EP0202438B1 - Apparatus for consolidating and/or sealing a predetermined area in the soil - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verfestigen und/oder Abdichten eines vorgebbaren Bereichs im Erdboden, insbesondere zur Herstellung von Gründungen, Unterfangungen oder Abdichtungen in einem Baugrund, wie sie im Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs beschrieben ist.The invention relates to a device for solidifying and / or sealing a predeterminable area in the ground, in particular for producing foundations, underpinnings or seals in a building ground, as described in the preamble of the independent claim.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-C1-21 24 385 bekannt. Hierbei wird eine koaxiale Strahlanordnung verwendet, d.h. es wird ein Flüssigkeitsstrahl ringsum mantelartig von einem Luftstrahl umhüllt. Es tritt aus einer zentralen Düse Flüssigkeit aus, und diese zentrale Düse wird koaxial durch eine Ringdüse umschlossen, aus welcher Druckluft austritt. Die DE-C1-21 24 385 lehrt ausdrücklich, daß durch die aus der Ringdüse austretende Druckluft ein "Außenmantel" aus Druckluft für den Flüssigkeitsstrahl gebildet werden soll. Bei dieser bekannten Anordnung vermischen sich Flüssigkeit einerseits und Druckluft andererseits bereits im Bereich der Düsenaustrittsöffnung, zumindest wird dies dadurch beabsichtigt, daß die koaxialen Düsen unter einem Winkel zur Rohrachse angeordnet sind.Such a device is known from DE-C1-21 24 385. Here, a coaxial jet arrangement is used, ie a liquid jet is enveloped by a jet of air all around. Liquid emerges from a central nozzle, and this central nozzle is coaxially enclosed by an annular nozzle from which compressed air emerges. DE-C1-21 24 385 expressly teaches that an "outer jacket" of compressed air for the liquid jet is to be formed by the compressed air emerging from the ring nozzle. In this known arrangement, liquid on the one hand and compressed air on the other hand already mix in the area of the nozzle outlet opening, at least this is intended in that the coaxial nozzles are arranged at an angle to the tube axis.
Weiterhin ist aus der DE-C-26 00 834 ein ähnliches Verfahren bekannt, bei welchem ein aus einem Düsenkopf ausgestoßener Flüssigkeitsstrahl von einem Hochgeschwindigkeits-Luftstrahl umfaßt ist, wobei durch die Formgebung der Düse bereits im Düsenbereich eine Vermischung zwischen Flüssigkeit und Luft stattfindet, indem nämlich die Ringdüsen-Austrittsöffnung derart gerichtet ist, daß die aus der Ringdüse austretende Luft schräg nach innen zum Zentrum gerichtet ist.Furthermore, from DE-C-26 00 834 a similar method is known, in which a jet of liquid ejected from a nozzle head is encompassed by a high-speed air jet, the shape of the nozzle already causing a mixture of liquid and air in the area of the nozzle by namely, the ring nozzle outlet opening is directed such that the air emerging from the ring nozzle is directed obliquely inwards towards the center.
Zu den beiden bekannten Verfahren, die in der DE-C1-2124385 sowie in der DE-C-26 00 834 beschrieben sind, wird in der DE-A-30 02 680 wörtlich folgendes festgestellt: "Die verwendeten koaxialen Düsen sind jedoch technisch aufwendig und störanfällig. Zudem hat die Praxis gezeigt, daß die Reichweite dieses Verfahrens gegenüber einem solchen, das keine Druckluft verwendet, nicht nennenswert vergrößert wird."Regarding the two known processes, which are described in DE-C1-2124385 and in DE-C-26 00 834, the following is stated literally in DE-A-30 02 680: "However, the coaxial nozzles used are technically complex and has been prone to failure. In addition, practice has shown that the scope of this method is not significantly increased compared to that which does not use compressed air. "
Die DE-OS 30 02 680 lehrt zur Erzielung einer möglichst großen Reichweite des Hochdruckstrahles, daß der flüssige Stoff in Form eines intermittierend verdichteten Strahles injiziert wird oder daß dem flüssigen Stoff vor dem Austritt aus der Injektionsvorrichtung eine verdichtete gasförmige Phase zugeführt wird. Die Durchmischung von Flüssigkeit und Luft erfolgt somit bei diesem bekannten Verfahren bereits vor der Austrittsöffnung.DE-OS 30 02 680 teaches to achieve the greatest possible range of the high-pressure jet that the liquid substance is injected in the form of an intermittently compressed jet or that a compressed gaseous phase is supplied to the liquid substance before it emerges from the injection device. In this known method, the mixing of liquid and air therefore takes place before the outlet opening.
