EP0672794B1

EP0672794B1 - Tiefenverdichter

Info

Publication number: EP0672794B1
Application number: EP95103781A
Authority: EP
Inventors: Peter Rudloff
Original assignee: Terramix GmbH
Current assignee: Terramix GmbH
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 2001-08-01
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: DE4409008A1; DE59509455D1; DE4409008C2; EP0672794A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Tiefenverdichter für die Verdichtung tiefliegender Bodenschichten, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der SU-A-146 38 67 ist ein Bodenverdichter bekannt, der Fundamentgräben oder Einzelfundamente durch den freien Fall eines Verdichtungselements herstellen soll. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß eine Verdichtung tiefliegender Bodenschichten nicht möglich ist.

Bodenverdichter sind in zahlreichen Abwandlungen bekannt geworden. Beispielsweise ist aus der DE-AS 20 59 644 ein Bodenverdichter bekannt geworden, der mittels eines Pendelarmes eine auf eine Schotteroberfläche aufsetzbare Druckplatte in Schwingungen versetzt, wobei sowohl horizontale als auch vertikale Schwingungen in die Bodenoberfläche, die in dem vorliegenden Anwendungsfall durch ein Schotterbett eines Gleises gebildet wird, einleitbar sind. Derartige Verdichter sind gut geeignet, wenn Oberflächenschichten verdichtet werden müssen, beispielsweise also wenn Schotter auf einer gut tragfähigen Tiefschicht aufgebracht wird. Aufgrund der Spitzen an den Verdichtungselementen dringt bei dieser bekannten Lösung das Verdichtungselement etwas in die Schotteroberfläche ein.

Häufig besteht jedoch das Problem, daß aufgrund gestiegener Verkehrslasten die Tragfähigkeit des Untergrunds nicht mehr ausreichend ist. Dies gilt sowohl bei Neubaustrecken als auch bei Umrüstung auf höherwertige Gleisanlagen, wenn beispielsweise eine Gleisstrecke ICE-tauglich gemacht werden soll, oder nunmehr durch Schwerlast-Güterverkehr befahrbar sein soll.

In diesen Fällen ist es erforderlich, eine Verdichtung der tiefliegenden Grundschichten vorzunehmen, wozu bislang stets die oberen Schichten, ggf. einschließlich des bereits liegenden Schotterbetts, abgetragen wurden und jede Schicht in der Höhe von z.B. 30 bis 50 cm separat verdichtet worden ist.

Dieses Verfahren ist zum einen sehr arbeitsaufwendig und zeitraubend, zum anderen dann nicht möglich, wenn während der Gleisbauarbeiten auf einem parallel verlaufenden Gleis in unmittelbarer Nähe starker Verkehr herrscht. In solchen Fällen hat man sich häufig mit Hilfskonstruktionen beholfen, indem nämlich eine Spundwand oder ein Verbau vorgesehen wird, was weiteren Aufwand bedingt.

Ferner ist es aus der US-PS 3 865 501 bekannt, einen gattungsgemäßen Tiefenverdichter mit einem Schaft auszustatten, an welchem ein Verdichtungselement angeschlossen ist. Bei dieser Lösung wird der Schaft in Schwingungen versetzt und die Verdichtung erfolgt über sechs oder acht sternförmig an einem Rohr außen abstehende Platten, die das Verdichtungselement bilden und zur Verdichtung in Resonanzschwingungen versetzt werden. Um während des Eindringens keine allzu hohe Verdichtung zu erzeugen, wird die Schwingfrequenz zu diesem Zeitpunkt halbiert und erst in der gewünschten Zieltiefe, die 30 m oder mehr betragen können soll, wird die Resonanzfrequenz angesteuert.

Nachteilig bei dieser Lösung ist es, daß das Verdichtungselement nach erfolgtem Verdichten häufig schwer entfernbar ist, zumal durch die Resonanzschwingungen gerade im unmittelbar an die Flügel angrenzenden Bereich Verdichtungszonen erzeugt werden.

