DE2423163A1

DE2423163A1 - Verfahren zum errichten einer wand im erdreich

Info

Publication number: DE2423163A1
Application number: DE2423163A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lonnie Arrington; Norman Dean Dyer; Ross Weldon Walker
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1974-12-05
Also published as: CA1004485A; ZA742311B; GB1456937A; FR2229817A1; US3839871A; AU6815074A

Description

Verfahren zum Errichten einer Wand im Erdreich

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Errichten einer flüssigkeitsundurchlässigen, unterirdischen Wand, insbesondere zur Reparatur eines Erddammes.

Es gibt bereits eine Reihe von Erddämmen, so daß aus dem einen oder anderen Grunde Reparaturen oder Verstärkungsmaßnahmen erforderlich sind. Obwohl die Möglichkeit besteht, das Wasser aus dem See hinter dem Damm abzulassen und dann die erforderlichen Reparaturen durchzuführen, ist eine solche Maßnahme zu zeitraubend und teuer. Wenn der Damm für die Erzeugung von Elektrizität aus Wasserkraft dient, dann würde das Ablassen des Wassers den vorübergehenden Verlust der Energiequelle bedeuten.

Ein anderes Verfahren zum Reparieren eines Dammes besteht darin, einen Graben in der Mitte des Dammes auszuschachten und dabei jeden Aushub durch einen entsprechenden Teil Bentonit od.dgl.

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zu ersetzen, um die Beschaffenheit des Dammes zu erhalten. Es wird dann Beton in den Graben gepumpt, der das Bentonit verdrängt und eine Wand in der Mitte des Dammes bildet. Durch den den Graben ausfüllenden Beton werden anschließend Löcher gebohrt, die bis in den Mutterfelsen unter dem Damm führen. Diese Löcher werden dann mit Beton gefüllt, um die Wand und den Damm im Mutterfelsen zu verankern. Dieses Verfahren hat eine Reihe von Nachteilen. Es ist eine komplizierte Pumpeinrichtung erforderlich, um das große Bentonitvolumen und den Beton bei dem Graben-Verfahren bewältigen zu können. Aus dem großen Volumen des Bentonite ergeben sich diverse organisatorische und technische Probleme. Der Graben muß ziemlich breit sein, damit eine ausreichende Tiefe erreicht werden kann, und es ist im allgemeinen eine Spezialausrüstung für den Grabenaushub erforderlich, weil die üblichen Bagger, Grabenziehgeräte und andere Typen von Grabvorrichtungen in ihrem Grabvermögen beschränkt sind. Der Graben muß senkrecht angelegt werden. Ferner muß sein Grund gesäubert werden, bevor Beton eingefüllt wird. Der Graben stellt eine Behinderung für die Maschinen

und schwächt den Damm solange, bis der Beton eingefüllt ist. Der Grabenaushub ist schließlich ein langsamer und teurer Vorgang.

Flüssigkeitsdichte, unterirdische Wände haben eine ganze Zahl von Anwendungen über die Reparatur von Erddämmen hinaus, z.B. lassen sie sich insbesondere dort anwenden, wo es nötig ist, unterirdische Strömungen abzuhalten. Eine unterirdische Wand kann während des Baues großer Bauwerke erforderlich sein, um zu verhindern, daß während des Baues Grundwasserströme in die Baugrube eindringen. Eine unterirdische Wand kann verwendet werden bei Deichkonstruktionen, zum Speichern von Grundwasser für die Städtische Versorgung oder zum Bewässern, zum Verhindern des Eindringens von Salzwasser vom Meer in Grundwassergebiete mit Süßwasser und auch zur Isolierung von Grundwassergetrieben, die ▼on 4er Industrie«abwässern verschmutzt wurden. Aus dem Obigen geht hervor, daß ein Bedarf an einem Verfahren besteht, mit dem

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sich eine massive flüssigkeitsundurchlässige Wand schnell, wirtschaftlich und sicher herstellen läßt, während die Beschaffenheit der Erdformationen erhalten bleibt. Insbesondere besteht Bedarf an einem zuverlässigen und wirkungsvollen Reparaturverfahren für Erddämme, das ein Ablassen des Sees hinter dem Damm nicht erforderlich macht und durch das die Beschaffenheit des Dammes während der Reparatur nicht beeinträchtigt wird.