Die Durchmischung von Flüssigkeit und Gas ist auch bereits aus der DE-C-693 642 bekannt.The mixing of liquid and gas is also known from DE-C-693 642.
Es hat sich gezeigt, daß ein verhältnismäßig großer technischer Aufwand erforderlich ist, um einen intermittierenden Betrieb auch unter harten Baustellen-Einsatzbedingungen betriebssicher und zuverlässig durchzuführen, und es hat sich weiterhin herausgestellt, daß bei einem derartigen intermittierenden Betrieb im allgemeinen die Reichweite in vielen Anwendungsfällen nicht als vollbefriedigend angesehen werden kann.It has been shown that a comparatively great technical outlay is required in order to carry out intermittent operation reliably and reliably even under tough construction site operating conditions, and it has furthermore been found that in such an intermittent operation the range is generally not in many applications can be regarded as fully satisfactory.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist in der FR-A-23 41 014 beschrieben. Hierbei sind am Injektionsrohr nebeneinander separate Düsen für einen Luft- bzw. einen Flüssigkeitsstrahl angeordnet, die im wesentlichen parallel zu und in einem vorgegebenen Abstand voneinander geführt werden. Sowohl die Gas- als auch die Flüssigkeitsdüse haben einen runden Querschnitt.A generic device is described in FR-A-23 41 014. In this case, separate nozzles for an air or a liquid jet are arranged next to one another on the injection pipe and are guided essentially parallel to and at a predetermined distance from one another. Both the gas and the liquid nozzle have a round cross section.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung anzugeben, welche die Einbringung eines hochenergetischen Flüssigkeitsstrahls mit großer Reichweite in den Erdboden ermöglicht.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a generic device which enables the introduction of a high-energy jet of liquid with a long range into the ground.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved in accordance with the characterizing part of independent claim 1.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gasstrahldüse wird zum einen eine große Reichweite des energiereichen Flüssigkeitsstrahls erzielt, wobei der durch die schlitzförmige Gasstrahl-Austrittsöffnung aufgefächerte Gasstrahl durch seine Form und seinen definierten Abstand von der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung in vorteilhafter Weise mit dem Flüssigkeitsstrahl zusammenwirkt. Es entsteht auf diese Weise vor und hinter dem Zentralbereich des Flüssigkeitsstrahls ein Gasstrahl, dessen voreilender Teil den Boden crackt und ihn somit für eine Einspülung der Suspension durch die Flüssigkeits-Austrittsöffnung auflockert, während der nachlaufende Teil des aufgefächerten Gasstrahls die eingespülte Suspension zum Verfestigen des Bodens noch einmal kräftig in die aufgecrackten Bereiche des Bodens hineindrückt. Durch die Erfindung wird somit eine Vorrichtung geschaffen, die durch die vorteilhafte Wechselwirkung des Gasstrahls mit dem Flüssigkeitsstrahl eine Verfestigung auch von sehr schweren und undurchlässigen Böden ermöglicht.The design of the gas jet nozzle according to the invention on the one hand achieves a large range of the energy-rich liquid jet, the gas jet fanned out through the slit-shaped gas jet outlet opening advantageously interacting with the liquid jet due to its shape and its defined distance from the liquid jet outlet opening. In this way, a gas jet is created in front of and behind the central region of the liquid jet, the leading part of which cracks the floor and thus loosens it up for flushing in the suspension through the liquid outlet opening the trailing part of the fanned-out gas jet presses the flushed-in suspension vigorously once again into the cracked areas of the soil to solidify the soil. The invention thus creates a device which, through the advantageous interaction of the gas jet with the liquid jet, enables solidification even of very heavy and impermeable soils.
Während also der Stand der Technik auf eine bestmögliche Verwirbelung des Gasstrahls mit dem Flüssigkeitsstrahl abzielt, wird bei der vorliegenden Erfindung der positive Effekt des gebündelten, weitreichenden Flüssigkeitsstrahls mit dem Vorteil eines aufgefächerten Gasstrahls, insbesondere zur Vor- und Nachbereitung des Bodens, zum Flüssigkeitsstrahl vor- und nachlaufend miteinander kombiniert, so daß die Reichweite des Injektionsstrahls erhöht wird.Thus, while the prior art aims at the best possible swirling of the gas jet with the liquid jet, in the present invention the positive effect of the bundled, far-reaching liquid jet with the advantage of a fanned out gas jet, in particular for the preparation and post-processing of the soil, is prepared for the liquid jet. and subsequently combined with one another so that the range of the injection jet is increased.
