DE102010022802B4

DE102010022802B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften von Böden im amphibischen Wasser-Land-Übergangsbereich von Gewässern, Bodensenken und Baugrundsanierungsgebieten

Info

Publication number: DE102010022802B4
Application number: DE102010022802.8A
Authority: DE
Inventors: Joachim Heisler; Gernot Rohark
Original assignee: ECOSOIL OST GmbH
Current assignee: ECOSOIL OST GmbH
Priority date: 2010-06-05
Filing date: 2010-06-05
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2030-06-06
Also published as: DE102010022802A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften von Böden im amphibischen Wasser-Land-Übergangsbereich von Gewässern, Bodensenken und Baugrundsanierungsgebieten, bei dem: als Trägergerät ein amphibisch arbeitender Hydraulikbagger eingesetzt wird, sich das Trägergerät während des Prozesses auf dem zu verbessernden Boden abstützt und damit die Tiefen genau erfasst, als Schwingungsquelle in Abhängigkeit von Wassertiefe und erforderlicher Verdichtungstiefe im Boden Tiefenrüttler, Vibratoren für Vibrationsramm- oder Ziehgeräte oder Rüttelplatten eingesetzt werden, das Gewicht mindestens 1,5 Mg beträgt und eine leichte Rütteldruckverdichtung durchgeführt wird, die Vibratoren der Schwingungsquelle mit Schwingungsbalken oder Rüttelbohlen in unterschiedlicher Ausführung der Konstruktion von Anzahl und Länge der Schwingstäbe kombiniert werden, eine feste Verbindung des Trägergerätes mit der Schwingungsquelle zur Bodenanregung über starre mechanische Elemente und feste, einachsige Gelenkverbindungen erfolgt, so dass beim Durchführen der Rütteldruckverdichtung zusätzlich zum Eigengewicht der Schwingungsquelle durch das Trägergerät eine Andruckkraft auf die Schwingungsquelle ausgeübt wird, und kontinuierliche oder diskontinuierliche Hub- und Senkbewegungen der Schwingungsquelle in den Messwegen frei wählbar und ausführbar sind sowie prozessbegleitend digital erfasst, aufbereitet und verarbeitet werden, womit u. a. Tiefe oder Weg, Zeit und Arbeitsandruck der Schwingungsquelle gemessen werden und pro Rüttelansatzpunkt grafisch dargestellt werden können und Grundwassernahe Bodensenken oder für Erd- und Grundbaugeräte nicht zugängliche Vernässungsflächen ohne zusätzliche Dammaufschüttungen direkt als Arbeitsebene des Trägergerätes zur Bodenverbesserung benutzt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften (z. B. Lagerungsdichte) von Böden im amphibischen Wasser-Land-Übergangsbereich von Gewässern, Bodensenken und Baugrundsanierungsgebieten.
In Wasser-Land-Übergangsbereich von Gewässern, grundwassernahen Bodensenken und Baugrundsanierungsgebieten besteht auf Grund physikalischer Kräfte oft ein geotechnisch „als gering tragfähig” definierter Boden oder Baugrund. Damit stehen diese Bereiche nicht für eine gefahrlose Nutzung durch Begehung, Befahrung, zu Beräumungs- und Erdbauarbeiten oder zur Bebauung zur Verfügung. Sie müssen bearbeitet werden, um eine Folgenutzung zu ermöglichen.
Üblicherweise werden diese wassergesättigten und umgelagerten Böden mit Schwingungen von Hochfrequenz-Innenrüttlern aus der Bauindustrie angeregt. Die Bearbeitung erfolgt in der Regel von der Landseite mit üblichen Baugeräten oder von der Wasserseite mit üblichen Baugeräten, welche auf Pontons schwimmen.
Für die amphibischen Bereiche werden zur Zeit rad- oder kettengetriebene Geräteträger mit Rohrgitterrahmen ausgestattet, die als Trägergerüste für Rollensysteme, Verbindungsschläuche und Hochfrequenzrüttler dienen. Zur Bodenanregung werden diese Hochfrequenzrüttler an Versorgungsschläuche gehängt und mit Schwingungsfrequenzen unterhalb 200 Hz betrieben. Mit diesen Frequenzen wird die Reibung innerhalb des Korngefüges vermindert, so dass die Körner unter der Einwirkung der Schwerkraft eine dichtere Lagerung annehmen und der Luftporenanteil sinkt. Die flexible Schlauchaufhängung ist notwendig, weil die Schläuche über Rollen geführt werden. Entweder zum Aufwickeln der Schläuche oder zur Richtungsänderung beim Absenken. Auf Grund dieser Rollenführungen sind Rütteltiefen nur bis maximal 10 m möglich. Das Herausziehen aus dem Boden erfolgt entweder kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von ca. 1,2 m/min oder diskontinuierlich aber nur in ca. 1 m Schritten.
Das Eindringen dieser Rüttler in den Boden kann nur durch das Eigengewicht von 0,005 bis 0,020 Mg erfolgen. Bei der üblichen Lösung wird mit dem Baurüttler eine Zentrifugalkraft von 0,7 Tonnen erzeugt. Diese Verdichter arbeiten nur mit Fliehkräften bei 0,70 Mg (Herstellerangaben). Der flächenbezogene Energieeinsatz beträgt damit ca. 0,5 kW pro 1 m². In Ufer- und Flachwasserbereichen tritt oft Bewuchs durch Schilf und Gräser auf. Die dichten Wurzelgeflechte stellen ein starkes Hindernis für die Betonrüttler dar, weil diese im Gegensatz zum Boden durch die Schwingungen nicht ihre Festigkeit verlieren. Die Überwindung der Wurzeln kann durch gezielte Belastung des Betonrüttlers nicht unterstützt werden, weil die elastischen Schläuche zur Kraftübertragung ungeeignet sind.
