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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stabilisieren der Hinterfüllung von
Gräben,
die eine Rohrleitung, ein Kabel oder eine andere von Sand oder anderem
Polstermaterial umgebene Struktur enthalten, um zu verhindern, dass
Gestein oder andere größere Teilchen
das die Rohrleitung umhüllende
Polstermaterial beeinträchtigen.
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2. Stand der Technik
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Rohrleitungen aus Stahl werden für den Transport
von Fluiden wie z. B. Gas oder Öl über weite
Strecken verwendet, und im allgemeinen werden diese Rohrleitungen
erdverlegt. Normalerweise wird die Bodenkrume abgetragen und zwischengelagert, damit
sie nach dem Hinterfüllen
des Grabens wieder aufgetragen werden kann. Ein Graben wird so tief ausgegraben,
dass er eine Abdeckung der Rohrleitung von 91,44 cm (3 Fuß) und einen
Raum von 15,24 cm (6 Inch) unter der Rohrleitung erlaubt. Aus dem
Graben ausgehobenes Untergrundmaterial wird in der Nähe des Grabens
aufgehäuft,
so dass es später
als Hinterfüllmaterial
verwendet werden kann.
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Die Rohrleitung liegt auf Trägern, die
die Rohrleitung im allgemeinen 15,24 cm (6 Inch) über der
Grabensohle halten. Derartige Träger
können Sandsackhaufen
oder Schaumblöcke
sein, die etwa einen Abstand von 3,66 m (12 Fuß) zwischen sich aufweisen,
oder ein fortlaufendes Bett aus gesteinsfreiem Erdreich. Die Rohrleitung
wird dann mit gesteinsfreiem Versatzgut, sogenanntem Polster, bedeckt,
so dass unterhalb, oberhalb und neben der Rohrleitung mindestens
15,24 cm (6 Inch) Polstermaterial vorhanden ist. Als Polstermaterial
wird gewöhnlich
Sand oder Untergrundmaterial verwendet, wobei der Durchmesser der Teilchen
3,81 cm (1½ Inch)
nicht übersteigt.
Manche Leistungsbeschreibungen verlangen einen maximalen Durchmesser von
2,54 cm (1 Inch) oder 1,27 cm (½ Inch). Die Industriebezeichnung
für diesen
Konstruktionsschritt ist „Rohrpolsterung".
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In gesteinsarmen Gebieten kann eine
Rohrpolsterung mit Hilfe eines Tieflöffelbaggers durchgeführt werden,
wobei der Baggerführer
gesteinsfreies Versatzgut virtuell auswählt und nach und nach in den
Graben füllt.
In gesteinsreicheren Gebieten ist es erforderlich, Sand oder gesiebtes
Versatzgut zu kaufen, auf öffentlichen
Wegen zu befördern
oder vor Ort durch Maschinen für
Rohrleitungspolsterungen herzustellen. Maschinen für Rohrleitungspolsterungen sind
speziell entwickelte transportable Siebmaschinen, die den Erdaushub
bzw. Unterboden weiter verarbeiten, um Polstermaterial zu erzeugen
und um die neu verlegte Rohrleitung anzuordnen. Nach dem Aufbringen
der Polsterung wird dann das übrige
Gesteins und der Unterbodenaushub wieder in den Graben gefüllt.
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1 zeigt
einen Querschnitt eines Grabens 1, der nach einem bekannten
Verfahren hinterfüllt worden
ist. Die Rohrleitung 2 ist von Polstermaterial 4 umhüllt. Normalerweise
ist dieses Polstermaterial gesiebter Grabenaushub. Das übrige Erdreich 6 wird auf
dem Polstermaterial angeordnet, um den Graben vollständig zu
hinterfüllen.
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Ein zweites bekanntes Verfahren zum
Hinterfüllen
wird durch den Querschnitt des Grabens nach 2 dargestellt. Bei diesem Verfahren durchläuft der
Grabenaushub mehrere Siebe. Der letzte Siebvorgang erzeugt ein Polstermaterial 4,
dessen Unterboden gewöhnlich
Teilchen von einem Nenndurchmesser bis zu 1,59 cm (5/8 Inch) aufweist. Durch
Zwischensiebungen werden Zwischenschichten 5, 7 und 9 geschaffen.
Schicht 5 enthält
Steine von 1,59 bis 3,81 cm (5/8'' bis 11/2''). Schicht 7 enthält Steine
von 3,81 bis 12,70 cm (11/2'' bis 5''). Schicht 9 enthält Gestein
von über
12,70 cm (5'' plus), die durch
das Gerät
zur Mehrfachsiebung erzeugt worden sind, und der Graben wird mit
dem übrigen
Gestein und dem Unterbodenaushub hinterfüllt. Die Schichten 5 und 7 bilden
zwischen dem Polstermaterial 4 und dem Gemisch 9 aus
größerem Gestein
und Unterboden eine Barriere, die nicht verdichtet werden kann.
In vielen Gebieten wird eine in den 5 und 6 dargestellte Schicht aus
Bodenkrume oder Mutterboden 11 auf die Hinterfüllung aufgebracht,
um den Graben ganz aufzufüllen.
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Das Sieben und Hinterfüllen von
Erdreich in den Graben erfolgt oft durch Maschinen zur Rohrpolsterung.
Eine derartige Hinterfüllmaschine
weist gewöhnlich
einen Füllrumpf
oder einen ähnlichen Vorratsbehälter für die Aufnahme
des Hinterfüllmaterials,
einen Dauerförderer
sowie ein System aus Schüttelsieben
zum Sortieren des Hinterfüllmaterials auf.
