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Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zum Behandeln von Böden mit
einem oder mehreren Drehstrahlen.
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Das Verfahren zum Behandeln von Böden mit einem oder mehreren Drehstrahlen ist
bekannt und wird zur Herstellung von Verstärkungselementen in Form von Säulen und
Dichtungsschichten in der Masse eines durchlässigen Bodens verwendet.
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Beim Strahlverfahren wird ein exogenes Material oder ein Vergußmaterial in den
betreffenden Boden von Bohrlöchern aus in Form wenigstens eines in geeigneter Weise
ausgerichteten Hochgeschwindigkeitsstrahls eingebracht, der im Verlauf seiner Bahn
die Struktur des Bodens an dieser Stelle auflöst und, je nach Art des Bodens, vermischt
sich das Material mit den Elementen des Bodens und führt nach dem Abbinden zur
Bildung eines Erdmörtels oder -betons (beispielsweise bei Kies- oder Sandböden) oder
es verdrängt auf einfache Weise den Boden völlig und führt nach dem Abbinden zur
Bildung einer gehärteten Vergußmasse (beispielsweise bei Lehmböden). Der Strahl
oder die Strahlen hat/haben einen bestimmten Aktionsradius, der von der Fördermenge,
dem Arbeitsdruck und den Eigenschaften des Bodens abhängt. Wenn das die Bildung
des Strahls bewirkende Werkzeug in dem Bohrloch in eine langsame
Rotations-Translationsbewegung versetzt wird, ergibt sich ein mehr oder weniger zylindrisches
Volumen behandelten Bodens, dessen Ausmaß dem Aktionsradius des Strahls unter den
betreffenden Bedingungen und dessen Höhe dem Translationsbewegungsbereich
entspricht.
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Es ist leicht verständlich, daß es auf diese Weise möglich ist, durch dieses
Strahlverfahren im wesentlichen horizontal verlaufende Dichtungsschichten auszubilden,
indem mehrere zylindrische Elemente (oder Säulen) solchermaßen über eine gewisse
Höhe behandelten Bodens aneinanderliegend angeordnet werden, wobei diese über ein
Netzwerk von im wesentlichen vertikalen parallelen Bohrlöchern hergestellt werden
deren Dichte derart gewahlt ist, daß sich die Elemente oder Säulen zur Bildung eines
durchgehenden Festkörpers überdecken.
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Die verwendeten Strahlen können verschiedenen Typs sein, das heißt, sie können ein
einfacher Strahl eines Vergußmaterials vom mineralischen Typ oder ein Strahl aus
Vergußmaterial, der von einem ringförmigen Lufistrahl umgeben ist, um den
Wirkungsbereich zu vergrößern, oder eine Verbindung aus einem von einem ringförmigen
Luffstrahl umgebenen Wasserstrahl, der die Destrukturierung des Bodens bewirkt, und
einem gesonderten Vergußmaterialstrahl sein, der üblicherweise auf einer unterhalb des
Wasserstrahls gelegenen Höhe vorgesehen ist.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird üblicherweise eine Vorrichtung verwendet, die
eine Zentrale zur Herstellung eines Vergußzements aufweist, welche eine oder mehrere
Pumpen mit der Vergußmasse speist, die über eine Drehverbindung mit einem
Rohrstrang verbunden sind, welcher in die vertikale Bohrung, in der die Behandlung mit
dem Strahl erfolgen soll, eingeführt ist. Der Bohrstrang kann durch einen rotierenden
hydraulischen Kopf der das obere Ende des Bohrstrangs klemmt und selbst auf einer
Bohrschiene angeordnet ist, translatorisch und drehend angetrieben werden. Die Pumpe
oder die Pumpen gibt/geben das destrukturierende Fluid (Vergußmasse oder Wasser)
mit Drücken in der Größenordnung von 200 bis 700 bar und mehr aus.
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Der Bohrstrang besteht aus miteinander verbindbaren unitären rohrförmigen Stücken,
die mit geeigneten Dichtungen versehen sind, und jedes Stück kann aus einem
einfachen Rohr (einfacher Strahl) oder aus mehreren koaxialen Rohren (Doppel- oder
dreifach-Strahl) bestehen. Die Flüssigkeiten (Vergußmasse, Wasser) werden durch
eine oder mehrere Düsen mit einem Durchmesser von ungefähr 2 bis 4 mm
ausgegeben. Die Stücke des Rohrstrangs können eine Durchmesser von ungefähr 50 bis 200
mm haben.
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Ferner kann unterhalb der Düsen ein Bohrwerkzeug am unteren Ende des Bohrstrangs
vorgesehen sein, um das Bohrloch auszubilden, in dem die Behandlung erfolgen soll.
Gemäß einer Variante kann das Bohrloch vorab mit einer separaten Vorrichtung
ausgebildet werden.
