WO2015091476A1 - Verfahren zur bodenverdichtung und/oder bodenverfestigung - Google Patents
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- WO2015091476A1 WO2015091476A1 PCT/EP2014/077956 EP2014077956W WO2015091476A1 WO 2015091476 A1 WO2015091476 A1 WO 2015091476A1 EP 2014077956 W EP2014077956 W EP 2014077956W WO 2015091476 A1 WO2015091476 A1 WO 2015091476A1
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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
- E02D3/02—Improving by compacting
- E02D3/046—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil
- E02D3/054—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil involving penetration of the soil, e.g. vibroflotation
Definitions
- the invention relates to a method for soil compaction and / or
- Reservoir that can be pressurized with compressed air, passing ballast to the vibrator tip of the deep vibrator.
- the compressed air serves as a rinse aid for the ballast.
- the reservoir with the filling and locking system is called a lock.
- Coarse-grained fillings from construction waste, slag or overburden are further areas of application of the vibrating tamping method.
- the invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for soil compaction and / or soil consolidation.
- the object is achieved by a method for soil compaction and / or soil consolidation with the features of claim 1.
- a column-shaped compacting tool is lowered vertically or obliquely downwards into a bottom area to be compacted and vibrations are generated in the compacting tool by means of a vibrating device in order to compact the bottom area.
- the vibration device is expediently placed on an upper end of the compression tool or in other embodiments, for example, along a longitudinal extent of the compression tool or in the region of a lower end of the compacting tool. The vibration movements are generated in the compression s tool by means of this vibrating device in the longitudinal direction of the compression s tool.
- the compression tool is lowered by a lowering force and by the vibration movements to a predetermined target depth and then raised at least once by a predetermined lift and lowered again by the lowering and vibrational movements again until the lowering again counters a predetermined resistance.
- a predetermined lowering speed is exceeded or that within a predetermined period of time, a minimum value of a Absenkweges is no longer achieved.
- At least one ripping tool arranged on a tool head at a lower end of the compaction tool is achieved by lifting the compaction - -
- Tool laterally pivoted on an elongated and arranged substantially on a longitudinal axis of the compression tool s support element of the tool head in a Aufr impartposition in which it is aligned substantially perpendicular to a parallel to the longitudinal axis of the support element and a
- Tear column wall is torn open and soil material is dissolved out of the column gauge wall.
- the compaction tool By lowering the compaction tool, the at least one ripping tool is pivoted out of this Aufr foundationposition.
- the carrier element is expediently arranged in the transverse direction of the tool head in the center of the tool head, i. H. on the longitudinal axis of the tool head, centered and thus extending through a center of the cross-section or expediently in a non-circular cross-section through a center of gravity of the cross section.
- the at least one ripping tool is arranged in the region between an upper and lower end of the carrier element on the tool head. In the tear-open position, a tear-off tip of the at least one tear-open tool projects beyond all of the parts of the tear-off tool arranged below and above the respective tear-open tool
- Tearing tool can be pivoted laterally past the carrier element between two positions, wherein the tearing tool is aligned substantially perpendicular to the parallels of the longitudinal axis of the carrier element and projects beyond the outer periphery of the tool head and in the deviating from this Aufr adoptedposition second position does not exceed the outer circumference of the tool head ,
- This lateral arrangement of the at least one ripping tool, ie the side of the support element allows in the tearing open a large distance between a bearing of the tearing tool, by means of which the tearing tool is pivotally mounted on the tool head, and a support of the tearing tool on the tool head, ie an area in which the ripping tool in the - -
- the at least one ripping tool is thus not radially aligned with the tool head, but arranged outside the radial direction, namely tangentially or on aête to the carrier element positioned substantially centrally in the transverse direction of the tool head.
- non-round or non-round support element for example an oval or polygonal support element
- the terms used tangentially and / or passers expediently relate to an idealized circular shape of the cross section of the relevant support element, the circle expediently not exceeding the outer circumference of the support element at any point to the outside , so that the radius of the circle is at most as large as a smallest distance of all outer peripheral points of the cross section of the carrier element to the shearing point of the cross section of the carrier element.
- rear regions of the at least one ripping tool facing away from the tearing tip move at least. H.
- the at least one ripping tool is arranged laterally pivotably on the carrier element or on a shaping of the carrier element, wherein the pivot axis of the at least one ripping tool is perpendicular to the longitudinal axis or to a parallel of the longitudinal axis of the carrier element.
- the at least one ripping tool is arranged eccentrically on the tool head with its longitudinal extension, on a secant of the tool head, at least in the case of a round or essentially round tool head.
- secant expediently refers to an idealized circular shape of the cross section of the tool head, wherein the circle expediently at areas of
- Cross-section of the outer periphery of the tool head rests on the outside, but this does not exceed inwards, ie the radius of this circle is at least as large as a maximum distance of all outer peripheral points of the cross section of the tool head to the center of gravity of the cross section of the tool head.
- the at least one ripping tool is pivoted by lowering the compression tool so far up that it no longer surmounted the outer periphery of the tool head, d. H. it is pivoted out of the tearing position in a second position upwards, in which it is aligned obliquely to the parallels of the longitudinal axis of the support element, for example at an angle of approximately 45 °.
- Compaction s tool is a downward force acting on the ripping tool. Since the pivoting back down into the tearing position is not blocked, therefore, the tearing tool pivots downward, d. H. it unfolds laterally outward until it has arrived in the tearing position and, for example, bears against a stop. It is now aligned substantially perpendicular to the parallels of the longitudinal axis of the carrier element, projects beyond the outer circumference of the
- This rupture of the column track wall by means of the at least one ripping tool is particularly important because the column track wall is already solidified by the lowering of the tool head, so that would not solve enough soil material from the pillar track wall without such a mechanical tearing of the column wall track and dissolution of soil. There would then not enough soil material for a sufficient compaction available. By tearing the column gauge wall by means of at least one ripping tool thus a very high compaction of the soil is achieved.
- the at least one ripping tool Due to the arrangement of the at least one ripping tool on the tool head such that it pivots laterally on the carrier element in the tearing position and out of this, only a relatively small pivot angle is required to which the tearing tool is Mechanicalzuschwenken up from the tearing position, so that it Outer circumference of the tool head no longer surmounted. If the pivoting angle is too great, if the at least one ripping tool is oriented parallel to the carrier element, for example, it could no longer get caught in the column wall, but could slide along it during the lifting of the tool head so that it no longer pivots into the ripping position. This is avoided by the described design of the tool head.
- the at least one ripping tool strikes against an upper stop during the upward pivoting out of the tearing position in order to avoid excessive pivoting out of the tearing position. Since the ripping tool in the upwardly pivoted position is not vertical but oblique, not only the force due to the hooking in the column track on the at least one ripping tool acts to swing down into the tearing position during the lifting of the tool head, but also the force of gravity the at least one ripping tool tilts against the pillar track wall and thus the hooking in the pillar track wall for pivoting down into the rupture position during the lifting of the tool head is favored. Furthermore, a secure attachment to the carrier element is made possible by this positioning of the at least one ripping tool.
- the support member on a tip of the Aufr constituting tip of the tearing tool back facing away from a Befest Trentsausformung on which the pivot axis of the tearing tool is arranged.
- a region of the pivot axis about which the tearing tool pivots is then positioned off-center on the tool head, so that the tearing tool is not aligned radially to the carrier element, but is out of radial, namely tangent or aligned on aête to the support element and is located on a secant of the tool head.
- the at least one ripping tool can also be arranged directly on the side of the carrier element, so that it also carries out its pivotal movements laterally of the carrier element and the carrier element and is positioned in the tear-open tangential or on aête to the support element and on a secant of the tool head , In any case, at least away from the tear tip rear portions of the at least one ripping tool, ie areas between the tear tip and the pivot axis, which are closer to the pivot axis than the tear tip, move laterally on the support member during the pivotal movement of the tear tool.
- non-round or non-round support element for example an oval or polygonal support element
- the terms used tangentially and / or passers expediently relate to an idealized circular shape of the cross section of the relevant support element, the circle expediently not exceeding the outer circumference of the support element at any point to the outside , so that the radius of the circle is at most as large as a smallest distance of all outer peripheral points of the cross section of the carrier element.
- the term secant expediently refers to an idealized circular shape of the cross section of the tool head, in particular the cross section of the tool tip, wherein the Circle expediently at areas of the outer periphery of the tool head, in particular the tool tip, outside abuts, but this not inward exceeds, that is, the radius of this circle is at least as large as a maximum distance of all outer circumferential points of the cross section of the tool head in particular the tool tip, the center of gravity of the cross section of the tool head, in particular the tool tip.
- this arrangement of the at least one ripping tool allows optimal utilization of existing space on the tool head and thereby, for example, a training of tool heads with a relatively small diameter, and even with such a tool head, a relatively long ripping tool, which in the tearing open the outer circumference of the tool head projected far enough to penetrate deep into the column wall and to dissolve sufficient material from this.
- the at least one ripping tool are available, which differ in particular in their length. In this way, a soil-dependent selection of at least one ripping tool is possible.
- the at least one ripping tool is expediently attached replaceable on the tool head, so that in a simple manner a variant of
- Tear tool to exchange for another variant is, for example, against a shorter or longer variant, according to current soil conditions.
- the length of the tearing tool also depends on how much soil material is released and falls into the compression zone. Even an operation of the tool head without ripping tools is possible.
- the at least one ripping tool is suitably pivotally mounted by means of a sliding bearing on the tool head. This ensures a simple, safe and cost-effective pivotable mounting of the ripping tool. If there is excessive wear of the sliding bearing, the sliding bearing or the entire ripping tool must be replaced together with the sliding bearing or at least together with the part of the sliding bearing arranged or formed on the ripping tool. Since the tearing tool is subject to wear due to the tearing of the column track wall, a replacement of the at least one tearing tool is required anyway, so that a more elaborate mounting, for example by means of a roller bearing, is possible but not absolutely necessary.
- the at least one ripping tool has an elastomer insert in the region of a pivot axis.
- This elastomer insert may also be a part of the sliding bearing, which on the on
- Carrier element formed or arranged pivot axis slides.
- Elastomer insert also allows for damping too strong forces and impulses, which on the tearing tool, in particular during the tearing of the
- Acting column purge so that an undamped transmission of these forces and pulses are prevented on the support member and in particular on the pivot axis. This is a risk of damage, such as the risk of
- the elastomeric insert is formed as a spring element, in particular as a torsion spring.
- a torsion spring is resilient to rotation and generates a torque in a tensioned state.
- the pivoting movement of the at least one ripping tool is supported by the designed as a spring element, in particular as a torsion spring, elastomer layer or elastomer insert. In which pivoting direction this support acts depends on a respective orientation of the tearing tool in a relaxed or slightly tensioned state of the spring element preferably designed as a torsion spring.
- the tearing tool and the elastomer insert are arranged on the tool head in such a way that the spring element is relaxed or only slightly tensioned in the tearing position of the tearing tool, then the spring element is increasingly tensioned by pivoting out of the tearing position.
- a spring force of the spring element and thus a torque acts on the ripping tool when it is pivoted out of the tearing position, in particular when it is arranged in the second position. In this way, the pivoting of the tearing tool is supported back into the tearing position by the spring element.
