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Verfahren zur Verdichtung natürlicher oder künstlicher, wassergesättigter,
loser Bodenmassen Es ist bekannt, lose Bodenmassen mit Hilfe von Stampf-, Rüttel-,
Walzgeräten, durch Rammen von Pfählen u. dgl. zu verdichten. Es ist außerdem
bekannt, die Verdichtungswirkung beim Rütteln dadurch zu verstärken, daß die Bodenmassen
unter die Wirkung eines nach oben gerichteten Wasserstromes gesetzt werden. Alle
diese Verfahren haben den Nachteil, daß größere Bodenmassen in einem Zuge nicht
verdichtet werden können, da die Anwendung dieser Verfahren auf begrenzte Flächen
beschränkt ist, so daß durch diese nebeneinanderliegenden Flächen ein mehr oder
weniger inhomogener Boden entsteht. Außerdem sind'die vorgenannten Verfahren kostspielig
und langwierig.
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Versuche des Erfinders haben gezeigt, daß sich eine Sandschicht durch
Rütteln rascher setzt, wenn sie unter der Wirkung einer nach unten gerichteten Wasserströmung
steht, als wenn dieselbe nach aufwärts gerichtet ist, und wenn die Rüttelung derart
ist, daß der Kornverband des Bodens vorübergehend gelöst wird. Der Strömungsdruck
des nach unten durchtretenden Wassers vergrößert dabei das scheinbare Gewicht des
Sandes, wodurch ein rascheres Setzen der Sandschichten erzeugt wird. Die Versuche
haben ferner gezeigt, daß eine wirkungsvolle Einrüttelung nur dann möglich ist,
wenn die Poren des Sandes mit Wasser gesättigt sind, so daß jede scheinbare Kohäsion
des Bodens ausgeschaltet wird. Ist nämlich der Sand nur durchfeuchtet, dann kleben
die Körner infolge der Oberflächenspannung des Wassers aneinander, und die Rüttelung
bl.eibt wirkungslos. Der Wirkungsgrad der Rüttelung wird außerdem wesentlich in
dem Augenblick erhöht, wo die Frequenz der aufgebrachten Schwingung in Übereinstimmung
mit der Eigenschwingungszahl des Bodens steht.
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In Verfolg dieser Arbeiten wurde nun gefunden, daß man natürliche
oder künstliche, wassergesättigte, lose Bodenmassen durch Rüttelung in einfacher
und sehr wirkungsvoller Weise verdichten kann, wenn man zum Einrütteln nicht ein
Werkzeug, sondern einen schwingenden Flüssigkeitsstrahl verwendet.
Vorzu-Sweise
wird dabei ein solcher ver-23 wendet, dessen Frequenz der Eigenschwingungszahl des
Bodens und dessen Amplitude
| und Laufgeschwindigkeit den örtlichen V |
| hältnissen, wie z. B. der Korngröße, Schic |
| dicke u. dgl., angepaßt sind. Die Durch -. |
| rung dieses Verfahrens geschieht in |
| de |
Weise, daß der schwingende Flüssigkeitsstralil in einen elastischen Leiter, z.B.
Einsen Kautschul-:- oder Gewebeschlauch, durch den einzurüttelnden Boden geleitet-
wird, wobei der Leiter im Züge der Einrüttelung durch den Boden hindurchgezogen
wird. Falls die Sandschicht erst aufgebracht wird, verlegt man die Leiter zweckmäßig
vorher an Ort und Stelle. Falls die Schüttung schon an Ort und Stelle liegt oder
wenn es sich um natürliche Sandlagen handelt, können die Leiter in bekannter Weise
mit Hilfe gekrümmter Spüllanzen in den Boden eingebracht werden, wie es bei der
Verlegung von Unterseekabeln üblich ist. Die beiden Enden des Leiters verbleiben
dabei an der Erdoberfläche. Bei größeren Längen empfiehlt es sich, in den Leiter
ein Drahtseil einzuziehen, welches beiderseitig, z. B. mittels einer Bauwinde,
ge-
spannt werden kann. Sodann wird mit Hilfe einer Pumpe o. dgl. Wasser durch
den Leiter hindurchgeschickt und das strömende Wasser in longitudinale Schwingungen
versetzt. je nach der Stärke der aufgebrachten Schwingungsenergie bilden sich innerhalb
des Leiters Knoten von gestauchtein Wasser, welche sich mit der Wasserströmung vorwärts
bewegen, bis sie den ganzen Leiter durcheilt haben. Hierdurch wird die ganze Umgebung
des Leiters eingerüttelt'und in dichteste Lagerung gebracht.