Die Bestandteile in der Maschine zum Hinterfüllen liegen auf einem Hauptgestell,
das über
den zu hinterfüllenden
Graben befördert
wird. Durch einen Stützarm
wird die Hinterfüllmaschine
mit einer Zugmaschine oder einer anderen Fortbewegungseinrichtung
fest verbunden. Die Hinterfüllmaschine
ist so ausgeführt,
dass sie einen Graben in einem einzigen Arbeitsgang mit mehreren
Schichten Hinterfüllmaterial
unterschiedlicher Größe hinterfüllt. Eine
derartige Hinterfüllmaschine
ist im US-Patent 4,955,756 beschrieben.
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Das Hauptproblem, dem Besitzer und
Nutzer erdverlegter Rohrleitungen ausgesetzt sind, ist die Korrosion.
Korrosion ist ein elektrochemischer Prozess, für den eine in einem Elektrolyt
elektrisch verbundene Anode und eine Kathode erforderlich ist. Korrosion
ist ein selbstvergiftender Prozess, und damit er über einen
langen Zeitraum hinweg erfolgen kann, muss ein mechanisches oder
chemisches Mittel zur Depolarisation bzw. Entpassivierung existieren.
Wird eine dieser Voraussetzungen gestört, reduziert sich dadurch
die Korrosionsrate.
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Ein weit verbreitetes Verfahren Rohrleitungen
zu schützen
besteht in der Verwendung von Beschichtungen wie z. B. Band, Kunststoff,
Einbrennlack, Epoxid- und
Urethan-Anstriche. Die Beschichtungen trennen Kathode und Anode
voneinander bzw. isolieren das Elektrolyt vom Metall, solange die Beschichtung
fehlerfrei ist.
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Zusätzlich zur Beschichtung ist
es allgemein üblich,
kathodischen Schutz für
den Schutz der unterirdisch vergrabenen Metalle zu verwenden. Die
heutigen Rohrleitungskonstruktionen schließen oft einen kathodischen
Schutz gemäß der bekannten
Technologie mit ein, bei der die Oberfläche des Stahlrohres entweder
an eine unterirdische Opferanode oder eine vorgegebene Stromquelle
angeschlossen ist. Kathodischer Schutz ist sinnvoll, wenn eine lokale Korrosion
der Rohrleitung dort vermieden werden soll, sie verkratzt ist oder
abblättert.
Allerdings kann eine Korrosion durch kathodischen Schutz nicht verhindert
werden, wenn sie durch Eindringen von Wasser an der Stelle unter
der Schutzbeschichtung hervorgerufen worden ist, wo diese als Isolator
wirkt. Wenn sich die Beschichtung von der Rohrleitung löst, kann
Wasser unter die Beschichtung dringen und eine Korrosionszelle einrichten,
die die Beschichtung als Schutzschild gegen den kathodischen Schutz
benutzt. Darüber
hinaus ist kathodischer Schutz teuer und wird normalerweise während der
gesamten Nutzlebensdauer der Rohrleitung durchgeführt.
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Die Besitzer von Rohrleitungen haben
Techniken für
die Beobachtung von unterirdischen, im Einsatz befindlichen Rohrleitungen
entwickelt. Anhand einiger Verfahren können die Besitzer von Rohrleitungen
Veränderungen
der Wanddicke der Rohrleitung erkennen, die durch lokale Korrosion
hervorgerufen worden ist. Ist die Rohrleitung so stark korrodiert,
dass die Wand zu dünn
wird, muss sie ausgetauscht werden. Da der Austausch von unterirdischen
Rohrleitungen teuer ist, haben die Besitzer der Rohrleitungen weiterhin
nach besseren Möglichkeiten
des Korrosionsschutzes gesucht. Die meisten dieser Bestrebungen
sind auf die Entwicklung von Legierungen, Beschichtungen und kathodischen Schutzsystemen
gerichtet. Das Vermeiden von Beschichtungsschäden während der Verlegung der Rohrleitung
ist nur wenig in Betracht gezogen worden.
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Bisher hat die Fachwelt das Abblättern und Verkratzen
von Rohrleitungsbeschichtungen, was nach dem Verlegen auftritt,
ignoriert.
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Offensichtlich kann eine Rohrleitung
während
ihrer Verlegung verkratzen und abblättern. Weniger bewusst ist
es, dass ein Verkratzen und Abblättern
aufgrund des Eindringens von Gestein in die Polsterschicht stattfinden
kann.
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Gestein kann in die Polsterung eindringen, und
tut dies auch, und die Beschichtung der Rohrleitung während des
Hinterfüllens
nach dem Verfahren gemäß 1 beschädigen. Nach Beendigung der Bauarbeiten
bietet die Polsterschicht nur einen geringen Widerstand gegen konzentrierte
Lasten, so dass sich Gestein innerhalb der Polsterschicht abwärts bewegen
und die Rohrleitung erreichen kann. Diese Bewegung kann zu den Zeiten
auftreten, zu denen sich stehendes Wasser in der Grabensohle ansammelt. Das
Wasser kann sich mit dem Polstermaterial in einem Maße vermischen,
in dem die Polsterschicht ihre Fähigkeit,
das darüber
liegende Gestein zu tragen, vollständig verliert. In diesem Zustand
wird die Position des Polstermaterials mit der des darüber liegenden
Gesteins vertauscht und die Rohrleitung wird allmählich von
Gestein umgeben. Weitere Gesteinsbewegungen gegen die Rohrleitung
bewirken ein Abblättern
bzw. Verkratzen der Schutzbeschichtungen, was zu Korrosion führt. Somit
ist es erforderlich, ein Verfahren zum Hinterfüllen eines Grabens zu schaffen,
durch das ein Hinterfüllgraben
erzeugt wird, bei dem Gestein daran gehindert wird, in die Polsterschicht
einzudringen. Dieses Verfahren kann vorzugsweise unter Verwendung
von bereits existierenden Maschinen zur Polsterung von Rohrleitungen und
auch in gesteinsärmeren
Gebieten durchgeführt werden,
wo eine Polsterung durch selektive Hinterfüllung erfolgen kann.
