DE69008641T2

DE69008641T2 - Bodenverfestigungsgerät.

Info

Publication number: DE69008641T2
Application number: DE1990608641
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Botto; Davide Trevisani
Original assignee: Trevi SpA
Current assignee: Trevi SpA
Priority date: 1989-08-03
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2010-08-01
Also published as: EP0411560A2; ES2055835T3; EP0411560B1; EP0411560A3; DE69008641D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Verfestigung von vorwiegend zusammenhängendem, weichem und trockenem Boden.
Die bislang bekannten Technologien basieren auf dem Verfahren, unter Hinzufügung eines Verfestigungsgemisches, das aus Wasser und einer Verfestigungssubstanz besteht, durch mechanisches Mischen des zuvor umgegrabenen Bodens mit einem speziellen rotierenden Werkzeug, die Tragfähigkeit des Bodens zu erhöhen, was aus der Hydrationsreaktion resuliert, welche zwischen der Verfestigungssubstanz und dem ton- oder lehmhaltigen Teil des Bodens eintritt. Dieses Verfahren ist in dem Falle anwendbar, wenn fest zusammenhängender Boden vorliegt, weil der tonhaltige Anteil zu einer Hydrationsreaktion mit der eingeleiteten Verfestigungssubstanz fähig ist.
Dieses Verfestigungsverfahren hat den beträchtlichen Nachteil, daß eine große Wassermenge benötigt wird, um das Zweistoffgemisch herzustellen und vor Ort in den Boden einzubringen.
Das überschüssige Wasser, welches bei der Reaktion des Gemisches mit dem Boden entsteht, bleibt im Boden in Form von freiem Wasser zurück und gefährdet die entscheidenden Tragfähigkeitseigenschaften des zu verfestigenden Bodens.
Ein Gerät zur Bodenverfestigung durch Einblasen eines pulverförmigen Stabilisators in den Erdboden ist aus US-A-4606675 bekannt. Um eine Stabilisation des Bodens zu erreichen, wird Zement oder eine andere Verfestigungssubstanz unter ständigem Hin- und Herbewegen des Bodens und unter Vermischen zwecks Erreichen einer chemischen Verfestigung an Ort und Stelle eingebracht. Während jedoch das bekannte Gerät nach US-A- 4606675 in einem weichen Boden zuverlässig arbeitet, ist es nicht in der Lage, harte Böden zu bearbeiten und zu verfestigen. Hinzu kommt, daß auch das Gerät nach US-A-4606675 eine große Wassermenge zur Verfestigung des Bodens benötigt.
Ein Verfahren zum Einspritzen von Gußmörtel in den Boden unter Verwendung einer Stange mit einer einzigen Injektionsdüse, die an der Spitze der Stange angeordnet ist, wird im US-A-4302132 offenbart. Zwei Flüssigkeiten werden für den Gußmörtel in einer Kammer gemischt (die auch an der Spitze der Stange angeordnet ist) und durch die Düse in den Boden ausgestoßen. Jedoch hat auch dieses Verfahren nach US-A- 4302132, in ähnlicher Weise wie die zuvor beschriebenen Technologien, einen hohen Wasserverbrauch.
Ein einfacher Erdbohrer mit einem einzigen Rohr, das lediglich eine Substanz auf Betonbasis zuführt, wird in DE-A- 2938564 offenbart. Entsprechend der DE-A-2938564 befindet sich die Öffnung des einzigen Rohres am oberen Ende der Bohrwelle. Jedoch ist der mit der Einrichtung nach DE-A-2938564 erzielte Verfestigungseffekt sehr unbefriedigend, da keine Befeuchtung des Bodens eintritt.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile durch Schaffung eines Gerätes zur Bodenverfestigung zu beseitigen, das es ermöglicht, die Grenzen der bisher angewandten Verfahren durch die Funktionsweise des grabenden Werkzeuges zu überwinden und eine Verfestigung in vorzugsweise zusammenhängendem, weichen, trockenem Boden oder in einem Boden, welcher trockene, eingelagerte Schichten aufweist oder in fest zusammenhängendem Boden, in welchem die Oberflächenkruste ungenügend befeuchtet ist, durch Hydration zu ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zur Durchführung des Verfestigungsverfahrens, welches die Einbringung der Verfestigungssubstanz und der für die Hydration benötigen Wassermenge ermöglicht, zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gerät entsprechend den Merkmalen der anliegenden Patentansprüche gelöst.
Weiter Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen verdeutlicht.
