DE4303742C1 - Verfahren zur Entwässerung von Böden mit hohem Wasseranteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung von Böden mit hohem Wasseranteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Entwässerung von stark wasserhaltigen Böden, beispiels­ weise von künstlichen Auffüllungen und Anlandungen, von in Schlammteichen gesammelten Schlämmen aus Bodenwäschen oder dgl., wird durchgeführt, um die Konsolidationszeiten derar­ tiger Böden zu verkürzen.

Hierzu ist es bekannt, vertikale Dränelemente in die zu entwässernden Bodenschichten einzubringen. Diese Dränele­ mente können beispielsweise aus einem den Abfluß des Was­ sers begünstigenden, bandförmigen Vlies mit einer Material­ stärke von ca. 15 mm und einer Breite von ca. 10 cm beste­ hen. Die Vliesbänder werden mit Hilfe von Stahllanzen, sog. Stitchern, in den Boden eingebracht, die auf die Breite des jeweiligen Vlieses abgestimmt sind und eine der gewünschten Einbringtiefe entsprechende Länge aufweisen. Der Stitcher wird mittels eines Halte- und Eintreibgeräts, meist in der Form eines Spezialbaggers oder -krans, in den Boden einge­ drückt und nimmt hierbei das Vlies, das am vorderen Ende des Stitchers befestigt ist, bis in die gewünschte Tiefe mit. Mit Hilfe des Halte- und Eintreibgeräts wird dabei die Trommel, auf der das Vliesband als Endlosware aufgewickelt ist, über der Eindrückstelle gehalten.

Problematisch ist bei diesem bekannten Verfahren, daß für größere Einbringtiefen sehr schwere Halte- und Eintreibge­ räte erforderlich sind, die beispielsweise ein Gewicht von 80 bis 100 t haben können. Schwere Halte- und Eintreibge­ räte können jedoch auf breiigen und fließfähigen Böden nicht mehr eingesetzt werden, da dies mit zu hohen Kosten für die Herstellung einer stabilen, das Halte- und Ein­ treibgerät tragenden und vom beteiligten Fachpersonal zu­ verlässig benutzbaren Arbeitsfläche verbunden wäre. Auf­ grund der erforderlichen Gewichtsbeschränkung und der damit verbundenen Beschränkung der zur Verfügung stehenden Lei­ stung ist es auch meist nicht möglich, Einbringtiefen von 20 m, in Ausnahmefällen von 30 m, zu überschreiten. Aus demselben Grund kann auch die Breite und damit die Dränflä­ che je Vertikaldrän nicht in der gewünschten Weise ver­ größert werden, so daß in einem engen Raster von nur weni­ gen Metern Abstand eine Vielzahl von Vertikaldräns zur Ent­ wässerung bzw. Stabilisierung breiiger und fließender Böden eingebracht werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Dränelemente verschiedenster Breiten auf einfache und kostengünstige Weise bis in große Tiefen in die zu entwässernden Bodenschichten eingebracht werden kön­ nen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein das Dränelement am fußseitigen Ende halterndes Fuß- und Ankerteil mittels wenigstens eines Vibrators in Schwingungen versetzt. Über das Fuß- und Ankerteil werden die Schwingungen auf den dar­ unterliegenden Boden übertragen, wodurch dieser gelockert und in einen fließfähigen Zustand gebracht wird. Diese "Verflüssigung" des zu durchteufenden Bodens bewirkt, daß das Fuß- und Ankerteil zusammen mit dem Vibrator in eine vorgegebene Tiefe abgesenkt wird, wodurch das Dränelement in die zu entwässernden Bodenschichten eingezogen wird. Der mit dem Fuß- und Ankerteil gekoppelte Vibrator ist dabei über ein Halteseil mit entsprechenden Winden des Halte- und Eintreibgeräts verbunden und wird hierdurch in senkrechter Ausrichtung gehalten. Die Energieversorgung des Vibrators erfolgt über eine entsprechende Energieversorgungsleitung, die mit einer sich an der Bodenoberfläche befindenden Ener­ giequelle verbunden ist und in gleicher Weise wie das Hal­ teseil nachgeführt wird.

