DK2998448T3 - Fremgangsmåde til bæreevne-forbedring af åbne profiler, der er indsat i byggegrund, såvel som system, der er fremstillet ved anvendelse af samme. - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til forbedring af bæreevnen for åbne profiler, der er indsat i en byggegrund. Endvidere angår opfindelsen et system bestående af et åbent profil og en byggegrund, som omgives af det åbne profil. Åbent profil betyder her en byggekomponent med et tværsnit, der er lukket i sig selv og i profilets længderetning i det væsentlige har samme tværsnit. Profilet er åbent forneden og foroven. På tilsvarende måde kan åbne profiler ud over cirkulære rørføringer også være firkantrør, kasseprofiler, skakte, sænkekasser og lignende. Endvidere er åbne profiler også l-bærere (dobbelt-T-bærere), spunsvægge eller lignende, der dels omfatter et ikke helt omsluttet område mellem de i byggegrunden liggende flige af profilet, såvel som i bredeste forstand bæreelementer af tekstil-indkapslede granulater, for eksempel GCC (geotekstil coatede søjler).

Ved indvibrering eller installation af et profil i undergrunden opstår der alt efter forekomsten af porerum mere eller mindre udtalt porekomprimering og dermed en spændingsændring i området ved kontaktfladen mellem det indsatte profil og byggegrunden. Ved indsætning ved hjælp af vibrering og nedramning bliver den via kontaktfladen eksisterende i-spænd-sætning i byggegrunden stærkt reduceret, hvorved den totale bæreevne af det indsatte profil tydeligt er reduceret i forhold til et nedrammet profil. Med henblik på opnåelse af en bedre i-spænd-sætning af det indvibrerede eller instillede profil i byggegrunden blev profilet så hidtil efter-nedrammet eller efter-nedpresset kort før opnåelse af slutdybden. Eftersom der mange steder af byggetekniske eller miljøbeskyttelsesgrunde ikke tillades nedramning, er denne fremgangsmåde ofte ikke hensigtsmæssig. Ydermere er en ekstra nedramning forbundet med betydelige ekstraomkostninger og tidsforsinkelser til anskaffelse, skift af redskaber og udrustning af nedramning-sindretningen. På basis heraf kendes der fra EP 2 706 148 A1 en fremgangsmåde til bæreevneforbedring af åbne profiler, som er anbragt i en byggegrund med porerum, hvorved der ved anbringelse af profilet i byggegrunden og efterfølgende i-spænd-sætning af det af det åbne profil omsluttede område af byggegrunden med profilvæggen ved placering af et fortrængningsmiddel i det af det åbne profil omsluttede område udøves et betydeligt tryk på profilvæggens inderside, hvorved der opnås en i-spænd-sætning af dette omsluttede område med profilet. Derved bliver der stort set opnået en lukning af det åbne profil, og bæreevnen forøges i overensstemmelse med den i profilet herskende, lodrette jordspænding. Derved kan fortrængningsmidlet være et fuldprofil, der optager en del af det åbne profils tværsnitsdimension, og som indsættes i det af det åbne profil omsluttede område af byggegrunden. På grund af de i byggegrunden inddrevne fuldprofil bliver byggegrunden i det af det åbne profil omsluttede område kompakteret, hvorved der indtræder en markant spændingsforøgelse, og denne virker så stort set som en lukning af det åbne profil. I overensstemmelse hermed sker der en forøgelse af det indsatte profils bæreevne.

Ifølge Graby J., T. Bueker og T. Hamånn: Numerical simulation of pile installation processes in dry and saturated granular soils (8th European Conference on Numerical Method in Geotechnical Engineering (NUMGE) 2014, TH Delft) bliver den forhøjede jordspænding ved indsætning af et fuldfortrængningspælværktøj (FDP fuldfortrængsningspæl fra firmaet Baumaschinenbau GmbH, Bauerstrasse 1, 86529 Schropenhausen) modelleret numerisk.

