EP1234916A2 - Verfahren zum Herstellen von Säulen - Google Patents

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EP1234916A2
EP1234916A2 EP02003803A EP02003803A EP1234916A2 EP 1234916 A2 EP1234916 A2 EP 1234916A2 EP 02003803 A EP02003803 A EP 02003803A EP 02003803 A EP02003803 A EP 02003803A EP 1234916 A2 EP1234916 A2 EP 1234916A2
Authority
EP
European Patent Office
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column section
load
column
bearing
supportable
Prior art date
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EP02003803A
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English (en)
French (fr)
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EP1234916B1 (de
EP1234916A3 (de
Inventor
Kai-Uwe Zimmermann
Burkhard Völzke
Ulrich Dr. Trunk
Gabriele Aschenbrenner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keller Grundbau GmbH
Original Assignee
Keller Grundbau GmbH
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Publication date
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Publication of EP1234916A2 publication Critical patent/EP1234916A2/de
Publication of EP1234916A3 publication Critical patent/EP1234916A3/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E02D3/123—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and compacting the soil
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/08—Improving by compacting by inserting stones or lost bodies, e.g. compaction piles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/02—Placing by driving
    • E02D7/06—Power-driven drivers
    • E02D7/14—Components for drivers inasmuch as not specially for a specific driver construction

Definitions

  • the invention relates to a method for producing columns in floors with at least one non-load-bearing floor layer for the purpose of soil improvement or stabilization. It Various processes are known, according to which they are not sufficient load-bearing surface by installing in one Grid arranged pillars is improved. Come here different mechanisms of action. For one, by deep column bodies transfer the load to lower ones load-bearing layers take place; besides, through that Installation of the pillar body without prior excavation of soil compaction between the column bodies; finally can when using dry binder in the column bodies Soil water can be extracted from cohesive soils.
  • the invention is based on the object propose a method of making columns that for deep-seated viable or at least supportive Layers and non-supportable surface layers or Intermediate layers for time and cost advantages in the application leads.
  • the solution to this lies in a process for Manufacture of pillars in floors with at least one non-load-bearing one Soil layer for the purpose of soil improvement or stabilization, with the following process steps to manufacture one of the columns, a displacement device, in particular a deep vibrator with a lock tube or a displacement tube with closure, is from the floor surface through the at least one non-load-bearing floor layer up to shaken a stable or at least supportable layer of soil, one directly from an at least sustainable soil layer supported lower column section, in particular by means of the displacement device, from bottom to top built up of rolled material, a tubular or tubular one Wrapping is from the bottom surface, at least one non-supportive soil layer penetrating down to the bottom Sufficiently installed column section, the covering becomes an upper supported by the envelope Column section
  • the main advantage of the method is so far just possible with conventional tamping or vibrating technology manufactured to use uncased column bodies, which in particular on one in a viable or at least sustainable Layer of embedded thickened column base can rest, and the stability of the column body by using a cover only to a depth from which down sufficient continuous support to the bottom End of the column.
  • the present Stratification is due to previous exploratory drilling or others Determine site exploration methods.
  • the columns of the invention are even when using only binder-free material, even with the expected Loads are dimensionally stable in that the wrapping in unstable floor area is designed so that it can be expected Stress states with possibly little radial deformation intercepts and thus the loads in the uncontaminated lower Column section and the column base entered without damage can be.
  • the wrapping After a first procedure, the wrapping after first shaking and pulling the displacement device - After making the lower column section - on its lower end coaxially attached to this and at one second shaking of the displacement device to its intended Brought down depth.
  • the process sequence poses This is initially the same as for the more common production Vibrating or stuffing columns, whereby, as already mentioned, when pulling the lower column section only up to a first Soft layer is prepared and the displacement device then pulled open leaving a displacement hole becomes. It may be necessary to add support fluid become.
  • the wrapping is on the displacement device attached and in a second additional shaking process pulled into the open vibratory opening and partly in the already existing lower column section brought in. Then the displacement device with immediate filling of the casing and compression of the Filling material (contractor procedure) are drawn or without Filling material is pulled, which is then from the top of the casing (from the bottom surface) can be.
  • binder rolling material - mortar, concrete - preferable, in particular if higher loads have to be removed and / or water exchange between different water-bearing layers is.
  • Essentially dimensionally stable tubular bodies come as a covering, be it without breakthroughs, be it with breakthroughs, from the known ones Materials such as sheet steel, composite material or Plastic into consideration.
  • Another approach can be used as wrapping a geotextile hose, be it with a non-woven composite component or are used without a nonwoven portion. In this case there is a necessary radial state of stress in the column body only as a result of a significant radial expansion of the hose body.
  • the pipe jackets used are usually designed as a tube open at the bottom. In the Use of geotextiles can be closed below Hoses for easier removal are cheaper his.