Starke Wurzelgeflechte reduzieren somit die Wirkung dieser technischen Lösung, der Baugrund unter den Wurzeln wird damit nicht angeregt. Die Erfassung der Prozessdaten erfolgt nicht kontinuierlich innerhalb des Ablaufes des Prozesses, beginnend mit dem Absenkvorgang und endend mit dem Abschluss des Ziehvorganges, sondern benutzt Handmessungen der Arbeitsschritte. Bei den bestehenden Lösungen wird das Trägergerät zur Prozessausführung nicht abgestützt. Die zur Leistungsdarstellung notwendige Tiefenerfassung ist somit von der schwimmenden Gerätestellung und von den Federwegen des Fahrwerkes beeinflusst.
In DE 197 18 571 C2 ist beschrieben ein Verfahren zur Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften von Böden im amphibischen Wasser-Land-Übergangsbereich von Gewässern, Bodensenken und Baugrundsanierungsgebieten, bei dem: ein amphibisch arbeitendes Trägergerät eingesetzt wird, sich das Trägergerät während des Prozesses auf dem zu verbessernden Boden abstützt, die feste Verbindung des Trägergerätes mit der Schwingungsquelle zur Bodenanregung über starre mechanische Elemente und feste, einachsige Gelenkverbindungen in Form von Schlauchtrommeln sowie über flexible Schläuche, an denen Hochfrequenzrüttler als Schwingungsquellen angebracht sind, erfolgt, eine leichte Rütteldruckverdichtung durchgeführt wird, und kontinuierliche oder diskontinuierliche Hub- und Senkbewegungen der Schwingungsquellen in den Messwegen frei wählbar und ausführbar sind. Eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens ist in DE 197 18 571 C2 ebenfalls beschrieben.
In EP 2 258 903 A1 sind ein Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Die Anlage weist einen Schleusenrüttler auf, der an einem Kran aufgehängt oder an einem festen Gestell geführt sein kann. Der Kran bzw. das Gestell sind auf einem Wasserfahrzeug wie einem Ponton angeordnet.
In DE 44 09 008 A1 ist ein Tiefenverdichter beschrieben, der einen mit einer Vibrationsramme verbindbaren Schaft und ein Verdichtungselement aufweist, welches z. B. aus vier nach unten hängenden Verdichtungsfingern besteht, die an einem Joch aufgehängt sind.
In EP 0 205 341 A1 ist eine Vorrichtung zur Unterwasser-Grundbearbeitung beschrieben, wobei die Vorrichtung einen hydraulisch angetriebenen Arbeitsarm aufweist. Der Arbeitsarm ist z. B. einsetzbar zum Unterwasser-Graben, -Baggern, -Verdichten und -Bohren. Beim Verdichten wird in einen zuvor ausgehobenen Graben eingebrachter loser Boden mittels geschlossener Greiferelemente des Arbeitsarms oder eines zusätzlich daran angebrachten Verdichtungswerkzeugs verdichtet.
In DE 101 42 164 A1 ist schließlich ein Verfahren zur Sicherung von Uferbereichen gegen Ausweichen bei Erdbeben beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein verdeckter Damm durch Verfestigen des Bodens in Uferbereichen angelegt, indem säulenartige Bodenbereiche in einem Raster verdrängt und mit Granulat gefüllt werden. Die Granulatsäulen und der sie umgebende Boden werden mittels Tiefenrüttler verdichtet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften bereitzustellen, welche eine höhere Sicherheit für das Erreichen einer Zieltiefe im Boden gewährleisten. Dies wird mit einen Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. einer Vorrichtung gemäß Anspruch 2 erreicht.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
1 zeigt eine Skizze einer leichten Rütteldruckverdichtung.
2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht und in einer Traversendraufsicht eine Rütteleinheit für Aufsatzrüttler.
3 zeigt eine Protokollvorlage zur Leistungserfassung.
Als Trägergerät werden amphibisch arbeitende Seil- oder Hydraulikbagger eingesetzt. Die Geräte stützen sich während des Prozesses auf dem zu verbessernden Boden ab. Die feste Verbindung des Trägergerätes mit der Schwingungsquelle zur Bodenanregung erfolgt über starre mechanische Elemente und feste, einachsige Gelenkverbindungen.
Als Schwingungsquelle werden in Abhängigkeit von Wassertiefe und erforderlicher Verdichtungstiefe im Boden Tiefenrüttler (1), Vibratoren für Vibrationsramm- oder Ziehgeräte oder Rüttelplatten eingesetzt. Das Gewicht beträgt mindestens 1,5 Mg. Mit dieser technischen Lösung wird eine leichte Rütteldruckverdichtung (LRV oder LRDV) durchgeführt.
In 1 sind ein Amphibienbagger 1, ein Rüttler + Lanze (7,5 m) 10, ein Stromaggregat 20 und eine Wasserpumpe 30 für die Medien Strom und Wasser sowie ein Ponton 40 gezeigt. 1 zeigt außerdem einen zu verdichtenden Bereich 50 und Liegendes 60.
Die Vibratoren werden mit Schwingungsbalken/Rüttelbohlen in unterschiedlicher Ausführung der Konstruktion von Anzahl und Länge der Schwingstäbe kombiniert (2 zum Beispiel zeigt eine 6-fache Konstruktion).
2 zeigt oben eine perspektivische Ansicht und unten eine Traversendraufsicht einer Rütteleinheit 70 für Aufsatzrüttler. 2 zeigt in der oberen perspektivischen Ansicht eine Verbindung zum Aufsatzrüttler, eine Traverse und Rüttelbohlen (Länge nach Erfordernis variabel). Die Rütteleinheit 70 weist die folgenden Abmessungen auf:

