FI123541B - Menetelmä sideaineen siirtoilman poistamiseksi paineilman ja sideaineen seoksesta stabiloitaessa maamassoja sideainelisäyksen avulla - Google Patents

Description

Menetelmä sideaineen siirtoilman poistamiseksi paineilman ja sideaineen seoksesta stabiloitaessa maamassoja sideainelisäyksen avulla 5 Keksinnön kohteena on menetelmä sideaineen siirtoilman poistamiseksi paineilman ja sideaineen seoksesta stabiloitaessa maamassoja sideainelisäyksen avulla, jossa menetelmässä käytetään laitteistoa, johon kuuluu välineet paineilman tuottamiseksi, sideainesäiliö, paineilman ja sideaineseoksen syöttö-putki ja laitteisto sideaineen sekoittamiseksi maamassaan, ja jossa menetel-10 mässä poistetaan sideaineen siirtoon käytettyä paineilmaa erillisen poistoput-ken kautta ulos ennen paineilman joutumista maamassaan seuraavien toimenpiteiden avulla: 1) johdetaan sideaine varastotilaan, jossa on sideaineen purkuaukko maaperään, ja 2) säädetään painetaso laitteistossa sellaiseksi, että varastotilan paine ylittää maaperän aiheuttaman vastapaineen purkuau-15 kossa, jolloin sideaine poistuu varastotilasta purkuaukon kautta ulos maaperään ja ainakin osa ilmasta poistuu hallitusti varastotilan yläosasta poistoput-keen.

Tekniikan taso 20

Yleisesti käytetyt stabilointimenetelmät voi jakaa kahteen perusmenetelmään. Japanissa käytetään yleisesti järjestelmää, jossa maaperään syötetään veteen sekoitettua sideainetta, pääosin sementtiä. Sideaine sekoitetaan suu-co rissa yksiköissä ja toimitetaan työmaalle valmiina maaperään syötettäväksi.

° 25 Tämä järjestelmä antaa sideaineen annosteluun suuren tarkkuuden, koska 9 nesteen syöttö voidaan katkaista ja aloittaa ilman ilmasyötön hitautta. Syöt- CT) töyksiköt ovat myös ns. paineettomia säiliöitä, jotka sisältävät pumppuyksi-| kön, joten tekniikka on yksinkertaista. Ongelmana tässä märkämenetelmässä on sen alttius ulkopuolisille häiriöille, eli sideaineen toimitusten täytyy olla

CD

!£ 30 tarkkaan ajoitettuja ja kovin suuria häiriöitä ei itse sekoitus- ja syöttölaitteis- ° sa saa olla, jotta kovettuva sideaine ei jämähdä laitteiden sisään.

2

Toinen perusmenetelmistä on pohjoismaissa kehitetty menetelmä, jossa sideaine tulee työmaalle jauhemaisena, ja se siirretään paineistettuna varastosäiliöihin, joista sitten paineistettuna edelleen syöttösäiliöihin. Varasto- ja siirtosäiliöiden paine on yleensä 1-2 baria, ja syöttösäiliöiden paine 6-8 ba-5 ria. Tässä menetelmässä sideaine syötetään ja annostellaan paineilman joukkoon kuivana, jolloin etuna on se, ettei sideaineen toimitusten logistiikka ole kovinkaan tarkkaa, kunhan työmaan varastosäiliöissä on aina sideainetta. Sideaine myös säilyy jauhemaisena pitkään käyttökelpoisena, joten äkilliset työn katkeamiset eivät tuo ongelmia syöttölaitteisiin. Vastaavanlaisia mene-10 telmiä on esitetty esimerkiksi japanilaisessa patenttihakemusjulkaisussa JP 60112919 sekä hakemusjulkaisussa EP 1069245.

Molemmissa menetelmissä sideaine syötetään ja sekoitetaan maaperään pyörivän putken päähän kiinnitetyn sekoituskärjen avulla. Näitä pyöriviä putkia 15 voi olla useampia ryhmään kytkettynä, jolloin saadaan aikaan useampi pilari yhdessä työvaiheessa. Pyörivä putki voi olla pyöreä tai monikulmio, yleensä neliömäinen, jonka sisällä sideaine johdetaan maaperään.