Die Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ist eine schematische Ansicht des Gerätes zur Durchführung des Verfahrens;
Figur 2 ist eine seitliche Teilschnittansicht eine Details des Gerätes;
Figur 3 ist eine seitliche Draufsicht auf das grabende Mischwerkzeug;
Figur 4 ist die Draufsicht auf eine Einzelheit des grabenden Mischwerkzeuges;
Figur 5 ist eine teilweise Schnittansicht des Werkzeuges, wie sie sich entlang der Schnittlinie V-V in Figur 4 ergibt;
Figur 6 ist eine schematische Ansicht des Gerätes in einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 7 ist eine seitliche Teil-Schnittansicht der Oberseite der Antriebswelle des Gerätes nach Figur 6;
Figur 8 ist eine Teil-Schnittansicht eines Zwischenabschnittes der Antriebswelle des Gerätes nach Figur 6;
Figur 9 ist eine Schnittansicht des Wellenabschnittes, wie sie sich entlang der Schnittlinie IX-IX in Figur 8 ergibt;
Figur 10 ist eine seitliche Frontansicht des Elementes für den motorischen rotierenden Antrieb der Welle;
Figur 11 ist eine Teilschnittansicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie XI-XI in Figur 10 ergibt;
Figur 12 ist eine seitliche Draufsicht auf das grabende Mischwerkzeug;
Figur 13 ist eine Teil-Schnittansicht des grabenden Mischwerkzeuges, wie sie sich entlang der Schnittlinie XIII-XIII in Figur 12 ergibt;
Figur 14 ist eine Teil-Schnittansicht wie sie sich entlang der Schnittlinie XIV-XIV in Figur 12 ergibt und
Figur 15 ist eine perspektivische Ansicht der Einrichtung, welche das Eindringen des grabenden Mischwerkzeuges in den Boden und das Herausziehen des Werkzeuges aus dem Boden ermöglicht.
In den Figuren 1 bis 5 ist das Gerät allgemein durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet und umfaßt ein selbstfahrendes Raupenfahrzeug 2 mit einer Führerkabine, in der die Bedienperson sitzt. Ein Arm 3, der von Zugelementen 4 gehalten wird, ist vorn am Fahrzeug 2 angebracht und hält einen Turm 5. Das vertikale Aufrichten des Turmes 5 wird durch einen Arm 6 gesteuert, der dessen unteres Ende mit dem Fahrzeug 2 verbindet.
Eine Welle 7 ist gleitend und drehbar am Turm 5 gelagert; in Funktion wird diese Welle durch eine Motoreinheit 8 angetrieben, welche am Turm 5 gleitend angeordnet ist. Die Welle 7 ist aus einer Vielzahl von einzelnen rohrförmigen Abschnitten 9 zusammengesetzt, welche der Länge nach miteinander verbunden sind. Die Abschnitte, wie aus Figur 2 zu ersehen ist, bestehen aus einem äußeren Rohr 10, in welchem ein inneres Rohr 11 koaxial angeordnet ist. Die Enden des Abschnittes 9 sind so gestaltet, daß sie die Kupplungen 11a und 11b bilden, welche ein axiales Verbinden von verschiedenen Abschnitten ermöglichen.
Die Rohre 10, 11 bilden in dieser Weise eine äußere Leitung 12 und eine innere Leitung 13, welche voneinander getrennt sind.
Ein grabendes Mischwerkzeug, das in Figur 3 allgemein mit dem Bezugszeichen 15 versehen ist, wird fest mit dem unteren Ende der Welle 7 mittels einer Kupplung 14 verbunden. Das grabende Mischwerkzeug besitzt ein Paar von diametral gegenüberliegenden unteren Schaufeln 16 und ein rohrförmiges Element 17, welches den zentralen Teil des Werkzeuges bildet und einen Schneidkopf 17a an seinem unteren Ende aufweist.
Die Schaufeln 16 sind dachkantförmig und die Zähne 18, die zum Abtragen und Bewegen des Bodens dienen, sind fest mit deren unterer Kante verbunden. Diese Zähne sind zur Rotationsachse der Welle 7 tangential angeordnet. Bohrungen 19 sind unterhalb der Schaufeln 16 ausgebildet und mit der inneren Leitung 13 verbunden, während Bohrungen 20 oberhalb der Schaufeln austreten und mit der äußeren Leitung 12 verbunden sind.
Ein Paar von radialen Flügeln 21 sind am Element 17 oberhalb der Schaufeln 16 angebracht, und deren Aufgabe ist es, den Boden während des Grabens in aufgewühltem Zustand zu halten, was im folgenden noch verdeutlicht werden wird.
Ein weiteres Paar von Schaufeln 22 ist oberhalb der Flügel 21 angeordnet. Diese oberen Schaufeln haben denselben Aufbau wie die Schaufeln 16, und die Bohrungen 23, 24 sind nach oben und unten ausgebildet und mit den Leitungen 12, 13 entsprechend verbunden.
Die innere Leitung 13 der Welle 7 wird von oben durch das äußere Rohr 25 mit der Verfestigungssubstanz, insbesondere mit Zementpulver, mittels der Einheit 26, welche aus einem Zementsilo 27 und einem Luftkompressor 28 besteht, versorgt. Die äußere Leitung 12 der Welle 7 wird in abwärtsgerichteter Lage mit Wasser durch das Rohr 29 gespeist. Das Wasser wird aus einem Speichertank 30 mittels einer Pumpe 31, welche das überschüssige Wasser des Hydrationsprozesses über ein Rückführrohr 32 in den Tank zurückleitet, befördert.
Das beschriebene Gerät arbeitet in der folgenden Weise:
In einem ersten Schritt wird das grabende Mischwerkzeug an der zu behandelnden Stelle des Bodens angeordnet und die senkrechte Stellung des Turmes überprüft.
