DE3521434C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Injektionsverfahren zur Boden­ verbesserung im Lockergestein gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 8.

Bei einem von der Anmelderin entwickelten bekannten Ver­ fahren der gattungsgemäßen Art (DE-OS 33 07 619) erfolgt die zwischen den beiden einzelnen Ventilrohren des Zwil­ lingsventilrohres stattfindende Vermischung der Injek­ tionsflüssigkeiten gleichsam unkontrolliert, da diese In­ jektionsflüssigkeiten jeweils gesondert für sich aus den einzelnen Ventilrohren ausgetragen werden und somit nach dem Austritt unkontrollierten Einflüssen, in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit usw., unterliegen können, welche die Vermischung zu beeinträchtigen vermögen. Es ist jedoch außerordentlich erwünscht, eine innerhalb kurzer Zeitdauer sowie mit hohem Reaktionswirkungsgrad erfolgende Vermischung der Injektionsflüssigkeiten zu erzielen, um ein unkontrolliertes Verhalten der gebildeten Flüssigkeitsmischung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Ver­ fahren sowie die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art der­ art weiterzubilden, daß die Injektionsflüssigkeiten im Augenblick des Austretens mit Sicherheit zwangsweise intensiv vermischt werden und eine solche Zusammensetzung aufweisen, daß sie in kurzer Zeit, d. h. schlagartig, sowie mit hohem Wirkungsgrad miteinander reagieren und eine Spontanerhärtung bewirken.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den Ansprüchen 2-7 beschrieben.

Die Merkmale der zur Durchführung des Verfahrens geschaf­ fenen Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in Anspruch 8 angegeben. Zweckmäßige Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen enthalten.

Mit dem erfindungsgemäß geschaffenen Verfahren und der Vorrichtung ist die gestellte Aufgabe nicht nur in wenig wasserdurchlässigen, sondern auch in wasserundurchlässi­ gen, d. h. bindigen Böden und sogar in wasserempfindlichen Böden mit Vorteil lösbar. Dies ist deswegen von besonde­ rer Bedeutung, weil sich die häufigsten Bauwerkssetzungen bei wasserempfindlichen Böden ergeben, die im allgemeinen einen hohen, fallweise organischen Schluff- und Tonanteil haben können.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt demgemäß ein Injek­ tionsverfahren zur Bodenverbesserung im Lockergestein durch Einpressen schnellerhärtender Injektionsflüssigkei­ ten unterschiedlicher Zusammensetzung (Zwei-Komponenten- Injektionsmassen) in solche Bodenschichten dar, die sich mit den bekannten konventionellen Verfahren nicht verbes­ sern lassen. Somit wird eine Baugrundverbesserung durch eine Zwei-Komponenten-Verpressung erzielt, wobei die ver­ wendeten Zwillingsventilrohre ein separates Einleiten der Verpreßstoffe bis in den Behandlungsbereich des Bodens erlauben und erst in einer Mischkammer, die jeder Verpreßstufe zugeordnet ist, zusammengeführt werden.

Durch den Einbau von mechanisch ausdrückbaren Sperrschei­ ben in die Zwillingsventilrohre wird im Rahmen einer Vor­ injektion ein packerloses Verpressen ermöglicht. Hierbei begrenzen die Sperrscheiben jede Einpreßstufe bei der von oben nach unten durchgeführten Verpreßfolge.

Die verwendeten Einpreßmittel sowie das in den Bohrloch­ ringraum eingefüllte Sperrmittel bilden insgesamt einen Feststoffschaum, der überschüssiges Wasser aus den Ein­ preßstoffen, jedoch auch freiwerdendes Porenwasser aus der Bodenverdichtung absorbiert.

Zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden im Behandlungsbereich des Bodens entsprechende Bohrlöcher hergestellt, und zwar in Abhängigkeit von der Aufgaben­ stellung entweder vertikal und/oder geneigt, wobei dies mit oder ohne Stützflüssigkeit erfolgen kann. In diese Bohrungen werden dann die erfindungsgemäß ausgestalteten Zwillingsventilrohre eingesteckt, die jeweils mit Rück­ schlagventilen, gebildet durch abstandsweise angeordnete Öffnungen in der jeweiligen Ventilrohrwand sowie diese überdeckende Ventilmanschetten aus Gummi o. dgl., ausgerü­ stet sind. Der Innendurchmesser der Zwillingsventilrohre kann in der Größenordnung von 20-50 mm liegen, während der Ventilabstand, d. h. der Abstand zwischen den einzel­ nen Ventilbereichen, zweckmäßigerweise im Größenbereich von 33-100 cm liegt.

