DE10150278B4

DE10150278B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bodenstabilisieren

Info

Publication number: DE10150278B4
Application number: DE2001150278
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr. Bayer
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2021-10-13
Also published as: GB2398812A; GB0408472D0; DE10150278A1; GB2398812B; WO2003033825A1

Abstract

Verfahren zur Bodenstabilisierung durch Einmischen eines Verfestigungsmittels, bei dem
– mit Hilfe eines an einem Gestänge angeordneten Bohrwerkzeugs in den Boden zunächst eine im wesentlichen horizontale Pilotbohrung (11) bis zu einer Austrittsstelle (13) an der Erdoberfläche eingebracht wird
– sobald das Bohrwerkzeug die Austrittsstelle (13) erreicht hat, das Bohrwerkzeug durch einen ein Verfestigungsmittel abgebenden Mischkörper (10) ausgetauscht wird,
– der Mischkörper entgegen der Bohrrichtung mit Hilfe des Gestänges durch die Pilotbohrung gezogen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe sich ein der Bodenstabilisierung dienendes Verfestigungsmittel in den Boden, beispielsweise einem Baugrund einmischen läßt.

Aus DE 295 16 296 U1 ist ein Verfahren zur Bodenstabilisierung durch Einmischen eines Verfestigungsmittels bekannt, bei dem mit Hilfe eines an einem Gestänge angeordneten Bohrwerkzeugs in den Boden zunächst eine Pilotbohrung eingebracht wird und dann ein Mischkörper entgegen der Bohrrichtung mit Hilfe des Gestänges durch die Pilotbohrung gezogen wird. Dabei beschreibt DE 295 16 296 U1 detailliert das Einbringen einer vertikalen Pilotbohrung und das vertikalen Zurückziehen des Bohrgestänges. Der bei DE 295 16 296 U1 verwendete Bohrkopf ist dazu ausgelegt, zunächst die Pilotbohrung zu erzeugen. Der Bohrkopf weist jedoch zudem Düsen zum Ausbringen des Verfestigungsmittels auf, so daß derselbe Bohrkopf auch als Mischkörper zum Einmischen des Verfestigungsmittels in den Boden dienen kann, nämlich durch das Ausbringen des Verfestigungsmittels aus den Düsen. Dies erfolgt mit derartig hohem Druck, daß der aus den Düsen austretende Flüssigkeitsdruck ein Aufmischen des den Bohrkopf umgebenden Bodens ermöglicht.

Aus DE 198 25 169 C2 ist ein an einem Gestänge befestigbarer Mischkörper bekannt, dessen im Winkel zur Längsachse des Mischkörpers abstehende Mischflügel durch längliche Seile als Verbindungselemente zusätzlich verbunden sind, wobei die länglichen Verbindungselemente in unterschiedlichen Abständen zur Längsachse angeordnet sind.

Verfahren zum In-situ-Verfestigen oberflächennaher Bodenschichten sind bekannt; sie dienen zum Beispiel dazu, die Tragfähigkeit zu erhöhen oder Schadstoffe im Boden zu binden oder zu inertisieren, so daß von ihnen keine weitere Gefahr ausgehen kann. Diese Verfahren bedienen sich dazu verschiedener Mittel. Neben einem mechanischen Verfestigen, beispielsweise durch Verdichten und Rütteln hat sich das Einbringen eines die Kohäsion des Bodens verbessernden Bindemittels besonders bewährt. So läßt sich die Tragfähigkeit eines nicht bindigen Bodens durch Einbringen eines Zement/Wassergemischs dauerhaft verbessern. Das Einbringen des Verfestigungsmaterials in größeren Bodentiefen kann mit einer Förderschnecke geschehen, die durch einen trichterförmigen Vorratsbehälter geführt ist und zunächst im Wege einer Bodenverdrängung eine Bohrung schafft. Sobald die Endtiefe der Bohrung erreicht ist, wird die Förderschnecke drehend zurückgezogen, wobei sie das im Vorratsbehälter befindliche Stabilisierungs- bzw. Verfestigungsmittel nach unten in die Bohrung fördert und je nach Ziehgeschwindigkeit und Förderleistung im Boden eine verspannte Säule entstehen läßt. Je nach der Bodenbeschaffenheit sind eine Vielzahl von Säulen erforderlich, deren Abstand 0,2 bis 1,5 m beträgt.

Das Verfahren ist sehr zeit- und kostenaufwendig; es eignet sich daher nicht für eine großflächige Bodenstabilisierung, insbesondere, wenn die Bodenbeschaffenheit einen geringen Säulenabstand erfordert. Außerdem kann der Säulendurchmesser niemals größer sein als der Durchmesser der als Bohrwerkzeug dienenden Förderschnecke.