Endvidere er det fra EP 0 264 998 A1 kendt, at der med henblik på fundamente-ring anbringes opskummet materiale i undergrunden for således før placering af pæle eller ankre at opnå en afstivning af jordformationen. Heri er det endvidere beskrevet at anbringe en afstivning neden under et eksisterende fundamentering-selement. Endvidere er det alternativt beskrevet at i-spænd-sætte undergrunden med det eksisterende materiale og dernæst at anbringe en pæl i den således i-spænd-satte undergrund. På grundlag af EP 2 706 148 A er den til grund for opfindelsen liggende opgave målrettet og kontrolleret anvendeligt at realisere bæreevneforbedringen efter anbringelse af profilet.

Denne opgave løses, hvad angår fremgangsmåde ved hjælp af krav 1 og med hensyn til apparat ved hjælp af krav 8.

Ved drivning af fortrængningslegemet til rotation og styring af forholdet mellem fremdriftshastighed og rotationshastighed bliver jord transporteret og/eller fortrængt til siden. Derved kan den respektive, i det åbne profil opnåede i-spænd-sætning styres, således at fortrængningslegemet ved en ønsket, kraftig i-spænd-sætning af jorden roterer med lavere rotationshastighed og derved trykkes kraftigt ned i jorden, hvorved der først og fremmest sker en jord-kompaktering inden for det åbne profil i boredybdeområdet. Bores der imidlertid med højere rotationshastighed ved en lavere fremdriftshastighed, bliver jorden tidligere transporte ret, hvorved kompakteringen og dermed spændingen i området ved borspidsen mindre hurtigt forøges.

Med henblik på opnåelse af en så ensartet spændingsforøgelse som muligt på profilvæggens inderside ved fortrængningen af den i dette område foreliggende jord bliver fortrængningslegemet indsat centralt langs profilaksen. Ved større profildiametre kan det med henblik på økonomisk opbygning af en i-spænd-sætning være fordelagtigt, hvis et antal fortrængningslegemer samtidigt indsættes og indbyrdes parallelt. Når der ved momentan nedsættelse af fortrængningslegemet til boredybden sker måling og styring af det anvendte drejningsmoment og den effektive belastning, bliver indtrængningsforløbet for fortrængningslegemet med henblik på eftervisning af stabiliteten og kvaliteten af udførelsen dokumenteret, hvorved styringen af det anvendte drejningsmoment og den effektive belastning kan ske i henhold til forudbestemte værdier og/eller de målte værdier. Når der ved den efterfølgende i-spænd-sætning af det område af byggegrunden, som omsluttes af det åbne profil, med profilvæggen ved indsætning af et fortrængningslegeme sker en svag udvidelse af det åbne profil, sker der ligeledes en spændingsforhøjelse på profilets yderside, altså på kontaktfladen mellem profilvæggen og den ydre byggegrund. På grund af den forøgede i-spænd-sætning af kontaktfladen mellem profilet og den ydre byggegrund sker der ligeledes forøgelse af kappefriktionen, hvilket resulterer i en yderligere forhøjet bæreevne. På grund af, at der ved den åbne profil ved momentan anbringelse af fortrængningslegemet til boredybden sker måling af det aktuelle jordtryk, og det anvendte drejningsmoment og den virkende belastning reguleres i afhængighed deraf, kan spændingsforhøjelsen, der opnås ved anbringelsen af fortrængningslegemet i undergrunden, kontrolleres og boreapparatet styres i afhængighed deraf. Der opnås som følge heraf en meget kontrolleret nedsætning af fortrængningslegemet og derved en nøje kontrolleret forbedring af bæreevnen. Derved kan der i den respektive dybdeposition også opnås forskellige i-spænd-sætninger i undergrunden, hvorved trykopbygningen, der dannes i propper, bliver kendt ved hjælp af målinger, bliver overvåget, og der afledet deraf kan ske styring af boreapparatet.