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Wird das Verfahren gemäß 2 zum Hinterfüllen eines
Grabens angewendet, kann während des
Hinterfüllens
kein Gestein in die Polsterschicht 4 eindringen. Die Schichten 5 und 7,
die eine Barriere aus größenmäßig geordneten
Steinen bilden, die nicht verdichtet werden kann, verhindern ein
Einwirken von konzent rierten Lasten auf die Oberfläche der Polsterschicht 4.
Nach Beendigung der Bauarbeiten kann es jedoch durch überschüssiges Wasser
im hinterfüllten
Graben ermöglicht
werden, dass sich das Polstermaterial 4 und die nicht verdichtbaren
Schichten 5 und 7 allmählich vermischen, bis an einigen Stellen
Gestein in die Polsterschicht 4 eindringen könnte.
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Es gibt eine Sorte von Materialien,
die als Geotextilien bekannt ist und hauptsächlich im Straßenbau zur
Erosionskontrolle eingesetzt wird. Diese Materialien erlauben das
Durchdringen von verborgenem Wasser, während sie verhindern, dass
angrenzendes Erdreich hinter die Geotextilschicht dringt. Nichtgewebte
Geotextilien leichten und mittleren Gewichts, die über bzw.
um eine Drainageschicht aus großen
Steinen und Gestein angeordnet werden, ermöglichen das Eindringen von
Wasser in den Drainagekern, während
sie verhindern, dass das Drainagesystem durch angrenzendes Erdreich
verstopft wird. Geotextilschichten werden über dem Gleisbett angeordnet,
um ein Verfaulen von Bettungsmaterial unter den Eisenbahnschienen
zu verhindern. Geotextilien werden ferner um Erdschichten angeordnet, um
Stützmauern
zu erzeugen und Abhänge
sicher ansteigen lassen zu können.
Ferner werden Geotextilien sowie andere Arten von Lagenmaterialien
wie z. B. Polyäthylen-Schichten
und Zwischenlagen aus Bentonit-Ton auch für geordnete Deponien verwendet.
Es ist jedoch in der Fachwelt bislang noch nicht erkannt worden,
dass Geotextilien für
Rohrleitungsgräben
verwendet werden könnten,
um ein Eindringen von Gestein in die Polsterschicht zu verhindern.
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Im US-Patent 5,176,025 offenbart
Nicholas Butts ein Rohrleitungssystem, bei dem ein Austreten aus
einer unterirdischen bzw. erdverlegten Rohrleitung, in der flüssiger und
gasförmiger
Kohlenwasserstoff transportiert wird, verhindert, entdeckt und zurückgehalten
wird. Dieses System kann beides: Korrosion verhindern als auch aus
der Rohrleitung austretende Flüssigkeit
bzw. Gas zurückhalten.
Bei dem System nach Butts wird ein Stahlrohr mit einem Geotextilmaterial
umwickelt, das mit wasserhaltigem Gips imprägniert ist. Diese Hülle wird vollständig von einer
schützenden,
wasserundurchlässigen
Polyäthylen-Schicht
hoher Dichte (HDPE) bedeckt. Jede HDPE-Bahn wird mit der nächsten Bahn
verschweißt,
so dass eine fortlaufende, undurchlässige Hülle um die Rohrleitung gebildet
wird. Sollte die Hülle
beschädigt
werden und Wasser eindringen, löst sich
die mit Gips imprägnierte
Geotextilschicht auf, wodurch eine hochalkalische Lösung erzeugt
wird, die die Spannung für
kathodischen Schutz liefert. Da sich das von Butts verwendete Geotextilmaterial durch
Wasser auflösen
lässt,
bietet dieses Material keinen Schutz gegen Gesteinsverschiebungen,
die durch Wasser im Graben hervorgerufen werden.
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Geotextilien sind auch für die Verwendung bei
Sumpfgewichten als Alternative zu Sumpfgewichten aus Beton vorgeschlagen
worden, die den Schwimmkräften
widerstehen, die auf Rohrleitungen einwirken, die wasserüberflutetes
Gebiet bzw. moorige Böden
kreuzen. Nachdem die Rohrleitung in den Graben gesetzt worden ist,
wird ein Geotextilgewebe in bestimmten Abständen entlang des Grabens angeordnet.
Das Gewebe wird an der einen Grabenwand abwärts, über die Grabensohle, um die
Rohrleitung herum und dann an der anderen Grabenwand aufwärts verlegt.
Das Hinterfüllmaterial,
das entweder aus dem Grabenaushub vor Ort, einer Mischung aus dem
Vor-Ort-Material und herbeigeholtem Material oder vollständig herbeigeholtem
Material besteht, wird dann in gewohnter Weise auf die Rohrleitung aufgebracht.
Bei diesem System verläuft
das Geotextilmaterial nicht entlang der ganzen Länge des Grabens und stabilisiert
auch nicht das Hinterfüllprofil,
um Gesteinsverschiebungen zu verhindern.
