FI92506B - Menetelmä betonirakenteen muodostamiseksi irtonaiseen ainekseen maan tasolta ja laitteisto menetelmän toteuttamiseksi - Google Patents

Description

92506

Menetelmä betonirakenteen muodostamiseksi irtonaiseen ainekseen maan tasolta ja laitteisto menetelmän toteuttamiseksi Förfarande för att bygga en betongstruktur i lost material, 5 frän markytans pian och anläggning for att genomföra förfarandet 10 Tämän keksinnön kohteena on prosessi betonirakenteen muodostamiseksi irtonaiseen ainekseen maan tasolta käyttämällä pyörivää eroosiopäätä ja pyörivää jälkivalu-päätä, joka on varustettu poranterällä, jonka tyyppiä on kuvattu yksityiskohtaisemmin myöhemmin esitettävän riippumattoman prosessivaatimuksen 1 johdanto-osassa. Keksinnön kohteena on myös laitteisto sanotun ylläkuvatun prosessin toteuttamisek-15 si.

Tämän keksinnön kohteena on pysyvien rakenne-elementtien muodostaminen irtonaiseen ainekseen ilman ennalta suoritettavia tavanomaisia kaivamistoimintoja ja väliaikaisia turvallisuustoimenpiteitä.

20

Hieman yleistäen voidaan sanoa, että useimmilla nykyään käytettävillä prosesseilla pysyvien rakenne-elementtien muodostamiseksi irtonaiseen ainekseen saadaan aikaan suhteellisen pieniä parannuksia prosesseihin, jotka kehitettiin 40-50 vuotta sitten. Nykyinen teknologia perustuu myös suureen käsityöprosenttiin, mikä johtaa 25 korkeisiin kokonaiskustannuksiin johtuen mm. kaivamisesta, laudoituksesta ja yhden osuuden valamisesta kerrallaan. Kalliita väliaikaisia rakenteita esim. injektointia, maavahvikkeita ja tuettuja suojaseinämiä varten on pystytettävä, ennen kuin pysyvä rakenne voidaan muodostaa.

30 Tämän keksinnön mukaisen prosessin edut johtuvat siitä, että se sallii porauksen irtonaiseen ainekseen maan tasolta joko sisällä tai ulkona maaperän tyypistä . riippumatta tarvittavalle tasolle vedenpitävien ja pysyvien rakenteiden muodostamiseksi. Kun rakenne on viimeistelty maahan, maastossa olevat ainoat haavat, jotka 2 92506 näkyvät pinnalla, ovat lieviä "porausreikiä", ts. reikiä, joiden halkaisija on noin 15 cm.

Keksinnön mukainen prosessi ja laitteisto tekevät tietyistä muista tavanomaisista 5 toiminnoista tarpeettomia, joita ovat esimerkiksi maaperän tasoitustoimenpiteet, kuten jäädyttäminen, injektointi, kaivaminen, laudoitus, valaminen sekä pump-pauskaivot, maan kompensointi ja epämukavuuden kompensoinnit. Saavutetaan myös rakennusajan lyheneminen.

10 Yllämainittu saavutetaan keksinnön mukaisesti piirteiden avulla, jotka on esitetty allaolevan riippumattoman prosessivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa sekä myöhemmissä patenttivaatimuksissa, ja laitteiston avulla, jonka piirteet on esitetty allaolevan laitteistovaatimuksen 3 tunnusmerkkiosassa ja seuraavissa vaatimuksissa.

15 Kun tunnelirakenne rakennetaan maahan nykyään tunnettujen prosessien avulla, tunnelin sisäpuolelle jäävä irtonainen aines kaivetaan pois. Tämä tarkoittaa sitä, että jäljestetään betonikuori, josta irtonainen aines on poistettava kovettumisen jälkeen. Nykyisen teknologian avulla on käytännöllisesti katsoen mahdotonta rakentaa tunnelia irtonaiseen ainekseen ilman laajoja kaivamistoimintoja ja irtonaisen 20 aineksen stabiloimistoimenpiteitä.

« <1 Tämän keksinnön prosessi ja laitteisto soveltuvat myös hyvin tunneleiden (tierumpu-jen) rakentamiseen olemassaolevien rautatieraiteiden ja teiden alle häiritsemättä risteysrautatiellä tai tielinjalla kulkevaa liikennettä. Tämänhetkisten menetelmien 25 yhteydessä nämä ovat ongelmia, jotka voitaisiin ratkaista ainoastaan väliaikaisilla sivuteillä tai sivuraiteilla, jotka ovat sinänsä kalliita jäijestelyjä.