Gemäß der Erfindung wird der ebenso verblüffende wie erhebliche technische Fortschritt erreicht, daß trotz einer gerätetechnisch gegenüber den bekannten Einrichtungen außerordentlich einfachen, leichten, kompakten, fast primitiv anmutenden Einrichtung Reichweiten erzielbar sind, welche diejenigen Reichweiten noch übertreffen, die bisher nur mit erheblichem technischem Aufwand, jedoch nicht mit der gleichen Zuverlässigkeit, erreichbar waren.According to the invention, the astounding as well as considerable technical progress is achieved that, despite a device-technically extraordinarily simple, light, compact, almost primitive-looking device, ranges can be achieved which still exceed those ranges which so far have only been subject to considerable technical effort, but not with the same reliability.
Es hat sich gezeigt, daß praktisch unverändert dieselben vorteilhaften Ergebnisse hinsichtlich der Reichweite erreichbar sind, wenn der Abstand zwischen den beiden Strahlen geringfügig variiert wird. Dabei können die beiden Strahlen nebeneinander oder auch übereinander angeordnet werden, ohne daß durch derartige unterschiedliche Anordnung nennenswerte Abweichungen im Ergebnis zu verzeichnen wären.It has been shown that the same advantageous results in terms of range can be achieved practically unchanged if the distance between the two beams is varied slightly. The two beams can be arranged next to one another or also one above the other without any significant deviations in the result being apparent due to such a different arrangement.
Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß bei einem runden Querschnitt des Flüssigkeitsstrahls der Gasstrahl mit einem lamellenförmigen Querschnitt gebildet wird oder daß der Gasstrahl mit einem Querschnitt gebildet wird, der die Konfiguration eines langgestreckten, schmalen Rechtecks aufweist, welches radialsymmetrisch zu dem Flüssigkeitsstrahl angeordnet wird oder daß der Gasstrahl mit einem leicht gewölbten lamellenförmigen Querschnitt gebildet wird. Dabei kann die Anordnung vorteilhafterweise derart gebildet werden, daß der Gasstrahl mit einer Querschnittsfläche gebildet wird, die größer als die Querschnittsfläche des Flüssigkeitsstrahls ist.Furthermore, it can preferably be provided that in the case of a round cross section of the liquid jet, the gas jet is formed with a lamellar cross section or that the gas jet is formed with a cross section which has the configuration of an elongated, narrow rectangle which is arranged radially symmetrically to the liquid jet or that the gas jet is formed with a slightly curved lamellar cross section. The arrangement can advantageously be formed such that the gas jet is formed with a cross-sectional area that is larger than the cross-sectional area of the liquid jet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß getrennt von der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung wenigstens eine diskrete Gasstrahl-Austrittsöffnung vorgesehen ist und daß die Gasstrahl-Austrittsöffnung auf einem Abstand von der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung angeordnet ist, welcher in der Größenordnung einiger Durchmesser der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung liegt. Eine derartige Vorrichtung ist nicht nur außerordentlich einfach herzustellen, sondern erweist sich vor allem im Gebrauch als sehr robust, betriebssicher, sowie insbesondere zur Erzielung reproduzierbarer Ergebnisse hervorragend geeignet. Es werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch dann gleichbleibend gute Reichweiten-Ergebnisse erzielt, wenn die Größe und/oder der Abstand der beiden Öffnungen variiert werden. Es können beim Gebrauch die beiden Öffnungen ebensogut nebeneinander wie übereinander oder auch in einer beliebigen anderen relativen räumlichen Lage zueinander verwendet werden, ohne daß das erzielte Ergebnis dadurch nennenswert beeinflußt würde.The device according to the invention is characterized in that at least one discrete gas jet outlet opening is provided separately from the liquid jet outlet opening and in that the gas jet outlet opening is arranged at a distance from the liquid jet outlet opening which is of the order of a few diameters of the liquid jet outlet opening lies. Such a device is not only extremely simple to manufacture, but also proves to be very robust, reliable, and particularly well suited for achieving reproducible results. Even with the device according to the invention, the range results are consistently good achieved if the size and / or the distance between the two openings are varied. In use, the two openings can be used as well next to one another as above one another or in any other relative spatial position to one another without the result obtained being appreciably influenced thereby.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch keineswegs anfällig gegen Abnutzungs-Erscheinungen ist, denn auch bei einer durch Verschleiß und/oder Fremdeinwirkung herbeigeführten Veränderung der Oberfläche im Öffnungsbereich wird das gleichbleibend gute Reichweiten-Ergebnis nicht nachteilig beeinträchtigt.It has been shown in practice that the device according to the invention is in no way susceptible to signs of wear and tear, because even with a change in the surface in the opening area caused by wear and / or external influences, the consistently good range result is not adversely affected.