- the tearing tool and the elastomer insert are arranged on the tool head in such a way that the spring element is relaxed or only slightly tensioned in the second position pivoted out of the tearing position, then the spring element is increasingly tensioned by pivoting into the tearing position. As a result, the spring force of the spring element and thus the torque acts on the ripping tool when it is pivoted into the tearing position. That's how it works
- Tear-open position and the second position pivoted out of the tear-open position is relaxed, so that the spring element is increasingly tensioned both into the tear-open position by pivoting out of this intermediate position and into the second position by pivoting out of this intermediate position.
- the spring force of the spring element and thus the torque acts on the
- Tearing tool when it is pivoted to the tearing position or the second position. In this way, the pivoting of the tearing tool is supported out of the tearing position or out of the second position out into this intermediate position by the spring element.
- the elastomer insert is expediently between the pivot axis of the
- Tear tool or a fixedly connected to the pivot axis part and the tearing tool itself arranged.
- the pivot axis is expediently immovably fixed or formed on the support element.
- this layer is made correspondingly thick, so that a resulting from the pivotal movement of the tearing tool angular offset is absorbed by the elastomeric insert.
- a bearing is formed by the deformation of the elastomer, the angular misalignment of the tearing tool, d. H. its pivotal movement, without sliding or rolling movement allows and therefore insensitive to the ingress of particles.
- Pivot axis firmly connected part adhering elastomeric layer, as described above, preferably as a torsion spring usable, so that the pivoting in the tearing position and / or the pivoting back from the tearing position by the spring force of
- Torsion spring is supported.
- the tool head comprises a plurality of such ripping tools.
- each of the tear-open tools is expediently designed and arranged as described above.
- These ripping tools are expediently distributed uniformly around a circumference of the carrier element.
- a uniform tearing of the column track wall is achieved during the lifting of the tool head, so that an effective extraction of the soil material from the column track wall is made possible, which is to be compacted by a subsequent lowering of the tool head.
- two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more tearing tools can be arranged uniformly distributed over the circumference of the tool head over its circumference.
- the number of tearing tools may be dependent, for example, on a respective diameter of the tool head and / or on a floor to be compacted with the tool head.
- the tear-open tools are arranged in at least two planes.
- use of the existing space for the tearing tools on the tool head is optimized and it is ensured that the tearing tools do not interfere with each other in their pivotal movements. For example, in one - -
- the tool tip nearest level two ripping tools arranged opposite each other and in an overlying two other ripping tools are arranged opposite each other, which are arranged offset to the other two ripping tools in the lower plane in the circumferential direction of the tool head by 90 ° on the tool head.
- the four ripping tools are evenly distributed around the circumference of the tool head, but do not hinder each other, since in the circumferential direction adjacent ripping tools are arranged in different planes on the tool head.
- the method according to the invention is a full displacement method for a substrate improvement. This significantly increases the storage density of an existing subsoil. In this case, in contrast to known from the prior art VoUverdrlindungs- and partial displacement method, preferably no ballast material is introduced into a forming during the process column trace.
- the ground improvement is preferably achieved exclusively by a rearrangement and compaction of the upcoming subsoil.
- the compaction tool is sunk with upwardly flipped tear tool in the soil to be compacted, the soil is compacted by the lowering of the compaction tool and by the vibration movements. Subsequently, the compaction tool is raised again, wherein the at least one ripping tool is pivoted by raising the compaction s tool in the tearing position, in which projects beyond the diameter of the tool head radially.
- a column track wall is torn open during the lifting of the compacting tool, so that soil material separates from the column track wall and can be compacted in a subsequent lowering of the compacting tool, again with the tearing tool pivoted upwards.
- the at least one ripping tool is in the upwardly pivoted position from the tearing position, wherein it does not project beyond the diameter of the tool head, but is shielded by it, so that the bottom compaction is not adversely affected by the ripping tool.
- a compacted column trace i. H. created a subsoil, which improves the ground in the vicinity of the column track as a linear support member.
- densification points are generated close to each other by the method, i. H. in a plurality of such subsoil columns, for example linear or in a planar grid and for example at a distance of one meter from each other, a complete homogenization of the soil with a significantly increased density and higher shear strength and rigidity.
- soil material for example sand
- soil material which corresponds to the soil material of the area to be compacted.
- the addition may be at different times during the process. For example, when the compaction tool is placed on the compaction point on the surface, a portion of soil material is poured around the compaction tool. The compaction tool then takes the soil material into the column track.
- soil material can be filled into the column track when the compacting tool has arrived at the set depth of deflection or at the respective low point during the lowering. Also during compaction, d. H. during the lowering of the compaction tool, alternatively or additionally soil material can be refilled.
- the addition of the soil material may be accompanied by the addition of at least one fluid
- Medium such as water or a hydraulic binder, can be combined, either through the compression tool or directly from above into the
- the process is preferably to be applied in water saturated loosely to moderately dense sands and gravels with subordinate fines. If the particular soil is suitable, but one - -
- each water supply is too low, is preferably water in the
- Compression zone added This can be done under pressure or without pressure.
- the vibration movements are generated by means of a vibrating device, which initiates rhythmic movements in the longitudinal direction of the compression s tool in the compression s tool.
- This vibrating device is expediently driven hydraulically.
- a vibration device for example, a ram can be used.
- the term ram is the generic term for various forms of vibration devices.
- a vibration device thus comes, for example, a vibrator, also referred to as a vibrating hammer, a
- Hydraulic ram a diesel rammer or an explosion ram, a compressed air ram or a steam ram into consideration.
- a conventional hydraulic ram a diesel rammer or an explosion ram, a compressed air ram or a steam ram into consideration.
- a conventional hydraulic ram a diesel rammer or an explosion ram, a compressed air ram or a steam ram into consideration.
- Attachment can be used as a vibration device, for example, a vibrator, a vibrator or a Schlagramme, for example, a shaker, a jacket vibrator a ring vibrator or a recessed vibrator or vibrator, which is arranged in the interior of the body.
- the vibration device can be arranged at the upper end, at the lower end or in between in or on the base body. These can be operated to perform the method in their respective frequency range.
- the method can be carried out with vibration frequencies from a very wide frequency range, so that in this respect there are no restrictions with regard to the vibration devices to be used and their respective vibration frequency.
- Compaction s tool as vibration or vibrating motion to understand.
- the compacting tool or at least its tool head may also be rotated, for example by one or more partial rotations or complete rotations, respectively in the same or in opposite directions. Also oscillating rotational movements are possible. - -
- the vibration device is placed on the upper end of the compression tool, in particular on the upper end of the base body.
- the vibration device is designed, for example, as a shell vibrator or shell vibrator (with or without gear) or as a ring vibrator and is arranged at a predetermined position along the longitudinal extent of the body at this, for example in the upper region, in the central region or in the lower Area directly above the tool head.
- the vibration device encloses the
- Basic body circumference is arranged laterally on the base body or is arranged in the interior of the base body.
- the vibration device is arranged directly on the tool head, for example within the main body or in a housing, by which the vibration device is protected against dirt and water.
- This embodiment of the vibration device which, like the other embodiments, is preferably driven hydraulically, may also be a component of the tool head or it is arranged between the tool head and the base body.
- this embodiment of the vibration device is connected via an elastic coupling with the main body of the compression tool s.
- this embodiment of the vibration device is thus arranged and fixed on and / or in the tool head and the vibration device and the tool head are at least partially decoupled from the base body with respect to the vibration transmission by means of the elastic coupling, preferably completely or almost completely decoupled, the vibration device only transmits its vibrations the tool head. Ie. the vibratory device does not have to put the entire compaction tool in corresponding oscillatory movements, but only the tool head. In this way, a lower energy consumption of the vibrating device is required.
- An extremely high ramming energy for example of the vibration device placed on the compacting tool, for example a topping vibrator, causes the ground material, for example the gravel, to be pressed, rammed and pressed laterally into a soil matrix and thus to produce a soil
- the lowering force which is used in addition to the vibration movements for lowering the compression tool and for compacting the soil in the column track is generated by the weight of the columnar compression tool and the vibration device.
- a force is preferably applied by a holding device to the compression tool.
- so-called Telklerieri be used, such as fixed leader or telescopic leader.
- the lowering force is the self-weight of the columnar compression tool and the vibration device and this additional
- the compacting tool is connected via a holder, which is also referred to as a carriage, and a so-called leader connected to the holding device, for example with an excavator or a crane.
- the broker is arranged as at least one guide and / or mounting rail on the holding device.
- the holder is movably arranged on the broker.
- the holding device is arranged on the holder compaction s tool to raise and lower, ie it is arranged vertically movable on the holding device.
- the holder is expediently connected to a drive of the holding device, via which it and thus the compression s tool to raise and in particular also driven to lower. Ie.
- the field of application of, for example, as a support bead formed holding devices with Gurkrom are limited. Therefore, when reaching compaction depths of over 20 meters, for example, at compaction depths of up to 25 meters, 30 meters or 40 meters, the tool head is mounted on a very long ram tube, so that a correspondingly very long compression tool is formed.
- the vibration device is mounted on top of the compression tool, ie on the upper end of the main body forming ram tube.
- the lowering force is composed of the own weight of the columnar compaction s tool, which comprises the ram tube, and the weight of the vibrating device together.
- the compacting tool comprising the ram tube and the vibrating device in this case hang on a rope.
- the vibration device can, as described above, also be arranged on or in the tool head, in which case the base body - -
- a cable excavator is used, for example.
- the vibrating device is started, so that the compacting tool is formed by the lowering pressure, formed by the self-weight of the compacting tool and the vibrating device, and by the vibrating pressure by the action of the vibrating device, i. H. retracted by the vibrations, vibrations and / or ramming by lowering the rope into the Sollversenktiefe in the ground, raised again and then lowered and raised again so often until the soil is compacted to the surface or close to the surface.
- the compaction tool due to the very long Rammrohres a very high weight, so that the lowering force, for example, corresponds to the achievable with the Switzerland Switzerlandvortechnisch lowering force.
- the tool head of the compaction tool has a substantially closed frusto-conical effective surface.
- the tool head is preferably formed of solid steel.
- the shape of the tool head is, for example, a blunt cone with an angle of a conical surface to a cone base of approximately 45 °.
- Compaction s tool may for example be formed of solid material, d. H. as a bar or, to achieve a greater sinking depth, a plurality of interconnected bars.
- this base body is formed from a hollow tube or, in order to achieve the greater insertion depth, of a plurality of interconnected hollow tubes.
- the cross section of the body may be round, oval or polygonal, for example, four, five, hexagonal or more corners.
- ram pipes can be used, which form a basic body of a compression s tool according to the prior art.
- the lower end of the tube or in the case of several tubes of the last tube is to be closed with the tool head, for example by welding or screwing - -
- the tool head or by integrally forming the tool head and the tube.
- the screwing is to be preferred, since in this way the
- Compacting tool is easy to assemble, disassemble and transport. Furthermore, the tool head is easily replaceable, for example, in the case of signs of wear, and the tool's compression is very quick and easy due to a replacement of the tool head
- Requirements for example, adaptable to a particular soil condition.