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Erdverlegte Rohrleitungen sind auch
mit Gurtband aus Polyäthylen
umwickelt worden, um die Rohrleitung vor Gestein und anderem Schutt
zu schützen.
Dieses Gesteinsschutz genannte Material besteht gewöhnlich aus
Strangpresskunststoff, obwohl manchmal auch Geotextilgewebe verwendet wird.
Gesteinsschutz wird als zweite Schutzschicht um die Rohrleitung
gewickelt. Bei diesem System wird die Hinterfüllung nicht durch das Geotextilmaterial
stabilisiert, um zu verhindern, dass Gestein in das Polstermaterial
eindringen oder sich mit diesem vermischen kann.
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Erdverlegte Glasfaser-, Telefon-
und Stromversorgungskabel sowie unterirdische Speicherbehälter und
andere unterirdische Strukturen sind auf die gleiche Weise wie unterirdische
Rohrleitungen oft mit Sand gepolstert und mit Untergrund bedeckt.
Erdverlegte Stromversorgungs-Hauptanschlussleitungen sind im allgemeinen
von einer Umhüllung
aus Polyäthylen
umgeben. Fernseh- und andere Kommunikationskabel weisen eine Außenschicht
aus Polyäthylen
auf. Bewegt sich Gestein an der Außenfläche dieser Kabel, kann dadurch
die Isolierung der Kabel entfernt werden, die Kabel können biegen
und sogar brechen. Tatsächlich
haben einige Elektrizitätswerke von
Beschädigungen
der Außenschicht
erdverlegter Stromversorgungskabel aufgrund von Gestein berichtet.
In der DD-A-214033 ist eine Betonstruktur beschrieben, durch die
Kanäle
verlaufen, in denen Kabel angeordnet und somit gegen Gesteinsbewegungen
geschützt
sind. Die Struktur wird in einen Graben gesetzt und danach ein Vliesgewebe
oben direkt auf die Struktur gelegt, offenbar um eine schnelle Ortung und
Erkennung des Kabelgehäuses
aus Beton im Verlauf späterer
Aushubarbeiten oder erforderlicher Kabelreparaturarbeiten zu ermöglichen.
Die Betonstruktur und das Vlies sind von einem Hinterfüllmaterial
einheitlicher Größe umgeben.
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Unterirdisch angeordnete Speicherbehälter und
andere Metallstrukturen können
in gleicher Weise wie erdverlegte Rohrleitungen durch Bewegung des
Untergrundgesteins beschädigt
werden. Daher ist jedes Verfahren und Gerät zum Hinterfüllen, durch das
erdverlegte Rohrleitungen geschützt
werden, auch für
den Schutz erdverlegter Kabel und anderer Strukturen geeignet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist ein Verfahren zum Auffüllen eines
Grabens geschaffen, nachdem eine Struktur in den Graben gesetzt
und ein Polstermaterial um die Struktur herum gelegt wurde, wobei
das Polstermaterial ein Untergrund ist, der Steine mit einem Durchmesser von
nicht mehr als 0,0381 m (1½ Inch)
enthält
und nur einen Bereich des Grabens füllt, gekennzeichnet durch:
- a) Aufbringen einer Bahn eines Geotextilmaterials auf
das Polstermaterial, wobei es diese Bahn erlaubt, dass Wasser durch
die Bahn dringt, während
ein Eindringen von Feststoffen vermieden wird; und
- b) Aufbringen von Erdaushubmaterial auf die Bahn zum Hinterfüllen des
Grabens. Das Geotextilmaterial verhindert, dass sich Gestein mit
dem Polstermaterial vermischt.
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Ferner ist ein weiteres Verfahren
zum Auffüllen
eines Grabens geschaffen, das folgende Schritte umfasst:
- a) Drapieren einer Bahn eines Geotextilmaterials auf
den Seiten und der Unterseite des Grabens, wobei es diese Bahn erlaubt,
dass Wasser durch die Bahn dringt, während ein Eindringen von Feststoffen
vermieden wird;
- b) Einlegen einer Struktur in den Graben;
- c) Umhüllung
der Struktur mit einem Polstermaterial, wobei das Polstermaterial
ein Untergrund ist, der Steine mit einem Durchmesser von nicht mehr als
0,0381 m (1½ Inch)
enthält
und nur einen Bereich des Grabens füllt;
- d) Umklappen der Seiten der Bahn über das Polstermaterial; und
- e) Aufbringen von Erdaushubmaterial auf die Bahn zum Hinterfüllen des
Grabens.
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Weiter ist eine Vorrichtung zur Verwendung bei
der Durchführung
des zuerst genannten Verfahrens geschaffen worden, um ein Geotextilmaterial
auf ein Polstermaterial zu legen, das eine Struktur in einem Graben
umgibt, gekennzeichnet durch:
- a) einen Rahmen,
der so abgemessen und ausgeführt
ist, dass er an einem Träger
befestigt werden kann, der sich entlang einer Seite des Grabens bewegt
und zumindest einen Teil des Rahmens über den Graben hält;
- b) eine Zufuhreinrichtung für
Geotextilmaterial, das erlaubt, das Wasser durch das Geotextilmaterial
dringt, während
ein Eindringen von Feststoffen vermieden wird, wobei sich die Zufuhreinrichtung
an dem Rahmen befindet; und
- c) einen Ausbreiter, der sich von dem Rahmen erstreckt und unter
dem das Geotextilmaterial hindurchläuft, wenn das Geotextilmaterial
in den Graben verlegt wird.
