EP1069244A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Tiefenrüttlers - Google Patents

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EP1069244A2 EP00114397A EP00114397A EP1069244A2 EP 1069244 A2 EP1069244 A2 EP 1069244A2 EP 00114397 A EP00114397 A EP 00114397A EP 00114397 A EP00114397 A EP 00114397A EP 1069244 A2 EP1069244 A2 EP 1069244A2
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unbalanced mass
strand
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02Improving by compacting
    • E02D3/046Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil
    • E02D3/054Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil involving penetration of the soil, e.g. vibroflotation

Definitions

  • the invention relates to a method for compacting soils by means of a deep vibrator that goes from one to a vertical
  • the unbalanced mass encircling the longitudinal axis is excited and lowered into the ground and pulled out of it again.
  • the Invention a deep vibrator for performing the method with an elongated bomb-shaped housing with a longitudinal axis and a motor-driven coaxially mounted in the housing Axis of rotation and an unbalanced mass rotating with the axis of rotation.
  • the compaction of uneven soils (gravel and sand) by means of Deep vibrators at great depths and in any thickness has been tried and tested.
  • the application of the method to depths of 50 Meter is already running. Depths of 70 meters are targeted.
  • the vibrator work is carried out by driving an unbalanced mass in the vertically suspended vibrator housing by a arranged above driven electric or hydraulic motor becomes.
  • the deep vibrator is made by screwing on a pipe string, in which the supply lines run (electricity, water, Hydraulic oil), prepared for the desired depth. That so formed aggregate is on an excavator or a special Carrier with vertical leader held over a steel cable and guided.
  • the swinging and rotating suspension point is located at the top of the pipe string.
  • the deep vibrator is articulated by means of an articulated coupling.
  • the deep vibrator should remain at rest at the articulation point and a circular vibration with the vibrator tip below exercise.
  • the movement of the vibrator is thus one Cone wrapped with the tip at the top.
  • the movement of the Vibrator is determined by the frequency of rotation and the size of the unbalanced mass determines and does not necessarily correspond to the above Ideal case. Due to the rotation of the unbalanced mass, it happens a rotating torque on the vibrator housing, the to a twist of the vibrator and the pipe string and thus leads to the leader. This causes the supply lines to twist, which can be pinched off or off can tear out their fittings. This phenomenon is so far by attaching longitudinal outer swords on Housing of the deep vibrator or at least through the longitudinal one outside pipes not adequately counteracted been. Such means also increase the resistance to penetration of the deep vibrator disadvantageously.
  • the soil is compacted from bottom to top. To He will lower the deep vibrator to the intended final depth either pulled up continuously or gradually in increments of 20 to 100 cm, one at each level Stops for 20 to 60 seconds.
  • the compaction of the soil is naturally associated with a volume reduction that a funnel formation and concentric setting cracks around the funnel on the surface of the site and on an incline the terrain surface further points towards the funnel.
  • the object of the present invention is a method and to provide a deep vibrator with which the prevents malfunctions and the penetration behavior of the deep vibrator can be improved.
  • the solution to this lies in a process according to which the Unbalanced mass is driven with alternating direction of rotation.
  • the direction of rotation can be changed at a fixed time or depending on the rotation of the deep vibrator towards the leader.
  • the corresponding rotation can be done with suitable contactless transducers can be detected.
  • a suitable deep vibrator for carrying out the process is characterized in that it is a housing of purely rotationally symmetrical External shape and a reversible drive for has the unbalanced mass.
  • the deep vibrator gets an improved penetration behavior.
  • the fact that it is due to the reaction moment now come to a faster twisting in the borehole can, is not critical, since monitoring means for the twist angle of the deep vibrator compared to the leader and a preferably automated reversal of the damage-free Operation ensures.
  • Unbalance mass changes the direction of rotation of the reverse torque, so that the rotation that has occurred is canceled and the then occurring rotation in the opposite direction in repetitive Way is controlled and limited.
  • the effective unbalance mass remains unchanged.
  • Figure 1 is a torpedo-shaped deep vibrator according to the invention 11, the cross section of which is purely cylindrical and which shows a conical tip 12. At the top is a movable coupling 13 is provided to which a linkage section 14 connects.
  • a deep vibrator 21 according to FIG State of the art shown in addition to the matching Features of a conical tip 22, a coupling 23 and a linkage section 24, lateral line guides 25, 26 and recognize radially projecting swords 27, 28 placed thereover lets counteract a rotation of the vibrator in the ground.
  • the swords 27, 28 have the shape of radially projecting guide surfaces.

