WO2007090566A1 - Rüttleranordnung und verfahren zur herstellung von materialsäulen im boden - Google Patents

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vibrator
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vibrator arrangement
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Wilhelm Degen
Alexander Degen
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    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E02D3/123—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and compacting the soil

Definitions

  • the invention relates to a Rüttleran extract and a method for producing material columns, which are introduced to improve the soil properties of soil in the soil.
  • the material transport to the lower end of the vibrator is done solely by the gravity acting on the material. Without rinsing water or without a conveyor pipe, the transport of gravel in soil layers below the groundwater level is not possible. To speed up the transport or when the material transport has come to a standstill, only the enlargement of the annulus remains, which is undesirable in most cases, however, because this has an unnecessary leaching of soil and an increased need for rinse water result.
  • Object of the present invention is to provide an apparatus and a method for the production of Stopf yarn available in which compared to the prior art no, or only a smaller need for rinse water and also no delivery pipe is necessary.
  • a vibrator arrangement comprises an elongated vibrating body with a circumferential surface. Arranged on this circumference is a projection which extends away from the vibrator body in a lateral direction and which extends around the circumference at least in sections.
  • the projection is preferably configured to penetrate at an acute angle into a lower end of the
  • the geometry of this projection can correspond to the geometry of a truncated cone or a truncated pyramid.
  • the projection may have a plurality of circumferentially arranged segments.
  • a plurality of projections can also be arranged along the longitudinal direction of the vibrating body.
  • the projections are movable along the longitudinal direction of the Klattel stressess.
  • the projection or individual segments of the projection in the direction of the lateral surface of the Schwarztelelless can be folded or inserted into the Schwarztelharmonic retractable.
  • the vibrating arrangement can be designed, in particular, as a depth vibrator with an eccentric arranged in the vibrating body or else as a top vibrator with an eccentric arranged on an upper end of the vibrating body.
  • the material flow per unit of time is increased by more than 50 percent and the required amount of flushing water is at least halved.
  • water it is also possible to use air or another gas blown into the annular space for "flushing". In some soils, the water or gaseous rinsing medium can even be completely dispensed with.
  • FIG. 1 shows an example of a device according to the invention
  • Jogger arrangement with a vibrating body and a projection.
  • FIG. 2 shows a further example of a vibrating arrangement according to the invention with a vibrating body, in which the projection is arranged at the lower end of the vibrating body.
  • FIGS. 3A-C show different embodiments of the projections.
  • like reference numerals designate like parts with the same meaning.
  • FIG. 1 shows a side view of an embodiment of the vibrator arrangement 1 according to the invention.
  • This comprises an elongate vibrating body 2, which has a circumferential surface 22 with a circumference and a lower end 21 and an upper end (not further shown).
  • a projection 3 is arranged, which projects in the lateral or rather radial direction from the vibrating body 2. This projection 3 widens in the direction of the lower end 21, i. the projection is increasingly in the direction of the lower end 21 of the lateral surface 22 of the vibrating body 2 from.
  • the projection can extend annularly around the circumference of the vibrating body 2.
  • the vibrating body 2 may in particular be cylindrical in shape and thus have a circular cross-section.
  • the vibrating body can also have any other cross section, in particular a rectangular cross section.
  • the projection 3 has, for example, the geometry of a truncated cone or pyramid stump penetrated by the vibrator body.
  • an underside 32 of the projection facing towards the lower end of the vibrating body projects approximately at right angles from the vibrating body 2, while an upper side 31 of the projection tapers with increasing distance from the lower end 21 of the vibrating body, so that the projection 3 in the example has the shape of a truncated cone penetrated by the Rüttelmaschinen.
  • the projection 3 can at any longitudinal position of the
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that the projection 3 is arranged at the lower end 21 of the vibrator body.
  • the vibrating arrangement can be realized, for example, as a deep vibrator or as a topping vibrator.
  • a vibration-generating eccentric (not shown) is arranged in the vibrating body 2.
  • the eccentric (not shown) above the upper end of the vibrating body 2 is arranged.
  • the upper side 31 of the projection 3 conically extends at an acute angle to the longitudinal direction of the elongated vibrating body 2, while the lower side 32 is at an approximately right angle with respect to the longitudinal direction.
  • the projection 3 is designed as a body.
  • FIG. 3B shows an embodiment of a segmented projection 3 with a plurality of segments 40, 41, 42, 43 arranged circumferentially adjacent to one another. This embodiment makes it possible to fold the projection 3 into the vibrating body 2 or to retract the projection 3 into the vibrating body 2.
  • the embodiment of the projection 3 shown in FIG. 3C differs from the embodiment in FIG. 3A in that the underside 32 of the projection likewise has a tapered, tapering profile, as a result of which mentioned blade effect of the projection 3 can be improved.
  • a column-shaped hole is first produced.
  • Such a hole typically has a diameter of about 50 cm to 100 cm.
  • the vibrating body 2 used according to the invention typically has external dimensions of about 30 cm to 50 cm.
  • the material located in the annular space 4 is detected by the projection 3 and transported in the direction of the lower end of the vibrating body 2 in a downward movement of the vibrating body.
  • possible wedges of material in the annular space 4 between the vibrating body 2 and the bottom 5 are broken.
  • the upward movement of the oblique course of the top 31 of the projection ensures that the material is displaced laterally and not transported back up.