- part of the introduction of force takes place through a lateral lateral surface of the frustoconical active surface of the tool head into side regions of the tool head
- the at least one ripping tool is arranged above the active surface on the tool head, so that it is shielded in the pivoted in the first position state by the effective surface.
- a plurality of tearing tools are arranged uniformly distributed over the circumference of the tool head, which are pivotable in the first position and in the second position in the manner described above and are aligned in the second position substantially radially to the compression tool and the diameter project radially beyond the tool head, d. H. project laterally beyond the effective surface of the tool head.
- a uniform thickness of the tool head is pivotable in the first position and in the second position in the manner described above and are aligned in the second position substantially radially to the compression tool and the diameter project radially beyond the tool head, d. H. project laterally beyond the effective surface of the tool head.
- Rupturing the column gauge wall during the lifting of the compaction s tool is achieved, so that an effective extraction of the soil material from the column gauge wall is achieved, which is compacted by a subsequent lowering of the compaction tool.
- two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more tearing tools can be arranged uniformly distributed over the circumference of the tool head over its circumference.
- the number of tearing tools may be dependent, for example, on a respective diameter of the tool head and / or on a floor to be compacted with the compacting tool.
- the lifting of the compaction tool is repeated by the predetermined lifting height and the subsequent lowering alternately until the lowering of the predetermined resistance already counteracts when lowering, when the compaction tool is at a predetermined end position.
- There is a recurrent lifting which can be carried out with or without vibration movements, ie with switched on or off vibrating device, and subsequent lowering with the vibrating device switched to compact the soil.
- soil material breaks out of the lateral column track wall by the action of the at least one ripping tool pivoted into the second position - -
- the compression tool is no longer lowered to the original Sollversenktiefe, but due to the compression of other soil material counteracts the compression s tool before the given resistance, so that it is raised again by the predetermined lifting height and then lowered again.
- a lowering funnel formed by soil compaction on a soil surface above the soil compaction can be filled with a densifiable material during and / or after compaction of the soil by means of the compaction tool.
- a predetermined period of time for example a few seconds
- vibration devices are used, the frequency of which can be regulated, so that the construction-site-specific frequency with the greatest compression s effect can be selected.
- Bottom compaction filled with a compressible material for example, with a good compactable mineral such as gravel in round grain mixture form or Brechkorngemischform. This is preferably already done during the
- Process step by step so that no too large lowering funnel, no cavities and no excessive loss of material at the soil surface arise.
- the material is added from the outside, d. H. from above into the resulting lowering funnel.
- a squeezing pressure acting on the soil area to be compacted by the compacting tool is an acting one
- Vibration pressure and a countersink depth of the compaction tool determined.
- the lowering pressure acts only in full extent when the compression tool is completely discontinued. If the compression tool is raised, it only works - -
- an evaluation of the quality assurance is made possible by the detection of the pressure and the depth of insertion. This makes it possible to assess whether the soil compacted in this way and the subsoil produced thereby meets the respective requirements, ie. H. For example, has a sufficient load capacity, strength and stability to perform planned construction on the ground, for example, to build a building or building on it.
- At least one fluid medium is introduced into a column track and / or into a floor area adjoining the column track.
- the method and the device cause the homogenization and densification of sand and / or gravel. If the compaction of the soil alone is not sufficient or if it requires a respective subsoil layering, at least one hydraulic binder or binder mixture or at least one is suitably used
- Binder suspension added, thereby achieving a solidification of the soil in the column trace.
- the carrying capacity of such columns produced is then significantly higher than in the case when only the soil is compacted.
- bentonite or cement bentonite or other mixtures with bentonite are used as aggregate, the method achieves columns which have a very low permeability.
- Such a binder suspension is expediently added with pressure via outlet openings in the compression tool.
- the compression tool in an advantageous embodiment has at least one outlet opening for at least one fluid medium.
- fluid medium means gaseous substances, liquid substances and suspensions, i. H. also liquids with solids contained therein.
- the at least one fluid medium is, for example, water, air or another gas or gas mixture, a hydraulic binder, for example bentonite or a bentonite cement suspension or cement, lime or mixtures of these substances. Also, the supply of a majority of these substances or mixtures of these substances, d. H. a plurality of fluid media simultaneously or sequentially during the process is possible.
- the introduction into the column track and / or in the adjoining floor area can be done under pressure or pressure. An introduction during the process temporarily under pressure and temporarily pressure-free is possible.
- different fluid media can be introduced, wherein one or more under pressure and one or more further pressure-free introduced.
- the introduction of the at least one fluid medium can take place via the compaction tool and / or directly via the opening of the column track on the ground surface. About the compression tool s, the at least one fluid medium is expediently introduced under pressure. Directly over the opening of the column track on the ground surface, the at least one medium is expediently introduced pressure-free.
- the soil is additionally solidified and / or impermeable.
- it may be useful or necessary, as a fluid medium
- Fill water into the column track This can be done under pressure or without pressure. Alternatively or additionally, to improve the compression processes, it may be useful or necessary to press compressed air into the column track and / or an adjacent floor area as a fluid medium.
- Hydraulic binders may be e.g. Cements, limestones, bentonite and mixtures of these products, for example lime cement; Cement bentonite.
- the suspensions are prepared in separate aggregates. The addition can be done under pressure or without pressure.
- the at least one outlet opening on the compression s tool for supplying the at least one fluid medium is arranged for example on the tool head or on the columnar base body.
- the compression tool has a plurality of outlet openings, which are arranged on the tool head and / or on the columnar base body.
- the one or more outlet openings can be arranged, for example, above the tearing tools, between the tearing tools and / or underneath the tearing tools. They can also be arranged, for example, in the frustoconical active surface of the tool head, for example in the conical surface and / or in the top surface.
- the notion of the essentially closed lower end of the compression tool and / or the substantially closed frustoconical active surface means that the lower end of the compacting tool and / or the frustum-shaped effective surface are different the at least one outlet opening or the plurality of outlet openings are completely closed.
- These at least one outlet opening or the plurality of outlet openings are expediently to be closed and opened in each case by means of a valve, so that the lower end of the compression tool and / or the frusto-conical effective surface is completely closed when the valves are closed.
- the valves are designed, for example, as ball valves.
- each outlet opening can be provided for a specific fluid medium or the outlet openings can serve, for example, for supplying a plurality of fluid media to the column track and / or to the adjacent floor area, for example both the supply of water and the supply of a hydraulic binder.
- the outlet opening is designed, for example, as a flat jet nozzle or comprises such a flat jet nozzle.
- the tool head can also have a plurality of such outlet openings.
- the outlet openings are associated with the ripping tools.
- the tool head may have one or more such outlet openings in the region of each tearing tool.
- the respective tearing tool associated outlet openings which are preferably designed as nozzles, for example as flat jet nozzles or have such, have the same or different orientations.
- two outlet openings assigned to the respective tear-open tool one is aligned substantially parallel to the tearing tool and the other in the
- the tool head has corresponding openings into which a nozzle, for example a flat jet nozzle, as a starting opening or a blind plug as a closure can be screwed.
- a nozzle for example a flat jet nozzle
- the compression tool can have at least one so-called vacuum lance, i. H. a arranged on the compression tool s pipe, which is coupled to a suction unit. In this way, a vacuum is to be generated in the column track. This is in the soil area to be compacted
- the tool tip on a plate-shaped base element and / or a tip element is a plate-shaped base element and / or a tip element.
- an outer edge of the plate-shaped base member forms the outer periphery of the tool head over which the at least one ripping tool laterally protrudes in the tearing position, d. H. of the
- Tool head has the largest diameter on the plate-shaped base element.
- the plate-shaped base element may be formed, for example, round, oval or polygonal, for example quadrangular.
- the plate-shaped base element allows compression below the tool head over an entire extension of the base element.
- the tip element allows penetration into the bottom area and guidance of the tool head to ensure vertical lowering.
- the plate-shaped base member and the tip member are suitably cohesively, positively and / or non-positively connected to each other, for example, welded or screwed. It represents the
- the tool head at the lower end of a working surface forming tool tip.
- the tool tip may comprise, for example, a plate-shaped base element and a tip element.
- an outer edge of the plate-shaped base member forms the outer periphery of the tool head over which the at least one ripping tool laterally protrudes in the Aufr employposition, ie the tool head has the plate-shaped base member on its largest diameter.
- the plate-shaped base element may be formed, for example, round, oval or polygonal, for example quadrangular.
- the plate-shaped base element allows compression below the tool head over an entire extension of the base element.
- the tip element allows penetration into the bottom area and guidance of the tool head to ensure vertical lowering.
- the plate-shaped base member and the tip member are suitably cohesively, positively and / or non-positively connected to each other, for example, welded or screwed. It represents the - -
- the tool tip and / or its base element and / or tip element on a substantially closed and substantially conical, frustoconical, pyramidal or truncated pyramidal effective surface allows an introduction of a compression energy not only down, but also laterally into the bottom area, so that a foundation column formed by the compression has a wider diameter than that
- the tip element is formed for example of sheet steel or a tapered round steel.
- the round steel is milled off, for example, to form the shape of the tip element.
- the bevelled round steel is a particularly cost-effective solution.
- a targeted formation of the tip element is made possible to achieve a particularly good guidance of the tool head, in particular a good lateral support, so that ensures a vertical lowering of the tool head and reduces the risk of lateral deviation formed by the tool head column track and ground is.
- elements made of sheet steel for example, are arranged in the form of a cross and welded.
- the tool tip is positively secured to the carrier element, cohesively and / or non-positively.
- the positive attachment for example by screwing, is particularly advantageous because the tool tip then, for example, wear or replace to adapt the tool head to the respective requirements.
- a cohesive fastening would be possible for example by welding.
- Carrier element an adapter element for attaching the tool head to a columnar base body of the device positively, materially and / or non-positively attached.
- the positive fastening for example by screwing, particularly advantageous because then the tool head is to be arranged by means of a correspondingly selected adapter element to different basic bodies. It is thus not necessary for various basic body training a separate tool head, but only the screwing of a corresponding adapter element on the tool head.
- the adapter element may for example also have a connection for feeding the at least one fluid medium to the at least one outlet opening of the tool head.
- the tool head in particular the support element and / or the at least one ripping tool or the plurality of tearing tools and / or the tool tip and / or the
- Adapter element each made of metal, in particular made of steel. If the tool tip has the base element and the tip element, then this applies
- the base element and / or the tip element expediently for the base element and / or the tip element.
- At least one foundation element is rammed into a subsoil for producing a deep foundation, wherein a predetermined area of the subsoil before the ramming and / or after ramming of the foundation element by the use of the columnar compression s tool at several predetermined compression positions of the ground on the densified and / or solidified as described above.
- Mono-pile pipe pile is formed as a foundation element. These monolayers are merely driven into the ground. To this end, the masts are screwed over the flange connections as held by the respective foundation element element and then the assembly of the power lines can be done. This can only be used in subsoil conditions where up to greater depths - -
- Compaction s tool is used, on at least one concentric circle, preferably on several concentric circles around the rammed into the ground foundation element or around a Einrammposition around where the foundation element is to be rammed, arranged.
- This subsurface improvement in concentric circles by the described method is preferred after pile driving, i. H. of the foundation element.