Dann beginnt das Aufbrechen des Bodens mit vorgegebenen Rotations- und Vorschubparametern, die das Werkzeug 15 mit einer bestimmten Rotations- und Vorschubgeschwindigkeit antreiben, welche von der Konsistenz des Bodens abhängig ist. Während das Werkzeug 15 in den Boden eindringt, schickt der Kompressor 28 zunächst Preßluft durch das Rohr 25 und die Leitung 13. Die Luft dringt durch die Bohrungen 19 und 24 in den Boden ein, was das Eindringen des Werkzeuges unterstützt und die Leitung 13 freihält.
Während des Eindringens des Werkzeuges in den Boden wird durch das Rohr 29 Wasser in die Leitung 12 geleitet, jedoch nur bei trockenen und sehr harten Schichten, welche das normale Vordringen des Werkzeuges behindern.
Die Menge des gepumpten Wasser muß so bemessen sein, daß die notwendige Befeuchtung der trockenen Schichten erreicht wird und so die folgende Hydration der Verfestigungssubstanz ermöglicht wird.
Wenn die benötigte Tiefe erreicht ist, beginnt die Zuführung der Verfestigungssubstanz, wobei das Werkzeug weiterläuft; die Verfestigungssubstanz wird durch das Rohr 25 und die innere Leitung 13 zugeführt und tritt über die Bohrungen 19 und 24 in den Boden ein.
Dann beginnt das Hochziehen des Werkzeuges, wobei die Drehrichtung umgekehrt wird. In dieser Weise wird der befeuchete Boden mit dem pulverförmigen Zement so vermischt, daß vorgegebene Geschwindigkeitsparameter als Funktion des bestehenden stöchiometrischen Verhältnisses beim Anheben ebenfalls beachtet werden.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß die Menge des verwendeten Wassers mit der Verfestigungssubstanz vollkommen umgesetzt wird und dadurch eine größere Stabilität des behandelnden Bodens erreicht wird, weil kein überschüssiges Wasser im Boden oder an der Oberfläche verbleibt.
In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in den Figuren 6 bis 15 dargestellt ist, beginnen die Bezugszeichen mit der Zahl 101, die das selbstfahrende Raupenfahrzeug bezeichnet, welches mit einer Führerkabine 102 ausgerüstet ist, in welchem die Bedienperson sitzt.
Der Arm 103 ist an der Frontseite des Fahrzeuges 101 gelenkig angebracht und wird durch die Zugelemente 104 gehalten. Ein Gleitstück 105 ist an der Spitze des Armes 103 befestigt und stützt gleitend einen Turm 106. Der Turm sitzt auf dem Erdboden auf und ist am Gleitstück 105 mittels einer hydraulischen Zugeinrichtung 107 aufgehängt. Durch Neigen des Armes 103 mittels der Zugelemente 104 ist es möglich, den Turm 106 mit Bezug auf das Fahrzeug 101 anzuordnen, wohingegen es durch Betätigung der Zugeinrichtung 107 möglich ist, den Turm anzuheben und abzusenken, um es dem Fahrzeug zu ermöglichen, sich zu einem neuen Arbeitsort zu begeben oder das Entfernen des Turmes vom Fahrzeug zu ermöglichen, wenn der Arm 103 nach außen geneigt wird. Eine Welle, die das allgemeine Bezugszeichen 108 besitzt, befindet sich frontal am Turm, d. h. an der dem Gleitstück 105 entgegengesetzten Seite, und ist mit ihrem oberen Ende in einem Lager 109, welches am Turm 106 geführt ist, rotierbar aufgehängt.
Die Welle 108 wird in mittlerer Lage innerhalb eines Führungselementes 110, welches vom Lager 109 an einem Kabel (oder einer Kette) 110a abgehängt ist, geführt und wird auch entlang des Turmes 106 geführt. Die Welle 108 ist in nach unten gerichteter Lage drehbar mit einem rotierenden Motorelement 111 gekoppelt, welches mittels eines Paares von Zugwinden 112, die an den Seiten des Turmes 106 angeordnet sind, in bestimmten Grenzen auf und ab bewegt werden kann.
Das grabende Mischwerkzeug, das allgemein durch das Bezugszeichen 113 angegeben wird, ist am unteren Ende der Welle 108 unterhalb des Motorelementes 111 angebracht. Das Motorelement wird entlang des Turmes 106 geführt und ist über eine Brücke 114, an welcher sich zwei Winden 115, 116 befinden, am Fahrzeug befestigt; die Winden heben und senken das Lager 109 über ein Doppelkabelsystem mit einer endlosen Schleife und einem synchronisierten Zug und heben und senken damit die Welle 108.
Im Detail (siehe Figur 7) besteht das Lager 109 aus einer Platte 117, welche senkrecht von einer Buchse 118 gequert wird, die starr mit der Platte 117 durch Rippen 119 verbunden ist. Eine Buchse 120 ist koaxial innerhalb der Buchse 118 angeordnet und wird drehbar mittels eines Paares von Axiallagern 121, 122 abgestützt. Das obere Lager 121 wird zwischen einer innneren Schulter der Buchse 118 und einem Paar von Ringen 123, welche an einem Gewindeteil der Buchse 120 angeschraubt sind, gehalten.