Ved anvendelse af fremgangsmåden over hele højden af det af den åbne profil omsluttede område af byggegrunden (indre jordsøjle) og muligheden for i vilkårlig dybde ved hjælp af endnu større tryk at udvide det åbne profil, kan kappefriktionen og lejringsspændingen mellem det åbne profils ydervæg og jorden mobiliseres, hvilket forøger den laterale og/eller aksiale bæreevne. Forøgelsen afhænger her i det væsentlige af proptrykket, som mobiliseres af fortrængningslegemet og af rørets indre stivhed. Jo større rørdiameter og jo mindre vægtykkelse, desto større er udvidelsen og derved den mobiliserede lejringsspænding og kappefriktion udvendigt for det åbne profil. Endvidere kan profilet ved hjælp af slidser eller lignende være udformet med svækkelse. Når anbringelsen af profilet sker ved vibrering eller installation, bliver i-spænd-sætningen af profilet i byggegrunden ved anbringelse af profilet ganske vist tydeligt reduceret, eftersom det indledningsvis løst til mellemtæt lejrede jord kompri-meres ved indvibrering af profilet. Imidlertid er et sådant anbringelsesforløb med mindre påvirkning af omliggende byggeri og nuværende miljøbeskyttelsesforanstaltninger at foretrække, hvorved der på grund af den efterfølgende realisering af bæreevneforbedringen på grund af anbringelse af fortrængningslegemet sker forøgelse af profilets i-spænd-sætning i undergrunden. Dette sker ved, at der navnlig centralt passerer en udvidelse gennem fortrængningslegemet. Derved bliver jorden skåret op. I skærefugen forstørres dens volumen på grund af udvidelse, hvilket på grund af randbetingelsen, nemlig det omsluttede profil, er forhindret og medfører væsentlige i-spænd-sætninger. Derved opnås der en markant forøgelse af spændingstilstanden på kontaktfladen mellem profil og jord (byggegrund). Som følge heraf kan også mindre bæredygtig jord på grund af fortrængningsprocessen i givet fald komme i anvendelse med henblik på belastningsafledning (Η, V, M). På grund af, at der ud fra det anvendte drejningsmoment og den udøvede aksial-kraft ved den respektive boredybde kan tilbagesluttes til den der frembragte spænding kan den i undergrunden opnåede spænding beregnes ved hjælp af parametre, som under placeringsprocessen på simpel måde kan detekteres. Ved et system af et åbent profil og en byggegrund, som udviser porerum, og hvori profilet anbringes, hvorved det af profilet omsluttede område i byggegrunden er sat i spænd på grund af indsatte fortrængningslegemer med profilets profilvæg, er fortrængningslegemet et fortrængningspæl-værktøj, som kan drives i rotation og kan indstilles. Med fortrængningspæl-værktøjet, som på et boreapparat på sædvanlig måde drejeligt og med et passende belastningstryk trykkes ned i jorden, realiseres jordfortrængningen inden for det åbne profil på en sådan måde, at der alt efter styring af boreapparatet, altså udvælgelse af et større eller mindre be- lastningstryk, henholdsvis en højere eller lavere rotationshastighed for borestangen, på kontrolleret måde kan ske forbedring af bæreevnen ved kompaktering af jorden inden for det i jorden anbragte, åbne profil.

Ved større profiler er der med fordel tilvejebragt et antal profiler, som indbyrdes jævnt er fordelt på det omsluttede områdes tværsnit, parallelt med hinanden og med profil-aksen. På grund af, at der tilvejebringes eengangs-tryksensorer på det åbne profil, udvendigt og/eller indvendigt på profilvæggen, og som har aktiv forbindelse til en signalbehandlingsenhed på jordoverfladen, kan der ved anbringelse af fortrængningslegemet udføres måling af den aktuelle spænding i jorden. Som prisfordelagtige tryksensorer kan der for eksempel anvendes strain-gauges eller lignende.

