EP2666911B1 - Verfahren zum Herstellen einer Bodenmörtelwand im Boden - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Bodenmörtelwand im Boden Download PDF

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EP2666911B1
EP2666911B1 EP12004086.0A EP12004086A EP2666911B1 EP 2666911 B1 EP2666911 B1 EP 2666911B1 EP 12004086 A EP12004086 A EP 12004086A EP 2666911 B1 EP2666911 B1 EP 2666911B1
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EP
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soil
borehole
continuous flight
augers
mortar
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E02D3/126—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and mixing by rotating blades
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D19/00—Keeping dry foundation sites or other areas in the ground
    • E02D19/06—Restraining of underground water
    • E02D19/12—Restraining of underground water by damming or interrupting the passage of underground water
    • E02D19/16—Restraining of underground water by damming or interrupting the passage of underground water by placing or applying sealing substances
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Bodenmörtelwand in the soil with a drill, which has at least two parallel juxtaposed worms, wherein the at least two endless screws are drilled in the soil while soil material is dissolved, which mixes in the borehole with a binder suspension to the soil mortar which hardens after removing the at least two endless screws in the wellbore to the floor mortar wall.
  • the invention further relates to a drilling apparatus for carrying out such a method.
  • Such floor mortar walls are also referred to as sealing walls or enclosing walls, which are used for example in Baugrubenumsch broadened or in the rehabilitation of dams.
  • Such a method is for example from the DE 42 19 150 C1 out.
  • one or more augers are introduced into a first region of the soil. After dissolving the soil in this first area liquid binder is supplied, wherein by means of the augers in this first area a soil material-binder mixture is produced. Subsequently, the augers are lowered to a second deeper area and repeats the described process step. These steps are performed until the final depth is reached. The soil mortar mixture is thus produced gradually from above.
  • DE 42 19 150 C1 describes a method in which the auger initially drilled to the final depth and only then the dissolved soil material when retracting the auger with the liquid binder is mixed to the soil mortar.
  • the binder is introduced in the region of the drill bit via a central core tube.
  • the soil mortar is thus created when pulling the auger from bottom to top.
  • the invention has for its object to provide a method and a drill, with which a floor mortar wall in the soil can be produced in a particularly economical manner and in high quality.
  • a basic idea of the invention is, after drilling out the endless screws, which are also referred to as augers or augers, to prepare the soil mortar by feeding the binder suspension initially in a lower mixing area only up to an intermediate position of the borehole depth.
  • the augers are thus withdrawn only in part from the well, wherein by supplying the binder in the region of the drill bit a lower mixing area is formed in the slot.
  • This lower mixing area constitutes a reservoir of ready-mixed or substantially ready-mixed floor mortar which, according to the invention, is conveyed upwards into the upper slot area via at least one endless screw.
  • soil material from the upper slot area above the intermediate position in the lower mixing area which has been dissolved and not yet mixed is conveyed via at least one other endless screw.
  • the borehole depth reached in the first step is preferably the final depth needed for the traveling position.
  • the lower mixing zone can be regarded, so to speak, as a reactor zone for producing the floor mortar. It is advantageous that due to a displacement of the mixing in the lower region of the slot leakage of soil mortar and thus contamination of the earth's surface is avoided or at least considerably reduced.
  • a further significant advantage of the invention is that the endless screws can extend over the entire depth of the well for a long time from the third step, so that the long endless screws their mixing and conveying effect for a relatively long time over the depth of the drill slot exercise. It is thus possible in a relatively short time a good mixing and thus homogenization performance.
  • a multiplicity of endless screws can be arranged in line next to each other, wherein the cutting regions of the individual drilling screws adjoin one another.
  • tuning the screw geometry and certain overlaps of the cutting areas can be provided. It is particularly preferred according to the invention that a drill with three juxtaposed endless screw is used. As a result, a well manageable Bohrschlitzin is achieved. The arrangement of four, five or more endless screws is possible.
  • the two outer endless screws for conveying the soil material in the lower mixing area and the average endless screw for conveying the soil mortar from the lower mixing area are driven upwards. It can be so targeted vertical circulation over the borehole depth can be achieved. By conveying the dissolved soil material more downwards than conveying the soil mortar from the lower mixing area upwards, a particularly thorough mixing is achieved. In addition, it is clearly visible to the operator of the drill when the soil mortar emerges from the upper borehole opening that the soil mortar in the borehole is completely or very largely distributed.
  • the borehole is created by the augers, but the dissolved and broken soil is not or at least not promoted to a significant extent from the wellbore.
  • a liquid supply may be dispensed with.
  • the liquid supply can be introduced via an endless screw, a choice of several endless screws or all continuous screws on the tip or arranged along the Bohrschneckendorf outlet openings in the dissolved soil material. The addition of liquid, especially the binder suspension, reduces the friction and abrasion on the drilling tools.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention is that the intermediate position is provided in a lower half of the borehole.
  • the lower mixing area extends in the lower quarter or in the lower third of the borehole.
  • the height of the mixing area basically depends on the total depth of the borehole and also on the properties and the particle size distribution of the dissolved soil material.
  • a good penetration of the endless screws, which have at their front tip Bohrkohl or teeth is achieved according to the invention in that in the first step, the endless worms are driven depending on a helical direction of the screw helix for screwing into the ground, wherein at certain time intervals, a reversal of direction he follows.
