DE19845132A1

DE19845132A1 - Compacting method for e.g. unconsolidated rocks uses one or more rotating spirals, with shape, length, pitch, direction, speed, all dependent upon edge conditions

Info

Publication number: DE19845132A1
Application number: DE19845132A
Authority: DE
Inventors: Hossein Hosseini Tudeshki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-06

Abstract

Compacting is achieved by rotating one or more spirals in the loose ground. Shape, length, pitch, direction of pitch left or right, direction of rotation, RPM, and torque, are variable dependent upon edge conditions. Gas, liquid, or a liquid-solid mixture, is ejected from the spiral via nozzles or openings, to accelerate, support, improve the lowering and compression process dependent upon requirements. To reduce wear, the spiral consists of a wear-proof material and/or has a wear-proof jacket.

Description

Eine wichtige Aufgabe bei der Lösung von grundbautechnischen und bodenmechani schen Problemen ist die Verdichtung von bindigem und nicht bindigem Verdichtungsgut. Solche Problemstellungen sind sowohl bei künstlich als auch bei natürlich abgelagerten Materialien, z. B. Böden auf Kippen, Halden, Böschungen, Dämmen, Deponien sowie auf Baugrund für infrastrukturelle Einrichtungen und Wasserwege anzutreffen. Ein aktuelles Beispiel hierfür sind die Verdichtung und Sicherung setzungsfließgefährdeter Kippen und Kippenböschungen im Bereich der ehemaligen Braunkohlentagebau in den neuen Bun desländern.An important task in the solution of basic engineering and soil mechanics problems are the compression of cohesive and non-cohesive compaction material. Such problems are both artificial and natural Materials, e.g. B. Soils on dumps, heaps, embankments, dams, landfills and on To find building land for infrastructural facilities and waterways. An actual Examples of this are the compaction and securing of tipping and tipping risk Tipping embankments in the area of the former open-cast lignite mine in the new bun desländer.

Zur Lösung der obengenannten Problemstellungen wurden in der Vergangenheit eine Vielzahl von Möglichkeiten entwickelt, deren Anwendung vor allem von den physikali schen Eigenschaften des Verdichtungsgutes wie Kornverteilung, Kornform, Lagerungs dichte und Wassergehalt sowie den geomechanischen und hydrologischen Randbedin gungen des Gebietes - bestehend aus dem Verdichtungsgut und seiner Umgebung - und dem Verdichtungsziel abhängt. In der Praxis werden insbesondere die Verfahren Spreng verdichtung, Rütteldruck- bzw. Rüttelstopfverdichtung und dynamische Intensivver dichtung angewandt. In the past, one was used to solve the above-mentioned problems Numerous possibilities have been developed, the application of which depends primarily on the physi properties of the compacted material such as grain distribution, grain shape, storage density and water content as well as the geomechanical and hydrological boundary conditions conditions of the area - consisting of the compaction material and its surroundings - and depends on the compression target. In practice, the procedures are particularly explosive compression, vibrating pressure or vibrating plug compression and dynamic intensive comp seal applied.

Bei einer Sprengverdichtung wird eine Verbesserung der bodenmechanischen Eigen schaften des gesättigten Lockergesteins durch die Zerstörung der lockeren Kornstruktur und ihre Umordnung mit gleichzeitiger Verdichtung erreicht. Das Verfahren wird im DD 286 724 A7, USA-22 36 759, DE 44 46 008 A1, DE 195 15 084 C1 in unterschiedlichen Ausführungen beschrieben.With an explosive compaction, an improvement of the soil mechanical properties the saturated loose rock by destroying the loose grain structure and achieved their rearrangement with simultaneous compression. The procedure is described in DD 286 724 A7, USA-22 36 759, DE 44 46 008 A1, DE 195 15 084 C1 in different Descriptions described.