Ein weiteres Problem besteht bei Böden, die eine körnige Grundstruktur aufweisen, so daß Resonanzschwingungen aufgrund der starken Dämpfung durch die Böden nur schlecht übertragen werden können. In solchen Fällen sieht die Lösung gemäß der US-PS 3 865 501 vor, durch Wasserzugabe die Übertragungskräfte zu erhöhen. Diese Maßnahme gelingt jedoch dann nicht, wenn beispielsweise oberhalb der zu verdichtenden Schicht eine wasserundurchlässige Schicht, wie eine Tonschicht, liegt, so daß die darunter befindliche Schicht dann nicht ausreichend verdichtet werden kann. Während die Verdichtungswirkung bei der Lösung gemäß der genannten US-Patentschrift bei einheitlichem Bodengefüge gut ist, ist sie bei geschichteter Bodenstruktur, beispielsweise wenn sich lockere körnige Schichten mit zäheren Schichten (Lehm usw.) abwechseln, unbefriedigend.

Ferner ist aus der DE-AS 21 25 732 eine Schotterverdichtmaschine bekannt, die speziell dafür geeignet sein soll, über Schwellen hinweg mit mehreren Vibrationsspitzen eine Verdichtung des Schotters zu erzeugen. Die gesamte Einheit ist um einen Schwenkpunkt S verschwenkbar. Im Bereich eines Jochs oberhalb einer Schwelle sind zwei gegenläufig arbeitende Unwuchtmotoren angeordnet, die je über Druckplatten auf eine keilförmig ausgebildete Querschubleiste wirken, mit welcher die Verdichtung erzielt werden soll. Diese Lösung ist mechanisch aufgrund der synchron und gegenläufig arbeitenden Unwuchtmotoren, die ziemlich stabil gelagert werden müssen, recht aufwendig. Es müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, damit einzelne grobe Steine des Schotters sich nicht an den Druckplatten verklemmen, die gegen das die Unwuchtmotoren lagernde Joch arbeiten. Zudem läßt sich eine Tiefenverdichtung mit dieser Lösung nicht erzielen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Tiefenverdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, der unempfindlicher hinsichtlich der Bodenstruktur ist und mit welchem eine verlässliche Tiefenverdichtung ohne Abtrag etwaiger Deckschichten wie eines Schotterbetts möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß weist das Verdichtungselement mindestens zwei im wesentlichen gleiche, nach unten hängende Verdichtungsfinger auf. Die Verdichtung ist im Bereich zwischen den Verdichtungsfingern und in dem hierzu benachbarten Bereich überraschend gut, wobei dem Kompressionsgrad zugute kommt, daß die Verdichtungsfinger beim Eindringen des Tiefenverdichters zunächst eine horizontale Vorverdichtung bewirken und das folgende Joch, auch wenn es nicht bis in den Verdichtungsbereich selbst nach unten geführt wird, aufgrund der über seine Stampffläche erzeugten Drücke eine vertikale Nachverdichtung erzielt. Die Strukturunabhängigkeit des erfindungsgemäßen Tiefenverdichters ist aufgrund der Kombination horizontaler und vertikaler Verdichtungskräfte verbessert und auch bei körnigem Boden erfolgt kein seitliches Ausweichen der zu verdichtenden Bereiche, nachdem diese von den mindestens zwei sich nach unten erstreckenden Verdichtungsfingern zangenartig umklammert werden.

Besonders günstig läßt sich erfindungsgemäß die Tatsache ausnutzen, daß mehrere Verdichtungsfinger gleichartig ausgebildet sind. Der Verdichtungsfortschritt kann überlappend erfolgen, so daß der hinterste Verdichtungsfinger je stets in das Loch eingeführt wird, das durch den vordersten Verdichtungsfinger belassen wurde. Ein seitliches Ausweichen der zu verdichtenden Schichten ist dann insofern sicher verhindert, wobei es sich versteht, daß gewünschtenfalls der hinterste Verdichtungsfinger länger als die anderen Verdichtungsfinger ausgebildet sein kann. Es ist auch möglich, ein elastisch oder zumindest beweglich aufgehängtes Schutzrohr in das vorderste Loch des vorigen Verdichtungsvorgangs einzuführen, so daß der augenblickliche Verdichtungsvorgang nicht dazu führt, daß Bodenmaterial in das zuvor erstellte Loch hineingedrückt wird.