- pile driving i. H. of the foundation element.
- an improved ground is formed, which has significantly better results in static calculations.
- the storage density of the soil plays a major role. Due to the additional improvement of the subsoil, the subsoil is considerably improved and can absorb larger ballast forces, so that more favorable results can be achieved in static calculations or the use of monolayers becomes possible.
- the monofilaments which can be used with the method as a foundation element are designed, for example, as a steel pipe with a diameter of from 70 cm to 180 cm. Also larger or smaller diameters are possible. Furthermore, other materials are possible, such as concrete, reinforced concrete or wood. Individual micropiles or groups of micropiles can also be used as a foundation element.
- the compaction of the respective floor area at different compression positions can be carried out to different compaction depths.
- the compaction depth to which the compaction of the respective ground area is performed increases with increasing distance from in the - -
- the described method in its various embodiments can be carried out both on land and under water, i. H.
- i. H For example, at the bottom of a stream, river, canal, pond, lake, sea or any other body of water.
- the procedure may be carried out from a ship or other vessel.
- FIG. 1 schematically shows a perspective view of a first embodiment of a tool head with all tear-open tools in a tear-open position
- Figure 2 schematically a side view of a first embodiment of a
- FIG. 3 is a top plan view of a first embodiment of a tool head with all the ripping tools in a tearing position;
- FIG. 4 shows schematically a first cross-sectional view of a first embodiment of a tool head with all tear-open tools in a tear-open position
- FIG. 5 schematically shows a second cross-sectional illustration of a first embodiment of a tool head with all tear-open tools in a tear-open position, - -
- FIG. 6 schematically shows a perspective illustration of a first embodiment of a tool head with two tear-open tools in a tear-open position and two tear-open tools in an upwardly pivoted position
- FIG. 7 is a perspective view of a second embodiment of a tool head, FIG.
- FIG. 8 schematically shows a longitudinal section of a second embodiment of a tool head
- FIG. 9 is a perspective view of a first embodiment of a tool tip
- FIG. 10 schematically shows a side view of a first embodiment of a
- FIG. 11 schematically shows a perspective illustration of a third embodiment of a tool head without an adapter element with all tear-open tools in a tear-open position
- FIG. 12 schematically shows a perspective illustration of a third embodiment of a tool head with all tear-open tools in a tear-open position
- FIG. 13 schematically shows a perspective illustration of a third embodiment of a tool head with all the ripping tools in an upwardly pivoted position
- Figure 14 schematically shows a side view of a third embodiment of a
- FIG. 15 schematically shows a partial sectional illustration of a third embodiment of a tool head
- FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a third embodiment of a tool head
- FIG. 17 schematically shows a perspective view of a fourth embodiment of a tool head
- FIG. 18 schematically shows a device for soil compaction and / or soil compaction with a compaction tool in a first position
- FIG. 19 schematically shows a device for soil compaction and / or soil compaction with a compaction tool in a second position
- FIG. 20 schematically shows a device for soil compaction and / or soil compaction with a compaction tool in a third position
- FIG. 21 schematically shows a device for soil compaction and / or soil compaction with a compaction tool in a fourth position
- FIG. 22 schematically shows a device for soil compaction and / or soil compaction with a compaction tool in a fifth position
- FIG. 23 schematically shows a further embodiment of a device for soil compaction and / or soil solidification
- FIG. 24 schematically shows a diagram with a profile of a lowering pressure, a
- FIG. 25 schematically shows a deep foundation
- FIG. 26 schematically shows a deep foundation in a plan view from above. - -
- Figures 1 to 8 and 11 to 17 show various views of four exemplary embodiments of a tool head 1 for a compaction tool 16 of a device 17 for soil compaction and / or soil consolidation.
- Figures 9 and 10 show two views of an exemplary first embodiment of a tool tip 2 of the tool head 1.
- a first embodiment and in Figure 23 a second embodiment of the device 17 for soil compaction and / or soil consolidation shown in the figures 18 to 22 based on the first embodiment of the device 17, a sequence of a method for soil compaction and / or soil solidification is shown schematically.
- FIG. 24 schematically shows a diagram with a profile of a lowering pressure PE, a vibration pressure PV and a sinking depth T in the course of this method.
- FIGS. 25 and 26 show an advantageous embodiment of this method, in which a deep foundation is made possible by means of the method.
- the tool head 1 is attached to form the columnar compression tool s 16 on a columnar base body 18, which is for example formed from at least one rod or at least one tube, preferably to reach greater depths, of a plurality of rods or a plurality of tubes.
- This main body 18 may have a round, oval or polygonal cross section. For soil compaction and / or soil solidification becomes this columnar
- Compression s tool 16 then preferably vertically lowered into a bottom area to be compacted and then raised again, the lowering and lifting is repeated several times, in order to compress and / or solidify the bottom area from a predetermined depth to the surface.
- a vibration device 19 which is preferably on an upper end of the
- Suitable vibration devices 16 are designed, for example, as a vibrator, vibrator or ram.
- the tool head 1 illustrated in FIGS. 1 to 8 and 11 for such a compacting tool 16 comprises an elongate carrier element 3 made of metal, expediently made of steel, which during operation of the compacting tool 16, d. H. when lowering into the ground area and subsequent lifting, in
- this support member 3 is also aligned obliquely, because the support member 3 is disposed on a longitudinal axis of the compaction tool 16 and thus aligned according to the longitudinal axis of the compaction tool 16.
- this support member 3 of the tool head 1 is connected to the columnar base body 18 of the compression tool 16, wherein the support member 3, as described, forms a straight extension of the columnar base body 18 and is arranged on the longitudinal axis of the compression tool 16 s.
- the support element 3 thus forms a longitudinal axis of the tool head 1. It is arranged in the transverse direction of the tool head 1 in the center of the tool head 1, so that the carrier element 3 by a center of the cross section of the tool head 1 or, in a non-round tool head 1, by a center of gravity the cross section of the tool head 1 extends.
- an adapter element 4 by means of which the tool head 1 on the respective columnar Main body 18 of the device 17 is to be fastened.
- the adapter element 4 which is made of metal, suitably made of steel, is positively, non-positively and / or cohesively with the - -
- the positive connection for example by screwing, to be preferred because it allows a secure and at the same time releasable attachment and thus a simple replacement of the tool head 1 or the columnar base body 18.
- the adapter element 4 has for this purpose fastening openings 5, for example for the implementation of fastening screws in order to screw the adapter element 4 to the columnar base body 18.
- the adapter element 4 is connected to an upper end of the carrier element 3 of the tool head 1 in a form-fitting, non-positive and / or materially bonded manner.
- the support member 3 of the tool head 1 via the adapter element 4 with the columnar base body 18 of the compression tool 16 to connect or connected.
- the positive connection for example by screwing, to be preferred because it allows a secure and re-releasable connection and thus replacement of the adapter element 4 to use the tool head 1 with differently shaped columnar bodies 18 can.
- Adapter element 4 connected by means of a plurality of screw elements 6 with the carrier element 3, as shown in Figure 8, or by means of a threaded connection, including, for example, the carrier element 3 in the region of its upper end an internal thread and the adapter element 4 has a corresponding external thread or vice versa, so that the adapter element 4 is screwed onto the carrier element 3.
- the tool tip 2 is arranged. This tool tip 2 forms the operation of the compression tool 16 whose lower end, d. H. with this
- Tool tip 2 the bottom area is compacted and / or solidified.
- the tool tip 2 has in the examples shown here a plate-shaped base element 2.1 and a tip element 2.2.
- the plate-shaped base element 2.1 may for example be round, as shown in Figures 1 to 10, or substantially quadrangular, as shown in Figures 11 to 17, wherein it in the embodiment shown in Figures 11 to 17 slightly overhanging corner areas - -
- oval or polygonal for example, oval or polygonal, d. H. with more or less than four corners.
- the plate-shaped base element 2.1 allows compression below the tool head 1 over an entire extension of the base element 2.1.
- the tip element 2.2 allows a penetration into the bottom area and a guide of the tool head 1 to ensure a directed, preferably vertical or according to the predetermined orientation of the compaction tool 16 oblique lowering.
- the plate-shaped base element 2.1 and the tip element 2.2 are expediently cohesively, positively and / or non-positively connected to each other, for example, welded or screwed. In this case, the welding ensures a particularly stable connection while screwing, for example, an exchange of the plate-shaped base element 2.1 and / or the tip element 2.2 independently allow, for example due to wear or adaptation of the tool head 1 to respective requirements.
- the tool tip 2 and / or its base element 2.1 and / or tip element 2.2 has a substantially closed and substantially conical, frustoconical, pyramidal or truncated pyramidal effective surface.
- This design of the active surface allows an introduction of a compaction energy not only downwards, but also laterally into the bottom region, so that a foundation column BS formed by the compaction has a wider diameter than the tool head 1.
- the plate-shaped basic element 2.1 Truncated cone-shaped, ie its active surface extends laterally obliquely and in the lower region on which the tip element 2.2 is arranged, flattened and thus horizontal or perpendicular to the carrier element 3 of the tool head 1.
- the outer shape of the plate-shaped base element 2.1 thus resembles an outer shape of a soup plate, ie a deep plate.
- the plate-shaped base 2.1 is formed of metal, suitably made of steel.
- the tip element 2.2 is formed, for example, from sheet steel, as shown in Figures 1, 2, 6 and 9 to 15 and 17.
- a targeted formation of the tip element 2.2 allows to achieve a particularly good guidance of the tool head 1, in particular a good lateral support, so that a directed, preferably vertical or oblique lowering of the tool head 1, according to the respective predetermined orientation of the compaction tool 16, and in particular the risk of a lateral deviation of the tool head 1 from an intended path and thus the risk of lateral deviation of the tool head 1 formed by the column track SP and foundation ground BS is reduced.
- To form the tip element 2.2 made of sheet steel for example, four steel sheets are welded crosswise, as shown in the aforementioned figures. For this purpose, from the four steel sheets to form the four cross parts of the tip element 2.2, to arrange in the shape of the cross and to weld together.
- the tip element 2.2 for example, a bevelled
- the round steel is milled off, for example, to form the shape of the tip element 2.2.
- the tip element 2.2 has four bevelled surfaces which, together with a flattened and therefore vertical underside, form the effective surface of the tip element 2.2.
- the active surface of the tip element 2.2 is formed substantially frusto-conical or truncated pyramid.
- the bevelled round steel is a particularly cost-effective solution.
- the tool tip 2 is positively secured to the support member 3, cohesively and / or non-positively.
- the positive fastening for example by screwing, is particularly advantageous because the tool tip 2 then, for example, wear or replace to adapt the tool head 1 to respective requirements.
- a cohesive fastening would be possible for example by welding.
- the tool tip 2 on the support member 3 has, for example, as shown in Figures 5, 9 and 10, the tool tip 2 at an upper side of the plate-shaped - -
- Basic element 2.1 a central fastening bolt 7 with an external thread, which is to be screwed into a corresponding internal thread of the support element 3.
- the tool head 1 also has a plurality of ripping tools 8, in the examples shown here four ripping tools 8, but it is also a larger or smaller number of ripping tools 8 possible.