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Weitere Aufgaben und Vorteile des
Verfahrens zum Hinterfüllen
sowie der verbesserten Polstervorrichtung werden anhand der Beschreibung
bestimmter bevorzugter Ausführungsformen,
die in den Zeichnungen dargestellt sind, offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines eine Rohrleitung enthaltenden Grabens,
der gemäß einem
Verfahren nach dem Stand der Technik hinterfüllt ist.
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines eine Rohrleitung enthaltenden Grabens,
der gemäß einem
zweiten Verfahren nach dem Stand der Technik hinterfüllt ist.
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer Rohrleitung in einem Graben, der
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens zum Hinterfüllen hinterfüllt ist.
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines eine Rohrleitung enthaltenden Grabens,
der gemäß einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens zum Hinterfüllen
hinterfüllt
ist.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines eine Rohrleitung enthaltenden
Grabens, der gemäß des zweiten
bevorzugten Verfahrens zum Hinterfüllen hinterfüllt ist.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht ähnlich 5 und zeigt eine Rohrleitung,
die gemäß eines
dritten vorliegenden, bevorzugten Verfahrens zum Hinterfüllen hinterfüllt ist.
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7 ist
eine Seitenansicht einer vorliegenden bevorzugten Ausführungsform
der verbesserten Polstervorrichtung.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils der Polstervorrichtung,
wobei eine zweite bevorzugte Ausführungsform der verbesserten
Polstervorrichtung dargestellt ist.
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9 ist
eine Endansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Geotextilmaterials
auf das Polstermaterial, die von einer Zugmaschine oder einem anderen
mobilen Beförderungsgerät befördert werden
kann.
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10 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung von 9.
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11 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich 3 eines Glasfaserkabels,
das gemäß der ersten vorliegenden,
bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens zum Hinterfüllen
hinterfüllt
ist.
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12 ist
eine Seitenansicht eines unterirdischen Speicherbehälters, der
gemäß der zweiten vorliegenden,
bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens zum Hinterfüllen
hinterfüllt
ist.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform
der Vorrichtung zum Aufbringen eines Geotextilmaterials auf das
Polstermaterial.
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14 ist
eine Seitenansicht der in 13 gezeigten
Vorrichtung während
des Aufbringens von Polstermaterial.
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15 ist
eine Seitenansicht ähnlich 14 einer dritten bevorzugten
Ausführungsform
eines Teils der Vorrichtung zum Aufbringen eines Geotextilmaterials
auf das Polstermaterial.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die erste vorliegende bevorzugte
Ausführungsform
des Verfahrens basiert auf dem bekannten Verfahren gemäß 1. Nach 3 ist eine Rohrleitung 2 in
einen Graben 1 gesetzt und mit Polstermaterial 4 bedeckt.
Ein Geotextilmaterial 8 ist auf das Polstermaterial aufgebracht
worden und verläuft
im allgemeinen von einer Seite des Grabens zur anderen. Vorzugsweise
wird gewebtes Geotextilmaterial und nicht gewebtes verwendet. Hinterfüllmaterial, das
eine Zufallsmischung aus Gestein und Unterboden 6 enthält, das
Erdaushubmaterial genannt wird, wird dann auf das Geotextilmaterial
aufgebracht. Wenn erwünscht,
kann (nicht dargestellter) Mutterboden auf das Hinterfüllmaterial
aufgebracht werden, um den Graben ganz aufzufüllen.
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Obwohl Geotextilmaterial keine besonders gute
Belastbarkeit aufweist, da es reißen bzw. beschädigt werden
kann, und auch keine besonders gute Lastverteilung bietet, kann
es das Polstermaterial 4 stabilisieren, wenn das Erdaushubmaterial
6 zum Hinterfüllen
einen geringen bis mittleren Prozentsatz an größeren Gesteinsbrocken enthält und wenn
das Erdaushubmaterial 6 zum Hinterfüllen vorsichtig auf das Geotextilmaterial 8 aufgebracht
wird.
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Das Geotextilmaterial 8 wirkt
als stabilisierende Bahn, die ein Eindringen von Wasser erlaubt, während ein
Eindringen von Feststoffen sowohl aus dem Polstermaterial 4 als
auch dem Erdaushubmaterial 6 zum Hinterfüllen vermieden
wird, vorausgesetzt, das Geotextilmaterial 8 ist nicht
zerrissen bzw. beschädigt.
Als stabilisierende Bahn könnten
auch andere nicht abbaubare Gewebe verwendet werden, die meistens
nicht als Geotextilien bezeichnet werden. Folglich bleibt das Polstermaterial 4 unversehrt und
es dringt kein Gestein ein und die Rohrleitung wird nach Beendigung
des Hinterfüllvorganges
nicht verkratzt.
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Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des
Verfahrens ist in den 4 und 5 dargestellt. Wie bei dem
Verfahren nach dem Stand der Technik gemäß 2 ist eine Rohrleitung 2 in
den Graben 1 gesetzt und mit Polstermaterial bedeckt worden.
Das Polstermaterial ist hergestellt worden, indem der aus dem Graben
ausgehobene Erdaushub mehrere Siebe durchlaufen hat. Das Material,
das das feinste Sieb durchlaufen hat, ist das Polstermaterial. Vorzugsweise
enthält
das Polstermaterial Partikel mit einem Nenndurchmesser von bis zu
1,59 cm (5/8 Inch). Als nächstes
wird eine Schicht Geotextilmaterial 8 auf die Polsterschicht
aufgebracht. Dann wird eine Schicht Steine, die einen Durchmesser
von 1,59 cm bis 3,81 cm (5/8 bis 1½ Inch) aufweisen, auf das
Geotextilmaterial aufgebracht, um eine Schicht 5 zu bilden.
