DE3715287A1 - Verfahren zum verfestigen von bodenabschnitten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten, bei dem ein Bindemittel z.B. Zementsuspension, d.h. Wasser-Zement-Mischungen mit oder ohne Zusätze, unter hohem Druck aus mit Abstand zueinanderliegenden Bohrlöchern ins Erdreich gepreßt wird, wobei die sich aus verschiedenen Bohrlöchern heraus eingepreßten Suspensionsmassen gegenseitig berühren oder durchdringen.

Es ist bekannt, zur Erzeugung von Gründungen in schlechten, wenig tragfähigen Bodenbereichen über die Fläche verteilte Bohrlöcher vorzusehen und aus diesen heraus Zementsuspension mittels einer rotierenden Injektionsvorrichtung einzubringen, die während des Einspritzens unter hohem Druck aus dem Bohrloch herausgezogen wird, so daß sich im Boden Säulen runden Querschnittes ergeben, die aus mit Zementsuspension angereichertem Boden bestehen und sich gegenseitig berühren. Es entsteht hierdurch ein deutlich verfestigter Körper gewünschter Dicke, der geeignet ist, die Lasten der darauf zu errichtenden Bauwerke aufzunehmen und auf den Untergrund zu verteilen. Der Verbrauch an Zementsuspension, die hierbei zur weiteren Lastabtragung nahezu den gesamten Bodenbereich anreichern muß, ist erheblich.

Es ist weiterhin bekannt, zur Verhinderung von Konsolidationssetzungen und Scherbrüchen in weichem Baugrund oder generell zur Verhinderung von rheologischem Fließen ein dem vorstehend beschriebenen ähnlichen Verfahren zum Herstellen von Abdichtmembranen oder Unterfangungskörpern unter Fundamenten anzuwenden, wobei jeweils nur eine Reihe von nahe nebeneinaderliegenden Bohrlöchern verwendet wird, die vertikal,geneigt oder horizontal ins Erdreich eingebracht werden (DE 30 02 680). auch hierbei ist derVerbrauch an Zementsuspension hoch, da mit großer Überdeckung der einzelnen Säulenbereiche gearbeitet werden muß, um keine Schwachstellen in den erzeugten Körpern aufgrund zu großer Entfernung der Bohrlöcher entstehen zu lassen.

Für den zuletzt genannten Anwendungsfall, nämlich zur Herstellung von Unterfangungskörpern, insbesondere zur Verhinderung von Setzungen bei untertägigem Streckenvortrieb, ist es bereits bekannt geworden, unter Verwendung von mehrdüsigen Injektionsvorrichtungen Zementsuspension aus jeweils mit Abstand zueinander liegenden Bohrlöchern in Form von Lamellen ins Erdreich zu pressen, wobei sich aus benachbarten Bohrlöchern heraus erzeugte Lamellen gegenseitig berühren, so daß eine doppellagige Faltwand entsteht (DE 35 43 059). Die auftretenden Kräfte wirken dabei quer zur Richtung der Lamellen, so daß die mögliche Belastbarkeit eher geringer zu schätzen ist und Mittel für nachträgliche Injektion weiterer Zementsuspension vorgesehen sind.

Es ist darüberhinaus bekannt, ein ähnlich aufgebautes wandartiges Gebilde, wenn auch unter Verwendung anderer in den Boden einzubringender Materialien, zur Schaffung von Decken über Tunnelröhren oder anderen Untertagebauwerken zu verwenden (DE 35 01 128). Hierbei steht allerdings die Abdichtfunktion im Vordergrund. Die Belastung durch den Grundwasserdruck bei schrägliegenden Wänden verläuft auch hier wieder quer zur Lamellenrichtung. Die Anwendung dieses Verfahrens in einem praktischen Anwendungsfall ist im Prospekt der Anmelderin M 690.Bb60/6.0886 beschrieben.

Von der Aufgabenstellung her sind die zuletzt genannten Verfahren (DE 30 02 680, DE 35 43 049, DE 35 01 128) mit dem Einsatzgebiet und der Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung nicht zu vergleichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, nach dem mit geringem Materialaufwand in große Tiefe reichende Bodenverfestigungen als Gründungsmaßnahmen für die Errichtung von Bauwerken möglich sind. Die Lösung liegt in einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die Bohrlöcher gleichmäßig über eine Fläche verteilt sind und die Zementsuspension mittels ein- oder mehrdüsiger Injektionsvorrichtungen in Form von Lamellen ins Erdreich gepreßt wird und die Lamellen eine parallelwandige flächenhafte geschlossene Wabenstruktur bilden, wobei sich insbesondere aus verschiedenen Bohrlöchern heraus erzeugte Lamellen gegenseitig berühren oder durchdringen.