- the tearing tools 8, which are made of metal, preferably of steel, are laterally pivotable on the carrier element 3 into a tearing position and can also be pivoted out of this tearing position.
- the tearing tools 8 are thus not aligned radially on the tool head 1, but are arranged outside the radial direction, namely tangentially or on aête to the carrier element 3 positioned substantially centrally in the transverse direction of the tool head 1. At least in the Aufr possessposition the tearing tools 8 are therefore arranged eccentrically with their Llind ser extension on the tool head 1, on a secant of the tool head, at least for a round or substantially round tool head 1.
- a non-round or non-circular support member 3 for example, an oval or polygonal support element 3
- the terms used tangentially and / or passers expediently relate to an idealized circular shape of the cross section of the respective support member 3, wherein the circle expediently does not exceed the outer circumference of the support member 3 at any point to the outside, d. H.
- the radius of the circle is at most as large as a maximum distance of all outer peripheral points.
- Basic element 2.1 for example, a cross-sectionally oval or polygonal
- Tool tip 2 the term secant expediently refers to an idealized circular shape of the cross section of the tool head 1, in particular the cross section of the tool tip 2 in the region of the base element 2.1, wherein the circle expediently at areas of the outer periphery of the tool head 1, in particular the tool tip. 2 , outside, but not inside - -
- the radius of this circle is at least as large as a maximum distance of all outer peripheral points of the cross section of the tool head 1, in particular the tool tip 2 in the region of the base element 2.1, for
- Tool tip 2 in the area of the basic element 2.1.
- the respective ripping tool 8 In the tear-open position, the respective ripping tool 8 is aligned substantially perpendicular to a parallel of the longitudinal axis of the carrier element 3 and projects beyond an outer circumference of the tool head 1, d. H. one of a pivot axis S remote tearing tip of each tear tool 8 projects beyond all under and above the respective tear tool 8 arranged parts of the tool head 1, so that the tearing tip of the respective tearing tool 8 is free-standing in the tearing position in the lateral direction of the tool head 1.
- This outer circumference of the tool head 1 is formed by the tool tip 2, in particular by the plate-shaped base element 2.1 of the tool tip 2, more precisely by its outer edge in the region of the respective ripping tool 8, d. H. the outer edge of the plate-shaped base element 2.1 forms the
- the tool head 1 has the plate-shaped base element 2.1 its largest diameter or at least in the region of the tearing tips of the tearing tools 8 its largest lateral extent, as shown in particular in Figures 3 to 5 and 16.
- 11 and 12 and 16 and 17 are all four
- Tearing tools 8 pivoted in this Aufr inclusiveposition. In FIGS. 6 to 8, only two of the tearing tools 8 are pivoted into this tearing position.
- the at least one ripping tool 8 can be pivoted so far upwards that it the outer periphery of the tool tip 2 and, since this forms the largest outer periphery of the tool head 1, and the outer circumference of the tool head 1 no longer surmounted, ie it is from the Tear-off position in a second position can be swung out upward, in which it is aligned obliquely to the parallels of the longitudinal axis of the support element 3, for example at an angle of - -
- the carrier element 3 for each tearing tool 8 is an upper one associated therewith
- Stop 9 is arranged, which stops the pivotal movement of the respective ripping tool 8 upwards at a predetermined pivoting angle.
- These upper stops 9 are, as shown in Figures 1, 2 and 6 to 8, formed as moldings of metal, preferably steel, which are welded to the support member 3, or, as shown in Figures 11 to 15 and 17, formed as a formations of the support member 3, these formations of the support member 3 itself or screwed therein screws serve as the upper stop 9.
- the tearing tools 8 strike during their pivotal movement upwards with an upper side to an underside of the respective upper stop 9, so that a further pivotal movement is blocked upwards. This prevents the ripping tools 8 pivot so far up that they do not swing back by the force of gravity or by hooking on the column track wall during the lifting of the tool head 1 back into the tearing position.
- the lower stop 10 is in the illustrated examples for two of the four
- Tearing tools 8 namely for the two lower tear tools 8 formed by the plate-shaped base 2.1 of the tool tip 2.
- this lower stop 10 is formed in each case as a shape which, as shown in FIGS. 1, 2 and 6 to 8, is arranged on the carrier element 3 or, as shown in FIGS. 11 to 14 and 17, is arranged on an upper side of the plate-shaped base element 2.1.
- These formations are formed of metal, suitably made of steel, and for example with the
- Carrier element 3 or welded to the plate-shaped base element 2.1.
- the tear-open tools 8 are aligned substantially perpendicular to the parallels of the longitudinal axis of the carrier element 3, project beyond the outer circumference of the tool head 1, in particular the outer circumference of its tool tip 2, and engage in the column track wall SPW during the lifting of the tool head 1, tear them and thereby release soil material from the column track wall SPW, which falls down and is compressed by the tool head 1 during a subsequent lowering of the compaction tool 16.
- This tearing open of the column gauge wall SPW by means of the tearing tools 8 is particularly important since the lowering of the tool head 1 also already solidifies the column gauge wall SPW, so that without such a mechanical tearing of the column gauge wall SPW and detachment of the floor material not enough soil material from the column gauge wall SPW would solve. There would then not enough soil material for a sufficient compaction available. By tearing the column wall SPW by means of the tearing tools 8 thus a very high compaction of the soil is achieved.
- the support element 3 has a fastening formation 11 for the respective tear-open tool 8 on a rear side facing away from the tear-open tip of the respective tear-open tool 8, on which the pivot axis S of the respective tear-open tool 8 is arranged.
- This respective Befest Trentsausformung 11 is formed as a welded, for example, to the support member 3 molding of metal, preferably made of steel.
- Tool head 1 protrude far enough to penetrate deep into the column wall SPW and dissolve sufficient soil material from this. - -
- the ripping tools 8 are available, which differ in particular in their length. In this way, a soil-dependent selection of the ripping tools 8 is possible.
- the tearing tools 8 are expediently replaceably attached to the tool head 1, so that in a simple manner a variant of the tearing tools 8 is exchanged for another variant, for example against a shorter or longer variant, according to current soil conditions.
- the pivot axes S are formed by bolts, which in the example shown in Figures 1 to 8 passed through the respective Befest Trentsausformung 11 and secured with a nut screwed and in the examples shown in Figures 11 to 17 in the Carrier element 3 are screwed.
- the pivot axes S are to be solved in a simple manner to remove the respective ripping tool 8 and optionally replaced by another.
- the tool head 1 is to be selected according to the respective current soil conditions and / or corresponding to a respective groundwater level. This is possible by means of the adapter element 4 described above in a particularly simple and fast manner.
- the tear-open tools 8 are expediently fastened pivotably to the tool head 1 by means of a respective sliding bearing 12, as shown in FIGS. 4 and 16.
- a respective sliding bearing 12 slide the ripping tools 8 on their respective pivot axis S.
- Slide bearing 12 relative to the sliding bearing 12 and the pivot axis S, or the slide bearing 12 is immovably fixed, for example, on the ripping tool 8 and slides to
- the sliding bearing 12 is a simple, safe and inexpensive pivotable mounting of the tearing tools 8 ensured. If there is too much wear of the respective sliding bearing 12, the sliding bearing 12 or the entire tear tool 8 is to be replaced together with the sliding bearing 12 or at least together with the arranged on the tear tool 8 or trained part of the sliding bearing 12. Since the tearing tools 8 are also subject to wear due to the tearing of the column track wall SPW, wear-related replacement of the tearing tools 8 is required anyway, so that a more elaborate mounting, for example by means of one rolling bearing, is possible, but not absolutely necessary.
- the tearing tools 8 have an elastomer insert 13 in the region of their pivot axis S, also referred to as an elastomer layer.
- This elastomer insert 13 can also be the slide bearing 12 or at least part of the slide bearing 12, which slides on the pivot axis S formed or arranged on the carrier element 3. Im here shown
- these elastomeric inserts 13 are not formed as a sliding bearing 12, but the elastomeric inserts 13 are each arranged between a respective inner ring and the respective rupturing tool 8 not shown here and firmly connected by vulcanizing both with the inner ring and with the tearing tool 8.
- the inner rings are bolted to the respective pivot axis S and thus immovably arranged on the pivot axis S.
- Pivot axes S are each immovably formed or arranged on the carrier element 3.
- the respective pivot bearing formed in this way has no sliding surfaces and no gap, penetration of particles and associated wear are avoided.
- the respective elastomeric insert 13 makes it possible to bias the respective tear-open tool 8 in at least one direction, for example in the direction of the tear-open position, so that the pivotal movement of the tear-open tool 8 - -
- the elastomer inserts 13 thus each act as spring elements, in particular as torsion springs.
- the elastomer inserts 13 also allow damping to strong forces and pulses which act on the particular ripping tool 8, in particular during the tearing of the column track wall, so that an undamped transmission of these forces and pulses to the support member 3 and in particular to the
- Swivel axis S are prevented. As a result, a risk of damage, for example the risk of deformation of the pivot axis S, is reduced.
- the tearing tools 8 are arranged uniformly distributed around a circumference of the carrier element 3 in the illustrated examples. This way is a
- the tearing tools 8 are arranged in two planes.
- use of the existing space for the ripping tools 8 is optimized on the tool head 1 and it is ensured that the ripping tools 8 do not interfere with each other in their pivotal movements.
- the tool tip 2 nearest level two ripping tools 8 are arranged opposite one another and in an overlying level two other ripping tools 8 are arranged opposite each other, which to the other two ripping tools 8 in the lower plane in the circumferential direction of the tool head 1 offset by 90 ° on the tool head 1 are arranged.
- the four ripping tools 8 are evenly distributed around the circumference of the tool head 1, but do not interfere with each other, since in the circumferential direction adjacent ripping tools 8 are arranged in different planes on the tool head 1.
- the tool head 1 as shown in Figures 6 and 7, at least one outlet opening 14 for at least one fluid medium.
- Opening 14 is for example formed as a flat jet nozzle or another nozzle or comprises such a flat jet nozzle or other nozzle.
- the adapter element 4 has, as shown in FIG. 8, a corresponding connection 15 to which, for example, a hose is to be connected.
- the tool head 1 can, as in the examples shown in FIGS. 6 and 7, also have a plurality of such outlet openings 14.
- the outlet openings 14 are associated with the tear tools 8.
- the tool head 1 shown in FIG. 6 has four outlet openings 14, one outlet opening 14 in the region of each rupturing tool 8, while the tool head 1 shown in FIG. 7 has eight outlet openings 14, two outlet openings 14 in the region of each ripping tool 8 the outlet openings 14 assigned to the respective ripping tool 8, which are preferably designed as nozzles or comprise nozzles, for example as flat jet nozzles, or which have the same or different orientations.
- the two tear-out tools 8 assigned to the respective tear-open tool 8 one is aligned substantially parallel to the tear-open tool 8 and the other substantially transversely to the tear-open tool 8.
- the tool head 1 has corresponding openings, into which, as in FIGS. 6 and 7, a nozzle as exit opening 14 or a
- Blind plug can be screwed in as a closure.
- At least one fluid medium can be introduced through the outlet openings 14 into the column track SP and / or into the floor area adjoining the column track SP.