Zusätzlich wird zumindest in dem - in Absenkrich­ tung gesehen - vorderen Bereich des Fuß- und Ankerteils un­ ter Druck stehende Flüssigkeit in den Boden gepumpt. Hier­ durch wird das Eindringen des Fuß- und Ankerteils und damit des daran befestigten Dränelements auch in festere Boden­ schichten ermöglicht bzw. erleichtert.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die erforderliche Gerätschaften ein wesentlich geringeres Ge­ wicht als die üblicherweise verwendeten Halte- und Ein­ treibgeräte aufweisen, so daß stabile Arbeitsebenen auf breiigen und flüssigen Böden mit wesentlich geringeren Ko­ sten erstellt werden können. Das Gewicht eines Fuß- und An­ kerteils und eines Vibrators beträgt beispielsweise je nach Aufgabenstellung zusammen lediglich zwischen 0,2 und 2,0 t. Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Drän­ elemente auch in große Tiefen von etwa 50 bis 60 m einge­ bracht werden. Gleichzeitig bietet die Erfindung die Mög­ lichkeit, Vliese, geotextile Dräns oder Dränbahnen zu ver­ wenden, deren Dicke ein Mehrfaches der bisher benutzten Dränmaterialien beträgt, wobei die Dränbahnen Einzelbreiten bis zu 1,0 m bei Einbringtiefen von 50 bis 60 m aufweisen können. Die Entwässerungsmöglichkeiten von stark wasserhal­ tigen Böden und Schlämmen werden damit sowohl vom techni­ schen als auch vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt her be­ trächtlich erweitert.

Um die Wandreibung des Dränelements beim Einziehen in den Boden zu vermindern, ist es vorteilhaft, eine Spülflüssig­ keit im Bereich der Seitenflächen des Dränelements von des­ sen Fußende her einzupumpen.

Besonders vorteilhaft ist es, das Fuß- und Ankerteil, das beispielsweise aus einem Stahl- oder Betonelement bestehen kann, nach Erreichen der vorbestimmten Tiefe im Boden zu belassen. Hierdurch wirkt das Fuß- und Ankerteil als Anker für die daran befestigten Dränelemente und hält diese kon­ trolliert in der vorgegebenen Einbaulage.

Der Vibrator wird dagegen vorteilhafterweise nach dem Ein­ bringen des Dränelements, vorzugsweise mit Hilfe einer Um­ kehrung der Vibrator-Impulsrichtung und/oder mit Hilfe ei­ ner Seil- oder Kettenzugvorrichtung, wieder aus dem Boden entfernt, nachdem er vom dazugehörigen Fuß- und Ankerteil abgekoppelt worden ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Vibrator mittels einer am Halte- und Eintreibgerät vorgesehenen Seilzugvorrichtung hochgezogen und evtl. auch gleichzeitig die Impulsrichtung des Vibrators umgekehrt bzw. umgepolt wird, wodurch eine Entlastung des Seilzugs bzw. eine Beschleunigung der Hochziehphase erreicht werden kann.

Der durch das Entfernen des Vibrators aus dem Boden hinter­ lassene Hohlraum wird vorteilhafterweise mit Filterstoffen wie Sand, Granulaten oder dgl. verfüllt, wodurch eine zu­ sätzliche Dränagewirkung erzielt werden kann. Dieses Ver­ füllen erfolgt üblicherweise nach dem Entfernen des Vibra­ tors aus dem Boden, kann jedoch vorteilhafterweise auch während des Entfernens durchgeführt werden.

Breite Dränbahnen von bis zu 6 m Breite können vorteilhaf­ terweise mit Hilfe von zwei beabstandeten Vibratoren und einem als Quertraverse ausgebildeten, mit beiden Vibratoren endseitig verbundenen Fuß- und Ankerteil in die Boden­ schichten eingebracht werden. Darüber hinaus ist es ohne weiteres möglich, je nach Aufgabenstellung, Tiefe und Art der zu durchteufenden Boden- bzw. Schlammlagen mehrere synchrongeschaltete und u. U. in Gruppen zusammengefaßte Vi­ bratoren einzusetzen.

Es ist zweckmäßig, einen wasserdicht gekapselten Vibrator zu verwenden, der elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch in Schwingungen versetzbar ist. Die Schwingun­ gen können auch von einer schnell schlagenden und elek­ trisch, pneumatisch oder hydraulisch antreibbaren Hammer­ vorrichtung erzeugt werden.

