DE4441335A1

DE4441335A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Tiefgründung

Info

Publication number: DE4441335A1
Application number: DE19944441335
Authority: DE
Inventors: Atisage Jean Samuel D Ngoumtsa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-05-09
Also published as: EP0791110A1; WO1996014475A1; AU3671895A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Tiefgründung.

Bekannt ist das Verfahren zur Herstellung von Tief gründung, wobei Hohlraum in den Untergrund unter Schutz von Stützflüssigkeit ausgehoben wird, der Bewehrungskorb gegebenenfalls niedergebracht und das Betonieren im Kontraktorverfahren erfolgt. Es ist auch bekannt, daß bei diesem Verfahren Stahlbetonfertigteil in den mit selbsterhärtenden Suspension gestützten Hohlraum einzu setzen ist.

Diese Verfahren ist nicht nur zeitaufwendig, die Verwen dung von Stützflüssigkeit erfordert eine ganz besondere Sorgfalt, denn folgenden Anforderungen z. B. erfüllt werden müssen:

- Die Stützflüssigkeit muß eine solche Dichte besitzen, daß die Standsicherheit der Erdwände gewährleistet ist.
- die Stabilität der Stützflüssigkeit muß über bestimmten Zeit gewährleistet sein, damit keine Abminderung der Dichte innerhalb notwendigen Standzeiten im bauablauf eintritt.
- Die Stützflüssigkeit muß eine Konsistenz besitzen, daß sie durch den eingebrachten Beton vollständig verdrängt wird.

Es ist ferner bekannt, das Verfahren zur Herstellung verrohrter Bohrpfähle wobei Bohrrohr in den Untergrund niedergebracht wird, das Erdreich aus dem Bohrloch gleichzeitig ausgeräumt wird. Nach dem Betonieren wird das Bohrrohr gezogen, oder diese Stahlrohr verbleibt im Untergrund für die Gründung im Flußbereich.

Aus verschiedenen Arbeitsgänge die daraus resultieren muß man wiederum bei diesem Verfahren große Zeitbedarf in Kauf nehmen. Als weiteren Nachteile besteht die Gefahr, daß dem umgebenden Erdreich unterhalb des Wasserspiegels, Feinteile entzogen werden, was die benachbarten Bauwerken schaden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und Verfahren zu entwickeln, die sehr geringer Technologie - und Zeitaufwand bedürfen bei der Herstellung von Tiefgründung und dadurch eine höhere Wirtschaftlichkeit erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Die Vorrichtung dient nicht nur dazu Erdstoff zu fräsen, sondern auch in der bestimmten Phase der Herstellung Schlamm und Frischbeton voneinander zu trennen, da Schlamm aus dem Gemisch von Wasser und Erdstoff zur Stützung der Erdwände des Hohlraumes im Erdreich genutzt wird. Diese Vorrichtung besteht aus Trennelement das mit der Fräse ausgerüstet ist. Das Trennelement ist mit Öffnungen versehen: Es handelt sich um "Betonöffnung" (5), "Wasseröffnung" (6), "Schlammöffnung" (4) und "Spülöffnung" (19). Diese Öffnungen sind mit gesteuerten Sperrelemente aus gerüstet. Durch die Kombination von Freigabe bzw. Sperre der oben genannten Öffnungen werden bestimmten Zuständen die für bestimmten Phase der Herstellung notwendig sind erreicht. Es wird folgenden Zuständen definiert:

"Zustand 1": - Öffnungen (5) und (19) sind gesperrt - Öffnungen (6) und (4) sind freigegeben
"Zustand 2": - Öffnungen (6),(4) und (19) sind gesperrt - nur die Öffnung (5) ist freigegeben
"Zustand 3": - Öffnungen (6) und (19) sind gesperrt - Öffnungen (5) und (4) sind freigegeben
"Zustand 4": - Öffnungen (5) und (4) sind gesperrt - Öffnungen (6) und (19) sind freigegeben
"Zustand 5": - Öffnungen (6) und (4) sind gesperrt - Öffnungen (5) und (19) sind freigegeben

Zur Ausführung des Verfahrens wird die Vorrichtung auf einer Baumaschine montiert.