- the term fluid medium means gaseous substances, liquids and suspensions, ie - -
- the at least one fluid medium is, for example, water, air or another gas or gas mixture, a hydraulic binder, for example bentonite or a bentonite cement suspension or cement, lime or mixtures of these substances. Also, the supply of a majority of these substances or mixtures of these substances, d. H. a plurality of fluid media simultaneously or sequentially, is possible.
- the introduction into the column track SP and / or into the adjoining floor area can take place under pressure or without pressure.
- Figures 18 to 22 show the device 17 for soil compaction and / or soil consolidation during a procedure of the method.
- the device 17 has the columnar compaction tool 16 with the tool head 8 and the columnar base body 18.
- Figure 23 is a further advantageous
- the columnar main body 18 of the compaction tool 16 may be formed, for example, of solid material, d. H. as a bar or, to achieve a greater sinking depth T, a plurality of interconnected bars. In this case, with increasingly lower insertion depth T, the number of rods used is increasingly reduced.
- this base body 18 is formed from a hollow tube or, in order to achieve the greater insertion depth T, as shown in Figures 18 to 22, formed of a plurality of interconnected hollow tubes. In this case, with increasingly lower insertion depth T, the number of hollow tubes used is increasingly reduced.
- FIG. 22 for example, still only a hollow tube is used at the end of the method, while in FIG. 18, at the beginning of the method, a plurality of hollow tubes for the columnar base 18 are required to achieve a correspondingly large depth of deposit T at the beginning of the process.
- the sinking depth T of the compression tool 16 is shown in FIG. 24 in a time course t of the method.
- ram pipes can be used, which form a basic body of a compression s tool according to the prior art.
- the lower end of the tube or in the case of several tubes of the last tube is to be closed with the tool head 8, for example by welding or preferably by screwing the tool head 8 by means of the adapter element 4.
- D. h. the lower end of the compression tool 16 is closed by the tool head 8, which is arranged at the lower end of the columnar base body 18.
- the screwing for example by means of the adapter element 4, to be preferred, since in this way the compression s tool 16 is easy to install, disassemble and transport. Furthermore, the tool head 8
- Compaction s tool 16 is very quickly and easily adapted to respective conditions and requirements, for example, to a particular soil condition by a replacement of the tool head 8.
- the vibrating device 3 is placed on the upper end of the compression tool 16, which rhythmic movements, preferably exclusively movements in the longitudinal direction of the compacting tool 16, with a constant or controllably variable frequency, for example between 5 Hz and 20 Hz the compression s tool 16 initiates.
- the vibrating device 19 may in particular be a conventional attachment device, for example a vibrator, a vibrator or a ram, for example also a vibrating hammer for sheet piling work. In this case, in particular when ramming is used, a pile-driving motion or a ramming action or ramming impact on the shaft is also possible
- a holder 20 is arranged on the compression tool 16, which is connected to a holding device 21, for example with an excavator or with - -
- the holder 20 is also referred to as a carriage, which is arranged vertically movable on a broker.
- the broker is at least one guide and / or mounting rail, which is attached to the holding device 21.
- the vibrating device 19 is mounted on the bracket 20 formed as a carriage, which is mounted vertically movable on the broker.
- the broker is firmly connected to the holding device 21, for example a carrying bead. By means of the holding device 21, the compression tool 16 can be transported to a place where a soil compaction is to be performed.
- FIG. 23 shows another embodiment of the device 1 for soil compaction and / or soil compaction.
- This device 1 has as a holding device 21 on a crawler, wherein the compression s tool 16 and the vibrating device 19 by means of the holder 20 hang on a rope of the cable excavator.
- the method is not only feasible on land, but also under water to condense a particular riverbed, for example, a bottom area at the bottom of a stream, river, channel, pond, lake or sea or other water.
- the device 17 is arranged, for example, on a watercraft, for example on a ship or another watercraft with or without its own drive.
- the holding device 21, which is designed for example as an excavator, a crawler crane, crane or caterpillar, positioned on this vessel or it is a part of this vessel.
- the process is then carried out under water analogous to the described procedure on land to compact the soil area at the bottom of the water.
- the method can also be used to compact flushed floors.
- a radial expansion of a displacement and compression s effect on a soil material is at least a two times to three times the diameter of the tool tip 2 of the tool head 8. It can also be larger, depending on the particular soil.
- the shape of the tool tip 2 because due to their shape, the compacting tool 16 introduced in the compression forces in a first portion, which acts in the longitudinal direction of the compression tool 16 on the bottom area to be compacted, and a lateral second portion , which obliquely to the first portion, d. H. obliquely downwards, acts on the soil area to be compacted, divided.
- the compression tool 16 is, as shown in Figure 18, at a predetermined location at which the soil compaction is to be performed, positioned and lowered vertically down to a predetermined Sollversenktiefe TS, for example, 4.5 meters.
- the ripping tools 8 are automatically folded out at the beginning of the lowering by the lowering movement of the tool head 1 in the manner described above from the tearing position, so that they do not hinder the lowering movement and the compaction of the soil.
- the target countersink depth TS depends on the particular soil to be compacted, d. H. according to a particular building ground to be generated. The respective requirements depend, inter alia, on a particular building or building that is to be erected on the ground, as well as on the soil properties of the respective soil to be compacted.
- the lowering ie the penetration of the compaction tool 16 into the ground, takes place due to the lowering force. At least part of the lowering force results from the own weight of the compaction tool 16, which after a settling of the - -
- Compaction tool 16 on the ground completely on a bottom portion under the tool head 1 loads.
- an additional force is applied by the holding device 21 to the compaction tool 16 so that the lowering force is composed of the weight of the compacting tool 16 and this additional force effect by the holding device 21.
- the holder 20 is connected to a drive of the holding device 21, via which it is to raise and in particular also driven down, for example via at least one traction cable.
- the traction cable can be connected, for example, with a hydraulic unit of the holding device 21, for example, the excavator or crane. In this way, by driving the holding device 21, d. H. For example, by a corresponding lowering drive of the excavator or crane, a force on the holder 20 and over this on the
- Compression s Tool 16 to transfer.
- This force acts vertically downward on the compression tool 16.
- the entire or almost the entire weight of the device 17, with the exception of the own weight of the compacting tool 16 acts on the compacting tool 16 in this way.
- the lowering force is thus composed of the weight of the compression tool 16 and the respective force effect by the holding device 21 on the compression tool s16 together.
- the maximum possible lowering force then corresponds to the weight of the entire device 17 or at least almost its own weight.
- the lowering force with which the compression tool 16 is lowered in this way for example, be up to 20 tons or even up to 30 tons.
- a lowering pressure PE from the tool head 8 acts on the ground.
- vibratory movements of the compacting tool 16 acting in the longitudinal direction of the compacting tool 16 are produced by the attached vibratory device 19, as a result of which a vibration pressure PV also acts on the base via the tool head 1.
- a strength of the vibration pressure PV is advantageously over the - -
- Vibratory device 19 can be specified.
- FIG. 24 shows the lowering pressure PE and the vibration pressure PV in the course of time t of the method.
- the compaction tool 16 drops successively to the predetermined Sollversenktiefe TS in the soil, with soil material through the active surface of the tool tip 2 of the tool head 1 is displaced both laterally and downwardly and is already compressed in this way. Soil material VBM compacted in this way forms the foundation soil BS after successful completion of the process. Due to the penetration of the compaction tool 16, the column track SP is generated, which still has a cavity at this stage of the method.
- the tool head 1 If the tool head 1 has arrived at the predetermined set depth depth TS, it is raised again by a predetermined lifting height H, for example by 50 cm to 80 cm, as shown in FIG. This is done by means of the holding device 21, to which the compaction tool 16 is attached, d. H. by means of the excavator or crane. During the lifting of the compression tool 16, the vibrating device 19 may be turned off or remain on. By raising the compaction s tool 16 pivot the tearing tools 8 at the beginning of
- the compaction tool 16 After the compaction tool 16 has been raised by the predetermined lifting height H, it is, as shown in Figure 20, lowered again with the vibrating device 19, so again on the tool head 1, the lowering pressure PE and the vibration pressure PV act on the ground and from the lateral column wall SPW compacted loose soil LBM is compacted.
- the compression tool 16 By lowering the compression tool 16 are at the beginning of lowering the tearing tools 8 automatically swung out again from the tearing up, as already described. In this way they hinder the
- the lowering of the compression tool 16 counteracts the predetermined resistance before a sinking depth T of a previous lowering is reached, as shown in Figure 21, by the tearing tools 8 always more soil material the lateral column track wall SPW is detached and accumulates as loose soil material LBM from the lateral column track wall SPW in each case remaining cavity of the column track SP under the tool head 1 and is compressed by this in each case.
- Vibration pressure PV are set so that the compression tool 16 is raised again in each case when a sufficient compression of compacted by the compaction s tool 16 soil material VBM is achieved under the tool head 1.
- the use of a compacting tool 16 adapted to the respective soil to be compacted with a high or low own weight and / or by using a correspondingly heavy holding device 21, for example an excavator or crane with a high dead weight, can also be used - -
- Lowering is to be understood as having a predetermined lowering speed
- Minimum value of a Absenkweges is no longer achieved. This can for example be determined automatically, for example by appropriate sensors. Alternatively, this can also be determined by a plant operator of the device 17.
- Cavity of the column track SP falls under the tool head 1, and the subsequent lowering of the compaction tool 16, until it counteracts the predetermined resistance, are therefore repeated until the lowering of the predetermined resistance counteracts already when the compression s tool 16 on a predetermined End position EP is located, which is shown in Figure 22.
- This predetermined end position EP is usually located in the area of the ground surface or near the ground surface, in order to obtain a ground, which is stable both superficially and at greater depths.
- oscillating or alternating up and down movement is a steady material structure with compacted soil material VBM in the column track SP, so that the extreme - -
- the column track SP is filled with compacted soil material VBM, so that the foundation column BS is formed from extremely compacted soil material VBM up to the predetermined end position EP of the compacting tool 16. Since the radial extent of the displacement and compression s effect on the soil due to the described design of the effective surface of the tool tip 2 of the tool head 1 at least a two times to three times the diameter of the tool tip 2 forms, as shown in Figures 18 to 22 represented around the foundation ground BS around also influenced by the compression s effect area B from.
- the compaction of the soil by means of the compression tool 16 is effected not only by the vibrations of the vibrating device 19, but also by a high compressive force, namely by the lowering force with which the compaction tool 16 is lowered.
- This additional compressive force ie the lowering force with which the compression tool 16 is lowered, can, as already mentioned, - -
- Vibration pressure PV is lowered to the target sinking depth TS, already begins at the bottom surface.
- compaction of the soil material as well as slipping and compacting of this slipped loose soil material LBM may result in formation of a funnel in the region of the soil surface above the soil compaction, as exemplified in FIG.
- a compaction material VM for example a mineral material such as well compactable Gravel in round-grain mixture form or crushed-grain mixture form or with soil material which corresponds or resembles the soil material to be compacted. This is done, as shown here by way of example in Figures 20 and 21, preferably already during the process step by step, so that no too large lowering funnel AT, no cavities and no excessive loss of material arise at the bottom surface.
- a compaction material VM for example a mineral material such as well compactable Gravel in round-grain mixture form or crushed-grain mixture form or with soil material which corresponds or resembles the soil material to be compacted.