Durch die US-PS 3.326.003 ist ein Verfahren zur Erstellung einer Wand in einem Erdeinschnitt oder Graben bekannt. Wenn der Graben ausgehoben wird, wird er mit flüssigem Schlamm gefüllt gehalten, um ein Einstürzen der Grabenwände zu verhindern. Wenn der Graben die erforderliche Tiefe hat, wird er mit einem Baustoff, der die Wand bildet, gefüllt, wobei der Schlamm verdrängt wird. Nachdem so ein Wandfeld gebildet worden ist, können sich nach und nach weitere anschließen, um eine Wand in erforderlicher Länge und Form zu bilden.

Aus der US-PS 3 645 101 geht ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bau einer undurchlässigen unterirdischen Wand hervor. Die unterirdische Wand wird hergestellt durch kontinuierliche Vergrößerung eines Einschnitts durch Ablösen und Zertrümmern des Erdmaterials, um einen Graben großer Länge und geringer Breite am Grund zu erzeugen, wobei eine Zementbrühe in den Einschnitt eingefüllt und das zertrümmerte Erdmaterial mit der Zementbrühe an art und Stelle vermischt wird. Das Verfahren enthält mehrere Schritte: Es wird eine bewegbare, aber starre Sperrwand in einem mit Zementbrühe gefüllten Anfangsloch oder -graben so vorgesehen, daß Flüssigkeitssäulen der Zementbrühe an der Vor -und Rückseite der Sperre gebildet sind; ein Erdschneidwerkzeug wird so angeordnet, daß damit fortschreitend dünne Schichten aus der vorausgehenden Grabenstirnwand abgetragen werden und das Material mit der Zementbrühe der vorderen Flüssigkeitssäule gemischt wird; weitere frische Zementbrühe wird zugesetzt; die flüssige Mischung aus Zementbrühe und abgetragenem Erdmaterial wird auf die Rückseite der Sperre

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gedrückt, wenn sich das Schneidwerkzeug und die Sperre kontinuierlich durch die Erde fortbewegen.

Die US-PS 3 429 126 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer durchgehenden Pfahlwand, z.B. als Stirnwand für die Seiten von Baugruben od.dgl. Gemäß diesem Verfahren wird eine Vielzahl von Löchern gebohrt, deren Mittenabstand voneinander jeweils geringer ist als der Bohrlochdurchmesser. Die Löcher werden mit Füllmaterial oder mit herausziehbaren Füllstücken ausgefüllt, die entsprechend dem Profil eines benachbarten überlappenden Bohrlochs geformt sind. Die Bohrlöcher werden dann mit Beton gefüllt und/oder Zementbrei in das Füllmaterial injiziert.

Aus der US-PS 3 499 293 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, mit der eine unterirdische Konstruktion an Ort und Stelle errichtet werden kann. Zunächst wird ein Bohrrohr in den Boden getrieben, indem ein Erdbohrer und eine Vibrationsvorrichtung benutzt werden. In dies Bohrloch vor dem Bohrer wird vorzugsweise Wasser oder eine andere Flüssigkeit gedrückt, wodurch die abgelöste Erde vom Grund der Bohrung längs des Spiralblattes des Erdbohrers herausgeführt wird. Danach und bevor die gesamte Erde aus dem Erdbohrer herausgedrückt ist, wird Mörtel in das Bohrrohr durch eine Leitung im Bohrer oder im Bohrrohr unter Druck eingepreßt, wobei der Bohrer und die Erde in seinem Blatt als Pfropfen wirken , gegen&en Druck ausgeübt werden kann. Entweder der Bohrer oder der Bohrer und das Bohrrohr zusammen können zurückgezogen werden, während beide in Vibration gehalten werden. Danach kann man eine Armierung in dtn Mörtel herablassen. Wo eine Wand zu bauen ist, müssen weitere Rohre Seite an Seite angeordnet werden.

