NL8303676A

NL8303676A - Werkwijze en inrichting voor het verdichten van grond.

Info

Publication number: NL8303676A
Application number: NL8303676A
Authority: NL
Original assignee: Ballast Nedam Groep Nv
Priority date: 1983-10-25
Filing date: 1983-10-25
Publication date: 1985-05-17
Also published as: ATE33689T1; JPS61500367A; WO1985001972A1; US4722635A; EP0142198A1; EP0142198B1; DE3470575D1

Description

* ( -1- Μ Kon/HH,21öBallast

Werkwijze en inrichting voor het verdichten van grond. Uitvinder: Hans Günther Schnell te Hamburg

De uitvinding betreft een werkwijze voor het verdichten van grond, waarbij een op de grond steunende tril-massa middels een trilbron in trilling wordt gebracht.

Een dergelijke werkwijze is bekend. De uitvinding 5 heeft ten doel de grond in kortere tijd, in sterkere mate en/of met geringere aandrijfenergie van de trillingsbron te verdichten. Dit wordt bereikt door toepassing van een of meer kenmerken van de conclusies.

De uitvinding verschaft tevens een in de conclusies 10 beschreven inrichting ter uitvoering van de uitgevonden werkwijze.

Uit proeven is gebleken, dat in vergelijking met valgewichten grond in kortere tijd tot dezelfde mate van verdichting te bewerken is of in dezelfde tijd beter te verdich-15 ten is.

De uitvinding zal in de hiernavolgende beschrijving aan de hand van een tekening worden verduidelijkt.

In de tekening stellen schematisch voor:

De figuren 1-5 en 12 telkens een andere inrichting 20 volgens de uitvinding voor het uitvoeren van diverse verschillende typen van de werkwijze volgens de uitvinding, figuur 6 de inrichting van figuur 5 in een andere bedrijfsstand, figuur 7 een diagram van soorten dynamisch ver- 25 mogen, figuren 8-10 verschillende bij de inrichting volgens de uitvinding toepasbare richtmiddelen, en figuur 11 een massaveersysteem van grond tijdens het verdichten ervan.

30 De inrichting 1 van figuur 1 voor het verdichten van grond 2 omvat een op de te verdichten grond 2 steunende trilmassa m^, waaraan een trilbron 4 middels bouten 3 is bevestigd. Deze trilbron 4 bestaat uit een trilaggregaat, dat een op zich zelf bekend excentermassa m heeft, bestaande

C A

8303676

v V

\ -2- uit twee om aslijnen 5 in tegengestelde richtingen 6 draaiende excentergewichten 7 die via een drijfwerk 8 door een hydraulische motor 9 worden aangedreven. De motor 9 wordt via slangen 30 door een pompaggregaat 31 gevoed. De centrifugaal- 5 kracht P van de excentermassa m is bij het maximale toe- ex rental van de excentermassa mex groter dan het totale gewicht G van de trilmassa . Hierdoor komt dan de trilmassa telkens vrij van de grond 2, zodat er telkens een slag op de grond 2 wordt uitgeoefend, die een sterk verdichtend effekt 10 op de grond 2 heeft.

De inrichting 1 van figuur 2 onderscheidt zich van die van figuur 1, doordat de trilmassa m^ voorzien is van bevestigingsmiddelen, bijvoorbeeld schroefgaten, met desbetreffende bouten 3, voor het eraan bevestigen van additionele 15 massa m2· De massa respektievelijk m^ + m2 wordt zodanig gekozen, dat de grond 2 niet wordt toegestaan een dynamisch vermogen D van de trilinrichting 1 te vergen, dat deze trilinrichting 1 niet kan leveren.