Hvis fortrængningspæl-værktøjet omfatter en eengangs-borespids, således at der ved optrækning af fortrængningspæl-værktøjet opstår en åbning, gennem hvilken ifyldningsbetonen til dannelse af en fortrængningspæl strømmer, kan fortrænger-pæl-værktøjet efter anbringelsen inden i det åbne profil ved tab af borespidsen og samtidig ifyldning af beton trækkes tilbage og således praktisk talt erstattes af fortrængningspæle, som er fremstillet af beton. Den i jorden opnåede kompaktering og dermed spændingsforøgelse og propdannelse opretholdes herved i det væsentlige, altså i-spænd-sætningen sikres permanent ved færdig betonering med FDP-pæl fremstilling. I nødstilfælde kan betonen tilføres under tryk med henblik på at undgå en uønsket jord-aflastning. Dette kan desuden kontrolleres ved hjælp af tryksensorerne, der er anbragt på det åbne profil, også efter afbinding af fortrængerpælen. Når fortrængerpæl-værktøjet og tilsvarende den betonerede fortrængerpæl som helprofil optager 2 % til 20 % af det åbne profils tværsnitsarel samt langs profilaksen centralt er indsat i det af det åbne profil omsluttede område af byggegrunden, bliver jorden kompakteret og i-spænd-sat ved indsætning af fortrængningspælen i det af det åbne profil omsluttede område, hvorved dette område praktisk talt danner en prop, og der i overensstemmelse hermed sker en forøgelse af bæreevnen. Fortrinsvis har fortrængningspælen en tværsnitsstørrelse, som er cirka 5 % til 10 % af det åbne profils størrelse. På grund af, at profilet i sin profilvæg omfatter svækkelseszoner eller slidser, i hvilke en større udvidelse af profilet er mulig, muliggøres der ved i-spænd- sætning af det af det åbne profil omsluttede område af byggegrunden en større udvidelse af profilet, således at dette også med profilvæggens yderside bevirker en stærkere kontakt til den udenfor liggende byggegrund, således at indlejringsspændingen og kappefunktionen yderligere forøges. I overensstemmelse hermed kan det indsatte profils bæreevne yderligere forøges. Svækkelseszoner er for eksempel lokale områder i profilvæggen, som har en markant mindre materialetykkelse eller er fremstillet af et andet, mere blødt materiale. Ved anvendelse af slidser, som med fordel i det væsentlige har retning parallelt med profil-aksen, kan udvidelsen af profilet betydeligt lettes. Svækkelseszonerne og/eller slidserne bør imidlertid så lidt som muligt svække styrken af profilet, som skal indsættes i byggegrunden, samt indføringen af bærelast. I det følgende bliver opfindelsen beskrevet nærmere ved hjælp af tegningens figurer, hvor:

Fig. 1 viser et åbent profil i rørform, med et deri optaget fortrængningslegeme, og Fig. 2 den i fig. 1 viste situation, set i tværsnit.

Fig. 1 viser et åbent profil 1, som er udformet med en profilvæg 10 i rørform. Som det fremgår af fig. 1, er det åbne profil 1 til en bygningsfundering indsat lodret i byggegrunden 2 og rager med henblik på yderligere byggemæssig anvendelse kun lidt ud over jordoverfladen med sit profilhoved 11.

Det åbne profil 1 er for eksempel indsat ved vibrering i byggegrunden 2. Derved sker der en jordkomprimering ved reduktion af volumen og deraf følgende tydelig reduktion af de vandrette spændinger på kontaktfladerne såvel udvendigt omkring det åbne profils 1 profilvæg 10 som udvendigt. Denne volumenreduktion kan detekteres på en skridtragt, som dannes udvendigt omkring det åbne profil såvel som også analogt indvendigt. I overensstemmelse hermed forringes i-spænd-sætningen for det indsatte, åbne profil 1 med byggegrunden 2, eftersom der på grund af volumenreduktionen sker en markant reduktion af jordspændingen. I det af det åbne profil 1 omsluttede område 21 er der i byggegrunden 2 anbragt et fortrængningslegeme 4 i form af et fortrængningsværktøj 40, næsten til profilfoden 12 på det åbne profil 1. Derved er fortrængningslegemet 4 i det væsentlige langs profil-aksen indsat centralt inden i det åbne profil. Denne situation er vist i tværsnit i fig. 2.