  • the endless screws would therefore be driven in the same direction.
  • the direction of rotation is reversed at certain times. As a result, soil material can also be partially promoted back into the well.
  • a short-term reversal of the direction of rotation also promotes the homogenization of the soil mortar.
  • a good homogenization is achieved according to a further process variant according to the invention in that in the second step, a rotational speed and an axial movement of the endless screw depending on an influx of binder suspension are adjusted so that in the lower mixing area dissolved soil and binder suspension are mixed to the soil mortar ,
  • the speeds of the individual endless screws can also be arranged differently from each other.
  • the rotational speed of the at least one endless screw for conveying the soil mortar upwards may be greater or smaller than the rotational speed of the at least one endless screw, which is provided for feeding the soil material from above into the lower mixing area.
  • the endless screws are rotationally driven without an axial movement.
  • axially stationary endless screws and at least partially flowable soil material a good mixing can be achieved.
  • the endless screws After lifting the endless screws to the intermediate position they are lowered again in the third step. This lowering can be done up to any position. It is preferred according to the invention that in the third step, the endless screws are lowered to the borehole bottom. Thus, the endless screws extend from the bottom of the hole to the surface. In the subsequent conveying and mixing process, the endless screws can thus have their effect over the entire borehole depth.
  • a further improvement in the homogenization is achieved in a preferred manner in that in the fourth step, soil mortar conveyed upwards to the soil surface is conveyed again in the direction of the lower mixing area.
  • a device in particular a trench, can be provided, which briefly absorbs outgoing soil mortar for a return conveyance.
  • a vertical circulation flow is generated.
  • a circulation from the lower mixing area can be adjusted upwards and back again for a given time via the endless screws.
  • upward conveyance can take place in the middle area or through the outer endless screws.
  • the necessary conveying in the opposite direction can then be done by the corresponding other endless screws.
  • the directions of rotation of the endless screw can also be reversed, so that reverses the circulation flow in the slot under a high mixing effect.
  • a single wall segment can be produced in one pass by the method according to the invention.
  • the individual drill slots can be carried out successively successively or in a so-called mit step method with certain back steps.
  • a floor mortar wall in a floor the floor mortar wall being formed from a floor mortar mixed from dissolved floor material and a binder suspension.
  • This floor mortar wall is formed in that it is produced according to one of the above-described methods.
  • the binder may in particular comprise cement, cementmilk, bentonite, water and / or other suitable substances which harden with the dissolved soil material to a solid wall mass.
  • the invention also includes a drilling device with at least two rotationally driven endless screws for producing a floor mortar wall, wherein at least one endless screw has a central core tube for feeding a binder suspension in a borehole.
  • This drill is according to the invention characterized in that a control is provided for automatically carrying out the method described above. It is an additional advantage that the above-described method is less dependent on the knowledge and experience of the machine operator and thus can be performed automatically.
  • directions of rotation, speeds of rotation and axial feed movements for carrying out the above-described method steps can be entered. A termination of the process can be done automatically or by the operator immediately upon exit of the soil mortar from the borehole or a certain time later.
  • a drill 10 for carrying out the method according to the invention is in Fig. 1 shown.
  • a mast 14 On a carrier device 12, which has a crawler undercarriage and a superstructure rotatably mounted thereon, a mast 14 is arranged via an adjusting device.
  • the mast 14 is formed in the present embodiment as a leader.
  • a drilling carriage 16 At a front side of the mast 14, a drilling carriage 16 is slidably guided along the mast 14.
  • the drilling carriage 16 carries the drilling drives 18 for a total of three endless screws 20a, 20b and 20c.
  • a feed device for supplying binder suspension, in particular of liquid cement and bentonite, to the endless screws 20 is provided on the drilling carriage 16.
  • the binder suspension is pumped from a tank on the ground by means of a hose to the drilling carriage 16 upwards.
  • the endless screws 20 generally have a length between 10 m and 20 m. They each comprise a central core tube 22, on the outside of which helix spirals 24 are provided which extend essentially over the entire length of the core tube 22.
  • the screw flights 24 are designed for conveying material through the borehole depth, with interruptions for mixing elements or connecting yokes 28 being provided.
  • a total of three connecting yokes 28a, 28b and 28c are arranged, in which the individual core tubes 22 are each rotatably mounted.
  • the connection yokes 28 connect and stiffen the individual endless screws 20 in order to counteract unwanted deflections of the endless screws 20 in the drilling operation.
  • an oval guide sleeve 30 is provided, which comprises the endless worms 20 and is secured to the lower end of the mast 14.
  • the drill bits 26 are provided. At the drill bit 26 not only a centering tip and substantially radially directed cutting means for cutting the bottom not shown outlet openings for exiting the binder suspension from the hollow core tube 22 are arranged. Between the lower connecting yoke 28c and the drill bits 26, the helices are formed as driving helices 25 whose spiral pitch is greater than the helical pitch of the helical helixes 24. A helical direction on the left-side endless helix 20a is reversed to the helix directions of the other two helical worms 20b and 20c ,
  • the operation of the drill 10 and thus the implementation of the method according to the invention is highly schematic in connection with the F igurs 2 to 6 shown and explained.
  • the three endless screws 20, which in the present embodiment all have the same helical direction, driven in rotation and retracted according to the direction of the arrow P1 in the bottom 50.