  • the present invention finds application wherever in the displacement or compaction of the soil when placing the necessary support tension of stuffing or vibrating columns or reaction stress in the upper soil layers - surface layers or intermediate layers - is not achieved and the floor is necessary for the functionality of the column radial support cannot build up or a horizontal one Run of the mortar or concrete when pouring cannot prevent it from hardening.
  • the pillar In the floor layers immediately above the lower end of the column, in which there is sufficient radial throughout Support is given, the pillar will be known accordingly Techniques made without additional wrapping.
  • binder-containing material By using binder-containing material, a vertical flow can be reduced or prevented, so that a connection between different groundwater levels remains prevented.
  • the column is according to the invention with a covering consisting of pipes or geotextile hoses manufactured.
  • the upper column section (with cover) can be independent of the design of the lower column section (without cover) with rolled material with or without added binding agents filled and stuffed, usually with gravel, crushed stone, Sand, mortar or concrete.
  • the wrapper can also be used for an exchange or chemical reactions of the column material with the soil, the soil moisture to prevent the groundwater, for example a change in the pH value in the surrounding soil to reduce the incorporation of binders or entirely avoid.
  • stable columns can be are produced immediately or after hardening of the if necessary used binder can be loaded. by virtue of their method of manufacture is only small settlements expected to be applied.
  • FIG. 1 the production of a in four phases a) to d) shown column according to the invention.
  • a vertically cut Soil with the surface 11 has a non-load-bearing and non-supportable top layer 12 (soft layer), below an at least supportable bottom layer 13 and finally underneath a well-bearing floor layer 14.
  • a vibrator 17 is guided, which is a feed hopper 18 passes through for material introduction.
  • the jogger tip is vibrated into the load-bearing floor layer 14.
  • dashed lines is a thickened column base 19 shown, the optional in a first step Vibratory compaction or stuffing compaction from rolling material - with or without binder surcharge - can be generated.
  • the vibrator 17 is already complete pulled, whereby - on the optional column base 19 - a lower column section using vibrating or tamping technology 20 is built from rolly material that extends into the load-bearing Bottom layer 14 extends radially directly from the bottom the supportable bottom layer 13 is supported.
  • This lower one Column section 20 extends into the unsustainable top Bottom layer 12 slightly into it, while the rest Displacement hole 21 can be seen in this bottom layer.
  • a tube 22 is coaxial which has inner drivers 24 at the lower end, that of driver pin 23 at the lower end of the vibrator can be taken.
  • the illustration d) shows that the final Pulling the vibrator 17 the sheathing tube 22 over the vibrator has been filled with rolling material that is in suitable Dimensions can be compressed, creating an upper column section 26 arose with radial support through the sheathing tube 22 is.
  • the cladding tube open here used below 22 could also be closed at the bottom by a cover Pipe set in the lower column section 20 become.
  • the geotextile hose 27 to form an upper column section 28 with rolled material filled, the hose 27 by radial expansion Support forces can build up and the filling material essentially demarcated from the ground.
  • FIG. 3 shows essentially the same device situation in three phases and the same soil stratification as in the figures 1 and 2 shown.
  • the same details are the same Provide reference numbers.
  • a solid sheathing tube is used 22 'during the first vibrating process of the vibrator 17 according to illustration a) at a distance from the vibrator tip pushed coaxially onto the vibrator and brought down into the ground.
  • the corresponding driver means 23, 24 are located at a corresponding distance from the vibrator tip.
  • the cladding tube 22 'already has reaches its intended position that the non-supportive Soil layer 12 penetrates and into the at least Sustainable bottom layer 13 protrudes.
  • the vibrator 17 is already inside of the cladding tube 22 'withdrawn after being pulled a lower column section 20 in the area of at least Sustainable bottom layer 13 has generated the radially immediately is supported by the ground.
  • the vibrator 17 is completely out of the Wrapping tube 22 'pulled up, the wrap tube 22 'to form an upper column section 28 is filled with rolly material that differs from the material here of the lower column section 20 differs.
  • FIG. 4 is essentially the same terrain and equipment situation and the same sequence of processes as in FIG. 3 shown. The same details are given the same reference numbers Mistake. In this respect, reference is made to the description of FIG. 3 taken.
  • a rigid cladding tube is here a less recognizable geotextile tube open at the bottom 27 'pulled over the middle section of the vibrator 17 and so far taken down that he was the unsustainable bottom layer 12 penetrates and with the lower end in the least Sustainable bottom layer 13 protrudes.
  • the pillar foot 19 is already finished in the area of the load-bearing floor layer 14 posed.
  • the common principle can be seen in the illustrations to reduce costs and reduce material consumption additional covering for the column material only in the area not at least supportable upper soil layers. This reduces the need for support bodies by length as well as the consumption of filling material in the area of non-supportive layers.
