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Verfahren zum Zusammendrücken und/oder Stabilisieren von Erdmassen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Zusammendrucken und/oder Stabilisieren
von Erdmassen. Das neue Verfahren gestattet es, Zeit und Arbeitskraft zu sparen
und ist unter den verschiedenen Bedingungen mit Vorteil anwendbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt, indem auf die Oberfläche
der Erdmasse eine dichte Haut aufgebracht wird, die rings um den zu behandelnden
Bereich dicht mit dem Boden verbunden ist, worauf durch Pumpen der Luft-bzw. Wasserdruck
in den Poren der von der Atmosphäre getrennten Bodenmasse vermindert wird. Dadurch
wird eine entsprechende Vergrößerung des zwischen den Körnern des Bodens wirkenden
Druckes erzielt.
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Die Erfindung ist an Hand von schematischen Abbildungen im einzelnen
beschrieben, ohne dadurch auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt zu werden. In
Abb. i, die einen senkrechten Schnitt durch ein Gelände zeigt, ist i, i der dichte,
feste Boden, auf welchem sich eine Schicht 2, die behandelt werden soll, befindet.
Eine dichte Haut .I wird ausgebreitet, die sich rings um den zu behandelnden Bereich
dicht an den festen Boden anschließt. Ein von der Saugpumpe 5 kommendes Rohr 6 ist
dicht durch die Haut hindurchgeführt.
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Wenn die Schicht 2 luftgefüllte Poren hat und der Druck in den Poren
durch Pumpen beispielsweise um o,9 kg/cm2 vermindert wird, so wächst gleichzeitig
der Druck zwischen den Körnern des Bodens um denselben Betrag. Dabei wird der Boden
in demselben Maße zusammengedrückt, wie wenn er mit einer Kiesschicht von o,9 kg/cm',
d. h. etwa 6 m Stärke beschwert würde.
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Nach Beendigung des Pumpens und Entfernen der Haut bleibt die Zusammenpressung
zum größten Teil bestehen. Wird der Boden zur Errichtun
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oder zum Straßenbau benutzt, so ist jede merkliche spätere Setzung vermieden, wenn
diese neue Belastung unter o,cg kg/cm= 1>leilit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist in gleicher Weise auch bei Erdmassen
mit anderem Querschnitt anwendbar, beispielsweise bei Erddämmen oder Straßendämmen
auf waagerechtem Gelände.
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Hat jedoch die Schicht 2 wassergefüllte Poren, so wird in entsprechender
Weise der Druck von (lein Poreilwasser auf das Korngerippe übergeführt. Die hierdurch
erzielte Zusamtnendrückung der Bodetiinasse ist gleich dem Volumen des abgeptimptenWassers.
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Sind die Poren groß, erzielt man rasch eine Zusammendrückung in der
ganzen Schicht 2. Sind die Poren klein, bewirkt der große Strömungswiderstand des
auszupumpenden Wassers, daß sich die Zusammendriickung nur langsam von der Mündung
des Rollres aus in der Schicht 2 ausbreitet. In letzterem Falle kann die Ausbreitung
dadurch beschleunigt werden, daß auf den Boden, aber unter der Ilaut eilt Filter
aufgebracht wird, was besonders dann vorteilhaft ist, wenn die zu behandelnde Schicht
2 eine große horizontale .\usdehnting hat. Selbstverständlich können auch mehrere
Sangrohre auf die Oberfläche des zu behandelnden Bodens verteilt werden. Gegebenenfalls
kann das Verfahren dadurch beschleunigt werden, daß in an sich bekannter Weise eine
Tiefendränage angewandt wird, indem ein System von Dräns ; verlegt wird, die vorzugsweise
senkrecht verlaufen und aus Pappe, Sand oder anderem Material bestehen und deren
obere öffnungen, wie Abb. 2 zeigt, in einem Filter 8 enden. Dadurch wird erreicht,
(laß ein Wassert ei ilclicii nur eimen kurzen Weg in den engen Poren zurücklegen
inuß, nämlich die waagerechte Strecke bis zum nächsten Drän 7, von wo es sich ohne
nennenswerten Strömungswiderstand zuerst in senkrechter Richtung in dem Drän ; und
dann in waagerechter Richtung in dein Filter 8 zum Saugrohr (i bewegen kann.