  • soil material 53 is released and comminuted by the endless screws 20.
  • the soil material 53 essentially remains in the created borehole 52. This can be achieved by an occasional reversal of the rotational direction of the endless screws 20.
  • no or only slightly liquid, in particular binder suspension, is supplied.
  • the endless screw 20 are raised vertically again according to the direction of the arrow P2, wherein according to the direction of the arrow according to Fig. 4 is fed through the core tubes 22 of the endless screw 20 binder suspension 55.
  • a lower mixing region 56 is formed in the borehole 52, in which soil material 53 and fed binder suspension 55 is mixed with the largely finished soil mortar 57.
  • the endless screws 20 are raised to an intermediate position 58 within the wellbore 52.
  • the intermediate position 58 refers to a lower end of the endless screws 20.
  • the endless screw 20 After reaching the predetermined intermediate position 58, the endless screw 20 according to the arrows P3 in Fig. 5 lowered back down into the lower mixing area 56.
  • the central endless screw 20b is driven in rotation so that the endless screw 20b floor mortar 57 from the lower mixing area 56 promotes upward according to the arrow P4.
  • the two outer endless screws 20a, 20c are driven in rotation such that they convey ground material 53 released from an upper borehole area 59 above the intermediate position 58 downward into the lower mixing area 56 in accordance with the arrows P5.
  • finished soil mortar 57 is prepared by further supply of liquid binder suspension from the supplied soil material 53.
  • results from the set material flow according to the arrows P4 and P5 a material cycle between the lower mixing area 56 and the upper borehole area 59.
  • This material circulation in the borehole 52 is maintained until at least until soil mortar 57 has reached a bottom surface 51 and the entire borehole 52 is filled with the ready mixed soil mortar 57, as in FIG Fig. 6 is shown.
  • the endless screws 20 can be withdrawn from the borehole 52 again.
  • the soil mortar 57 in the wellbore 52 may then harden to the soil mortar wall 60.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bodenmörtelwand im Boden mit einem Bohrgerät, welches mindestens zwei parallel nebeneinander angeordnete Endlosschnecken aufweist, wobei die mindestens zwei Endlosschnecken in den Boden gebohrt werden und dabei Bodenmaterial gelöst wird, welches im Bohrloch mit einer Bindemittelsuspension zu dem Bodenmörtel vermischt wird, welcher nach dem Entfernen der mindestens zwei Endlosschnecken in dem Bohrloch zu der Bodenmörtelwand aushärtet.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein Bohrgerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Derartige Bodenmörtelwände werden auch als Dichtwände oder Umfassungswände bezeichnet, welche etwa bei Baugrubenumschließungen oder bei der Sanierung von Dämmen zum Einsatz kommen.
  • Ein derartiges Verfahren geht beispielsweise aus der DE 42 19 150 C1 hervor. Bei diesem bekannten Verfahren werden ein oder mehrere Bohrschnecken in einen ersten Bereich des Bodens eingebracht. Nach dem Lösen des Bodens in diesem ersten Bereich wird flüssiges Bindemittel zugeführt, wobei mittels der Bohrschnecken in diesem ersten Bereich eine Bodenmaterial-Bindemittelmischung hergestellt wird. Anschließend werden die Bohrschnecken in einen zweiten tieferen Bereich abgesenkt und der beschriebene Verfahrensschritt wiederholt. Diese Schritte werden bis zum Erreichen der Endtiefe durchgeführt. Die Bodenmörtelmischung wird also schrittweise von oben hergestellt.
  • Alternativ wird in der DE 42 19 150 C1 ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Bohrschnecke zunächst bis zur Endtiefe abgebohrt und erst anschließend das gelöste Bodenmaterial beim Zurückziehen der Bohrschnecke mit dem flüssigen Bindemittel zu dem Bodenmörtel vermischt wird. Das Bindemittel wird im Bereich der Bohrspitze über ein mittiges Seelenrohr eingeleitet. Bei dieser Verfahrensalternative wird also der Bodenmörtel beim Herausziehen der Bohrschnecke von unten nach oben erstellt.
  • Für die Qualität der Bodenmörtelwand ist eine möglichst homogene Konsistenz über die gesamte Wandtiefe von wesentlicher Bedeutung. Eine gleichmäßige Konsistenz ist wichtig für die Dichtigkeit und Festigkeit der Wand. Abhängig von der Beschaffenheit des zu bearbeitenden Bodens, insbesondere bei stark unterschiedlichen Bodenschichten, ist es zur Sicherstellung einer ausreichenden Homogenisierung oftmals erforderlich, dass nach Erstellen des Bodenmörtels in dem Bodenschlitz die Bohrschnecken noch ein- oder mehrmals in den Schlitz abgesenkt werden, um durch eine zusätzliche Durchmischung eine besonders gute Homogenisierung zu erreichen. Gerade bei diesen abschließenden Zusatzhüben tritt häufig Bodenmörtel an die Oberfläche aus. Dies bedeutet einen Materialverlust und führt zu einer Verunreinigung. Auf dem Boden erstarrter Bodenmörtel ist aufwändig zu entfernen und zu deponieren.
  • Weiterhin ist in der DE 102 38 646 B3 ein derartiges Verfahren beschrieben, bei welchem nebeneinanderliegende Wandsegmente derart schrittweise und überlappend hergestellt werden, dass durch die zumindest teilweise vorgesehene Überlappung eine zusätzliche Homogenisierung bewirkt werden kann.