Dieser Nachteil ergibt sich auch bei einem Verfahren, bei dem ein pulverförmiges oder körniges Verfestigungsmittel, beispielsweise Zement oder Kalk pneumatisch in eine vertikale Bohrung eingebracht und in der Weise mit dem Boden vermischt wird, daß ein Mischwerkzeug mit Hilfe eines Bohrgestän ges zur Erdoberfläche bewegt wird. Mischflügel des Werkzeugs sorgen für ein gründliches Durchmischen des Erdreichs und des Verfestigungsmittels.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für das Stabilisieren von Böden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für die Durchführung diese Verfahrens vorzuschlagen, die eine Anpassung des Mischkörpers an die Bodenbedingungen erlauben.

Dieses Problem wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Der Mischkörper kann in Bewegungsrichtung und/oder entgegen der Bewegungsrichtung, beispielsweise über einen Schlauch oder ein Gestänge mit dem Verfestigungsmittel versorgt werden.

Ein besonders gutes Vermischen des die Pilotbohrung umgebenden Erdreichs und des Verfestigungsmittels ergibt sich, wenn der Mischkörper sich bewegt, beispielsweise rotiert, einen größeren bzw. deutlich größeren Durchmesser als die Pilotbohrung besitzt und/oder während seiner Vorwärtsbewegung rotiert.

Um das Erdreich aufzulockern und/oder zum besseren Durchmischen können in Vortriebsrichtung vor oder am Mischkörper Schneidkörper angeordnet sein.

Die Pilotbohrung wird vorzugsweise mit Hilfe eines an einem angetriebenen Gestänge angeordneten Bohrwerkzeugs erzeugt, das nach dem Fertigstellen der Pilotbohrung durch einen Mischkörper ersetzt wird. Der Mischkörper wird sodann mit Hilfe des Gestänges durch die Pilotbohrung gezogen und mischt dabei das Verfestigungsmittel in das Erdreich ein. Der Durchmesser des Mischkörpers bestimmt dabei den Bereich des die Pilotbohrung umgebenden Erdreichs, der mit dem Verfestigungsmittel durchmischt wird.

Das Verfestigungsmittel kann trocken, beispielsweise pneumatisch in das Erdreich eingebracht oder auch eingespült werden.

Der Mischkörper kann aus einem über Streben mit einem Anschlußstück verbundenen Düsenring oder aus einer Nabe mit radial abstehenden Flügel bestehen. Die Flügel können mit schlitzartigen und/oder kreisförmigen Austrittsöffnungen für das Verfestigungsmittel versehen sein; sie können so angeordnet sein, daß sich insgesamt ein sternförmiger Mischkörper ergibt. Der Mischkörper kann aber auch im wesentlichen aus winklig zueinander angeordneten, beispielsweise keilförmigen Flossen bestehen oder aus über einen Verteiler miteinander verbundenen Düsenarmen.

Der Mischkörper ist vorzugsweise an einem mit einem Drehantrieb verbundenen Gestänge angeordnet, das aus zwei mit Abstand voneinander angeordneten konzentrischen Rohren bestehen kann und dann die Möglichkeit bietet, durch das Innenrohr und den Ringraum zwischen den beiden Rohren zwei Medien getrennt voneinander zu fördern.

Die Düsen bzw. Austrittsöffnungen für das Verfestigungsmittel sind vorzugsweise trichterförmig oder – im Querschnitt – keilförmig, sich nach außen erweiternd ausgebildet, um Verstopfungen durch das beispielsweise pulverförmige Verfestigungsmittel zu vermeiden.

Der Mischkörper kann auch einzelne Exzentrizitäten zum besseren Durchmischen des Erdreichs und des Verfestigungsmittels besitzen, sollte jedoch insgesamt so beschaffen sein, daß sich eine im wesentlichen geradlinige Bewegung durch den zu verfestigenden Boden ergibt. Um das zu gewährlei sten, sollte das Gestänge hinreichend biegesteif sein, um gleichzeitig auch Verstopfungen an Gestängekrümmungen zu vermeiden.