Die Mischkammer, die jeden Ventilbereich umschließt, kann in Weiterbildung der Erfindung als Ventilrohrklammer aus­ gebildet sein, um die beiden das jeweilige Zwillingsven­ tilrohr bildenden Ventilrohre fest miteinander zu verbin­ den.

Nach dem Einstecken der Zwillingsventilrohre in die Bohr­ löcher wird der verbleibende Bohrlochringraum mit einem Sperrmittel ausgefüllt. Dieses kann aus einer Suspension bestehen, die sich aus Wasser, Bentonit, Zement und einem Füller zusammensetzt. In wasserempfindlichen Böden kann als Sperrmittel zum Ausfüllen des Bohrlochringraums ein Feststoffschaum verwendet werden, der überschüssiges Was­ ser aufnimmt und dieses aufgrund der dem Feststoffschaum eigenen Drainagewirkung ableitet. Dieser wasserdurchläs­ sige Festschaum kann beisp. durch Zusatz von 1-3 Gew.-% Aluminiumpulver zum Sperrmittel, bezogen auf den Zementgehalt der Sperrmittelsuspension, im Bohrlochringraum erzeugt werden.

Die Zwillingsventilrohre können aus einzelnen Ventilrohr­ abschnitten zusammengesetzt sein, die miteinander ver­ schraubt sind. Zweckmäßigerweise ist hierbei jeder Ventilrohrabschnitt gegenüber dem benachbarten Abschnitt durch eine Sperrscheibe abgetrennt, die einen ansonsten erforderlichen Einfachpacker ersetzt und mechanisch von ihrem Sitz nach unten ausdrückbar ist.

Somit kann im Rahmen der Erfindung stufenweise von oben nach unten packerlos eine Vorinjektion erfolgen. Zu die­ sem Zweck wird vor dem Beginn der nächsten Injektionsstu­ fe die Sperrscheibe mechanisch aus ihrem Sitz gedrückt. Auf diese Weise können einzelne Injektionsstufen ohne den höheren Arbeitsaufwand des ansonsten erforderlichen Set­ zens von Packern schneller durchgeführt werden. Um die Injektionsflüssigkeiten unterschiedlicher Zusammensetzung in die Zwillingsventilrohre einleiten zu können, sind diese vorteilhafterweise mit je einer Injektionsleitung über je einen Einfachpacker bei der Vorinjektion fest verbunden und über jeweilige Doppelpacker bei der Haupt- bzw. Nachinjektion lösbar in vorbestimmter Tiefe verbun­ den. Hierbei kann dann die Verbindung der Zwillingsventilrohre mit der jeweiligen Injektionsleitung über die Doppelpacker beliebig oft erfolgen.

Wie schon erwähnt, sind bei dem erfindungsgemäß vorgese­ henen Zwei-Komponenten-Einpreßverfahren die aus den Aus­ trittsöffnungen der voneinander getrennten Ventilrohrstu­ fen unter dem Druck von Injektionspumpen ausfließenden Flüssigkeiten von unterschiedlicher Zusammensetzung. Hierbei wird als Zusammensetzung für die eine der beiden unterschiedlichen Injektionsflüssigkeiten im wesentlichen eine Bindemittelsuspension oder -lösung verwendet, wäh­ rend für die andere Injektionsflüssigkeit im wesentlichen eine die Spontanerhärtung in der Mischkammer auslösende Mischung zur Anwendung gelangt. Diese beiden unterschied­ lich zusammengesetzten Injektionsflüssigkeiten werden dann im Zeitpunkt des Ausströmens aus den Rückschlagven­ tilen in der umgebenden Mischkammer zwangsweise intensiv vermischt und bilden momentan einen Feststoffkörper. Die derart hergestellten Feststoffkörper durchbrechen sodann das die Mischkammer umgebende Sperrmittel und brechen den anstehenden Boden an gezielter Stelle in vorgegebener Höhe und Eindringtiefe auf sowie verdrängen und verdichten den Boden.

Die beiden Injektionsflüssigkeiten unterschiedlicher Zu­ sammensetzung können in konkreter Ausgestaltung der Erfindung einerseits aus Wasser, Zement sowie Füllmittel und andererseits aus Wasser, Tonerdeschmelz sowie Zement bestehen. Statt dessen kann auch die eine der beiden Injektionsflüssigkeiten aus Wasserglas und einem Füllmittel bestehen, während die andere Injektionsflüssigkeit eine Calciumchlorid- oder Aluminiumsulfatlösung sein kann.

