DE3414464A1

DE3414464A1 - Verfahren zum injizieren eines boden-vermoertelungsmittels und vorrichtung zu seiner durchfuehrung

Info

Publication number: DE3414464A1
Application number: DE19843414464
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yokohama Kanagawa Iimori; Hisashi Tokio/Tokyo Kitajima; Tadashi Koganei Tokio/Tokyo Nishio; Sakae Sano
Original assignee: Tonan Kaihatsu Kogyo Co Ltd Tokio/tokyo; Toa Grout Kogyo Co Ltd; Mitsui Toatsu Chemicals Inc; TONAN KAIHATSU KOGYO CO Ltd
Current assignee: Toa Grout Kogyo Co Ltd Mitsui Toatsu Chemicals
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1984-04-17
Publication date: 1984-10-31
Also published as: FR2544762B1; FR2544762A1; IT8420618A1; JPH033770B2; US4514112A; IT1175832B; JPS59195920A; IT8420618A0; GB2141764A; NL8401300A; GB2141764B

Description

Andrejewsld, Honice & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Injizieren eines Bodenvermörtelungsmittels sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dabei handelt es sich vor allem darum, lockeren Boden in einer entsprechenden Tiefe unter der Bodenoberfläche zu verfestigen oder Grundwasser abzusperren.

Um das Auftreten von Quellwasser oder das Durchsickern von Wasser in einem lehmigen, sandigen oder kiesigen Untergrund oder um Bodenrisse zu verhindern oder Böden zu verfestigen, ist es im allgemeinen üblich, ein Vermörtelungsmittel durch eine hohle Injektionsstange wie ein Bohrrohr, ein Siebrohr, j ein doppelwandiges Rohr oder dgl. in den zu verfestigenden ^! Boden zu injizieren. Je nach der Beschaffenheit der einzelnen ! Bodenschichten wie ihre Dichte, Wasserdurchlässigkeit usw. ! reicht dieses Verfahren jedoch nicht immer aus, um den Boden j einwandfrei und gleichmäßig zu verfestigen. Mit anderen Worten,! es ist nicht immer möglich eine säulen- oder kugelförmige Koagulation mit gleichmäßigem Durchmesser zu erreichen, und zwar aus folgenden Gründen.

Wenn nach den konventionellen Verfahren das Vermörtelungsmittel injiziert wird, kann der Boden oftmals in einem weichen oder schwachen Bereich reißen. Sobald der Boden einmal aufgerissen ist, fließt das Vermörtelungsmittel längs der Rißflächen und die ausgebildete Koagulation weist infolgedessen unregelmäßige Querschnittsformen auf. Es wurde bisher vorausgesetzt, daß der Boden reißt, da der Infiltrationsdruck infolge der Injektion des Vermörtelungsmittels in Bezug auf die Schwerfestigkeit des betreffenden Bereiches zu hoch wird. Mit

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anderen Worten liegt gemäß der bisher angenommenen Theorie der Grund für ein Ausbleiben einer gleichmäßigen Koagulation darin, daß ein hydraulisches Rißphänomen im Boden auftritt, da durch die Injektion ein hoher Infiltrationsdruck erzeugt wird, was dazu führt, daß Abscherebenen im Boden entstehen und das Vermortelungsmittel längs dieser Ebenen in den Boden eindringt, sodaß die geäderte unregelmäßige Koagulation erfolgt. Infolgedessen wird herkömmlicherweise das Vermortelungsmittel unter einem konstanten Druck injiziert, sodaß der Infiltrationsdruck nicht die Scherfestigkeit des Bodens übersteigen kann. Um ein einwandfreies Tränken des Bodens bis zu dem gewünschten Bereich zu erzielen, benötigt man dabei jedoch viel Zeit, was unwirtschaftlich ist.

Aufgrund ausgedehnter Studien wurde festgestellt, daß die herkömmlich angenommene Theorie nicht richtig ist und daß das Phänomen des hydraulischen Reißens des Bodens hauptsächlich durch eine Zugbeanspruchung verursacht wird, welche im Boden durch die Injektion des Vermörtelungsmittels entwickelt wird, die über der Zugfestigkeit des Bodens liegt. Wenn das Vermortelungsmittel unter einem gewissen Druck durch das Injektionsrohr injiziert wird, nimmt die Zugbeanspruchung bei zunehmender Entfernung von der Mitte des Injektionsrohres in radialer Richtung sehr schnell ab und steigt dagegen sehr schnell zur Mitte hin. Dies bedeutet, daß in einem Diagramm, bei welchem die Zugbeanspruchung als Ordinate und ein Abstand von der Mitte des Injektionsrohres als Abszisse eingetragen ist, die Zugbeanspruchung als eine konkave Kurve gezeichnet werden kann, welche von links oben nach rechts unten verläuft

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(siehe Fig.1). Infolgedessen kann festgestellt werden, daß das ^; Vermörtelungsmittel in der Anfangsphase der Injektion mit einer möglichst niedrigen Injektionsrate injiziert werden muß und ! die Injektionsrate, sobald der Mittelbereich, in welchem die \ übermäßige Zugbeanspruchung entstehen dürfte, getränkt ist, kontinuierlich (Fig.2, Kurve a) oder stufenweise bezw. schritt-f weise (Fig.2, Kurve b) im Gegensatz zur Kurve der Zugbean- _; spruchung erhöht werden kann. Diese Annahme hat sich durch viele Versuche als richtig erwiesen.

