AT409007B - Herstellung von aushöhlungen und deren verfüllung im untergrund zum zweck der bodenstabilisierung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bodenkorpern im Baugrund gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Die Erfindung betnfft ausserdem eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens gemass dem Oberbegriff des Anspruchs 5
Bei bekannten Verfahren wird mit Hilfe von Bohrungen, die bis auf die geplante Grundungssohle abgeteuft werden, uber ein mit seitlichen Dusenausgangen versehenes Bohr- und Spulgestange Wasser, Luft und Suspension verpresst Dabei wird der das Bohrloch umgebende Boden durch einen hochdruckgespannten Schneidstrahl erodiert, aufgeschnitten, d h ausgehohlt, und nachfolgend mit Suspension verfullt Die hierbei aus Boden, Wasser,

   Luft und beispielsweise Zementsuspension entstehende breiige Mischung fullt die entstandenen Hohlräume Der Mischungsüberschuss fliesst uber den offenen   Bohrlochnngraum   zutage Die Form der nachfolgend erhartenden Bodenkörper hangt von der Dusenstrahlbewegung ab Beispielsweise entstehen   saulenartige   Korper wenn das Gestange wahrend des Dusens rotiert und zugleich gezogen wird
Die Leistungsfähigkeit derartiger Verfahren ist im wesentlichen abhangig vom Wirkungsgrad der eingesetzten hydraulischen Energie, d h abhangig von der Pumpenleistung,

   den bodenmechanischen Eigenschaften der zu erodierenden Bodenschichten und dem gewählten Herstellungsparameter Dusenstrahlreichweite und Erosionsbreite sind Bewertungsmassstab fur die effektive Erosionsleistung der Dusenstrahlverfahren
Nach dem heutigen Stand der Technik arbeiten die oben erwähnten Verfahren unter der international gebrauchlichen Bezeichnung JET-GROUTING mit Düsenschneidstrahlen, die aus Wasser oder   Bindemittelsuspensionen   bestehen Die dabei aus Boden, Wasser bzw Suspension sich bildende Mischung schrankt die Wirtschaftlichkeit derartiger Verfahren ein, weil Reibungs- und Stromungsverluste einen Teil der eingesetzten Energie verbrauchen
Nachteilig und daher verbesserungsbedürftig sind bei den   bisherig   praktizierten Verfahren die bodenabhangigen und daher wechselnden, unbestimmbaren Erosionsleistungen,

   die   ungleichma-   ssige Bodenkorper mit den daraus resultierenden   Unzulänglichkeiten,   wie beispielsweise fehlerhafte Überschneidungen, zur Folge haben
Mit den heutigen Herstellungsbedingungen ist eine leistungsabhangige. kontrollierende Steuerung der Dusenstrahlen wahrend der Erosionsarbeit wegen des Fehlens geeigneter Messverfahren zur Zeit nicht moglich Daher werden empirische Herstellungsparameter eingesetzt, die von ausgewerteten Baustellenversuchen und Arbeitsausfuhrungen gewonnen und abgeleitet werden Die Feststellung der tatsachlichen Arbeitserfolge und die Kontrolle der erzielten Abmessungen der Erosionskorper ist zur Zeit nur mit grösserem zusätzlichen Aufwand durchfuhrbar. 



   Eine Analyse der angefuhrten Nachteile fuhrt zur Erkenntnis, dass schon bei der Zerstorung des Bodengefuges die Wirksamkeit des flussigen fallweise luftummantelten Schneidstrahles durch den sich bildenden Bodenmortel stark beeinträchtigt wird Auf Grund seiner unbestimmbaren, heterogenen Zusammensetzung und den wahrend der   Dusenarbet   herrschenden komplexen Stromungsvorgangen sind Versuche und Bemuhungen zur Erfassung relevanter Messdaten in diesem Milieu erfolglos geblieben
Aus der GB 361 966 ist ein o g GROUTING-Verfahren bekannt, wobei Pressluft oder ein anderes Gas intermittierend in die Bodenschicht eingeblasen wird Hierbei wird die Pressluft über andere Öffnungen als die zum Einbringen der Suspension verwendeten eingebracht Dies soll jedoch derart erfolgen, dass die Einbringung der Suspension nicht beeinflusst wird,