Tätä keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin alla piirustuksiin viitaten, joissa 20 Kuvio 1 on kaaviomainen etukuva laitteistosta tämän keksinnön mukaisen prosessin toteuttamiseksi, joka on esitetty asennossa, jossa poraus on suoritettu ja ennen kuin eroosio- ja jälkivalutoimenpiteet on aloitettu;

II

3 92506

Kuvio 2 on kaaviomainen pystykuva laitteistosta, joka on jäljestetty puskutraktorin kairauslaitteistoon;

Kuvioissa 3-5 esitetään prosessin periaate kolmessa vaiheessa, jotka käsittävät 5 porausreiän alkavan eroosion, porausreiän laajentamisen eroosion avulla ja poraus-reiän jatketun laajentamisen sen korkeussuunnassa sekä porausreiän samanaikaisen jälkivalun betonilla tässä järjestyksessä.

Kuviossa 1 laitteisto esitetään asennossa, johon on saavuttu maahan porattaessa 10 ennen poratun reiän eroosiota ja porausreiän jälkivalua, joka reikä laajennetaan eroosiolla.

Laitteisto käsittää kaksi yksikköä, eli eroosioyksikön 2 ja jälkivaluyksikön 3 betonilla tapahtuvaa jälkivalua varten.

15

Eroosioyksikkö käsittää eroosiopään 2a, johon on järjestetty alimmaiseksi porante-rä 2b. Jälkimmäisen alapuolelta eroosiosuulake 2c on varustettu vesi suulakkeella ja käsittää sen, jota ympäröi ilmasuulake veden ja ilman säteittäisen suihkuvirran ejektoimiseksi. Eroosioyksikkö käsittää edelleen ohjausputken 8, jolle yllämainitut 20 komponentit on asennettu ja jonka kautta vesi- ja ilmakanavat etenevät sanottujen ; eroosiosuulakkeiden 2c syöttämiseksi. Ohjausputki 8 on asennettu laakerille 8a, jota voidaan nostaa ja laskea sekä pyörittää, ja pyöritysmoottori 8b on järjestetty runkoon 6a. Ohjausputki 8 on yhdistetty ylimmästä päästään ilman-ja vedensyöttö-kanaviin 10 ja 11 tässä järjestyksessä kääntöelimien 10a välityksellä.

25 Jälkivaluyksikkö 3 sekä jälkivalupää 3a ja poranterä 3b on asennettu pyöritettä-västi ja nostettavasti sekä laskettavasti laakerille 9a, ja pyöritysmoottori 9b on järjestetty runkoon 6b, ja yksikkö 3 on yhdistetty ylimmäisestä päästään betonin-syöttökanavaan kääntöelimien 1 la välityksellä.

Rungot 6a ja 6b muodostavat hammastangon, jossa on säätöelimet 7 runkojen 6a, 6b keskinäistä erotusta varten. Hammastangon 6 tarkoituksena on kiinnittyä 30 4 92506 säädettävästi kairauslaitteistoon F, esim. työntötraktorin kairauslaitteistoon, kuten kuviossa 2 on esitetty, sinänsä tunnettujen elinten F! välityksellä, joiden avulla laitteistoa voidaan nostaa ja laskea sekä kallistaa painesylintereiden avulla sinänsä tunnetulla tavalla, kuten kuviossa 2 on esitetty. Eroosiopäätä 2a ja jälkivalupäätä 5 3a voidaan käyttää näin ollen itsenäisesti laskemista, nostamista ja pyöritystä varten tässä jäijestyksessä. Runkoja 6a, 6b voidaan liikuttaa toisiaan kohti ja toisistaan poispäin eroosiopään 2a ja jälkivalupään 3a välisen keskietäisyyden C säätämiseksi. Kuten piirustuksissa, kuviossa 1, on esitetty, säätöelin 7 muodostuu säädettävistä teleskooppisauvoista 7a, jotka yhdistävät rungot 6a ja 6b.

10

Olake 12 on jäljestetty ohjausputken 8 ympärille erodoidun irtonaisen aineksen keräämiseksi ja ohjaamiseksi porausrei’istä säädettävällä tavalla massa- ja tiheysmittarin välityksellä, jotta voidaan laskea erodoidun aukon, eli laajennetun aukon tilavuus. Eroosiopään 2a ja jälkivalupään 3a välistä keskietäisyyttä voidaan 15 säätää säädettävien erotuselimien 7a avulla laajennetun porausreiän 4a suunnitellun halkaisijan mukaisesti.