Wenn das Vermörtelungsmittel zur Verfestigung des Bodens gemäß allgemein bekannten Verfahren durch das in den Boden eingebrachte Injektionsrohr injiziert wird, quillt das Ver- i mörtelungsmittel im allgemeinen längs des Umfanges des In- j

jektionsrohres nach oben, sodaß es äußerst schwierig ist, im | gewünschten Bereich die Koagulation zu erzielen. Infolgedessen ! kann nicht unbedingt garantiert werden, daß in der gewünschten ι Tiefe eine Wasserdurchlässigkeit verhindert oder der Boden j verfestigt wird. i

Zur Lösung des Problems, daß das Vermörtelungsmittel aus dem ^! Bohrloch herausquillt, wurde bereits eine chemische Packung ! vorgeschlagen, bei der es sich um ein Gelierungsprodukt han- ; delt, welches durch Injektion einer schnell abbindenden chemi-j sehen Lösung zwischen dem Mantel des Injektionsrohres und der j Wandung des Bohrloches ausgebildet wird. Die Festigkeit des ' auf diese Weise erhaltenen Produktes ist jedoch zu gering, als ! daß es dem Injektionsdruck des Vermortelungsmittels wider- ; stehen könnte und das Produkt kann außerdem reißen und es |

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können Durchbrüche entstehen, soäaß der Dichtungseffekt verloren geht und das Vermörtelungsmittel durch diese Durchbrüche der Packung austreten kann.

Vorgeschlagen wurde auch ein Injektionsverfahren, bei welchem nach dem Niederbringen einer Bohrung mit einer Rotary-Bohrmaschine oder einer Rotary-Schlagbohrmaschine ein Außenrohr in das Bohrloch eingebracht wird, wobei in den Spalt zwischen Außenrohr und Bohrlochwandung ein Dichtungsmittel eingefüllt wird, in das Außenrohr eine Doppeldichtung an einer Stelle eingesetzt wird, welche der für die Injektion bestimmten Bodentiefe entspricht, und dann durch ein Innenrohr, welches in dem Außenrohr angeordnet ist, in einen Zwischenraum, der durch die Dichtelemente gebildet wird, ein Vermörtelungsmittel unter Druck eingegeben wird.

Das Vermörtelungsmittel läßt man dabei durch schnale Löcher im Außenrohr aus dem Zwischenraum austreten, wobei das Dichtungsmittel zerreißt, sodaß das Vermörtelungsmittel durch die entstehenden Risse in den Boden injiziert wird. Vorgeschlagen wurde auch ein Verfahren, bei welchem eine mechanische Dichtung wie beispielsweise ein Gummiring verwendet wird, welcher auf beiden Selten durch eine Schraubeinrichtung derart zusammengepreßt wird, daß ein Teil desselben über die Außenfläche des Injektionsrohres am Umfang hinausragt, oder bei welchem beispielsweise eine durch Druckluft aufblähbare Dichtung verwendet wird, um den Spalt zwischen der Außenwandung des Injektionsrohres und der Bohrlochwandung abzudichten. Um dieses Verfahren anwenden zu können, müssen die

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Bohrlöcher jedoch als Mantelbohrungen (case boaring) niedergebracht werden, um die Packungen oder Dichtungen einbringen zu können, was den Injektionsvorgang kompliziert. Außerdem ist die Einhaltung der Bohrlochwandung schwierig, sodaß die Wirkungsweise einer mechanischen Packung oder einer aufblähbaren Luftpackung verschlechtert wird. Infolgedessen kann keine zufriedenstellende Abdichtwirkung erzielt werden.

Bei einem Injektionsverfahren unter Verwendung eines Injektionsrohres kann das Vermörtelungsmittel durch Leerräume und am Injektionsrohr entlang oder längs der Oberflächen grobkörniger Schichten in einem unverfestigten Boden wie beispielsweise Alluvium wegsickern. Um zu verhindern, daß das Vermörtelungsmittel aus dem Injektionsbereich heraussickern kann, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein schnell abbindendes Vermörtelungsmittel durch ein doppelwandiges Injektionsrohr injiziert wird. Infolge der kurzen Gelzeit führt die Injektion des Vermortelungsmittels in den Boden jedoch zu einer aderigen ungleichmäßigen Infiltrierung, sodaß der grobkörnige Boden nur unvollständig durchtränkt wird.

Ein Injektionsverfahren unter Verwendung eines Siebrohres ist unvorteilhaft, da das Siebrohr nach Abschluß der Injektion im Boden belassen wird, wobei es außerdem noch mühsam ist, das Siebrohr in den Boden einzubringen. Vorgeschalgen wurde ein weiteres Injektionsverfahren, bei welchem zunächst eine schnell abbindende chemische Packung um das doppelwandige Rohr über dem für die Injektion bestimmten Bereich ausgebildet,

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wird und dann ein Vermörtelungsmittel mit langer Gelzeit in . den grobkörnigen Boden eingebracht wird. Die Festigkeit der entstehenden Packung ist jedoch/ da es sich um eine chemische Packung handelt, aus den bereits genannten Gründen gering.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu verwirklichen, welches die vorgenannten Probleme löst und mittels welchem das Vermörtelungsmittel gleichmäßig in den Boden eingebracht werden kann, selbst wenn dessen Aufbau und Eigenschaften schwierig sind, sodaß eine gleichmäßige Verfestigung des Bodens bezw. ein Absperren des Wassers möglich ist. Außerdem schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor.

Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Injizieren eines Bodenvermörtelungsmittels im wesentlichen dadurch, daß in einem ersten Schritt ein Vermörtelungsmittel unter einem gesteuerten Einspritzdruck eingespritzt wird, indem die Abgaberate auf einen niedrigen Wert eingestellt wird und ] dadurch eine im Boden durch diese Injektion zu entwickelnde : Zugspannung niedriger gehalten wird als die Zugspannung des Bodens, und ein anfänglicher Injektionsbereich ausgebildet wird, in welchem das Vermörtelungsmittel bei einem für die Injektion vorgegebenen Sollbereich in unmittelbarer Nähe eines Injektionsrohres der Boden gleichmäßig getränkt wird, ' und daß in einem zweiten Schritt das Vermörtelungsmittel unter gesteuertem Einspritzdruck durch kontinuierliche oder schrittweise Erhöhung der Abgaberate derart injiziert wird, daß außerhalb des anfänglichen Injektionsbereiches eine

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Zugspannung, welche durch dieses weitere Injizieren des Vermörtelungsmittels im Boden entwickelt werden soll, niedriger gehalten wird als die Zugfestigkeit im Boden außerhalb dieses anfänglichen Injektionsbereiches, wodurch ein Injektionsbereich gebildet wird, in welchem der Boden weiterhin außerhalb des ursprünglichen Injektionsbereiches gleichmäßig getränkt wird.

Die Zugfestigkeit des Bodens kann indirekt beispielsweise durch eine Seitenbelastungsprobe im Bohrloch festgestellt werden. Bei diesem Test im Bohrloch wird das Bohrloch mit einem Injektionsrohr niedergebracht, dann Drucluft oder Druckflüssigkeit in ein am unteren Ende des Injektionsrohres befestigtes aufblähbares Dichtelement eingebracht, sodaß das aufgeblähte Dichtelement fest gegen die Bohrlochwandung gepreßt wird, woraufhin der Luft- oder Flüssigkeitsdruck auf das Dichtelement schrittweise unter Einschaltung eines Druckmessers erhöht wird und die Bodenfestigkeit aus einer Veränderung der Menge des Druckmediums, der Zeit und des angelegten Druckwertes bestimmt wird.

Zur Steuerung kann der Injektionsdruck entsprechend den erhaltenen Werten der Zugfestigkeit (und eventuell des Wasserdurchlässigkeits-Koeffizienten des Bodens) bei der Durchführung der Injektion, vorher unter Verwendung einer Bodenprobe experimentell bestimmt werden. Andererseits läßt sich der Injektionsdruck auch durch eine geeignete Formel errechnen .

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Vorzugsweise wird das Vermörtelungsmittel injiziert, indem die Viskosität des Mittels niedrig und im wesentlichen konstant gehalten wird, bis in einem Mittelbereich mit einem Radius, welcher kleiner ist als der gewünschte Infiltrationsradius, eine Anfangsinfiltration erzielt ist. Der Brund dafür liegt darin, daß, wenn das Vermörtelungsmittel mit einer hohen Viskosität injiziert würde, das Aushärten bereits während der Injektion beginnt und der Infiltrationsdruck daher sehr stark erhöht werden muß.

Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung ist ein Endglied mit einer Dichtung und wenigstens zwei Abgabeauslässen für das Vermörtelungsmittel vorgesehen, welches am unteren Ende eines Innenrohres des Injektionsrohres vorgesehen ist, um in ein Außenrohr hineingezogen werden zu können, wenn das Rohr in den Boden gedrückt wird und aus dem Außenrohr herausragt, sobald das vordere Ende eine für die Injektion gewünschte Position erreicht. Die Packung wird betätigt oder aufgebläht, sobald das Endglied frei liegt, woraufhin das Vermörtelungsmittel in das Innenrohr eingebracht wird und durch die Abgabeauslässe austritt.

Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung wird nach dem Herausdrücken des Endgliedes durch das Druckmedium der Aufblähdruck in der Packung entsprechend dem Injektionsdruck und dem Zustand der Bohrlochwandung durch einen Druckkonverter eingestellt, die Zufuhr des Vermörtelungsmittels mittels einer Einstelleinrichtung für die Förderrate, welche eine Differenz zwischen einer vorgegebenen Abgaberate und einer angegebenen

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Abgaberate in ein Signal umwandelt, eingestellt, sodaß eine Zugbeanspruchung durch die anfängliche Injektion entwickelt wird, welche niedriger liegt als die Zugfestigkeit des Bodens. Ferner wird die Zufuhr des Vermörtelungsmittels nach Abschluß der anfänglichen Injektion durch die genannte Einstelleinrichtung derart eingestellt, daß das Vermörtelungsmittel mit einer kontinuierlich oder schrittweise erhöhten Abgaberate injiziert wird, und schließlich eine Härtezeit des Vermörtelungsmittels dadurch eingestellt, daß das Signal der Einstelleinrichtung automatischen Abgabesteuerventilen zugeleitet wird.