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Das Verfahren, dessen Prinzip eben beschrieben wurde, kann zur Entwässerung
von Torf direkt im Moor dienen. Ausgeführte Laboratoriumsversuche haben gezeigt,
daß der Torf durch die Wirkung derjenigen Pressung, die bei diesem Verfahren erzielt
wird, um etwa 85% zusammengedrückt werden kann, so daß er nachher ungefähr den gleichen
Wassergehalt hat wie lufttrockener Torf.
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Die oberste Schicht des Moores kann als Filter dienen, und die Dräns
sind nicht nötig, wenn das Pumpen etwa ein Jahr fortgesetzt wird. Schließlich wird
die Haut entfernt, und der fertige Brenntorf, der dichte Konsistenz hat und nur
wenig Wasser absorbiert, kann mittels einer Grabmaschine sogleich auf Eisenbahnwagen
verladen werden.
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Ini Vergleich zu den bekannten Verfahren hat das neue Torfgewinnungsverfahren
vier wichtige Vorteile: erstens kann die :lrheit während des ganzen Jahres fortgesetzt
werden, unabhängig vom Wetter, während bisher die Arbeit auf eine kurze Zeitspanne
im Sommer beschränkt war. Zweitens ist die Grabarbeit nur ein kleiner Teil von dein,
was sie früher war, da fertiger Torf-ewonnen wird und nicht Rohtorf. Drittens wird
die Lufttrocknung vermieden, und schließlich ist der fertige Torf weniger voluminös,
was die Transport- und Lagerungskosten vermindert. Diese Vorteile fallen wesentlich
mehr ins Gewicht als die Kosten für die Ahdeckhatit und für das Pumpen.
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Das nette `'erfahren kaliti auch, wie bereits erwähnt, zusammen mit
einer Tiefendränage angewendet werden, z. B. in Ton-, Sclilainin- oder Sumpfböden
beim Bau voti \\'egen, Straßen, Flugplätzen, Lagerplätzen für Kohle oder Erz. Kanälen
und in ähnlichen Fällen.
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Durch die beschleunigte Zusainnielipressung des Bodens erreicht man,
daß l-#i-di-titsclituigen undVersinkungen von Bauwerken von der vergrößerten Scherfestigkeit
verhindert werden. und/oder daß die Setzungen unschädlich gemacht werden, indem
sie vor der Errichtung der Bauwerke hervorgerufen werden. Werder Häuser. Brücken.
Kaimauern und ähnliche Bauten auf Pfählen errichtet, die den festen Boden nicht
erreichen. kann (las neue Verfahren zusammen finit einer Tiefendränage die Festigkeit
des Bodens derart erhöhen, daß die Zahl der erforderlichen Pfähle auf die Hälfte
oder eile Drittel vermindert wird. Bei dem Bau eines Hauses mit Keller ermöglicht
es die beschriebene Arbeitsweise, die Bodenoberfläche hitiunterzupressen und so
Kosten für den Auslitili zu ersparen. Man erreicht auf diese Weise auch. (laß der
Kellerboden des Hauses in der koinpritnierten Trockenkruste des Bodens eine sehr
feste Unterlage erhält.
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Die Ausnutzung des atmosphärischen Luftdruckes an Stelle einer Auflast
von z. B. Kies ergibt verschiedene Vorteile. In erster Linie ist die Anwendung des
Luftdruckes ini allgemeinen wenigerg kostspielig als eine andere Belastung. So kann
(las neue Verfahren ailcli in Fälleil ange-,vandt werden, in denen sonst die Tiefen(lrätiage
nicht lohnend wäre, z. B. zur Befestigung von Böschungen und Sohlen in Schächten.