Der Verfahrenablauf besteht hauptsächlich aus 2 Phase. In der ersten Phase wird der "Zustand 1" eingestellt mit Hilfe der Fräse Erdstoff gelöst, mit Wasser (und gegebe nenfalls Spülluft) das durch die Öffnung (6) in die Tiefe zugeführt wird beigemischt. Mit Hilfe des Eingengewichts oder Rütteln wird die Vorrichtung in den Untergrund gesenkt. Der sich unterhalb des Trennelements befindliche Schlamm wird infolge dessen durch die Öffnung (4) verdrängt. Dieser verdrängte Schlamm aus der Tiefe wird wie schon erwähnt zur Stützung der Erdwände des Hohlraumes genutzt. Wenn die gewünschte Tiefe erreicht ist, kann die zweite Phase beginnen In dieser zweiten Phase wird die Vorrichtung vom "Zustand 1" auf "Zustand 2" umgestellt, durch die Öffnung (5) wird Frischbeton unterhalb des Trennelements gepreßt. Infolge Betondruck wird die Vorrichtung nach oben gedruckt und der Hohlraum wird durch Beton ausgefüllt.

Auf diese weise wird der Hohlraum im Untergrund betoniert. In der Betonierungsphase (d. h. zweite Phase) wird noch höherer Betondruck erreicht indem mit Hilfe von Druckplatte (18) die durch Arbeitszylinder (16) gegen Erdwände gedruckt werden, die Vorrichtung im Untergrund eingespannt wird. Durch diese Einspannung wird die Verschiebung der Vorrichtung nach oben verhindert und höhere Betondruck erreicht. So läßt sich der Fuß des Betonkörpers im Untergrund schon während der Herstellungsphase verpressen.

Am Anfang der Betonierung d. h. am Anfang der zweiten Phase entsteht eine Mischung des Frischbetons mit dem sich noch unterhalb des Trennelements befindlichen Schlamm bei der Umstellung vom "Zustand 1" auf "Zustand 2". Dieser Mängel an Betonqualität am Anfang der Betonierung wird durch die Verpressung des Fußes des Betonkörpers (wie vor beschrieben) behoben. Außerdem kann das Trennelement mit weiteren Öffnung außer die oben genannten Öffnungen) ausgerüstet werden. Durch diese Öffnung soll gezielt Zementflüssigkeit unterhalb des Trennelement zugeführt werden und die Betoneingenschaften wegen Verunreinigung) zu verbessern.

Zusätzlich können folgenden Maßnahmen unabhängig voneinander unmittelbar vor der Betonierung (d. h. zweite Phase) getroffen werden:
Als erste Maßnahme wird der Schlamm unterhalb des Trenn elements teilweise verdrängt indem die Vorrichtung vom "Zustand 1" auf "Zustand 3" umgestellt wird, Frischbeton durch die Öffnung (5) in die Tiefe zugeführt, Beton infolge seine höhere Dichte der Schlamm teilweise aus der Tiefe ver drängt. Wenn den Raum unterhalb des Trennelements völlig mit Beton ausgefüllt ist, wird die Vorrichtung vom "Zustand 3" auf "Zustand 2" umgestellt und dann erfolgen die Fußverpressung und die Betonierung (zweite Phase).

Als zweite Maßnahme wird nach der ersten Phase die Vorrichtung vom "Zustand 1" auf "Zustand 4" umgestellt, Wasser konti nuierlich durch die Öffnung (6) zugeführt, der Schlamm unterhalb des Trennelements durch die Fräse gerührt und durch die Öffnung (19) entfernt bis unterhalb des Trenn elements nur noch schlammfreies Wasser bleibt. Danach wird die Vorrichtung vom "Zustand 4" auf "Zustand 5" umgestellt, durch die Öffnung (5) Beton zugeführt bis das sich unterhalb des Trennelements befindlichen Wasser völlig durch die Öffnung (19) verdrängt oder abgepumpt ist, dann wird die Vorrichtung vom "Zustand 5" auf "Zustand 2" umgestellt. Es folgt die Fußverpressung und die Betonierung. Da die Senkung der Vorrichtung (gegebenenfalls mit elektronischen Steuerung), das Entfernen oder Spülen des Schlammes vor der Betonierung (wenn erforderlich), die Fußverpressung und die Betonierung auf diese Weise sehr zügig voran kommen, wird der Zeitaufwand erheblich reduziert. Die wenige Schlammenge (wenn überhaupt) die mit Beton in Berührung kommt ist gut kontrollierbar und entsprechenden Maßnahmen (wie vor beschrieben) sind zu treffen. Aus diesem Grund ist unerkannte Betonmängel im Untergrund auszuschließen.

Die Fußverpressung (und dadurch setzungsarme Gründung und höhere Tragfähigkeit) ist nicht nachträglich auszuführen wie beim herkömmlichen Verfahren.

Da der Schlamm eine so große Dichte besitzt (im Vergleich zur Stützflüssigkeit) und dadurch einen großen Druck ausübt, daß in keinem Zeitpunkt der Herstellung die Stabilität der Erdwände gefährdet ist, ergibt sich eine höhe Zuverlässigkeit des Verfahrens.

