EP1273714A2 - Verfahren zur Verdichtung von Böden - Google Patents

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EP1273714A2
EP1273714A2 EP02014509A EP02014509A EP1273714A2 EP 1273714 A2 EP1273714 A2 EP 1273714A2 EP 02014509 A EP02014509 A EP 02014509A EP 02014509 A EP02014509 A EP 02014509A EP 1273714 A2 EP1273714 A2 EP 1273714A2
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EP
European Patent Office
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fibers
added
soil
bodies
deep vibrator
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EP02014509A
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English (en)
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EP1273714A3 (de
Inventor
Joachim Dipl.-Ing. Berg
Heinz Dipl.-Ing. Priebe
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Keller Grundbau GmbH
Original Assignee
Keller Grundbau GmbH
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Publication date
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for compacting rolling Soils for the purpose of soil improvement or stabilization through compression processes carried out according to a grid, where a deep vibrator from the ground surface is shaken into the ground and the deep vibrator pulled upward while shaking the soil is, as filling material from the surface from rolling Material is added.
  • Such procedures are called Vibration compression / Vibro Compaction by the applicant performed for a long time. The applicability of this The procedure extends to all rolling and therefore compressible Floors.
  • Rolling stock is also added
  • the material used is primarily sand or gravel-sand mixtures. The added material fills the around the deep vibrator soil funnels created as a result of flushing and soil compaction and forms compacted soil bodies itself. The going far beyond this soil body from addition material Compaction areas in the grown soil overlap by the grid arrangement of the compression processes, so that the soil compacted after the completion of the process is.
  • the grown soil to be compacted is made of sand and / or if sand is used as filling material, it must be taken into account that due to the lower friction angle of
  • the properties of the compacted soil are still moderate are, in particular with signs of subsidence under foundations to count. Especially the upper 2 to 3 m compacted Soils often do not have the desired properties.
  • the object of the invention is to propose a method of the type mentioned which leads to satisfactory results even with less loadable soils.
  • the solution consists in that, as the material to be added, fiber-staggered, roll-like material is added at least in phases from the surface while the deep vibrator is being pulled. Fiber-offset material should be used at least from a certain depth below the future foundation floor up to near the surface. Binder-free material, in particular sand or gravel-sand mixtures, is preferably used as the addition material.
  • the added fibers can be steel fibers, glass fibers or plastic fibers.
  • a favorable length of the individual fibers is of the order of 50 mm.
  • Polypropylene fibers have a density of about 0.9 kg / dm 3 .
  • the additional quantity can be in the order of 1 to 3 kg of fibers per m 3 of added material.
  • the cohesion value of the fiber-reinforced addition material should be between 5 and 50 kN / m 2 , in particular between 10 and 30 kN / m 2 .
  • the grid dimension according to which the individual compaction processes are carried out can be between 2 and 5 m.
  • the essential feature of the process is that the Stability of the soil through the use of added material with a Fiber reinforcement is improved wherever an offer conventional unreinforced material to the desired Improves soil through compaction.
  • the soil is compacted in a generally known manner Vibration printing technology using a deep vibrator.
  • the fiber admixture to the addition material takes place on the surface.
  • fiber material is mixed into certain sand or gravel batches.
  • unreinforced material can be added or fiber-reinforced addition material in the resulting Vibrating craters / vibrating funnels are added.
  • the process sequence is largely based on the well-known vibratory printing technique, where the deep vibrator by one Elevation section with addition material in the vibrating hole is pulled and then to compress the supplied material is kept at a depth for a while or again is shaken by a section.
  • FIG 1 is a vertical section through the bottom Deep vibrator 11 shown, which is arranged below on a linkage 12 is, which in turn on a crane boom 13 one Excavator / crawler vehicle 14 is attached.
  • the deep vibrator is from the bottom surface 21 into a bottom layer 22 from less load-bearing rolling material shaken and has with a load-bearing bottom layer 23 reaches its tip.
  • arose is flushed from the floor.
  • the groundwater table is marked with a triangle 33. Shear cones are indicated with Z symbols.
