DE69819999T2

DE69819999T2 - Verfahren zum Mischen von Bodenmaterialien

Info

Publication number: DE69819999T2
Application number: DE69819999T
Authority: DE
Inventors: Markku Jonninen
Original assignee: Ideachip Oy
Current assignee: Ideachip Oy
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2018-09-26
Also published as: DE69819999D1; EP0906990A1; FI107629B; CA2248863C; EP0906990B1; FI973866A; ES2209058T3; DK0906990T3; US6193444B1; CA2248863A1; FI973866A0; ATE255191T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mischung von Erd- oder Bodenmaterialien, insbesondere zur Mischung eines Mischungsmaterials direkt mit im Boden vorhandenen Erdmaterialien.
Eine erfindungsgemäßes Verfahren kann z. B. in den folgenden Fällen verwendet werden:

1. Lasttragende Bodenplatten oder Fahrbahn-Unterbauten werden gebaut, indem örtlich vorhandene Bodenschichten mit geeigneten Mischungsmaterialien vermischt werden, wie Zement als Bindemittel, Kraftwerksasche für eine erhöhte Dichte und Chemikalien, die beim Reagieren die Setzung und die Stabilisierung eines Mischverbandes unterstützen.
2. Die mikrobiologische Dekontamination von Erde kann initiiert oder intensiviert werden, indem Mikroben in die Erde oder den Boden eingebracht werden oder indem die Bedingungen dahingehend modifiziert werden, dass sie für Abbauvorgänge günstig werden. Generell geht es also um das Untermischen oder Vermengen von verschiedenen Mikroben oder Chemikalien in im Boden vorhandene Erdmaterialien.
3. Die Stabilisierung von Erdmaterialien wird durchgeführt, indem geeignete Zusätze zur Verfestigung oder Setzung von Erdmaterialien verwendet werden, wobei Verunreinigungsteilchen in einen weniger mobilen Zustand versetzt werden können, um so die Diffusion von Verunreinigungen wie Giftstoffen oder Öl zu reduzieren.
4. Bei einer Bentonit-Isolierung kann der als Isoliermaterial verwendete Bentonit mit vor Ort vorkommenden Erdmaterialien vermischt werden.