Durch fortlaufende und schnelle Veränderung der Abgaberate des Vermörtelungsmittels entsprechend dem Zustand des für die Injektion vorgesehenen Bodens kann das Vermörtelungsmittel ,' gleichmäßig in Böden mit kompliziertem Aufbau und schwierigen Eigenschaften injiziert werden. ,

Der Mechanismus des erfindungsgemäßen Injektionsverfahrens ! zur Veränderung der Abgaberate des Vermörtelungsmittels mit bekerkenswerter Injektionswirkung wird nachstehend erläutert: ι

Wenn Veränderungen im Injektionsdruck des Vermörtelungsmittels j beim Austritt aus dem Injektionsrohr in einem Druckminderungs- I verhältnis rund um das Injektionsrohr ermittelt werden, ist im allgemeinen dieses Verhältnis in einem zentralen Mittel- j bereich mit einem Radius von etwa 20cm von der Mitte des i hohlen Injektionsrohres nicht groß, wobei dieser Wert allerdings von der Bodenqualität, der relativen Dichte (z.B. dem N-Wert), der Porenziffer, dem Wassergehalt, Vorhandensein von j Grundwasser und dgl. im Boden abhängt, während dieses Verhält- '

nis bei weiterer Entfernung in radialer Richtung von diesem kreisförmigen Mittelbereich stark zunimmt.

Das Druckminderungsverhältnis oder der Druckminderungsfaktor ist daher an einer realtiv nahe dem Injektionsrohr liegenden Stelle nicht groß, wenn das Vermörtelungsmittel injiziert wird, und der Injektionsdruck gibt eine Belastung direkt an den Boden. Um das Vermörtelungsmittel ohne Aufreißen des Bodens gleichmäßig infiltrieren zu können, muß das Vermörtelungsmittel so langsam wie möglich injiziert werden, um einen niedrigeren Injektionsdruck zu erzeugen als den Gegendruck des Bodens. Andererseits ist der Druckminderungsfaktor im Boden außerhalb dieses kreisförmigen Mittelbereiches nahe dem Injektionsrohr groß und der Boden wird kaum durch den Injektionsdruck des Vermörtelungsmittels am Abgabeauslaß schädlich beeinflußt. Selbst wenn daher das Vermörtelungsmittel mit einem höheren Abgabedruck injiziert wird, liegt der Injektionsdruck niedriger als der Gegendruck im Boden, und das Vermörtelungsmittel kann vollkommen und gleichmäßig in den Boden eindringen, ohne ihn aufzureißen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Injektion lediglich durch Veränderung der Abgaberate des Vermörtelungs~ mittels bewirken und es läßt sich eine wesentlich gleichmäßigere Durchtränkung des Bodens durch das Vermörtelungsmittel unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Packung erreichen.

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Als Vermortelungsmittel lassen sich erfindungsgemäß eine Kombination aus Zementmilch und Wasserglas, eine Kombination aus Wasserglas und einer sauren Substanz mit einem Zusatz wie beispielsweise anorganischen Säuresalzen von alkalinen Erdmetalle^ und dreiwertigen Metallsalzen sowie eine Kombination von Wasserglas und Alkalibikarbonat mit einem Zusatz wie beispiels- '. weise anorganischen Säuresalzen von alkalinen Erdmetallen/ : dreiwertigen Metallsalzen oder organischen Substanzen verwenden, welche in einem alkalischen Bereich zersetzbar sind, um eine saure Subanz zu bilden.

Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben ^! sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegen- \ den Zeichnungen; es zeigt ί

Fig.1 ein Diagramm zur Darstellung der Zugbeanspruchung I

in einem Boden durch ein aus einem Injektionsrohr !

injiziertes Vermortelungsmittel in Bezug auf einen I radialen Abstand von der Mitte des Injektionsrohres;

Fig.2 ein Diagramm zur Darstellung der Injektion unter veränderten Abgaberaten gemäß der Erfindung;

Fig.3 eine schematische Ansicht einer auf eine gewünschte Tiefe mittels eines Bohr- und Injektionsrohres nieder- ; gebrachten Bohrung; ;

Fig.4 eine schematische Darstellung der Injektion des j Vermörtelungsmittels, während ein vorschiebbares ! Endglied freigelegt ist; und j

i Fig.5 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Pig.3 und 4 zeigen das Niederbringen einer Bohrung und das anschließende Injizieren des Vermörtelungsmittels mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei zeigt das Bezugszeichen 1 ein Duplex-Bohr-Injektionsrohr, 2 eine Bohrmaschine, 3 eine Einrichtung zur Verdrehung bezw. vertikalen Bewegung des Bohr- und Injektionsrohres und 4 einei Drehkopf mit entsprechenden Anschlüssen für das Bohrwasser, ein Druckmedium, das Vermörtelungsmittel usw. in die Vorrichtung, wobei dieser Drehkopf am oberen Ende des Bohr- und Injektionsrohres befestigt ist.