Die US-PS 3 310 952 zeigt ein Verfahren zum Bau einer Wand in der Erde. Das Verfahren besteht aus den Schritten des Bohrens eines im wesentlichen senkrechten Bohrlochs, bis eine gewisse Anfangstiefe erreicht ist, und der Herstellung einer Reihe gleicher überlappender Bohrlöcher, die sich horizontal erstrek-

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ken, um eine Anfangszone vorbestimmter Tiefe zu bilden, wobei bei fortschreitendem Bohrprozess In den Bohrlöchern eine tlxotrope Flüssigkeit umläuft, um eine Verfestigung der senkrechten Wände hervorzurufen. Die geschilderten Vorgänge werden solange wiederholt, bis die endgültige Tiefe erreicht ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bau einer flüssigkeitsdichten unterirdischen Wand vorgeschlagen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist für die Reparatur von Erddämmen vorgesehen.

Zunächst wird ein erstes Loch in den Damm gebohrt. Während des Bohrens läßt man flüssigen Bohrschlamm durch das Bohrloch zirkulieren, um die abgetragene Erde zu entfernen und um die Beschaffenheit des Dammes zu erhalten. Das erste Loch wird mit einem Rohr ausgekleidet. Ein weiteres Loch wird unmittelbar neben dem ersten und dieses überlappend in die Erde gebohrt, wobei Bohrschlamm mit demselben Zweck wie bei der ersten Bohrung zirkuliert. Dann wird das zweite Bohrloch mit einem Rohr ausgekleidet. Das erste Loch wird mit einem wandbildenden Material gefüllt. Weitere Löcher werden in der beschriebenen Weise gebohrt, um die gewünschte Wandlänge zu erreichen. Die obigen urn weiteren Merkmale sowie die Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen erfolgt, hervor. Es zeigen

Fig. 1 den Querschnitt eines Erddammes, in den ein erstes Bohrloch eingebracht ist, das bis in das darunter liegende Felsbett führt,

Fig. 2 die Anordnung eines zweiten Bohrloches neben dem ersten Loch in einer Draufsicht,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum Bohren der Löcher verwendet wird und

Fig. 4 eine Draufsicht auf zwei nebeneinander befindliche Bohrungen, von denen die erste mit einem Rohr und einer Zementfüllung ausgefüllt ist und die zweite mit einem Rohr ausgekleidet ist·

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Anhand der Zeichnung wird beschrieben, wie ein Erddamm durch Errichtung einer festen Wand innerhalb des Dammes repariert wird, wobei eine Verankerung der Wand im Felsbett unter dem Damm erfolgt. Der Damm wird repariert, ohne daß das Wasser des St·* hinter dem Damm abgelassen werden muß und ohne daß eine Beeinträchtigung der Beschaffenheit des Dammes erfolgt. Es wird nun Bezug genommen auf den in Fig. 1 dargestellten Querschnitt des Erddammes 10. Durch den Damm 10 ist eine Bohrung 11 bis in das Felsbett 12 darunter geführt worden. Während des Bohrens läßt man einen flüssigen Bohrschlamm durch die Bohrung 11 zirkulieren, um das abgebohrte Bohrklein abzuführen. Das Bohrloch wird mit dem flüssigen Bohrschlamm gefüllt gehalten. Da der Bohrschlamm spezifisch schwerer als Wasser ist, ist der Flüssigkeitsdruck im Bohrloch 11 größer als der Druck des Grundwassers im Damm, so daß der Bohrschlamm in die Bohrlochwand einzudringen sucht. Beim Einsickern in die Bohrlochwand wird eine dünne Haut aus Bohrichlamm abgelagert. Diese Haut ist äußerst undurchlässig und bildet somit eine undurchlässige Auskleidung der Wand des Bohrloches 11, wodurch die Beschaffenheit des Dammes erhaltenjbleibt.

Wenn das erste Bohrloch fertig ist, wird es mit einer hohlen Auskleidung z.B. in Form eines Betonrohrs 13 versehen, das in einzelnen Abschnitten.in das Loch abgesenkt wird, bis die Auskleidung vollständig 1st. Es wird dann sofort ein zweites Loch 14 gebohrt, das das erste überlappt. Während des Bohrens des Loches 14 wird ein Abschnitt 15 des Betonrohrs 13 zerstört, so daß die beiden Bohrlöcher miteinander verbundenjwerden. Der flüssige Bohrschlamm zirkuliert durch das Bohrloch 14, um dort das Bohrklein abzuführen und die Beschaffenheit des Dammes zu erhalten. Der Bohrschlamm aus dem ersten Bohrloch 11 kann in das zweite Bohrloch 14 hinüberfließen und umgekehrt.