Sprengverdichtung ist trotz vielfältiger Vorteile, vor allem aufgrund hoher Emissionen, nur begrenzt möglich. Sprengerschütterungen beschränken den Einsatz dieses Verfahren auf Gebiete, die in einiger Entfernung zu Wohnbebauungen, Versorgungsleitungen und zu sonstiger Infrastruktur liegen. Darüber hinaus ist das Verfahren bei der Stabilisierung ufernaher Bereiche nur bedingt geeignet, da das Risiko ungewollter Rutschungen hoch ist.Explosive compaction is only in spite of various advantages, especially due to high emissions limited possible. Explosive vibrations limit the use of this method Areas located some distance from housing developments, utility lines and other infrastructure. In addition, the process of stabilization Areas near the bank are only suitable to a limited extent because the risk of unwanted landslides is high is.

Bei der Rütteldruckverdichtung wird das anstehende Korngefüge durch eine Rüttlersonde verdichtet. Der durch die Verdichtung entstehende Absenkungstrichter wird von Erdbau geräten verfüllt. Die Reichweite des Verfahrens ist auf einen sehr engen Bereich be schränkt und bei größeren Verdichtungsgebieten besonders aufwendig und kosten intensiv. Dieses Verfahren wird u. a. in DE 30 16 841 C2, DE 44 09 008 A1, DE 32 05 099 C2, DE 31 05 611 C2 und DE 29 48 403 beschrieben.In the case of vibratory pressure compaction, the grain structure is created using a vibrator probe condensed. The lowering funnel resulting from the compression is made by earthworks filled devices. The scope of the procedure is limited to a very narrow range limited and particularly complex and expensive for larger densification areas intensive. This procedure is u. a. in DE 30 16 841 C2, DE 44 09 008 A1, DE 32 05 099 C2, DE 31 05 611 C2 and DE 29 48 403 described.

Das mit sehr hohen Kosten verbundene Verfahren der Rütteldruckverdichtung findet bei spielsweise dort Anwendung, wo wegen hoher Sprengerschütterungen keine Sprengver dichtung eingesetzt werden kann. Aber auch hierbei können ökologisch sensible Ab schnitte nicht ohne ständigen Eingriff stabilisiert werden. Die Zugänglichkeit des Geländes muß gewährleistet sein. Sie wird häufig erst durch kostenintensive Dammschüttungen mittels SKW geschaffen. Sensible, stark rutschungsgefährdete Abschnitte können nicht bearbeitet werden, da sich Gerät und Personal während der Verdichtung und Sicherung sehr nahe an dem zu verdichtenden Gelände befinden.The process of vibrating pressure compression, which is associated with very high costs, takes place at for example, application where there is no blasting due to high blasting vibrations seal can be used. But even here, ecologically sensitive ab cuts are not stabilized without constant intervention. The accessibility of the site must be guaranteed. It is often only through costly embankments created by SKW. Sensitive, highly slippery sections cannot be edited since equipment and personnel are involved during compaction and backup are very close to the terrain to be compacted.

In den Materialien, in denen Kornumlagerung durch Schwingungen nicht zu erreichen ist, wird die Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften durch das Rütteln von Fremdmaterialien z. B. Kiessäule bewirkt. Dieses Verfahren wird als Rüttelstopfverdichtung bezeichnet. Der Grad der Baugrundverbesserung hängt von dem Untergrund, dem gegenseitigen Abstand und der Abmessung der verdichteten Säulen sowie den Eigen schaften des Säulenmaterials ab.In materials in which grain rearrangement cannot be achieved by vibrations, is the improvement of the soil mechanical properties by shaking Foreign materials such. B. gravel column. This process is called vibratory plug compaction designated. The degree of soil improvement depends on the subsurface mutual distance and the dimension of the compressed columns as well as the own remove the column material.