Een en ander zal aan de hand van formules worden 20 verduidelijkt: F C,.na.m.x.r„ (1) V = C2.n.a (2) D = èP.V (3) a = -eX - (4) iLL-j 1 3 2 2 i.Co*n .nuv.r* 25 (1) + (2) + (4) geven D =-3-__ex—(5) m-j waarin voorstellen: F: de centrifugaalkracht of het maximum van de wisselende trilkracht van de excentergewichten 7; n: het toerental van de excentergewichten 7? 30 m : de excentermassa, dat wil zeggen de onbalans van de

6 X

excentermassa; 8303676 «r .* -3- rex: straa* van de onbalans van de excentermassa die bij een gegeven trilbron 4 veelal een constante waarde heeft ; as de trilamplitude van de trilmassa ; 5 c.j, c2/ c^: constante waarden; V: de snelheid waarmee de trilmassa m^ tijdens de trilling op en neer beweegt; en D: het dynamisch vermogen van de inrichting 1, waarmee grond 2 kan worden bewerkt.

10 Wanneer grond 2 bewerkt wordt met de inrichting 1 volgens de uitvinding, ontstaat een schematisch massaveer-systeera volgens figuur 11. De trilmassa m^ neemt een grond-massa mg1 met zich mee, die als eraan gekoppeld beschouwd mag worden. Deze grondmassa mgl is elastisch en gedempt ten 15 opzichte van een tweede grondmassa ιη^2 afgesteund en deze tweede grondmasa ιβ^2 is °P zijn beurt weer ten opzichte van de aarde 40 elastisch en gedempt afgesteund.

In realiteit dient men onderscheid te maken tussen verschillende in figuur 7 aangegeven soorten dynamische ver-20 mogens, namelijk: schijnvermogen D , s blindvermogen Dfe, en werkvermogen Dw·

De hoek q is een maat voor de optredende demping.

25 Het blindvermogen D^ is gelijk aan het schijnvermogen Dg wanneer er geen demping aanwezig is, dat wil zeggen wanneer hoek q 90“ is. Het blindvermogen dat door de trilinrichting 1 geleverd wordt, sluit steeds een hoek van 90* met het werkvermogen Dw in. Bij afname van de hoek q en aldus bij 30 toename van de demping van de grond wordt het door de trilin-richting 1 te leveren dynamische werkvermogen Dw verhoogd, zodat het gevaar dreigt, dat het toerental n van de trilbron 4 dan beneden zijn maximum daalt, waarmee dan het werkvermogen Dw nog sterker omlaag gaat. Teneinde dit te vermijden, 35 wordt volgens de uitvinding de trilmassa m^ gewijzigd.

8303676

« V

-4- üit (5) blijkt, dat bij een gegeven inrichting 1 het aan de grond 2 af te geven dynamische vermogen D omge-keerd evenredig is met de massa m^. Wanneer de grond 2 met de massa m^ niet voldoende te verdichten is, omdat de grond 5 2 vanwege een te sterke interne demping de inrichting 1 te sterk dreigt af te remmen, wordt de massa m^ vergroot door volgens figuur 2 een additionele massa m2 aan de massa m^ te bevestigen middels bouten 3. De massa m2 kan volgens figuur 7 uit een serie van onderling bevestigde gewichten 11 10 bestaan. Weliswaar wordt het door de inrichting 1 te leveren dynamische werkvermogen D door toevoeging van additionele

W

massa m2 geringer, doch men kan nu de excentergewichten 7 met hun maximaal toerental n, respektievelijk maximale kracht P, blijven aandrijven, zodat de inrichting 1 bij deze grond 2 15 in deze omstandigheden optimaal werkt.

Het door de inrichting 1 aan de grond 2 afgegeven dynamische vermogen D is door toevoeging van de additio-

W

nele massa m2 aangepast aan het energie-absorbtievermogen of de dempingswaarde van de grond 2. Bij verhoging van de 20 trilmassa zal de benodigde verdichtingstjd toenemen. Van belang is echter, dat de grond 2 met deze inrichting 1 goed te verdichten is en sneller dan met de bekende werkwijze en bekende inrichting. Het door de grond 2 opgenomen dynamische 3 werkvermogen D = 1/2.C..n .m .r .a.tg.q, waarin w 4 6x ex 25 een constante voorstelt en tg.q overeenkomt met het dem-pingsgedrag van de grond. Door de amplitude a te verkleinen, wordt het vereiste dynamische vermogen gereduceerd. Die am-plitude a = — ^—==— wordt door vermeerdering van de trilmassa gereduceerd.