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Abstract

Di Erfindung betrifft eine Rüttleranordnung (1) zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, die einen langgestreckten Rüttelkörper (2) mit einer einen Umfang aufweisenden Mantelfläche und wenigstens eine sich wenigstens teilweise um den Umfang des Rüttelkörpers (2) erstreckende Ausragung (3) aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Materialsäule im Boden unter Verwendung einer solchen Rüttleranordnung.

Description

Beschreibung
Rüttleranordnung und Verfahren zur Herstellung von Material - säulen im Boden
Die Erfindung betrifft eine Rüttleranordnung und ein Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen, welche zur Verbesserung der Bodeneigenschaften von Baugrund in den Boden eingebracht werden .
Zwei grundlegende Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden sind seit langem bekannt . Bei der Methode der "Nassen StopfVerdichtung" wird nach dem Herstellen eines säulenförmigen Loches Spülwasser in das Loch abgegeben. Durch schnelles Auf- und Abbewegen eines Rüttlers entsteht in Kombination mit der Wasserspülung eine Strömung, welche das Bodenmaterial derart erodiert, dass ein Ringraum zwischen dem Tiefenrüttler und dem angrenzenden Bodenbereich entsteht, wodurch ein Transport von Kies, Recyclingbeton, Sand oder ähn- lichem granulären Schüttgut entlang des Tiefenrüttlers in das Loch hinein ermöglicht wird. Neben der erodierenden Wirkung hat das Wasser noch weitere wichtige Funktionen, nämlich die Stabilisierung der Lochwandung gegen eine durch den Druck des Grundwassers verursachte Kollabierung der Wandung und das Verhindern einer Verkeilung von Kies zwischen der Lochwandung und dem Tiefenrüttler. Das nach oben strömende Wasser bricht diese durch Verkeilung gebildeten "Brücken" auf und gewährleistet so einen Transport des Kieses in die Tiefe bis an das untere Ende des Rüttlers, wo dieser zu einer sogenannten "Stopfsäule" verstopft wird. Problematisch bei diesem Verfahren ist vor allem die Entsorgung des sehr schlammigen Spülwassers, was unter anderem hohe Kosten verursacht, des weiteren die Auswaschung von eventuell vorhandener Kontamination aus dem Boden an die Oberfläche. Bei einem zweiten Verfahren, dem Verfahren der "Trockenen Stopfverdichtung" wird ein Materialförderrohr seitlich entlang eines Rüttlers befestigt, über das Material an das untere Ende des Tiefenrüttlers transportiert wird. Nachteilig ge- genüber der nassen Stopfverdichtung sind die geringere Förderleistung (Volumen pro Zeit) an Kies und die höheren Kosten für die aufwendigeren Vorrichtungen.
Bei beiden Verfahren geschieht der Materialtransport zum un- teren Ende des Rüttlers allein durch die auf das Material wirkende Schwerkraft . Ohne Spülwasser oder ohne Förderrohr ist die Kiesförderung in Bodenschichten unterhalb des Grundwasserspiegels nicht möglich. Zur Beschleunigung des Transportes oder wenn der Materialtransport zum Erliegen gekommen ist, bleibt nur die Vergrößerung des Ringraumes, was in den meisten Fällen jedoch unerwünscht ist, weil dies eine unnötige Auswaschung von Boden und einen erhöhten Bedarf an Spülwasser zur Folge hat .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Stopfsäulen zur Verfügung zu stellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik kein, oder nur ein geringerer Bedarf an Spülwasser besteht und auch kein Förderrohr notwendig ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Rüttleranordnung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 10 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Eine Rüttleranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen langgestreckten Rüttelkörper mit einer einen Umfang aufweisenden Mantelfläche. An diesem Umfang ist eine Ausragung angeordnet, die sich in einer seitlichen Rich- tung von dem Rüttelkörper weg und die sich wenigstens abschnittsweise um den Umfang erstreckt. Bei Einsatz einer solchen Rüttelanordnung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden wird nach Herstellen eines Loches, nach Abteufen der