  • Weitere Verfahren und Bohrgeräte zum Herstellen von Wänden im Boden gehen aus der EP 2 423 388 A1 , der EP 2 410 092 A1 und der EP 0 663 475 A1 hervor.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Bohrgerät anzugeben, mit welchen eine Bodenmörtelwand im Boden in besonders wirtschaftlicher Weise und in hoher Qualität hergestellt werden kann.
  • Die Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
    • dass die mindestens zwei Endlosschnecken in einem ersten Schritt bis zu einer Bohrlochtiefe unter Aufbrechen und Lösen des Bodens gebohrt werden, wobei das gelöste Bodenmaterial im Wesentlichen in dem Bohrloch verbleibt,
    • dass in einem zweiten Schritt unter Zuführung von Bindemittelsuspension mindestens zwei Endlosschnecken bis zu einer Zwischenposition in dem Bohrloch angehoben werden, wobei zwischen einer Bohrlochsohle und einer Zwischenposition ein unterer Mischbereich gebildet wird, in welchem das gelöste Bodenmaterial mit der zugeführten Bindemittelsuspension zu dem Bodenmörtel vermischt ist,
    • dass in einem dritten Schritt die mindestens zwei Endlosschnecken in den unteren Mischbereich abgesenkt werden und
    • dass in einem vierten Schritt mindestens eine Endlosschnecke zum Fördern von Bodenmaterial aus dem unteren Mischbereich nach oben und mindestens eine Endlosschnecke zum Fördern von gelöstem Bodenmaterial von einem oberen Bohrlochbereich oberhalb der Zwischenposition in den unteren Mischbereich zumindest solange angetrieben werden, bis Bodenmörtel aus dem unteren Mischbereich bis zur Bodenoberfläche gefördert ist.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, nach dem Abbohren der Endlosschnecken, welche auch als Bohrschnecken oder Schneckenbohrer bezeichnet werden, den Bodenmörtel durch Zuführung der Bindemittelsuspension zunächst in einem unteren Mischbereich nur bis zu einer Zwischenposition der Bohrlochtiefe zuzubereiten. Die Bohrschnecken werden also nur zu einem Teil aus dem Bohrschlitz zurückgezogen, wobei durch Zuführen des Bindemittels im Bereich der Bohrspitze ein unterer Mischbereich in dem Schlitz gebildet ist. Dieser untere Mischbereich stellt ein Reservoir an fertiggemischtem oder weitgehend fertiggemischtem Bodenmörtel dar, welcher gemäß der Erfindung über zumindest eine Endlosschnecke nach oben in den oberen Schlitzbereich gefördert wird. Gleichzeitig wird über zumindest eine andere Endlosschnecke gelöstes, noch nicht fertiggemischtes Bodenmaterial aus dem oberen Schlitzbereich oberhalb der Zwischenposition in den unteren Mischbereich zugefördert. Die im ersten Schritt erreichte Bohrlochtiefe ist vorzugsweise die Endtiefe, die zur Wanderstellung benötigt ist.
  • Aufgrund der reduzierten Viskosität des Bodenmörtels in dem unteren Mischbereich gegenüber dem Bodenmaterial im oberen Bodenbereich lässt sich das zugeführte gelöste Bodenmaterial leicht und intensiv zu dem Bodenmörtel mischen. Der untere Mischbereich kann sozusagen als ein Reaktorbereich zum Herstellen des Bodenmörtels angesehen werden. Dabei ist es vorteilhaft, dass aufgrund eines Verlagerns des Mischens in den unteren Bereich des Schlitzes ein Austreten von Bodenmörtel und damit eine Verunreinigung der Erdoberfläche vermieden oder zumindest ganz erheblich reduziert ist.
  • Das Mischen und Fördern des Bodenmörtels nach oben sowie das Nach-unten-Fördern des noch nicht gemischten, gelösten Bodenmaterials wird solange fortgesetzt, bis das gesamte gelöste Bodenmaterial mit Bindemittelsuspension vermengt und über den gesamten Schlitz verteilt ist. Selbst bei einem Durchbohren unterschiedlicher Bodenschichten kann so eine sehr homogene Bodenmörtelmischung über die Bohrlochtiefe erreicht werden.
  • Dabei besteht ein weiterer erheblicher Vorteil der Erfindung darin, dass sich die Endlosschnecken ab dem dritten Verfahrensschritt für längere Zeit über die ganze Tiefe des Bohrloches erstrecken können, so dass die langen Endlosschnecken ihre Misch-und Förderwirkung für eine relativ lange Zeit über die Tiefe des Bohrschlitzes ausüben können. Es wird also in einer relativ kurzen Zeit eine gute Misch- und damit Homogenisierungsleistung ermöglicht.
  • Grundsätzlich kann eine Vielzahl von Endlosschnecken in Linie nebeneinander angeordnet sein, wobei die Schnittbereiche der einzelnen Bohrschnecken aneinander angrenzen. Bei Abstimmung der Schneckengeometrie können auch gewisse Überschneidungen der Schnittbereiche vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass ein Bohrgerät mit drei nebeneinander angeordneten Endlosschnecken verwendet wird. Hierdurch wird eine gut handhabbare Bohrschlitzlänge erreicht. Die Anordnung von vier, fünf oder mehr Endlosschnecken ist möglich.