Die Vorrichtung zum Bohren benachbarter Löcher muß so ausgelegt sein, daß eine genaue Ausrichtung der Bohrlöcher zueinander erreicht wird, damit die Anfangsüberlappung auch über die gesamte Bohrlochlänge erhalten bleibt, so daß die sich ergebende Wand

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richtig in sich verbunden ist und eine flüssigkeitsundurchlässige Dichtung durch ein wie aus einem Stück bestehendes Bauwerk erhalten wird.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bohren von sich überlappenden Bohrungen gezeigt. Ein zylinderischer Führungskörper 16, der in das Betonrohr 13 paßt, weist einen durchgehenden Mittelkanal 17 auf, durch den der Bohrschlamm aus dem Bohrloch 11 bzw. dem Betonrohr 13 durchtreten kann, wenn der Führungskörper sich durch die Bohrung 11 bzw. das Betonrohr 13 bewegt. Der Führungskörper 16 ist an der Bohrstange mittels eines Arms 19 befestigt. Der Arm erstreckt sich durch die öffnung 15 bzw. den vom Bohrmeißel 20 zerstörten Abschnitt 15 des benachbarten Betonrohrs 13o Während die zweite Bohrung nach unten fortschreitet, wandert der Führungskörper 16 im Betonrohr 13 nach unten und führt dabei den Bohrmeißel, sodaß sichergestellt ist, daß das Nachbarloch 14 gleichmäßig mit der ersten Bohrung 11 überlappt.

Eine Erdbohrmaschine 21 bringt die erforderlichen Kräfte für das Bohren der Löcher auf. Die Maschine besteht aus einer Basisplatte 22, die auf dem Damm 10 aufliegt. Mit der Basis ist ein Tragsäulenpaar verbunden, von dem eine Säule 23 in Fig. 3 zu sehen ist. Die Säulen sind mittels Bolzenverbindung an die Basis angeschlossen. Ein einstellbarer Stützarm 25 ist mit dem oberen Säulenende und mit der Basis 22 verbunden. Mit dem Stützarm wird der Neigungswinkel der Säule 23 gegenüber der Basis eingestellt und damit auch der Bohrwinkel. Zwischen den Säulen ist eine Art Support 26 angeordnet, der von einem doppeltwirkenden Druckzylinder 27 heb- und senkbar ist. Auf dem Support 26 ist ein Motor 28 angeordnet, der die Antriebskraft für den Bohrstrang 18 liefert, welche über ein Getriebe 29 auf das Bohrfutter 30 übertragen wird. Der Arm 19 ist mit dem Bohrstrang mittels eines Lagers verbunden, so daß der Bohrstrang frei rotieren kann und der Arm in festem Abstand zum Bohrmeißel gehalten ist

Fig. 4 zeigt ein zweites Bohrloch 14 , das mit einer hohlen

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Auskleidung versehen ist. Diese Auskleidung kann in Form eines Betonrohrs 31 in einzelnen Rohrabschnitten indas Bohrloch 14 eingebracht werden, bis die Bohrung in voller Länge ausgefüllt ist. Wenn die Auskleidung, d.h. das Betonrohr 31, an Ort und Stelle ist, wird das erste Bohrloch mit Beton 32 oder anderen wandbildenden Material gefüllt. Der Beton verdrängt den flüssigen Bohrschlamm,und die Beschaffenheit bzw. Integrität des Erddammes ist damit zu jeder Zeit erhalten geblieben. Der Beton 32 wird durch das benachbarte Betonrohr 31 daran gehindert, in das Bohrloch 14 zu fließen.