Koska koko putki sen alapäässä olevine sekoituskärkineen pyörii, tarvitaan 20 syvälle mentäessä suuri osa pyöritysmomentista muuhun kuin varsinaisen sekoituskärjen pyörittämiseen ja maa-aineksen sekoittamiseen. Pyöritysmo-mentti siirretään putkeen yleensä sen yläpäähän kiinnitetyn voimansiirtoket-jun tai hammaspyörävälityksen avulla.

CO

° 25 Kaikissa menetelmissä varsinainen pilaristabilointiyksikkö on iso ja raskas 9 laite, jonka siirtely työmaalla ja työmaalta toiselle on hidasta ja kallista. Itse O) laite on massiivisuutensa takia investointikuluiltaan kallis.

X

CC

CL

<5 Tunnettujen menetelmien edut ja haitat

CO

« 30 ° Märkämenetelmän etuina ovat tarkka sideaineen syöttö ja vähäinen häiriö 3 ympäröivään maa-ainekseen. Huonona puolena on menetelmän soveltumattomuus sellaisiin kohteisiin missä käsiteltävän maaperän vesipitoisuus on luonnostaan korkea (esim. useimmat savet Skandinaviassa). Näissä työkohteissa pilarin laatua huonontaa se, että esisekoitettu sideaineen ja veden 5 seos ei sekoitu hyvin maaperään vaan pyrkii työntymään pintaan, aiheuttaen laadun vaihtelua pilarissa. Huonoina puolina voidaan myös nähdä sideaineen valmistuspaikan etäisyys työkohteesta, ja sen aiheuttamat logistiset ongelmat sekä rajallinen aika sideaineen valmistuksen ja maahansyötön välillä, joka ei salli häiriöitä eikä keskeytyksiä prosessiin.

10

Kuivamenetelmän etuina on suurempi riippumattomuus sideaineen toimittajasta ja sideaineen varastoitavuus työmaalla, joka sallii joustavamman työskentelyn. Huonoina puolina on paineilman joutuminen maaperään, jossa se häiritsee ympäröivää maa-ainesta ja heikentää pilarin laatua, ja maaperän 15 erilaisten kerrosten vuoksi osa sideaineesta purkautuu pois pilarista paineen purkukanavien kautta. Pölyäminen on myös joskus ongelma, vaikka oikeilla työmenetelmillä siitä päästäänkin lähes kokonaan eroon. Ympäröivän maa-aineksen häiriintyminen vaikuttaa pilarin kantokykyyn ja sideaineen määrä pilarissa voi vaihdella lyhyellä matkaa paljonkin maaperän huokoisuudesta 20 riippuen.

Keksinnön tarkoitus ja keksintö co Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla voidaan välttää ° 25 tai ainakin olennaisesti vähentää edellä mainittujen tunnettujen menetelmien o haittoja.

CD

C\l | Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jonka tun- fo nusmerkit on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1. Epäitsenäisissä pa- co !£ 30 tenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia suoritusmuotoja, δ

CM

4

Suoritusesimerkin yksityiskohtainen kuvaus

Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan viittaamalla oheisiin piirustuksiin, jotka esittävät yhden suoritusmuodon mukaista laitetta, jolla keksinnön mu-5 kainen menetelmä on toteutettavissa.

Kuvio 1 esittää perspektiivikuvana keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavaa laitetta, joka on liitettävissä kuviossa 2 näkyviin oheislaitteisiin.

10

Kuvio 2 esittää koko laitteistoa, johon kuuluu keksinnön mukaisen menetelmän toteuttava laite ja sen käyttöä palvelevat oheislaitteet.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan laitteen ylä-15 osaa osittain auki leikattuna.

Kuvio 4 esittää laitteen yläosaa eri leikkaussuunnassa kuin kuvio 3.

Kuvio 5 esittää laitteen alaosaa osittain auki leikattuna ja ilman sekoitussii- 20 piä.

Kuvio 6 esittää laitteen pystypuomin 1 poikkileikkausta.

co Kuvio 7 esittää keksinnön mukaisen laitteen alapäätä, sekoitussiipien 3 ° 25 ollessa sisäänpäin kääntyneinä, ja

O

CT) cv Kuvio 8 esittää laitteen alapäätä sekoitussiipien 3 ollessa säteittäin ulos- | päin kääntyneinä.