Ved anbringelsen af fortrængningspæl-værktøjet 40 inden i det åbne profil 1 ved hjælp af et passende boreapparat styres det på fortrængningspæl-værktøjet 40 virkende drejningsmoment såvel som belastningen på boreapparatet. Med henblik på overvågning af kompakteringen, som forårsages af fortrængningslegemets 4 indtrængen i det åbne profil 1, og den derved opståede i-spænd-sætning af jorden 2 er der anbragt tryksensorer 5 på det åbne profils profilvæg 10. Tryksensorerne består for eksempel af strain-gauges, som via en aktiv forbindelse 51 er forbundet til en signalbehandlingsenhed 50 på jordoverfladen 20.

De i signalbehandlingsenheden 50 detekterede jordspændingsværdier optegnes med henblik på dokumentation af bæreevneforbedringen og bliver ifølge en foretrukket udførelsesform for opfindelsen umiddelbart anvendt med henblik på regulering af indsætningsprocessen, altså den fra boreapparatet ønskede belastning og drejningsmoment. De på signalbehandlingsenheden 50 detekterede jordspændingsværdier optegnes med henblik på dokumentation af bæreevneforbedringen og ved en foretrukket udførelsesform for opfindelsen umiddelbart til regulering af anbringelsesprocessen, altså den belastning og det drejningsmoment, som skal tilvejebringes af boreapparatet.

Ved styringen/reguleringen af forholdet mellem fremdriftshastighed og rotationshastighed bliver der enten transporteret mere jord eller trængt mere jord til side. I sidste tilfælde opnås der således en stærkere kompaktering af jorden, i-spænd-sætning og således propdannelse. På grund af denne forstærkning af det omsluttede område 21 i det indre af det åbne profil 1 opnås der følgelig næsten en lukning af det åbne profil 1, og bæreevnen svarende til den ved profilets 1 fod 12 herskende lodrette jordspænding (her parallelle pile på profilfoden 12) bliver forøget. På grund af det centralt i profil-aksen indsatte fortrængningslegeme 4 bliver jorden 2 i det omsluttede område 21 stærkt komprimeret, således at der opstår horisontalspændingerne, der er vist med radialt udad rettede pile, og som skubber på jorden på indersiden af profilets 1 profilvæg 10. På tilsvarende måde trykkes jorden sammen af profilet 1 og danner næsten en lukning, således at det indsatte profil 1 desuden kan optage den i området ved profilfoden 12 herskende lodrette jordspænding som belastning, som det med parallelle pile er vist i fig. 1. I det som tværsnit viste billede i fig. 2 er de i det åbne profil 1 i det omsluttede område 21 i byggegrunden 2 radialt virkende horisontalkræfter så store, at det åbne profil udvides lidt (fuldtegnet cirkel) fra den ubelastede situation (punkteret cirkel; grundtilstand). Denne elastiske udvidelse af profilet 1 kan for eksempel yderligere understøttes med svækkelseszoner eller slidser i profilvæggen 10. I det her viste udførelseseksempel sidder der udvendigt på det åbne profils 1 profilvæg 10 tre ensvinklet fordelte tryksensorer 5 i form af strain-gauges med henblik på kontrol af udvidelsen af det åbne profil, og som bevirkes af i-spænd-sætningen. På grund af udvidelsen af det åbne profil bliver også i-spænd-sætningen af den uden for det åbne profil liggende byggegrund 2 forøget, således som det er antydet med de radialt udad rettede spændingspile. Som følge heraf sker der forøgelse af kappefriktionen på profilvæggens 10 yderside, hvorved bæreevnen for profilet 1 yderligere forøges. Følgelig kan i-spænd-sætningen langs profilet bevidst anbringes der, hvor en i-spænd-sætning eller forøgelse af bærelasten er ønsket.

