FI123728B - Menetelmä ja laite maansisäisten pilarien valmistamiseksi syvästabiloinnilla - Google Patents

Description

Menetelmä ja laite maansisäisten pilarien valmistamiseksi syvästa-biloinnilla

Keksinnön kohteena on menetelmä maansisäisten pilarien valmistamiseksi 5 syvästabiloinnilla, jossa menetelmässä työnnetään pyörimätön pystypuomi, jonka alapäässä on pyöritettävä sekoituskärki, maan sisään muodostettavan pilarin alapään tasolle pyöritetään sekoituskärkeä työnnön aikana ensimmäiseen pyörimissuuntaan, käynnistetään syöttöputken kautta sideaineen syöttö ja nostetaan pystypuomia samalla pyörittäen sekoituskärkeä ja ulkonevia 10 sekoitussiipiä toiseen pyörityssuuntaan, jolloin sekoitussiivet kauhovat ja siirtävät muodostettavassa pilarissa maa-ainesta ulkokehältä sisäänpäin sekoittaen syötettävän sideaineen maa-ainekseen, jolloin muodostuu seostettu pilari maan sisään.

15 Keksinnön kohteena on myös laite maansisäisten pilarien valmistamiseksi syvästabiloinnilla, johon laitteeseen kuuluu runko, runkoon tuettu pysty-puomi, joka on maahan upotettava ja käytössä pyörimätön, ja pystypuomin alapäässä oleva sekoituskärki sekoitussiipineen, ja johon sekoituskärkeen kuuluu kääntyvät sekoitussiivet, jotka yhteen suuntaan pyöritettäessä kään-20 tyvät maan vastuksen vaikutuksesta sisäänpäin ja toiseen suuntaan pyöritettäessä kääntyvät maan vastuksen vaikutuksesta ulospäin.

Tekniikan taso

CO

° 25 Yleisesti käytetyt stabilointimenetelmät voi jakaa kahteen perusmenetel- o mään. Japanissa käytetään yleisesti järjestelmää, jossa maaperään syötetään

CNJ

^ veteen sekoitettua sideainetta, pääosin sementtiä. Sideaine sekoitetaan suu- | rissa yksiköissä ja toimitetaan työmaalle valmiina maaperään syötettäväksi.

Tämä järjestelmä antaa sideaineen annosteluun suuren tarkkuuden, koska

CD

!£ 30 nesteen syöttö voidaan katkaista ja aloittaa ilman ilmasyötön hitautta. Syötti töyksiköt ovat myös ns. paineettomia säiliöitä, jotka sisältävät pumppuyksi- kön, joten tekniikka on yksinkertaista. Ongelmana tässä märkämenetelmässä 2 on sen alttius ulkopuolisille häiriöille, eli sideaineen toimitusten täytyy olla tarkkaan ajoitettuja ja kovin suuria häiriöitä ei itse sekoitus- ja syöttölaitteissa saa olla, jotta kovettuva sideaine ei jämähdä laitteiden sisään.

5 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-ria. Tässä menetelmässä sideaine syötetään ja annostellaan paineilman jouk-10 koon 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.

15 Molemmissa menetelmissä sideaine syötetään ja sekoitetaan maaperään pyörivän putken päähän kiinnitetyn sekoituskärjen avulla. Näitä pyöriviä putkia 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.

20

Koska koko putki sen alapäässä olevine sekoituskärkineen pyörii, tarvitaan syvälle mentäessä suuri osa pyöritysmomentista muuhun kuin varsinaisen sekoituskärjen pyörittämiseen ja maa-aineksen sekoittamiseen. Pyöritysmo-co mentti siirretään putkeen yleensä sen yläpäähän kiinnitetyn voimansiirtoket- ° 25 jun tai hammaspyörävälityksen avulla.

oo o

Edellä esitettyjen mukaisia laitteita on esitetty esimerkiksi seuraavissa julkai-| suissa: JP 11222852 A, KR 101029508B1 sekä JP 59080814 A.

m

CD

!£ 30 Esimerkki menetelmästä jossa käytetään pyörimättömän putken päässä pyö- ^ riväksi järjestetty sekoituskärki on esitetty japanilaisessa hakemusjulkaisussa JP 56153012.

