The method and device according to claim 1, characterized in that into the liquid-borne borehole produced in this way for the purpose of freezing the Be brought underground, which are pulled again after freezing can.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0987375A1 (en) * 1998-09-17 2000-03-22 Gerhard Lück Strassen -und Tiefbau-, Hans Wahlen GmbH & Co. KG Foundation pile and device as well as method for driving the same into the ground

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0987375A1 (en) * 1998-09-17 2000-03-22 Gerhard Lück Strassen -und Tiefbau-, Hans Wahlen GmbH & Co. KG Foundation pile and device as well as method for driving the same into the ground

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