Rüttelanordnung in das Loch und nach dem Einbringen von Material, der Materialtransport zu einem unteren Ende des Rüttelkörpers nicht allein durch die Schwerkraft bewirkt. Dieser Materialtransport wird bei einem Auf- und Ab- Bewegen der Rüttelanordnung zusätzlich die Ausragung unterstützt, die als mechanische Transportvorrichtung, ähnlich ei- ner Schaufel wirkt. Diese sich wenigstens abschnittsweise um den Umfang erstreckende und in seitlicher Richtung abstehende Ausragung drückt bei einer Abwärtsbewegung des Rüttelkörpers ein in einem Ringraum unterhalb der Ausragung befindliches Material weiter in die Tiefe in Richtung des unteren Endes des Rüttelkörpers, wo es zu einer Stopfsäule verdichtet wird.
Bei einer anschließenden Aufwärtsbewegung wird das Material wegen der konischen Form der Ausragung jedoch nicht wieder nach oben befördert, sondern seitlich in den Boden verdrängt, um bei einer weiteren Abwärtsbewegung von der Ausragung wieder erfasst und bis in die Tiefe der Säulenerstellung transportiert zu werden.
Die Ausragung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie unter einem spitzen Winkel in die zu einem unteren Ende des
Rüttelkörpers weisende Richtung breiter wird. Die Geometrie dieser Ausragung kann dabei der Geometrie eines Kegelstumpfs oder eines Pyramidenstumpfs entsprechen. Darüber hinaus kann die Ausragung mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Segmente aufweisen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung können auch mehrere Ausragungen entlang der Längsrichtung des Rüttelkörpers angeordnet sein. Bei einer weiteren Ausführung sind die Ausragungen entlang der Längsrichtung des Rüttelkörpers beweglich.
Außerdem können die Ausragung oder einzelne Segmente der Aus- ragung in Richtung der Mantelfläche des Rüttelkörpers einklappbar oder in den Rüttelkörper einfahrbar ausgeführt .
Die Rüttelanordnung kann insbesondere als Tiefenrüttler mit einem im dem Rüttelkörper angeordneten Exzenter oder auch als Aufsatzrüttler mit einem an einem oberen Ende des Rüttelkörpers angeordneten Exzenter ausgebildet sein.
Durch die von der Ausragung bewirkte mechanische Unterstützung des Materialtransportes wird der Materialfluss pro Zeit- einheit um über 50 Prozent erhöht und die notwendige Spülwassermenge zumindest halbiert. Anstelle von Wasser kann hierbei auch Luft oder ein anderes in den Ringraum eingeblasenes Gas zum "Spülen" verwendet werden. In einigen Böden kann auf das Wasser oder gasförmige Spülmedium sogar ganz verzichtet wer- den.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen
Rüttleranordnung mit einem Rüttelkörper und einer Ausragung.
Figur 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungs- gemäßen Rüttleranordnung mit einem Rüttelkörper, bei der die Ausragung am unteren Ende des Rüttelkörpers angeordnet ist.
Figuren 3A-C zeigen unterschiedliche Realisierungsformen der Ausragungen. In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
Figur 1 zeigt in Seitenansicht eine Ausführungsform der er- findungsgemäßen Rüttleranordnung 1. Diese umfasst einen langgestreckten Rüttelkörper 2, der eine Mantelfläche 22 mit einem Umfang sowie ein unteres Ende 21 und ein nicht näher dargestelltes oberes Ende aufweist. Entlang des Umfangs der Mantelfläche 22 ist eine Ausragung 3 angeordnet, die in seitli- eher bzw. radialer Richtung von dem Rüttelkörper 2 absteht. Diese Ausragung 3 verbreitert sich in Richtung des unteren Endes 21, d.h. die Ausragung steht in Richtung des unteren Endes 21 zunehmend von der Mantelfläche 22 des Rüttelkörpers 2 ab.
Die Ausragung kann sich bezugnehmend auf Figur 1 ringförmig um den Umfang des Rüttelkörpers 2 erstrecken. Der Rüttelkörper 2 kann insbesondere zylinderförmig ausgestaltet sein und damit einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Rüttel- körper kann jedoch auch einen beliebigen anderen Querschnitt, insbesondere einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Ausragung 3 besitzt beispielsweise die Geometrie eines von dem Rüttelkörper durchdrungenen Kegelstumpfs oder Pyrami- denstumpfs.
