DE2124385C3

DE2124385C3 - Verfahren zum Injizieren eines erhärtenden flüssigen Stoffes in den Baugrund und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2124385C3
Application number: DE19712124385
Authority: DE
Inventors: Joshio Ichise; Akio Jamakado; Shoji Yokohama Kanagawa Takano
Original assignee: ICHISE YOSHIO TOKIO
Current assignee: ICHISE YOSHIO TOKIO
Priority date: 1970-11-12
Filing date: 1971-05-17
Publication date: 1980-07-17
Also published as: LU64206A1; NL151761B; DE2124385B2; FR2114347A5; IT943555B; BE774696A; NL7103237A; DE2124385A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Das wesentliche Problem bei der Herstellung eines räumlich begrenzten Injektionsbereichs im Baugrund, z. B. bei der Herstellung von Dichtungswänden in Bodenschichten, durch Einspritzen einer erhärtenden Flüssigkeit bzw. einer die Dichtungswand bildenden Vergußmasse besteht darin, daß ein freier Raum in Form eines Spaltes oder einer Auflockerung im Boden für die Vergußmasse geschaffen werden muß. Es ist ein Verfahren bekannt (US-PS 21 96 211), bei welchem das senkrecht stehende Düsenrohr horizontal durch die Bodenschicht bewegt wird und dabei eine Auf- und Abbewegung ausführt. Dabei sind die Düsen auf der in Vorschubrichtung vorne liegenden Seite des Düsenrohrs in einer Reihe angeordnet und bilden sägezahnartige Elemente, welche einen Raum für die Bewegung des Rohrs durch lockeren Boden freiarbeiten. Dabei wird in den »freigesägten« Raum die Vergußmasse eingespritzt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (Zeitschrift »Der Bauingenieur« 1964, Seite 250) wird beim Einsenken des Düsenrohrs in den Boden eine Hochdruckflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, an der Spitze ausgeleitet und dadurch ein freier Raum um das Rohr freigespült. Nach Absenken auf die gewünschte Tiefe wird dann die Spülflüssigkeit abgestellt und eine Vergußmasse, hier Zementmörtel, in die freigespülte öffnung während des Zurückziehens des Düsenrohrs aus horizontal gerichteten Düsen eingefüllt Bei diesen bekannten Verfahren wird also ein übergroßes Bohrloch freigespült und ausgegossen. Diese bekannte Verfahren läßt sich jedoch ebenfalls nur bei bestimmten Böden anwenden, da entweder die Spülung nicht zu einer entsprechend umfangreichen Entfernung der umliegenden Erdformation ausreicht oder aber die Gefahr besteht, daß bereits während des Spülens bzw. Vergießens lockerer Boden, z. B. Triebsand, nachrutscht

ίο Bei dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 erläuterten Verfahren wird im Gegensatz dazu zur Schaffung des erforderlichen Raumes für den erhärtenden Stoff, dieser selbst herangezogen, und dazu mit hoher Geschwindigkeit durch in der Rege! horizontale Düsen aus dem Düsenrohr ausgestrahlt So ist es bekannt (DE-PS b 93 642), dem aus der äußeren von zwei koaxial angeordneten Düsen austretenden als Vergußmasse dienenden erhärtenden flüssigen Stoff dadurch eine entsprechend erhöhte Austrittsgeschwindigkeit und damit kinetische Energie zu geben, daß durch die zentral in der ersten liegende zweite Düse Hochdruckluft zugeführt wird. Bei diesen bekannten Verfahren wird also durch eine mit hoher Geschwindigkeit und damit hoher kinetischer Energie ausströmenden Mischung von Druckluft und Vergußmasse der für das Vergießen erforderliche Raum geschaffen. Bei diesem bekannten Verfahren ist die Vergußmasse stark mit Druckluft durchmischt, so daß die Gefahr besteht, daß die herzustellende Dichtungswand oder Dichtungsschürze porös wird.

Bei einem andert-ΐϊ herkömmlichen Verfahren werden die Injektionsrohre in einem festen Abstand in den Boden eingesetzt und in axialer Richtung verschoben und die den Boden verfestigenden Chemikalien werden

J5 jeweils injiziert. Um längere wasserabschirmende Wände zu errichten, die durch die Injektion hergestellt werden können, wird der Injektionsdruck über den Durchdringungsdruck erhöht, wodurch die Chemikalien in der Richtung weglaufen, in welcher das Eindringen aufgrund der Bodenbeschaffenheit leicht ist, und es wird nur eine wasserabschirmende Wand von insgesamt klumpenförmigem Aufbau mit konkaven und konvexen Teilen erhalten. Aus diesem Grund liegt die für den Aufbau der wasserabschirmenden Wand erforderliche Menge an Chemikalien über dem erwarteten Wert und die Dicke der wasserabschirmenden Wand, die so gebildet wird, ist nicht einheitlich und es besteht eine Tendenz dazu, daß sie ausgewaschen wird, und die Durchführung der Arbeit ist daher nicht zuverlässig.

