DE2351713C2

DE2351713C2 - Verfahren zum Verdichten wasserhaltiger Böden

Info

Publication number: DE2351713C2
Application number: DE19732351713
Authority: DE
Inventors: Louis Paris Menard
Original assignee: Individual
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1972-11-03
Filing date: 1973-10-15
Publication date: 1983-04-07
Also published as: HK33780A; JPS4982119A; ATA919573A; MY8000131A; AT358996B; GB1410132A; CA1009050A; IT997955B; FR2205908A5; DE2351713A1; JPS5857573B2; NL7309460A; BE800964A; SE404938B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der FR-PS 20 87 755 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem man ein Fallgewicht von 6—201 aus einer allmählich bis auf 10—12 m gesteigerten Höhe fallenläßt Dabei kann zwar Wasser freiwerden, das man dann in einer Ruhepause abfließen läßt; eine Zerstörung der Bodenstruktur, die einer Verflüssigung vergleichbar wäre, ist jedoch weder für erstrebenswert gehalten noch in der Praxis erreicht worden. Bei stark bindigen oder torfhaltigen Böden und Schüttungen, konnte mit dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren eine ausreichende Verdichtung nicht erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerungsdichte und die Tragfähigkeit von wasserhaltigen tonigen bis schluffigen oder torfigen Böden sowie Schüttungen erheblich zu vergrößern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalendes Anspruchs 1 gelöst.

Die somit planmäßig hervorgerufene Zerstörung der festen Bodenstruktur bewirkt, daß sich der Boden wie eine Suspension von Körnern in einer flüssigen Phase verhält. Es handelt sich um ein Phänomen, das bisher bei Erdbeben aufgetreten ist und daß als derart schädlich betrachtet worden ist, daß man glaubte, der betroffene Boden sei auf lange Sicht für jegliche Verwendung als Baugrund ungeeignet.

Erfindungsgemäß erreicht man die Verflüssigung dadurch, daß das Erdreich innerhalb einer großen Dicke erheblichen dynamischen Drucken ausgesetzt wird, die in der Lage sind, die feste Struktur des Erdreichs zu brechen; das sind im allgemeinen Drucke von 3 bis 40 Bar, die dadurch erreicht werden können, daß dynamische Kräfte ausgeübt werden, die die Größenordnung von 1000 t erreichen. Das Verfahren besteht aus aufeinanderfolgenden Zyklen; jeder Zyklus weist eine Anfangsphase auf, in welcher dynamischer Druck zur Verflüssigung ausgeübt wird, und eine anschließende Ruhepause, in der das Porenwasser abgeführt und der Boden restrukturiert wird, wobei er einen neuen, gegenüber dem ursprünglichen Boden dichteren und widerstandsfähigeren Boden bildet Der so erhaltene neue Boden ist entweder gleich als Baugrund geeignet oder erst nach Durchlaufen eines neuen Zyklus.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, in wesentlich kürzerer Zeit eine Verdichtung zu erreichen, die derjenigen mindestens gleichwertig ist, die innerhalb langer Zeitdauer unter dem Einfluß einer statischen Überlast von mehreren Bar erreicht wird.

Bei einer typischen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beaufschlagt man die Oberfläche des zu verdichtenden Erdreichs mit dynamischen Drücken der Größenordnung 3 bis 40 Bar, ganz allgemein mit mehreren 10 Bar, wobei der jeweilige Druck auf eine Fläche von wenigstens 1 — lOqm einwirkt, und sich bis in große Tiefe, etwa 3—20 m, auf große Oberflächen, etwa 10—40 qm, und erheblichen Volumina, etwa 100 bis 1000 m³ mit dynamischen Einwirkungen von mehreren Bar, z. B. wenigstens 2—5 Bar (das entspricht dynamischen Kräften von 500—10 000 t) fortsetzt Zu diesem Zweck werden vorzugsweise Fallgewichte von 6—5Ct mit einer Fallhöhe von 6—20 m verwendet

In jedem Falle bestimmt ein Fachmann die Druckwerte und die Größe der zu behandelnden Oberflächen in Abhängigkeit der Eigenschaften des Bodens zu Beginn und im Laufe der Veränderung und in Abhängigkeit der gefundenen Werte.