In jedem Fall ist nach Aushärtung der verpreßten Injek­ tionsflüssigkeit ein fester, fallweise mit feinen Poren durchsetzter, schaumartiger und belastbarer Verfesti­ gungskörper entstanden, dessen Porenvolumen das überschüssige Wasser aufnimmt. Dieser Verfestigungskörper verdichtet den umgebenden Behandlungsbereich, durchdringt ihn teilweise und bildet ein tragfähiges Bindemittelgerüst aus. Darüber hinaus wird durch den Feststoffeintrag ein ansonsten auftretender Bodenentzug kompnsiert. Hierdurch werden Setzungen gestoppt, und der Boden wird zu erwünschten Hebungen veranlaßt.

Einer der wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es anstelle von Chemikalinjektionen den Einsatz von umweltfreundlichen anorganischen Bindemitteln auf der Basis Zement und Wasserglas erlaubt und außerordentlich leicht den unterschiedlichen bodenmechanischen Eigenschaften des Baugrundes, wie Wasserdurchlässigkeit und Bindigkeit, angepaßt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch im Schnitt teilweise perspekti­ visch ein Beispiel für die Anwendung des Ver­ fahrens bzw. der Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung zum Ausgleich von Setzungen eines Bau­ werks;

Fig. 2 schematisch im Schnitt die Injektionsvorrich­ tung vor der Einleitung der Injektionsflüssig­ keiten und

Fig. 3 während der Einleitung der Injektionsflüssig­ keiten;

Fig. 4 einen horizontalen Querschnitt durch die Vor­ richtung gemäß Linie IV-IV nach Fig. 3 und

Fig. 5 schematisch im Schnitt die Injektionsvorrich­ tung mit in die Zwillingsventilrohre einge­ führten Injektionsleitungen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, soll ein Bauwerk 1, das auf­ grund unzureichender Tragfähigkeit des Bodens 2 Setzungen gemäß der angedeutet dargestellten gestrichelten Linie 3 erfahren hat, durch entsprechende Baugrundverfestigung wieder in Pfeilrichtung 4 angehoben werden. Zu diesem Zweck werden von einer geeigneten Stelle 5 aus in die zu behandelnde Bodenschicht 6, die beim dargestellten Bei­ spiel aus humosem Schluff besteht, Bohrlöcher 7 vertikal und/oder geneigt eingebracht, und zwar je nach den vorliegenden Bedingungen mit oder ohne Stützflüssigkeit.

In die Bohrlöcher werden sodann gleitend Zwillingsven­ tilrohre 8 eingesteckt, die gemäß Fig. 2-5 jeweils aus zwei Ventilrohren 8 a, 8 b bestehen und fest miteinander verbunden sind. Zu diesem Zweck sind Befestigungsmittel in Form von Ventilrohrklammern vorgesehen, die im Abstand voneinander angebracht sind und die jeweiligen Einzelven­ tilrohre 8 a, 8 b zur Bildung der Zwillingsventilrohrein­ heit 8 umklammern.

Die Zwillingsventilrohre 8 sind jeweils aus einzelnen Ventilrohrabschnitten 9 zusammengesetzt, die über eine Schraubverbindungsstelle 10 miteinander verschraubt sind.

Wie deutlich aus der Zeichnung ersichtlich, weisen die Zwillingsventilrohre 8 im Abstand voneinander Ventilbe­ reiche 11 auf, die dadurch gebildet sind, daß die einzel­ nen Ventilrohre 8 a, 8 b an ihrem Umfang mit verteilten Öffnungen 12 versehen sind, die als Ventilauslaß dienen. Diese Ventilöffnungen 12 sind im jeweiligen Ventilbereich 11 durch eine jedem Einzelventilrohr 8 a, 8 b zugeordnete Ventilmanschette 13, beispielsweise aus Gummi bestehend, abgedeckt, so daß dadurch im jeweiligen Ventilbereich 11 Rückschlagventile gebildet sind, die den Austritt von In­ jektionsflüssigkeit aus den Zwillingsventilrohren 8 erlauben, deren Rückfluß in die Zwillingsventilrohre 8 jedoch verhindern.