Ein weitere Vorteil besteht darin, daß Stahlbetonfertigteile bei diesem Verfahren ohne zusätzlichen Maßnahmen (wie z. B. verbleibenen Stahlrohre im Untergrund) Anwendung finden: Der Hohlraum wird nicht vollständig sondern nur teilweise in der Tiefe mit Beton ausgefüllt, der obere Teil des Hohlraumes bleibt weiter mit Schlamm (24) gestützt (Fig. 14). In diesem Hohlraum wird Stahlbetonfertigteil (27) dessen Querschnitt gegenüber Hohlraumquerschnitt Spalte (28) aufweist versenkt. Infolge dessen wird zuerst Schlamm durch die Spalte (28) verdrängt, und dann Frischbeton (25), der die Spalte (28) ausfüllt (Fig. 15).

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Erfindung in Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Beispiel 1

Das Beispiel 1 betrifft eine Phalgründung. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt der Vorrichtung. Schnitt A-A.

Fig. 2 einen schematischen Horizontalschnitt der Vorrichtung. Schnitt B-B.

Fig. 3 einen schematischen Horizontalschnitt der Vorrichtung. Schnitt C-C.

Fig. 4 einen schematischen Vertikalschnitt der Vorrichtung. Schnitt D-D.

Fig. 5 die Senkung der Vorrichtung.

Fig. 6 das Spülen und Entfernen des Schlammes unterhalb des Trennelements.

Fig. 7 den Anfang der Betonierung und Verpressung des Pfahlfußes.

Fig. 8 die Betonierung.

Die Fig. 1 bis 4, stellen die Vorrichtung dar:

Das Trennelement setzt sich aus kreisformigen Scheibe (1) und Zylinder (2) zusammen.

Die Fräse (3) besteht aus Fräskopf das vom Hydraulikmotor (12) angetrieben ist. Der Rahmen (13) besteht aus Stahl-Hohlprofil. Die Betonöffnung (5) bzw. Wasseröffnung (6) sind an der Betonpumpe bzw. Wasserpumpe (die in der Skizze nicht dargestellt sind) durch das Betonrohr (14) bzw. Wasser rohr (15) angeschlossen.

Die Schlammöffnung (4) dient dazu Schlamm (24) aus der Tiefe zu verdrängen.

Die Spülöffnung (19) dient dazu den sich unterhalb des Trennelements befindlichen Schlamm (wenn erforderlich) unmittelbar vor der Betonierung zu spülen.

Für die Betonöffnung besteht das Sperrelement aus Kolben (8) der in das Rohr (10) durch Hydraulikzylinder (11) gesteuert ist. Für die übrigen Öffnungen bestehen die Sperrelemente aus Drehschieber (7) die durch Hydraulikmotor (in der Skizze nicht dargestellt) gesteuert sind.

Der Fig. 4 deutet einen Vertikalschnitt durch die Spülöffnung (19) an.

Die Einspannvorrichtung besteht aus Druckplatte (18), Arbeitszylinder (16) und Druckstab (17).

Die Fig. 5 bis 8 deuten verschiedenen Herstellungsphase an:
In Fig. 5 ist der "Zustand 1" der Vorrichtung eingestellt:
Die erste Phase der Herstellung (oder Senkung der Vorrichtung) erfolgt wie vor beschrieben. Zusätzliche Einrichtung (9) entfernt den Überschuß von Schlamm (24).

Im Fig. 6 ist die gewünschte Tiefe erreicht, der "Zustand 4" ist eingestellt und das Spülen des Schlammes unterhalb des Trennelements erfolgt indem Wasser durch die Öffnung (6) kontinuierlich zugeführt, Schlamm durch Drehen des Fräskopf gerührt und mit Hilfe der Spülpumpe (20) durch das Spül rohr (21) entfernt bis nur noch schlammfreies Wasser (26) unterhalb des Trennelements bleibt. Danach wird der "Zustand 5" eingestellt und das Wasser (26) durch Zufuhr von Frischbeton unterhalb des Trennelements verdrängt.

Im Fig. 7 erfolgt die Phahlfußverpressung: der "Zustand 2" ist eingestellt, die Vorrichtung im Untergrund eingespannt, mit dem Kolben (8) wird Beton im Rohr (10) zusammengedruckt.

Im Fig. 8 erfolgt die zweite Phase der Herstellung oder Betonierungsphase. Nach der Betonierung wird Bewehrungskorb wenn erforderlich im eingebrachten Beton eingerüttelt.