30 Om te vermijden, dat de trilmassa m^ vagabon- deert, dat wil zeggen van de grond 2 loskomt, op een onvoorspelbare en inefficiënte wijze stoten op de grond 2 uitoefent, wordt de trilmassa m^ volgens figuur 3 belast met een ballastmassa m3 die trildynamisch van de trilmassa m1 35 geïsoleerd is middels veren 14. Hierdoor wordt de trilmassa m,j met de grond 2 gekoppeld gehouden.

8303676 w' *.

-5-

Volgens figuur 4 wordt in vergelijking met figuur 3 de belasting van de trilmassa m^ ingesteld, doordat de massa m3 op een ingestelde hoogte h boven de trilmassa m^ wordt gehouden, waarmee de voorspanning van de veren 14 op 5 een gewenste, de belasting bepalende waarde wordt ingesteld. Wanneer de demping van de grond 2 erg groot is, wordt de massa opgeheven, opdat bij vergrote hoogte h de statische oppervlaktedruk op de grond 2 wordt verminderd. Dan is het door de inrichting 1 tot in de grond 2 geïnjecteerde 10 dynamische vermogen minder. Deze maatregel is nodig, wanneer kortstondig het aandrijfvermogen van de inrichting 1 onvoldoende is.

In geval de grondstructuur zodanig is dat de trilmassa m^ te snel de grond 2 in zou zakken, dan zou de ver-15 dichting van de grond 2 niet toereikend zijn in de omtrek van het verdichtingscentrum. Daartoe wordt de ballastmassa m^ dan wat opgeheven, zodat de vlaktedruk op de grond 2 geringer wordt en dus de verdichtingstijd verlengd wordt en daardoor weer de werking buiten het trilcentrum wordt verbeterd.

20 Het opheffen van de ballastmassa m3 geschiedt in figuur 4 middels hydraulische vijzels 15, of schroefvijzels, die middels bouten 3 bevestigd zijn aan een op de grond 2 steunende dragerraassa m4· Door intrekking van de vijzels 15 kan de dragermassa m4 aan de ballast m^ worden opgehan-25 gen, om de belasting van de trilmassa m^ maximaal te maken.

De. hoogste koppelkracht, waarmee de trilmassa m^ aan de grond 2 te koppelen is, is gelijk aan het totale gewicht van de massa's m^ + m2 + m3 + m4· Zolang de centrifugaal-kracht P kleiner is dan deze koppelkracht, trilt de grond 2 30 met de trilmassa m^ mee. Bij overschrijding van de koppelkracht komt de trilmassa m^ los van de grond 2 en slaat dan telkens op de grond 2. De loskoppelkracht is instelbaar door verandering van de trilmassa m^ en/of zijn belasting. Om zoveel mogelijk verdichtingseffect te bereiken, bijvoorbeeld 35 ingeval de trilmassa ra^ niet verder de grond 2 in zakt, wordt er zoveel mogelijk ballastmassa m3 (+m4) opgebracht onder handhaving van het maximale toerental n.

8303676 t* % -6-

Na het van de grond 2 loskoppelen begint de trilmassa rn^ op de grond 2 te slaan met grote slagkracht, die wel de ordegrootte van het vijfvoudige of meer van de centri-fugaalkracht F van de excentergewichten 7 kan bedragen.

5 De dragermassa m^ bestaat bij voorkeur uit een het pompaggregaat 31 dragende, de massa m^ omhullende wagen 16 met rupsbanden 17 die stapsgewijs over de te verdichten grond 2 wordt gereden, waarbij telkens de wagen 16 wordt opgeheven volgens figuur 6.

10 Het belangrijke voordeel van de werkwijze en in richting 1 volgens de uitvinding is gelegen in de voortdurend periodiek werkende verdichtingskracht, die veel meer arbeid aan de grond 2 per uur kan overdragen dan een met tussenpozen en telkens slechts gedurende een tijdsfraktie van delen van 15 een seconde de grond 2 bewerkende kracht.