3

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

5

Tunnettujen menetelmien edut ja haitat Märkämenetelmän etuina ovat tarkka sideaineen syöttö ja vähäinen häiriö ympäröivään maa-ainekseen. Huonona puolena on menetelmän soveltumat-10 tomuus sellaisiin kohteisiin missä käsiteltävän maaperän vesipitoisuus on luonnostaan korkea (esim. useimmat savet Skandinaviassa). Näissä työkohteissa pilarin laatua huonontaa se, että esisekoitettu sideaineen ja veden seos ei sekoitu hyvin maaperään vaan pyrkii työntymään pintaan, aiheuttaen laadun vaihtelua pilarissa. Huonoina puolina voidaan myös nähdä sideaineen 15 valmistuspaikan etäisyys työkohteesta, ja sen aiheuttamat logistiset ongelmat sekä rajallinen aika sideaineen valmistuksen ja maahansyötön välillä, joka ei salli häiriöitä eikä keskeytyksiä prosessiin.

Kuivamenetelmän etuina on suurempi riippumattomuus sideaineen toimitta-20 jasta 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 erilaisten kerrosten vuoksi osa sideaineesta purkautuu pois pilarista paineen co purkukanavien kautta. Pölyäminen on myös joskus ongelma, vaikka oikeilla ° 25 työmenetelmillä siitä päästäänkin lähes kokonaan eroon. Ympäröivän maa- o aineksen häiriintyminen vaikuttaa pilarin kantokykyyn ja sideaineen määrä

C\J

c'J pilarissa voi vaihdella lyhyellä matkaa paljonkin maaperän huokoisuudesta

X

£ riippuen, m

CD

!£ 30 Keksinnön tarkoitus ja keksintö δ c\j 4

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laite, joilla voidaan välttää tai ainakin olennaisesti vähentää edellä mainittujen tunnettujen menetelmien haittoja.

5 Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jonka tunnusmerkit on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1. Tarkoitus saavutetaan myös keksinnön mukaisella laitteella, jonka tunnusmerkit on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 6. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

10

Suoritusesimerkin yksityiskohtainen kuvaus

Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan viittaamalla oheisiin piirustuksiin, jotka esittävät keksinnön yhden suoritusmuodon mukaista laitetta, jolla kek-15 sinnön mukainen menetelmä on toteutettavissa.

Kuvio 1 esittää perspektiivikuvana keksinnön mukaista laitetta, joka on liitettävissä kuviossa 2 näkyviin oheislaitteisiin.

20 Kuvio 2 esittää koko järjestelmää, johon kuuluu keksinnön mukainen laite ja sen käyttöä palvelevat oheislaitteet.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteen yläosaa osittain auki leikattu- co na.

° 25 i 0 Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen laitteen yläosaa eri leikkaussuunnassa cv kuin kuvio 3.

CC

CL

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen laitteen alaosaa osittain auki leikattu-co !£ 30 na ja ilman sekoitussiipiä.

δ

CVJ

5

Kuvio 6 esittää keksinnön mukaisen laitteen pystypuomin 1 poikkileikkausta.

Kuvio 7 esittää keksinnön mukaisen laitteen alapäätä, sekoitussiipien 3 5 ollessa sisäänpäin kääntyneinä, ja

Kuvio 8 esittää keksinnön mukaisen laitteen alapäätä sekoitussiipien 3 ollessa säteittäin ulospäin kääntyneinä.

10 Laitteen yleisrakenne ilmenee kuviosta 1. Laitteeseen kuuluu runko 10 ja pystypuomi 1, jota liikutetaan neljän pyörivän laipallisen rullan 11 ohjaamana. Rullat 11 on laakeroitu runkoon 10 ja ainakin yksi rulla on varustettu pyö-ristysmoottorilla, joka on runkokotelon sisällä. Rullat 11 on varustettu joustavalla pinnoitteella, kuten elastomeeri, kumi tai silikoni, jotka samalla muodos-15 tavat kitkapinnat ja rullia 11 puristetaan pareittain pystypuomia 1 vasten, jolloin pystypuomia 1 voidaan liikuttaa rungon 10 suhteen suuntaan tai toiseen.