CD

1^

CD

!£ 30 Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan laitteen yleisrakenne ilmenee ^ kuviosta 1. Laitteeseen kuuluu runko 10 ja pystypuomi 1, jota liikutetaan nel jän pyörivän laipallisen rullan 11 ohjaamana. Rullat 11 on laakeroitu runkoon 5 10 ja ainakin yksi rulla on varustettu pyöristysmoottorilla, joka on runkokote-lon sisällä. Rullat 11 on varustettu joustavalla pinnoitteella, kuten elastomee-ri, kumi tai silikoni, jotka samalla muodostavat kitkapinnat ja rullia 11 puristetaan pareittain pystypuomia 1 vasten, jolloin pystypuomia 1 voidaan liikuttaa 5 rungon 10 suhteen suuntaan tai toiseen.

Pystypuomi 1 muodostuu liikuttamismatkaansa vastaavalta osalta neljästä putkesta, joista yksi muodostaa sideaineen syöttöputken 30 ja kaksi muodostaa syöttöilman poistoputket 31. Neljäs putki muodostaa kanavan hydrauli-10 letkuille 5, jotka on liitetty pystypuomin 1 yläpäässä olevaan jakotukkiin 7 ja alapäässä olevan sekoituskäijen 2 pyöritysmoottoriin 4. Pystypuomi 1 on siis käytössä pyörimätön ja vain sekoituskärkeä 2 pyöritetään.

Sekoituskärkeen 2 kuuluu kääntyvät sekoitussiivet 3, jotka yhteen suuntaan 15 pyöritettäessä kääntyvät maan vastuksen vaikutuksesta sisäänpäin. Kään-tönivelet 3a on näytetty kuvissa 7 ja 8. Kääntönivelien 3a akselisuunta on kallistettu sekoituskärjen 2 pyörimisakseliin nähden. Sekoitussiivet 3 voivat olla muotoillut siten, että ne muodostavat sisäänpäin käännetyssä asennossa pystypuomin ympärille alaspäin vetävän ruuvikierteen. Tällöin pystypuomi on 20 helppo työntää maan sisään kovakuorikerroksen läpi rikkomatta turhaan kova kuorikerrosta, johon jää vain pienihalkaisijainen reikä. Kun sekoitussiivet 3 on ajettu haluttuun syvyyteen tai vasten kantavaa maaperää, käännetään sekoituskärjen 2 pyörimissuunta esim. vastapäivästä myötäpäivään, jolloin co maan paine avaa sekoitussiivet 3 ja sideaineen syöttö ja sekoitus sekä pystyni 25 puomin 1 nostoliike voivat alkaa.

O

O) «m Sekoituspoikkipinnan säätämiseksi sekoitussiipien 3 kääntymiskulma voidaan | jäljestää säädettäväksi esim. kääntymistä rajoittavilla säätökappaleilla tai sekoitussiivet 3 voidaan vaihtaa pituudeltaan erilaisiin sekoitussiipiin. Säädet- co !£ 30 tävillä sekoitussiivillä 3 saadaan laite nopeasti tekemään halutun halkaisijaista pilaria. Esimerkiksi nykyiset yleisimmät halkaisijaltaan 600, 700 tai 800 mm pilarit voidaan tehdä yhdellä ja samalla pikasäädettävällä sekoitussiivistöllä.

6

Sekoitussiipiä vaihtamalla saadaan 900, 1000, 1200 mm pilarin halkaisijat. Keksinnön mukaisella menetelmällä pilarin halkaisijan ylärajan asettaa maaperän laatu ja käytännön työmaatekijät, joten halkaisijaltaan 2000 mm pilari on helposti toteutettavissa. Kääntyvillä sekoitussiivillä vuorostaan poistetaan 5 suuren siipihalkaisijan mukanaan tuoma ongelma läpäistä kova pinta kuori kerros.