Jälkivaluyksikkö 3 käsittää pidennettävät jälkivaluputket 9.

20 Kun sanottua prosessia toteutetaan yllämainitun laitteiston avulla, eroosioyksikkö 2 ja jälkivaluyksikkö 3 porataan kallioon tai tukevaan maahan yksikköjen 2 ja 3 välisellä ennaltamääritetyllä keskietäisyydellä C. Hyvän kalliokosketuksen aikaansaamiseen käytetään ainoastaan alaspäin suunnattua, eroosiopäässä 2a olevaa eroosiosuulaketta 2d. Kalliopinnan eroosion aikana eroosiopäätä 2a ja ohjausputkea 25 8 vedetään ylöspäin ei-esitettyjen nostoelimien avulla. Ylösvetäminen tapahtuu hitaasti jatkuvan pyörimisen ja erittäin puristetun veden ja ilman samanaikaisen ejektion aikana 100-1000 barin korkeassa paineessa vesi- ja ilmasuulakkeesta 2c. Sanottu ilman ympäröimä vesisuihku murtaa hiukkasrakenteen ja liuottaa poraus-reiässä 4 olevaan maan, joka reikä on porattu eroosiopään 2a poran terällä 2b.

30 Näin muodostuu laajennettu porausreikä 4a, jolla on toivottu halkaisija, joka voidaan mitata sinänsä tunnetulla laitteistolla, jota ei kuvata tässä yhteydessä yksityiskohtaisesti. Tällä tavoin muodostuu lieriömäinen erodoitu aukko, joka muodostaa sanotun

II

5 92506 laajennetun porausreiän 4a. Suurpainesuihkun 5a suulakkeen 2c synnyttämän ylipaineen avulla alashuuhdottu materiaali E pakotetaan kohti pintaa porausreiän 4 ja sanotun olakkeen 12 välityksellä. Samanaikaisesti aukon 4a muodostamisen kanssa korkealuokkaista betonia D pumpataan jälkivalupäällä 3a varustetun jälkiva-5 luputken 9 läpi aukon 4a täyttämiseksi, mikä aiheuttaa myös työntymisen ylöspäin materiaalin E porausreiän kautta, joka murrettiin huuhtomalla. Betoni D voidaan varustaa lisäaineilla, jotka tekevät siitä vettähylkivän siten, että eroosiosuihkun 5a aukkoon 4a aiheuttamat virtaukset saavat minimimäärän sideainetta irtautumaan betonista D.

10

Kun ohjausputkea 8 sekä eroosiopäätä 2a ja jälkivaluputkea 9 ja jälkivalupäätä 3a vedetään ylös, jälkivalupään 3a tulisi sijoittua suositeltavasti ainakin 0.5 m eroosiosuihkusuulakkeen 2c alapuolelle, jos viimeksimainittu on toiminnassa, jotta voidaan vähentää erodoituun tilaan syntyviä vahingollisia virtauksia, jotka voivat 15 poistaa sideainetta betonista D.

Porausreikä erodoidaan ilma- ja vesisuihkun 5c avulla toivotulle tasolle H, kun eroosiopäätä 2a vedetään ylöspäin, minkä jälkeen eroosio pysäytetään. Aukon 4a jälkivalua betonilla D jatketaan jälkivaluputken 9 samanaikaisen ylösvetämisen 20 aikana, kunnes aukko 4a täyttyy, mikä tarkistetaan erodoituneen aineksen avulla, . joka on pakotettu ylöspäin porausreiän 4 kautta. Kun aukko 4a on täysin täytetty, tällainen aines korvataan ylöspuristetulla betonin D sementtisideaineella.

Kuviossa 3 esitetään näin ollen eroosiopää 2a ja jälkivalupää 3a, jotka on porattu 25 toivottuun syvyyteen maahan A, ja eroosiopäästä 2a tuleva viimeistelevä alaspäin suunnattu eroosiosuihku 5b kalliopohjan puhdistamiseksi. Kun sanottu eroosiosuihku 5b päättyy, suulakkeen 2c eroosiopalkld 5a käynnistetään porausreiän 4 laajentamiseksi ja laajennetun porausreiän 4a ja tätä myötä toivotun aukon aikaansaamiseksi, kuten kuviossa 4 on esitetty, jolla aukolla on toivottu halkaisija B ja toivottu 30 korkeus H, kuten kuviossa 5 on esitetty.