Ein zylindrischer Körper 125 ist an der Oberseite der Buchse 118 zentriert und hat einen Flansch 126, welcher quer von Bolzen 127 durchdrungen wird, die in einem Randteil 128 der Buchse eine Verbindung zur mechanischen Verkopplung der beiden Teile 125, 118 herstellen.
Der zylindrische Körper 125 hat einen unteren Sitz 129, auf dem das keglige Endteil 131 der Buchse 120 aufgrund des Zwischenliegens einer Dichtung 130 abgedichtet rotiert. Die Buchse 120 hat, in nach unten gerichteter Lage, einen Flansch 132, welcher den Sitz für das Lager 122 bildet und nach außen zur Buchse 118 reicht. Eine Scheibe 133 wird an dem Flansch 132 zentriert und besitzt im Inneren ein Rohr 134, welches sich koaxial innerhalb der Buchse 120 ausdehnt und dadurch eine ringförmige Kammer oder einen Zwischenraum 135 abgrenzt.
Der Flansch 136 eines Steckerelementes 137 einer Kupplung der Welle 108 ist mit der Scheibe 133 in nach unten gerichteter Lage verbunden. Die Scheibe 133 ist zwischen den Flanschen 132 und 136 durch Bolzen 138 befestigt. Gummiringe 139, 140 sichern die notwendige Abdichtung nach außen. Ein Hohlraum 141 wird in der Scheibe 133 gebildet und ist über die Durchlässe 142 mit der ringförmigen Kammer 135 verbunden. Ein Kanal 143 erstreckt sich von dem Hohlraum 141 und, mittels einer Verbindung 144, die im Flansch 136 angeordnet ist, nach außen, so daß er eine Verbindung zu einer Leitung 165, welche nachfolgend erläutert wird, herstellt.
Das Rohr 134 erstreckt sich nach oben über den kegligen Teil 131 der Buchse 120 hinaus mit einem im Durchmesser verminderten Teil 145, welcher in zwei Sitzen 146 und 147 des Zylinderkörpers 125, welche dementsprechend als Zwischensitz und oberer Sitz bezeichnet werden, abgedichtet rotiert.
Die Dichtungen 148 und 149 sind zwischen der Außenfläche des Teiles 145 und den Sitzen 146, 147 angeordnet, während die Öffnungen 150 zwischen den Sitzen 146, 147 in der Wand des zylindrischen Körpers angeordnet sind und direkt die Außenseite der ringförmigen Kammer, die zwischen den Dichtungen 148, 149 und den gegenüberliegenden Wänden des Zylinders 125 gebildet ist, mit dem Teil 145 des Rohres 143 verbindet.
Das Rohr 134 ist mit einer Druckluftversorgung und einer Zuführung für eine Verfestigungssubstanz (z. B. Zement) mittels eines feststehenden Rohres 151 verbunden, welches einen Flansch 152 besitzt, der am Kopf des zylindrischen Körpers 125 mit Bolzen befestigt ist. Die Dichtung zwischen dem Rohr 151 und dem rotierenden Rohr 134 wird durch die Dichtung 153 gesichert, welche zwischen den gegenüberliegenden Enden des Rohres 151 und des Teiles 145 angeordnet ist.
Die ringförmige Kammer 135 ist mit einer Wasserversorgung über eine Bohrung 154, die radial im Körper 125 zwischen dem unteren Sitz 130 und dem Zwischensitz 146 angeordnet ist, verbunden.
Der Strang 108, welcher mit dem Steckerelement 137 verbunden wird, besteht aus einer Vielzahl von rohrförmigen Abschnitten 155, von denen einer in den Figuren 8 und 9 dargestellt ist. Der genannte Abschnitt umfaßt ein äußeres Rohr 156, welches einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist; ein Buchsenelement 157, das komplementär zum Steckerelement 137 geformt ist, wird am oberen Ende des genannten Rohres 156 eingesteckt.
Zu diesem Zweck besitzt das Buchsenelement 157 einen Hohlraum, in welchen ein zylindrischer Sitz 158 zur Aufnahme eines zylindrischen Teiles 159 des Steckerelementes 137 ausgebildet ist und einen quadratischen Sitz 160 zur Aufnahme des quadratischen Teiles 161 des Steckerelementes 137. Während eine prismatische Kupplung zwischen dem Sitz 160 und dem Teil 161 ausgebildet ist und eine rotierende Kupplung zwischen dem Abschnitt 155 und dem Element 137 ermöglicht, wird eine hydraulische Kupplung zwischen dem Sitz 158 und dem Teil 159 ausgebildet und durch die Dichtringe 162 abgedichtet.