Gegenüber den bekannten Lösungen zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß in tiefen Bereichen das Bodenmaterial komprimiert wird, nachdem es immerhin von drei Seiten von dem erfindungsgemäßen Verdichtungselement umgeben ist. Durch die beispielsweise von einer Ramme eingeleiteten Schläge auf den Schaft des Tiefenverdichters wird das Verdichtungselement nicht nur nach unten getrieben. Vielmehr werden auch Schwingungen der Verdichtungsfinger mit ihrer Eigenfrequenz erzeugt, die auch zur Verdichtung beitragen und die das Herausziehen des Tiefenverdichters erleichtern.

Die Verdichtungsfinger können entweder konisch oder zylindrisch ausgestaltet sein, wobei im Grunde ein mehreckiger Querschnitt auch möglich wäre. Die Konizität kann so gewählt sein, daß es nicht erforderlich ist, daß das Joch den Boden berührt. Bevorzugt ist die zylindrische Ausgestaltung mit einem Konus am Ende, der einen stumpfen Konuswinkel aufweist. Der Konus bewirkt je eine Vorverdichtung, die um so stärker ist, je größer der Konuswinkel ist, was jedoch die Arbeitsgeschwindigkeit reduziert. Dementsprechend sollte der Konuswinkel deutlich unter 180° liegen, beispielsweise bei 120 bis 150°.

Der Verdichtungsgrad wird ferner davon beeinflußt, wie groß der Abstand zwischen den Verdichtungsfingern im Verhältnis zu ihrem Durchmesser ist. Bei bereits vorverdichtetem Boden müssen lediglich wenige Verdichtungsfinger mit geringem Durchmesser - bezogen auf ihren Abstand - verwendet werden. Der Durchmesser eines Verdichtungsfingers sollte jedoch nicht unter einem Achtel des Abstands zwischen den Verdichtungsfingern liegen, um eine wirksame Verdichtung sicherstellen zu können. In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn sowohl die Anzahl, die Anordnung als auch die Ausgestaltung der Verdichtungsfinger je an die gewünschten Verhältnisse anpassbar ist. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist es daher vorgesehen, daß die Verdichtungsfinger an dem Joch lösbar befestigt sind.

Das Verhältnis zwischen Vor- und Nachverdichtung ist ferner über die Länge der Verdichtungsfinger einstellbar. Die Nachverdichtung erfolgt vorteilhaft über eine Stampffläche unten an dem Joch, die bevorzugt V-förmig ausgestaltet ist, so daß das Eindringen des Jochs in den Boden erleichtert ist. Es besteht auch die Möglichkeit, einen nach unten gewandten T-Träger als Stampffläche zu verwenden, wobei dann der Querbalken des T als Stampffläche wirkt.

Der erfindungsgemäße Tiefenverdichter ist nicht auf die Verwendung bei der Verdichtung von Schottergründungen beschränkt. Vielmehr ist es möglich, die erfindungsgemäße Tiefenverdichtung in allen Bereichen des Erdbaus einzusetzen, so beispielsweise für die Erstellung von Dammschüttungen, bei der Erstellung von Geländeeinschnitten zur Verfestigung der Tiefenschichten sowie bei der Erstellung von zu verfestigenden Untergründen für den Straßenbau, aber auch beispielsweise für die Bodenmelioration. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren der Tiefenverdichtung eingesetzt wird, läßt sich die Standfläche zum Beispiel für Bohrplattformen oder ähnliche Bauwerke verbessern und Belastungen durch Hochbauwerke lassen sich in konstruktiv vereinfachter Weise auffangen, wenn erfindungsgemäß die Bodenpressung durch die Tiefenverdichtung erhöht wird.