Die obige Beispielliste ist nicht abschließend in Bezug auf mögliche praktische Anwendungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bis jetzt ist kein Verfahren verfügbar, das geeignet ist, das Vermischen oder Vermengen von Materialien direkt mit vor Ort vorkommenden Erd- oder Bodenmaterialien mit einer ausreichenden Effizienz und bis in eine ausreichende Tiefe zu bewerkstelligen. Die oben aufgelisteten praktischen Anwendungen zeigen jedoch, dass es eine große Nachfrage für ein solches Verfahren gibt.
Im Bauingenieurwesen kann es dazu verwendet werden, das Anhäufen und Mischen in Betonmischwerken zu ersetzen. Beim Stabilisieren oder bei der mikrobiologischen Dekontamination kann es dazu verwendet werden, die Notwendigkeit des Aushebens und Ersetzens von Erdmassen zu eliminieren.
JP 59 122619 A zeigt ein Bodenverbesserungsverfahren, bei dem der Erdaushub von dem Bodenbereich nicht an eine andere Stelle verbracht wird. Das Verbesserungsmittel sowie Erde und Sand werden von einer großen Anzahl von Rührschaufeln gerührt und gemischt, die von einem Motor in einer im Boden eingebrachten Baggerschaufel angetrieben werden.
DE 30 23 002 A offenbart eine Vorrichtung zur Stabilisation von Erdmaterialien direkt auf dem Boden. Eine drehbare Vermischungswelle hat überstehende Werkzeuge, die in den Boden eindringen. Die Vermischungstiefe und Vermischungseffizienz sind begrenzt.
US 5 379 534 zeigt ein Bodenverbesserungsverfahren, das einen Bagger verwendet, in dessen Schaufel eine Mischungsvorrichtung angebracht ist. Die Mischungsvorrichtung kann gedreht werden, während die Erdmaterialien, die in der Schaufel gemischt wurden, durch eine Öffnung in der Bodenfläche der Schaufel fallen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur effektiven Vermischung von Erdmaterialien in tiefen, gleichmäßigen Schichten zu schaffen.
Die kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im angehängten Anspruch 1 dargelegt. Die abhängigen Ansprüche offenbaren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung wird nun detaillierter beschrieben, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, von denen
1 einen Mischungsprozess mit einem erfindungsgemäßen Verfahren darstellt und
2 und 3 eine Vorrichtung zur Mischungs-Durchführung detaillierter jeweils in einer Vorder- und einer Seitenansicht darstellen.
Die Art der Anwendung des Verfahrens wird zuerst mit Bezug auf 1 beschrieben. Eine Lage 2 von Mischungsmaterial wird auf den Boden direkt über ein zu vermischendes Erdmaterial 1 gelegt. Eine Mischungsvorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist, ist am Ausleger einer Aushubmaschine 11 montiert. Im dargestellten Fall weist der Ausleger Armelemente 7 und 9 auf, die durch ein Scharniergelenk 14 aneinander befestigt sind. Die Mischungsvorrichtung 3 ist mit dem Armelement 7 mittels eines Scharniergelenks 13 verbunden. Ein Zylinder 8 kann dazu verwendet werden, die Mischungsvorrichtung 3 um das Scharniergelenk 13 relativ zu dem Armelement 7 zu bewegen und ein Zylinder 10 kann dazu verwendet werden, das Armelement 7 um das Scharniergelenk 14 relativ zu dem Armelement 9 zu bewegen. Die Hauptelemente der Mischungsvorrichtung 3 sind ein Absenkschaft 5 und eine an dessen Ende montierte und um eine horizontale Achse in Drehrichtung drehbare Schneidtrommel 4, wobei sich der obere Teil der Schneidtrommel 4 in Richtung der Vorwärtsbewegung der Arbeitsmaschine 11 bewegt. Die Arbeitsmaschine 11 bewegt sich auf einem gemischten Erd- oder Bodenmaterial 12 in Richtung der Stelle, an der gemischt oder vermengt wird.
Das eigentliche Mischen wird ausgeführt, indem die rotierende Schneidtrommel 4 in die zu mischenden Schichten 1 und 2 abgesenkt wird und indem sie aus ihrer durch gestrichelte Linien gezeichneten Startposition entlang eines durch einen Pfeil A gekennzeichneten Weges über die Mischungsstelle in Richtung der Arbeitsmaschine 11 bewegt wird, d. h. in einer Rückwärtsrichtung relativ zu der Bewegungsrichtung der Arbeitsmaschine 11. Diese Bewegung der von zu mischenden Erdmaterialien verdeckten, rotierenden Schneidtrommel 4 verbringt das sich vor ihr befindliche, zu vermischende Erd- oder Bodenmaterial in Richtung der gemischten Schicht 12, während ein Teil des sich vermischenden Erdmaterials entlang eines Weges über die Schneidtrommel 4 hinweg zurück zur Mischungsstelle gelangt. Auch das sich vor der Trommel 4 bewegende Erdmaterial wird effektiv gemischt oder vermengt. Falls die Mischungsvorrichtung 3 wiederholt entlang dieses Weges in Richtung des Pfeils A bewegt wird, können die zu mischenden Schichten 1 und 2 über die Mischungsstelle bewegt werden, um die vermischte Schicht 12 zu bilden. Die Schneidtrommel 4 hat eine Rotati onsgeschwindigkeit im Bereich zwischen 50 und 150 Umdrehungen pro Minute (UpM). Bei einer niedrigeren Geschwindigkeit wäre die Mischungseffizienz nicht signifikant und bei einer höheren Geschwindigkeit würde die Zentrifugalkraft das zu mischende Material unnötig weit weg schleudern oder zu viel Material über die Trommel zurückbringen und der Arbeitsfortschritt würde sich vermindern.
Der Absenkschaft 5 muss eine ausreichende Länge aufweisen, damit die Trommel 4 ausreichend tief abgesenkt werden kann. Der Schaft 5 muss eine Länge aufweisen, die größer ist als der Durchmesser der Trommel 4, um eine ausreichende Überdeckungstiefe zu gewährleisten und um die Mischungsmöglichkeit durch Zurückwerfen von einem Teil der Masse über die Trommel 4 hinweg zur Mischungsstelle zu gewährleisten.
Ein Bauplan der Mischungsvorrichtung 3 ist in den 2 und 3 gezeigt. Zwei Schneidtrommeln 4 sind auf gegenüberliegenden Enden eines herkömmlichen Trägerzylinders 19 befestigt. Zwischen den Trommeln 4 ist der Zylinderkörper 19 an dem Absenkschaft 5 befestigt, dessen anderes Ende mit Befestigungsmitteln 6 ausgestattet ist, um ihn an dem Ausleger einer Arbeitsmaschine zu befestigen. Im dargestellten Fall weisen die Befestigungselemente 6 Flansche 6a und 6b auf, die zwischen sich ein Gehäuse für einen Hydraulikmotor 17 bilden. Der Flansch 6b ist mit einer gelochten Haltelasche 6c und einer Haltelasche ausgestattet, die eine Befestigungsausnehmung 6d aufweist.
Im Absenkschaft 5 erstreckt sich parallel dazu eine Transmissionswelle 18, die vom Hydraulikmotor 17 angetrieben wird. Am anderen Ende dreht die Welle 18 über ein in dem Trägerzylinder befindliches Kegelrad-Zwischenstück die Schneidtrommeln 4, wobei beide in dieselbe Richtung rotieren.
Der Absenkschaft 5 hat eine Länge, die entsprechend der gewünschten Anwendung gewählt ist. In der Praxis Hat die Bodenfläche der Schneidtrommel 4 eine maximale Einsenktiefe im Bereich zwischen 1,5 und 2 m. In der Praxis liegt die benötigte Mischungstiefe in einem Bereich zwischen 0,5 und 2 m. Der Schaft 5 weist eine Rohrleitung 15 (3) auf, um an die Mischungsstelle verschiedene Mischungsmaterialien wie Chemikalien oder mikrobische Lösungen zu bringen.
Der Hydraulikmotor 17 kann auch in dem Zylinderkörper 19 angeordnet werden, wobei sich die Hydraulikschläuche im Absenkschaft 5 erstrecken. Die Hydraulikschläuche weisen Kupplungen 16 auf, die im oberen Ende des Schaftes 5 vorgesehen werden müssen, da der bodenüberdeckte Teil der Vorrichtung keine anfälligen Teile aufweisen sollte.
Die äußere Oberfläche der Schneidtrommeln 4 weist Schneiden 20 auf, die zahnförmig oder spitzkegelig sind und die in eine Richtung zeigen, die einen spitzen Winkel mit der radialen Richtung der Schneidtrommel 4 aufweisen.
Die äußeren Enden der Schneidtrommeln 4 weisen Elemente 21 in Form eines abgeschnittenen Kegels auf, welche durch schneckenförmige Bohrkronen 22 abgeschlossen werden. Auf diese Weise werden die Schneidtrommeln 4 nicht zwischen unzerstörten und rotierenden Bodenschichten eingeklemmt. Im vorliegenden Fall hat jede Schneidtrommel 4 eine axiale Länge, die im Wesentlichen ihrem Durchmesser entspricht. Das Verhältnis dieser beiden Längen kann jedoch entsprechend der gegebenen Anwendung bis zu einem gewissen Ausmaß variieren, abhängig von der nötigen Mischungstiefe und der Härte des Bodens.
Um die Mischungsaktivitäten der Vorrichtung zu vereinfachen, ist der Schaft 5 flacher in der axialen Richtung der Schneidtrommel 4 als in der dazu senkrechten Richtung, damit Erdmaterial auf beiden Seiten des Schafts 5 besser vorbeikommt.
Wie in 1 in einer typischen Arbeitsposition der Vorrichtung gezeigt, wird der Schaft 5 in einer im Wesentlichen vertikalen Position gehalten und auf beide Seiten einer vertikalen Linie bewegt. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist, dass die Arbeitsrichtung A der Vorrichtung 3 während eines Mischungs- oder Vermengungsprozesses sich in Richtung der Arbeitsmaschine 11 bewegt und in umgekehrter Richtung relativ zur Fortbewegungsrichtung der Arbeitsmaschine 11 ist.
Das Verfahren der Erfindung kann mit einer Vorrichtung ausgeführt werden, deren Konstruktionsdetails in vielfältiger Weise von der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform abweichen können. Eine oder mehrere drehbare Schneidtrommeln, die am Ende eines ausreichend langen Absenkschaftes 5 montiert sind, ist alles, was für eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nötig ist.