  • Dabei ist es nach der Erfindung besonders bevorzugt, dass in dem vierten Schritt die beiden äußeren Endlosschnecken zum Fördern des Bodenmaterials in den unteren Mischbereich und die mittlere Endlosschnecke zum Fördern des Bodenmörtels aus dem unteren Mischbereich nach oben angetrieben werden. Es kann so eine gezielte vertikale Zirkulation über die Bohrlochtiefe erreicht werden. Durch ein stärkeres Fördern des gelösten Bodenmaterials nach unten gegenüber dem Fördern des Bodenmörtels aus dem unteren Mischbereich nach oben wird eine besonders gute Durchmischung erreicht. Zudem ist für den Bediener des Bohrgerätes bei Austritt des Bodenmörtels an der oberen Bohrlochöffnung gut erkennbar, dass der Bodenmörtel im Bohrloch vollständig oder sehr weitgehend verteilt ist.
  • Bei der Durchführung des ersten Schrittes wird durch die Bohrschnecken das Bohrloch erstellt, wobei jedoch der gelöste und aufgebrochene Boden nicht oder zumindest nicht in nennenswertem Umfang aus dem Bohrloch abgefördert wird. Während dieses Abbohrens und Abteufen des Bohrloches kann abhängig von der Art des Bodens von einer Flüssigkeitszufuhr abgesehen werden. Zur Verschleißminderung ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass in dem ersten Schritt beim Lösen des Bodens zur Schmierung Bindemittelsuspension über zumindest ein Seelenrohr einer Endlosschnecke zugeführt wird. Die Flüssigkeitszufuhr kann über eine Endlosschnecke, eine Auswahl mehrerer Endlosschnecken oder alle Endlosschnecken über die Spitze oder über entlang der Bohrschneckenlänge angeordnete Austrittsöffnungen in das gelöste Bodenmaterial eingebracht werden. Die Zugabe von Flüssigkeit, insbesondere der Bindemittelsuspension, vermindert die Reibung und Abrasion an den Bohrwerkzeugen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Zwischenposition in einer unteren Hälfte des Bohrloches vorgesehen wird. Vorzugsweise erstreckt sich der untere Mischbereich im unteren Viertel oder im unteren Drittel des Bohrloches. Die Höhe des Mischbereiches hängt grundsätzlich von der Gesamttiefe des Bohrloches und auch von den Eigenschaften und der Korngrößenverteilung des gelösten Bodenmaterials ab.
  • Ein gutes Eindringen der Endlosschnecken, welche an ihrer vorderen Spitze Bohrschneiden oder Bohrzähne aufweisen, wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass in dem ersten Schritt die Endlosschnecken abhängig von einer Wendelrichtung der Schneckenwendel zum Einschrauben in den Boden angetrieben werden, wobei zu bestimmten Zeitspannen eine Drehrichtungsumkehr erfolgt. Durch ein Antreiben in eine Einschraubrichtung wird zusätzlich eine Axialkraft durch die Endlosschnecken bewirkt, so dass hierdurch das Bohrgerät entlastet wird. Sofern die Bohrschnecken die gleiche Wendelrichtung aufweisen, würden die Endlosschnecken also in der gleichen Drehrichtung angetrieben werden. Um bei einem derartigen Antreiben in Einschraubrichtung ein Abfördern von Bodenmaterial aus dem Bohrloch in großem Umfang zu verhindern, wird zu bestimmten Zeiten die Drehrichtung umgekehrt. Hierdurch kann Bodenmaterial auch teilweise wieder zurück in das Bohrloch gefördert werden. Zudem fördert eine kurzfristige Drehrichtungsumkehr auch die Homogenisierung des Bodenmörtels.
  • Eine gute Homogenisierung wird nach einer weiteren Verfahrensvariante gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass in dem zweiten Schritt eine Drehzahl und eine Axialbewegung der Endlosschnecken in Abhängigkeit von einem Zufluss an Bindemittelsuspension eingestellt werden, so dass im unteren Mischbereich gelöstes Bodenmaterial und Bindemittelsuspension zu dem Bodenmörtel fertiggemischt werden. Dabei können die Drehzahlen der einzelnen Endlosschnecken auch unterschiedlich zueinander angeordnet sein. So kann insbesondere die Drehzahl der mindestens einen Endlosschnecke zum Fördern des Bodenmörtels nach oben größer oder kleiner zu der Drehzahl der mindestens einen Endlosschnecke sein, welche zum Zufördern des Bodenmaterials von oben in den unteren Mischbereich vorgesehen ist.
  • Weiter ist es für eine gute Homogenisierung des Bodenmörtels vorteilhaft, dass vor oder nach dem zweiten Schritt die Endlosschnecken ohne eine Axialbewegung drehend angetrieben werden. Gerade bei axial stillstehenden Endlosschnecken und bei einem zumindest teilweise fließfähigen Bodenmaterial kann eine gute Durchmischung erreicht werden.