   sondern lediglich eine intensive Vermischung von Suspension und Boden erzielt wird
Die EP 0 202 438 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfestigen und/oder Abdichten eines vorgebbaren Bereichs im Erdboden, wobei ein erhartender, flüssiger Stoff unter gleichzeitiger Zugabe eines gasformigen Stoffes injiziert wird Der Gasstrahl wird dabei parallel beabstandet von einem Flussigkeitsstrahl geführt Die   Zielrichtung   ist hierbei, dass der Gasstrahl mittels seiner kinetischen Energie zusätzlich einen Flüssigkeitsstrahl beim Eindringen in das Erdreich unterstützt
Aus der US 4 624 606 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Bodenkorpern mittels Injektion bekannt Eine Injektionsstange weist zwei benachbart zueinander angeordnete Öffnungen auf, durch welche Flüssigkeit und Luft austreten Hierbei umschliesst die Öffnung,

   durch welche Luft austritt, nngformig die Öffnung, aus der die Flüssigkeit austntt. Hierbei ist die Zielrichtung, dass von einer Bohrspitze abgetragener Boden durch ein Loch im Gestänge angehoben wird 

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Die DE 35 14 522 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden von Bodenverfestigungskonstruktionen. Hierbei ist an einem führenden Ende einer Einsetzrohranordnung mit einer Bohrspitze ein Ultraschallsensor angeordnet. 



   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Bodenkorpern im Baugrund zu schaffen, mit denen es auf einfache Weise möglich ist, steuerbare sowie kontrollierbare Erosionsarbeiten durchzuführen und mit Hilfe von Reichweitenmessungen den gegebenen Bodenverhältnissen anzupassen. 



   Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäss der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei der zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehenen Vorrichtung gemass der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelost. 



   Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben
Der Erfindung liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, im erweiterten Arbeitsbereich der Dusenstrahlen ein permanentes Luftkissen bzw Druckluftkissen zu erzeugen. In diesem Druckluftkissen konnen einzelne oder auch mehrere Düsenschneidstrahlen unproblematisch und reibungslos die Bodenstruktur auflosen, weil alle Stoffe mit einer höheren Dichte als die der Luft, also Wasser, Suspension und Boden, in den zuvor ausgehohlten Raum absinken und sedimentieren Auf diese Weise kann der Arbeitsprozess nahezu unter atmosphärischen Bedingungen ungestort ablaufen.

   wobei gleichzeitig höhere Erosionsleistungen möglich sind, die zudem über Reichweitenmessungen gesteuert werden konnen
Durch das gleichzeitige Einpressen von Luft und Schneidflussigkeit über die   Duseneinrichtung   wird die Erzeugung des permanenten Luftkissens gewährleistet
Durch die Erfindung wird somit auf vorteilhafte Weise die Herstellung von verfestigten,

   wasserundurchlässigen Bodenkorpern in Sediment- und Lockergestein ermöglicht Diese Bodenkorper konnen der Bodenstabilisierung dienen oder fur Grundungs- und Unterfangungsmassnahmen jedoch auch als Abdichtungs- und Abkapselungskörper zur Anwendung gelangen
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert Diese zeigt in der einzigen Figur eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur   Erläute-   rung des Verfahrens gemass der Erfindung im Langsschnitt
In vorgegebenen Bodenschichten 1 wird eine Spulbohrung 2 mit einem an einem   Tnplex-Bohr-   gestange 3 befestigten Bohrmeissel hergestellt,