Bei der dynamischen Intensivverdichtung wird ein Gewicht wiederholt von einer bestimm ten Fallhöhe auf den zu verdichtenden Bereich abgeworfen. Dieses Verfahren ist u. a. aus DE 23 51 713 C2 bekannt. Die horizontale und vor allem die vertikale Reichweite des Ver fahrens ist begrenzt, so daß mächtige Bereiche nicht durchgehend verdichtet werden können. Aufgrund des notwendigen hohen Einsatzgewichtes - Geräte und Fallgewicht - so wie die Art der Initialwirkung ist das Verfahren für Verdichtungen sicherheitlich sensibler Gebiete, z. B. ufernahe Abschnitte, ungeeignet. Darüber hinaus ist das Verfahren stets mit einer völligen Zerstörung der Fauna und Flora an der Oberfläche verbunden.With dynamic intensive compaction, a weight is repeated by a certain one dropped to the area to be compressed. This procedure is u. a. out DE 23 51 713 C2 known. The horizontal and especially the vertical range of the Ver driving is limited so that powerful areas are not continuously compacted can. Because of the necessary high operating weight - equipment and drop weight - see above Like the type of initial effect, the process for compaction is certainly more sensitive Areas, e.g. B. near sections, unsuitable. In addition, the procedure is always with a complete destruction of the fauna and flora on the surface.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein effektives und kostengünstiges Verfahren und eine Vor richtung zur Verdichtung von bindigem und nichtbindigem Gut zu schaffen, welche sowohl vom Sättigungsgrad bzw. Feuchtigkeit des Verdichtungsgutes als auch von der Teufe un abhängig einsetzbar ist.The object of the invention is to provide an effective and inexpensive method and a to create direction for the compression of binding and non-binding goods, which both on the degree of saturation or moisture of the compaction material as well as on the depth can be used dependent.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Verdichtungsgut eine oder mehrere Wen deln in Drehung versetzt werden.The object is achieved in that one or more wen in the compacted material rotated.

Wird eine Wendel mit rechtsgängigen Windungen im Uhrzeigersinn in lockerem Gut in Drehung versetzt, so wird diese in das Gut eingezogen, wobei das lockere Gut nach oben transportiert wird. Befindet sich dieselbe Wendel in dem Gut und wird diese entgegen des Uhrzeigersinnes gedreht, so transportiert sie das Material, welches ihr zufließt oder zugeführt wird nach unten in Richtung der Wendelspitze. Falls das Material nach unten nicht abgezogen wird, wird es verdrängt bzw. verdichtet. Mit zunehmender Verdichtung bewegt sich die Wendel bei Fortsetzung der Drehbewegung aus dem Gut heraus. Die Regulierung der Verdichtung kann daher über Drehzahl, Drehmoment und Andruckkraft erfolgen. Zusätzlich zu der Verdrängung und damit einhergehender Verdichtung unterliegt das Verdichtungsgut im direkten Wirkungsbereich der Wendel einer Kornumlagerung, welche zur Verdichtung ebenfalls beiträgt. Darüber hinaus werden durch die Drehung der Wendel zyklische Impulse in das Verdichtungsgut eingeleitet, die auch zur Verdichtung führen. Diese Effekte führen zu einer effektiven Verdichtung. Eine Kombination mehrerer unterschiedlicher zueinander angeordneten Wendeln mit gleicher oder unterschiedlicher Geometrie, Drehmoment, Drehzahl, Andruck, Drehsinn, Schraubenrichtung und Gangzahl ist möglich.If a spiral with clockwise turns in a loose good in Rotation is offset, so this is drawn into the good, with the loose good upwards is transported. If the same spiral is in the good and this is contrary to the Turned clockwise, it transports the material that flows in or is fed down towards the helix tip. If the material is down is not subtracted, it is displaced or compressed. With increasing compression the helix moves out of the material as the rotation continues. The Regulation of compression can therefore be done via speed, torque and pressure force respectively. In addition to the displacement and the associated compression the compaction material in the direct sphere of action of a grain rearrangement, which also contributes to the compression. In addition, by rotating the Spiral cyclic impulses are introduced into the compaction material, which are also used for compaction to lead. These effects lead to an effective compression. A combination of several different helixes arranged with the same or different Geometry, torque, speed, pressure, direction of rotation, screw direction and number of gears is possible.