Gegenüber bekannten Verfahren dieser Art, die eine Durchdringung des gesamten Erdreichs mit der Zementsuspension erfordern, wird hiermit ein materialsparendes nach Wunsch tiefgründendes Verfahren bereitgestellt, dessen Ergebnis eine in sich geschlossene feste Wabenstruktur bildet, die die auftretenden Kräfte, nämlich seitliche Bodenlasten und zusätzliche Auflasten, in günstiger Weise, nämlich in Längsrichtung der Lamellen auffängt, so daß Beschädigungen und damit unerwünschte Senkungen nicht zu erwarten sind. Lamellen und Erdreich bilden hierbei ein sich gegenseitig festigendes einheitlich tragendes Verbundsystem. Die Richtung der Lamellen ist bevorzugt lotrecht. Die Lamellen können in an sich bekannten Injektionsverfahren und mit bekannten Vorrichtungen aus ein- oder mehrdüsigen Vorrichtungen mittels eines reinen Zementsuspensionsstrahles (Single Jet), mit einem luftummantelten Zementsuspensionsstrahl (Double Jet) oder mit einem luftummantelten Wasserstrahl und separatem Zementsuspensionsstrahl (Triple Jet) erzeugt werden, was im wesentlichen von der Bodenart und der gewünschten Eindringtiefe des Strahls ins Erdreich abhängt.

Es können mit einstrahligen Injektionsvorrichtungen jeweils mehrere Lamellen nacheinander unter wiederholtem Ziehen der Vorrichtung und Verdrehen um einen Winkel aus einem Bohrloch erzeugt werden, während bei mehrdüsigen Injektionsvorrichtungen jeweils nur ein Ziehvorgang zur Erzeugung mehrerer Lamellen von unten nach oben erforderlich ist.

In günstiger Weise wird der Druck so gewählt, daß Lamellen mit einer Eindringtiefe von 0,5 bis 1,5 m erzeugt werden, wobei sich in Wechselwirkung mit dem eingeschlossenen Erdreich ein stabiles Faltwerk ergibt.

Die verwendeten Suspensionsmengen sind so zu bemessen, daß sich ein Volumenverhältnis zwischen den erhaltenen Lamellen und dem eingeschlossenen Erdreich von 1 : 5 bis 1 : 30 ergibt. In Abstimmung zur Lamellenbreite ist hiermit mit geringen Suspensionsmengen die gewünschte Tragfähigkeit zu erzielen.

Unter dem Gesichtpunkt eines vereinfachten Verfahrensablaufs werden die Lamellen bevorzugt nacheinander reihenweise aus nebeneinander liegenden Bodenlöchern hergestellt. Eine günstige Abwandlung kann darin bestehen, das Verfahren so durchzuführen, daß die Lamellen nacheinander in geschlossenen Linien von außen nach innen erzeugt werden bzw. die Bohrlöcher in dieser Reihe gesetzt werden, um eine besondere Bodenverdichtung nach innen hin zu erzeugen. Ebenso kann eine Umkehrung dieses Verfahrensablaufes unter Verzicht auf eine solche Bodenverdichtung gewählt werden.

Ob ein reiner Bodenaustausch durch die Lamellen erfolgt oder eine teilweise oder vollständig stattfindende Durchmischung mit dem Erdreich ist teilweise von der Bodenart abhängig, kann aber wesentlich von der Art der Einspritzung beeinflußt werden.

In besonders günstiger und neuartiger Weise kann es vorgesehen werden, Armierungen einzubringen, die nicht nur die Bohrlöcher, sondern insbesondere die Lamellen erfassen, d. h. die also bevorzugt mit sternförmigem Querschnitt ausgestaltet sind.

Eine weitergehende günstige Ausbildung des vorstehend genannten Verfahrens geht dahin, die Lamellen an ihrem oberen Ende bzw. in Erdoberflächennähe mit einer, die Waben schließenden Abdeckung zu versehen. Es ist nachvollziehbar, daß hierbei die Struktur, die grundsätzlich durch die Wabenform große Festigkeit aufweist, eine besondere zusätzliche Versteifung erhält. Besonders günstig ist diese Abwandlung des Verfahrens in solchen Fällen, wo anschließend eine Aufschüttung, z. B. in Form eines Dammes erfolgen soll, da hierbei verhindert werden kann, daß Setzbewegungen des Erdreichs in die oben offenen Lamellen hinein erfolgen.

Ein Sacken der gesamten in Wabenform ausgeführten Struktur, das grundsätzlich nicht zu erwarten ist, kann in günstiger Weise mit vergrößerter Sicherheit dadurch ausgeschlossen werden, daß die Lamellen an ihrem unteren Ende mit einer die Waben abschließenden Platte versehen werden.

Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung solcher oberen oder unteren Platten besteht darin, die Injektionsvorrichtungen mit einer oder mehreren umfangsverteilten Düsen in einer Ebene rotieren zu lassen, so daß durch die Überdeckung der Strahlen aus benachbarten Bohrlöchern eine geschlossene Schicht erzeugt wird. In gleicher Weise sind nach diesem Verfahren in verschiedenen Bodenhöhen Zwischenschichten darzustellen, die insgesamt zu einem geschlossenporigen Gebilde großer Stabilität führen, das auf diese Weise z. B. auch als Auftriebskörper wirken kann.

An die Stelle einer oberen Abdeckung, die nach den vorstehend genannten Verfahren erzeugt werden kann oder in bekannter Weise aufgegossen oder aufgespritzt werden kann, ist es auch möglich, eine abdeckende Plane oder ein abdeckendes Netz an der Oberfläche aufzubringen.