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Weiterhin ist der atinosphiirische Luftdruck viel größer als die :\iiflast,
die mit anderen Mitteln praktisch erreichbar ist. Daher ermöglicht es das neue Verfahren,
einerseits weniger Dräns zu verwenden, anderseits eine raschere Zusammendriickung
zu erzielen als flach den bekannten Verfahren. Außerdem kann der Luftdruck seiner
Natur entsprechend weder Erdrutschung noch Bodenversinken hervorrufen. Das nette
Verfahren vermeidet die zeitraubende schichtweise Lastaufbringung, die eine Kieslast
erfordert. :\tis denselben Gründen ist das neue Verfahren auch in Fällen anwendbar,
z. B. wenn das Gelände abfällt, wo es wegen der Rutschgefahr nicht möglich ist,
eine ausreicheil(le Bescliwerting durch .\tifl)ringeli von Kies zu erreichen.
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Cie Haut kann an Ort und Stelle dadurch hergestellt werden. daß eine
düiiiie Schicht z.Ii. warmen :\sphalts mittels eines Sprengwagens aufgegossen wird
oder unter :\nwencltitig der zuni Auftragen von Farben bekannten Spritzverfahren.
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\\'o die Haut unter \\'as:er hergestellt werden
muß,
ist es am besten. eine Schicht aus gepuddeltein Ton auszulegen oder eine Tonsuspension
auf dem betreffenden Bereich sedimentieren zu lassen.
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Eine Eisdecke oder eine gefrorene Erdschicht kann ebenfalls als Haut
dienen. I11 gewöhnlichen Fällen ist es am besten, eine Haut mittels langer Binder
aus Kautschuk- oder Plastiktuch, imprägniertein Gewebe oder Karton, Blech oder anderem
\Taterial herzustellen. Die Binder können auf Spulen aufge\vickelt sein und so zum
Arbeitsplatz gebracht \verden. Die Verbindung der Bänder miteinander erfolgt durch
Kleben, Löten. Falzen oder andere bekannte 'erfahren oder auch einfach durch Überlappen
und Bedecken mit einem Streifen von Kies. Die bisher durchgeführten Versuche haben
gezeigt, daß eitle Hatit sehr guter Qualität mit geringen Kosten -ins Bindern von
Plastiktuch (Polyviiivlclilori(I) -voti o, i ; mm Dicke gebildet Weden katii1, die
elektrisch miteinander versch\veißt werden.
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Sobahl die ge\viinsclite Zusammendrückting des Bodens erreicht ist.
kiitinen die Bänder abgenominen und an anderer Stelle ver\vendet werden.
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Das Filter kann aus einer Schicht von Sand, Kies oder Steinen bestehen
oder aus einer Kombination von solchen Schichten. Man kann auch Reisig ()(ler Stroh
oder Matten daraus verwenden. Das Filter kann auch \vasserdurchlässiger gemacht
werden, indem ein Netz poröser Rohre aus Ziegel, holz Lider Blech ausgelegt wird.
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Mine Punipe saugt im allgemeinen nur bis zu 7 in Wassersäule. lfan
kann jedoch praktisch beinahe den vollen Atmosphärendruck ausnutzen, indem 1112111
die I'tu1tl)e 3 m unter dem Niveau des Filters anordnet.
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Wenn große Setzungen zu erwarten sind und gleichzeitig er\viinsclit
ist, den atmosphärischen Druck voll auszunutzen. muß die Pumpe auf dem erwähnten
Niveau angebracht \\-erden an derjenigen Stelle innerhalb de: behandelten Bereiches,
\vo die zu er\varten(le größte Setzung ist.