Die Drehspiralverdichtung und Drehspiralstopfverdichtung bilden ideale Voraussetzungen für die Verdichtung von bindigem und nichtbindigem Gut. Die Vorteile dieser Verfahren sind:
The rotating spiral compaction and rotating spiral plug compaction are ideal conditions for the compaction of cohesive and non-cohesive goods. The advantages of these procedures are:

- It can be used in security-sensitive areas.
- It can be used regardless of the level.
- A compression that is relatively independent of the load is achieved.
- There are the three positive effects of material displacement, material circulation and Impulse introduction combined for compression.
- The methods can be independent of the humidity or the degree of saturation of the Materials are used.
- By changing the direction of rotation, the same device can penetrate serve to the desired depth and then work as a compacting device.
- When using the process as a spiral compression, the desired Final depth quickly reached.
- Liquids, liquid-solid mixtures or gases can be used to support the Penetration and / or compression process inside the boom and Wen del be transported. They then exit through openings or nozzles.
- With the same device is both rotary compression and rotary plug compression possible.
- The application of the method is in combination with a carrier device with boom possible for inaccessible or security sensitive areas.
- The method can be used in the vertical direction as well as diagonally or diagonally perform sealing work.

Embodiments

Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:Exemplary embodiments are shown in the drawings and are described in more detail below described:

Fig. 1 Ausführung der Drehspiralverdichtung in Kombination mit einem Trägergerät mit Ausleger Fig. 1 execution of the spiral compression in combination with a carrier device with boom

Fig. 2 Ausführung der Drehspiralstopfverdichtung in Kombination mit einem Trägergerät mit Ausleger Fig. 2 Execution of the spiral twist plug compression in combination with a carrier device with boom

Fig. 3 Ausführung der Drehspiral- bzw. Drehspiralstopfverdichtung in Kombination mit einem Trägergerät ohne Ausleger, z. B. Bohrgerät (vertikale Arbeitsweise) Fig. 3 Execution of the twist spiral or twist spiral plug compression in combination with a carrier device without boom, z. B. drilling rig (vertical operation)

Fig. 4 Ausführung der Drehspiral- bzw. Drehspiralstopfverdichtung mit einem Trägergerät ohne Ausleger (schräge bzw. diagonale Arbeitsweise) Fig. 4 Execution of the twist spiral or twist spiral plug compression with a carrier device without a boom (inclined or diagonal mode of operation)

Fig. 5 Ausführung der Drehspiral- bzw. Drehspiralstopfverdichtung durch die Kombination von zwei Vorrichtungen. Fig. 5 execution of the twist spiral or twist spiral plug compression by the combination of two devices.

In der Ausführung nach Fig. 1 wird in den Teilabbildungen A-C die Vorgehensweise bei der Drehspiralverdichtung in Kombination mit einem Trägergerät, welches über einen Ausleger verfügt, dargestellt. Das Trägergerät (1) ist durch eine Verbindung (2) mit der Verdichtungsvorrichtung bestehend aus dem Strang (3), dem Antrieb (4) und der Wen del (5) verbunden. Der Strang und die Wendel sind im Inneren so ausgebildet, daß die für die Prozeßbeschleunigung oder -verbesserung erforderlichen Stoffe wie Gas, Flüssig keit bzw. Flüssigkeit-Feststoffgemisch über die an dem Wendel (5) sich befindenden Öffnungen bzw. Düsen (8) austreten können. Der Antrieb (4) ermöglicht die Änderung der Drehzahl, Drehmoment und Drehrichtung. Die Wendel (5) weist je nach Aufgaben stellung über unterschiedliche Länge, Steigung, Schraubenrichtung, Form, Gang und Durchmesser auf. Der Strang (3) weist je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Längen und Gewichte auf.In the embodiment according to FIG. 1, the procedure for rotary spiral compression in combination with a carrier device which has a boom is shown in the partial illustrations AC. The carrier device ( 1 ) is connected by a connection ( 2 ) with the compression device consisting of the strand ( 3 ), the drive ( 4 ) and the Wen del ( 5 ). The strand and the coil are formed in the interior so that the substances required for process acceleration or improvement, such as gas, liquid or liquid-solid mixture, can escape through the openings or nozzles ( 8 ) located on the coil ( 5 ) . The drive ( 4 ) enables the speed, torque and direction of rotation to be changed. Depending on the task, the helix ( 5 ) has a different length, pitch, screw direction, shape, pitch and diameter. The strand ( 3 ) has different lengths and weights depending on the task.