  • Nach dem Anheben der Endlosschnecken zu der Zwischenposition werden diese in dem dritten Schritt wieder abgesenkt. Dieses Absenken kann bis zu einer beliebigen Position erfolgen. Bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass in dem dritten Schritt die Endlosschnecken bis zu der Bohrlochsohle abgesenkt werden. Es erstrecken sich somit die Endlosschnecken von der Bohrlochsohle bis zur Oberfläche. Bei dem nachfolgenden Förder- und Mischvorgang können so die Endlosschnecken über die gesamte Bohrlochtiefe ihre Wirkung entfalten.
  • Eine weitere Verbesserung bei der Homogenisierung wird in bevorzugter Weise dadurch erreicht, dass in dem vierten Schritt nach oben an die Bodenoberfläche geförderter Bodenmörtel wieder in Richtung zum unteren Mischbereich gefördert wird. An der Oberfläche kann eine Einrichtung, insbesondere ein Graben, vorgesehen sein, welcher austretenden Bodenmörtel für ein Zurückfördern kurzzeitig aufnimmt.
  • Dabei ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass in dem Bohrloch ein vertikaler Kreislaufstrom erzeugt wird. Abhängig von der Ausgangsbeschaffenheit des Bodenmateriales und der gewünschten Qualität des angestrebten Bodenmörtels kann über die Endlosschnecken für eine vorgegebene Zeit eine Zirkulation vom unteren Mischbereich nach oben und wieder zurück eingestellt werden. Abhängig von der Drehrichtung der Förderschnecken kann ein Nach-oben-Fördern im mittleren Bereich oder durch die äußeren Endlosschnecken erfolgen. Das notwendige Fördern in die entgegengesetzte Richtung kann dann durch die entsprechend anderen Endlosschnecken erfolgen. Dabei können die Drehrichtungen der Endlosschnecken auch umgekehrt werden, so dass sich unter einer hohen Mischwirkung auch die Kreislaufströmung im Schlitz umkehrt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem vierten Schritt eine Zuführung von Bindemittelsuspension gestoppt wird, während die Endlosschnecken zu einer weiteren Homogenisierung des Bodenmörtels in dem Bohrloch weiter drehend angetrieben werden. Wie oben dargelegt, wird hierdurch eine besonders gute Mischwirkung erzielt.
  • Grundsätzlich kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein einzelnes Wandsegment in einem Stich hergestellt werden. Nach der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass zum Bilden einer durchgehenden Bodenmörtelwand mehrere Bohrlöcher nebeneinander hergestellt werden. Dabei können die einzelnen Bohrschlitze sukzessive nacheinander oder in einem sogenannten Pilgerschrittverfahren mit gewissen Rückschritten durchgeführt werden.
  • Es ist auch eine Bodenmörtelwand in einem Boden vorgesehen, wobei die Bodenmörtelwand aus einem Bodenmörtel gebildet ist, welche aus gelöstem Bodenmaterial und einer Bindemittelsuspension gemischt ist. Diese Bodenmörtelwand ist dadurch gebildet, dass diese nach einem der vorbeschriebenen Verfahren hergestellt ist. Das Bindemittel kann insbesondere Zement, Zementmilch, Bentonit, Wasser und/oder andere geeignete Substanzen aufweisen, welche mit dem gelösten Bodenmaterial zu einer festen Wandmasse aushärten.
  • Schließlich umfasst die Erfindung noch ein Bohrgerät mit noch mindestens zwei drehend angetriebenen Endlosschnecken zum Herstellen einer Bodenmörtelwand, wobei zumindest eine Endlosschnecke ein mittiges Seelenrohr zur Zuführung einer Bindemittelsuspension in einem Bohrloch aufweist. Dieses Bohrgerät ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung zur automatischen Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens vorgesehen ist. Dabei stellt es einen zusätzlichen Vorteil dar, dass das vorbeschriebene Verfahren weniger von den Kenntnissen und Erfahrungen des Maschinenbedieners abhängt und somit automatisch durchgeführt werden kann. Über eine grundsätzlich bekannte elektronische Steuerung können Drehrichtungen, Drehgeschwindigkeiten und axiale Vorschubbewegungen zur Durchführung der vorbeschriebenen Verfahrensschritte eingegeben werden. Ein Beenden des Verfahrens kann automatisch oder durch den Maschinenbediener unmittelbar bei Austritt des Bodenmörtels aus dem Bohrloch oder eine bestimmte Zeit später erfolgen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisiert in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht eines Bohrgerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    Figuren 2 bis 6
    schematische Querschnittsansichten zu einzelnen Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein Bohrgerät 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt. An einem Trägergerät 12, welches ein Raupenfahrwerk und einen daran drehbar gelagerten Oberwagen aufweist, ist über eine Verstelleinrichtung ein Mast 14 angeordnet. Der Mast 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Mäkler ausgebildet. An einer Vorderseite des Mastes 14 ist ein Bohrschlitten 16 entlang des Mastes 14 verschiebbar geführt. Der Bohrschlitten 16 trägt die Bohrantriebe 18 für insgesamt drei Endlosschnecken 20a, 20b und 20c. Weiterhin ist an dem Bohrschlitten 16 eine Zuführeinrichtung zur Zuführung von Bindemittelsuspension, insbesondere von flüssigem Zement und Bentonit, zu den Endlosschnecken 20 vorgesehen. Über eine nicht dargestellte Pumpe wird die Bindemittelsuspension aus einem Tank am Boden mittels einer Schlauchleitung zu dem Bohrschlitten 16 nach oben gepumpt.