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Da der Einrüttelvorgang die Schwingungen dämpft, tritt die volle Schwingung
erst nach einiger Zeit an der Austrittsstelle des Leiters zu Tage. Dies ist das
Anzeichen dafür, daß die Rüttelung entlang des ganzen Leiters wirksam geworden ist.
Man kann diesen Vorgang außerdem noch dadurch kontrollieren, daß man Standrohre
in den Boden einbringt, in denen das Wasser steigt, solange der Sand in Setzung
begriffen ist. Ist die Rüttelung entlang des ganzen Leiters zu Ende geführt, dann
wird das Drahtseil im Inneren des Leiters z. B. mit Hilfe von Winden gespannt und
der Leiter langsam nach oben gezogen. Unter der Wirkung der Rüttelung sind nämlich
die Schichten dicht über dem Leiter in nahezu flüssigem Zustand, was ein Hochziehen
ermöglicht. Das Ergebnis ist eine durchgehende, lotrechte, verdichtete Wand auf
die Länge des ganzen Leiters.
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In ähnlicher Weise kann der schwingende Leiter ebensogut waagerecht,
z. B. von einem Schlitz aus, durch die Sandschicht hindurchgezogen werden, so daß
'auf diese Weise auch Sandlagen unter Bauwerken, z. B. Damm-
| u. dgl., eingerüttelt werden kön- |
| s' dp Einbringen des Leiters mit Hilfe |
| mt r Spüllanzen nicht möglich oder |
| W'ime Leiter n ö t auch ige Tiefe von lotrechten zu
groß, Brunnen dann können oder |
Schlitzen aus in die gewünschten Tiefenlagen eingeführt werden, indem von einem
Brunnen oder Schlitz zum andern in bekannter Weise ein waagerechtes Verbindungsrohr
durchgespült wird, in welchem der Leiter nachgesteckt werden kann. Nach Ziehen der
waagerechten Spülrohre und Verfüllen der Brunnen oder Schlitze können die Leiter
unter der Wirkung der Rüttelung ebenfalls nach oben gezogen werden. Es kann auch
dergestalt vorgegangen werden, daß der Leiter in lotrechter U-Form mit Hilfe einer
entsprechelid ausgebildeten Spüllanze bis zur nötigen Tiefe eingespült wird, worauf
er in Schwingung versetzt und unter Wirkung derselben in dieser Lage waagerecht
verschoben wird.
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Zur Erzeugung der Schwingungen des Flüssigkeitsstraliles bzw. im Flüssigkeitsstroin
können Schwingungskörper, wie z. B. kleine, rasch laufende Rüttler, schwingende
Membranen, Kolben o. dgl., verwendet werden. Auch die Explosionen von Motoren können
verwendet werden. Die zuletzt genannte Anordnung hat den Vorteil, daß für den iIntriel)
der Pumpe für den Flüssigkeitsstroin und die Erzeugung der Schwingungen in demselben
ein und derselbe Explosionsmotor gleichzeitig verwendet werden kann. Die Schwingungen
des Flüssigkeitsstrahles können schließlich auch noch mit Hilfe von in ihrer Tonhöhe
veränderlichen Abreißdüsen Pfeifen, o. dgl. jerzeugt werden, durch die die dem Leiter
zugeführte Flüssigkeit in Schwingung gesetzt wird.
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t' zi Das vorliegende Verfahren eignet sich zur durchgehenden Verdichtung
von Schüttungen und lockeren natürlichen Sandschichten, insbesondere dann, wenn
sie unter Wasser liegen; liegen sie im Trocknen, dann kann der Boden durch oberflächliche
Berieselung mit Wasser gesättigt werden, wobei der nach abwärts gerichtete Sickerstrom
die Wirksamkeit der Rüttelung noch unterstützt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend an Hand von zeichnerischen
Darstellungen im einzelnen näher erläutert.
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Fi--1. i veranschaulicht das Einlegen eines Schlauches i unter einer
künstlichen Schüttung 2, durch die die Mulde 3 des gewachsenen Bodens4 aufgefüllt
werden soll. Es wird zunächst der Schlauch i entlang der Muldenoberfläche verlegt,
durch den ein Drahtseil 5 geführt ist. Dieses Drahtseil ist
beiderseits
der Mulde an einer Winde 6 befestigt. Der Schlauch i ist mit dem einen Ende
an der Pumpe 7 angeschlossen. An dem anderen Ende kann das Wasser frei austreten.
Nach dem Aufbringen der Schüttung.w#ird mit dem Rüttelvorgang -gemäß der Erfindung
begonnen, wobei der Schlauch gleichzeitig,-mittels der Winden 6 aus der Schüttung
hochgezogen wird.
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Die Fig. ?- und 3 zeigen die Verdichtung einer waagerechten
Sandlage 8, die von einer Schicht 9 aus bindigem Boden überdeckt ist.