Pystypuomi 1 muodostuu liikuttamismatkaansa vastaavalta osalta neljästä 20 putkesta, joista yksi muodostaa sideaineen syöttöputken 30 ja kaksi muodostaa syöttöilman poistoputket 31. Neljäs putki muodostaa kanavan hydrauli-letkuille 5, jotka on liitetty pystypuomin 1 yläpäässä olevaan jakotukkiin 7 ja alapäässä olevan sekoituskärjen 2 pyöritysmoottoriin 4. Pystypuomi 1 on siis co käytössä pyörimätön ja vain sekoituskärkeä 2 pyöritetään.

° 25 i o Sekoituskärkeen 2 kuuluu kääntyvät sekoitussiivet 3, jotka yhteen suuntaan

C\J

cv 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

CD

!£ 30 olla muotoillut siten, että ne muodostavat sisäänpäin käännetyssä asennossa pystypuomin ympärille alaspäin vetävän ruuvi kierteen. Tällöin pystypuomi on helppo työntää maan sisään kovakuorikerroksen läpi rikkomatta turhaan ko- 6 vakuorikerrosta, johon jää vain pienihalkaisijainen reikä. Kun sekoitussiivet 3 on ajettu haluttuun syvyyteen tai vasten kantavaa maaperää, käännetään sekoituskärjen 2 pyörimissuunta esim. vastapäivästä myötäpäivään, jolloin maan paine avaa sekoitussiivet 3 ja sideaineen syöttö ja sekoitus sekä pysty-5 puomin 1 nostoliike voivat alkaa.

Sekoituspoikkipinnan säätämiseksi sekoitussiipien 3 kääntymiskulma voidaan järjestää säädettäväksi esim. kääntymistä rajoittavilla säätökappaleilla tai sekoitussiivet 3 voidaan vaihtaa pituudeltaan erilaisiin sekoitussiipiin. Säädet-10 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. Sekoitussiipiä vaihtamalla saadaan 900, 1000, 1200 mm pilarin halkaisijat. Keksinnön mukaisella menetelmällä pilarin halkaisijan ylärajan asettaa maa-15 perän laatu ja käytännön työmaatekijät, joten halkaisijaltaan 2000 mm pilari on helposti toteutettavissa. Kääntyvillä sekoitussiivillä vuorostaan poistetaan suuren siipihalkaisijan mukanaan tuoma ongelma läpäistä kova pintakuoriker-ros.

20 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 nimittää pystypuomin 1 siirtolaitteeksi, jota on merkitty viitenumerolla 10a. Kiinnityslaite 12 voi olla standardin mukainen adapteri, jolla siirtolaite 10a co voidaan liittää kauhakoneen 17 kauhan paikalle. Tällöin pystypuomin 1 siirto- ° 25 laitetta 10a ja sekoituskärkeä 2 pyörittävää hydraulimoottoria 4 käytetään 9 kauhakoneen 17 hydrauliikalla.

CM

C\l | Runkoon 10 on kiinnitetty kelarunko 19, jossa on kela 25 sideaineen syöttöjä letkulle 26 ja kela 13 hydrauliletkuille ja vesiletkulle 6, johon syötetään vettä