  • Die Endlosschnecken 20 weisen in der Regel eine Länge zwischen 10 m und 20 m auf. Sie umfassen jeweils ein mittiges Seelenrohr 22, an dessen Außenseite Schneckenwendeln 24 vorgesehen sind, welche sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Seelenrohres 22 erstrecken. Die Schneckenwendeln 24 sind für eine Materialförderung über die Bohrlochtiefe ausgebildet, wobei Unterbrechungen für Mischelemente oder für Verbindungsjoche 28 vorgesehen sein können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Verbindungsjoche 28a, 28b und 28c angeordnet, in welchen die einzelnen Seelenrohre 22 jeweils drehbar gelagert sind. Die Verbindungsjoche 28 verbinden und versteifen die einzelnen Endlosschnecken 20, um unerwünschten Ausbiegungen der Endlosschnecken 20 im Bohrbetrieb entgegenzuwirken. Zu diesem Zweck ist auch eine ovale Führungshülse 30 vorgesehen, welche die Endlosschnecken 20 umfasst und am unteren Ende des Mastes 14 befestigt ist.
  • Am unteren Ende der Endlosschnecken 20 sind die Bohrspitzen 26 vorgesehen. An der Bohrspitze 26 sind neben einer Zentrierspitze und im Wesentlichen radial gerichteten Schneideinrichtungen zum Schneiden des Bodens auch nicht dargestellte Austrittsöffnungen zum Austreten der Bindemittelsuspension aus dem hohlen Seelenrohr 22 angeordnet. Zwischen dem unteren Verbindungsjoch 28c und den Bohrspitzen 26 sind die Wendeln als Vortriebswendeln 25 ausgebildet, deren Wendelsteigung größer ist als die Wendelsteigung der oben liegenden Schneckenwendeln 24. Dabei ist eine Wendelrichtung an der linksseitigen Endlosschnecke 20a umgekehrt zu den Wendelrichtungen der anderen beiden Endlosschnecken 20b und 20c.
  • Nachfolgend wird der Betrieb des Bohrgerätes 10 und damit die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stark schematisiert im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 6 gezeigt und erläutert. Gemäß Fig. 2 werden die drei Endlosschnecken 20, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel alle die gleiche Wendelrichtung aufweisen, drehend angetrieben und entsprechend der Pfeilrichtung P1 in den Boden 50 eingefahren.
  • Dabei wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich, ein im horizontalen Querschnitt etwa ovalförmiges Bohrloch 52 bis zu einer Bohrlochsohle 54 im Boden 50 erstellt. Dabei wird durch die Endlosschnecken 20 Bodenmaterial 53 gelöst und zerkleinert. Das Bodenmaterial 53 verbleibt im Wesentlichen in dem erstellten Bohrloch 52. Dies kann durch eine gelegentliche Drehrichtungsumkehr der Endlosschnecken 20 erreicht werden. Bei diesem Erstellen des Bohrloches 52 wird keine oder nur geringfügig Flüssigkeit, insbesondere Bindemittelsuspension, zugeführt.
  • Nach Erreichen der gewünschten Tiefe des Bohrloches 52 werden die Endlosschnecken 20 gemäß der Pfeilrichtung P2 wieder vertikal angehoben, wobei entsprechend der Pfeilrichtung gemäß Fig. 4 durch die Seelenrohre 22 der Endlosschnecken 20 Bindemittelsuspension 55 zugeleitet wird.
  • Durch dieses Zuleiten von Bindemittelsuspension 55 in den unteren Bereich der Endlosschnecken 20 wird in dem Bohrloch 52 ein unterer Mischbereich 56 gebildet, in welchem Bodenmaterial 53 und zugeführte Bindemittelsuspension 55 zu dem weitgehend fertigen Bodenmörtel 57 gemischt ist. Die Endlosschnecken 20 werden bis zu einer Zwischenposition 58 innerhalb des Bohrloches 52 angehoben. Die Zwischenposition 58 bezieht sich auf ein unteres Ende der Endlosschnecken 20.