Ferner versteht es sich, daß nicht lediglich natürliches Erdreich verdichtbar ist, sondern beispielsweise auch Verfüllmaterialien wie gemahlene oder gebrochene Beton- oder Schlakkenstoffe und sogar entsprechende Kunststoffe. Die erfindungsgemäße Tiefenverdichtung ist auch nicht auf den Trockenbereich beschränkt; vielmehr läßt sie sich auch in wasserführenden Schichten und gewünschtenfalls auch unterhalb wasserführender Horizonte erfolgreich einsetzen.

Besonders günstig ist es, daß gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tiefenverdichters eine Vibrationsramme oder ein Vibrationserreger einsetzbar ist, dessen Drehzahl regelbar ist. Damit läßt sich die Frequenz der eingeleiteten Schwingungen in weiten Grenzen steuern, was zu entsprechenden Steuerungsmöglichkeiten für die Ausdehnung des Schwingungsfeldes in alle Richtungen führt. Hierdurch ist auch der Grad der erfindungsgemäß bewirkten Kornumlagerung steuerbar, was unmittelbare Auswirkungen auf die Dichte und Tragfähigkeit der erfindungsgemäß bearbeiteten Masse hat.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß anstelle einer Vibrationsramme zwei oder mehrere Vibrationserreger vorgesehen sind. Diese können sowohl einzeln gesteuert werden, wodurch sich die Taktfolge der eingeleiteten Schwingungen erhöhen läßt, als auch zueinander synchronisiert angesteuert werden, was die Leistung der je eingeleiteten und abgegebenen Schwingungen erhöht. Ein derartiges System läßt sich besonders günstig einsetzen, wenn mehrere Vibrationsfinger nicht nur nebeneinander, sondern in mindestens zwei Ebenen, also hintereinander eingesetzt werden. Bei dieser Art der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tiefenverdichters ist es möglich, die mehrfach eingeleiteten Schwingungen dergestalt auszunutzen, daß der im Raum zwischen den Vibrationsfingern unter den Vibrationserregern befindliche Boden einer besonders starken Verdichtung unterzogen wird. Durch die eingeleiteten Schwingungen werden die Verdichtungsfinger auch horizontal ausgelenkt, wobei das allseits umgebene Erdreich besonders stark verdichtet wird.

Anstelle der oder zusätzlich zu den bevorzugt vorgesehenen Vibrationsrammen, die eher niederfrequent arbeiten, lassen sich mit Erfolg Hochfrequenz-Vibrationserreger einsetzen, wobei etwaige erzeugte Interferenzen aufgrund der bestehenden Schwingungsmaxima die Kornumlagerung und damit die Verdichtung besonders fördern.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1: eine etwas schematisierte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Tiefenverdichters;
Fig. 2: einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tiefenverdichters, unter Darstellung des unteren Endes eines Verdichtungsfingers in teilweise aufgebrochener Ansicht; und
Fig. 3: eine Ansicht entlang der Linie III-III aus Fig. 2.

Ein Tiefenverdichter 10 weist einen Schaft 12 und ein Verdichtungselement 14 auf, das aus einem Joch 18 und im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels vier Verdichtungsfingern 20 besteht. Das Joch 18 ist an dem Schaft 12 angeschweißt, wobei die Verbindung zwischen Joch 18 und Schaft 12 zusätzlich über Knickschutzstäbe 22 und 24, die schräg zwischen Schaft und Joch verlaufen, verstärkt ist. Der Schaft 12 besteht aus einem massiven Rohr und hat an seinem Einspannende eine Aufnahme 26 für eine an sich bekannte Vibrationsramme. Es versteht sich, daß anstelle der dargestellten Aufnahme auch andere geeignete Aufnahmen verwendet werden können. Die Aufnahme muß jedoch auch Zugkräfte übertragen können, um den Tiefenverdichter nach erfolgter Verdichtung aus dem Boden entfernen zu können. Wenn zur Lockerung des eingetriebenen Tiefenverdichters für das Vorbereiten des Herausziehens die Aufnahme nach beiden Seiten bewegt wird, wird die Verbindung zwischen Joch und Schaft auf Biegung belastet. In diesem Falle kommen die Knickschutzstäbe 24 zum Einsatz, die so verschweißt sind, daß sie unter Zugbelastung die jeweiligen Knickkräfte aufzunehmen vermögen.