Zum Niederbringen der Bohrung gemäß Fig.3 wird das Rohr 1 in Drehung versetzt und durch die Bohrmaschine 2 nach unten gedrückt, während Bohrwasser über den Drehkopf 4 zugeführt wird und aus dem unteren Ende des Bohrrohres austritt. Am unteren Ende der Bohrstange ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Bohrkrone vorgesehen. Der losgebrochene Boden wird mit dem Bohrwasser zu Schlamm vermischt und ein Teil desselben in den Boden eingebracht, während der Rest längs der Außenseite des Bohrrohres 1 nach oben gespült wird. Nach Erreichen einer gewünschten Bohrtiefe wird lediglich ein Außenrohr 6 des Rohres 1 um ein vorgegebenes Stück hochgezogen, um ein Endglied 5 freizulegen, welches am unteren Ende eines Innenrohres des Duplex-Rohres 1 befestigt ist. Andererseits kann auch das gesamte Duplex-Rohr etwas hochgezogen werden und dann das Endglied 5 aus dem Außenrohr 6 herausgeschoben werden, wie dies Fig.4 zeigt. Alsdann wird eine Dichtungsmanschette 7 am freigelegten Endglied 5 durch ein in den Spalt zwischen dem Innen- und Außenrohr des

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Duplex-Rohres 1 eingebrachtes Druckmedium aufgebläht und das Vermörtelungsmittel über die entsprechende Leitung in das Innenrohr eingedrückt und durch Abgabeöffnungen im Umfang des Endgliedes 5 entsprechend den Pfeilen in Fig.4 ausgepreßt, um in den Boden injiziert zu werden.

Fig.5 zeigt das Schaltschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Zufuhr des Vermörtelungsmittels unter einem gesteuerten Druck in das Injektionsrohr 1 und für die Zufuhr des Druckmittels zum Herausdrücken des Endgliedes 5 aus dem Rohr 1 und zum Aufblähen der Packung 7, wobei die Leitungen 8, 9 und 10 am Drehkopf 4 gemäß Fig.3 und 4 angeschlossen sind.

Die Vorrichtung besitzt einen Behälter 11 für das Haupt-Vermörtelungsmittel, einen Behälter 12 für ein Härtemittel und einen Behälter 13 für ein Zusatzmittel wie einen Härtebeschleuniger oder Wasser. Vorgesehen sind ferner Flüssigkeitsspeisepumpen 14 und 15, Injektionspumpen 16 und 17, ein Leitungsmischer 18, eine Feststelleinrichtung 19 zur Umwandlung der Strömungsgeschwindigkeit in ein Signal, eine Anzeigeeinrichtung 20 zur Steuerung automatischer Abgabesteuerventile ; 21, 22, 23 und 24 für die Pumpen 14 und 15 sowie bezw. 16 und i 17 entsprechend dem von der Feststelleinrichtung 19 geliefertenj Signal, wobei die Feststelleinrichtung 19 und die Anzeigeeinrichtung 20 insgesamt als "Steuereinrichtung für die Injek- ι tionsabgaberate" bezeichnet werden, des weiteren ein Druck- ; messer 25 und ein Meßgerät 26 für die Strömungsgeschwindigkeit.! Als Leitungsmischer 18 kann beispielsweise ein Druckmischer, ein Bürstenmischer, ein Ejektor, ein statischer Mischer oder

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dgl. verwendet werden. Mit der Anzeigeeinrichtung 20 ist ein Registriergerät 28 verbunden. Dieses Registriergerät 28 besitzt eine Einrichtung zum Addieren der Menge des injizierten Materials. Das Bezugszeichen 30 zeigt eine Anzeigeeinrichtung zur Abgabe eines Befehlssignals bei Eingang eines Signals von einer Feststelleinrichtung 29 für den Injektionsdruck. 31 ist ein Indikator zur Abgabe eines Befehlssignals bei Empfang eines Signals aufgrund einer vorgegebenen Injektonsmenge pro Stufe entsprechend der Summierung im Registriergerät 28. Aufgrund eines Signals der Feststelleinrichtung 29 an eine Anzeigeeinrichtung 32 gibt letztere ein Befehlssignal an ein automatisches Abgabesteuerventil 34, welches zu einem Druckmittelbehälter 33 gehört, um den Aufblähdruck einer aufblähbaren Packung 7 einzustellen, welche am Endglied 5 befestigt ist. Der Vorschubdruck für das Endglied 5 liegt gewöhnlich

über 1 kg/cm und der Blähdruck für die Packung wird entsprechend dem Injektionsdruck des Vermörtelungsmittels und dem Zustand der Bohrlochwandung eingestellt. In Fig.5 gestrichelt gezeichnete Linien zeigen Signalleitungen.

Die Härtemittelflüssigkeit wird durch die Speisepumpe 14 und die Zusatzmittelflüssigkeit durch die Pumpe 15 zum Leitungsmischer 18 gefördert, in welchem sie miteinander vermischt werden. Die entstandene Mischung wird unter Druck durch die Injektionspumpe 17 dem Injektionsrohr 1 zugeführt, dort mit dem Hauptvermörtelungsmittel vermischt, welches durch die Injektionspumpe 16 unter Druck zugeführt wurde, und durch Abgabeauslässe im Endglied 5 in den Boden injiziert.