  • the load is transferred via the entire column body into the lower layers of the floor, load transfer in the area of the lower column section via jacket friction in addition to the bearing load of the column base or as an exclusive force transmission into the ground becomes possible.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen von Säulen in nicht-tragfähigen Böden zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw. -stabilisierung, mit den folgenden Verfahrensschritten zur Herstellung einer der Säulen, ein Verdrängungsgerät, insbesondere ein Tiefenrüttler mit Schleusenrohr oder ein Verdrängungsrohr mit Verschluß, wird von der Bodenoberfläche aus bis in eine tragfähige oder zumindest stützfähige Bodenschicht eingerüttelt, ein unmittelbar von zumindest stützfähigen Bodenschichten abgestützter unterer Säulenabschnitt wird, insbesondere mittels des Verdrängungsgerätes, von unten nach oben aus rolligem Material aufgebaut, eine rohr- oder schlauchförmige Umhüllung wird von der Bodenoberfläche aus, zumindest eine nicht-stützfähige Bodenschicht durchsetzend, bis in den unteren Säulenabschnitt hineinreichend eingebaut, die Umhüllung wird zur Bildung eines von der Umhüllung gestützten oberen Säulenabschnitts mit rolligem Material verfüllt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Säulen in Böden mit zumindest einer nicht-tragfähigen Bodenschicht zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw. -stabilisierung. Es sind vielfältige Verfahren bekannt, nach denen nicht ausreichend tragfähiger Untergrund durch das Einbauen von in einem Raster angeordneten Säulen verbessert wird. Hierbei kommen verschiedene Wirkmechanismen zur Geltung. Zum einen kann durch tiefreichende Säulenkörper eine Lastabtragung in tiefer liegende tragfähige Schichten erfolgen; daneben kann durch das Einbauen der Säulenkörper ohne vorherigen Bodenaushub eine Bodenverdichtung zwischen den Säulenkörpern erfolgen; schließlich kann bei Verwendung von trockenem Bindemittel in den Säulenkörpern Bodenwasser aus bindigen Böden entzogen werden.
Aus Kosten- und Verfahrensgründen günstig sind unverrohrte Säulen, die in Stopf- oder Rütteltechnik mittels Tiefenrüttlern mit Schleusenrohr in einem kontinuierlichen Arbeitsgang auf einem Säulenfuß aufgebaut werden können. Diese Herstelltechnik kommt an ihre Grenzen oder versagt beim Vorliegen von Weichschichten, die keine ausreichenden radialen Stützkräfte aufbauen können, um den Säulenkörper bei Belastung durch Auflasten formstabil halten zu können, in folgenden nicht-stützfähigen Bodenschichten genannt.
Aus der DE 44 08 173 A1 und der EP 0 900 883 A1 ist es bekannt, Säulenkörper, die bis in eine tragfähige Bodenschicht hineinreichen, mit einer Umhüllung aus einem Rohr oder einem Geotextilmaterial zu versehen, wobei zunächst ein Aushub oder eine Verdrängung des Bodens erfolgt und dann Umhüllung und Füllmaterial eingebracht werden. Bei sehr tief liegenden tragfähigen Schichten ist das Verfahren, das eine zeitweilige Verrohrung erfordert, zu aufwendig.
Hiervon ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Säulen vorzuschlagen, das bei tiefliegenden tragfähigen oder zumindest stützfähigen Schichten und nicht-stützfähigen Oberflächenschichten oder Zwischenschichten zu Zeit- und Kostenvorteilen bei der Anwendung führt. Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren zum Herstellen von Säulen in Böden mit zumindest einer nicht-tragfähigen Bodenschicht zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw. -stabilisierung, mit den folgenden Verfahrensschritten zur Herstellung einer der Säulen, ein Verdrängungsgerät, insbesondere ein Tiefenrüttler mit Schleusenrohr oder ein Verdrängungsrohr mit Verschluß, wird von der Bodenoberfläche aus durch die zumindest eine nicht-tragfähige Bodenschicht bis in eine tragfähige oder zumindest stützfähige Bodenschicht eingerüttelt, ein unmittelbar von einer zumindest stützfähigen Bodenschichten abgestützter unterer Säulenabschnitt wird, insbesondere mittels des Verdrängungsgerätes, von unten nach oben aus rolligem Material aufgebaut, eine rohr- oder schlauchförmige Umhüllung wird von der Bodenoberfläche aus, zumindest eine nicht-stützfähige Bodenschicht durchsetzend, bis in den unteren Säulenabschnitt hineinreichend eingebaut, die Umhüllung wird zur Bildung eines von der Umhüllung gestützten oberen Säulenabschnitts mit rolligem Material verfüllt. Dieses wird in der Umhüllung verdichtet.
In günstiger Weiterbildung, insbesondere bei Vorliegen von tragfähigen Bodenschichten, wird zunächst ein verdickter Säulenfuß aus rolligem Material, insbesondere mittels des Verdrängungsgerätes, in der tragfähigen Bodenschicht eingebaut, auf dem dann der untere Säulenabschnitt aufgebaut wird.