Das Joch 18 ist als Querbalken ausgebildet und weist an seiner Unterseite Aufnahmen für die Verdichtungsfinger 20 auf. Die Verdichtungsfinger 20 können entweder an dem Joch verschweißt sein oder in stabilen Steckaufnahmen austauschbar gehalten sein. In jedem Falle ist es bevorzugt, eine Lagerung sowohl an dem unteren Ende 30 als auch an dem oberen Ende 32 der Steckaufnahme 34 vorzusehen, um so etwaige seitliche Momente gut abstützen zu können. Seitliche Momente können beim Eindringen in den Boden durch unterschiedliche Bodenstrukturen auf die Verdichtungsfinger 20 eingeleitet werden, so daß es günstig ist, wenn die Höhe der Steckaufnahme 34 nicht weniger als ein Zehntel der Länge des Verdichtungsfingers 20 und bevorzugt etwa ein Viertel dieser Länge beträgt, wenn die Verdichtungsfinger 20 lösbar sind, oder ein Achtel, wenn die Verdichtungsfinger 20 verschweißt sind.

Das erfindungsgemäße Joch weist an seinem unteren Ende seitlich zwischen den Verdichtungsfingern 20 je Stampfflächen 36 auf, die im wesentlichen V-förmig ausgestaltet sind, so daß sich unten an dem Joch 18 eine Eindringkante 38 ergibt. Der Winkel des V kann zwischen etwa 90 und 150° betragen, wobei es sich versteht, daß beliebige andere geeignete Ausgestaltungen möglich sind, beispielsweise auch ein Radius oder eine entsprechende Verjüngung zwischen den Steckaufnahmen 34 über die Breite des Jochs 18. Im Beispielsfalle ist der Abstand der beiden mittleren Verdichtungsfinger 20 geringer als der Abstand zwischen je einem mittleren und dem je äußeren Verdichtungsfinger. Durch diese Ausgestaltung wird in der Mitte, also unterhalb des Schaftes 12 je die stärkste Kompression erzeugt. Es versteht sich, daß anstelle dessen auch eine rastertreue Anbringung der Verdichtungsfinger 20 möglich ist, wie auch, daß die Anzahl der Verdichtungsfinger 20 nach den Erfordernissen gewählt wird und beispielsweise sogar auch acht oder zehn betragen kann.

Jeder Verdichtungsfinger weist an seinem unteren Ende einen Konus 40 auf, mit dem das den Verdichtungsfinger 20 bildende Rohr unten abgeschlossen ist. Der Konus 40 erleichtert das Eindringen jedes Verdichtungsfingers 20 in den Boden.

Im Betrieb wird nun der Tiefenverdichter 10 entweder in Zeichnungsrichtung oder seitlich bewegt. Bei Bewegung in Zeichnungsrichtung ist es bevorzugt, daß die bei einem Verdichtungsvorgang erzeugten Löcher vor Einleitung des nächsten Verdichtungsvorgangs mit Schotter oder dergleichen aufgefüllt werden, um so zu verhindern, daß sie durch den folgenden Verdichtungsvorgang einbrechen. Bei Bewegung seitlich kann hingegen auch ein überlappendes Fortschreiten gewählt werden, so daß der zu verdichtende Bereich seitlich stets einegklammert ist und nicht ausbrechen kann.