Rungossa 10 on ki i n n i tysvä I i neet 12 kauhakoneen 17 puomiin 18 kiinnitystä varten. Runkoa 10 rullineen 11 ja rullien 11 pyöritysmoottoreineen voidaan 10 nimittää pystypuomin 1 siirtolaitteeksi, jota on merkitty viitenumerolla 10a. Kiinnityslaite 12 voi olla standardin mukainen adapteri, jolla siirtolaite 10a voidaan liittää kauhakoneen 17 kauhan paikalle. Tällöin pystypuomin 1 siirto-laitetta 10a ja sekoituskärkeä 2 pyörittävää hydraulimoottoria 4 käytetään kauhakoneen 17 hydrauliikalla.

15

Runkoon 10 on kiinnitetty kelarunko 19, jossa on kela 25 sideaineen syöttö-letkulle 26 ja kela 13 hydrauliletkuille ja vesiletkulle 6, johon syötetään vettä säiliöstä 14 pumpun 15 ja letkun 16 kautta.

20 Sideaine syötetään sideainesäiliöstä 21 kompressorilla 22 tuotetun paineilman avulla. Annostelija 23 annostelee sideaineen syöttöletkuun 24, joka liittyy kelan 25 keskiakselilla olevan läpiviennin kautta kelalle 25 kelattavaan letkuun 26. Letkun 26 yläpää liittyy putkimutkan 27 kautta Laval-suuttimeen co 29, joka puolestaan liittyy varsinaiseen sideaineen syöttöputkeen 30, jonka ° 25 alapää avautuu pystypuomin 1 alapäässä olevaan varastotilaan 36, jossa on o poistoaukko 37 ulos maaperään. Sideaineen siirtoilma poistetaan varastotilan CT) ^ 36 yläosasta poistoputken 31 kautta ulos. Esitetyssä tapauksessa poistettava | ilma puhdistetaan vielä syklonipesurilla 33, johon poistoputken 31 yläpää liittyy aukon 32 kautta. Aukkoon 32 liittyy virtauksen suuntaaja (ei esitetty)

CD

!£ 30 virtauksen saattamiseksi pyörivään liikkeeseen. Sykloni pesuri n 33 ylälaipan ^ keskellä olevasta aukosta 34 poistetaan ilmaa hallitusti ulos. Syklonipesurin 33 pyörivässä liikkeessä hieno sideaine erottuu ja poistetaan syklonipesurin 7 33 alapäähän liittyvällä putkella 35 takaisin poistoputkeen 31, jossa poistovir-tausta pestään vesisuihkuilla (ei esitetty). Pesuliete valuu takaisin varastotilaan 36.

5 Vedensyöttöputki 6 liittyy jakotukkiin 7, josta putkella 8 syötetään vettä suut-timen 9 kautta venturityyppiseen suuttimeen eli ns. Laval-suuttimeen 29. Suuttimessa 29 kiihdytetään hetkellisesti ilman, sideaineen ja veden seoksen virtausnopeutta, jolloin vesi hajoaa sumuksi, johon jauhemainen sideaine tarttuu muodostaen lietemäisen massan, joka johdetaan varastotilaan 36.

10

Painetaso laitteistossa säädetään sellaiseksi, että varastotilan 36 paine ylittää maaperän aiheuttaman vastapaineen purkuaukossa 37, jolloin sideaine poistuu varastotilasta 36 purkuaukon 37 kautta ulos maaperään ja mahdollisimman suuri osa ilmasta saadaan poistettua hallitusti varastotilan 36 yläosasta 15 poistoputkeen 31. Syöttöilman virtaussuunta käännetään siis varastotilan 36 yläosassa alaspäin suuntautuvasta syöttövirtauksesta jyrkässä kaaressa ylöspäin suuntautuvaksi poistovirtaukseksi ja ylöspäin suuntautuva virtausnopeus alennetaan pienemmäksi kuin Vi alaspäin suuntautuvasta virtausnopeudesta käyttämällä poistoputken 31 poikkileikkauspinta-alaa, joka on ainakin kaksi 20 kertaa suurempi kuin syöttöputken 30 poikkileikkauspinta-ala.

Sideaineen ja veden erotusta ilmasta voidaan tehostaa keskipakovoiman avulla siten, että syöttöilman virtaussuunta pannaan pystyakselin suhteen co pyörivään liikkeeseen varastotilassa ennen virtauksen kääntämistä ylöspäin.