In dem dargestellten Beispiel steht eine in Richtung des unteren Endes des Rüttelkörpers gewandte Unterseite 32 der Ausragung annähernd rechtwinkelig vom Rüttelkörper 2 ab, während sich eine Oberseite 31 der Ausragung mit zunehmenden Abstand vom unteren Ende 21 des Rüttelkörpers verjüngt, sodass die Ausragung 3 in dem Beispiel die Form eines von dem Rüttelkörper durchdrungenen Kegelstumpfes aufweist.
Die Ausragung 3 kann an einer beliebigen Längsposition des
Rüttelkörpers 2 angeordnet sein. Bei dem Beispiel in Figur 1 ist diese Ausragung beabstandet zu dem unteren Ende 21 des Rüttelkörpers 2 angeordnet .
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten dadurch, dass die Ausragung 3 am unteren Ende 21 des Rüttelkörpers angeordnet ist.
Die Rüttelanordnung kann beispielsweise als Tiefenrüttler o- der als Aufsatzrüttler realisiert sein. Bei einem Tiefenrütt- ler ist ein Rüttelbewegungen erzeugender Exzenter (nicht dargestellt) in dem Rüttelkörper 2 angeordnet. Bei einem Aufsatzrüttler ist der Exzenter (nicht dargestellt) oberhalb des oberen Endes des Rüttelkörpers 2 angeordnet .
Ausführungsbeispiele der Ausragung 3 werden nachfolgend anhand von Figur 3 erläutert.
Bei dem in Figur 3A dargestellten Beispiel verläuft die Oberseite 31 der Ausragung 3 konisch in einem spitzen Winkel zur Längsrichtung des langgestreckten Rüttelkörpers 2, die Unterseite 32 hingegen unter einem annähernd rechten Winkel gegenüber der Längsrichtung. Die Ausragung 3 ist dabei als VoIl- körper ausgebildet .
Figur 3B zeigt eine Ausführungsform einer segmentierten Ausragung 3 mit mehreren in Umfangsriehtung benachbart zueinander angeordneten Segmenten 40, 41, 42, 43. Diese Ausführungsform ermöglicht ein Einklappen der Ausragung 3 zum Rüttelkörper 2 oder ein Einfahren der Ausragung 3 in den Rüttelkörper 2.
Die in Figur 3C gezeigte Ausführungsform der Ausragung 3 unterschiedet sich von der Ausführungsform in Figur 3A dadurch, dass die Unterseite 32 der Ausragung ebenfalls einen koni- sehen, sich verjüngenden Verlauf aufweist, wodurch die er- wähnte Schaufelwirkung der Ausragung 3 verbessert werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Ma- terialsäule im Boden 5 wird zuerst ein säulenförmiges Loch hergestellt. Ein derartiges Loch hat typischerweise einen Durchmesser von ca. 50 cm bis 100 cm. Der verwendete erfindungsgemäße Rüttelkörper 2 hat typischerweise Außenabmessungen von ca. 30 cm bis 50 cm.
Nach dem Abteufen des Rüttlers 1 auf eine Solltiefe wird Kies, Recyclingbeton, Sand oder ähnliches granuläres Material in einen Ringraum 4 zwischen der Mantelfläche 22 des Rüttel- körpers 2 und dem umgebenden Boden eingebracht und optional auch Spülwasser oder ein anderes gasförmiges "Spülmedium11, insbesondere Luft, zugeführt. Der Tiefenrüttler 1 wird dann regelmäßig derart auf- und abbewegt, dass das unter dem Rüttelkörper 2 befindliche Material zu einer Stopfsäule komprimiert wird.
Dabei wird bei einer Abwärtsbewegung des Rüttelkörpers das im Ringraum 4 befindliche Material von der Ausragung 3 erfasst und in Richtung des unteren Endes des Rüttelkörpers 2 transportiert. Dabei werden eventuell vorhandene Verkeilungen von Material im Ringraum 4 zwischen Rüttelkörper 2 und Boden 5 aufgebrochen. Bei der Aufwärtsbewegung sorgt der schräge Verlauf der Oberseite 31 der Ausragung dafür, dass das Material seitlich verdrängt und nicht wieder nach oben transportiert wird. Bei einer einklappbaren oder einfahrbaren Ausragung kann diese bei der Aufwärtsbewegung eingeklappt/eingefahren werden.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Ausragung in Längsrichtung beweglich an dem Rüttelkörper anzuordnen, um nur durch eine Auf- und Ab-Bewegung der Aussparung 3 einen
Materialtransport bzw. eine Materialverdichtung zu erreichen. Bezugszeichenliste
1 Tiefenrüttler
2 Rüttelkörper 21 unteres Ende des Rüttelkörpers
22 Mantelfläche des Rüttelkörpers
3 Ausragung
31 Oberseite der Ausragung
32 Unterseite der Ausragung 4 Ringraum
40 Segment der Ausragung
41 Segment der Ausragung
42 Segment der Ausragung
43 Segment der Ausragung 5 Boden