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In der Anzeigeeinrichtung 20 wird eine vorgegebene Abgaberate (Injektionsrate) des Vermörtelungsmittels entsprechend der Zugfestigkeit, dem Wasserdurchlässigkeit-Koeffizienten usw. des Bodens an der Baustelle gespeichert und die Abgabeventile j 23 und 24 werden entsprechend dem vorgegebenen Wert gesteuert, um die Abgaberate, d.h. den Abgabedruck, des Vermörtelungs- _s mittels durch das Injektionsrohr 1 einzustellen. Außerdem ^! werden in der Anzeigeeinrichtung 20 eine gewünschte Injektionsmenge für einen ersten Schritt und auch gewünschte Injektions- ■ mengen für die einzelnen nachfolgenden Schritte gespeichert. Wenn die Feststelleinrichtung 19 bestätigt, daß die gewünschte ; Injektionsmenge für jeden Schritt erreicht ist, und ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 20 liefert, steuert die Anzeigeeinrichtung 20 die Ventile 21, 22 und 24, um ein Mischverhält- ! nis des Vermörtelungsmittels zu verändern und Viskosität sowie . Härtezeit des Vermörtelungsmittels für den nachfolgenden Schritt einzustellen. ^;

Die Feststelleinrichtung 29 überwacht den Druck des dem Injektionsrohr 1 zugeführten Vermörtelungsmittels und liefert entsprechend dem gemessenen Druck ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 32. Diese Anzeigeeinrichtung 32 steuert das Ventil 34, um den Blähdruck der Packung einzustellen.

Die Injektionsmengen in den einzelnen Schritten werden von der Anzeigeeinrichtung 20 an die Registriereinrichtung 28 übermittelt und dort registriert und addiert. Wenn der addierte Wert die gewünschte Injektionsmenge in einer gegebenen Injektionstiefe erreicht, wird ein Null-Drucksignal von der

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Feststelleinrichtung 29 über die Anzeigeeinrichtung 30 an die Anzeigeeinrichtung 31 übermittelt, welche ein Befehlssignal an die Bohrmaschine 2 übermittelt, um das Injektionsrohr 1 hochzuziehen. Dann werden die gleichen Injektionsschritte wie vorstehend beschrieben wiederholt.

Erfindungsgemäß wird die Aushärtezeit des Vermörtelungsmittels für die Anfangsinjektion sowie für die zweite und die nachfolgenden Injektionen gewöhnlich auf 30 see oder darüber eingestellt, um eine aderige und spaltenförmige Injektion zu vermeiden. Wird dagegen die Härtezeit beispielsweise auf weniger als 30 see eingestellt, so erfolgt das Aushärten des Vermörtelungsmittels bereits nahe dem Injektionsrohr und die nachfolgende Injektion muß durch das Gel des ausgehärteten Vermörtelungsmittels hindurch erfolgen. Infolgedessen kann die nachfolgende Injektion nur unter einem über dem Injektionswiderstand des Gels liegenden Injektionsdruck erfolgen, sodaß der Injektionsdruck größer wird als der Widerstand des Bodens und eine gleichmäßige Tränkung des Bodens durch eine Injektion schwierig wird.

Beispiel

In einem Betonschacht von 350 cm Weite, 600 cm Länge und 300 cm Höhe wurde ein sandiger Boden mit einem Wasserdurchlässigkeits-Koeffizienten von 1,12x10 cm/sec, einer Porosität von 42% und einem Wassergehalt von 13% zu einer Bodenprobe eingestampft. In diesem eingestampften Boden wurde mit einem doppelwandigen Rohr, bestehend aus einem Außenrohr von 45 mm

Außendurchmesser mit einer Bohrkrone am unteren Ende und einem Innenrohr von 20 mm Außendurchmesser mit einem Endglied 5 am unteren Ende ein Bohrloch niedergebracht. Das Endglied 5 trug ^] eine 100 mm lange Gummipackung und Abgabeauslässe für das ^! Vermörtelungsmittel mit einem Durchmesser von jeweils 5 mm_f wobei vier Abgabeauslässe in gleicher Höhe mit einem Winkel von 45° am Umfang und vier derartige Gruppen übereinander angeordnet wurden und zwischen den einzelnen Gruppen jeweils ein Abstand von 20 mm eingehalten wurde. Jede Gruppe der Abgabeauslässe waren mit einem elastischen Ring bedeckt, welcher auf das Endglied 5 aufgeschoben war. Um eine säulenförmige Koagulation mit einer Injektionsverbesserung bei einem Durchmesser von 0,8 m in einem Tiefenbereich von GL (Bodengleiche) von -2,75 bis -0,5 m auszubilden, wurde die Bohr, ng mit dem Doppelrohr zunächst niedergebracht, bis das Ende des Rohres die Bodengleiche von -2,75 m erreichte, woraufhin das Endglied'

2 ' 5 aus dem Außenrohr 6 unter dem Vorschubdruck von 4 kg/cm j herausgeschoben wurde und dann die Packung 7 des Endgliedes 5 unter einem Druck von 4,5 kg/cm
Kompressor 33 aufgebläht wurde.