Fig. 2 stellt hierbei eine Draufsicht dar, wälirend Fig, 3 ein Schnitt nach
der Linie III der Fig. 2 ist. Zunächst wird ein Schacht io ausgehoben, der um die
Sandlage 8 derart herum läuft, daß in der Mitte ein Block der Sandlage und
des gewachsenen Bodens stehenbleibt. Der Schlauch joa wird um den Block gewachsenen
Bodens herunigelegt, worauf der Schacht, wie bei i i dargestellt ist, verfüllt wird.
Der Schlauch ist an die Pumpe i?, angeschlossen. Ein in dem Schlauch geführtes Drahtseil
13 ist mit beiden Enden an der Winde 14 befestigt.. Alsdann erfolgt die Rüttlung
durch den schwingenden Flüssigkeitsstrahl unter gleichzeitigem waagerechtem Durchziehen
des Schlauches durch die Sandlage, indem das Drahtseil 13 bei 14 aufgewunden wird.
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In Fig, 4 ist das Einspülen eines Schlauches 15 mit Hilfe einer gekrümmten
Spüllanze 16 dargestellt. Durch die Leitung 17 wird Preßwasser geschickt. Nachdem
der Schlauch 5
in dem Boden 18 in die dargestellte Lage gebracht ist, wird
gerüttelt und damit der Boden verdichtet.
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Fig. 5 zeigt das Verfahren zum Verdichten in größeren Tiefen.
In dem gewachsenen Boden 2,o werden Brunnenschächte 21 ausgehoben. Von einem solchen
Brunnen aus wird der Schlauch ig durch waagerechtes Einspülen in den gewachsenen
Boden eingetrieben. Der Schlauch erhält an seinem Ende eine Düse 22, und diese Düse
wird unter gleichzeitigem Einpressen von Wasser durch eine hydraulische Presse waagerecht
durch den Boden getrieben. 23 und 24 bezeichnen hierbei das Gestänge und
die Presse. Das Vortreiben erfolgt so lange, bis der Schlauch in dem gegenüberliegenden
Schacht ' zutage tritt. Hierauf wird der Schlauch völlig durchgezogen, das
Gestänge zurückgenommen, und der Einrüttelvorgang gemäß der Erfindung kann einsetzen.
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In den Fig. 6 und 7 sind zwei Ausführungsformen von
lotrechten Rüttellanzen dargestellt. In Fig. 6 ist der Schlauch
2-5 um eine Spüllanze 2,6 in U-Form abgebogen, so daß das Wasser im
Schlauch auf der Innenseite zurückströmt. Die Spüllanze selbst gestattet das Einspülen
der Lanze bis zur gewünschten Tiefe.
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Fig. 7 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform, bei
der das Wasser in der zentral angeordneten Spüllanze-:27 nach unten strömt, und
zwar so lange, wie das Einspülen -des Gerätes vor sich geht. Dann wird die untere
Austrittsöffnung 28geschlossen, so daß das Wasser -zwischen der Wandung des Rohres
:27 und dem konzentrisch angeordneten Schlauch 29 zurück nach oben strömt,
wobei gleichzeitig die Rüttlung erfolgt. Am unteren Ende des Schlauches 29 kann
ein Kugelventil 30 vorgesehen sein.
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Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Schwingungen
des Flüssigkeitsstrahles mit Hilfe eines Kolbens erzeugt werden. Hier wird das Wasser
von der Zuleitung 31 über die Pumpe 32 und den zur Begrenzung der Schwingungen
vorgesehenen Windkessel 33 zum Rüttelerreger 34 geführt. Der Rüttelerreger
3 4 besitzt einen Kolhen 3 4a,
der durch den rasch laufenden
Exzenter 34b in Schwingung gebracht wird. Hierdurch entstehen im strömenden Wasser
Schwingungen. Dieses schwingende Wasser wird über die Zuleitung 35 zu dem
eigentlichen Rüttelgerät 36 geführt, welches in Fig. 8 in der Form
einer Rohrspirale dargestellt ist. An Stelle einer solchen Rohrspirale kann jedoch
beispielsweise auch ein Schlauch verwendet werden, wie in Fig. i ein solcher mit
i dargestellt ist. Die Rüttelspirale bzw. der Schlauch wird während des Rüttelvorganges
aus der Schüttung 37 herausgezogen. Das schwingende Wasser strömt am Ende
bei 38 aus, um gegebenenfalls wieder zur ursprünglichen Zuleitung
31 zurückgeführt zu werden. Die Zuleitung 35 und die Rüttelspirale
36 sind durch ein VerbindungsstÜck 39 miteinander verbunden.