  • the deep vibrator 11 is in a later phase of the compaction process, in which the vibrator is partially is withdrawn in the bottom layer 22 and around the deep vibrator around a compression region 25 of approximately cylindrical Shape has arisen.
  • Soil compaction has slipped material from the grown soil, so that the bottom funnel 24 widens upwards Has. Part of the resulting from the compression Missing quantity is already due to added from the floor surface Added material filled up and forms a compacted Floor 29.
  • the compression process is a later one Phase shown, the deep vibrator 11 again is pulled upwards and the compression area 25 has increased upwards.
  • the bottom body 29 made of addition material consists of fiber-reinforced addition material above a boundary line 30.
  • a batch of fiber reinforced additive material 26 is heaped up on the ground surface to get into the ground funnel 24 to be entered.
  • a marked floor area 27 am Funnel edge of the bottom funnel denotes grown fiber-free Soil material that is in the soil hopper during compaction 24 slips.
  • a tailings hill 28 on the ground surface represents lifted off an earth moving vehicle 15 Soil, because after the compaction has been completed, the soil surface is brought to plan level. Depths in meters relate to the level of origin.
  • the surface After completely filling the bottom hopper 24 can the surface is leveled first and then with a surface compactor be treated. It remains a condensed fiber-reinforced Body 29 made of addition material in the total compressed Detectable floor.
  • FIG. 4 there are compression areas distributed over an area 25 can be seen in plan view, a center point in each case the axis position of the deep vibrator during the corresponding compaction process designated.
  • the centers are under a foundation plate 31 arranged according to a triangular grid.
  • FIG. 5 shows five individual compression areas 25 in Top view recognizable, with a center point the axis position of the deep vibrator during the corresponding compaction process designated.
  • the centers are square Grid arranged.
  • a single foundation 32 is above Group of five compression areas 25 shown.

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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

Verfahren zum Verdichten von rolligen Böden zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw. -stabilisierung durch nach einem Raster durchgeführte Verdichtungsvorgänge, die jeweils mit den folgenden Verfahrensschritten ausgeführt werden: ein Tiefenrüttler (11) wird von der Bodenoberfläche (21) aus in den Boden eingerüttelt; der Tiefenrüttler wird rüttelnd unter Verdichtung des Bodens nach oben gezogen; als Zugabematerial wird während des Ziehens des Tiefenrüttlers von der Oberfläche aus zumindest phasenweise faserversetztes rolliges Material zugegeben. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von rolligen Böden zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw. - stabilisierung durch nach einem Raster durchgeführte Verdichtungsvorgänge, bei denen ein Tiefenrüttler von der Bodenoberfläche aus in den Boden eingerüttelt wird und der Tiefenrüttler unter Verdichtung des Bodens rüttelnd nach oben gezogen wird, wobei als Füllmaterial von der Oberfläche aus rolliges Material zugegeben wird. Solche Verfahren werden unter der Bezeichnung Rütteldruckverdichtung/Vibro Compaction von der Anmelderin seit langem durchgeführt. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens erstreckt sich auf alle rolligen und damit verdichtbaren Böden. Als Zugabematerial wird ebenfalls rolliges Material verwendet und zwar vorrangig Sand oder Kies-Sand-Gemische. Das Zugabematerial füllt die um den Tiefenrüttler herum infolge Einspülung und Bodenverdichtung entstandenen Bodentrichter auf und bildet selber verdichtete Bodenkörper. Die weit über diese Bodenkörper aus Zugabematerial hinausgehenden Verdichtungsbereiche im gewachsenen Boden überschneiden einander durch die Rasteranordnung der Verdichtungsvorgänge, so daß der Boden nach Abschluß des Verfahrens insgesamt verdichtet ist.