CD

!£ 30 säiliöstä 14 pumpun 15 ja letkun 16 kautta, δ

CM

7

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 5 29, joka puolestaan liittyy varsinaiseen sideaineen syöttöputkeen 30, jonka alapää avautuu pystypuomin 1 alapäässä olevaan varastotilaan 36, jossa on poistoaukko 37 ulos maaperään. Sideaineen siirtoilma poistetaan varastotilan 36 yläosasta poistoputken 31 kautta ulos. Esitetyssä tapauksessa poistettava ilma puhdistetaan vielä syklonipesurilla 33, johon poistoputken 31 yläpää 10 liittyy aukon 32 kautta. Aukkoon liittyy virtauksen suuntaaja (ei esitetty) virtauksen saattamiseksi pyörivään liikkeeseen. Syklonipesurin 33 ylälaipan keskellä olevasta aukosta 34 poistetaan ilmaa hallitusti ulos. Syklonipesurin 33 pyörivässä liikkeessä hieno sideaine erottuu ja poistetaan syklonipesurin 33 alapäähän liittyvällä putkella 35 takaisin poistoputkeen 31, jossa poistovir-15 tausta pestään vesisuihkuilla (ei esitetty). Pesuliete valuu takaisin varastotilaan 36.

Vedensyöttöputki 6 liittyy jakotukkiin 7, josta putkella 8 syötetään vettä suut-timen 9 kautta venturityyppiseen suuttimeen eli ns. Laval-suuttimeen 29.

20 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.

co Painetaso laitteistossa säädetään sellaiseksi, että varastotilan 36 paine ylittää ° 25 maaperän aiheuttaman vastapaineen purkuaukossa 37, jolloin sideaine pois- 9 tuu varastotilasta 36 purkuaukon 37 kautta ulos maaperään ja mahdollisim-

CVI

man suuri osa ilmasta saadaan poistettua hallitusti varastotilan 36 yläosasta | poistoputkeen 31. Syöttöilman virtaussuunta käännetään siis varastotilan 36 yläosassa alaspäin suuntautuvasta syöttövirtauksesta jyrkässä kaaressa ylös-co !£ 30 päin suuntautuvaksi poistovirtaukseksi ja ylöspäin suuntautuva virtausnopeus ° alennetaan pienemmäksi kuin Vi alaspäin suuntautuvasta virtausnopeudesta 8 käyttämällä poistoputken 31 poikkileikkauspinta-alaa, joka on ainakin kaksi kertaa suurempi kuin syöttöputken 30 poikkileikkauspinta-ala.

Putkesta 31 purkautuvaa poistoilmamäärää voidaan säätää esimerkiksi kuris-5 tamalla. Poistoilmamäärää säätämällä säädetään laitteiston painetaso sellaiseksi, että sideaine poistuu paineen työntämänä varastotilasta 36 maaperään, eli säädetty paine säädetään suuremmaksi kuin maa-aineksen vastuksen aiheuttama paine sideaineen purkukohdassa 37.

10 Keksinnöllä saavutetaan seuraavia etuja. Pyöritysvoima saadaan kokonaan sekoitussiivistön käyttöön, kun koko pystypuomia ei tarvitse pyörittää. Kova-kuorikerros voidaan läpäistä helposti sitä tarpeettomasti rikkomatta. Laite on helposti siirrettävissä paikasta toiseen. Samalla laitteella voidaan tehdä halkaisijaltaan suuresti vaihtelevia pilareita. Saadaan laadultaan erinomaisia pi- 15 lareita, 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.

20

CO

δ c\j i

CO

o

CM

C\l

X

cc

CL

m

CD

m δ

CM

Claims (11)