unter einem Druck von 4,5 kg/cm mittels Preßluft von einem

Alsdann wurde zunächst ein Vermörtelungsmittel auf Wasserglasbasis der Firma MG Rock No.1, der Firma Mitsui Toatsu Chemicals, Inc., Japan durch die Abgabeöffnungen 5 min lang mit einer Abgaberate von 2 l/min injiziert, während die Härtezeit des Vermörtelungsmittels auf 6 min eingestellt wurde. Anschließend wurde 4 min lang mit einer Abgaberate von 8 l/min und weiterhin 4 min lang mit einer Abgaberate von 16 l/min bei gleicher Härtezeit mit einer Gesamtmenge von 106 1 in der

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gleichen Höhe weiter injiziert. Nach der Injektion von 106 1 für den einen Schritt wurde die Druckbeaufschlagung der Packung unterbrochen, um die Packung einziehen zu lassen, woraufhin das Doppelrohr schrittweise um jeweils 50 cm mittels der automatischen Zugmaschine 3 hochgezogen wurde und die gleichen Injektionsgänge in jeder einzelnen Höhe durchgeführt wurden. Die Positionen zum Aufblähen der Packung lagen in vier Höhen von GL = -2,0 m, -1,5 m, -1,0 m und -0,4 m, sodaß sich vier Injektonsschritte ergaben.

Nach Abschluß der Injektion wurde die Bodenprobe zerlegt, um den Injektionszustand des Vermörtelungsmittels zu überprüfen. Es wurde festgestellt, daß das Injektionsmittel in Säulenform mit einem Durchmesser von etwa 80 cm rund um das Injektionsrohr im Tiefenbereich von -2,75 bis 0,5 m gleichmäßig injiziert war. Insbesondere wurde dabei festgestellt, daß selbst bei einer Injektion in geringer Tiefe unter der Bodenoberfläche wie beispielsweise GL -0,5 m kein Vermörtelungsmittel nach oben ausgetreten war. Der tatsächliche Injektionsdruck

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betrug 1,0 bis 2,5 kg/cm während der gesamten Injektionszeit.

Alsdann wurde die Injektion in einer gleichartigen Bodenprobe wie vorstehend mit dem gleichen soppelwandigen Injektionsrohr, jedoch ohne Endglied unter den gleichen Injektionsbedingungen wie vorstehend bezüglich der einzelnen Injektionshöhen, der Härtezeit des Vermörtelungsmittels, der Veränderungen in der Abgaberate und der Injektionsmenge für jeden Schritt durchgeführt. Nach Abschluß der Injektion wurde die Bodenprobe wieder zerlegt, um den Injektionszustand festzustellen. Es

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wurde festgestellt, daß das Vermortelungsmittel sich längs des Injektionsrohres ergossen hatte und praktisch kein verfestigter Boden in einem Tiefenbereich von GL = -2,75 bis -1,0 m vorhanden war und daß in einem Tiefenbereich von -1,0 bis -0,3 m keine säulenförmige gleichmäßige Tränkung des Bodens erfolgt war.

Claims

23, Yotsuya 1-chome, Shinjuku-ku, Tokyo, Japan Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. 2-5, Kasumigaseki 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Tonan Kaihatsu Kogyo Co., Ltd. 44, Kanda Jinbocho 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Verfahren zum Injizieren eines Boden-Vermörtelungsmittels und Vorrichtung zu seiner Durchführung. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Injizieren eines Bodenvermörtelungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt ein Vermörtelungsmittel unter einem gesteuerten Einspritz druck eingespritzt wird, indem die Abgaberate auf einen niedrigen Wert eingestellt wird und dadurch eine im Boden durch diese Injektion zu entwickelnde Zugspannung niedriger gehalten wird als die Zugspannung des Bodens, und ein anfänglicher Injektions-

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bereich ausgebildet wird, in welchem das Vermörtelungsmittel bei einem für die Injektion vorgegebenen Sollbereich in unmittelbarer Nähe eines Injektionsrohres der Boden gleichmäßig getränkt wird, und daß in einem zweiten Schritt das Vermörtelungsmittel unter gesteuertem Einspritzdruck durch kontinuierliche oder schrittweise Erhöhung der Abgaberate derart injiziert wird, daß außerhalb des anfänglichen Injektionsbereiches eine Zugspannung, welche durch dieses weitere Injizieren des Vermortelungsmittels im Boden entwickelt werden soll, niedriger gehalten wird als die Zugfestigkeit im Boden außerhalb dieses anfänglichen Injektionsbereiches, wodurch ein Injektionsbereich gebildet wird, in welchem der Boden weiterhin außerhalb des ursprünglichen Injektionsbereiches gleichmäßig getränkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermörtelungsmittel injiziert wird, während seine Viskosität im wesentlichen konstant gehalten wird, bis der Boden bis zu einer gewünschten Radialentfernung vom Injektionsrohr getränkt ist, und daß das Vermörtelungsmittel dann injiziert wird, während das Mischverhältnis eines Hauptvermortelungsmxttels, eines Härtemittels und eines Zusatzes verändert wird, bis das Vermörtelungsmittel eine für die Injektion vorgesehene äußere Radialentfernung erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei Verwendung eines Injektionsrohres in doppelwandiger Ausführung mit einem Außenrohr und einem Innenrohr das Innenrohr mit einem Endglied verbunden wird, welches eine durch ein Druckmedium aufblähbare I