a = 2,00 m f = 2,00 m

b = 1,00 m g = 1,00 m

c = 1,00 m h = 1,00 m

d = 1,00 m k = 1,00 m

e = 2,50 m
Die kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Hub- und Senkbewegungen sind in den Messwegen frei wählbar und ausführbar. Die kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Hub- und Senkbewegungen der Schwingungsgeräte werden prozessbegleitend digital erfasst, aufbereitet und verarbeitet (wie zum Beispiel in 3). Damit werden u. a. Tiefe/Weg, Zeit und Arbeitsandruck der Schwingungsquellen gemessen und können pro Rüttelansatzpunkt grafisch dargestellt werden. In Verbindung mit GPS ist es zusätzlich möglich eine sehr genaue territoriale Zuordnung zu erreichen und diese digitalisiert zu kartografieren.
Zusätzlich zum Eigengewicht des Rüttlers ist eine Andruckkraft auf die Schwingungsquelle durch den Bagger möglich. Gegenüber der vorhandenen Lösungen ist damit für das Erreichen der notwendigen Zieltiefe gegen Widerstand von Pflanzen und Boden eine höhere Sicherheit vorhanden.
Die starre Konstruktion der Einheit von Tiefenrüttler (oder Vibrator mit Bohlenkonstruktion) und Amphibienbagger in Verbindung mit dem hohen Energieeintrag führt zu einer besseren Bodenanregung gegenüber den bisherigen Lösungen.
Die vorgesehenen Schwingungsquellen erzeugen maximale Zentrifugalkräfte bis 12 Tonnen bzw. 120 kN. Damit sind mindestens 8 kW pro m² in den Boden eintragbar. Über die Gerätesteuerung ist die jeweils benötigte Kraft einstellbar. Der Bodenverbesserungsprozess kann intensiver und effektiver ausgeführt werden. Das wird zu einer besseren Trittsicherheit oder Nutzbarkeit führen.
Der Bagger bewegt sich aus eigener Kraft zu dem vorgesehenen Standort und stützt sich dann dort mit seinen hydraulischen Ansaugstützen an den Seitenpontons ab. Durch die zusätzliche Abstützung des Trägergerätes auf dem Boden ist eine genaue Tiefenmessung, unabhängig vom schwimmenden Verhalten des Gerätes oder seiner Fahrwerksfederung möglich. Die Position wird über GPS überprüft.
Bezugszeichenliste