In bestimmten Fällen läßt sich die Wirksamkeit des Verfahrens mit dem Ziel größerer Schnelligkeit und besserer Erdergebnisse dadurch verbessern, daß vor Beginn der Arbeit mit dem Fallgewicht eine wasserdurchlässige Schicht aus grobkörnigem Material auf das Gelände aufgeschüttet wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Diagrammen mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Verhalten eines Bodens, der einem erfindungsgemäßen Arbeitszyklus unterworfen wird,

F i g. 2 ein Beispiel eines pressiometrischen Profils bei einem lehmig tonigem Boden, und

F i g. 3 das Verhalten eines Bodens, der einer Reihe von Arbeitszyklen unterworfen wird.

F i g. 1 zeigt die Entwicklung der Energieaufnahme der Volumenänderung, des Porenwasserdruckes und der Tragkraft eines Bodens während eines Zyklus, der aus einer Verfiüssigungsphase und einer darauffolgenden Phase der Wasserabfuhr und der Restrukturierung besteht. Während der Verflüssigung wird die Struktur des Bodens gebrochen; alle zwischengranulären Beanspruchungen werden durch den Porenwasserdruck aufgehoben oder vermindert und der Porenwasserdruck wird gleich dem Gewicht des darüberliegenden Bodens, im allgemeinen mehr als doppelt so groß wie der hydrostatische Wert. Dieser Verflüssigung folgt unmittelbar ein sofortiges Zusammensacken, das je nach der Körnigkeit des Bodens und dem Anteil der ursprünglichen ifohlräume verschieden ist, aber kaum weniger als 3% der gesamten Dicke der kompressiblen Lage beträgt. Das Phänomen ist bei Torf und schlammigem Erdreich mit nicht vernachlässigbarem Prozentsatz von organischer Materie besonders augenfällig. Der Boden

enthält immer mehr oder weniger Gas wie Luft, Methan usw. und verhält sich daher wie eine Zusammensetzung Fest-Flüssig-Gas. Unter dem Einfluß der dynamischen Belastung wird die Gasphase zusammengedrückt Es tritt sofort ein erhebliches globales Zusammenschrumpfen auf. Das Porenwasser, das plötzlich einem erheblichen Druckgradienten ausgesetzt ist öffnet das Korngerüst des Bodens, der dem Einfluß der Schockwellen vorher verflüssigt worden ist, und schafft so durch innere Durchbrüche ein richtiges Netz von Leitungen mit mannigfaltigen Verzweigungen.

In dem iviaß, wie der Pcrenwasserdruck entschwindet formt sich das Netz der intergranuläreTi Bindungen erneut und restrukturiert sich das Material; der mechanische Widerstand wächst zunächst während der ganzen Periode der Dissipation des Wasserdruckes sehr schnell und dann unter dem Einfluß von abschließenden thixotropen Phänomenen sehr langsam.

Die in einem m³ wirkende Energie und die entsprechende Verkleinerung des Volumens sind in Fig. 1 in den Kurven (1) und (2) dargestellt der Porenwasserdruck in Prozenten des Verflüssigungsdruckes und die Tragkraft (beispielsweise der pressometrische Grenzdruck) in den Kurven (3) und (4). Es ist ersichtlich, daß die Volumenverringerung etwa proportional mit der aufgebrachten Energie wächst, solange der Porenwasserdruck unter dem Verflüssigungsdruck bleibt so daß so die Sättigungsenergie bestimmt werden kann; der maximale Porenwasserdruck während des Einwirkens von dynamischem Druck nimmt darauf schnell mit der Zeit ab. Die durch einen anfänglichen Wert (PlJo gegebene Tragkraft wird während der Verflüssigungsphase sehr gering, wächst dann während der Dissipation des Porenwasserdruckes sehr stark und erreicht schließlich einen Wert (P IJoo, der wesentlich größer als der anfängliche Wert ist