Die jeweils benachbarten Ventilbereiche 11 der eine Zwil­ lingsventilrohreinheit 8 bildenden Ventilrohre 8 a, 8 b sind durch eine Mischkammer 14 umschlossen, die beim dar­ gestellten Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Ventil­ rohrklammer ausgebildet ist. Wie besonders deutlich aus Fig. 4 ersichtlich, liegt die Mischkammer 14 den einander abgekehrten Flächen der Ventilmanschetten weitgehend an und ist lediglich an der einander zugekehrten Umfangswand der beiden Ventilrohre 8 a, 8 b oben und unten geöffnet. Die entsprechenden, nach außen führenden Öffnungen der Mischkammer 14 können jedoch auch an geeigneter anderer Stelle angeordnet sein.

Die jeweiligen Ventilrohrabschnitte 9 sind durch eine Sperrscheibe 15 abgedichtet voneinander getrennt, wobei diese Sperrscheibe 15 im unteren Bereich der Mischkammer 14 angeordnet und in einen entsprechenden Innenumfangs­ schlitz 16 der Ventilrohre 8 a, 8 b, der als Sperrscheiben­ sitz dient, lösbar eingesetzt ist. Dadurch ist die Sperr­ scheibe 15 auch mechanisch von ihrem Sitz 16 nach unten ausdrückbar.

Wie deutlich aus Fig. 3 und 5 ersichtlich, werden die je­ weiligen Injektionsflüssigkeiten in die Zwillingsventil­ rohre 8 über Injektionsleitungen 17 eingeleitet, die an geeigneter Stelle Austrittsöffnungen 18 aufweisen. Diese Injektionsleitungen 17 sind bei Bedarf mit Einfachpackern 19 oder mit Doppelpackern versehen und hierdurch mit den jeweiligen Zwillingsventilrohren 8 verbunden.

Zur Durchführung des Injektionsverfahrens werden die Zwillingsventilrohre 8 in die Bohrlöcher 7 im Behandlungsbereich 6 des Bodens 2 gesteckt. Darauf wird der zwischen den Zwillingsventilrohren 8 und der Bohrlochwand 20 verbleibende Bohrlochringraum 21 mit einem Sperr- bzw. Dichtungsmittel 22 ausgefüllt. Dieses Sperrmittel 22 kann eine Suspension aus Wasser, Bentonit, Zement und einem Füller sein; jedoch kann bei wasserempfindlichen Böden als Sperrmittel 22 zum Ausfüllen des Bohrlochringraums 21 ein Feststoffschaum verwendet werden, der überschüssiges Wasser aufnimmt und dieses durch seine Drainagewirkung ableitet. Dieser Wasserdurchlässige Feststoffschaum kann durch Zusatz von 1-3 Gew.-% Aluminiumpulver zum Sperrmittel 22, bezogen auf den Zementgehalt der Sperrmittelsuspension, im Bohrlochringraum 21 erzeugt werden.

Danach werden in die Zwillingsventilrohre 8 über die je­ weilige Injektionsleitung 17 gesondert zwei Injektions­ flüssigkeiten 23, 24 unterschiedlicher Zusammensetzung eingeleitet, die aus den Austrittsöffnungen 18 der Injek­ tionsleitungen 17 austreten und über die Ventilöffnungen 12 ins Innere der Mischkammer 14 gelangen. Bei der Erst- bzw. Vorinjektion befindet sich hierbei jeweils noch die Sperrscheibe 15 auf ihrem Sitz 16, so daß die erforderli­ che Abdichtung nach unten gegeben ist, während die Abdichtung nach oben durch einen geeigneten Einfachpacker 19 bewirkt werden kann, der das Innere der Zwillingsventilrohre 8 mit der jeweiligen Injektionsleitung 17 verbindet (siehe beisp. Fig. 5). In der Mischkammer 14 werden die beiden unterschiedlichen Injektionsflüssigkeiten 23, 24 zusammengeführt und zwangsweise intensiv vermischt, wodurch sie momentan Feststoffkörper 25 bilden. Diese durchbrechen beim Austritt aus der Mischkammer 14 (siehe Fig. 4) das umgebende Sperrmittel 22 und brechen den anstehenden Boden 2 an gezielter Stelle in vorgegebener Höhe sowie Eindringtiefe auf sowie verdrängen und verdichten diesen. Nach endgültiger Aushärtung der beiden Injektionsflüssig­ keiten 23, 24 ist dann ein fester, fallweise mit feinen Poren durchsetzter, schaumartiger, belastbarer Verfesti­ gungskörper 26 (siehe Fig. 1) entstanden, dessen Porenvolu­ men das überschüssige Wasser aufnimmt, und der den ihn um­ gebenden Behandlungsbereich 6 verdichtet. Dadurch werden die vorher gemäß der gestrichelten Linie 3 aufgetretenen Setzungen des Bauwerks 1 gestoppt und erwünschte Hebungen in Pfeilrichtung 4 veranlaßt.