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß auf dem Düsenträger eng benachbart nebeneinander mehrere Gasstrahl-Austrittsöffnungen angeordnet sind. Es können zwei oder auch eine größere Anzahl von Gasstrahl-Austrittsöffnungen verwendet werden, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß der Gesamtluftstrahldurchmesser unabhängig von der Anzahl der verwendeten Gasstrahl-Austrittsöffnungen im wesentlichen konstant gehalten ist. Vorzugsweise sind mehrere Gasstrahl-Austrittsöffnungen eng benachbart nebeneinander angeordnet.A further advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized in that a plurality of gas jet outlet openings are arranged closely adjacent to one another on the nozzle carrier. Two or even a larger number of gas jet outlet openings can be used, it preferably being provided that the total air jet diameter is kept essentially constant regardless of the number of gas jet outlet openings used. A plurality of gas jet outlet openings are preferably arranged closely adjacent to one another.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß bei einem runden Querschnitt der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung die Gasstrahl-Austrittsöffnung schlitzförmig ausgebildet ist. Dabei kann die Anordnung vorzugsweise derart getroffen sein, daß die Gasstrahl-Austrittsöffnung einen Querschnitt aufweist, der die Konfiguration eines langgestreckten, schmalen Rechtecks aufweist, welches radial-symmetrisch zu der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung angeordnet ist oder daß die Gasstrahl-Austrittsöffnung die Konfiguration eines leicht bogenförmig gewölbten Schlitzes aufweist oder daß die Querschnittsfläche der Gasstrahl-Austrittsöffnung größer als die Querschnittsfläche der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung ausgebildet ist.An advantageous further development of the subject matter of the invention provides that the gas jet outlet opening is slit-shaped with a round cross section of the liquid jet outlet opening. The arrangement can preferably be such that the gas jet outlet opening has a cross section which has the configuration of an elongated, narrow rectangle which is arranged radially symmetrically to the liquid jet outlet opening or that the gas jet outlet opening has the configuration of a slightly arcuate has arched slot or that the cross-sectional area of the gas jet outlet opening is larger than the cross-sectional area of the liquid jet outlet opening.
Gemäß der Erfindung kann mit einer außerordentlich einfachen gerätetechnischen Anordnung bei sehr geringem Raumbedarf weitgehend erschütterungsfrei und vor allem umweltfreundlich eine Bodenverbesserung und/oder eine Abdichtung durch Einbringung von Zement-Suspensionen in die verschiedendsten Bodenarten durchgeführt werden. Auf diese Weise können auch bei sonst nicht tragfähigen Böden Bauwerke errichtet und grundsätzlich nachträglich unterfangen werden, und zwar ebenso für eine Bauwerks-Sanierung wie für den Aushub einer Baugrube unmittelbar benachbart neben dem Fundament eines Bauwerks.According to the invention, with an extremely simple device-technical arrangement with very little Space requirements largely vibration-free and, above all, environmentally friendly, soil improvement and / or waterproofing can be carried out by introducing cement suspensions into a wide variety of soil types. In this way, buildings can also be erected on floors that are otherwise not load-bearing and can generally be undertaken retrospectively, both for building renovation and for excavating a construction pit immediately adjacent to the foundation of a building.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen die Figuren 1 und 2 alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer rein schematischen Vorderansicht.The invention is described below, for example with reference to the drawing; 1 and 2 show alternative embodiments of the device according to the invention in a purely schematic front view.
Die Fig.1 zeigt rein schematisch einen Düsenträger 30 in einer Vorderansicht. Während der Düsenträger 30 gemäß der Darstellung in der Fig.1 die Konfiguration eines Sechsecks aufweist, könnte dieser Düsenträger auch jede andere beliebige geometrische Konfiguration haben, beispielsweise rund ausgebildet sein.1 shows, purely schematically, a
Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Zuleitungen für Flüssigkeit einerseits und für Gas andererseits nicht dargestellt, es sind vielmehr nur für die Austrittsöffnungen hinsichtlich ihrer Form, Größe und in bezug auf ihre relative Lage in den Figuren 1 und 2 vorteilhafte gerätetechnische Ausführungsformen veranschaulicht.To simplify the illustration, the feed lines for liquid on the one hand and for gas on the other hand are not shown, rather advantageous device-technical embodiments are illustrated only for the outlet openings with regard to their shape, size and in relation to their relative position in FIGS. 1 and 2.