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In den vorstellenden :'ltisfiihrtitigen \var angenommen \vorden, (laß
ein und dieselbe Pumpe dazu dient, (las von dein Boden allgegebene Porenwasser und
die durch die Hatit einsickernde Luft abzusaugen. Ist die f_tiftinenge groß, so
kann es vorteilhaft sein. die ,\nordnung so zu treffen, (laß Wasser und l.tift in
einer Kammer sich trennen und aus dieser (huch z\\-ei verschiedene Pumpen allgesaugt
\\'erden.
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Wenn die rr(lschicht 2 der Abb. i eine große horizontale Ausdehnung
hat und nur einTeil dieser Oberfläche zu behandeln ist, muß man diesen Teil von
der übrigen Oberfläche abtrennen. Hat die Schicht 2 große Poren, so kann man längs
der gewünschten Grenze einen Graben abteufen bis zum festen Boden und die Haut bis
zur Sohle dieses Grabens hinunterführen. Man kann auch eine Spundwand oder einen
Schirm hinunterfuhren und oben die Haut damit dicht verbinden.
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Hat dagegen die Schicht 2 enge Poren, so daß ein Filter 8 u11(1 Dräns
7 gemäß Abb. 2 in dem zu behandelnden Boden vorgesehen werden müssen, so kann die
Abdichtung dadurch erreicht werden, daß die Haut genügend weit über das Filter hinaus
erstreckt wird. Die so erreichte Abdichtung genügt, %veil das Porenwasser des nicht
von Dräns durchsetzten Bodens nur sehr langsam fließt, während die Kapillarkräfte
ein Eindringen von Luft in den Boden verhindern.
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In der Praxis weist der Boden häufig eine dünne obere Schicht 9 mit
großen' Poren (Abb. 3) auf, nämlich eine trockene Kruste, in welcher- Risse vorlianden
sind und darunter eine dicke Schicht mit feinen Poren. Der Bereich mit Tiefendränage
i i wird von dem benachbarten Bereich durch einen Graben 12 getrennt, der die trockene
Kruste durchschneidet. Bis zur Sohle dieses Grabens erstreckt ,ich die Haut .I,
wie Abh. 3 zeigt. Um vom Anfang an eine dichte Verbindung zwischen der Haut 4 und
der Sohle des Grabens zu gewährleisten, kann der Rand der Haut mit einem Streifen
von Kies 13 beschwert werden.
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Da es viel leichter ist, eine wasserdichte Verbindung herzustellen
als eine luftdichte, kann es vorteilhaft sein, die Hatit ganz oder teilweise mit
Wasser zu üherschichten. Wenn der mit derTiefendränage versehene Bereich i i etwa
horizontal ist, genügt ein niedriger Damm rings um den Bereich. Wie in Abb. d dargestellt,
kann sich dieser Damm vorteilhaft direkt neben dem Graben 12 befinden, derart, daß
der Damm aus dem Aushub des Grabens hergestellt wird, und die Abdichtung dadurch
erreicht wird, daß die Haut d über die Böschung des Grabens und des Dammes verlängert
wird.
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Handelt es sich um abfallendes Gelände, so kann es durch andere Dämme
in mehrere Becken unterteilt \verden, deren Wasserspiegel verschiedene Höhe haben.
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Das Wasser i<,, da: sich über der Haut befindet, hat auch die nützliche
Wirkung einer Beschwerung der zu behandelnden Schicht. Da der Damm 14, der gemäß
Ahh.4 vorgesehen ist, dem Absinken der Haut nicht folgt, kann die Höhe des Wasserspiegels
17 Tiber der Haut 4 konstant gehalten werden, indem die Pumpe das aus dem Ton unter
der Haut abgesaugte Wasser in das Becken über dieser befördert. Unter gewissen Umständen
kann sich die Haut mehrere Meter senken, wobei die Nutzbelastung durch (las Wasser
beträchtliche Werte annimmt.