Um das axiale Herausziehen des Abschnittes 155 zu verhindern, werden die halbzylindrischen Nuten 163, 164 in den inneren und äußeren gegenüberliegenden Wänden des Sitzes 160 und des entsprechenden Teiles 161 ausgebildet; wenn die Elemente 157 und 137 ineinandergesteckt werden, bilden diese Nuten Hohlräume zur Aufnahme von Nasen, welche als Führungen wirken. Eine Leitung 165 ist außen mit dem Rohr 156 entlang einer Mittellinie einer Vorderseite verschweißt und erstreckt sich im wesentlichen entlang der gesamten Länge des Abschnittes 155. Die Leitung 165 ist mit dem Verteiler 144 in nach oben gerichteter Lage unter Hinzufügung einer Buchse 166 und weiter mit der Leitung 165 der nachfolgenden Abschnitte in nach unten gerichteter Lage mittels weiterer Buchsen 167 verbunden.
Ein zylindrisches Rohr 168 ist innerhalb des quadratischen Rohres 156 unter tangentialer Berührung angeordnet und ein weiteres koaxiales Rohr 169 ist innerhalb von diesem angeordnet. Das Rohr 169 ist nach oben zu in einer Hülse 170 zentriert, welche in das Buchsenelement 157 eingesteckt ist und welches nach unten zu in einer Hülse 171 zentriert ist, welche in ein Steckerelement 172 eingesteckt ist, welches den Abschnitt 155 nach unten abschließt. Die Hülsen 170, 171 sind axial durch Seegerringe 170a und 171a verriegelt und sind dichtend in den entsprechenden Sitzen durch Gummiringe 170b und 171b verkoppelt.
Das Steckerelement 172 ist dem oben beschriebenen Steckerelement 137 vollkommen ähnlich und es ist deshalb so geformt, daß es mechanisch und hydraulisch mit einem entsprechenden Buchsenelement zusammenpaßt.
Das grabende Mischwerkzeug 113 ist mit dem Ende des letzten Abschnittes 155 verbunden, welche die Welle 108 bilden und ein rohrförmiges Element enthalten, welches nach oben zu mit einem Kupplungs-Buchsenelement 173 versehen ist (siehe Figuren 12 bis 14) und zum Anschluß an ein Steckerelement 172 dient. Eine Buchse 174 ist fest mit dem Element 173 verbunden und erstreckt sich mit einem zylindrischen Mantel 175 nach unten, in welchem eine weitere Buchse 176 zentriert ist. Eine zylindrische Welle 177 ist in die Buchsen 174 und 176 eingesetzt, und der Schneidkopf 178 ist am unteren Ende dieser Welle befestigt. Die Welle 177 ist in der Buchse 176 mittels eines Durchgangsstiftes 179 verriegelt, während sie an der Spitze einen zylindrischen Becher 180 bildet, welcher zum Hohlraum 181 des Elementes 173, mit welchem es mittels einer Hülse 180a verbunden ist, offen ist. Die Hülse 180a wird durch einen Seegerring 180b zurückgehalten und ist dichtend in ihren Sitz mittels des Gummiringes 180 eingefügt, so daß, wenn das Steckerelement 172 des darüberliegenden Abschnittes 155 in den Hohlraum 182 eingefügt wird, eine Verbindung mit dem Rohr 169 hergestellt wird. Zwei radiale Bohrungen 182 gehen vom Becher 180 aus und durchdringen senkrecht die Wand der Buchse 174; entsprechende Düsen 183 sind in die Bohrungen eingesetzt.
Ein Paar von Schaufeln ist an der Buchse 174 angeschweißt; die Schaufeln sind diametral angeordnet und sind wegen der Rotationsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn nach vorn und unten geneigt. Eine Vielzahl von grabenden Zähnen 185 ist an den Vorderkanten der Schaufeln 184 angeschweißt, und entsprechende Flügel sind an der hinteren Kante angeschweißt und begrenzen einen Hohlraum 187, welcher nach unten offen ist und in dem sich die Düsen 183 befinden. Ein ähnliches Paar von Schaufeln 188 mit Zähnen 189 ist diametral zu der Buchse 176, aber mit einem Winkelversatz von 90º in bezug auf die Schaufeln 184 angeschweißt, so daß die Schaufeln 184 und 188 in der Draufsicht ein Kreuz bilden.
Wenn der Abschnitt 155 in den Hohlraum 181 eingefügt wird, ist die Leitung 165 über eine Buchse 167 mit einem rohrförmigen Element 190 verbunden, welches außen fest mit dem Element 173 verbunden ist und in einer Düse 191 endet, welche nach unten gerichtet und in der Höhe des Paares der oberen Schaufeln 184 angeordnet ist.
Das Motor- oder Antriebselement 111 (siehe Figur 10) besteht aus einem Gleitelement 192, welches entlang des Turmes 106 geführt wird und mittels eines Schiebeelementes 112 bewegbar ist. Ein ringförmiger Lagersims 193 ist an der Gleiteinrichtung 192 nach außen ragend befestigt und eine Motoreinheit 194, welche axial von der Welle 108 durchdrungen wird, ist daran nach oben gerichtet angeordnet.
Die Motoreinheit 194 wird nicht im Detail dargestellt, weil es sich dabei um einen herkömmlichen, hydraulisch betriebenen Typ handelt, der aus einem Zugblock 195 besteht, der die Welle 108 axial führt und einen Zug auf diese ausübt. Der Zugblock 195 besteht aus einem Drehschemelring 196 (siehe Figur 11), an welchem Paare von Flügelteilen 197 an den Außenseiten des Rohres 156 angeschweißt sind.