Der wesentliche Vorteil des Verfahrens besteht also darin, soweit eben möglich in herkömmlicher Stopf- oder Rütteltechnik hergestellte unverrohrte Säulenkörper zu verwenden, die insbesondere auf einem in einer tragfähigen oder zumindest stützfähigen Schicht eingebetteten verdickten Säulenfuß ruhen können, und die Stabilität des Säulenkörpers durch Einsatz einer Umhüllung ausschließlich bis in eine Tiefe, von der aus nach unten eine ausreichende durchgehende Stützfähigkeit bis zum unteren Säulenende vorliegt, herzustellen. Die vorliegende Schichtung ist durch vorhergehende Aufschlußbohrungen oder andere Baugrunderkundungsmethoden zu ermitteln.
Die erfindungsgemäßen Säulen sind selbst bei Verwendung von ausschließlich bindemittelfreiem Material auch bei den zu erwartenden Auflasten dadurch formstabil, daß die Umhüllung im instabilen Bodenbereich so ausgelegt ist, daß sie die zu erwartenden Spannungszustände mit allenfalls geringer Radialverformung auffängt und damit die Lasten in den unverrohten unteren Säulenabschnitt und den Säulenfuß schadensfrei eingetragen werden können.
Nach einer ersten Verfahrensdurchführung wird die Umhüllung nach einem ersten Einrütteln und Ziehen des Verdrängungsgerätes - nach Herstellung des unteren Säulenabschnitts - an dessen unterem Ende koaxial auf diesem befestigt und bei einem zweiten Einrütteln des Verdrängungsgerätes auf ihre bestimmungsgemäße Tiefe niedergebracht. Der Verfahrensablauf stellt sich hierbei zunächst genauso dar wie bei der Herstellung üblicher Rüttel- oder Stopfsäulen, wobei wie bereits erwähnt, beim Ziehen der untere Säulenabschnitt nur bis an eine erste Weichschicht heran hergestellt wird und das Verdrängungsgerät danach unter Offenlassen eines Verdrängungsloches gezogen wird. Hierbei kann das Einbringen von Stützflüssigkeit erforderlich werden. Danach wird die Umhüllung auf dem Verdrängungsgerät befestigt und in einem zweiten zusätzlichen Rüttelvorgang mit diesem in die vorhandene offene Rüttelöffnung eingezogen und teilweise in den bereits bestehenden unteren Säulenabschnitt eingebracht. Danach kann das Verdrängungsgerät unter sofortigem Auffüllen der Umhüllung und Verdichten des Füllmaterials (Kontraktorverfahren) gezogen werden oder ohne Einbringen von Füllmaterial gezogen werden, welches dann vom oberen Umhüllungsende (von der Bodenoberfläche aus) eingefüllt werden kann.
Nach einer zweiten vereinfachten Verfahrensführung wird die Umhüllung mit Abstand vom unteren Ende des Verdrängungsgerätes koaxial auf diesem befestigt und bereits bei einem ersten Einrütteln des Verdrängungsgerätes - vor dem Herstellen des unteren Säulenabschnitts - mit diesem niedergebracht und beim Ziehen von diesem getrennt. Das letztgenannte Trennen kann selbsttätig erfolgen, wenn in nur einer Richtung wirksame Mitnehmermittel verwendet werden. Es können auch besondere Kopplungsmittel, die von der 'Bodenoberfläche aus trennbar sind, vorgesehen sein. Bei dieser Verfahrensführung wird die Umhüllung auf die bestimmungsgemäße Tiefe gebracht, so daß sie bis in zumindest stützfähigen Bodenschichten hinunterreicht. Beim Ziehen des Verdrängungsgerätes kann das Material der Säule in einem einheitlichen Vorgang von unten nach oben eingebracht werden, wobei im oberen Bereich die radiale Abstützung durch die bereits eingebaute Umhüllung erfolgt. Ein beschleunigtes Ziehen des Verdrängungsgerätes im Bereich der Umhüllung und ein Einfüllen von Füllmaterial in den oberen Säulenabschnitt von der Bodenoberfläche aus ist hierbei weniger sinnvoll, jedoch nicht ausgeschlossen.
Die Verwendung von bindemittelfreiem rolligem Material - Gestein, Schotter, Kies, Sand - bietet sich in solchen Fällen an, in denen die Säulen auch vertikale Dränwirkung haben sollen, d.h. wenn Wasserdurchlässigkeit in vertikaler Richtung garantiert sein soll, oder in denen selbiges nicht von Nachteil ist.
In anderen Fällen ist die Verwendung von bindemittelhaltigem rolligem Material - Mörtel, Beton - vorzuziehen, insbesondere wenn höhere Auflasten abzutragen sind und/oder Wasseraustausch zwischen verschiedenen wasserführenden Schichten zu vermeiden ist.