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In der Praxis beginnt die Behandlung mittels Strahlen, indem die Strahlvorrichtung am
Boden des Bohrlochs angeordnet und der Rohrstrang in einer langsamen Rotations-
Translationsbewegung in Richtung des oberen Endes des Bohrlochs bewegt wird, bis
eine Säule behandelten Bodens mit der gewünschten Höhe erhalten ist. Im Verlauf
dieser Translationsbewegung ragt der obere Bereich des Rohrstrangs in zunehmendem
Maße aus der Bodenoberfläche heraus. Dies stellt kein Problem dar, wenn unter
normalen Baustellenbedingen gearbeitet wird, beispielsweise unter freiem Himmel.
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Es kommt jedoch vor, daß unter Bedingungen gearbeitet werden muß (geringe
Deckenhöhe, enger Arbeitsraum, etc....), unter denen in der Achse des Bohrlochs nicht
genügend Platz vorhanden ist, um den Rohrstrang im Verlauf der Behandlung ausreichend
anzuheben. In diesem Fall muß im Verlauf der Behandlungsarbeit eine Demontage
vorgenommen werden, um das obere Rohrteil des Strangs abzunehmen.
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Eine solche Demontage ist in jedem Falle bei zwei oder mehr Zuführkanälen bildenden
koaxialen Rohren unerwünscht, da dies die Gefahr birgt, daß Vergußmaterial in den
Luft- oder Wasserzuführkanal eindringt, wodurch bei der Wiederaufnahme der
Behandlung die Auslaßdüsen beschädigt oder verstopif werden. Ferner ist es bei der
Demontage erforderlich, die Zufuhr von Fluiden zu unterbrechen und es besteht die
Gefahr eines erheblichen Rücklaufs ausgelassenen Vergußmaterials, das die Düsen
verstopft.
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Es sei schließlich angemerkt, daß koaxialen Rohrstränge im allgemeinen relativ
kostspielig sind.
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Es besteht daher ein Bedarf an einer Strahlbehandlungsvorrichtung, die es ermöglicht,
in Räumen mit niedriger Deckenhöhe oder in engen Räumen zu arbeiten, ohne die
Behandlung bei einer Verkürzung des Rohrstrangs unterbrechen zu müssen.
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Es besteht ferner ein Bedarf an einer Strahivorrichtung, die nicht das Verwenden
kostspieliger koaxialer Rohre erfordert.
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Die Erfindung zielt auf die Befriedigung dieser Bedürfnisse ab.
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Im einzelnen betriffi die Erfindung eine Vorrichtung zur Bodenbehandlung durch Jet-
Strahlen, mit
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- einem Strang aus aufeinanderfolgend miteinander verbundenen Stangen oder Rohren,
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- einer am oberen Teil des Strangs angebrachten Vorrichtung zum drehenden und, falls
gewünscht, translatorischen Antrieb des Stangen- oder Rohrstrangs,
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- wenigstens einer am unteren Teil des Strangs vorgesehenen Strahldüse,
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- wenigstens einer Hochdruckfluidquelle, und
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- einer die Hochdruckfluidquelle mit der Strahldüse verbindenden Versorgungsleitung,
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dadurch gekennzeichnet, daß
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- die Antriebsvorrichtung des Stangen- oder Rohrstrangs diesem eine abwechselnde
Drehbewegung vermittelt. und
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- die die Quelle mit der Düse verbindende Versorgungsleitung ein flexibler Schlauch
ist, der außerhalb des Strangs angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist üblicherweise eine, zwei oder drei
Auslaßdüsen für Vergußmaterial und, gegebenenfalls, zusätzlich Wasserdüsen auf Wenn
zwei oder drei Vergußmaterialdüsen vorgesehen sind, sind diese üblicherweise in
verschiedene Richtungen ausgerichtet, und zwar um 180º (bei zwei Düsen) oder um
120º (bei drei Düsen) voneinander versetzt.
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Jeder flexible Schlauch kann eine einzelne Düse oder mehrere Düsen über einen
Verteiler versorgen.
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Der flexible Schlauch oder die flexiblen Schläuche können frei belassen werden oder
sie können in Kontakt mit oder in der Nähe der Außenfläche des Stangen- oder
Rohrstrangs gehalten werden, beispielsweise durch Befestigen in fest an dem Stangen- oder
Rohrstrang angebrachten Durchführungen oder durch Binsetzen in Vertiefungen des
Stangen- oder Rohrstrangs.
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Außer dem Vorhandensein der flexiblen Schläuche ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung dadurch gekennzeiclmet, daß die Antriebseinrichtung dem Stangen- oder
Rohrstrang eine alternierende Drehbewegung zuzüglich, falls gewünscht, einer
Translationsbewegung verleiht. Der Drehwinkel in der einen und in der anderen Richtung
hängt von der Zahl, der Art und der relativen Anordnungen der Auslaßdüsen ab.