Jedes Paar von Flügelteilen 197 stützt mittels dazwischenliegender Lager eine Walze 198, welche in ihrer Mitte im Durchmesser leicht verdickt ist.
Die Walze 198, welche der Leitung 165 gegenüberliegt, besitzt eine mittlere Ausnehmung 199, welche den Durchgang der Leitung ermöglicht. Eine Haube 200 ist fest mit dem Lagersims 193 in abwärtiger Richtung verbunden und enthält das grabende Mischwerkzeug 113, welches im Verhältnis zu diesem angehoben und abgesenkt werden kann, wenn die Gleiteinrichtung 192 durch die Antriebseinrichtung 112 angetrieben wird.
Die Oberseite der Haube 200 wird durch eine Platte 201 gebildet, welche einen zylindrischen Sitz für die rotierbare Anordnung von zwei Ringen 203 bildet, welche das Rohr 156 mit einem prismatischen Eingriff begrenzen. Die Ringe 203 haben die Funktion, alle Materialien, welche an den Außenseiten der Welle 108 anhaften, abzukratzen, wenn die Welle, angetrieben durch die Motoreinheit 111, hindurchgleitet.
Ein Doppelkabelsystem ist zum Anheben und Absenken der Welle 108 vorgesehen und kann, wie erwähnt, mittels der beiden Winden 115, 116, welche an der Brücke 114 angebracht sind, angetrieben werden. Die Winde 116 (siehe Figur 15) wirkt auf ein Kabel 204, welches um eine Vielzahl von Seilscheiben 205 bis 210 geführt ist, und dessen Ende mit dem Turm 106 verbunden ist. Die Seilscheibe 205 ist drehbar an der Gleiteinrichtung 105 abgestützt, wohingegen die Seilscheiben 206 bis 208 an der Spitze des Turmes 106 befestigt sind und zusammen mit den Seilscheiben 209 bis 210 ein Hebezeug bilden, welches an dem Lager 109 befestigt ist. Die Winde 115 wirkt auf das Kabel 211, dessen Ende mit der Basis des Turmes verbunden ist. Das Kabel 211 wird um ein Paar von Antriebsscheiben 212, 213 und um zwei Paare von Seilscheiben 214 bis 217 geführt. Die Antriebsscheiben 212, 213 werden an der Gleiteinrichtung 105 und am unteren Ende des Turmes 106 entsprechend abgestützt. Das Paar von Seilscheiben 214, 215 ist unter dem Lager 109 befestigt und bildet ein weiteres Hebezeug zusammen mit einem Paar von Seilscheiben 216, 217, welche an dem unteren Ende des Turmes 106 befestigt sind.
Das beschriebene Gerät arbeitet in derselben Weise wie das zuvor beschriebene, der einzige Unterschied besteht darin, daß die Preßluft, das Wasser zur Befeuchtung und die Verfestigungssubstanz während des Umgrabens und des Anhebens des Werkzeuges durch dieselben Düsen 183 eingebracht werden.
Ein beträchtlicher Vorteil des Gerätes entsprechend den Figuren 6 bis 15 besteht darin, daß die Leitungen für das Wasser und die Luft einerseits sowie die Verfestigungssubstanz andererseits vollkommen getrennt bleiben, so daß es keine Möglichkeit zum Vermischen der beiden Ströme gibt. Wenn Abnutzungen an den Dichtungen 148, 149 eintreten sollten, kann das ausströmende Fluid (Wasser oder Luft oder Verfestigungssubstanz) durch die Öffnungen 150 des zylindrischen Körpers 125 direkt nach außen gelangen und vom Bedienpersonal erkannt werden.
Die Konstruktion der Abschnitte 155 und der drehbaren Kupplung, durch welche die Leitungen für das Wasser, die Luft und die Verfestigungssubstanz mit den ortfesten Rohren verbunden sind, ist besonders wichtig. Die inneren Leitungen 169 und 134 können im Falle der Abnutzung tatsächlich leicht ersetzt werden, weil es genügt, zu diesem Zweck die Scheibe 133 oder den Ring 171b zu entfernen, um die Rohre 134 oder 169 herauszuziehen. Es ist in ähnlicher Weise möglich, Verstopfungen im Bereich der Düsen 183 durch Entfernen des Stiftes 179 und das folgende Herausziehen der zylindrischen Welle 177 von unten zu entfernen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung wird durch die Haube 200 erreicht, durch deren Vorhandensein es möglich ist, zu verhindern, daß der Staub, der durch die Annäherung des grabenden Mischwerkzeuges an die Erdoberfläche während seiner Abwärtsbewegung entsteht, sich verbreitet, was mit beträchtlichen Nachteilen bezüglich der Auswirkungen auf die Umwelt verbunden wäre. Es wird darauf hingewiesen, daß die Haube mittels der Hebeeinrichtung 112 angehoben werden kann, um im Bedarfsfall eine Untersuchung des grabenden Mischwerkzeuges 113 zu ermöglichen.