Als Umhüllung kommen im wesentlichen formstabile Rohrkörper, sei es ohne Durchbrüche, sei es mit Durchbrüchen, aus den bekannten Materialen wie Stahlblech, Verbundwerkstoff oder Kunststoff in Betracht. Nach einem anderen Ansatz kann als Umhüllung ein Geotextilschlauch, sei es mit Vliesverbundanteil oder ohne Vliesanteil zur Verwendung kommen. In diesem Fall stellt sich ein notwendiger radialer Spannungszustand im Säulenkörper erst als Folge einer deutlichen radialen Aufweitung des Schlauchkörpers ein. Die verwendeten Rohrumhüllungen werden in der Regel als unten offenes Rohr ausgeführt. Bei der Verwendung von Geotextilien kann die Verwendung unten geschlossener Schläuche zum erleichterten Niederbringen günstiger sein.
Die vorliegende Erfindung findet überall dort Anwendung, wo bei der Verdrängung bzw. Verdichtung des Bodens beim Einbringen von Stopf- oder Rüttelsäulen die erforderliche Stützspannung bzw. Reaktionsspannung in oberen Bodenschichten - Oberflächenschichten oder Zwischenschichten - nicht erreicht wird und der Boden die für die Funktionstüchtigkeit der Säule erforderliche radiale Stützung nicht aufbauen kann bzw. ein horizontalles Verlaufen des Mörtels oder Betons beim Einbringen vor dessen Erhärtung nicht verhindern kann.
In den unmittelbar über dem unteren Säulenende liegenden Bodenschichten, in denen durchgehend eine ausreichende radiale Stützung gegeben ist, wird die Säule entsprechend bekannten Techniken ohne zusätzliche Umhüllung hergestellt.
Im Bereich der Lasteintragung über den unteren Säulenabschnitt muß eine ausreichend tragfähige oder zumindest stützfähige Schicht vorliegen, in der zunächst ein Säulenfuß aus rolligem Material ausgestopft werden kann. Üblicherweise werden Kies, Schotter, Sand, Mörtel oder Beton, d. h. anwendungsfallweise rolliges Material ohne oder mit Bindemittelzusatz vewendet.
Durch Verwendung von bindemittelhaltigem Material kann eine vertikale Durchströmung reduziert oder verhindert werden, so daß eine Verbindung zwischen unterschiedlichen Grundwasserstockwerken unterbunden bleibt.
In oberen Bodenschichten - Oberflächenschichten oder Zwischenschichten - , in denen eine ausreichende radiale Stützung der Säule nicht gewährleistet ist, wird die Säule erfindungsgemäß mit einer Umhüllung bestehend aus Rohren oder Geotextilschläuchen hergestellt.
Der obere Säulenabschnitt (mit Umhüllung) kann unabhängig von der Ausführungsart des unteren Säulenabschnittes (ohne Umhüllung) mit rolligem Material ohne oder mit Bindemittelzusatz gefüllt und ausgestopft werden, üblicherweise mit Kies, Schotter, Sand , Mörtel oder Beton.
Wird eine Umhüllung aus einem Material verwendet, das bei Lastaufbringung eine nennenswerte Dehnung erfährt, also insbesondere bei einer Umhüllung aus Geotextil, ist es vorteilhaft, das Füllmaterial in der Umhüllung sofort bei der Säulenherstellung zu verdichten, so daß keine erheblichen zusätzlichen Dehnungen bei Lastaufbringung erfolgen und nur bauwerksverträgliche Setzungen später hinzunehmen sind.
In Bodenschichten, in denen für unverrohrte Säulen, z. B. Schottersäulen, vermörtelte Stopfsäulen, Fertigmörtelstopfsäulen, Betonrüttelsäulen, erforderliche Stützspannungen nicht dauerhaft durch Verdrängung und Verdichtung des umgebenen Bodens erzeugt werden können, d. h. in denen der Boden nur in geringem Maße zur radialen Stützspannung beiträgt, muß diese daher zu einem wesentlichen Teil durch die Umfangsdehnung der Umhüllung beim Einbringen des Füllmaterials aufgebracht werden.
Die Umhüllung kann zusätzlich dazu dienen, einen Austausch oder chemische Reaktionen des Säulenmaterials mit dem Boden, der Bodenfeuchte, dem Grundwasser zu verhindern, beispielsweise eine Veränderung des pH-Wertes im umgebenden Boden durch das Einbringen von Bindemittel zu reduzieren oder gänzlich zu vermeiden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können tragfähige Säulen hergestellt werden, die sofort oder nach Erhärtung des gegebenenfalls verwendeten Bindemittels belastet werden können. Aufgrund ihrer Herstellungsweise sind nur geringe Setzungen bei einem Aufbringen von Lasten zu erwarten.