elastische Packung besitzt, welche mit dem Innenrohr in Verbindung stehende Durchlaßöffnungen aufweist, und dieses Endglied in das Außenrohr eingesetzt wird, wenn mit dem Injektionsrohr die Bohrung niedergebracht ist, und vor der Injektion des Vermörtelungsmittels aus dem Außenrohr herausragt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium kurz nach dem
Herausführen des Endgliedes aus dem Außenrohr in die Packung eingebracht wird und der Innendruck der Packung entsprechend dem Injektionsdruck des Vermörtelungsmittels verändert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 unter Verwendung einer Abdichtpackung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Eintreiben des Injektionsrohres in den Boden, eine Einrichtung zur Herbeiführung eines Wirkungszustandes der Packung, einen Behälter für das
Vermörtelungsmittel, eine Pumpe für die Zufuhr des Vermörtelungsmittels vom Behälter, eine Einstellanordnung zur kontinuierlichen oder schrittweisen Einstellung der Abgaberate
des Vermörtelungsmittels von der Pumpe entsprechend einem
angegebenen Signal, eine in Strömungsrichtung hinter dieser
Einstelleinrichtung vorgesehene, den Einspritzdruck des Vermörtelungsmittels im Injektionsrohr feststellende und dadurch ein vom festgestellten Druck abhängiges Signal erzeugende und einen Aufblasdruck für die Packung einstellende Einrichtung, eine in Strömungsrichtung hinter der Einstelleinrichtung für die Abgaberate vorgesehene, die Fließgeschwindigkeit des Vermörtelungsmittels zum Injektionsrohr feststellende und dadurch ein der festgestellten Fließgeschwindigkeit entsprechendes
Signal aussendende Einrichtung und eine Anzeigeeinrichtung zur

Andrejewsld, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Speicherung einer gewünschten Injektionsmenge und einer vorgegebenen Abgaberate des Vermörtelungsmittels für jede Position des Injektionsrohres, welche der Einstelleinrichtung für die Abgaberate bei Empfang des Signals von der Feststelleinrichtung für die Fließgeschwindigkeit ein Signal liefert, wenn eine entsprechend der vorgegebenen Abgaberate ausgeführte Injektionsmenge die gewünschte Injektionsmenge erreicht, wodurch der zweite Injektionsschritt eingeleitet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermörtelungsmittel-Behälter einen ersten Behälter für das Hauptvermörtelungsmittel, einen zweiten Behälter für ein Härtemittel und einen dritten Behälter für ein Zusatzmittel umfasst, daß die Pumpeneinrichtung aus einer ersten Pumpe für j den ersten Behälter, einer zweiten Pumpe für den zweiten Behälter und einer dritten Pumpe für den dritten Behälter besteht und daß eine vierte Pumpe zur Abgabe einer Mischung ι aus Härtemittel und Zusatzmittel vorgesehen ist, daß die Einstelleinrichtung für die Abgaberate aus einem ersten, einem , zweiten, einem dritten und einem vierten Steuerventil für die . Abgaberate besteht, welche entsprechend an den Druckseiten der j vier Pumpen vorgesehen sind, daß die vierte Pumpe die Mischung über eine mit dem zweiten und dem dritten Steuerventil ver- j bundene Mischleitung empfängt und sie dem Injektionsrohr zu- I führt, daß die Feststelleinrichtung für den Injektionsdruck ι mit wenigstens einer der Abgabeleitungen hinter dem ersten und j dem vierten Steuerventil verbunden ist, daß die Feststellein- j richtung für die Fließgeschwindigkeit mit wenigstens einer der j Abgabeleitungen hinter dem ersten und dem vierten Steuerventil ,

verbunden ist, und daß die Anzeigeeinrichtung eine für die Infiltrierung des Vermörtelungsmittels in den Boden über den gewünschten Radius rund um das Injektionsrohr erforderliche vorgegebene Injektionsmenge speichert und ein Signal liefert, wenn die erforderliche Injektionsmenge erreicht ist, wodurch kontinuierlich und schnell das Mischverhältnis der drei Komponenten des Vermörtelungsmittels veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung als durch ein Druckmedium aufblähbare mechanische Packung ausgebildet ist und am Endglied zusammen mit zwei oder mehr Abgabeauslässen für das Vermörtelungsmittel vorgesehen ist, daß das Endglied am Mundstück des Innenrohres des Injektionsrohres vorgesehen ist und daß das automatische Steuerventil des Behälters für das Druckmedium vor der Injektion des Vermörtelungsmittels geöffnet wird, wodurch das Endglied durch das Druckmedium aus dem Außenrohr herausgedrückt und die Packung aufgebläht wird und die Peststelleinrichtung für den Injektionsdruck diesen Druck feststellt und ein dem festgestellten Druck entsprechendes Signal liefert, wodurch das automatische Steuerventil derart eingestellt wird, daß die Packung entsprechend dem Injektionsdruck des Vermörtelungsmittels aufgeblasen bezw. zusammengezogen wird.■