Im ersten Arbeitsschritt wird die Verdichtungsvorrichtung durch die Wahl der Drehrichtung in Abhängigkeit des Schraubenrichtung ähnlich einer Schraube in das Verdichtungsgut versenkt. Nachdem die gewünschte Teufe erreicht ist, wird die Drehrichtung umgekehrt und somit der Verdichtungsvorgang eingeleitet. Ist die Verdichtung in der bearbeiteten Zone erreicht, so wird die Vorrichtung soweit zurückgezogen, daß durch die nachfolgende Verdichtung eine zusammenhängende verdichtete Säule entsteht. Diese Vorgehensweise wird so lange wiederholt, bis die gesamte Mächtigkeit des Verdichtungsgutes bearbeitet ist. Die Verdichtung führt zu einer Absenkung der Oberfläche, die mit Material verfüllt wer den kann, wobei auch eine Verdichtung dieses Abschnittes nach dem Verfüllen möglich ist.In the first step, the compression device is selected by the direction of rotation depending on the screw direction similar to a screw in the compaction material sunk. After the desired depth is reached, the direction of rotation is reversed and thus the compression process is initiated. Is the compression in the processed Zone reached, the device is withdrawn to the extent that by the following Compression creates a coherent compacted column. This approach is repeated until the entire thickness of the compaction material has been processed is. The compaction leads to a lowering of the surface, which is filled with material that can, a compression of this section also possible after backfilling is.

In der Ausführung nach Fig. 2 wird in den Teilabbildungen A-C die Vorgehensweise bei der Drehspiralstopfverdichtung in Kombination mit einem Trägergerät, welches über einen Ausleger verfügt, dargestellt. Die Vorrichtung und ihre Eigenschaften sind gleich der Vor richtung gemäß Fig. 1.In the embodiment according to FIG. 2, the procedure for rotary spiral plug compression in combination with a carrier device which has a boom is shown in the partial illustrations AC. The device and its properties are the same as the device according to FIG. 1.

In dem ersten Arbeitsschritt wird in dem Kontinuum, dessen mechanische Eigenschaft infolge der Stopfverdichtung verbessert werden soll, ein Hohlraum z. B. eine Bohrung er stellt. Diese Aufgabe kann auch mit der Verdichtungsvorrichtung durchgeführt werden, wobei als Wendel (5) in diesem Fall eine Bohrschnecke zum Einsatz kommt. Nach Fertigstellung des Hohlraumes wird diese mit Verdichtungsgut gefüllt. Die Füllmenge ist variabel und abhängig von den Randbedingungen. Die Verdichtungsvorrichtung wird nun in dem Verdichtungsgut versenkt. Durch die Wahl der Drehrichtung der Wendel (5) in Abhängigkeit ihrer Schraubenrichtung (rechtsgängig oder linksgängig) wird der Verdichtungsvorgang eingeleitet. Ist die Verdichtung erzielt, so wird die Vorrichtung hochgezogen und dem Hohlraum erneut Verdichtungsgut zugegeben. Die Verdichtungsvorrichtung wird abgesenkt und der Verdichtungsvorgang eingeleitet. Die beschriebene Vorgehensweise wird so oft wiederholt bis die verdichtete Säule die gewünschte Höhe erreicht.In the first step, a cavity is formed in the continuum, the mechanical property of which is to be improved as a result of the plugging. B. he makes a hole. This task can also be carried out with the compression device, in which case a auger is used as the helix ( 5 ). After the cavity has been completed, it is filled with compaction material. The filling quantity is variable and depends on the boundary conditions. The compaction device is now sunk in the compaction material. The compression process is initiated by selecting the direction of rotation of the helix ( 5 ) depending on its screw direction (right-handed or left-handed). Once compaction has been achieved, the device is pulled up and compaction material is added to the cavity again. The compaction device is lowered and the compaction process is initiated. The procedure described is repeated until the compacted column reaches the desired height.

In der Ausführung nach Fig. 3 wird die Möglichkeit der Verfahrensanwendung nach Fig. 1 und Fig. 2 in Kombination mit einem Trägergerät ohne Ausleger z. B. Bohrgerät darge stellt. Die Verfahrensschritte bleiben gleich wie für Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben.In the embodiment of FIG. 3, the possibility of the application process of Figure 1. And Fig. 2 for example in combination with a carrier device without boom. B. drill Darge provides. The process steps remain the same as for Fig. 1 and described in FIG. 2.