Elk van de trilmassa's m1 van de figuren 1-6 kan al naar gelang de omstandigheden al of niet aan een van de richtorganen 18, 19 of 20 van de figuren 8, 9 respektievelijk 10 zijn bevestigd middels bouten 3. Met het richtorgaan 18 is 20 een hoge plaatselijke puntbelasting op de grond 2 uit te oefenen. Met het richtorgaan 19 kan een doorlopende geul in de grond worden gemaakt, wanneer deze tijdens het verdich-tingsproces in de richting 21 wordt voortbewogen. Bij voorkeur wordt de trilbron 4 onder een scherpe hoek met de 25 horizon aan de richtmiddelen 19 bevestigd.

Met het richtorgaan 20 kan de trilenergie wat beter naar beneden naar een centrale zone 22 worden gericht, omdat de uitstraling van energie naar de omgeving van de bewer-kingsplaats wordt tegengegaan. Hierdoor wordt vermeden, dat 30 öle grond naast de bewerkingsplaats opwaarts wordt gestuwd.

Om het steunvlak, waarmee de trilmassa m^ op de grond 2 steunt aan de grondsoort aan te passen, wordt bij voorkeur aan de onderzijde van de trilmassa ra^ een steun- orgaan 24 met bouten 3 bevestigd, dat een ondervlak 25 heeft 35 met een geselekteerde oppervlakgrootte van bijvoorbeeld 4 2 tot 20 m (zie figuur 3). Bij voorkeur heeft men bij de 8303676 -7- inrichting 1 meerdere uitwisselbare steunorganen 24 met verschillende oppervlakgrootten aan hun onderzijden. De steunorganen 24 kunnen poreus zijn, vooral wanneer in vochtige omgeving of wanneer onder water gelegen grond moet worden 5 verdicht.

In verband met de beschreven werkwijzen volgen hieronder als voorbeeld twee soorten dimensioneringen, namelijk een lage en een hoge. Alhoewel het denkbaar is, dat de dimensionering lager is dan de aangegeven lage dimensionering 10 of hoger dan de hoge dimensionering, zal in de praktijk voor een goede efficiënte werking de dimensionering veelal tussen de beide voorbeelden liggen.

Bij voorkeur is de dimensionering van de orde-grootte van de hoge dimensionering.

15 lage dimensionering hoge dimensionering centrifugaal-

kracht F 3.000 kN 20.000 kN

wisselende tril-kracht I ' !————II I ———— ——— "·Ι·Ι·Ι I I 1·.^—— |

20?trilmassa m. 3% tot 8% van F 3% tot 8% van F

1 *

Iovereenkomend met 33 g tot 12,5 g 33 g tot 12,5 g i o ; waarin g=9,81 m/s •trilmassa m^ 9.0Q0kg - 24.000kg 60.000kg - 160.000kg additionele massa m2 m-j+ir^ bij m^ = 25;9.000kg tot 15.000kg 130% tot 150% van m.

i ' 'm^+m2 bij m1 = 15.000kg tot 24.000kg 110% tot 130% van m^ m^+m2 bij m^ = 6Q.000kg tot 100.000kg 130% tot 150% van m^ 30m1+m2 bij m-j = 100.000kg tot 160.000kg 110% tot 130% van m1

mtot=m1+m2+m3+m4 40% tot 90% van F 40% tot 90% van F

mtot bi3 F 120.000kg tot 270.000kg 800.000kg tot 1.800.000kg 8303676

Λ V

-8- lage dimensionering hoge dimensionering m. = bijvoorbeeld 50% tot 100% 50% tot 100% van (m^ +m^) van (m^+m^) aktief opgewekte 5 wisseldruk op het grondoppervlak 5 tot 8 bar 5 tot 8 bar aktief opgewekte slagdruk 25 tot 40 bar 25 tot 40 bar

aktieve slagkracht meer dan 15.000kN tot 100.000kN

10 tot in de bodem afgeleid dynamisch werkvermogen Dw 300kw tot 900kw 2.000kw tot 6.000kw trilfrequentie bij max.toerental n 10 tot 100 Hz 10 tot 100 Hz 15 verdichtings- diepte 1 tot 15m 1 tot 25m verdichtingstij d per verdichtings-gang op een ver- 20 dichtingsplaats 30 tot 180 sec. 3Ó tot 180 sec.