   wobei eine filterkuchenbildende Spulung verwendet wird Der betreffende Spülungsstrom 4 fliesst uber das Gestängeinnere zum Bohrmeissel und befordert das Bohrklein über einen Bohrlochnngraum 5 zutage
In demjenigen Bereich des Bohrgestanges 3, in dem sich eine Düsen Vorrichtung 6 befindet, ist ein koaxiales Tauchrohr 7 montiert, das nach dem pneumatischen Aufpumpen einer Gummimanschette 8 wie ein   Ringraumpreventer   (Ringraumpacker)

   wirkt und den Spulungsstrom 4 nur uber einen koaxialen Ringraum 9 zwischen Tauchrohr 7 und Bohrgestange 3 fliessen lasst
Nach dem Erreichen der planungsgemassen Bohrtiefe wird von der Arbeitsphase "Bohren" auf die Arbeitsphase "Dusen" umgestellt Diese wird durch das mit Hilfe eines Kompressors erfolgende Einpressen von Luft uber eine Luftzuleitung 10   eingeleitet  
Der fur das Verfahren erforderliche Luftbedarf ist von der Durchlässigkeit der vorliegenden Bodenschichten 1 abhangig Beispielsweise ergibt sich ein Luftbedarf von 3 m3/min Ansaugleistung des Kompressors bei einem Druck des Luftkissens 11 von 2 bar und einem Boden-Durchlassigkeitsbeiwert von 1 x 10-4 m/s Bei grösseren Luftverlusten können der Schneidflussigkeit filterkuchenbildende Stoffe zugemischt werden
Beim Einpressen der Luft uber die Zuleitung 10 zur Luftduse wird der an die Luftzuleitung 10 

  angeschlossene Ringraumpacker 8 in Funktion gesetzt Nach erfolgter Abdichtung des Bohrlochnngraums 5 im Bereich des Tauchrohres 7 baut die überschüssige Luft ein Luftkissen 11 auf Die Unterkante 7a des Tauchrohres 7 bestimmt die Hohe der Ausdehnung des Luftkissens 11 Uber den offenen Ringraum 9, gebildet aus Tauchrohr 7 und Bohrgestänge 3, sowie weiter aufsteigend uber den Ringraum 9, gebildet aus Bohrlochwand 19 und Bohrgestänge 3, gelangt der Luftuberschuss zutage
Nach hergestellter Umläufigkeit der eingepressten Luft wird mit den Erosionsarbeiten zur Herstellung des Verfestigungskorpers 22 begonnen Hierzu wird Wasser mit beisp 400 bar durch die Dusenvornchtung 6 verpresst, deren Duse einen Durchmesser von beispielsweise 2mm aufweist Der sich bildende Schneidstrahl 12 durchdringt den anstehenden Boden, beispielsweise Sand,

   und 

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 zerstort in seinem Arbeitsbereich die Bodenstruktur, wobei eine fliessfähige Mischung aus Wasser und Boden entsteht Die hohe   Rohwichte   der Mischung bewirkt deren Trennung von der gleichzeitig eingepressten Luft, so dass die entstandene Mischung über den offenen Ringraum 9 zutage gefordert wird Der hohe   Wasser-Einpressdruck   von 400 bar entsteht vor der Duse 6 und baut sich schnell auf den tiefenabhängigen hydrostatischen Druck ab Wird das Bohrgestänge 3 bei diesem Arbeitsprozess gezogen, entsteht die beabsichtigte Aushohlung 13 im Boden Diese wird zylinderformig, wenn das Bohrgestange 3 rotierend gezogen wird Die Aushohlung 13 bleibt so lange luftgefullt, wie es die Unterkante 7a des Tauchrohres 7 bestimmt Erreicht die Trennflachenzone 14 die Unterkante 7a des Tauchrohres 7,

   wird zu diesem Zeitpunkt mit dem Eindüsen von Zementsuspension 16 uber eine Zementsuspensions-Düse 20 begonnen.