6 92506

Kuviossa 4 esitetään porausreiän alkava laajeneminen eroosiopään 2a pyörimisen ja ylösvetämisen aikana, kun taas jälkivalupäällä 3a varustettu syöttöputki 9 on levossa kehäasennossa laajennetun porausreiän 4a alaosassa.

5 Kuviossa 5 esitetään seuraava vaihe, jossa eroosiopää 2a on vedetty ylöspäin suunnilleen laajennetun porausreiän toivottuun korkeuteen H ja jossa betonia D syötetään syöttöputken 9 läpi laajennetun porausreiän 4a täyttämiseksi. Tätä toimintoa jatketaan, kunnes laajennettu porausreikä 4a on täytetty.

10 Kuvioissa 4 ja 5 on esitetty laajennetut porausreiät 4a, joilla on olennaisesti pyöreä poikkileikkaus ja toivottu halkaisija B, jotka johtavat betonin D lieriömäiseen rakenteeseen.

Eroosiosuihkun aikaansaamiseksi, ts. ilma- ja vesisuihkun 5a kääntämiseksi 15 eteenpäin ja taaksepäin sektorin poikki eroosiopään 2a vastaavan pyörimisen avulla, voidaan jäljestää betonirakenne, jolla on vastaava poikkileikkaus.

Kun eroosiopäätä 2a on pyöritetty täysin ilma-vesisuihkun 5 eroosiopaineen samanaikaisen säätämisen aikana, on mahdollista esim. saada aikaan betonira-20 kenteita, joilla on soikeat poikkileikkaukset, kuten soikeita pinoja pyörityspään 2a pyöri mi skulmasta riippuen.

Tämän keksinnön mukainen prosessi voidaan toteuttaa kaikentyyppisessä maassa. Tämä prosessi soveltuu siten saveen, mutaan ja soraan sekä useimpiin täyteainei-25 siin, moreeniin ja suoperäiseen rämeeseen/turpeeseen.

Eroosio- ja jälkivaluprosessi voidaan toteuttaa koheesiomaassa haluttaessa kahdessa vaiheessa, koska koheesiomaissa olevat siirtymäjännitykset estävät tavallisesti erodoitua aukkoa luhistumasta, jos se on täytetty vedellä. Jos eroosio- ja jälkivalu-30 prosessi toteutetaan kahdessa vaiheessa, saavutetaan useita etuja:

II

7 92506 1. Paikallista irtonaista ainesta estetään sekoittumista betonin kanssa, koska jälkivalu suoritetaan aukon (laudoituksen) normaalivalun tavoin veden alla.

2. Paluuaineksessa oleva betoni ylöspäin porausreiän 4 läpi, joka aines muodostuu 5 erodoidusta materiaalista ja eroosiosuihkusta 5a tulevasta lisätystä vedestä, vältetään. Jos paluuaineksen tilavuutta ja tiheyttä mitataan jatkuvasti massa- ja tiheysmit-tarilla 12, joka on yhdistetty porausreiässä 4 olevaan olakkeeseen 12, on myöhemmin mahdollista laskea erodoidun aukon 4a tilavuus. Koska aukon 4a korkeus H -mahdollisesti pituus, jos porausreikä 4 on vino tai vaakasuora - on aina tunnettu, sen 10 keskihalkaisija C voidaan myös laskea.

3. On mahdollista suorittaa tarkka kartoitus aukon 4a määrästä akustisen koettimen avulla, joka voidaan laskea aukkoon. Pyörittämällä koetinta systemaattisesti sitä ylösvedettäessä koko leveys, tavallisesti halkaisija B, voidaan kartoittaa.

15

Molemmat toiminnot, eli eroosio ja jälkivalu, on suoritettava kitkamaaperissä yhtenä toimintona, koska jäljestetty aukko 4a yleensä luhistuu, ennen kuin jälkivalu betonilla D on suoritettu loppuun. Aukko, eli laajennettu porausreikä 4a, voidaan kuitenkin stabiloida, jos aukkoon syötetään raskasta stabilointinestettä, esim. 20 bentoniittiä. Sanottu neste pyrkii kuitenkin sekoittumaan paluuaineksen, eli maaperien ja huuhtomisveden, kanssa siten, että määrä, eli rakenteen/pinon leveys B, voidaan mitata ainoastaan akustisen koettimen avulla tai mittaamalla betonin D tilavuus, joka on valettu aukkoon 4a.