Claims

Verfahren zur Mischung von Erdmaterialien, bei dem eine Schneidtrommel (4), die am Ende eines an einem Ausleger (7–10) einer Arbeitsmaschine befestigten Absenkschaftes (5) montiert ist, gedreht wird, während sie von Erdmaterial überdeckt ist, um somit ein Mischen von Erdmaterialien und/oder ein Einmischen von Mischmaterial (2) in ein Erdmaterial (1) zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass – die Arbeitsmaschine (11) sich auf dem vermischten Erdmaterial (12) in Richtung der Mischungsstelle bewegt; – eine Betätigung eines oder mehrer in dem Ausleger (7–10) enthaltener Armelemente (z. B. 7) dazu verwendet wird, die Schneidtrommel (4) in der Mischungsstelle wiederholt in Richtung der Arbeitsmaschine (11) zu bewegen, während die Schneidtrommel in das zu mischende Erdmaterial (1) abgesenkt ist und rotiert; und – die Schneidtrommel (4) um eine horizontale Achse gedreht wird, wobei die Rotationsrichtung derart ist, dass sich der obere Teil der Trommel (4) in der gleichen Richtung bewegt wie die Fortbewegungsrichtung der Arbeitsmaschine (11) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Mischung eines Mischungsmaterials direkt in Erdmaterialien, die im Boden vorkommen, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsmaterial (2) vor dem Mischungsprozess auf das zu mischende Erdmaterial (1) gelegt und/oder an der Mischungsstelle während eines Mischungsprozesses versprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Schneidtrommel (4) während eines Mischungsprozesses eine Einsenktiefe im Bereich zwischen 0,5 und 2 m aufweist und eine Rotationsgeschwindigkeit im Bereich zwischen 50 und 150 UpM aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Absenkung der Schneidtrommel (4) in den Boden verwendete Schaft (5) im Wesentlichen in einer vertikalen Position gehalten wird und auf beiden Seiten einer vertikalen Linie während eines Mischungsprozesses bewegt wird.