Vor der Herstellung des zu verbessernden Baugrundes ist ein detaillierter Baugrundaufschluß erforderlich; insbesondere zur Festlegung der erforderlichen Länge der Umhüllungen werden vorzugsweise in einem engen Raster Drucksondierungen ausgeführt, mit denen der Übergang von nicht-stützfähigen Bodenschichten zu stütz- bzw. tragfähigen Bodenschichten ermittelt wird. Die untere Grenzschicht der untersten nicht-stützfähigen Bodenschicht bestimmt die Tiefe der Umhüllung, die stütz- und tragfähigen Bodenschichten brauchen im wesentlichen nicht unterschieden zu werden. Das Verfahren ist ohne weiteres anwendbar, wenn unter den nicht-stützfähigen Bodenschichten ausschließlich gut tragfähige Bodenschichten liegen. Es ist sinngemäß jedoch auch anwendbar, wenn unter den nicht-stützfähigen Bodenschichten ausschließlich zumindest stützfähige Bodenschichten liegen und die Säulen in diesem Bereich ausreichend tief sind, um einen Lastabtrag vorwiegend über Mantelreibung zu bewirken.
Figur 1
zeigt ein erstes, zweistufiges erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Säulen unter Verwendung einer Rohrumhüllung;
Figur 2
zeigt ein zweites, zweistufiges erfindungsgemäßes verfahren unter Verwendung einer Geotextilumhüllung;
Figur 3
zeigt ein drittes, einstufiges erfindungsgemäßes Verfahren unter Verwendung einer Rohrumhüllung;
Figur 4
zeigt ein viertes, einstufiges erfindungsgemäßes Verfahrend unter Verwendung einer Geotextilumhüllung.
In Figur 1 ist in vier Phasen a) bis d) die Herstellung einer erfindungsgemäßen Säule dargestellt. Ein vertikal geschnittener Baugrund mit der Oberfläche 11 hat eine nicht-trag- und nicht-stützfähige obere Bodenschicht 12 (Weichschicht), darunter eine zumindest stützfähige Bodenschicht 13 und schließlich darunter eine gut tragfähige Bodenschicht 14.
In der Darstellung a) ist ein auf der Oberfläche 11 in Stellung gebrachtes Raupenfahrzeug 15 gezeigt, in dessen aufgestelltem Mäkler 16 ein Rüttler 17 geführt ist, der einen Aufgabetrichter 18 zur Materialeinbringung durchfährt. Die Rüttlerspitze ist bis in die tragfähige Bodenschicht 14 eingerüttelt. Mit gestrichelten Linien ist ein verdickter Säulenfuß 19 gezeigt, der fakultativ in einem ersten Schritt durch Rüttelverdichtung oder Stopfverdichtung aus rolligem Material - mit oder ohne Bindemittelzuschlag - erzeugt werden kann.
In der Darstellung b) ist der Rüttler 17 bereits vollständig gezogen, wobei - auf dem fakultativ vorhandenen Säulenfuß 19 - in Rütteltechnik oder Stopftechnik ein unterer Säulenabschnitt 20 aus rolligem Material aufgebaut ist, der bis in die tragfähige Bodenschicht 14 reicht und radial unmittelbar vom Boden der stützfähigen Bodenschicht 13 abgestützt wird. Dieser untere Säulenabschnitt 20 ragt bis in die nicht-stützfähige obere Bodenschicht 12 geringfügig hinein, während im übrigen das Verdrängungsloch 21 in dieser Bodenschicht zu erkennen ist. Auf das untere Ende des Rüttlers 17 ist ein Rohr 22 koaxial aufgezogen, das über innere Mitnehmer 24 am unteren Ende verfügt, die von Mitnehmerzapfen 23 am unteren Ende des Rüttlers mitgenommen werden können.
In Darstellung c) ist gezeigt, daß der Rüttler 17 und mit ihm das Umhüllungsrohr 22 in einem zweiten Einrüttelvorgang bis in das obere Ende des unteren Säulenabschnitts 20, d. h. insbesondere bis in die zumindest stützfähige Bodenschicht 13 hineinreichend eingebracht sind. Der untere Säulenabschnitt 20 hat hierdurch eine obere Verdickung 25 erhalten.
In der Darstellung d) ist gezeigt, daß beim abschließenden Ziehen des Rüttlers 17 das Umhüllungsrohr 22 über den Rüttler mit rolligem Material gefüllt worden ist, das in geeignetem Maße verdichtet sein kann, wodurch ein oberer Säulenabschnitt 26 mit radialer Abstützung durch das Umhüllungsrohr 22 entstanden ist. Anstelle des hier verwendeten unten offenen Umhüllungsrohres 22 könnte auch ein unten durch einen Deckel abgeschlossenes Rohr in den unteren Säulenabschnitt 20 eingestellt werden.
In Figur 2 sind gleiche Einzelheiten wie in Figur 1 mit gleichen Bezugsziffern versehen, die Verfahrensabfolge der Säulenherstellung ähnelt weitgehend der in Figur 1 in Einzelschritten dargestellten. Auf die dortige Beschreibung wird insoweit Bezug genommen.
Abweichend wird jedoch gemäß Darstellung b) nicht ein unten offenes Umhüllungsrohr, sondern ein unten geschlossener Schlauch 27 aus Geotextil beim zweiten Einrüttelvorgang vom Rüttler 17 in das Rüttelloch 21 eingezogen.