Claims (11)

1. Injektionsverfahren zur Bodenverbesserung im Locker­ gestein, insbesondere zur Verfestigung von wenig was­ serdurchlässigen und/oder wasserundurchlässigen, d. h. bindigen Böden, bei dem in vertikal und/oder geneigt im Behandlungsbereich des Bodens vorgesehene Bohrlöcher gleitend Zwillingsventilrohre eingesteckt und nach dem Ausfüllen des zwischen den Zwillingsventilrohren und der Bohrlochwand verbleibenden Bohrlochringraums mit einem Sperr- bzw. Dichtungsmittel in die Zwillingsven­ tilrohre über je eine Injektionsleitung gesondert Injektionsflüssigkeiten unterschiedlicher Zusammenset­ zung eingeleitet werden, die beim Austritt aus den Rückschlagventilen der Zwillingsventilrohre vermischt werden sowie momentan Feststoffkörper bilden, wobei die derart hergestellten Feststoffkörper das umgebende Sperr- bzw. Dichtungsmittel durchbrechen und den anste­ henden Boden gezielt in vorgegebener Höhe sowie Ein­ dringtiefe aufbrechen, verdrängen und verdichten, dadurch gekennzeichnet,
daß die in die Bohrlöcher (7) gleitend eingesteckten Zwillingsventilrohre (8) fest miteinander verbunden und durch eine Mischkammer (14) umschlossen sind, in der die aus den Rückschlagventilen (12, 13) der Zwillingsventilrohre (8) austretenden Injektionsflüssigkeiten (23, 24) unterschiedlicher Zusammensetzung zusammengeführt und zwangsweise intensiv vermischt werden,
und daß als Zusammensetzung für eine der beiden unter­ schiedliche Injektionsflüssigkeiten (23) im wesentlichen eine Bindemittelsuspension oder -lösung und für die andere Injektionsflüssigkeit (24) im wesentlichen eine die Spontanerhärtung in der Mischkammer (14) auslösende Mischung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Injektionsflüssigkeit (23) aus Wasser, Ze­ ment sowie Füllmittel und die andere Injektionsflüssig­ keit (24) aus Wasser, Tonerdeschmelz sowie Zement zu­ sammengesetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Injektionsflüssigkeit (23) aus Wasserglas so­ wie Füllmittel und die andere Injektionsflüssigkeit (24) aus einer Claciumchlorid- oder Aluminiumsulfatlösung besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Hauptinjektion durch die Zwillingsventil­ rohre (8) eine Vorinjektion stufenweise von oben nach unten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorinjektion packerlos unter Verwendung ledig­ lich einer Sperrscheibe (15) durchgeführt wird, die den jeweiligen Zwillingsventilrohrabschnitt (9) nach unten abdichtet und vor Beginn der nächsten Injektionsstufe aus ihrem Sitz (16) gedrückt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrscheibe (15) mechanisch aus ihrem Sitz (16) gedrückt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwillingsventilrohre (8) mit je einer Injek­ tionsleitung (17) über je einen Einfachpacker (19) bei der Vorinjektion fest verbunden und über jeweilige Dop­ pelpacker bei der Haupt- bzw. Nachinjektion lösbar in vorbestimmter Tiefe verbunden werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer zum Einleiten von Injektionsflüssigkeit in den zu behandelnden Boden die­ nenden Injektionseinrichtung, die wenigstens ein aus zwei Ventilrohren gebildetes Zwillingsventilrohr mit im Abstand voneinander angeordneten Rückschlagventilen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilrohre (8 a, 8 b) des Zwillingsventilrohrs (8) fest miteinander verbunden und im jeweils benachbarten Ventilbereich (11) durch eine Mischkammer (14) umschlossen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (14) gleichzeitig als Ventilrohr­ klammer ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zwillingsventilrohr (8) aus einzelnen Ventil­ rohrabschnitten (9) gebildet ist, die einzeln mitein­ ander verschraubt und jeweils durch eine Sperrscheibe (15) abgedichtet voneinander getrennt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrscheibe (15) mechanisch von ihrem Sitz (16) nach unten ausdrückbar ist.