Weitere Modifikationen und Variationen in bezug auf die praktische Umsetzung der Erfindung sind möglich, und diese werden in den nachfolgenden Ansprüchen klar umrissen.
Einer von diesen sieht vor, daß das Rohr 156 einen nicht quadratischen Querschnitt, z. B. einen dreieckigen oder sechseckigen oder selbst einen kreisförmigen mit äußeren Längsstreifen, die als Führungen wirken, besitzt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Leitung 165 innerhalb des Rohres 156 an den Kammern, die zwischen dem inneren Rohr 168 und dem Rohr 156 gebildet werden, angeordnet.
Bei der praktischen Umsetzung der Erfindung ist es möglich, eine Verdopplung des Stranges 108 und des Werkzeuges 113 vorzusehen, so daß gleichzeitig zwei Säulen von verfestigtem Boden entstehen.
Wenn die technischen Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen werden, geschieht dies ausschließlich, um die Verständlichkeit der Ansprüche zu verbessern, und dementsprechend haben die Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung auf den Schutzumfang der Elemente, die mittels der Bezugszeichen beispielhaft erwähnt werden.

Claims

1. Bodenverfestigungsgerät, gebildet aus einer Einheit (26) zur Speicherung einer Verfestigungssubstanz; einem Strang (7; 108) welcher verschiebbar an einem im wesentlichen senkrechten Turm (5; 106) gehalten wird, wobei der Strang (7; 108) aus einer Vielzahl von rohrförmigen Abschnitten (9; 155) gebildet wird, welche der Länge nach wechselseitig so miteinander verbunden sind, daß sie mindestens zwei Leitungen (12, 13; 165, 169) bilden; und einem grabenden Mischwerkzeug (15; 113), das am unteren Ende des Stranges (7; 108) befestigt ist, wobei das Werkzeug (15; 113) aus unteren radialen Schaufeln (16; 188) und Öffnungen (19, 20; 183), die am Strang (7; 108) nahe den Schaufeln (16; 188) angeordnet sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (26) aus einem Speicher (27) für die Verfestigungssubstanz, einem Luftkompressor (28) und einem Wasserbehälter (30) gebildet wird, daß die mindestens zwei im Strang (7; 108) angeordneten Leitungen (12, 13; 165, 169) aus einer Leitung (12; 165) für Wasser und einer von der ersten Leitung (12, 165) getrennten Leitung (13; 169) für die Verfestigungssubstanz und für Preßluft besteht, wobei die Leitungen (12, 13; 165, 169) von der Oberseite des Stranges (7; 108) durch Rohre (25, 29) gespeist werden, welche mit dem Wasserbehälter (30), mit dem Luftkompressor (28) und der Speichereinheit (26) verbunden sind, daß sich die Leitungen (12, 13; 165, 169) abwärts zum unteren Ende des Stranges (7; 108) erstrecken und daß die radialen Schaufeln (16; 188) des grabenden Mischwerkzeuges (15; 113) mit Grabezähnen (18; 189) versehen sind, daß die Öffnungen (19, 20; 183) des grabenden Mischwerkzeuges (15; 113) mit den Leitungen (12, 13; 165, 169) verbindbar sind, so daß während des Eindringens des Werkzeuges (15; 113) in den Boden wahlweise Wasser und Preßluft und, wenn eine erforderliche Tiefe erreicht wurde, eine Verfestigungssubstanz in den Boden eingeführt werden kann, und eine Pumpeinrichtung (31) für das Wasser an der Leitung (12; 165) angeschlossen wird, um die Menge des Wassers zu steuern und überschüssiges Wasser mittels des Rückf lußrohres (32) in den Speicherbehälter (30) zurückzuführen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder rohrförmige Abschnitt (155) aus einem Rohr (168) für den Transport der Verfestigungssubstanz und für Druckluft besteht, daß das Rohr (168) koaxial innerhalb eines polygonalen Rohres (156) angeordnet ist, daß die Leitung (165) zum Transport des Wassers in einer das Wasser abtrennenden Weise mit dem polygonalen Rohr (156) verbunden wird, daß der Strang (108) ein oberes Ende aufweist, welches in einem Lager (109), das entlang des Turmes (106) geführt wird, drehbar gestützt ist und drehbare Kupplungen (130, 148, 149, 153) zur Verbindung mit den Versorgungsanschlüssen für Preßluft und Verfestigungssubstanz sowie Wasser aufweist, und daß der Strang (108) mit einem rotierenden Motorelement (111) in nach unten gerichteter Lage in für rotierende Bewegungen starrer, für axiale Bewegungen jedoch verschieblicher Weise verbunden ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes polygonale Rohr (156) ein an seinem oberen Ende angefügtes Kupplungs-Buchsenteil (157) enthält, daß die Kupplung (157) einen zylindrischen Sitz (158) und einen polygonalen Sitz (160) zur Aufnahme eines zylindrischen bzw. eines polygonalen Abschnittes (159, 161) eines Steckerelementes (137) eines benachbarten Abschnittes aufweist, daß das Rohr (168) einen zylindrischen Querschnitt aufweist und tangential in Kontakt mit der Innenseite des polygonalen Rohres (156) ist, daß die Leitung (169) für die Verfestigungssubstanz und für Druckluft koaxial im zylindrischen Rohr (168) angeordnet ist, daß die Leitung (169) für die Verfestigungssubstanz und für Druckluft in Ringen (171, 170) zentriert wird, welche in die Stecker- und Buchsenelemente (137, 157) eingefügt sind, und daß die Leitung (165) für das Wasser fest mit der Außenseite jedes polygonalen Rohres (156) verbunden ist und sich entlang der Mittellinie einer der Außenseiten erstreckt.