Im Falle der Bildung einer wasserabschirmenden Wand in senkrechter Richtung, welche zusammenhängend in Bezug auf den Boden ist, ist es auch erforderlich, zahlreiche Einspritzrohre einzusetzen und dies ist in gleicher Weise der Fall, wenn die wasserabschirmende Wand in horizontaler Richtung in dem Boden gebildet wird.

Dieses herkömmliche Verfahren hat die Nachteile, daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gering ist, daß die Kosten hoch sind und daß keine Zuverlässigkeit bei

M) der Durchführung der Arbeit erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, ein Verfahren zum Einbringen eines Verfestigungsmittels mit einem Strahl mit hoher Geschwindigkeit zu liefern, welches eine plattenartige gehärtete Schicht von

M geringer Dicke in dem Boden bildet, wobei die Menge des zu verwendenden Verfestigungsmittels vorher berechnet werden kann.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die im

kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Mallnahmen erreicht

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird also durch den als Außenmantel aus der äußeren Düse austretenden Druckluftstrahl ein Hohlraum geschaffen, und im wesentlichen getrennt von diesem Druckluftstrahl der als Vergußmasse dienende erhärtende flüssige Stoff in den aufgebrochenen Hohlraum eingeführt. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird also gemäß der Erfindung der als Vergußmasse dienende erhärtende flüssige Stoff im wesentlichen nicht selbst zum Aufbrechen der Spalten verwendet, so daß eine wesentlich bessere Füllung und dichtere Anlagemng der Vergußmasse erreicht wird

Vorzugsweise Weiterbildungen des Verfahrens, sowie eine Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines als Vergußmasse dienenden erhärtenden Stoffes, der aus zwei getrennt zuzuführenden flüssigen Komponenten besteht, sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. in den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 im Schnitt die Anordnung, wenn eine senkrechte Dichtungswand gebildet wird,

Fig.2A und B je ein waagerechter Schnitt durch zusammenhängende senkrechte Dichtungswände in gerader oder zick-zack-artiger Form,

Fig.3 die Draufsicht auf eine waagerechte Dichtungswand im Boden,

Fig.4 im Axialschnitt den vorderen Teil des Injektionsrohrs und

F i g. 5 eine Draufsicht auf den Rohrteil gemäß F i g. 4.

Wie z.B. aus Fig.4 zu ersehen, sind seitlich mündende Strahldüsen 2, 3 für die Komponenten des erhärtenden flüssigen Stoffs und eine Druckluftstrahldüse 4 sowie eine Wasserstrahldüse 5 an der Spitze des Injektionsrohres 1 eingeschraubt, welches in den Boden eingeführt wird. Eine Druckwasserleitung 8 ist mit der Strahlöffnung 6 der Wasserstrahldüse 5 über ein Kugelventil 7 verbunden, um einen Rückstrom zu verhindern. Die innen liegende Strahldüse 2 für die Hauptkomponente des erhärtenden flüssigen Stoffes ist mit einer Leitung 9 und die um die Düse liegende Ringdüse 3 für die Härter- oder die Reaktionskomponente ist mit einer Leitung 10 verbunden. Die Ringdüse 4 für komprimierte Luft mündet um den Umfang der Düsen 2 und 3, und die komprimierte Luft wird durch eine Leitung 11 zugeführt

Die koaxialen Düsen 2,3,4 können auch unter einem anderen Winkel als rechtwinklig zur Achse des Injektionsrohres 1 vorgesehen sein.

Das Einführen des Injektionsrohres 1 in den Boden wird durch einen Druckwasserstrahl aus der Strahlöffnung 6 und der Düse 5 ermöglicht oder erleichtert.

Zur Injektion werden, wenn das Inkjektionsrohr die festgesetzte Tiefe im Boden erreicht hat, als erhärtender flüssiger Stoff für das Verfestigen des Bodens flüssige Harze der Acrylamidreihe bevorzugt. Es können jedoch auch Lösungen wie die der Wasserglasreihe. Acrylate der Ligninreihe, welche eine verhältnismäßig kurze Koagulationszeit haben, oder Gemische hiervon verwendet werden, um eine kürzere Koagulationszeit zu erreichen. Das Beispiel bezieht sich auf einen Zweikomponentenstoff, es kann aber auch ein Einkomponentenstoff verwendet werden.