Die Beaufschlagung mit Energie in einem einzigen Zyklus kann nur bei trockenen oder sehr durchlässigen Böden genügen. Bei anderen Böden ist es vorteilhaft, in mehreren Zyklen vorzugehen; die Ergebnisse eines solchen Vorgehens sind in F i g. 3 dargestellt. Ein zweiter Zyklus wird erst durchgeführt, wenn der während des vorhergehenden Zyklus entstandene Porenwasserdruck entschwunden ist, so daß beispielsweise bei schlammigem, wassergesättigtem Erdreich die Durchführung einige Monate dauern kann.

Die günstigste Zyklenzahl wächst in dem Maße, wie sich die Durchlässigkeit des Bodens verringert so daß die praktische Grenze dieser Technik bei sehr undurchlässigem tonigem Boden liegt.

ίο Um optimale Ergebnisse zu erhalten, werden Abmessungen und Form des Fallgewichtes in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu behandelnden Bodens gewählt Der optimale Wirkungsgrad ist dann erreicht wenn die in einem Schlag erhaltene Verdichtung in der

!5 Größenordnung von 10 bis 20% der Abmessungen des Fallgewichts liegt

Pas Fallgewicht sollte zusätzlich leicht kegelstumpfförmig sein, damit seitliche Reibungskräfte zwischen ihm und dem Boden und Saugkräfte während des Anhebens verringert werden.

Es kann nützlich sein, alle Schläge des Fallgewichts an einer Stelle auszuführen und dann erst an die folgende Stelle weiterzugehen oder wenigstens einmal alle Stellen eines elementaren Bodenvierecks (4 m · 4 m beispielsweise) zu berammen und erst dann zum zweiten Schlag und dann zum dritten überzugehen.

Dabei kann man, wenn die Durchführungszeit die wichtigste Bedingung für das Projekt ist, die Anzahl der Phasen auf Kosten einer dann erheblichen, zur Verdichtung notwendigen, Energie verringern.

In Fig.2 sind links die Deformationsmodulkurven und rechts die Werte des Grenzdruckes in Abhängigkeit von der auf der Ordinate in Metern angegebenen Tiefe dargestellt. Die gestrichelten Kurven sind auf vor der

J₅ Verfestigung gemessene Werte bezogen, die strichpunktierten Kurven sind auf nach der Verfestigung am Ende der Dissipation des interstitiellen Druckes gemessene Werte bezogen und die ausgezogenen Kurven sind auf nach einer Zeitdauer von neun Monaten gemessenen Werte bezogen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verdichten wasserhaltiger Böden, bei dem man ein mehrere Tonnen schweres Fallgewicht aus einer Höhe von mehreren Metern jeweils unmittelbar nacheinander auf vorbestimmte Stellen des zu verdichtenden Geländes aufprallen läßt und die Aufprallfolge nach einer Ruhepause, in der freigewordenes Wasser abfließt, nötigenfalls in einem oder mehreren Durchgängen wiederholt, ₎₀ dadurch gekennzeichnet, daß zum Verdichten stark zusammendrückbarer torfiger, toniger, lonig-sandiger bis schluffiger Böden oder Schüttungen Gewicht und Fallhöhe des Fallgewichts so gewäh't werden, daß unter der Einwirkung der bei ^ jedem Aufprall hervorgerufenen dynamischen Kräfte der Porenwasserdruck soweit erhöht wird, daß die Scherfestigkeit des Bodens aufgehoben und dadurch die Wasierdurchlässigkeit dts Bodens momentan erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der Arbeit mit dem Fallgewicht eine wasserdurchlässige Schicht aus grobkörnigem Material auf das Gelände aufgeschüttet wird.

3. Verfahren nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ruhepause zwischen den Aufprallfolgen so wählt, daß der Boden restrukturiert.

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