25 Yllä mainittiin, että eroosiopään 2a ja jälkivalupään 3a välistä etäisyyttä voidaan . säätää hammastangossa 6 olevien teleskooppisauvojen 7a avulla. On näin ollen mahdollista varmistaa, että jälkivalupää 3a ja eroosiopää 2a saavat toivotun keskinäisen keskietäisyyden, kun ne on porattu maahan A, minkä ansiosta jälkivalupää 3a saadaan sijoittumaan erodoidun/laajennetun porausreiän 4a kehälle, kuten 30 kuviossa 4 ja 5 on esitetty. Betoni D, joka siis injektoidaan suhteellisen paksun .. syöttöputken 9 läpi, täyttää laajennetun porausreiän 4a reiän seinämässä olevasta 8 92506 paikasta ja karkottaa siten minkä tahansa erodoidun aineksen ja veden ylöspäin porausreiän 4 läpi.

5 I!

Claims (5)

1. 9 92506
2. 1. Menetelmä betonirakenteen muodostamiseksi irtonaiseen ainekseen maan tasolta, jolloin käytetään pyöritettävää eroosiopäätä (2a) ja valupäätä (3a) varustettuna 5 porakruunulla maahan (A) halutulle syvyystasolle poraamalla tapahtuvaa alasvientiä varten; mahdollisesti kiinteään maahan, jonka jälkeen porattu reikä (4) laajennetaan eroosiolla ilma-/vesisuihkujen (5a) avulla haluttuun leveyteen (B) ja korkeuteen (H) ja samanaikaisesti eroosiopäätä (2a) vedetään ylöspäin, jolloin eroosioitu irtonainen aines ja vesi virtaavat ylöspäin ja ulos porareiän (4) kautta, ja samanaikaisesti tai 10 jälkeenpäin valetaan laajennettu porareikä (4) tuomalla valumateriaali (D) paineella valupään (3a) avulla samanaikaisesti poistamalla eroosioitua irtomassaa (E), tunnettu siitä, että porakruunulla (2b) varustettua eroosiopäätä (2a) ja porakruunulla (3b) varustettua valupäätä (3a), jotka muodostavat tässä järjestyksessä eroosio-yksikön (2) ja valuyksikön (3) rakenneosat, porataan toisiinsa nähden samanai-15 kaisesti ja rinnakkaisesti alas maahan (A) keskinäisellä keskeisetäisyydellä (C), jonka jälkeen eroosiopäätä (2a) pyöritetään ja nostetaan samanaikaisesti eroosioi-malla porareiän (4) seinämiä ja että valupäätä (3a) nostetaan samanaikaisesti mutta jonkin verran alaspäin siirrettynä suhteessa eroosiopäähän (2a), jolloin tuotu valumateriaali on esim. betonia (D). 20 : 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eroosio- * pään (2a) ja valupään (3a) keskeisetäisyys (C) maahan (A) vientiä varten asetetaan eroosion avulla tämän jälkeen muodostettavan laajennetun porareiän (4a) haluttuun keski säteeseen. 25
3. 3. Laitteisto jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää eroosioyksikön (2) ja valuyksikön (3), jotka on sovitettu kehikkoon (6) keskinäisellä välimatkasäädöllä (7), joka kehikko (6) on sovitettu olemaan asennettavissa kiinteästi poralaitteistorun-30 koon (F) sinänsä tunnettujen välineiden (Fj) avulla, jonka eroosioyksikön (2) ja valuyksikön (3) eroosiopää (2a) ja valupää (3a) ovat järjestetyt toisiinsa nähden 10 92506 itsenäisesti käytettäviksi niiden kunkin erikseen laskemiseksi ja nostamiseksi ja mahdollisesti pyörittämiseksi.
4. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kehikko (6) 5 käsittää kaksi runkoa (6a,6b), laakerein (8a,9a) ja käyttömoottorein (8b,9b) eroosiopään (2a) ohjausputkea (8) ja valupään (3a) ohjaus- ja valuputkea (9) varten, jotka putket (8,9) ollen sinänsä tunnettuja, ovat varustettuja käännettävillä liitoksilla (10a, 11a), niiden ylempien osien kytkemiseksi vesi/ilma- ja betonilinjoihin (10,11), mainittujen kahden rungon (6a,6b) ollessa keskinäisesti liikutettavissa 10 toisiaan päin ja toisistaan poispäin eroosiopään (2a) ja valupään (3a) keskeisetäi-syyden (C) säätämiseksi.
5. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että rungot (6a,6b) ovat yhdistetyt säädettävien teleskooppi tankojen (7a) avulla. 15 -·» « II 11 92506