Die Dränelemente, die vorzugsweise die Form von vlies- oder textilartigen Bahnen haben, können frei von der Arbeits­ ebene aus nachgegeben werden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn sich vom Fuß- und Ankerteil in Richtung zur Bodenober­ fläche und vorzugsweise über die gesamte Teufe erstreckende Führungs- und Abschirmelemente für das Dränelement vorgese­ hen bzw. von der Bodenoberfläche aus nachgeführt werden, die ein reibungsarmes und problemloses Nachführen der Drän­ elemente bis in die gewünschte Endtiefe gewährleisten. Diese Führungs- und Abschirmelemente können aus zumindest größtenteils geschlossenen und das Dränelement umschließen­ den Hohlprofilen oder aus einzelnen Seitenplatten bestehen, die parallel zum Dränelement verlaufen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch einen Vibrator und Führungs- und Abschirmelemente für die Dränelemente,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils des Vibrators und der Führungs- und Abschirmelemente von Fig. 2 sowie eines Fuß- und Ankerteils mit einer Spülflüssigkeitsleitung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Einbringen einer breiten Dränbahn,

Fig. 5 eine Detaildarstellung zur Verdeutlichung der Kopplung des Vibrators mit der Quertraverse und zur Verdeutlichung der Quertraverse und Dränbahn­ halterung von Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine auf einem breiigen oder flüssigen Boden 1 schwimmende Arbeitsebene 2 in der Form einer mobilen, schwimmenden Arbeitsplattform dargestellt, die zur stabilen Lagerung eines kran- oder baggerförmigen Halte- und Ein­ treibgeräts 3 dient. Dieses Halte- und Eintreibgerät 3 ist in Fig. 1 nur bruchstückhaft dargestellt.

Wie alternativ in der rechten Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist, ist es bei entsprechenden Bodenvoraussetzungen auch möglich und wünschenswert, statt einer schwimmenden Ar­ beitsplattform eine auf dem Boden 1 festaufliegende Ar­ beitsebene 2′ zur stabilen Lagerung des Halte- und Ein­ treibgeräts 3 vorzusehen.

Um zwei vlies- oder textilartige Dränelemente 4 in der Form von Dränbahnen parallel und zueinander beabstandet in senk­ rechter Richtung in die zu entwässernden Bodenschichten einziehen zu können, werden von einem nicht näher darge­ stellten Ausleger des Halte- und Eintreibgeräts 3 Trommeln 5 in einem bestimmten Abstand oberhalb der Einbringstelle gehalten, auf denen die Dränbahnen als Endlosware aufgewic­ kelt sind.

Das Einziehen der Dränelemente 4 in die gewünschte Tiefe erfolgt mittels eines zylinderförmigen Vibrators 6, der über ein Halteseil 7 und eine entsprechende, nicht darge­ stellte Seilwinde vom Halte- und Eintreibgerät 3 in senk­ recht ausgerichteter Lage gehalten wird. Die Art und Weise des Einbringens der Dränelemente 4 in die zu entwässernden Bodenschichten wird später noch näher beschrieben.

Weiterhin sind aus Fig. 1 zwei parallel und senkrecht ange­ ordnete Führungs- und Abschirmelemente 8 ersichtlich, in denen die Dränelemente 4 nachgeführt werden. Hierbei zeigt Fig. 1 eine Arbeitsphase, in der der Vibrator 6 und die Führungs- und Abschirmelemente 8 nach dem Einbringen der Dränelemente 4 auf die erforderliche Tiefe bereits wieder teilweise hochgezogen worden sind. Die Dränelemente 4 ver­ bleiben dagegen im Boden, wie im unteren Bereich der Fig. 1 angedeutet ist.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist zum Einziehen der Dränelemente 4 ein Fuß- und Ankerteil in der Form eines plattenförmigen, rechteckigen Fußstücks 9 vorgesehen, wel­ ches an seiner der Bodenoberfläche zugewandten Seite im we­ sentlichen eben ausgebildet ist und an seiner unteren Seite einen kegelstumpfförmigen Fortsatz trägt, um das Ein­ dringen in den Boden zu erleichtern. An seiner Oberseite weist das Fußstück 9 zwei in den Randbereichen angeordnete Halteelemente 11 auf, mit denen die Dränelemente 4 im ge­ wünschten Abstand zueinander an ihrem fußseitigen Ende mit­ tels einer Klemmverbindung gehaltert sind.