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Wenn man mit einem Torfmoor arbeitet, so kann der zu behandelnde Bereich,
wie in Ahb. 5 dargestellt, abgegrenzt werden. Die oberste Schicht 28, die große
Poren hat, ist am Rande auf einen verhältnismäßig breiten Streifen 29 abgetragen
und die Hatit 30 darauf aufgelegt, um so einen genügend langen Sickerweg
zu erhalten. Außerhalb des erwähnten Streifens wird im Streifen 31 die Oberflächenschicht
gelassen, und außerhalb desselben ist ein Damm 32 aufgeführt, der mit einer anderen
Haut gedichtet wird. Da im Streifen 31 Wasser in den Torfboden sickert, kann Luft
nicht unter dein Damm 32 eindringen und in den zu behandelnden Torfboden nachziehen,
wie es sonst der
Fall wäre, da die Kapillarität des Torfes zu schwach
ist, um das zu verhindern.
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Wenn der Boden eine natürliche Kiesschicht enthält, so kann gegebenenfalls
aus dieser Schicht gepumpt werden, anstatt aus dem Filter, das dann entbehrlich
ist.
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Auf diese Art erhält man natürlich eine Komprimierung, welche noch
stärker ist, als wenn man von einem Filter pumpt. Falls die natürliche Kiesschicht
viel Wasser führt, sollte man unter allen Umständen aus dieser Schicht pumpen, vorzugsweise
mittels kräftiger Tiefbrunnenpumpen, die in weiten, mit Sieb versehenen Rohren arbeiten,
die über den zu behandelnden Bereich verteilt sind.
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Eine besondere Anwendung des neuen Verfahrens besteht in der Verhütung
von Fließen des Bodens bei Grabarbeiten in Feinsand, Löß oder ähnlichem Boden. Ein
Beispiel dieser Anwendung zeigt Abb.6, die einen senkrechten Schnitt durch einen
Kanal 18 zeigt, der in einem feinsandigen Boden mit hohem Grundwasserspiegel im
Trocknen ausgehoben werden soll.
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Wenn man dabei keine besonderen Vorkehrungen trifft, so fließen die
Erdmassen der Böschungen herunter und machen das Ausgraben utiniöglich. Das Absenken
des Grundwasserspiegels mittels Rohrbrunnen, was in grobkörnigem Boden gut geht,
würde hier zuviel Zeit erfordern.
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Nach dem neuen Verfahren werden Dräns 21 aus Pappe in den Boden außerhalb
beider Böschungen eingebracht, wie Abb.6 zeigt: auf die Bodenoberfläche wird ein
Filter 22 aufgebracht und mit einer Haut 23 bedeckt, die an der Bodenoberfläche
rings um das Filter dicht anschließt. Wenn man darauf vom Filter pumpt, werden die
Erdmassen der Böschungen durch die Saugwirkung an ihrem Ort festgehalten. Nun können
die Böschungen abgegraben und befestigt und der Kanal mit Wasser gefüllt werden,.
dann wird das Pumpen eingestellt und die Haut entfernt.
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Eine andere besondere Anwendung, die in Abb. 7 gezeigt wird, ist,
die Tragfähigkeit von Holzpfählen 24 zu erhöhen, die in tonigem Boden stehen und
den festen Untergrund nicht erreichen. Laboratoriumsversuche haben erwiesen, daß
das Holz für Wasser viel durchlässiger ist als der Ton, besonders in der Richtung
der Holzfaser. So können die Pfähle als Dräns dienen. Über die Kopfenden der Pfähle
wird ein Filter 25 gelegt, das mit einer Haut 26 bedeckt wird, die an den Boden
rings um das Filter dicht anschließt. Man kann nun durch Pumpen aus dem Filter Wasser
aus denjenigen Tonmassen saugen, die die Pfähle am nächsten umgeben. Dieser Ton
wird dadurch verfestigt und die Tragfähigkeit der Pfähle wird größer, obwohl die
übrige Tnnnmsse tipverfestigt bleibt.