- FIG. 24 schematically illustrates a time profile of the lowering pressure PE, the vibration pressure PV and the sinking depth T in the course of the process. These are constantly detected and monitored during the procedure. This makes it immediately apparent when the lowering of the compaction tool 16 of the predetermined resistance - -
- the lifting of the compression tool 16 can each be monitored by the predetermined lifting height H and it can be determined when the predetermined end position EP of the compression tool 16 has been reached and the method can be ended.
- This continuous detection of the lowering pressure PE, the vibration pressure PV and the sinking depth T during the process also allow an evaluation for quality assurance. This makes it possible to assess whether the soil compacted in this way and the subsoil produced thereby meets the respective requirements, ie. H. For example, has a sufficient load capacity, strength and stability to perform planned construction on the ground, for example, to build a building or building on it.
- the method is a full displacement method for underground improvement.
- a storage density of an existing subsoil is significantly increased.
- no additional ballast material introduced from the outside in the forming during the process column track SP is filled with soil material.
- An extremely high ramming energy of the vibration device 19, for example a topping vibrator, placed on the compaction tool 16 causes the soil material, for example the gravel, to be rammed and pressed laterally into a soil matrix, thereby compacting and compacting the soil and reducing the soil Pore portion is effected.
- Tool tip 2 of the tool head 1 and the vertical vibration movement of the compression tool 16 is a predominantly vertical force in the column tracks SP, so that extremely stiff ground columns BS can be produced, which have comparable properties as by means of methods and devices according to the prior art generated ground columns , - -
- a compacted foundation column BS d. H. created a filled with compacted soil VBM column track SP, which improves the ground in the vicinity of the column track SP as a linear support member.
- the soil is significantly improved by the displacement process when introducing the foundation columns BS against an initial state.
- densification points are generated close to each other by the method, i. H. in a plurality of such ground columns BS, for example, linear or in a planar grid and for example at a distance of one meter from each other, a complete homogenization of the soil with a significantly increased density and higher shear strength and rigidity.
- the method is preferably to be applied in water-saturated loosely to moderately dense sands and gravels with subordinate fines.
- the process causes the homogenization and densification of sand and / or gravel.
- the subsoil columns BS have a much higher load capacity, which can reach values of more than 800 kN to 1500 kn with larger diameters of the compaction tool 16.
- the compression tool 16 preferably has a plurality of outlet openings 14. These outlet openings 14 can, as shown in FIGS. 6 and 7, be arranged on the tool head 1 and / or on other regions of the compression tool 16, for example also on the columnar base body 18.
- the outlet openings 14 serve to supply at least one fluid medium to the tool body Column track SP and / or in an adjacent floor area.
- the fluid medium may be, for example, water, air or another gas or gas mixture, a hydraulic binder, for example bentonite or a bentonite cement suspension or cement, lime or mixtures of these substances. This at least one fluid medium is by means of an external
- outlet openings 14 fed. This connection to the supply lines of the compaction tool 16 is not shown in the figures for reasons of clarity.
- the outlet openings 14 can be opened and closed, for example, by means of a respective valve, for example by means of a ball valve in each case.
- the soil is additionally solidified and / or impermeable.
- it may be useful or necessary to fill water as a fluid medium in the column track SP.
- the supply lines are expediently compressed tool 16 in a hollow compression tool s 16 and led out, for example, in the region of an upper end of the columnar base body 18 below the patch or alseuticden vibrating device 19 through an opening from the columnar base body 18 to them with the Aggregate 22 to connect.
- a columnar main body 18 of the compression tool 16 which has no hollow interior, the supply lines are to be laid outside.
- the supply of the fluid medium to the column track SP is preferably carried out under pressure.
- at least one such fluid medium is preferably carried out under pressure.
- the external unit 22 has, for example, a pump and, if necessary, a mixer unit for
- the compression tool 16 may alternatively or additionally comprise a so-called vacuum lance, which is connected to a suction device.
- FIG. 23 shows a further embodiment of the device 17, by means of which the method according to FIGS. 18 to 22 is likewise to be carried out.
- the holding device 21 is designed as a cable excavator.
- the compression tool 16, on the upper end of the vibrating device 19 is placed, is connected by means of the holder 20 with the rope of the cable shovel, so that it hangs freely on this rope.
- the compression tool 16 which includes the ram tube, and the vibrating device 19 hang freely in this case on the rope.
- a holding device 21 also referred to as a supporting device, a rope excavator is used, for example.
- the vibrating device 19 is started, so that the compression tool 16 by the lowering pressure PE, formed by the
- the compression tool 16 due to the very long Rammrohres a very high weight, so that the lowering force, for example, corresponds to the achievable with the Switzerland thanks to the Switzerland.
- FIGS. 25 and 26 show an example of such a soil compaction and / or soil compaction of a subsoil carried out by the method by forming a plurality of subsoil columns BS.
- the method for producing a deep foundation is carried out, wherein for foundation foundation a foundation element 23 is rammed into the ground and a predetermined area of the ground before ramming and / or after
- Mono-pile-pipe pile is formed as a foundation element 23. These monolayers are merely driven into the ground. On the respective foundation element 23, the element 24 held by the foundation element 23, which is formed as a power pole in the mast foundation for the power line, is then screwed on via a flange connection, and then the current lines can be mounted on the power pole. This can only be used in subsoil conditions in which easily rammable soils are present up to greater depths. These are usually structurally weak soils, which tend to large deformations. By compaction and / or solidification of the ground a stability of such example formed as Monopfumblele foundation elements 23 and disposed thereon to be held elements 24 is significantly increased.
- Compaction s tool 16 is used, on at least one concentric circle, preferably, as shown in Figure 26 in a plan view from above, on several concentric circles, around the driven into the ground foundation element 23 or around a Einrammposition around, where the foundation element 23 is to be rammed, arranged.
- This subsurface improvement in concentric circles by the described method is preferred after pile driving, i. H. of the foundation element 23, performed.
- pile driving i. H. of the foundation element 23
- a slight ramming of the foundation element 23 in the not yet compacted and / or solidified ground is made possible and then by the
- the storage density of the soil plays a major role. Due to the additional improvement of the subsoil, the subsoil is considerably improved and can absorb larger ballast forces, so that more favorable results can be achieved in static calculations or the use of monolayers becomes possible. Thus, there is a technical and commercial interest that
- the monofilaments which can be used with the method as the foundation element 23 are designed, for example, as a steel pipe with a diameter of 150 cm to 180 cm. Also larger or smaller diameters are possible. Furthermore, other materials are possible, such as concrete, reinforced concrete or wood. Individual micropiles or groups of micropiles can also be used as the foundation element 23.
- each of the foundation pillars BS can each be the same depth as the rammed foundation element 23 or less deep or deeper. For example, increases in compression positions, which at different distances to the driven into the ground foundation element 23 or to the Einrammposition at which the - -
- Foundation element 23 is to be rammed, are arranged, for example, on different concentric circles, the compaction depth, to which the compression of the respective bottom portion is performed, with increasing distance from the driven into the ground foundation element 23 or the Einrammposition, at which the foundation element 23rd should be driven, from or to. Ie. for example, the closer they are to the foundation element 23 or its intended insertion position, the deeper they are from the foundation element 23 or from its intended insertion position.
- foundation columns BS of a respective concentric circle may also have different compaction depths. This is made dependent, for example, on a particular soil condition prior to soil compaction and / or soil compaction and on soil quality to be achieved by soil compaction and / or soil compaction.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung von Sanden und Kiesen, wobei erfindungsgemäß ein Verdichtungswerkzeug (16) in einen zu verdichtenden Bodenbereich abgesenkt wird und mittels einer Vibrationsvorrichtung (19) Vibrationen im Verdichtungswerkzeug (16) erzeugt werden, um den Bodenbereich zu verdichten, wobei das Verdichtungswerkzeug (16) durch eine Absenkkraft und durch die Vibrationsbewegungen auf eine vorgegebene Sollversenktiefe (TS) abgesenkt wird und danach zumindest einmal um eine vorgegebene Hubhöhe (H) angehoben wird und durch die Absenkkraft und die Vibrationsbewegungen wieder soweit erneut abgesenkt wird, bis dem erneuten Absenken ein vorgegebener Widerstand entgegenwirkt, wobei zumindest ein an einem Werkzeugkopf (1) angeordnetes Aufreißwerkzeug (8) durch das Anheben des Verdichtungswerkzeugs (16) seitlich an einem länglichen und im Wesentlichen auf einer Längsachse des Verdichtungswerkzeugs (16) angeordneten Trägerelement (3) des Werkzeugkopfes (1) vorbei in eine Aufreißposition geschwenkt wird, in welcher es im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelementes (3) ausgerichtet ist und einen Außenumfang des Werkzeugkopfes (1) überragt, wobei mittels des zumindest einen Aufreißwerkzeugs (8) während des Anhebens des Verdichtungswerkzeugs (16) eine Säulenspurwandung (SPW) aufgerissen wird und Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung (SPW) herausgelöst wird, und wobei das zumindest eine Aufreißwerkzeug (8) durch das Absenken des Verdichtungswerkzeugs (16) aus der Aufreißposition heraus geschwenkt wird.
Description
Verfahren zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenverdichtung und/oder
Bodenverfestigung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind zur Boden Verdichtung die Rütteldruckverdichtung und die Rüttelstopfverdichtung bekannt. Bei der Rütteldruckverdichtung wird ein torpedo- förmiger, in horizontaler Ebene schwingender Elektro-Tiefenrüttler eingesetzt, der entsprechend der Verdichtungstiefe über Aufsatzrohre verlängert werden kann. Um die horizontale Schwingung des Rüttlers zu erzeugen, befinden sich ein Elektromotor und eine von diesem angetriebene Unwucht innerhalb des torpedoförmigen Rüttlers. Zum Abteufen des Rüttlers wird als Spülhilfe Wasser zur Rüttlerspitze gefördert. Beim anschließenden Verdichtungsvorgang wird die Zuflussmenge reduziert und an der Oberfläche rolliges Bodenmaterial in den sich bildenden Verdichtungstrichter eingefüllt. Die Rütteldruckverdichtung kommt bei nichtbindigen bzw. rolligen Böden zum Einsatz.
Die Rüttelstopfverdichtung wird bei nichtbindigen und bindigen, auch
wassergesättigten Böden angewandt. Bei diesem Verfahren wird über einen
Vorratsbehälter, der mit Druckluft beaufschlagt werden kann, Schotter bis an die Rüttelspitze des Tiefenrüttlers geleitet. Die Druckluft dient als Spülhilfe für den Schotter. Der Vorratsbehälter mit dem Einfüll- und Verriegelungssystem wird als Schleuse bezeichnet. Grobkörnige Anschüttungen aus Bauschutt, Schlacke oder Abraum sind weitere Einsatzbereiche des Rüttelstopfverfahrens.