Claims

Patentansprüche
1. Rüttleranordnung (1) zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, die - einen langgestreckten Rüttelkörper (2) mit einer einen Umfang aufweisenden Mantelfläche und
- wenigstens eine sich wenigstens teilweise um den Umfang des Rüttelkörpers (2) erstreckende Ausragung (3) aufweist .
2. Rüttleranordnung nach Patentanspruch 1, bei dem der Rüttelkörper (2) ein unteres Ende (21) aufweist und bei dem ein Umfang der Ausragung in Richtung des unteren Endes (21) des Rüttelkörpers zunimmt.
3. Rüttleranordnung nach Patentanspruch 2, bei dem die Ausragung (3) die Form eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes besitzt.
4. Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüchen, bei dem entlang einer Längsrichtung des Rüttel- körpers (2) mehrere Ausragungen (3) angeordnet sind.
5. Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentan- Sprüche, bei dem die Ausragung (3) am unteren Ende (21) des Rüttelkörpers (2) angeordnet ist.
6. Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, bei dem die Ausragung (3) beweglich entlang der Längsrichtung des Rüttelkörpers (2) ausgeführt ist.
7. Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei die wenigstens eine Ausragung (3) zumindest teilweise einklappbar oder in den Rüttelkörper (2) einfahrbar ist.
8. Rüttleranordnung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei die Ausragung (3) in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten aufgebaut ist .
9. Rüttleranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen Tiefenrüttler oder einen Aufsatzrüttler aufweist .
10. Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, welches folgende Schritte umfasst :
- Bereitstellen einer Rüttleranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9,
- Herstellen eines säulenförmigen Loches,
- Abteufen der Rüttleranordnung (1) , - Einbringen von Material in einen Ringraum (4) zwischen dem Rüttelkörper (2) und dem den Rüttelkörper umgebenden Bodenbereich (5) entsteht,
- regelmäßiges Absenken und Anheben des Rüttelkörpers (2) , derart, dass das unter dem Rüttelkörper (2) befind- liehe Material in Richtung des unteren Endes (21) des
Rüttelkörpers (2) transportiert und das Material komprimiert wird.
11. Verfahren nach Patentanspruch 10, bei dem der Ringraum (4) zusätzlich mit einer Flüssigkeit gefüllt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem zusätzlich Luft in den Ringraum eingeblasen wird.
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