1. Menetelmä maansisäisten pilarien valmistamiseksi syvästabiloinnilla, jossa menetelmässä: 5. työnnetään pyörimätön pystypuomi (1), jonka alapäässä on pyöritettävä sekoituskärki (2), maan sisään muodostettavan pilarin alapään tasolle - pyöritetään sekoituskärkeä (2) työnnön aikana ensimmäiseen pyörimissuuntaan, - käynnistetään syöttöputken (26, 27, 30) kautta sideaineen syöttö ja nos- 10 tetaan pystypuomia (1) samalla pyörittäen sekoituskärkeä (2) ja ulkonevia sekoitussiipiä (3) toiseen pyörityssuuntaan, jolloin sekoitussiivet (3) kauhovat ja siirtävät muodostettavassa pilarissa maa-ainesta ulkokehältä sisäänpäin sekoittaen syötettävän sideaineen maa-ainekseen, jollin muodostuu seostettu pilari maan sisään, tunnettu siitä, että sekoituskärjen 15 sekoitussiivet maan vastuksen vaikutuksesta kääntyvät säteittäin sisäänpäin ensimmäiseen pyörityssuuntaan pyöritettäessä, - vaihdetaan sekoituskärjen (2) pyörimissuunta toiseen pyörimissuuntaan, jolloin sekoitussiivet (3) kääntyvät pyörimisliikkeen ja maan vastuksen vaikutuksesta säteittäin ulospäin, muodostaen pyöriessään sekoituspoik- 20 kipinnan ja kauhovat pyöriessään maa-ainesta ulkokehältä sisäänpäin, ja että - pystypuomia (1) liikutetaan neljän pyörivän rullan (11) ohjaamana, joita pareittain puristetaan pystypuomia (1) vasten ja joista vähintään yhtä rul- co laa pyöritetään pyöritysmoottorilla. ° 25 i

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoi- C\J cv tuspoikkipinnan eli pilarin halkaisijaa säädetään säätämällä sekoitussiipien (3) | kääntymiskulmaa tai vaihtamalla pituudeltaan erilaiset sekoitussiivet (3). m N- co !£ 30

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ^ pystypuomin (1) siirtolaite, jossa on laipalliset pyörivät rullat (11), on varus tettu adapterilla (12), jolla siirtolaite (10a) voidaan liittää kauhakoneen (17) kauhan paikalle, jolloin pystypuomin (1) siirtolaitetta (10a) ja kairan sekoi-tussiipiä (2) käytetään kauhakoneen (17) hydrauliikalla.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että sideaine johdetaan pystypuomin (1) alapäässä olevaan varastotilaan (36), jossa on poistoaukko (37) ulos maaperään.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideaineen siirtoilmaa poistetaan varastotilan (36) yläosasta poistoputken (31) 10 kautta ulos.

6. Laite maansisäisten pilarien valmistamiseksi syvästabiloinnilla, johon laitteeseen kuuluu runko (10), runkoon tuettu pystypuomi (1), joka on maahan upotettava ja käytössä pyörimätön, ja pystypuomin (1) alapäässä oleva se- 15 koituskärki (2) sekoitussiipineen (3), ja johon sekoituskärkeen (2) kuuluu kääntyvät sekoitussiivet (3), jotka yhteen suuntaan pyöritettäessä kääntyvät maan vastuksen vaikutuksesta sisäänpäin ja toiseen suuntaan pyöritettäessä kääntyvät maan vastuksen vaikutuksesta ulospäin, tunnettu siitä, että runkoon (10) liittyy pyörivät rullat (11), joista ainakin yksi on varustettu pyöri-20 tysmoottorilla ja joilla pystypuomi (1) on rungon (10) suhteen liikutettavissa sekä maahan upotettaessa että ylöspäin nostettaessa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että pystypuomi (1) co muodostuu neljästä putkesta, joista yksi muodostaa sideaineen syöttöputken ° 25 (30) ja kaksi muodostaa syöttöilman poistoputket (31) ja neljäs putki muo- 0 dostaa kanavan (5) hy d ra u I i letku il le, jotka on liitetty sekoituskärjen (2) pyörien tysmoottorille (4). CC CL [Λ

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että rungossa CD 30 (10) on kiinnitysvälineet (12) kauhakoneen (17) puomiin (18) kiinnitystä var- 8 ten.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että rungossa (10) on kela (25) sideaineen syöttöletkulle (26) ja kela (13) hydrauli-letkuille ja vesiletkulle (6).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että se- koitussiipien (3) kääntymiskulma on säädettävissä tai sekoitussiivet (3) ovat vaihdettavissa sekoituspoikkipinnan säätämiseksi.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että se-10 koitussiivet (3) muodostavat pystypuomin (1) ympärille alaspäin vetävän ruuvikierteen ollessaan sisäänpäin kääntyneenä. CO δ c\j i CO o CM C\l X cc CL m CD m δ CM