Bei einer abgewandelten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tiefenverdichters 10 ist es vorgesehen, wenigstens eine Injektionsdüse 42 an der Spitze mindestens eines Verdichtungsfingers 20 vorzusehen. Es versteht sich, daß auch mehr als ein Verdichtungsfinger 20 verwendet werden kann und daß auch mehr als eine Injektionsdüse 42 pro Verdichtungsfinger 20 möglich ist. Ferner versteht es sich, daß neben der hier dargestellten verschließbaren Ausgestaltung der Injektionsdüse 42 auch eine unverschlossene Ausgestaltung möglich ist, insbesondere, wenn eine Injektionsdüse 42 mit einer Abweisfläche verwendet wird, die bei der Einleitung der erfindungsgemäß vorgesehenen Vibrationen bzw. Schwingungen nicht leicht verstopft.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist eine Injektionsdüse 42 eine Mehrzahl von Einzeldüsen 44, 46, 48 auf, die je am Umfang und am unteren Ende des Verdichtungsfingers 20 angeordnet sind. Die Einzeldüsen 44, 46, 48 sind je vertikal schlitzförmig ausgebildet, so daß sie im Verhältnis zu ihrer Querschnittsfläche nur eine geringe Zusatzreibung beim erfindungsgemäßen Verdichten über die eingeleiteten Schwingungen bieten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel enden die Einzeldüsen 44, 46, 48 mit der Oberkante des Spitzenkonus 40 des Verdichtungsfingers 20 und erstrecken sich ca. 15 cm nach oben. Es ist eine Mehrzahl von Einzeldüsen 44, 46, 48 vorgesehen, die je um den Umfang des Verdichtungsfingers 20 verteilt sind, ohne daß eine gleichmäßige Verteilung unbedingt notwendig wäre.

Die Injektionsdüse 42 weist einen Verschluß 50 auf, mit welchem sie verschließbar ist. Auch wenn ein Drehverschluß im Grunde einsetzbar ist und lediglich eine geringe Verdrehung aufgrund der vertikalen Ausrichtung der Schlitze 44 bis 48 erfordert, ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein axial verschieblicher Verschluß vorgesehen, der im wesentlichen aus einem Zylinder besteht, der sich an den Innenumfang des Verdichtungsfingers 20 anlehnt. Der Verschluß 50 liegt unten auf einem Abweiskonus 52 auf, der dem Spitzenkonus 40 gegenüberliegend am unteren Ende des Verdichtungsfingers 20 angebracht ist und der Ableitung des im Inneren des Verdichtungsfingers 20 befindlichen Injektionsmaterials dient.

Für die Führung des Verschlusses 50 sind an dem Innenumfang des Verdichtungsfingers 20 Steuerzapfen 54 angeschweißt, deren Ausgestaltung in der Draufsicht aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Steuerzapfen 54 wirken mit zwei Steuerelementen 56 zusammen, die einander gegenüberliegend am Innenumfang des Verschlusses 50 angebracht sind. Nachdem aufgrund der vertikalen Schwingungen die Haltekräfte für die träge Masse des Verschlusses 50 abgestützt werden müssen, ist es günstiger, zwei einander gegenüberliegende Verankerungen und Steuerelemente 56 zu verwenden.

Die Steuerelemente 56 bewirken im Normalzustand eine Arretierung zwischen Verschluß 50 und Verdichtungsfinger 20. Bei Zug an einem Steuerkabel 58 wird die Verbindung gelöst und über das gleiche Steuerkabel 58 läßt sich der Verschluß 50 so weit anheben, daß die Injektionsdüse 42 vollständig freigegeben wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird lediglich ein Steuerkabel 58 verwendet, und das weitere Steuerelement 56 ist über Mitnehmer 60 mit dem gegenüberliegenden Steuerelement 56 verbunden, so daß eine Schwenkbewegung des Steuerelements 56 um seine Achse 62 auch zu einer entsprechend symmetrischen Schwenkbewegung des gegenüberliegenden Steuerelements 56 führt. Das Steuerelement 56 ist im Grunde als Hebelscheibe ausgebildet, wobei die Ausgestaltung aus Fig. 3 besser ersichtlich ist. Das Steuerelement 56 weist an seinem unteren Ende eine Schließfalle 64 auf, die den Steuerzapfen 54 hintergreift. Oben und unten, aber auch seitlich ist das Steuerelement 56 je stark angefast, so daß es geringe Angriffsflächen für das eindringende Injektionsmaterial bietet.