Die Erfindung erlaubt es, ohne Beeinträchtigung der Erdoberfläche, beispielsweise unter Gebäuden, Straßen und Eisenbahndämmen eine Bodenstabilisierung durchzuführen. Dies kann auch in mehreren Lagen übereinander und/oder nebeneinander geschehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Vorrichtung zum Einmischen von Verfestigungsmitteln mit einseitiger Verfestigungsmittelzuführung,
2 die Vorrichtung gemäß 1, jedoch mit zweiseitiger Verfestigungsmittelzuführung,
3 einen käfigartigen Mischkörper,
4 einen sternförmigen Mischkörper,
5 einen Mischkörper mit radialen Flossen und
6 einen Mischkörper mit mehreren Düsenarmen.
Die Vorrichtung zum Bodenstabilisieren besteht im wesentlichen aus einer mit einem Fahrwerk 1 versehenen, über einen Hubzylinder 2 verschwenkbaren Lafette 3 mit einem auf einen Schlitten angeordneten Drehantrieb 4 für ein aus einzelnen Rohrabschnitten bestehendes Gestänge 5. Das Gestänge 5 wird von einem auf einem Anhänger 6 eines Werkstattfahrzeugs 7 angeordneten Vorratsbehälter oder auch Mischer 8 über eine Leitung 9 mit einem fluiden Verfestigungsmittel versorgt.
Am Ende des Gestänges 5 befindet sich ein Mischkörper 10, der von dem sich drehenden Gestänge 5 durch eine Pilotbohrung 11 gezogen wird. Der Mischkörper 10 besitzt einen größeren Durchmesser als die Pilotbohrung 11 und mischt daher das über das Gestänge 5 zugeführte Verfestigungsmittel in das die Pilotbohrung umgebende Erdreich. Auf diese Weise entsteht in Bewegungsrichtung hinter dem Mischkörper ein Strang 12 aus verfestigtem Material.
Die Pilotbohrung 11 läßt sich nach bewährten Verfahren mit Hilfe eines am freien Ende des Gestänges 5 angeordneten Werkzeugs herstellen. Sobald das Werkzeug an der Austrittsstelle 13 die Erdoberfläche erreicht hat, wird es gegen einen Mischkörper 10 ausgetauscht, der dann entgegen der Bohrrichtung mit Hilfe des Gestänges 5 bis zu der Startposition 14 drehend zurückgezogen wird. Der Mischkörper 10 kann alternativ oder – wie in 2 dargestellt – auch zusätzlich über eine Verfestigungsmittelleitung 15 aus einem Mischer 16 mit einem Silo 17 mit Verfestigungsmittel versorgt werden.
Der Mischkörper kann sehr unterschiedlich beschaffen sein; entscheidend ist, daß er ein gründliches Durchmischen des Erdreichs und des Verfestigungsmittels gewährleistet und daß er der durch die Pilotbohrung 11 bzw. das Gestänge 5 vorgegebenen Trasse möglichst genau folgt.
Im einzelnen kann der Mischkörper käfigartig aus einem Düsenring 18 mit Austrittsöffnungen 19 für das Verfestigungsmittel bestehen. Der Düsenring 18 ist über Hohlstreben 20 mit einem als Verteiler für das Verfestigungsmittel ausgebildeten Anschlußstück 21 verbunden, das mit dem Gestänge 5 beispielsweise verschraubt ist (3).
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 ist eine als Verteiler dienende Nabe 22 mit radial abstehenden Flügeln 23 versehen und mit dem Gestänge 5 verschraubt. Die, bezogen auf die Bewegungsrichtung nach hinten weisen den Kanten der Flügel 23 weisen trichterförmige Austrittsöffnungen 24 für das Verfestigungsmittel auf. Die Austrittsöffnungen können auch schlitzartig ausgebildet sein, sollten sich aber möglichst nach außen hin erweitern, um ein Verstopfen zu vermeiden.
Wie aus 5 ersichtlich, können die Flügel auch als keilförmige Flossen 25 ausgebildet und an ihren nach hinten weisenden Kanten 26 mit das Erdreich auflockernden Zähnen 27 versehen sein.
Schließlich können von der Nabe 22 auch einzelne Düsenarme 28 abgehen, deren Stirnseiten mit Austrittsöffnungen 24 für das Verfestigungsmittel dienen. Ein solcher Mischkörper wirkt im Erdreich wie ein Quirl.
Die Bodenstabilisierung braucht nicht, wie in den 1 und 2 dargestellt, von der Erdoberfläche auszugehen und dann einer kurvenförmigen Trasse zu folgen. Es ist auch möglich, beispielsweise zwischen einer Startgrube und einer Zielgrube einen geraden Verfestigungsstrang zu schaffen.

Claims

Verfahren zur Bodenstabilisierung durch Einmischen eines Verfestigungsmittels, bei dem – mit Hilfe eines an einem Gestänge angeordneten Bohrwerkzeugs in den Boden zunächst eine im wesentlichen horizontale Pilotbohrung (11) bis zu einer Austrittsstelle (13) an der Erdoberfläche eingebracht wird – sobald das Bohrwerkzeug die Austrittsstelle (13) erreicht hat, das Bohrwerkzeug durch einen ein Verfestigungsmittel abgebenden Mischkörper (10) ausgetauscht wird, – der Mischkörper entgegen der Bohrrichtung mit Hilfe des Gestänges durch die Pilotbohrung gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper (10) entgegen seiner Bewegungsrichtung mit Verfestigungsmittel versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper (10) in Zugrichtung mit Verfestigungsmittel versorgt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper (10) während des Einmischens rotiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfestigungsmittel in das Erdreich eingespült wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit – einem Antrieb (4), – einem Gestänge, – einem Bohrwerkzeug zum Erzeugen einer Pilotbohrung und – einem mit dem Bohrwerkzeug austauschbar über ein Anschlußstück an dem Gestänge befestigbaren Mischkörper, der käfigartig einen über Streben (20) mit dem Anschlußstück (21) verbundenen Düsenring (18) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen über Streben (20) mit einem Anschlußstück (21) verbundenen Düsenring (18).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch trichterförmige Austrittsöffnungen (24).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch schlitzförmige Austrittsöffnungen (24).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, durch gekennzeichnet, daß der Mischkörper (10) an einem mit einem Drehantrieb (4) verbundenen Gestänge (5) angeordnet ist und das Gestänge (5) aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Rohren besteht.