Ist der gewachsene Boden, der zu verdichten ist, aus Sand und/oder wird Sand als Füllmaterial verwendet, ist zu berücksichtigen, daß aufgrund des geringeren Reibungswinkels von Sand die Eigenschaften auch des verdichteten Bodens noch mäßig sind, insbesondere ist mit Setzungserscheinungen unter Fundamenten zu rechnen. Besonders die oberen 2 bis 3 m verdichteten Bodens haben häufig nicht die gewünschten Eigenschaften.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art vorzuschlagen, das auch bei weniger tragfähigen Böden zu befriedigenden Ergebnissen führt. Die Lösung besteht darin, daß als Zugabematerial während des Ziehens des Tiefenrüttlers von der Oberfläche aus zumindest phasenweise faserversetztes rolliges Material zugegeben wird. Zumindest ab einer bestimmten Tiefe unter der späteren Fundamentsohle bis in Oberflächennähe soll faserversetztes Zugabematerial verwendet werden. Als Zugabematerial wird hierbei bevorzugt bindemittelfreies Material, insbesondere Sand oder Kies-Sand-Gemische verwendet. Die beigemischten Fasern können Stahlfasern, Glasfasern oder Kunststoffasern sein. Als solches bekannt sind multifile Fasern, gespleißte Fasern, Faserbündel oder kleine Fasernetze, die aufgrund der sogenannten Faserkohäsion zu einer Erhöhung der Scherfestigkeit des Grundmaterials führen. Eine günstige Länge der einzelnen Fasern liegt in der Größenordnung von 50 mm. Fasern aus Polypropylen haben dabei eine Dichte von etwa 0,9 kg/dm3. Die Zuschlagmenge kann bei Kunststoffasern in der Größenordnung von 1 bis 3 kg Fasern je m3 Zugabematerial betragen. Der Kohäsionswert des faserbewehrten Zugabematerials sollte zwischen 5 und 50 kN/m2, insbesondere zwischen 10 und 30 kN/m2 liegen. Das Rastermaß, nach dem die einzelnen Verdichtungsvorgänge ausgeführt werden, kann zwischen 2 und 5 m liegen.
In bevorzugter Ausführung wird vorgeschlagen, daß phasenweise, insbesondere in tragfähigen Bodenschichten (Tragschichten) faserfreies Zugabematerial zugegeben wird. Da die Faserzuschläge einen Kostenfaktor darstellen, ist hiermit eine äußerst sparsame Verwendung möglich, ohne die ausreichende Tragfähigkeit des verdichteten Bodens zu beeinträchtigen.
Es ist günstig, den Tiefenrüttler jeweils bis in eine tragfähige Bodenschicht einzurütteln.
Das wesentliche Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß die Stabilität des Bodens durch Einsatz von Zugabematerial mit einer Faserbewehrung überall dort verbessert wird, wo eine Zugabe herkömmlichen unbewehrten Materials nicht zur gewünschten Verbesserung des Bodens durch Verdichtung führt.
Die Verdichtung des Bodens erfolgt in grundsätzlich bekannter Rütteldrucktechnik mittels eines Tiefenrüttlers. Die Faserzumischung zum Zugabematerial erfolgt an der Oberfläche. Fasermaterial wird in bestimmte Sand- oder Kieschargen eingemischt. Je nach vorliegender Bodenschicht kann unbewehrtes Zugabematerial oder faserbewehrtes Zugabematerial in den entstehenden Rüttlerkrater/Rütteltrichter zugegeben werden.
Grundsätzlich ist es möglich, mit von unten nach oben zunehmendem Faserbewehrungsanteil im Zugabematerial zu arbeiten, da die Tragfähigkeit des Bodens bei gleichbleibender Bodenbeschaffenheit nach oben abnimmt.
Der Verfahrensablauf beruht weitgehend auf der bekannten Rütteldrucktechnik, bei der der Tiefenrüttler jeweils um einen Höhenabschnitt unter Zugabe von Zugabematerial im Rüttelloch gezogen wird und dann zur Verdichtung des zugeführten Materials eine Zeitlang auf einer Tiefe gehalten wird oder auch wieder um einen Teilabschnitt eingerüttelt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verdichtungsverfahren können tragfähige Böden hergestellt werden, die sofort nach Fertigstellung belastet werden können. Aufgrund ihrer Herstellungsweise mit faserbewehrtem Zugabematerial sind nur geringe Setzungen bei dem Aufbringen von Lasten zu erwarten.