° 25 i o Putkesta 31 purkautuvaa poistoilmamäärää voidaan säätää esimerkiksi kuris- CT) c'j tamalla. Poistoilmamäärää säätämällä säädetään laitteiston painetaso seilaili seksi, että sideaine poistuu paineen työntämänä varastotilasta 36 maape- rään, eli säädetty paine säädetään suuremmaksi kuin maa-aineksen vastuk-co !£ 30 sen aiheuttama paine sideaineen purkukohdassa 37.

δ

CVJ

8

Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan laadultaan erinomaisia pilareita, koska paineilmaa ei tarpeettomasti joudu maaperään häiritsemään ympäröivää maa-ainesta ja sideaine saadaan tasaisesti jaetuksi pilarin poikkileikkaukselle, jolloin saavutetaan tasalaatuinen ja hyvän kantokyvyn omaava pilari.

5

Edellä on selostettu keksinnön soveltamista pilarikairan yhteydessä, mutta on selvää, että keksintöä voidaan soveltaa muunkin tyyppisillä stabilointilaitteilla, joilla sideainetta johdetaan ja sekoitetaan maaperään.

CO

δ c\j o O) C\l

X

cc

CL

CD

1^

CD

LO

δ

CM

Claims (6)

1. Menetelmä sideaineen siirtoilman poistamiseksi paineilman ja sideaineen seoksesta stabiloitaessa maamassoja sideainelisäyksen avulla, jossa mene- 5 telmässä käytetään laitteistoa, johon kuuluu välineet (22) paineilman tuottamiseksi, sideainesäiliö (21), paineilman ja sideaineseoksen syöttöputki (26, 30) ja laitteisto sideaineen sekoittamiseksi maamassaan, ja jossa menetelmässä poistetaan sideaineen siirtoon käytettyä paineilmaa erillisen poistoput-ken (31) kautta ulos ennen paineilman joutumista maamassaan seuraavien 10 toimenpiteiden avulla: 1. johdetaan sideaine varastotilaan (36), jossa on sideaineen purkuaukko (37) maaperään, ja 2. säädetään painetaso laitteistossa sellaiseksi, että varastotilan (36) paine ylittää maaperän aiheuttaman vastapaineen purkuaukossa (37), jolloin side- 15 aine poistuu varastotilasta (36) purkuaukon (37) kautta ulos maaperään ja ainakin osa ilmasta poistuu hallitusti varastotilan (36) yläosasta poistoput-keen (31), tunnettu siitä, että syöttöputkeen (30) ruiskutetaan vettä ja kiihdytetään hetkellisesti ilman, sideaineen ja veden seoksen virtausnopeutta venturityyppisellä suuttimella, ns. Laval-suuttimella (29), veden hajottami-20 seksi sumuksi, johon jauhemainen sideaine tarttuu muodostaen lietemäisen massan, joka johdetaan varastotilaan (36).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöt- oo töilman virtaussuunta käännetään varastotilan (36) yläosassa alaspäin suunni 25 tautuvasta syöttövirta uksesta jyrkässä kaaressa ylöspäin suuntautuvaksi o poistovirtaukseksi ja ylöspäin suuntautuva virtausnopeus alennetaan pie- nemmäksi kuin Vi alaspäin suuntautuvasta virtausnopeudesta käyttämällä | poistoputken (31) poikkileikkauspinta-alaa, joka on ainakin kaksi kertaa suu- fo rempi kuin syöttöputken (30) poikkileikkauspinta-ala. CD £ 30

^ 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poistoputkessa (31) poistovirtausta pestään vesisuihkuilla.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 -3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poistoilmaa pestään poistoputken (31) yläpäässä olevalla syklonipesurilla (33), jossa hienosideaine erotetaan poistettavasta ilmasta ja jonka ylälaipan keskeltä poistetaan hallitusti ilmaa ulos ja siten säädetään laitteiston paineta- 5 soa.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään maansisäisten pilarien valmistamiseen syvästabi-loinnilla.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöttöilman virtaussuunta pannaan pystyakselin suhteen pyörivään liikkeeseen varastotilassa ennen kääntämistä ylöspäin sideaineen ja veden erotuksen tehostamiseksi ilmasta keskipakovoiman avulla. 15 CO δ c\j o O) C\l X cc CL CD 1^ CD LO δ CM