  • Nach Erreichen der vorgegebenen Zwischenposition 58 werden die Endlosschnecken 20 gemäß den Pfeilen P3 in Fig. 5 wieder nach unten in den unteren Mischbereich 56 abgesenkt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird nunmehr die mittlere Endlosschnecke 20b derart drehend angetrieben, dass die Endlosschnecke 20b Bodenmörtel 57 aus dem unteren Mischbereich 56 nach oben entsprechend dem Pfeil P4 fördert. Gleichzeitig werden die beiden äußeren Endlosschnecken 20a, 20c derart drehend angetrieben, dass diese entsprechend den Pfeilen P5 gelöstes Bodenmaterial 53 aus einem oberen Bohrlochbereich 59 oberhalb der Zwischenposition 58 nach unten in den unteren Mischbereich 56 fördern. In dem unteren Mischbereich 56 wird durch weitere Zuführung von flüssiger Bindemittelsuspension aus dem zugeführten Bodenmaterial 53 fertiger Bodenmörtel 57 hergestellt. Insgesamt ergibt sich durch den eingestellten Materialfluss gemäß den Pfeilen P4 und P5 ein Materialkreislauf zwischen dem unteren Mischbereich 56 und dem oberen Bohrlochbereich 59. Dieser Materialkreislauf in dem Bohrloch 52 wird so lange aufrechterhalten, zumindest bis Bodenmörtel 57 an eine Bodenoberfläche 51 gelangt ist und das gesamte Bohrloch 52 mit dem fertig gemischten Bodenmörtel 57 gefüllt ist, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Nach dem Fertigstellen des Bodenmörtels in dem gesamten Bohrloch 52 können die Endlosschnecken 20 wieder aus dem Bohrloch 52 rückgezogen werden. Der Bodenmörtel 57 in dem Bohrloch 52 kann so dann zu der Bodenmörtelwand 60 aushärten.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Bodenmörtelwand (60) im Boden (50) mit einem Bohrgerät (10), welches mindestens zwei parallel nebeneinander angeordnete Endlosschnecken (20) aufweist, wobei die mindestens zwei Endlosschnecken (20) in den Boden (50) gebohrt werden und dabei Bodenmaterial (53) gelöst wird, welches im Bohrloch (52) mit einer Bindemittelsuspension (55) zu einem Bodenmörtel (57) vermischt wird, welcher nach dem Entfernen der mindestens zwei Endlosschnecken (20) in dem Bohrloch (52) zu der Bodenmörtelwand (60) aushärtet, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die mindestens zwei Endlosschnecken (20) in einem ersten Schritt bis zu einer Bohrlochtiefe unter Aufbrechen und Lösen des Bodens (50) gebohrt werden, wobei das gelöste Bodenmaterial (54) im Wesentlichen in dem Bohrloch (52) verbleibt,
    - dass in einem zweiten Schritt unter Zuführung von Bindemittelsuspension (55) die mindestens zwei Endlosschnecken (20) bis zu einer Zwischenposition (58) in dem Bohrloch (52) angehoben werden, wobei zwischen einer Bohrlochsohle (54) und der Zwischenposition (58) ein unterer Mischbereich (56) gebildet wird, in welchem das gelöste Bodenmaterial (53) mit der zugeführten Bindemittelsuspension (55) zu dem Bodenmörtel (57) vermischt ist,
    - dass in einem dritten Schritt die mindestens zwei Endlosschnecken (20) in den unteren Mischbereich (56) abgesenkt werden und
    - dass in einem vierten Schritt mindestens eine Endlosschnecke (20b) zum För dern von Bodenmaterial (53) aus dem unteren Mischbereich (56) nach oben und mindestens eine Endlosschnecke (20a, 20c) zum Fördern von gelöstem Bodenmaterial (53) von einem oberen Bohrlochbereich (59) oberhalb der Zwischenposition (58) in den unteren Mischbereich (56) zumindest solange angetrieben werden, bis Bodenmörtel (57) aus dem unteren Mischbereich (56) bis zur Bodenoberfläche (51) gefördert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Bohrgerät (10) mit drei nebeneinander angeordneten Endlosschnecken (20) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem vierten Schritt die beiden äußeren Endlosschnecken (20a, 20c) zum Fördern des Bodenmaterials (53) in den unteren Mischbereich (56) und die mittlere Endlosschnecke (20b) zum Fördern des Bodenmörtels (57) aus dem unteren Mischbereich (56) nach oben angetrieben werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem ersten Schritt beim Lösen des Bodens (50) zur Schmierung Bindemittelsuspension (55) über zumindest ein Seelenrohr (22) einer Endlosschnecke (20) zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zwischenposition (58) in einer unteren Hälfte des Bohrloches (52) vorgesehen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem ersten Schritt die Endlosschnecken (20) abhängig von einer Wendelrichtung der Schneckenwendel (24) zum Einschrauben in den Boden (50) angetrieben werden, wobei zu bestimmten Zeitspannen eine Drehrichtungsumkehr erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem zweiten Schritt eine Drehzahl und eine Axialbewegung der Endlosschnecken (20) in Abhängigkeit von einem Zufluss an Bindemittelsuspension (55) eingestellt werden, so dass im unteren Mischbereich (56) gelöstes Bodenmaterial (53) und Bindemittelsuspension (55) zu dem Bodenmörtel (57) fertig gemischt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass vor oder nach dem zweiten Schritt die Endlosschnecken (20) ohne eine Axialbewegung drehend angetrieben werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem dritten Schritt die Endlosschnecken (20) bis zu der Bohrlochsohle (54) abgesenkt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem vierten Schritt nach oben an die Bodenoberfläche (51) geförderter Bodenmörtel (57) wieder in Richtung zum unteren Mischbereich (56) gefördert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem Bohrloch (52) ein vertikaler Kreislaufstrom erzeugt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem vierten Schritt eine Zuführung von Bindemittelsuspension (55) gestoppt wird, während die Endlosschnecken (20) zu einer weiteren Homogenisierung des Bodenmörtels (57) in dem Bohrloch (52) weiter drehend angetrieben werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Bilden einer durchgehenden Bodenmörtelwand (60) mehrere Bohrlöcher (52) nebeneinander erstellt werden.
  14. Bohrgerät mit mindestens zwei drehend angetriebenen Endlosschnecken (20) zum Herstellen einer Bodenmörtelwand (60), wobei zumindest eine Endlosschnecke (20) ein mittiges Seelenrohr (22) zur Zuführung einer Bindemittelsuspension (55) in ein Bohrloch (52) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Steuerung zur automatischen Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vorgesehen ist.
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