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Buchse (118) zur drehbaren Abstützung des Stranges (108) an dem Lager (109) befestigt ist, eine weitere Buchse (120) koaxial innerhalb der Buchse (118) angeordnet ist und mittels Drucklagern (121, 122) drehbar abgestützt wird, daß ein zylindrischer Körper (125) an der Oberseite der Buchse (118) zentriert und befestigt ist, daß der zylindrische Körper (125), einen unteren Sitz (129) bildet, in welchem sich die Oberseite der weiteren Buchse (120) abgedichtet dreht, daß das Gerät weiterhin einen Zwischensitz (146) und einen oberen Sitz (147) enthält, in welchem sich der Endabschnitt eines Verbindungsrohres (134) abgedichtet dreht, daß das Verbindungsrohr (134) mit der Zuführung für Druckluft und Verfestigungssubstanz verbunden und koaxial zur Buchse (120) angeordnet ist und fest mit einer Kupplungsscheibe (133) für das Steckerelement (137) verbunden ist, daß sich eine ringförmige Kammer (135) zwischen der weiteren Buchse (120) und dem Verbindungsrohr (134) ausbildet, daß die Kammer (135) mit dem Wasseranschluß an einer Seite und mit der Leitung (165) für das Wasser an der anderen Seite verbunden ist, woran Öffnungen (150) zwischen dem mittleren Sitz (146) und dem oberen Sitz (147) vorgesehen sind, und die Öffnungen (150) direkt mit der Außenseite verbunden sind.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorelement (111) einen Kupplungsblock (195) enthält, welcher aus einem Drehschemelring (196), der den Strang (108) umgibt, und einem Paar von Flügelteilen (197), die an dem Drehschemelring (196) an der Außenseite des polygonalen Rohres (156) angeschweißt sind, besteht, wobei jedes der Flügelteile (197) eine entsprechende Walze (198) abstützt, welche tangential an der entsprechenden Außenfläche des polygonalen Rohres (156) angreift und eine der Walzen (198) eine ringförmige Ausnehmung (199) aufweist, die den Durchtritt der Leitung (165) für das Wasser ermöglicht.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (198) gewölbt sind.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsblock (195) eine Platte (201) enthält, welche einen zylindrischen Sitz (202) für die drehbare Aufnahme der Abstreifringe (203) darstellt, welche den Strang (108) mit einem prismenartigen Eingriff umgeben.

8. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das grabende Mischwerkzeug (15; 113) ein rohrförmiges Element (17; 174, 175, 176) enthält, welches an seiner Oberseite ein Element (14; 173) zur Kopplung mit dem Strang (7; 108) enthält und an seiner Außenseite mit zwei Paaren von längsseitig versetzten, grabenden Schaufeln (16, 22; 184, 188) versehen ist und ein Schneidkopf (l7a; 178) nach unten gerichtet an dem rohrförmigen Element (17, 174, 175, 176) befestigt ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkopf (178) in abwärts gerichteter Position mit einem Strang (177) fest verbunden ist, welcher innen mit dem rohrförmigen Element (174, 175, 176) verrastet ist und welcher in nach oben gerichteter Position einen Becher (180) bildet, welcher mit der Leitung (169) für die Verfestigungssubstanz und für die Preßluf t verbunden ist, und der Schneidkopf (178) Öffnungen (182) aufweist, welche durch unterhalb des oberen Schaufelpaares (184) angeordnete Düsen (183) mit der Außenseite verbunden sind.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (184) in abwärts gerichteter Position Hohlräume (187) aufweisen, welche nach unten offen sind, und an denen die Düsen (183) angeordnet sind.

11. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (109) zur Abstützung des Stranges (108) durch ein Seil-Doppelsystem (204, 211), welches durch ein Paar von Hebezeugen (116, 115) bewegt werden kann, angehoben und abgesenkt werden kann, wobei die Seile zwei entsprechende Seilzüge bilden, deren eines Ende am Turm (106) und deren entgegengesetztes Ende am Lager (109) befestigt ist.

12. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haube (200) in abwärts gerichteter Position fest mit dem Motorelement (111) verbunden ist, daß die Haube das grabende Mischwerkzeug (113) überspannend angeordnet ist, daß das Motorelement (111) an einem weiteren Lager (193) befestigt ist und ein Schieber, welcher am Turm (106) geführt wird und durch fluidbetriebene Kolben (112) zwischen einer unteren Stellung, bei der das grabende Mischwerkzeug (113) abdeckt und auf dem Erdboden aufsitzt, und einer angehobenen Stellung, die eine Untersuchung des Werkzeuges (113) ermöglicht, bewegbar ist.