Vor der Durchführung des Verfahrens ist ein detaillierter Baugrundaufschluß erforderlich. Insbesondere zur Festlegung der erforderlichen Faserbewehrungsabschnitte werden vorzugsweise in einem engen Raster Sondierungen ausgeführt.
Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Säulen sind in den Zeichnungen dargestellt, die anschließend beschrieben werden.
Figur 1
zeigt das Einfahren eines Tiefenrüttlers in den Boden unter Spülwasserzugabe zur Bildung eines Bodentrichters;
Figur 2
zeigt das Ziehen des Tiefenrüttlers unter Ausbildung eines verdichteten Bodenbereichs;
Figur 3
zeigt das Zugeben von Zugabematerial, in dem durch Bodenverdichtung erweiterten Bodentrichter in einem späterem Stadium;
Figur 4
zeigt ein Raster zur Durchführung einzelner Verdichtungsvorgänge mit nach Dreiecken angeordneten Zentren;
Figur 5
zeigt ein Raster zur Durchführung einzelner Verdichtungsvorgänge mit nach Quadraten angeordneten Zentren.
In Figur 1 ist in einem vertikalen Schnitt durch den Boden ein Tiefenrüttler 11 gezeigt, der unten an einem Gestänge 12 angeordnet ist, das seinerseits an einem Kranausleger 13 eines Baggers/Raupenfahrzeugs 14 angehängt ist. Der Tiefenrüttler ist von der Bodenoberfläche 21 in eine Bodenschicht 22 aus weniger tragfähigen rolligen Material eingerüttelt und hat mit seiner Spitze eine tragfähige Bodenschicht 23 erreicht. Durch Zugabe von Spülwasser unter hohem Druck ist um den Rüttler herum ein etwa paraboloider Bodentrichter 24 entstanden, der von Boden freigespült ist. Um dieses Ergebnis zu erreichen, ist der Tiefenrüttler 11 gegebenenfalls mehrfach auf und ab zu bewegen. Mit einem Dreieck 33 ist der Grundwasserspiegel markiert. Mit Z-Symbolen sind Scherkegel angedeutet.
In Figur 2 ist der Tiefenrüttler 11 in einer späteren Phase des Verdichtungsvorganges gezeigt, bei dem der Rüttler teilweise in der Bodenschicht 22 zurückgezogen ist und um den Tiefenrüttler herum ein Verdichtungsbereich 25 von etwa zylindrischer Form entstanden ist. Durch die in diesem Bereich bewirkte Bodenverdichtung ist Material des gewachsenen Bodens nachgerutscht, so daß sich der Bodentrichter 24 nach oben erweitert hat. Ein Teil der durch die Verdichtung entstandenen Fehlmenge ist bereits durch von der Bodenoberfläche zugegebenes Zugabematerial aufgefüllt und bildet einen verdichteten Bodenkörper 29.
In Figur 3 ist der Verdichtungsvorgang in einer nochmals späteren Phase gezeigt, wobei der Tiefenrüttler 11 nochmals weiter nach oben gezogen ist und sich der Verdichtungsbereich 25 nach oben vergrößert hat. Der Bodenkörper 29 aus Zugabematerial besteht oberhalb einer Grenzlinie 30 aus faserbewehrtem Zugabematerial. Eine Charge faserbewehrtes Zugabematerial 26 ist an der Bodenoberfläche aufgeschüttet, um in den Bodentrichter 24 eingegeben zu werden. Ein markierter Bodenbereich 27 am Trichterrand des Bodentrichters bezeichnet gewachsenes faserfreies Bodenmaterial, das während der Verdichtung in den Bodentrichter 24 nachrutscht. Ein Abraumhügel 28 an der Bodenoberfläche stellt von einem Erdbewegungsfahrzeug 15 abgehobenen Boden dar, da nach dem Abschluß der Verdichtung die Bodenoberfläche auf Planhöhe gebracht wird. Tiefenangaben in Meter beziehen sich auf das Ursprungsniveau.
Nach dem vollständigen Auffüllen des Bodentrichters 24 kann die Oberfläche zuerst planiert und dann mit einem Oberflächenverdichter behandelt werden. Es bleibt ein verdichteter faserbewehrter Körper 29 aus Zugabematerial im insgesamt verdichteten Boden nachweisbar.