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Abstract

Verfahren zum Verdichten von Böden mittels eines Tiefenrüttlers (11), der von einer um eine vertikale Längsachse umlaufenden Unwuchtmasse erregt in den Boden abgesenkt und aus diesem wieder gezogen wird, der an einem Mäkler oder dergleichen mittels eines über eine Gelenkkupplung (13) angeschraubten Rohrstranges (14) und mittels eines im Mäkler laufenden Stahlseiles aufgehängt ist und der mit zumindest einem Kabel oder Schlauchstrang verbunden ist, der an den Rohrstrang herangeführt ist, wobei die Unwuchtmasse mit abwechselnder Drehrichtung angetrieben wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von Böden mittels eines Tiefenrüttlers, der von einer um eine vertikale Längsachse umlaufenden Unwuchtmasse erregt in den Boden abgesenkt und aus diesem wieder gezogen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Tiefenrüttler zur Durchführung des Verfahrens mit einem länglich bombenförmigen Gehäuse mit einer Längsachse und einer koaxial im Gehäuse gelagerten motorisch antreibbaren Drehachse sowie einer mit der Drehachse umlaufenden Unwuchtmasse.
Das Verdichten von rolligen Böden (Kiese- und Sande) mittels Tiefenrüttlern in großen Tiefen und in beliebiger Mächtigkeit ist erprobt. Die Anwendung des Verfahrens bis in Tiefen von 50 Meter ist bereits ausgeführt. Tiefen von 70 Metern sind angestrebt. Die Rüttlerarbeit erfolgt durch Antrieb einer Unwuchtmasse im vertikal aufgehängten Rüttlergehäuse, die von einem darüber angeordneten Elektro- oder Hydraulikmotor angetrieben wird. Der Tiefenrüttler wird durch Anschrauben eines Rohrstranges, in dem die Versorgungsleitungen verlaufen (Strom, Wasser, Hydrauliköl), für die gewünschte Tiefe hergerichtet. Das so gebildete Aggregat wird an einem Bagger oder einem speziellen Traggerät mit vertikalem Mäkler über ein Stahlseil gehalten und geführt. Der pendelnde und drehbare Aufhängepunkt befindet sich am oberen Ende des Rohrstranges. Am unteren Ende des Rohrstranges ist der Tiefenrüttler mittels einer Gelenkupplung angelenkt. Idealerweise soll der Tiefenrüttler am Anlenkpunkt in Ruhe bleiben und mit der unten liegenden Rüttlerspitze eine Kreisschwingung ausüben. Die Bewegung des Rüttlers wird somit von einem Kegel mit obenliegender Spitze eingehüllt. Die Bewegung des Rüttlers wird von der Umlauffrequenz und der Größe der Unwuchtmasse bestimmt und entspricht nicht notwendig dem vorgenannten Idealfall. Aufgrund der Rotation der Unwuchtmasse kommt es zu einem rückdrehenden Rotationsmoment auf das Rüttlergehäuse, das zu einer Verdrehung des Rüttlers und des Rohrstranges und damit gegenüber dem Mäkler führt. Hierdurch verdrehen sich die Versorgungsleitungen, die dadurch abgeklemmt werden können oder aus ihren Fittings ausreißen können. Dieser Erscheinung ist bisher durch das Anbringen von längsverlaufenden Außenschwertern am Gehäuse des Tiefenrüttlers oder zumindest durch längsverlaufende außengeführte Rohrleitungen nur unzureichend entgegengewirkt worden. Derartige Mittel erhöhen im übrigen den Eindringwiderstand des Tiefenrüttlers in nachteiliger Weise.
Die Verdichtung des Bodens erfolgt von unten nach oben. Nach Absenken des Tiefenrüttlers auf die vorgesehene Endteufe wird er entweder kontinuierlich nach oben gezogen oder aber stufenweise in Schritten von 20 bis 100 cm, wobei er auf jeder Stufe eine Weile von 20 bis 60 Sekunden verharrt. Die Verdichtung des Bodens ist naturgemäß mit einer Volumenverminderung verbunden, die sich an einer Trichterbildung und an konzentrischen Setzrissen um den Trichter an der Geländeoberfläche sowie an einer Neigung der Geländeoberfläche im weiteren zum Trichter hin zeigt. Im bisher bekannten Rüttlerbetrieb ist es üblich, mit einer eingestellten Umlauffrequenz zu arbeiten und die vom Rüttlermotor aufgenommene Leistung zu kontrollieren. Hiermit sollen zum einen unzulässige Belastungen vermieden werden, zum anderen werden Verdichtungsschritte bei nur noch geringer Leistungsaufnahme abgebrochen und der Tiefenrüttler auf die nächste Stufe gezogen.
Aus der DE 26 29 485 A1, der DE 29 48 403 A1 und der DE 32 05 099 A1 sind Tiefenrüttler bekannt, bei denen Mittel vorhanden sind, mit denen die wirksame Unwuchtmasse durch Wechsel der Drehrichtung der Unwuchtmasse verändert werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Tiefenrüttler bereitzustellen, mit denen die genannten Betriebsstörungen verhindert und das Eindringverhalten des Tiefenrüttlers verbessert werden können.
Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren, gemäß dem die Unwuchtmasse mit abwechselnder Drehrichtung angetrieben wird. Hierbei kann die Drehrichtung in einem festen Zeittakt geändert werden oder in Abhängigkeit von der Verdrehung des Tiefenrüttlers gegenüber dem Mäkler. Die entsprechende Verdrehung kann mit geeigneten kontaktlosen Aufnehmern erfaßt werden. Mit diesen Maßnahmen ist sichergestellt, daß die Versorgungsleitungen immer nur in einem so geringen Maße verdreht werden, daß es weder durch die erzeugten Verkürzungen infolge des Ineinanderverdrehens noch durch die Abscherkräfte infolge der Verdrehung als solcher zu Beschädigungen der Versorgungsleitungen kommen kann. Die wirksame Unwuchtmasse bleibt hierbei unverändert.
Ein geeigneter Tiefenrüttler zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gehäuse von rein rotationssymmetrischer Außenform und einen drehumschaltbaren Antrieb für die Unwuchtmasse aufweist. Mit dieser rein rotationssymmetrischen Außenform erhält der Tiefenrüttler ein verbessertes Eindringverhalten. Die Tatsache, daß es aufgrund des Reaktionsmomentes nun zu einem schnelleren Verdrehen im Bohrloch kommen kann, ist unkritisch, da Überwachungsmittel für den Verdrehungswinkel des Tiefenrüttlers gegenüber dem Mäkler vorgesehen sind und eine vorzugsweise automatisierte Umsteuerung den schadensfreien Betrieb sichert. Mit der Änderung der Drehrichtung der Unwuchtmasse ändert sich die Drehrichtung des Rückdrehmomentes, so daß die aufgetretene Verdrehung wieder aufgehoben wird und die dann eintretende Verdrehung im Gegensinn in sich wiederholender Weise kontrolliert und begrenzt wird. Die wirksame Unwuchtmasse bleibt hierbei unverändert.
Zeichnungen, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung verdeutlichen, sind nachfolgend beschrieben.
Figur 1
zeigt einen erfindungsgemäßen Tiefenrüttler in Seitenansicht und im Querschnitt.
Figur 2
zeigt einen Tiefenrüttler nach dem Stand der Technik in Seitenansicht und im Querschnitt.
Figur 3
zeigt einen erfindungsgemäßen Tiefenrüttler mit eingeschraubtem Gestänge, angehängt an einem Kranfahrzeug.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer torpedoförmiger Tiefenrüttler 11 gezeigt, dessen Querschnitt rein kreiszylindrisch ist und der eine konische Spitze 12 erkennen läßt. Am oberen Ende ist eine bewegliche Kupplung 13 vorgesehen, an die sich ein Gestängeabschnitt 14 anschließt.
In Figur 2 ist im Vergleich dazu ein Tiefenrüttler 21 nach dem Stand der Technik gezeigt, der zusätzlich zu den übereinstimmenden Merkmalen einer konischen Spitze 22, einer Kupplung 23 und eines Gestängeabschnitts 24, seitliche Leitungsführungen 25, 26 und darübergesetzte radial abstehende Schwerter 27, 28 erkennen läßt, die einem Verdrehen des Rüttlers im Boden entgegenwirken. Die Schwerter 27, 28 haben die Form radial abstehender Leitflächen.
In Figur 3 ist der Tiefenrüttler 11 nach Figur 1 mit den dort bereits genannten Einzelheiten mit einem viergliedrigen Gestänge 14 verbunden, das über zumindest eine Umlenkrolle 15 mit dem Seil 16 eines raupenbestückten Kranfahrzeugs 17 verbunden ist. Das Seil 16 ist zurückgeführt und am Ausleger 18 fest angeschlagen. Die zumindest eine Umlenkrolle 15 ist verdrehfest mit dem Gestänge 14 verbunden. Ein weiteres Seil 19 dient nur dem Aufrichten des Auslegers 18.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Verdichten von Böden mittels eines Tiefenrüttlers, der von einer um eine vertikale Längsachse umlaufenden Unwuchtmasse erregt in den Boden abgesenkt und aus diesem wieder gezogen wird, der an einem Mäkler oder dergleichen mittels eines über eine Gelenkkupplung angeschraubten Rohrstranges und mittels eines im Mäkler laufenden Stahlseiles aufgehängt ist und der mit zumindest einem Kabel oder Schlauchstrang verbunden ist, der an den Rohrstrang herangeführt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Unwuchtmasse mit abwechselnder Drehrichtung angetrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Drehrichtung zeitgetaktet geändert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Drehrichtung in Abhängigkeit von der Verdrehung des Tiefenrüttlers gegenüber dem Mäkler geändert wird.
  4. Tiefenrüttler, mit einem länglich bombenförmigen Gehäuse mit einer Längsachse und einer koaxial im Gehäuse gelagerten motorisch antreibbaren Drehachse sowie einer mit der Drehachse umlaufenden Unwuchtmasse, der an einem Mäkler oder dergleichen mittels eines über eine Gelenkkupplung angeschraubten Rohrstranges und mittels eines im Mäkler laufenden Stahlseiles aufgehängt ist und der mit zumindest einem Kabel- oder Schlauchstrang verbunden ist, der in dem Rohrstrang vom Mäkler herangeführt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gehäuse von rein rotationssymmetrischer Außenform und der Antrieb für die Unwuchtmasse drehumschaltbar ist.
EP00114397A 1999-07-05 2000-07-05 Verfahren zur Steuerung eines Tiefenrüttlers Expired - Lifetime EP1069244B1 (de)

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