Der Druck und die Strahlmenge des erhärtenden Stoffes und der Druck der komprimierten Luft, beim Aufbrechen des Bodens, sind entsprechend dessen Beschaffenheit stark verschieden. Die Aufbrechlänge durch den Strahl beträgt in der Regel 1 bis 8 m.

ίο Um eine solche Aufbrechlänge zu erreichen, wird der Druck des erhärtenden Stoffes auf 50 bis 1000 bar eingestellt, und die Geschwindigkeit des Strahles beträgt 100 bis 450 m/Sek.

Der Druck der komprimierten Luft kann je nach der Arbeitstiefe auf einen Druck eingestellt werden, der das Grundwasser verdrängt, und er beträgt in der Regel 3 bis 7 bar.

Beispiel

Das Injektionsrohr 1 wurde in eine Grundwasser führende Lehmformation eingespült uv.d als Hauptkomponente des erhärtenden Stoffes wurde ein Harzlösung der Acrylreihe der Strahldüse 2 mit einem Druck von 200 bar mit Hilfe einer Kolbenpumpe zugeführ' Als

2S Zusatzkomponente wurde ein Polymerkatalysatorlösung de- Ringdüse 3 mit einem Druck von 10 bar mit Hilfe einer Kolbenpumpe zugeführt. Die Komponenten des erhärtenden Stoffes wurden von den Düsen mit einer Strahlgeschwindigkeit von 180 m/Sek. ausge-

JO strahlt. Die komprimierte Luft wurde mit einem Druck von 5 bar aus der Ringdüse 4 zusammen mit dem Stoffstrahl ausgestrahlt.

Ungefähr nach einer Stunde wurde in der Strahlrichtung der gehärtete Stoff in einem Strang mit einem

i) Durchmesser von etwa 9 bis 15 mm und einer Länge von 700 mm festgestellt. Wenn unter den gleichen Bedingungen das Injektionsrohr 1 mit geringer Geschwindigkeit angehoben und der erhärtende Stoff eingestrahlt wurde, wurde im Boden eine Wand mit einer Dicke von 7 bis

•ίο 18 mm gebildet. Diese Wand hing mit dem Boden fest zusammen, und es wurde festgestellt, daß sie als Wasserdichtungswand eine ausreichende wasserabschirmende Wirkung hat.
Wenn das Injektionsrohr 1 auf derselben Linie

-r, mehrfach eingesetzt und hochgezogen wird, wird eine zusammenhängende Dichtungs-Wand erzeugt, die aus einzelnen Wänden 12 besteht, wie in F i g. 2 gezeigt. (A) und (B) in Fig.2 zeigen die Verhältnisse, wo die jeweiligen Wände 12 in einer geraden Linie oder unter

so einem Winkel zueinander erzeugt werden.

Wenn das Injekticnsrohr 1 während der Ausstrahlung gedreht wird, wird eine waagerechte wasserabschirmende Dichtungsschicht 13 oder ein zusammenhängender f, igonder Bereich solcher Schichten erzeugt, wie in

^r>s Fig. 3 gezeigt ist. Wenn darüber hinaus eine Drehung und ein Hochziehen des Injektionsrohres l ausgeführt wird, wird ein säulenartiger Körper gebildet.

Wenn eine zusammenhängende wasserabschirmende Wand 12 in gerader Linie gebildet werden soll

w) (F i g. 2A), muß die Koaxialedüse 2, 3, 4 genau auf die Einfürhlöcher der benachbarten Injektionsrohre 1 gerichtet sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Injizieren eines erhärtenden flüssigen Stoffes in den Baugrund unter gleichzeitigem Einpressen von Druckluft mittels eines in den Baugrund einzubringenden Injektionsrohrs, das mit mindestens zwei koaxialen und unter einem Winkel zur Rohrachse gerichteten Düsen sowie mit Zuleitungen zum getrennten Zuführen des erhärtenden Stoffes und der Druckluft versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erhärtende Stoff oder seine Komponenten unter hohem, zum Aufbrechen von Spalten im Baugrund ausreichendem Druck injiziert und der Druckluftstrahl durch die äußere Ringdüse (4) eingebracht wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Druckluftstrahls rd. 3 bis 7 bar beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erhärtende Stoff mit einem Druck vor. rd. 50 bis 100 bar und mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 100 bis 450 m/s injiziert wird.

4. Mit koaxiien und unter einem Winkel zur Rohrachse gerichteten Düsen und Zuleitungen zum getrennten Zuführen von Druckluft und einem erhärtenden Stoff versehenes- Injektionsrohr zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 unter Verwendung eines erhärtenden Stoffs, der aus zwei getrennt zuzuführenden flüssigen Komponenten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß drei Düsen (2, 3, 4) für die beiden Komponenten des erhS- !enden Stoffs und für die Druckluft koaxial angeordnet sind.