Eine besondere Festigkeit der gesamten Struktur läßt sich dadurch erzielen, daß sich drei oder mehr aus benachbarten Bohrlöchern erzeugte Lamellen entlang einer gemeinsamen Schnittlinie überschneiden.

Ein besonders enges und stabiles Faltwerk entsteht dann, wenn die Schnittpunkte mehrerer Lamellen mit dem Bohrloch für eine Gruppe weiterer Lamellen übereinstimmt.

Das Prinzip der vorstehenden Erfindung wird anhand mehrerer Zeichnungen dargestellt, die in idealisierter Weise das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens in horizontalen Bodenschnitten wiedergeben. Einander entsprechende Einzelheiten sind in den Fig. 1 bis 3 mit gleichen Ziffern wiedergegeben.

Es ist jeweils ein Raster von Bohrlöchern 10 gezeigt, das sich flächenhaft erstreckt, sowie davon ausgehend durch umfangsverteilte oder winkelverstellte Düsen von in die Bohrlöcher 10 eingeführten, nicht dargestellten Injektionsvorrichtungen erzeugte sternförmig angeordnete Lamellen 20, die sich in ihren Endbereichen überschneiden und auf diese Weise eine geschlossene Wabenstruktur bilden.

In Fig. 1 gehen jeweils drei Lamellen 20 von einem Bohrloch 10 aus, die untereinander 120° Abstandswinkel haben. Es entsteht im Querschnitt die sechseckige Wabenform im engeren Sinne.

In Fig. 2 ist bei Verwendung der gleichen Injektionsvorrichtung und des gleichen Abstandswinkels der von einem Bohrloch 10 ausgehenden Lamellen 20 der Abstand der Bohrlöcher 10 untereinander verringert, wobei sich mehrere Lamellen 20 mit ihren Endbereichen jeweils mit einem benachbarten Bohrloch 10 schneiden.

Die Querschnittsfläche der Wabenstruktur aus Fig. 1 ist hierbei zu Dreiecken mit einem sechstel der ursprünglichen Fläche reduziert.

In Fig. 3 sind Bohrlöcher 10 gezeigt, von denen Lamellen 20 im Querschnitt kreuzförmig ausgehen; es entstehen im Querschnitt von jeweils vier Lamellen eingeschlossene quadratische Felder.

Abwandlungen der vorstehenden Ausführungen stehen dem Fachmann ohne weiteres zur Verfügung.

Claims (16)

1. Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten, bei denen flüssige Bindemittel, z.B. Zementsuspension, unter hohem Druck aus mit Abstand zueinanderliegenden Bohrlöchern ins Erdreich gepreßt wird, wobei sich aus verschiedenen Bohrlöchern heraus eingepreßte Suspensionsmassen gegenseitig berühren oder durchdringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher gleichmäßig über eine Fläche verteilt sind und die Bindemittelsuspension mittels ein- oder mehrdüsiger Injektionsvorrichtungen in Form von Lamellen ins Erdreich gepreßt wird und die Lamellen eine parallelwandige, flächenhaft geschlossene Wabenstruktur bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich drei oder mehr Lamellen entlang einer gemeinsamen Schnittlinie berühren oder überschneiden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Bohrloch für eine Gruppe erster Lamellen mit der Schnittlinie einer Gruppe weiterer Lamellen zusammenfällt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schnittlinie einer Gruppe erster Lamellen mit einem Bohrloch für eine Gruppe weiterer Lamellen zusammenfällt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen im wesentlichen senkrecht erzeugt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen der Reihe nach aus linear angeordneten Bohrlöchern erzeugt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen aus ringförmig angeordneten Bohrlöchern nacheinander von außen nach innen oder von innen nach außen erzeugt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen an ihrem oberen Ende bzw. in Erdoberflächennähe mit einer abdeckenden, die Wabenstruktur verschließenden Platte versehen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen an ihrem oberen Ende bzw. in Erdoberflächennähe mit einem die Wabenstruktur überspannenden Netz oder einer Plane abgedeckt werden.

10 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen an ihrem unteren Ende mit einer die Waben abschließenden Platte versehen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen über mehrere Zwischenschichten zu einem räumlich geschlossenporigen Gebilde verbunden werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lamellen verbindenden Platten oder Zwischenschichten durch Drehen der mit Düsen versehenen Injektionsvorrichtungen in einer bestimmten Bodentiefe in allen Bohrlöchern erzeugt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis zwischen der zu Lamellen erhärteten Zementsuspension und dem eingeschlossenen Boden 1 : 5 bis 1 : 30 beträgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenbreite (Erstreckung in horizontaler Richtung) zwischen 0,5 und 1,5 m beträgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die Raumstruktur aus verfüllten Bohrlöchern und Lamellen säulenartige, im Querschnitt sternförmige Armierungen eingebracht werden, die die Lamellen zumindest teilweise mit erfassen.

16. Raumstruktur, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch ein miteinander in Verbindung stehendes System von Armierungen in sich berührenden oder überschneidenden Lamellen.