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Bei einer Vorrichtung mit einer Vergußmaterialauslaßdüse beträgt der Drehwinkel 360º
(eine volle Umdrehung) in einer und schließlich in der anderen Richtung. Bei einer
Vorrichtung mit zwei Vergußmaterialauslaßdüsen, die um 180º zueinander versetzt
sind, beträgt der Drehwinkel in der einen und anschließend in der anderen Richtung
180º (eine halbe Umdrehung). Dies ist der Fall, damit der Boden, der das Bohrloch. in
welchem sich die erfindungsgemäße Vorrichtung befindet, umgibt, in seiner
Gesamtheit während des altemierenden Drehzyklus behandelt wird.
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In bestimmten Situationen, beispielsweise in der Nähe von Hindernissen, kann der
Drehwinkel begrenzt werden, um so absichtlicherweise nicht den gesamten, das
Bohrloch umgebenden Boden zu behandeln.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient der Rohrstrang nicht mehr der Zufuhr
von Fluid und hat lediglich eine mechanische Funktion, nämlich die altemierende
Dreh- und gegebenenfalls die Translationsbewegung auf die Düsen zu übertragen. Aus
diesem Grunde muß der Strang nicht hohl sein und der hohle Rohrstrang kann durch
einen Vollrohrstrang ersetzt werden.
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Wenn jedoch aus irgend einem Grunde eine Verkürzung des Stangen- oder Rohrstrangs
bei dessen Anheben erwünscht ist, genügt es, das obere Teil oder die oberen Teile des
Stangen- oder Rohrstrangs abzunehmen, kann diese Verkürzung auf einfache Weise
ohne Unterbrechung der Fluidversorgung aufgrund der Tatsache erfolgen, daß diese
durch die flexiblen Schläuche gewährleistet ist. Jede Gefahr einer Verstopfung der
Düsen ist dadurch vermieden.
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Wahlweise, jedoch bevorzugt, kann eine Abrollvorrichtung für jeden der vorhandenen
flexiblen Schläuche vorgesehen sein, um Ablassen der erfindungsgemäßen
Strahlbehandlungsvorrichtung in das Bohrloch zu vereinfachen, wobei auf diese Weise das
Vorhandensein ungeordneter flexibler Schläuche auf der Erde vermieden wird, die in
Hinblick auf den Hochdruck der darin geleiteten Flüssigkeiten gelährlich sein können.
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Im übrigen sind die Struktur und die Anwendung der Strahlvorrichtung gemäß der
Erfindung gleich denen der bekannten Vorrichtungen, weshalb eine Beschreibung der
Einzelheiten überflüssig wäre.
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Die im Zusammenhang mit der zugehörigen einzigen Figur erfolgende Beschreibung
dient einem besseren Verständnis der Erfindung.
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Die einzige Figur ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Die Figur zeigt einen Strang 1 aus miteinander verbundenen Rohrelementen 2, an
dessen unterem Teil ein Endelement 3 mit zwei Auslaßdüsen 4 und 5 und einem
Bohrwerkzeug 6 angeordnet ist.
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Der Strang 1 kann in alternierender Rotation und/oder in Translation mittels einer
Antriebsvorrichtung angetrieben werden, die aus einem das obere Ende des Stranges
klemmenden hydraulischen Rotationskopf 7 besteht, der seinerseits auf einer im
wesentlichen parallel zum Rohrstrang angeordneten Gleitschiene 8 montiert ist. Wie in
der Figur dargestellt, weist das Werkzeug 6 einen größeren Durchmesser auf als der
Rohrstrang, um so einen freien Ringraum zwischen dem Strang und der Wand 9 der
von dem Werkzeug 6 im Boden gebildeten Bohrung zu schaffen. Die Düse 4 ist über
einen flexiblen Schlauch 10 mit einer Hochdruck-Wasserquelle 11 verbunden, während
die Düse 5 über einen flexiblen Schlauch 12 mit einer mit Hochdruck beaufschlagten
Quelle 13 härtbaren Vergußmaten als verbunden ist. Wie gezeigt, sind an der
Oberfläche für die Schläuche 10 und 12 Abrolleinrichtungen 14 bzw. 15 zum Auf- oder
Abrollen der flexiblen Schläuche vorgesehen, um deren Länge an die Erfordernisse
anzupassen und zu verhindern, daß sie über den Boden schleifen, was bei plötzlichen
Schwankungen des Fluiddrucks zu gefährlichen "Stockschlägen" führen kann.
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Da der Rohrstrang 1 nicht länger zum Leiten von Fluid(en)dient, steht einer
Verkürzung desselben durch Abnehmen des oberhalb des Kopfes 7 befindlichen oberen
Rohrstücks beim Anheben des Strangs, je nach Erfordernis, nichts im Wege.
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Es versteht sich von selbst, daß die beschriebenen Ausffihrungsbeispiele lediglich
Beispielcharakter haben und daß sie modifizierbar sind, insbesondere durch das
Ersetzen durch technische Äquivalente, ohne damit von dem durch die Patentansprüche
definierten Rahmen der Erfindung abzuweichen.