Die Achse 62 lagert die Hebelscheibe oder das Steuerelement 56 auf dem Verschluß 50. Der Verschluß 50 ist - wie aus Fig. 3 ersichtlich - im Bereich der Schließfalle 64 und unterhalb dieser mit einem Schlitz 66 versehen, der sich nach oben verbreitert und dann spitz zuläuft. Die Verbreiterung des Schlitzes 66 ermöglicht die seitliche Auslenkung der Hebelscheibe 56 beim Zug an dem Steuerkabel 58. Das Eigengewicht des Verschlusses 50 ist so groß im Verhältnis zum Gewicht des Steuerelements 56, daß beim Zug an dem Steuerkabel 58, das an einem Gelenkpunkt 68 an der Hebelscheibe 56 angelenkt ist, die Hebelscheibe 56 zunächst im Uhrzeigersinn verschwenkt wird, so daß die Schließfalle 64 von dem Steuerzapfen 54 freikommt. Der Schließzapfen 54 weist eine obere Schrägfläche 70 auf, die beim erneuten Absenken des Verschlusses 50 die Auslenkung der Hebelscheibe unter Verschwenkung der Schließfalle 64 erleichtert. Eine entsprechende, für das Gleiten an der Schrägfläche 70 geeignet ausgebildete Schrägfläche 72 findet sich unten rechts an der Schließfalle 64. Der Schlitz 66 läuft oben ebenfalls der Schrägfläche 70 entsprechend zu. In dem verschlossenen Zustand der Schließfalle 64 ist insofern der Steuerzapfen 54 zwischen der Schließfalle 64 und der oberen Schrägfläche des Schlitzes 66 eingeklemmt, wobei es sich versteht, daß die betreffenden Sitzflächen gewünschtenfalls mit Dämpfungsmaterial, wie mit einer Gummischicht, beschichtet sein können. Es muß jedoch sichergestellt sein, daß ein freies Ausschwenken der Schließfalle 64 durch das Sitzmaterial nicht beeinträchtigt wird.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel erfordert lediglich die Verwendung eines Steuerkabels 54 für die Bereitstellung der Schließfunktion wie auch für das Anheben des Verschlusses 50. Es versteht sich, daß gewünschtenfalls anstelle des einen Steuerkabels 58 auch zwei einander gegenüberliegende Steuerkabel an den beiden Steuerelementen 56 angebracht sein können.

Ferner versteht es sich, daß der Verschluß 50 über die axiale Länge im dargestellten Ausführungsbeispiel hinaus verlängert sein kann, um die Verkantungsneigung aufgrund des einseitig angebrachten Steuerkabels 58 beim Heraufziehen zu minimieren. Ferner versteht es sich, daß die Mitnehmer 60 nicht wie dargestellt angefast sein müssen, sondern auch lediglich als Runddrähte ausgebildet sein können.

Bei der Montage eines erfindungsgemäßen Steuerelements 56 ist es bevorzugt, zunächst den Verschluß 50 samt dem Steuerelement 56 einzubringen, bevor der Abweiskonus 52 und dann der Spitzenkonus 40 aufgeschweißt wird. Es versteht sich jedoch, daß anstelle dessen auch die Einheit aus Abweiskonus 52 und Spitzenkonus 40 auf das untere Ende des Verdichtungsfingers 20 aufschraubbar ist, wenn zu Wartungszwecken ein freier Zugriff auf den Verschluß 50 ermöglicht werden soll.

Ferner versteht es sich, daß anstelle des dargestellten Verschlusses auch ein beliebiger anderer geeigneter Verschluß verwendet werden kann. Beispielsweise können die Konusflächen des Spitzenkonus 40 schwenkbeweglich gelagert sein, so daß das Injektionsmaterial, das unter hydraulischem Druck im Inneren des Verdichtungsfingers 20 steht, ein Öffnen des Spitzenkonus ermöglicht. Wenn der Finger herausgezogen wird, verbleibt der Spitzenkonus dann offen und kann nach dem Herausziehen mechanisch oder gewünschtenfalls auch mittels eines entsprechenden Elektromagneten verschlossen werden.