Claims (8)

Die Ausbildung des Luftkissens 11 im Arbeitsbereich des Düsenschneidstrahles 12 bis zur Unterkante 7a des Tauchrohres 7 erlaubt nun auch vorteilhafterweise kontinuierliche oder diskontinu- ierliche Reichweitenmessungen Diese können in einer Ausfuhrungsform der Vorrichtung mit Ultraschallmessgeber 15, gesteuert durch Steuerungskabel 18, ausgeführt werden Uber eine Prozesssteuerungsemnchtung konnen nun auch die Herstellungsparameter, also Gestängeziehgeschwindigkeit, Dusenrotation und Suspensionsmenge, den unterschiedlichen bodenmechanischen Bodenschichten 1 angepasst werden Die erwunschten Reichweitenmessungen sind Distanzbestimmungen Sie konnen unter den vorteilhaften Luftkissenbedingungen auch mit anderen Messverfahren ausgeführt werden In die Vorrichtung sind ausserdem Druckmessdosen 17 eingebaut Diese dienen der Differenzdruckmessung im Ausspulungs- sowie im Verfüllungsbereich zur Kontrolle der erosionsabhangigen Rohdichte der sich bildenden Bodenmischungen Mit Hilfe eines Zusatzmittels, das der Schneidflussigkeit als Entschaumer zugesetzt wird wird eine Schaumbildung im Luftkissen 11 ausgeschlossen Die Grosse des permanent erzeugten Luftkissens 11 ist so bemessen, dass der Dusenschneldstrahl 12 durch schnelle Separation der Mischungsphasen, Luft und Bodensuspension, nicht behindert wird PATENTANSPRÜCHE:

1 Verfahren zur Herstellung von Bodenkorpern im Baugrund durch Bildung von Aushohlun- gen mittels Hochdruckbodenerosion und deren unmittelbar nachfolgender Verfullung mit einem beim Erodieren mittels Dusenschneidstrahlen gebildeten Boden-Bindemittelge- misch, das nach dem Erharten einen verfestigten, wassersperrenden Bodenkorper bildet dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenerosionsarbeiten der Dusenschneidstrahlen (12) in einem permanent erzeugten Luftkissen (11) ausgefuhrt werden

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Luftkissen (11) in radialer Erstreckung durch die Reichweite der Erosion begrenzt und in vertikaler Erstre- ckung grosser als 50 cm ausgebildet wird

3 Verfahren nach einem der vorstehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Schneidflüssigkeit Zusatzstoffe zur Vermeidung von Luftverlusten und/oder Verstopfungs- mittel, wie beispielsweise Bentonit oder andere Quellstoffe, zugesetzt werden

4 Verfahren nach einem der vorstehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidflüssigkeit Entschäumer zur Vermeidung einer Schaumbildung zugesetzt werden

5 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer koaxialen Rohrkombination besteht, die ein Spulge- stange (3), ein Tauchrohr (7) mit einem Ringraumpreventer (8) mit aufblahbarer Dich- tungsmanschette und eine Düseneinrichtung (6) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung und Kontrolle der erzielten Reichweite wenigstens ein Distanzmessgeber (15) im Gestänge (3) derart in- tegriert ist, dass das Messergebnis während der Erosionsarbeiten über einen Steuermonitor anzeigbar, kontrollierbar und steuerbar ist.

7 Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzmessgeber (15) Echolote, Ultraschallmessgeräte, Infrarotentfernungsmesser, Lasergeräte und dgl. sind <Desc/Clms Page number 4>

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinu- ierliche Messung und Kontrolle der erzielten Erosionsleistung über Differenzdruckmessun- gen mittels Druckmessdosen (17) erfolgt, die auf dem Spülgestänge (3) im Ausspülungs- und Verfüllungsbereich montiert sind und den Kontakt zum Bohrlochnngraum (9) sicher- stellen