Bij de inrichting 1 van figuur 12 is de massa m3 praktisch nihil en is alle massa m3 + m4 laag bij de grond 2 aan het voertuig 16 als massa m4 aangebracht, waardoor deze inrichting 1 stabiel is. De aan een hoog opgesteld, 25 aan de wagen 16 bevestigd freem 28 bevestigde, hydraulische vijzels 15 van figuur 12 zijn lang, waardoor een flinke lengtevariatie van de veren 14 en daarmee een flinke variatie van de belasting mogelijk is.

8303676

Claims

1. Werkwijze voor het verdichten van grond (2), waarbij een op de grond (2) steunende trilmassa (m.j) middels een trilbron (4) in trilling wordt gebracht, met het kenmerk, dat de trilmassa (m^ wordt aangepast aan het 5 tijdens het trilproces optredende grondgedrag, ten einde het maximale toerental (n) van de trilbron (4) te handhaven.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat grond (2) wordt verdicht in tenminste twee verdichtings-stadia, waarin verschillende trilmassa's (m^ en 10 m1 + m2) in trilling worden gebracht.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat in een tweede stadium een trilmassa (m^ + m2) in trilling wordt gebracht, die groter is dan de in een eerste stadium in trilling gebrachte trilmassa (m^).

4. Werkwijze voor het verdichten van grond (2), waarbij een op de grond steunende trilmassa (m^) in trilling wordt gebracht middels een trilbron (4), waarbij de trilmassa (m^) door een er dynamisch van geïsoleerde bal-lastmassa (m^) wordt belast, met het kenmerk, dat de belas- 20 ting van de trilmassa (m^) wordt veranderd ten einde het dynamische werkvermogen (Dw), dat de grond (2) kan opnemen, lager dan of gelijk te houden aan het dynamische werkvermogen (Dw), dat de trilinrichting kan leveren.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, 25 dat grond (2) wordt verdicht in tenminste twee verdichtings- stadia, waarin de trilmassa (m^) in verschillende mate wordt belast.

6. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat in een tweede stadium een trilmassa (m^) in sterkere 30 mate wordt belast dan in een eerste stadium.

7. Werkwijze volgens één van de conclusies 4-6, met het kenmerk, dat de belasting van de trilmassa (m^) wordt geregeld door de veerspanning van veermiddelen (14) die tussen de trilmassa (m^) en een op de grond steunende bal- 33 lastmassa (m^) zijn aangebracht, in te stellen. -_2S 8303676 4 *- -10-

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de trilmassa (m-|) wordt belast met een in hoofdzaak totale, voorheen tenminste ten dele, op de grond (2) steunende ballastmassa (m^).

9. Werkwijze voor het verdichten van grond (2), waarbij een op de grond (2) steunende trilmassa (m.j) in trilling wordt gebracht middels excentermassa (mex) van een trilbron (4), met het kenmerk, dat de centrifugaalkracht (F) van de excentermassa (mex) bij maximaal toerental van de 10 excentermassa (m ) groter is dan het totale gewicht van de X trilmassa (m^) en de eventueel de trilmassa (m^) belastende ballastmassa (m^).

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de centrifugaalkracht (F) van de excentermassa (m) Cf A 15 groter is dan 3.000 kN en bij voorkeur in de ordegrootte van 20.000 kN is.

11. Werkwijze volgens conclusie 8, 9 of 10, met het kenmerk, dat het gewicht van de trilmassa (m^) respektieve-lijk (m^ + m2) tussen 3% en 8% van de maximale centrifu- 20 gaalkracht (F) van de excentermassa (m) bedraagt. A

12. Werkwijze volgens één van de conclusies 8-11, met het kenmerk, dat het totale gewicht van de trilmassa (m.j) respektievelijk (m^ + m2) en een eventueel de trilmassa (m^) belastende ballastmassa (m^) respektieve- 25 lijk (m^ + m4) tussen 40% en 90%, bij voorkeur tussen 60% en 80%, van de centrifugaalkracht (F) van de excentermassa (mex) bij maximaal toerental (n) van de excentermassa (mex) bedraagt.