Das Ergebnis dieses Einrüttelvorganges ist in Darstellung c) erkennbar, wobei auch hier die Umhüllung 27 in den unteren Säulenabschnitt 20 eingedrungen ist und eine Verbreiterung 25 am Kopf verursacht hat.
Wie in Darstellung d) gezeigt, wird der Geotextilschlauch 27 zur Bildung eines oberen Säulenabschnittes 28 mit rolligem Material verfüllt, wobei der Schlauch 27 durch radiales Aufweiten Abstützkräfte aufbauen kann und das Füllmaterial im wesentlichen gegen den anstehenden Boden abgrenzt.
In Figur 3 ist in drei Phasen im wesentlichen die gleiche Gerätesituation und die gleiche Bodenschichtung wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Auf die dortige Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Hierbei wird jedoch ein festes Umhüllungsrohr 22' bereits beim ersten Einrüttelvorgang des Rüttlers 17 gemäß Darstellung a) mit Abstand von der Rüttlerspitze koaxial auf den Rüttler aufgeschoben und in den Boden niedergebracht. Die entsprechenden Mitnehmermittel 23, 24 befinden sich hierbei in entsprechendem Abstand von der Rüttlerspitze. Auch hier ist mit gestrichelten Linien ein verdickter Säulenfuß 19 gezeigt, der fakultativ in der tragfähigen Bodenschicht 14 aufgebaut sein kann. Das Umhüllungsrohr 22' hat bereits seine bestimmungsgemäße Position erreicht, das die nicht-stützfähige Bodenschicht 12 durchdringt und in die zumindest stützfähige Bodenschicht 13 hineinragt.
In der Darstellung b) ist der Rüttler 17 bereits in das Innere des Umhüllungsrohres 22' zurückgezogen, nachdem er beim Ziehen einen unteren Säulenabschnitt 20 im Bereich der zumindest stützfähigen Bodenschicht 13 erzeugt hat, der radial unmittelbar vom Boden abgestützt wird.
In der Darstellung c) ist der Rüttler 17 vollständig aus dem Umhüllungsrohr 22' nach oben herausgezogen, wobei das Umhüllungsrohr 22' zur Bildung eines oberen Säulenabschnittes 28 mit rolligem Material verfüllt ist, das sich hier vom Material des unteren Säulenabschnitts 20 unterscheidet.
In Figur 4 ist im wesentlichen die gleiche Gelände- und Gerätesituation und die gleiche Verfahrensabfolge wie in Figur 3 gezeigt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Auf die Beschreibung der Figur 3 wird insoweit Bezug genommen. Anstelle eines starren Umhüllungsrohres ist hierbei ein weniger gut erkennbarer unten offener Geotextilschlauch 27' über den Mittelabschnitt des Rüttlers 17 gezogen und soweit nach unten mitgenommen, daß er die nicht-stützfähige Bodenschicht 12 durchdringt und mit dem unteren Ende in die zumindest stützfähige Bodenschicht 13 hineinragt. Der Säulenfuß 19 ist im Bereich der tragfähigen Bodenschicht 14 bereits fertig gestellt.
Gemäß der Darstellung b) wird beim Ziehen des Rüttlers 17 der hier aus gleichem Material wie der Säulenfuß 19 bestehende untere Säulenabschnitt 20 hergestellt, der sich unmittelbar in der unteren Bodenschicht 13 radial abstützt.
Gemäß der Darstellung c) ist nach dem vollständigen Ziehen des Rüttlers 17 ein auf dem unteren Säulenabschnitt 20 aufbauender oberer Säulenabschnitt 28 durch Auffüllen des Geotextilschlauches 27' mit wiederum gleichem Material entstanden. Die radialen Stützkräfte für das Füllmaterial sind hierbei als Folge eines radialen Aufweitens des Umhüllungsschlauches 27' erzeugt.
In den Darstellungen ist das gemeinsame Prinzip erkennbar, das zur Verbilligung und Reduzierung des Materialverbrauches eine zusätzliche Umhüllung für das Säulenmaterial nur im Bereich nicht zumindest stützfähiger oberer Bodenschichten erfolgt. Hiermit reduziert sich der Bedarf an Stützkörpern nach Längenmetern sowie der Verbrauch von Füllmaterial im Bereich der nicht-stützfähigen Schichten. Die Lastabtragung erfolgt über den gesamten Säulenkörper in die unteren Bodenschichten hinein, wobei im Bereich des unteren Säulenabschnittes ein Lastabtrag über Mantelreibung zusätzlich zur Auflagerlast des Säulenfußes oder als ausschließliche Krafteinleitung in den Boden möglich wird.