Claims

Tiefenverdichter für die Verdichtung tiefliegender Bodenschichten, mit einem an einen Vibrationserreger angeschlossenen Schaft, mit welchem ein Verdichtungselement insbesondere einstückig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungselement (14) durch mindestens zwei im wesentlichen gleiche, nach unten hängende, über ihre Länge schwingende, in die tiefliegenden Bodenschichten eingeführte und auf diese wirkende Verdichtungsfinger (20) gebildet ist, zwischen denen sich ein Joch (18) erstreckt, das die Finger fest verbindet und mit welchem die Oberfläche der Bodenschichten verdichtbar ist.
Tiefenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungsfinger (20) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und an ihrem unteren Ende in einem Konus (40) enden, der einen Konuswinkel von vorzugsweise mehr als 90°, insbesondere etwa 135°, aufweist.
Tiefenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungsfinger (20) mit einer lichten Weite voneinander angeordnet sind, die dem einfachen bis vierfachen, insbesondere dem Doppelten ihres Durchmessers entspricht.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdichtungsfinger (20) eine Länge aufweist, die dem siebenfachen bis zwanzigfachen seines Durchmessers entspricht.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier bis acht, insbesondere vier Verdichtungsfinger (20) nebeneinander vorgesehen sind, wobei der Abstand der beiden mittleren Verdichtungsfinger (20) geringer als der Abstand der mittleren Verdichtungsfinger (20) von den seitlichen Verdichtungsfingern (20) ist.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (18) sich quer über alle Verdichtungsfinger (20) erstreckt und unten eine Stampffläche (36) aufweist, die für das Eindringen in den Boden geeignet ausgestaltet ist und insbesondere nach unten spitz zuläuft.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungsfinger (20) an dem Joch (18) lösbar befestigt sind und Anzahl und Dicke der Verdichtungsfinger (20) an den Vorverdichtungsgrad der zu verdichtenden Bodenschichten anpassbar ist.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12) zusätzlich über Knickschutzstäbe (22, 24) mit dem Joch (18) verbunden ist, mit welchen eine ungleiche Belastung der Verdichtungsfinger (20) aufgrund unterschiedlicher Bodengegebenheiten sowie eine etwaige Seitenkraft beim Herausziehen des Tiefenverdichters (10) abfangbar ist.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12) mit seinem Einspannende an einer Vibrationsramme aufgehängt ist, über die der Tiefenverdichter (10) mit einer einstellbaren Rammfolge, insbesondere zwischen 8 und 0,5 Schlägen pro Minute in den Boden rammbar ist.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Höhe der Unterkante (38) des Jochs etwa 40 bis 90 %, vorzugsweise 50 bis 70 % und insbesondere etwa 60 % des Abstands zwischen dem Einspannende des Schaftes (12) und dem unteren Ende der Verdichtungsfinger (20) beträgt.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Tiefenverdichters (10) 20 bis 150 %, vorzugsweise 50 bis 90 % und insbesondere etwa 70 % des Abstands zwischen dem Einspannende des Schaftes (12) und dem unteren Ende der Verdichtungsfinger (20) beträgt.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12) an einen Vibrationserreger angeschlossen ist, dessen Frequenz steuerbar ist.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein hohler Verdichtungsfinger (20) eine Injektionsdüse (42) aufweist.
Tiefenverdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsdüse (42) unten an einem Verdichtungsfinger (20) vorgesehen ist, die über einen Verschluß (50) während der Einleitung von Schwingungen in das Verdichtungselement (14) verschließbar ist.
Tiefenverdichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (50) eine Steuerung aufweist, mit welcher er entweder durch den Druck von Injektionsmaterial oder durch mechanisch oder elektromechanisch wirkende Steuerungselemente (56) bei Bedarf öffenbar ist und so steuerbar ist, daß er während des Herausziehens der Verdichtungsfinger (20) offen bleibt.
Tiefenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohler Verdichtungsfinger (20) als Leitung für Injektionsmaterial, wie Zement, eingesetzt ist, und der Schaft (12) einen Hydraulikanschluß aufweist, über welchen das Injektionsmaterial hydraulisch über die Injektionsdüse (42) in den Boden einpressbar ist.
Tiefenverdichtungsvorrichtung mit mindestens zwei Vibrationserregern, an die je ein Tiefenverdichter nach Anspruch 1 angeschlossen ist.