Die geschilderten Vorgänge des Bohrens, Auskleidens und Füllens mit Beton wurden solange festgesetzt, bis eine feste durchgehende und flüssigkeitsundurchlässige Wand längs der Dammitte im Damminern errichtet ist. Es wird nur eine relativ geringe Menge Bohrschlamm bzw. Bohrflüssigkeit für das Bohren der Löcher benötigt. Der Damm wird während der Bohrvorgänge in seiner Beschaffenheit nicht beeinträchtigt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Herstellung einer unterirdischen Wand angewendet werden, die nicht zur Reparatur eines Erddammes dient.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Bau einer Wand im Erdreich, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bohren eines ersten Loches in die Erde, Auskleiden des Loches mit einem Auskleidungsrohr, Bohren eines zweiten Loches unmittelbar neben dem ersten und dieses überlappend,

Auskleiden der zweiten Bohrung mit einem Auskleidungsrohr und

Füllen des ersten Loches mit einem wandbildenden Material.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Bohrloch während des Bohrens mit einer Flüssigkeit gefüllt gehalten werden·
3. Verfahren zum Bau einer Wand im Erdreich, gekennzeichnet durch Bohren einer Vielzahl sich überlappender Löcher, deren Mittenabstand jeweils kleiner ist als ihr Durchmesser, Auskleiden jedes Loches vor dem Bohren des nächsten benachbarten Loches, Auskleiden des benachbarten Loches und Auffüllen des zuvor ausgekleideten Loches mit einem wandbildenden Werkstoff.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes loch mit einem flüssigen Bohrschlamm gefüllt gehalten wird, bis das wandbildende Material eingefüllt wird.
5. Verfahren zum Bau einer Wand im Erdreich, gekennzeichnet durch folgende Schritte :

Bohren eines ersten Loches in die Erde, Umlaufenlassen eines flüssigen Bohrschlamms bzw. einer Bohrflüssigkeit oder Spülung im ersten Bohrloch während dieses gebohrt wird,

Auskleiden des ersten Bohrloches in einem Auskleidungsrohr, Bohren eines zweiten Bohrloches unmittelbar neben dem ersten Bohrloch und dieses teilweise überlappend,

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Uinlaufenlassen eines flüssigenBohrschlammes im zweiten Bohrloch, während dieses gebohrtwird, Auskleiden des zweiten Bohrloches mit einem Auskleidungs-. rohr land Auffüllen des ersten Bohrloches mit einem wandbildenden Material·
6. Verfahren zum Reparieren eines Erddammes, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bohren einer ersten Bohrung, von der Dammoberfläche aus durch den Damm,

Umlaufenlassen einer Spülung durch das erste Loch, während es gebohrt wird,

Auskleiden des ersten Loches mit einem zerstörbaren Auskleidungsrohr,

Bohren eines zweiten Loches von der Dammoberfläche aus durch den Damm unmittelbar neben dem ersten Loch und dieses und das zerstörbare Auskleidungsrohr teilweise überlappend,

Umlaufenlassen einer Spülung durch das zweite Loch, während dieses gebohrt wird,

Auskleiden des zweiten Loches mit einem zerstörbaren Auskleidungsrohr und

Auffüllen des ersten Loches mit einem wandbildenden Material.
7· Verfahren nach Anspruch 6 gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bohren einer Vielzahl weiterer Bohrungen von der Dammoberfläche aus durch den Damm, indem nacheinander benachbarte und sich teilweise überlappende Bohrlöcher angelegt werden,

Auskleiden jedes Bohrloches mit einem zerstörbaren Auskleidungsrohr vor dem Bohren des nächsten benachbarten Loches,

Umlaufenlassen von Bohrspülung durch die Bohrlöcher während

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des Bohrens und

Auffüllen des vorangegangenen Bohrlochs mit einem wandbildenden Material.
8. Verfahren zum Reparieren eines Erddammes durch Bohren einer Vielzahl aneinandergereihter sich überlappender Bohrungen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bohren des ersten Loches von der Dammoberfläche aus durch den Damm,

Umlaufenlassen einer Bohrspülung durch das erste Loch, während es gebohrt wird,

Auskleiden des ersten Loches mit einem zerstörbaren Auskleidungsrohr ,

Bohren des zweiten Loches unmittelbar neben dem ersten und dieses teilweise überlappend, wobei das Auskleidungsrohr des ersten Loches in einem Teilabschnitt zerstört wird,

Umlaufenlassen einer Bohrspülung durch das zweite Bohrloch,während es gebohrt wird,

Auskleiden des zweiten Bohrlochs mit einem zerstörbaren Auskleidungsrohr,

Auffüllen des ersten Bohrlochs mit einem wandbildenden Material und

Bohren weiterer in einer Reihe liegender sich überlappender Löcher durch Wiederholung der genannten Verfahrensschritte.

). H. J. Prettins

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