Henvisninastal I åbnet profil 10 profilvæg II profilhoved 12 profilfod 2 byggegrund 20 jordoverflade 21 omsluttet område 4 fortrængningslegeme 40 fortrængningspæl-værktøj 41 snekkegang 42 eengangs-borespids 5 tryksensor 50 signalbehandlingsenhed 51 aktiv forbindelse

Claims (14)

1. Fremgangsmåde til bæreevne-forbedring af åbne profiler (1), som er anbragt i en byggegrund (2) med porerum, med arbejdstrinnene; anbringelse af profilet (1) i byggegrunden (2), og efterfølgende i-spænd-sætning af det område (21), som omsluttes af det åbne profil (1) med profilvæggen (10) ved indsætning af fortrængningslegemer (4) i det område (21) af byggegrunden, som er omsluttet af det åbne profil (1), hvorved fortrængningslegemet (4) ved indsætning i byggegrundens (2) område (21), der omsluttes af det åbne profil (1), optager en del af det åbne profils (1) tværsnitsareal, kendetegnet ved, at jord transporteres og/eller skubbes til side ved drivning af fortrængningslegemet til rotation og styring af forholdet mellem fremdriftshastighed og rotationshastighed.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der langs profil-aksen centralt sker indsættelse af et fortrængningslegeme (4), eller et antal fortrængningslegemer jævnt fordelt og indbyrdes parallelt indsættes.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller krav 2, kendetegnet ved, at der ved momentan nedsænkning af fortrængningslegemet (4) til boringsdybden sker måling og styring af det anvendte drejningsmoment og den aktive belastning.

4. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at det åbne profil (1) svagt udvides ved den efterfølgende i-spænd-sætning af det område (21) af byggegrunden (2), som omsluttes af det åbne profil (1) med profilvæggen (10), når forskydningslegemet (4) indsættes.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der ved momentan nedsænkning af forskydningslegemet (4) til boringsdybden udføres måling af det aktive jord- tryk ved det åbne profil, og det anvendte moment og den aktive belastning reguleres i afhængighed deraf.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der ud fra det anvendte drejningsmoment og den udøvede aksialkraft i den respektive boringsdybde sker bestemmelse af den der frembragte i-spænd-sætning.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at anbringelse af det åbne profil (1) sker ved vibrering eller ved indstilling.

8. System bestående af et åbent profil (1) og en byggegrund (2) med porerum, i hvilken byggegrund profilet (1) er anbragt, hvorved det område (21) af byggegrunden (2), som er omsluttet af det åbne profil (1), er i-spænd-sat på grund af indsatte fortrængningslegemer (4) med profilets (1) profilvæg (10), kendetegnet ved, at fortrængningslegemet (4) er et fortrængningspæl-værktøj (40), der kan drives til at rotere, og som kan indstilles.

9. System ifølge krav 8, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt et antal fortrængningslegemer (4), som er jævnt fordelt over tværsnittet af det omsluttede område (21) på en måde, så de er parallelle med hinanden og med profilaksen.

10. System ifølge krav 8 eller krav 9, kendetegnet ved, at én-gangs-tryksensorer (5) er tilvejebragt uden på det åbne profil (1) og/eller indvendigt på profilvæggen (10), hvilke tryksensorer omfatter aktive forbindelser (5) til en signalvurderingsenhed (50) på jordoverfladen (20).

11. System ifølge krav 8, 9 eller 10, kendetegnet ved, at fortrængningspal-værktøjet (40) omfatter en én-gangs-borespids (42), således at der ved udtrækning af fortrængningspæl-værktøjet (40) opstår en åbning, gennem hvilken betonen, som skal indfyldes med henblik på dannelse af en fortrængningspæl, strømmer.

12. System ifølge krav 11, kendetegnet ved, at fortrængningspæl-værktøjet (40) og tilsvarende den betonstøbte fortrængningspæl som fuldprofil (4) optager mellem 2 % og 20 % af det åbne profils (1) tværsnitsareal, hvilket fuldprofil er indsat centralt langs profil-aksen i det område (21) af byggegrunden (2), som er omsluttet af det åbne profil (1).

13. System ifølge et hvilket som helst af kravene 8 til 12, kendetegnet ved, at fortrængningspæl-værktøjet (40) på sin ydervæg omfatter en snekkegang (41).

14. System ifølge et hvilket som helst af kravene 8 til 13, kendetegnet ved, at profilet (1) i sin profilvæg (10) omfatter svækkelseszoner eller slidser, ved hvilke en større udvidelse af profilet (1) er mulig.