Gemäß der Darstellung in der Fig. 1 ist eine Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung 31 in Form einer Bohrung vorgesehen, die einen Durchmesser von einigen Millimetern aufweist. Auch in der Fig. 2 ist die Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung jeweils als Bohrung 41 dargestellt, obwohl grundsätzlich auch andere Querschnittsformen für eine Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung brauchbar sind.1, a liquid
Zur Vereinheitlichung der Darstellung ist auch in der Fig. 2 der Düsenträger 40 mit einer sechseckigen Konfiguration gezeichnet. Es versteht sich, daß unabhängig von Form und Lage der Austrittsöffnungen der Düsenträger beispielsweise auch rund oder viereckig ausgebildet sein oder auch eine anderweitige geometrische Konfiguration haben könnte.In order to standardize the illustration, the
Nach der Darstellung in der Fig. 1 ist auf Abstand von der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung 31 eine schlitzförmige Gasstrahl-Austrittsöffnung 32 angeordnet. Die schlitzförmige Gasstrahl-Austrittsöffnung 32 hat einen Querschnitt, welcher einem langgestreckten, schmalen Rechteck entspricht.According to the illustration in FIG. 1, a slit-shaped gas jet outlet opening 32 is arranged at a distance from the liquid jet outlet opening 31. The slot-shaped gas
Nach der Darstellung in der Fig.2 ist auf Abstand von und benachbart zu der Flüssigkeitsstrahl-Austrittsöffnung 41 eine Gasstrahl-Austrittsöffnung 42 angebracht, die als leicht bogenförmig gewölbter Schlitz ausgebildet ist.According to the illustration in FIG. 2, at a distance from and adjacent to the liquid jet outlet opening 41, a gas
Wenn dafür gesorgt wird, daß die Öffnungsquerschnitte der verschiedenen Gasstrahl-Austrittsöffnungen, wie sie in den Fig.1 und 2 dargestellt sind, jeweils insgesamt gleich sind, ergeben sich auch hinsichtlich der Arbeitsergebnisse keine nennenswerten Abweichungen. Grundsätzlich kann natürlich gemäß den oben niedergelegten Erläuterungen das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche der Flüssigkeits-Austrittsöffnung einerseits und der Gasstrahl-Austrittsöffnung andererseits variiert werden, ohne daß erhebliche Abweichungen im Arbeitsergebnis erreicht werden, da auch die Arbeitsdrücke und damit die Austrittsgeschwindigkeiten nach den aus dem Stand der Technik bekannten Erfahrungsregeln variiert und angepaßt werden können.If it is ensured that the opening cross sections of the various gas jet outlet openings, as shown in FIGS. 1 and 2, are all the same overall, there are also no noteworthy deviations with regard to the work results. Basically, of course, according to the explanations set out above, the ratio between the cross-sectional area of the liquid outlet opening on the one hand and the gas jet outlet opening on the other hand can be varied without significant deviations in the work result being achieved, since the working pressures and thus the exit speeds also correspond to those from the state of the art Technology known rules of experience can be varied and adapted.
Claims (5)
- Apparatus for consolidating and/or sealing a predeterminable area in the ground, particularly for making foundations, underpinnings or seals in a building site by injecting at least one liquid material in at least one high energy liquid jet, accompanied by the simultaneous addition of a substantially parallel exhausted gaseous material with an injection tube, with the liquid jet exit port and the gas jet exit port (31, 32; 41, 42) being formed in a common nozzle carrier (30, 40), the liquid jet exit port (31, 41) having a round cross-section and the distance between liquid jet exit port and gas jet exit port (11, 12) being some few liquid jet cross-sections, characterized in that the gas jet exit port (32, 42) has a slot-like construction.
- Apparatus according to claim 1, characterized in that the gas jet exit port (32) has a cross-section with the configuration of an elongated, narrow rectangle and which is arranged radially symmetrically to the liquid jet exit port (31) (fig 3).
- Apparatus according to claim 1, characterized in that the gas jet exit port (42) has the configuration of a slightly arcuately curved slot (fig 4).
- Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional surface of the gas jet exit port is larger than the cross-sectional surface of the liquid jet exit port.
- Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that several gas jet exit ports are arranged in closely juxtaposed manner on the nozzle carrier.
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