Bezugszeichenliste
11
Bodenoberfläche
12
nicht-stützfähige Bodenschicht
13
zumindest stützfähige Bodenschicht
14
tragfähige Bodenschicht
15
Fahrzeug
16
Mäkler
17
Rüttler
18
Trichter
19
Säulenfuß
20
unterer Säulenabschnitt
21
Rüttelloch
21
Umhüllungsrohr
23
Mitnehmer (17)
24
Mitnehmer (22)
25
Verdickung
26
oberer Säulenabschnitt
27
Geotextilumhüllung

Claims (17)

  1. Verfahren zum Herstellen von Säulen in Böden mit zumindest einer nicht-tragfähigen Bodenschicht zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw.
    -stabilisierung, mit den folgenden Verfahrensschritten zur Herstellung einer der Säulen,
    ein Verdrängungsgerät (17), insbesondere ein Tiefenrüttler mit Schleusenrohr oder ein Verdrängungsrohr mit Verschluß, wird von der Bodenoberfläche (11) aus durch die zumindest eine nicht-tragfähige Bodenschicht bis in eine tragfähige oder zumindest stützfähige Bodenschicht (13, 14) eingerüttelt,
    ein unmittelbar von einer zumindest stützfähigen Bodenschicht (13, 14) abgestützter unterer Säulenabschnitt (20) wird, insbesondere mittels des Verdrängungsgerätes (17), von unten nach oben aus rolligem Material aufgebaut,
    eine rohr- oder schlauchförmige Umhüllung (22, 27) wird von der Bodenoberfläche (11) aus, zumindest eine nicht-stützfähige Bodenschicht (12) durchsetzend, bis in den unteren Säulenabschnitt (20) hineinreichend eingebaut, die Umhüllung (22, 27) wird zur Bildung eines von der Umhüllung gestützten oberen Säulenabschnitts (26, 28) mit rolligem Material verfüllt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein verdickter Säulenfuß (19) aus rolligem Material, insbesondere mittels des Verdrängungsgerätes (17), in der tragfähigen oder zumindest stützfähigen Bodenschicht (13, 14) eingebaut wird, auf dem dann der untere Säulenabschnitt (20) aufgebaut wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (22, 27) nach einem ersten Einrütteln und einem Ziehen des Verdrängungsgerätes (17) - nach dem Herstellen des unteren Säulenabschnitts - an dessen unterem Ende koaxial auf diesem befestigt wird und bei einem zweiten Einrütteln des Verdrängungsgerätes (17) auf ihre bestimmungsgemäße Tiefe niedergebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (22, 27) mit Abstand vom unteren Ende des Verdrängungsgerätes (17) koaxial auf diesem befestigt wird und bei einem ersten Einrütteln des Verdrängungsgerätes (17) - vor dem Herstellen des unteren Säulenabschnitts - niedergebracht wird und sich beim Ziehen von diesem trennt bzw. von diesem getrennt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß bindemittelfreies rolliges Material- Gestein, Schotter, Kies, Sand - verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß bindemittelhaltiges rolliges Material - Mörtel, Beton - verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllung ein Rohrkörper (22) - ohne Durchbrüche, mit Durchbrüchen; aus Stahlblech, aus Verbundwerkstoff, aus Kunststoff - verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllung ein Geotextilschlauch (27) - mit Vliesverbundanteil; ohne Vliesanteil - verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine unten geschlossene Umhüllung (22, 27) verwendet wird.
  10. Säulenkörper im Boden zur Verbesserung bzw. Stabilisierung von Böden mit zumindest einer nicht-tragfähigen Bodenschicht, umfassend
    einen unverrohrten unteren Säulenabschnitt (20), der in tragfähige bzw. zumindest radial stützfähige Bodenschichten (13, 14) eingebaut ist,
    einen mit Umhüllung (22, 27) versehenen oberen Säulenabschnitt (26, 28), der zumindest eine nicht-stützfähige Bodenschicht (12) durchsetzt und mit seiner Umhüllung (22, 27) in den unteren Säulenabschnitt (20) hineinreicht.
  11. Säulenkörper nach Anspruch 10,
    gekennzeichnet durch
    einen in einer tragfähigen oder zumindest stützfähigen Bodenschicht (13, 14) eingebetteten Säulenfuß (19), auf dem der untere Säulenabschnitt (20) aufgebaut ist.
  12. Säulenkörper nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß bindemittelhaltiges rolliges Material - Mörtel, Beton - verwendet wird.
  13. Säulenkörper nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß bindemittelhaltiges rolliges Material - Mörtel, Beton - verwendet wird.
  14. Säulenkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllung ein Rohrkörper (22) - ohne Durchbrüche, mit Durchbrüchen; aus Stahlblech, aus Verbundwerkstoff, aus Kunststoff - verwendet wird.
  15. Säulenkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllung ein Geotextilschlauch (27) - mit Vliesfüllung, ohne Vliesanteil - verwendet wird.
  16. Säulenkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine unten geschlossene Umhüllung (22, 27) verwendet wird.
  17. Verbesserter bzw. stabilisierter Baugrund, in welchem Säulenkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 16 nach einem Oberflächenraster verteilt eingebaut sind.
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