Um das Fußstück 9 und damit die Dränelemente 4 bis in die gewünschte Tiefe in den Boden einbringen zu können, wird der Vibrator 6 mittig von oben auf das Fußstück 9 aufge­ setzt, so daß sich die Schwingungen des Vibrators 6 auf das Fußstück 9 übertragen. Diese Schwingungen "verflüssigen" den Boden unterhalb des Fußstücks 9, so daß dieses unter der Wirkung der Impulse des Vibrators 6 und aufgrund des Eigengewichts des Vibrators 6 und des Fußstücks 9 leicht in den Boden eindringen kann. Hierbei werden die Dränbahnen 4 durch die Halteelemente 11 des Fußstücks 9 ebenfalls nach unten gezogen.

Die "Verflüssigung" des unterhalb des Fußstücks 9 befindli­ chen Bodens wird durch eine Spülflüssigkeit unterstützt, welche über eine Spülflüssigkeitsleitung 12 zugeführt wird. Die Spülflüssigkeitsleitung 12 verläuft neben dem Vibrator 6 nach unten und wird mit Hilfe einer im Fußstück 9 vorge­ sehenen Bohrung durch dieses hindurchgeführt. Die Mündung befindet sich in der Wandung des kegelstumpfförmigen Fort­ satzes 10. Oberhalb des Vibrators 6 ist die Spülflüssig­ keitsleitung 12 entlang des Halteseils 7 nach oben geführt und an diesem befestigt.

Um die Wandreibung zwischen den Dränelementen 4 und dem Bo­ den zu verringern und eine zuverlässige Nachführung der Dränelemente 4 zu gewährleisten, werden gleichzeitig mit dem Fußstück 9 und dem Vibrator 6 die Führungs- und Ab­ schirmelemente 8 abgesenkt, die aus einem im Querschnitt C- förmigen, weitgehend geschlossenen Hohlprofil bestehen und die Dränelemente 4 mit Abstand umschließen. Die Führungs- und Abschirmelemente bestehen günstigerweise aus einem Hohlprofil aus Stahl oder aus einzelnen Seitenplatten, die in der gewünschten Weise angeordnet und zusammengefügt sind.

Nach Erreichen der gewünschten Tiefe wird das plattenför­ mige Fußstück 9, das günstigerweise aus einem Stahl- oder Betonteil besteht, im Boden belassen, während der Vibrator 6 mittels des Halteseils 7 und gegebenenfalls unter Unter­ stützung durch die Umkehrung der Impulsrichtung wieder aus dem Boden entfernt wird. Hierbei werden gleichzeitig mit dem Vibrator 6 auch die Spülflüssigkeitsleitung 12 und die Führungs- und Abschirmelemente 8 aus dem Boden gezogen. Um den insbesondere vom Vibrator 6 hinterlassenen Hohlraum mit Verfüllstoffen wie Sand, Granulaten oder dgl. füllen zu können, kann in gleicher Weise wie die Spülflüssigkeitslei­ tung 12 eine weitere, nicht dargestellte Zuführleitung für diese Verfüllstoffe vorgesehen sein, welche zumindest bis zum stirnseitigen unteren Ende des Vibrators 6 reicht.

In Fig. 4 ist das Einbringen einer mehreren Meter breiten Dränbahn 4′ dargestellt. Zwei beabstandete, auf entspre­ chenden Arbeitsebenen 2 gelagerte Halte- und Eintreibgeräte 3 halten jeweils ein Ende der Dränbahn-Trommel 5 über die Einbringstelle. Weiterhin verfügt jedes Halte- und Ein­ treibgerät 3 über einen eigenen Vibrator 6, der in der glei­ chen Weise wie vorstehend beschrieben senkrecht ausgerich­ tet gehalten wird.

Zwischen den beiden Vibratoren 6 erstreckt sich eine hori­ zontal verlaufende Quertraverse 13, die das Fuß- und Anker­ teil bildet und über entsprechende Kopplungsstücke 14 (Fig. 5) mit den Vibratoren 6 verbunden ist.

Die Kopplungsstücke 14 sind an den stirnseitigen Enden der Quertraverse 13 vorgesehen und weisen eine Vertikalbohrung 15 auf, in die ein stirnseitiger Zapfen 16 des Vibrators 6 eingeführt werden kann.

Die Dränbahn 4′ ist an ihrem fußseitigen Ende an der Quer­ traverse 13 gehaltert. Um die Reibung zwischen der freige­ führten Dränbahn 4′ und dem Boden zu verringern, sind an der Quertraverse 13 zu beiden Seiten der Dränbahn 4′ nach oben gerichtete Spülöffnungen 17 vorgesehen, um zu beiden Seiten der Dränbahn 4′ einen Flüssigkeitsmantel aufbauen zu können. Die Spülöffnungen 17 sind dabei in regelmäßigen Ab­ ständen über die gesamte Länge der Quertraverse 13 angeord­ net und stehen mit einer innerhalb der Quertraverse 13 ge­ führten Versorgungsleitung 18 in Verbindung.