13. Werkwijze voor het verdichten van grond (2), 30 waarbij een op de grond (2) steunende trilmassa (m^) middels tenminste één trilbron (4) in trilling wordt gebracht, met het kenmerk, dat de trilmassa (m^) op de grond (2) wordt afgesteund met een geselekteerde oppervlakgrootte.

14. Werkwjze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het 35 kenmerk, dat daarbij de werkwijze volgens één van de conclusies 4-13 wordt toegepast. 8303676 -11- £ *

15. Werkwijze volgens één van de conclusies 1-14, met het kenmerk, dat de trilenergie van de trilmassa (m^) op de te verdichten grond (2) wordt overgebracht via een richtorgaan (18, 19, 20) dat de trilenergie naar de vereiste 5 zone (21) van de te verdichten grond (2) richt.

16. Inrichting (1) voor het verdichten van grond (2), omvattende een op de te verdichten grond (2) steunende trilmassa (m^) die van een trilbron (4) is voorzien, gekenmerkt door een additionele trilmassa (m2) ter uitvoering •jO van de werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3.

17. Inrichting (1) voor het verdichten van grond (2), omvattende een op de te verdichten grond (2) steunende trilmassa (m^) die van een trilbron (4) is voorzien en die door een middels veermiddelen (14) van de trilmassa geïso- 15 leerde ballastmassa (m^) is belast, gekenmerkt door ver- stelmiddelen (15) voor het veranderen van de door de ballast-massa (m^) op de trilmassa (m^) uitgeoefende belasting ter uitvoering van de werkwijze volgens één van de conclusies 4-8.

18. Inrichting (1) volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de ballastmassa (m^) middels de verstel-middelen (15) verplaatsbaar is tussen een op de grond (2) steunende steunstand en een in hoofdzaak van de grond (2) opgeheven hefstand.

19. Inrichting (1) volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de ballastmassa (m^ + m^) een over de grond (2) verrijdbare wagen (16) voor het verplaatsen van de trilmassa (m.j) en de trilbron (4) omvat.

20. Inrichting (1) voor het verdichten van grond 30 (2), omvattende een op de te verdichten grond (2) steunende trilmassa (m^) die van een excentermassa (mex) omvattende trilbron (4) is voorzien, met het kenmerk, dat de centrifu-gaalkracht (P) van de excentermassa (mex) bij maximaal toerental (n) van de excentermassa (m ) groter is dan het >5 Λ 35 totale gewicht van de trilmassa (m^) respektievelijk (m.j + mg) en de eventueel de trilmassa (m^) belastende ballastmassa (m^) respektievelijk (m3 + m^). 83 03 6 7 ; Λ -12-

21, Inrichting (1) volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de centrifugaalkracht (F) van de excentermassa (mex) meer is dan 3.000 kN en bij voorkeur in de orde-grootte van 20.000 kN is.

22. Inrichting (1) volgens conclusie 20 of 21, met het kenmerk, dat het gewicht van de trilmassa (m^) tussen 3% en 8% van de centrifugaalkracht (F) van de excentermassa (mex) bedraagt.

23. Inrichting (1) volgens een van de conclusies 10 20-22, met het kenmerk, dat het totale gewicht van de trilmassa (mj) respektievelijk (m^ + m2) en een eventueel de trilmassa (m^) belastende ballastmassa (m^) respektievelijk (m^ + m^) tussen 40% en 90%, bij voorkeur tussen 60% en 80%, van de centrifugaalkracht (F) van de excenter-15 massa (m ) bij maximaal toerental (n) van de excentermassa C Λ (m ) bedraagt. 6 Λ

24. Inrichting (1) volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat deze volgens een van de conclusies 17-23 is uit-? gevoerd.

25. Inrichting volgens een van de conclusies 16-24, gekenmerkt door een de trilenergie van de trilmassa (m.j) op de te verdichten grond (2) overbrengend richtorgaan (18, 19, 20) dat de trilenergie naar de vereiste zones (22) of de vereiste zone (21) van de te verdichten grond (2) richt.

26. Inrichting volgens een van de conclusies 16-25, gekenmerkt door steunmiddelen (24) met variabele oppervlak-grootte van het steunvlak (25). 830367?