Auf die Schicht 5 wird eine Schicht 7 aufgebracht,
die Steine mit einem Durchmesser von 3,81 cm bis 12,70 cm (1½ bis 5
Inch) aufweist. Schließlich wird
eine Schicht 9 aufgebracht, die Gesteinsbrocken mit einem
Durchmesser von mehr als 12,70 cm (5 Inch) enthält, die mit kleineren Steinen
und Erdreich vermischt sind. Vorzugsweise wird eine automatische
Polstermaschine verwendet, um das aus dem Graben ausgehobene Erdreich
in die verschiedenen Schichten 4, 5, 7 und 9 zu
trennen. In den meisten Fällen
wird eine Schicht Mutterboden 11 auf die grobe Hinterfüllschicht 9 aufgebracht.
Beim Einsetzen der Rohrleitung in den Graben wird diese von Sandsäcken 3 oder
anderen Stützeinrichtungen
unterstützt.
Diese Sandsäcke
halten die Rohrleitung 2 in einem gewissen Abstand über der
Gra bensohle, so dass das Polstermaterial unter der Rohrleitung angeordnet
werden kann. Bei der Anordnung gemäß 4 und 5 bilden
die Schichten 5 und 7 zwischen der Polsterung
und der Schicht 9 zum Hinterfüllen aus Gesteinsbrocken und
Erdreich eine Barriere, die nicht verdichtet werden kann. Diese
Barriere verteilt Belastungen über
die Oberfläche
des Polstermaterials. Das Geotextilmaterial 8 verhindert,
dass sich das darunter befindliche Polstermaterial 4 und
die darüber
liegenden Steine 5 gleicher Größe vermischen. Daraus folgt,
dass sowohl die Barriere, die nicht verdichtet werden kann, als
auch die Polsterschicht 4 unversehrt bleiben und eine Beschädigung der
Rohrleitung durch Gesteinsbrocken vermieden werden kann.
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Eine dritte bevorzugte Ausführungsform
des Verfahrens zum Hinterfüllen
ist in 6 dargestellt. Bei
dieser Ausführungsform
wird ein Geotextilmaterial 8 an einer Seite des Grabens
abwärts, über die Grabensohle
und an der gegenüber
liegenden Seite des Grabens aufwärts
drapiert. Dann wird die Rohrleitung 2 auf Sandsäcken 3 in
den Graben gesetzt. Polstermaterial 4 wird um die Rohrleitung
herum angeordnet. Danach wird der Teil des Geotextilmaterials 8,
der über
den Graben hinausragt, wie dargestellt oben auf der Polsterschicht 4 übereinandergeklappt.
Nun werden die Hinterfüllschichten 5, 7, 9 und der
Mutterboden 11 auf das Geotextilmaterial aufgebracht. Das
Aufbringen dieser Schichten erfolgt in der gleichen Weise wie vorstehend
im Hinblick auf die 4 und 5 beschrieben. Diese Ausführungsform des
Verfahrens zum Hinterfüllen
kann dort Anwendung finden, wo der Graben in sehr instabilem Unterboden
ausgehoben worden ist und sich Gesteinsbrocken von den Wänden 52 des
Grabens lösen
bzw. vom Boden 51 des Grabens aufwärts wandern können.
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Die in den 4 und 5 dargestellten
Verfahren können
mit Hilfe der in den 7 und 8 dargestellten Polstermaschinen
ausgeführt
werden. Nach 7 weist
die Polstermaschine 18 einen Rahmen 20 auf. Ein
Schüttgutbehälter 22 mit
einem Gitterrost 24 ist oben auf den Rahmen 20 aufgesetzt.
Wenn Hinterfüllmaterial
oben auf den Gitterrost aufgebracht wird, fallen große Steine
her unter und bilden so die Schicht 9. Weiteres Material
läuft durch
den Behälter 22 auf
ein Förderband 28.
Wenn die Polstermaschine von der Art ist, wie sie im US-Patent 4,955,756
beschrieben worden ist, wird das Material über das Förderband zu einem Doppelsieb
innerhalb des Gehäuses 32 gebracht.
Material mit einem Durchmesser von 3,81 cm bis 12,70 cm (1½ bis 5
Inch) fällt
durch die Rutsche 34. Steine mit einem Durchmesser von 1,59
bis 3,81 cm (5/8 bis 1½ Inch)
fallen von der unteren Kante 35 des Gehäuses 32. Bei einer
alternativen Maschine mit einem Einfachsieb im Gehäuse 32 befindet
sich ein großes
Sieb 26 am Boden des Schüttgutbehälters 22.
Material mit einem Durchmesser von 1,59 cm bis 3,81 cm (1½ bis 5
Inch) fällt im
hinteren Bereich des Siebes 26 auf die Rutsche 30.
Das Material fällt
herunter, um die Schicht 7 zu bilden. Das das Sieb 26 durchlaufende
Material fällt auf
das Förderband 28.
Dieses Förderband
bringt das Material auf das Sieb 32. Steine mit einem Durchmesser
von 1,59 bis 3,81 cm (5/8 bis 1½ Inch) kommen nicht durch
das Sieb 32 hindurch. Vielmehr fallen sie auf die Rutsche 34 und
dann herunter, um die Schicht 5 zu bilden. Bei beiden Maschinentypen fällt das
Feinmaterial mit einem Durchmesser von 1,59 cm oder weniger (5/8
Inch) durch das Sieb 32 auf die Rutsche 33 und
in den Graben, um das Polstermaterial 4 zu bilden.