Weiterhin weist die Quertraverse 13 ein als Rohrstutzen ausgebildetes und nach oben gerichtetes Anschlußstück 19 für den Anschluß der Spülflüssigkeitsleitung 12 auf. Diese unter hohem Druck zugeführte Spülflüssigkeit wird innerhalb der Quertraverse 13 zu Spülöffnungen 20 geleitet, wodurch die "Verflüssigung" des unterhalb der Quertraverse 13 be­ findlichen Bodens unterstützt werden soll.

Die Quertraverse 13 verbleibt zusammen mit dem Kopp­ lungsstück 14 nach dem Erreichen der gewünschten Tiefe im Boden und hält die Dränbahn 4′ an Ort und Stelle. Die Vi­ bratoren 6 werden dagegen zusammen mit der Spülleitung 12 und einer weiteren Zuführleitung, die mit der Versorgungs­ leitung 18 gekoppelt ist, wieder aus dem Boden gezogen und stehen für einen erneuten Einbringvorgang zur Verfügung.

Im übrigen kann auch die Dränbahn 4′ mit Hilfe von nicht dargestellten Führungs- und Abschirmelementen gegen den an­ grenzenden Boden abgeschirmt werden.

Weiterhin ist es ohne weiteres möglich, mit Hilfe des be­ schriebenen Verfahrens nicht nur vlies- oder textilartige Dränelemente, sondern auch andersartige Dränelemente, insbesondere starre Drän­ elemente, wie Rohre od. dgl., auf einfache und kostengün­ stige Weise in große Tiefen einzubringen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Entwässerung von Böden mit hohem Was­ seranteil durch Einbringen eines vorzugsweise vlies- oder textilartigen Dränelements (4, 4′) in die zu entwässernden Bodenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Dränelement (4, 4′) am fußseitigen Ende hal­ terndes Fuß- und Ankerteil (9, 13) mittels wenigstens eines Vibrators (6) in Schwingungen versetzt wird, daß zumindest in dem - in Absenkrichtung gesehen - vorderen Bereich des Fuß- und Ankerteils (9, 13) unter Druck stehende Flüssig­ keit in den Boden gepumpt wird und daß das Fuß- und Anker­ teil (9, 13) zusammen mit dem Vibrator (6) in eine vorge­ gebene Tiefe in den verflüssigten Boden abgesenkt wird, wo­ durch das Dränelement (4, 4′) in die zu entwässernden Bo­ denschichten eingezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Wandreibung des Dränelements (4, 4′) vermin­ dernde Spülflüssigkeit im Bereich der Seitenflächen des Dränelements (4, 4′) vorzugsweise von dessen Fußende her eingepumpt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fuß- und Ankerteil nach dem Einbringen des Dränelements (4, 4′) im Boden belassen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator (6) nach dem Einbringen des Dränelements (4, 4′) mit Hilfe einer Umkehrung der Vi­ brator-Impulsrichtung und/oder mit Hilfe einer Seil- oder Kettenzugvorrichtung wieder aus dem Boden entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Entfernen des Vibrators (6) aus dem Boden hinterlassene Hohlraum, vorzugsweise während des Entfer­ nens, mit Filterstoffen wie Sand, Granulaten oder dgl. auf­ gefüllt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dränelement aus einer Drän­ bahn (4′) besteht, die vorzugsweise eine Breite von bis zu 6 m aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dränbahn (4′) mit Hilfe von zwei beabstandeten Vi­ bratoren (6) und einem als Quertraverse (13) ausgebildeten, mit beiden Vibratoren (6) endseitig verbundenen Fuß- und Ankerteil in die Bodenschichten eingebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der, vorzugsweise wasserdicht gekap­ selte, Vibrator (6) elektrisch, pneumatisch oder hydrau­ lisch in Schwingungen versetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich vom Fuß- und Ankerteil (9) in Richtung zur Bodenoberfläche und vorzugsweise über die ge­ samte Teufe erstreckende Führungs- und Abschirmelemente (8) für die Dränelemente (4) von der Bodenoberfläche aus nach­ geführt werden.