Ausführungsbeispiel 2

Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft die Herstellung einer Schlitzwand. Es zeigen:

Fig. 9 einen schematischen Vertikalschnitt der Vorrichtung.

Fig. 10 einen schematischen Horizontalschnitt der Vorrichtung.

Fig. 11 einen fertiggestellten Schlitz.

Diese Vorrichtung setzt sich, außer dem Trennelement (22, 23), aus gleichen Teile wie beim ersten Ausführungsbeispiel zusammen. Diese Trennelement setzt sich aus Scheibe (22) und kastenformigen Element (23) zusammen.

Das kastenformige Element (23) (Fig. 10) ist an Konturen der Scheibe (22) angepaßt. Diese Konturen der Scheibe bestimmen auch die Form des Schlitzquerschnittes (Fig. 11).

Die Einspannvorrichtung und die Spülöffnung (19) sind im Fig. 9 nicht dargestellt.

Der Verfahrenablauf erfolgt analog wie beim ersten Ausführungs beispiel.

Ausführungsbeispiel 3

Das dritte Ausführungsbeispiel betrifft die Gründung eines Brückenpfeilers im Flußbereich.

Der Fig. 12 zeigt eine Spalte (28) zwischen Bohrung und Stahlbetonfertigteil (27) mit quadratischen Querschnitt.

Der Fig. 13 Horizontalschnitt im Untergrund.

Die Fig. 14 und 15 zeigen den Verfahrenablauf wie vor beschrieben.

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung von Tiefgründung im Untergrund dadurch gekennzeichnet, daß im Trennelement (1, 2) dessen untere Teil mit der Fräse (3) ausgerüstet ist, Öffnungen (4),(5),(6) und (19) mit gesteuerten Sperrelemente (7) und (8) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Betonöffnung (5) an der Betonpumpe und die Wasseröffnung (6) an der Wasserpumpe angeschlossen sind, die Schlammöffnung (4) bzw. Spülöffnung (19) zu ver drängen des Schlammes bzw. zu spülen des Schlammes unterhalb des Trennelements dienen.

3. Verfahren zur Herstellung von Tiefgründung unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 , wobei Schlamm (24) zur Stützung der Erdwände genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) und (19) gesperrt werden, mit Hilfe der Fräse (3) Erdstoff gelöst wird, mit dem Wasser das durch die Öffnung (6) in die Tiefe zugeführt wird vermischt, die Vorrichtung in den Untergrund versenkt wird, infolge dessen der Schlamm (24) unterhalb des Trennelements durch die Öffnung (4) verdrängt wird, wenn gewünschte Tiefe erreicht wird, werden Öffnungen (4) und (6) gesperrt, Frischbeton (25) durch die bereit freigegebene Öffnung (5) unterhalb des Trennelements gepreßt, dieser Frischbeton die Vorrichtung nach oben druckt und den Hohlraum im Untergrund ausfüllt.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor der Betonierung Schlamm unterhalb des Trennelements teilweise verdrängt wird indem die Öffnungen (6) und (19) gesperrt werden, Frischbeton durch die Öffnung (5) zugeführt wird, Beton infolge seiner höheren Dichte den sich unterhalb des Trennelements befindlichen Schlamm durch die Öffnung (4) verdrängt, bis der Raum unterhalb des Trennelements völlig mit Beton ausgefüllt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor der Betonierung Schlamm unterhalb des Trennelements gespült wird indem Öffnungen (5) und (4) gesperrt werden, Wasser durch die Öffnung (6) kontinuierlich zugeführt wird, Schlamm mit Hilfe der Fräse gerührt und durch die Öffnung (19) entfernt wird bis unterhalb des Trennelements nur noch schlammfreies Wasser (26) bleibt.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß während der Phase des Spülens Vorrichtung im Untergrund eingespannt wird indem Druckplatte (18) gegen Erdwände gedruckt werden um eine Verschiebung des Vorrichtung nach unten zu verhindern.

7. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß in der Phase der Betonierung noch höherer Betondruck erreicht werden kann indem Druckplatte (18) gegen Erdwände gedruckt wird um eine Verschiebung der Vorrichtung nach oben zu verhindern.

8. Verfahren zur Herstellung von Tiefgründung im Untergrund, wobei Schlamm zur Stützung der Erdwände genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum dessen Tiefe mit Frischbeton (25) und obere Teil mit Schlamm (24) ausgefüllt sind, Stahlbetonfertigteil (27) dessen Querschnitt gegenüber Hohlraumquerschnitt Spalte (28) aufweist, versenkt wird, infolge dessen Schlamm durch die Spalte (28) verdrängt wird, und dann Frischbeton (25), der die Spalte (28) ausfüllt.