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Bei der verbesserten Polstermaschine
ist eine Halterung 36 vorgesehen, an der eine Rolle 38 mit
einem Geotextilmaterial 8 befestigt ist. Das Geotextilmaterial
wird um eine von einer Klammer 39 gehaltenen Rolle 40 geführt und
dann oben auf die Polsterschicht 4 gelegt. Die Rolle 40 ebnet
auch die Polsterschicht, während
das Geotextilmaterial aufgebracht wird. Obwohl das Aufbringen des
Geotextilmaterials auf die Polsterschicht vorzuziehen ist, ist eine optionale
Halterung 36a gezeigt. Bei Verwendung dieser Halterung
wird das Geotextilmaterial zwischen den Schichten 5 und 7 wie
durch die gestrichelte Linie dargestellt angeordnet.
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8 zeigt
eine alternative Konstruktion der Polstermaschine, wobei die Rolle 38 eines
Geotextilmaterials 8 direkt am Rahmen der Polstermaschine befestigt ist.
Zwei Regulierungsarme 42, zwischen denen eine Walze 44 angeordnet
ist, erstrecken sich von der Rutsche 33. Durch diese Anordnung
wird das Geotextilmaterial auf der Polsterschicht gehalten, während die übrigen Schichten 5,7 und 9 aufgebracht werden.
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Bei selektivem Hinterfüllen bzw.
Einbringen von Polstermaterial kann das Geotextilmaterial unter Verwendung
der in den 9 und 10 dargestellten Vorrichtung 60 in
den Graben eingelegt werden. Ein rechteckiger Stützrahmen 61 weist
einen Mast 62 auf. Ein Kabel 63 und ein Zughaken 64 sind
für die Befestigung
des Rahmens 61 an einer Zugmaschine oder einer anderen
Fortbewegungseinrichtung, die durch die gestrichelte Linie 70 angezeigt
ist, vorgesehen. Eine Rolle Geotextilmaterial 66 wird auf
einem Gestänge 65 gehalten,
das oben auf dem Rahmen befestigt ist. Zum Abrollen der Geotextilmaterialrolle ist
ein Motor 75 vorzuziehen. Vorzugsweise ist ein unten am
Rahmen über
Teleskop-Stahlstangen 68 befestigter
Planierer 69 für
die Polsterung vorgesehen. Ein Hydraulikzylinder 67 ist
für die
Einstellung der Höhe
des Planierers 69 vorgesehen. Hinten am Planierer 69 angeordnete
Klammern 71 halten eine Walze 72. Ein Ausbreiter 73,
der vorzugsweise zwei Arme aufweist, zwischen denen eine Walze wie
sie bei der Ausführungsform
von 8 verwendet wird befestigt
ist, erstreckt sich vom Boden des Rahmens 61. Geotextilmaterial
wird von der Rolle 66 unter der Walze 72 und dem
Ausbreiter 73 auf das Polstermaterial 4 gebracht.
Der Planierer 69 stellt sicher, dass sich wenigstens ein
Teil des Polstermaterials auf der gleichen Höhe befindet wie der Ausrichter,
um ein gleichmäßiges Aufbringen
des Geotextilmaterials zu ermöglichen.
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Wie in 11 dargestellt,
ist ein erdverlegtes Glasfaserkabel 80 mit einem Übertragungskern 81, einer
Reflexionsschicht 82 und einer Schutzschicht 84 mit
Sand oder einem anderen Polstermaterial 4 gepolstert. Ein
Geotextilmaterial 8 ist auf bzw. um das Polstermaterial
gebracht. Eine Hinterfüllung
aus Erdreich 6 bedeckt das Geotextilmaterial. Bei Bedarf kann
(nicht dargestellter) Mutterboden auf das Hinterfüllmaterial
aufgebracht werden, um den Graben 1 vollstän dig aufzufüllen. Durch
die Geotextilschicht werden Gesteinsverschiebungen vom Hinterfüllmaterial
aus Erdreich in die Polsterschicht verhindert. Folglich kann das
Kabel 80 nicht von sich bewegendem Gestein berührt und
sowohl die Schutzschicht 84 als auch die Reflexionsschicht 82 können nicht beschädigt werden.
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Ein unterirdischer Speichertank 90 mit
Zufuhrrohr 92 ist gemäß 12 von einem Polstermaterial 4 umgeben.
Ein Geotextilmaterial 8 ist auf bzw. um die Polsterschicht
gebracht. Dann wird das Erdreich selektiv in den Graben zurückbefördert, um
die Schichten 5, 7 und 9 zu bilden, die
Steine mit größer werdendem
Nenndurchmesser enthalten. (Nicht dargestellter) Mutterboden oder
Beton kann auf die obere Schicht aufgebracht werden. Wie bei der
Ausführungsform
gemäß 4 und 5 verhindert das Geotextilmaterial, dass
sich das Polstermaterial und die Steine oberhalb des Geotextilmaterials
vermischen. Darüber
hinaus bilden die Schichten 5, 7 und 9 eine Barriere,
die nicht verdichtet werden kann. Somit wird eine Beschädigung des
Speichertanks durch Gestein verhindert.
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Die 13 und 14 zeigen eine alternative Konstruktion
einer Polstermaschine 94, wobei eine Rolle Geotextilmaterial 95 so
befestigt ist, dass sie unter dem Rahmen 96 der Polstermaschine
hängt. Die
Rolle mit Geotextilmaterial wird von Textilrollenhalterungen 98 gehalten,
sich an beiden Enden einer Welle 100 vorgesehen sind. Die
Halterungen 98 sind verstellbar, so dass sie Textilrollen 95 unterschiedlicher
Breite aufnehmen können.