In der Ausführung nach Fig. 4 wird die Möglichkeit der Anwendung der Drehspiralverdich tung und der Drehspiralstopfverdichtung dargestellt, wobei eine diagonale Arbeitsweise in Kombination mit einem Trägergerät ohne Ausleger z. B. Bohrgerät erfolgt. Die Neigung der Schrägbohrungen hängt von der Randbedingung, vor allem von der Materialeigenschaft ab.In the embodiment of FIG. 4, the possibility of applying the Drehspiralverdich tung is shown the turning scroll compression pot, wherein a diagonal operation in combination with such a support device without boom. B. drill. The inclination of the inclined holes depends on the boundary conditions, especially on the material properties.

Die Anwendung der Drehspiral- und Drehspiralstopfverdichtung kann ebenfalls dadurch erfolgen, daß mehrere Verdichtungsvorrichtungen an einem Trägergerät angeschlossen sind. Diese Vorgehensweise führt zu einer Steigerung der Verdichtungsleistung und dient der Kompensation von Reaktionsmomenten, die infolge der Drehbewegung der Wendel (5) bzw. der Vorrichtung entstehen. In der Ausführung nach Fig. 5 ist die Vorgehens weise bei der Kombination von zwei Verdichtungsvorrichtungen exemplarisch dargestellt.Rotary spiral and rotary spiral plug compression can also be used in that several compression devices are connected to one carrier device. This procedure leads to an increase in the compression performance and serves to compensate for reaction moments which arise as a result of the rotary movement of the helix ( 5 ) or the device. In the embodiment according to FIG. 5, the procedure is exemplarily shown for the combination of two compression devices.

Die Verdichtungsvorrichtungen sind über eine Querverbindung (9) miteinander verbun den, wobei die Verbindung derart gestaltet ist, daß eine Änderung des Abstandes zwischen den Vorrichtungen gewährleistet ist. Die Querverbindung (9) wird über eine Verbindung (2) mit dem Trägergerät verbunden.The compression devices are interconnected via a cross-connection ( 9 ), the connection being designed such that a change in the distance between the devices is ensured. The cross-connection ( 9 ) is connected to the carrier device via a connection ( 2 ).

Claims

1. The method and system for the compression of cohesive and non-cohesive material (e.g. loose rock) by means of rotary spiral compression or rotary spiral plug compression as characterized in that the compression is achieved by rotating one or more helixes in the loose material, the shape, the length , the pitch, the screw direction (right or left), the direction of rotation, the speed, the torque are variable depending on the boundary conditions.

2. The method according to claim 1, characterized in that to support Acceleration and improvement of the lowering and compression process each depending on the area of responsibility gas, liquid or liquid-solid mixture Openings or nozzles emerge from the coil.

3. The method according to any one of the above claims, characterized in that the helix for wear reduction is made of a wear-resistant material and / or is lined with a wear-resistant jacket.

4. The method according to any one of the claims listed above, that the drive integrated in any length along the compression device being the change in speed, direction of rotation and torque enables.

5. The method according to any one of the claims listed above, that as a carrier device both devices with cantilevers and devices without cantilevers Application come.

6. The method according to any one of the claims listed above, that several compression devices are arranged on a carrier device, where by choosing the technical data of the devices such as speed, Torque, direction of rotation and screw direction of the spiral one The reaction moments are compensated.

7. The method according to any one of the claims listed above, that about the regulation of the strand weight and / or the power consumption regulation of the degree of compaction takes place.

8. The method according to any one of the claims listed above, that the operation is carried out both vertically and diagonally or obliquely.

9. The method according to any one of the claims listed above, that the compression takes place both from the mainland and from the water.

10. The method according to any one of the claims listed above, that different thicknesses of the compacted material regardless of Moisture content can be processed.

11. The method according to any one of the claims listed above, that both for deep compaction and for compaction close to the surface Area is used.

12. The method according to any one of the claims listed above, that the compression starts from the desired final depth towards the upper surface is carried out or starting from the surface towards the final depth becomes.