In Figur 4 sind über eine Fläche verteilte Verdichtungsbereiche 25 in Draufsicht erkennbar, wobei jeweils ein Mittelpunkt die Achsenlage des Tiefenrüttlers beim entsprechenden Verdichtungsvorgang bezeichnet. Die Zentren sind unter einer Fundamentplatte 31 nach einem Dreiecksraster angeordnet.
In Figur 5 sind fünf einzelne Verdichtungsbereiche 25 in Draufsicht erkennbar, wobei jeweils ein Mittelpunkt die Achsenlage des Tiefenrüttlers beim entsprechenden Verdichtungsvorgang bezeichnet. Die Zentren sind nach einem quadratischen Raster angeordnet. Mit 30 ist ein Einzelfundament 32 über der Gruppe von fünf Verdichtungsbereichen 25 gezeigt.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Verdichten von rolligen Böden zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw. -stabilisierung durch nach einem Raster durchgeführte Verdichtungsvorgänge, die jeweils mit den folgenden Verfahrensschritten ausgeführt werden:
    ein Tiefenrüttler (11) wird von der Bodenoberfläche (21) aus in den Boden (22) eingerüttelt;
    der Tiefenrüttler (11) wird rüttelnd unter Verdichtung des Bodens (22) nach oben gezogen;
    als Zugabematerial wird während des Ziehens des Tiefenrüttlers (11) von der Oberfläche (21) aus zumindest phasenweise rolliges Material (26) zugegeben, das mit Fasern versetzt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß während des Ziehens des Tiefenrüttlers (11), insbesondere in tragfähigen Bodenschichten, phasenweise rolliges Material zugegeben wird, das nicht mit Fasern versetzt ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefenrüttler (11) bis in eine tragfähige Bodenschicht (23) in den Boden (22) eingerüttelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß während des Ziehens des Tiefenrüttlers (11) rolliges Material (26), das mit einem zunehmend höherem Faseranteil versetzt ist, zugegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß bindemittelfreies Material, insbesondere Sand oder Kies-Sand-Gemische, als Zugabematerial (26) verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß Stahlfasern, Glasfasern oder Kunststoffasern verwendet werden, insbesondere mit einer Länge von ganz ungefähr 50 mm, also etwa 25-75 mm.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 bis 5 kg, insbesondere 2-3 kg Fasern je m3 Zugabematerial zugegeben werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß mit Fasern versetztes Zugabematerial mit einem Kohasionswert von 5-50 kN/m2, insbesondere von 10-30 kN/m2 verwendet wird.
  9. Boden, der zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw. - stabilisierung nach einem Raster verdichtet ist, in dem Körper aus verdichtetem rolligem Zugabematerial eingebaut sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (29) zumindest teilweise aus rolligem Material, das mit Fasern versetzt ist, bestehen.
  10. Boden nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (29) Schichten aus Material aufweisen, das nicht mit Fasern versetzt ist.
  11. Boden nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (29) in einer tragfähigen Bodenschicht (23) gründen.
  12. Boden nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (29) von unten nach oben zunehmenden Faseranteil ausweisen.
  13. Boden nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (29) die Form von spitzen Kegeln mit untenliegender Spitze oder Paraboloiden mit untenliegendem Scheitelpunkt haben.
  14. Stopfsäule nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Stahlfasern, Glasfasern oder Kunststoffasern sind, insbesondere solche mit einer Länge von ganz ungefähr 50 mm, also etwa 25-75 mm.
  15. Stopfsäule nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 bis 5 kg, insbesondere 2-3 kg Fasern je m3 Zugabematerial in dem mit Fasern versetztem Zugabematerial enthalten sind.
  16. Stopfsäule nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß sie im Bereich des mit Fasern versetzten Zugabematerials einen Kohasionswert von 5-50 kN/m2, insbesondere von 10-30 kN/m2 hat.
EP02014509A 2001-07-07 2002-07-01 Verfahren zur Verdichtung von Böden Withdrawn EP1273714A3 (de)

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