Ferner kann die Welle (nicht dargestellte) Lager aufweisen, die
das Abrollen erleichtern. Eine Spannvorrichtung 102 kann
vorhanden sein, um das Abrollen des Geotextilmaterials von der Rolle
zu kontrollieren, so dass die Rolle 95 nicht abgewickelt
wird, während
die Polstermaschine 94 von der Zugmaschine oder einer anderen
Fortbewegungseinrichtung entlang des Grabens gezogen wird. Dies
stellt eine Alternative zum Motor für das Abrollen des Geotextilmaterials
von der Rolle (9 und 10) dar. Die Spannvorrichtung
könnte
eine Stange, eine Walze oder eine flache Platte sein, die auf der
Rolle ruht oder eine Bremse, die gegen die Seiten bzw. den Kern
der Rolle wirkt. Ein Ausbreiter 104 für Geotextilmaterial kann vorgesehen
sein, um das Geotextilmaterial 8 ausgebreitet zu halten,
während
es auf das Polstermaterial 4 gelegt wird und um ein Zusammenfalten
des Textilmaterials während
des Abrollens zu verhindern. Dies trägt ebenfalls dazu bei, das
Textilmaterial direkt auf das Polstermaterial aufzubringen, während die
Schicht 5 auf dem Geotextilmaterial ausgebreitet wird.
Der Ausbreiter 104 besteht vorzugsweise aus einem festen,
elastischen Material wie z. B. jenes, das für Förderbänder verwendet wird und weist
in einem unteren Bereich 105 dort Neoprengummi auf, wo
das Geotextilmaterial auf den Ausbreiter trifft und unter diesem
verläuft. Dadurch
konnte die in 7 dargestellte
Walze 40 weggelassen werden, die durch Gestein beschädigt oder
behindert werden kann. Während
das Textilmaterial von der Geotextilmaterialrolle 95 abrollt,
gleitet es unter den unteren Bereich 105 des Ausbreiters 104,
während
die Oberfläche 106 des
Ausbreiters verhindert, dass alles oder ein Teil des die Schicht 5 bildenden
Materials auf nicht unterstütztes
Geotextilmaterial fällt,
wodurch eine Beschädigung
des Textilmaterials verhindert wird. Dieser Ausbreiter ist oben vorzugsweise
breiter als unten, da Grabenwände
gewöhnlich
schräg
sind. Eine obere Breite von 101,60 cm (40 Inch) und eine untere
Breite von 76,20 cm (30 Inch) ist möglich. Bei einer alternativen
Ausführungsform
kann ein Ende des Ausbreiters 104 an der Welle 100 befestigt
sein, damit ein Widerstand auf die Geotextilmaterialrolle 95 ausgeübt wird,
der somit als Spannvorrichtung 102 wirkt.
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Wie bei der in 10 dargestellten Vorrichtung kann ein
Planierer 108 für
das Polstermaterial mit dem Rahmen 96 verbunden sein, z.
B. über
Teleskop-Stahlstangen 110.
Ein Hydraulikzylinder 112 für die Einstellung der Höhe des Planierers 108 kann ebenfalls
vorgesehen sein. Bei der in 15 gezeigten
Ausführungsform
ist ebenfalls eine Walze 114 für das Geotextilmaterial vorgesehen,
die genau über der
Polsterschicht 4 angeordnet ist. Der Träger kann eine Spannrolle sein.
Das Geotextilmaterial wird von der Rolle 95 abgerollt und läuft unter
dem Träger 114 hindurch
und gleitet dann unter die Unterseite 105 des Ausbreiters 104.
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Wie in den 14 und 15 dargestellt,
kann die Polstermaschine auch Rutschen 116, 118 aufweisen,
die von der Polstermaschine oder einer anderen Polstermaterialquelle
durch den Rahmen 96 ragen. Durch die Rutschen werden die
verschiedenen Erdaushubschichten auf das Geotextilmaterial 8 befördert, nachdem
es auf das Polstermaterial 4 aufgebracht worden ist. Das
Polstermaterial wird auf die Rohrleitung 2 oder eine andere
unterirdische Struktur wie z. B. das Glasfaserkabel 80 oder
den Tank 90 gelegt und die Polstermaschine 94 wird
im Graben bewegt, während
der Planierer 108 das Polstermaterial ebnet. Während das
Geotextilmaterial von der Rolle abrollt, gleitet es unter den Ausbreiter
für Geotextilmaterial.
Alternativ dazu kann es auch unter die Spannrolle 114 in 15 gleiten, bevor es unter
den Ausbreiter gleitet. Material mit einem Durchmesser von 1,59
bis 3,81 cm (5/8 bis 1½ Inch)
fällt von
der ersten Rutsche 116 auf das Geotextilmaterial 8, um
die Schicht 5 zu bilden. Material mit einem Durchmesser von
3,81 bis 12,70 cm (1½ bis
5 Inch) fällt
von der zweiten Rutsche 118 auf die vorhergehende Steinschicht,
um die Schicht 7 zu bilden. Große Gesteinsbrocken des Hinterfüllmaterials
können
dann auf die Schicht 7 aus größeren Steinen aufgebracht werden, um
die Schicht 9 zu bilden. Auf die Schicht 9 kann dann
Mutterboden aufgebracht werden.
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Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
des Verfahrens und der Polstermaschine dargestellt worden sind,
ist klarzustellen, dass die Erfindung nicht darauf begrenzt ist,
sondern innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche verschieden
ausgebildet sein kann.