1: Amphibienbagger
10: Rüttler + Lanze
20: Stromaggregat
30: Wasserpumpe
40: Ponton
50: zu verdichtender Bereich
60: Liegendes
70: Rütteleinheit
a, b, c, d, e: Abmessungen
f, g, h, k: Abmessungen

Claims

Verfahren zur Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften von Böden im amphibischen Wasser-Land-Übergangsbereich von Gewässern, Bodensenken und Baugrundsanierungsgebieten, bei dem: als Trägergerät ein amphibisch arbeitender Hydraulikbagger eingesetzt wird, sich das Trägergerät während des Prozesses auf dem zu verbessernden Boden abstützt und damit die Tiefen genau erfasst, als Schwingungsquelle in Abhängigkeit von Wassertiefe und erforderlicher Verdichtungstiefe im Boden Tiefenrüttler, Vibratoren für Vibrationsramm- oder Ziehgeräte oder Rüttelplatten eingesetzt werden, das Gewicht mindestens 1,5 Mg beträgt und eine leichte Rütteldruckverdichtung durchgeführt wird, die Vibratoren der Schwingungsquelle mit Schwingungsbalken oder Rüttelbohlen in unterschiedlicher Ausführung der Konstruktion von Anzahl und Länge der Schwingstäbe kombiniert werden, eine feste Verbindung des Trägergerätes mit der Schwingungsquelle zur Bodenanregung über starre mechanische Elemente und feste, einachsige Gelenkverbindungen erfolgt, so dass beim Durchführen der Rütteldruckverdichtung zusätzlich zum Eigengewicht der Schwingungsquelle durch das Trägergerät eine Andruckkraft auf die Schwingungsquelle ausgeübt wird, und kontinuierliche oder diskontinuierliche Hub- und Senkbewegungen der Schwingungsquelle in den Messwegen frei wählbar und ausführbar sind sowie prozessbegleitend digital erfasst, aufbereitet und verarbeitet werden, womit u. a. Tiefe oder Weg, Zeit und Arbeitsandruck der Schwingungsquelle gemessen werden und pro Rüttelansatzpunkt grafisch dargestellt werden können und Grundwassernahe Bodensenken oder für Erd- und Grundbaugeräte nicht zugängliche Vernässungsflächen ohne zusätzliche Dammaufschüttungen direkt als Arbeitsebene des Trägergerätes zur Bodenverbesserung benutzt werden können.
Vorrichtung zur Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften von Böden im amphibischen Wasser-Land-Übergangsbereich von Gewässern, Bodensenken und Baugrundsanierungsgebieten zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, aufweisend: als ein Trägergerät einen amphibisch arbeitenden Hydraulikbagger (1), als eine Schwingungsquelle in Abhängigkeit von Wassertiefe und erforderlicher Verdichtungstiefe im Boden Tiefenrüttler, Vibratoren für Vibrationsramm- oder Ziehgeräte oder Rüttelplatten, wobei die Schwingungsquelle ein Gewicht von mindestens 1,5 Mg hat, wobei die Vibratoren der Schwingungsquelle mit Schwingungsbalken oder Rüttelbohlen in unterschiedlicher Ausführung der Konstruktion von Anzahl und Länge der Schwingstäbe kombiniert sind, und das Trägergerät mit der Schwingungsquelle zur Bodenanregung über starre mechanische Elemente und feste, einachsige Gelenkverbindungen fest verbunden ist, so dass beim Durchführen einer leichten Rütteldruckverdichtung zusätzlich zum Eigengewicht der Schwingungsquelle durch das Trägergerät eine Andruckkraft auf die Schwingungsquelle ausübbar ist.