In der DE 10 2010 022 661 AI werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bodenverdichtung beschrieben. Im Verfahren wird ein säulenförmiges Verdichtung s Werkzeug vertikal in einen zu verdichtenden Bodenbereich abgesenkt und mittels einer Vibrationsvorrichtung werden Vibrationen im Verdichtung s Werkzeug erzeugt, um den Bodenbereich zu verdichten. Durch die Vibrationsvorrichtung, welche auf ein oberes Ende des Verdichtung s Werkzeugs aufgesetzt wird, werden vertikale Vibrationsbewegungen des Verdichtungswerkzeugs erzeugt. Das Verdichtung s Werkzeug wird durch sein Eigengewicht und durch die Vibrationsbewegungen auf eine vorgegebene
- -
Sollversenktiefe abgesenkt, danach zumindest einmal um eine vorgegebene Hubhöhe angehoben und durch sein Eigengewicht und die Vibrationsbewegungen wieder soweit erneut abgesenkt, bis dem erneuten Absenken ein vorgegebener Widerstand
entgegenwirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung von Sanden und Kiesen wird ein säulenförmiges Verdichtung s Werkzeug vertikal oder schräg nach unten in einen zu verdichtenden Bodenbereich abgesenkt und mittels einer Vibrationsvorrichtung werden Vibrationen im Verdichtung s Werkzeug erzeugt, um den Bodenbereich zu verdichten. Dazu wird die Vibrationsvorrichtung zweckmäßigerweise auf ein oberes Ende des Verdichtung s Werkzeugs aufgesetzt oder in anderen Ausführungsformen beispielsweise auch entlang einer Längsausdehnung des Verdichtung s Werkzeugs oder im Bereich eines unteren Endes des Verdichtungswerkzeugs angeordnet. Die Vibrationsbewegungen werden im Verdichtung s Werkzeug mittels dieser Vibrationsvorrichtung in Längsrichtung des Verdichtung s Werkzeugs erzeugt. Das Verdichtung s Werkzeug wird durch eine Absenkkraft und durch die Vibrationsbewegungen auf eine vorgegebene Soll versenktiefe abgesenkt und danach zumindest einmal um eine vorgegebene Hubhöhe angehoben und durch die Absenkkraft und die Vibrationsbewegungen wieder soweit erneut abgesenkt, bis dem erneuten Absenken ein vorgegebener Widerstand entgegenwirkt. Unter der Entgegenwirkung eines vorgegebenen Widerstandes bei dem erneuten Absenken ist zu verstehen, dass eine vorgegebene Absenkgeschwindigkeit unterschritten wird oder dass innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Mindestwert eines Absenkweges nicht mehr erreicht wird. Zumindest ein an einem Werkzeugkopf an einem unteren Ende des Verdichtungswerkzeugs angeordnetes Aufreißwerkzeug wird durch das Anheben des Verdichtungs-
- -
Werkzeugs seitlich an einem länglichen und im Wesentlichen auf einer Längsachse des Verdichtung s Werkzeugs angeordneten Trägerelement des Werkzeugkopfes vorbei in eine Aufreißposition geschwenkt, in welcher es im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet ist und einen
Außenumfang des Werkzeugkopfes überragt, wobei mittels des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs während des Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs eine
Säulenspurwandung aufgerissen wird und Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung herausgelöst wird. Durch das Absenken des Verdichtungswerkzeugs wird das zumindest eine Aufreißwerkzeug aus dieser Aufreißposition heraus geschwenkt.
Das Trägerelement ist zweckmäßigerweise in Querrichtung des Werkzeugkopfes im Zentrum des Werkzeugkopfes angeordnet, d. h. auf der Längsachse des Werkzeugkopfes, mittig und somit durch einen Mittelpunkt des Querschnitts verlaufend oder bei einem nicht runden Querschnitt zweckmäßigerweise durch einen Schwerpunkt des Querschnitts verlaufend. Das zumindest eine Aufreißwerkzeug ist im Bereich zwischen einem oberen und unteren Ende des Trägerelementes am Werkzeugkopf angeordnet. In der Aufreißposition überragt eine Aufreißspitze des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs alle unter und über dem jeweiligen Aufreißwerkzeug angeordneten Teile des
Werkzeugkopfes, so dass die Aufreißspitze des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs in der Aufreißposition in Seitenrichtung des Werkzeugkopfes freistehend ist. In einer zweiten Position, in welcher das zumindest eine Aufreißwerkzeug aus der Aufreißposition herausgeschwenkt angeordnet ist, überragt das zumindest eine Aufreißwerkzeug den Außenumfang des Werkzeugkopfes nicht. D. h. das zumindest eine
Aufreißwerkzeug kann seitlich am Trägerelement vorbei zwischen zwei Positionen geschwenkt werden, wobei das Aufreißwerkzeug in der Aufreißposition im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet ist und den Außenumfang des Werkzeugkopfes überragt und in der von dieser Aufreißposition abweichenden zweiten Position den Außenumfang des Werkzeugkopfes nicht überragt. Diese seitliche Anordnung des zumindest einen Aufreißwerkzeugs, d. h. seitlich des Trägerelementes, ermöglicht in der Aufreißposition einen großen Abstand zwischen einem Lager des Aufreißwerkzeugs, mittels welchem das Aufreißwerkzeug am Werkzeugkopf schwenkbar befestigt ist, und einem Auflager des Aufreiß Werkzeugs auf dem Werkzeugkopf, d. h. einem Bereich, in welchem das Aufreißwerkzeug in der
- -
Aufreißposition auf einem anderen Bestandteil des Werkzeugkopfes aufliegt. Dadurch sind auftretende Lagerkräfte reduziert.
In der Aufreißposition ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug somit nicht radial am Werkzeugkopf ausgerichtet, sondern außerradial, nämlich tangential oder auf einer Passante zum in Querrichtung des Werkzeugkopfes im Wesentlichen mittig positionierten Trägerelement angeordnet. Bei einem nicht runden oder unrunden Trägerelement, beispielsweise einem ovalen oder vieleckigen Trägerelement, beziehen sich die verwendeten Begriffe tangential und/oder Passante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des betreffenden Trägerelements, wobei der Kreis den Außenumfang des Trägerelements zweckmäßigerweise an keiner Stelle nach außen überschreitet, so dass der Radius des Kreises maximal so groß ist wie ein kleinster Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Trägerelements zum Scherpunkt des Querschnitts des Trägerelements. Es bewegen sich während der Schwenkbewegung zumindest von der Aufreißspitze abgewandte hintere Bereiche des zumindest einen Aufreißwerkzeugs, d. h. Bereiche zwischen der Aufreißspitze und einer Schwenkachse, welche der Schwenkachse näher sind als der Aufreißspitze, seitlich am Trägerelement vorbei. Beispielsweise ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug seitlich am Trägerelement oder an einer Ausformung des Trägerelementes schwenkbar angeordnet, wobei die Schwenkachse des zumindest einen Aufreißwerkzeugs senkrecht zur Längsachse oder zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelements verläuft.
Zumindest in der Aufreißposition ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug daher mit seiner Läng ser Streckung außermittig am Werkzeugkopf angeordnet, auf einer Sekante des Werkzeugkopfes, zumindest bei einem runden oder im Wesentlichen runden Werkzeugkopf. Bei einem unrunden oder nicht runden Werkzeugkopf bezieht sich der Begriff Sekante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des Werkzeugkopfes, wobei der Kreis zweckmäßigerweise an Bereichen des
Querschnitts des Außenumfangs des Werkzeugkopfes außen anliegt, diesen aber nicht nach innen überschreitet, d. h. der Radius dieses Kreises ist mindestens so groß wie ein größter Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Werkzeugkopfes zum Schwerpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes.
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Aus dieser Aufreißposition wird das zumindest eine Aufreißwerkzeug durch das Absenken des Verdichtung s Werkzeugs derart weit nach oben herausgeschwenkt, dass es den Außenumfang des Werkzeugkopfes nicht mehr überragt, d. h. es wird aus der Aufreißposition in eine zweite Position nach oben herausgeschwenkt, in welcher es schräg zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet ist, beispielsweise in einem Winkel von ca. 45°.
Zum Schwenken des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs in die Aufreißposition und aus der Aufreißposition heraus ist keine Antriebseinheit erforderlich, sondern das zumindest eine Aufreiß Werkzeug schwenkt allein durch die jeweilige Kraftein Wirkung während des Anhebens oder Absenkens des Verdichtung s Werkzeugs. Während des Absenkens berührt das sich zunächst in der Aufreißposition befindende, d. h.
ausgeklappte, Aufreißwerkzeug die Säulenspurwandung, so dass durch das Absenken des Verdichtung s Werkzeugs eine nach oben gerichtete Kraft auf das Aufreißwerkzeug einwirkt. Da die Schwenkbewegung nach oben nicht blockiert ist, schwenkt das Aufreißwerkzeug daher nach oben aus der Aufreißposition heraus, so dass es den Außenumfang des Werkzeugkopfes nicht mehr seitlich überragt und ein Verdichten des Bodens durch das Aufreißwerkzeug nicht behindert ist.
Während des Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs greift das zumindest eine Aufreißwerkzeug in die Säulenspurwandung ein, wodurch aufgrund des Anhebens des
Verdichtung s Werkzeugs eine Krafteinwirkung nach unten auf das Aufreißwerkzeug erfolgt. Da das Zurückschwenken nach unten zurück in die Aufreißposition nicht blockiert ist, schwenkt das Aufreißwerkzeug daher nach unten, d. h. es klappt seitlich nach außen auf, bis es in der Aufreißposition angekommen ist und beispielsweise an einem Anschlag anliegt. Es ist nun im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet, überragt den Außenumfang des
Werkzeugkopfes seitlich nach außen und greift während des Anhebens des
Verdichtungswerkzeugs mit dem am unteren Ende angeordneten Werkzeugkopf in die Säulenspurwandung ein, reißt diese auf und löst dadurch Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung heraus, welches nach unten fällt und bei einem nachfolgenden
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Absenken des Verdichtungswerkzeugs durch dieses, genauer gesagt durch dessen Werkzeugkopf, zu verdichten ist.
Dieses Aufreißen der Säulenspurwandung mittels des zumindest einen Aufreißwerkzeugs ist besonders wichtig, da durch das Absenken des Werkzeugkopfes auch die Säulenspurwandung schon verfestigt wird, so dass ohne ein derartiges mechanisches Aufreißen der Säulenspurwandung und Herauslösen von Bodenmaterial sich nicht genug Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung lösen würde. Es stünde dann nicht genug Bodenmaterial für eine ausreichende Verdichtung zur Verfügung. Durch das Aufreißen der Säulenspurwandung mittels des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs wird somit eine sehr hohe Verdichtung des Bodens erreicht.
Durch die Anordnung des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs am Werkzeugkopf derart, dass es seitlich am Trägerelement vorbei in die Aufreißposition und aus dieser herausschwenkt, ist nur ein relativ geringer Schwenkwinkel erforderlich, um welchen das Aufreißwerkzeug nach oben aus der Aufreißposition herauszuschwenken ist, so dass es den Außenumfang des Werkzeugkopfes nicht mehr überragt. Bei einem zu großen Schwenkwinkel, wenn das zumindest eine Aufreißwerkzeug beispielsweise parallel zum Trägerelement ausgerichtet ist, könnte es sich beispielsweise nicht mehr in der Säulenspurwandung verhaken, sondern während des Anhebens des Werkzeugkopfes an dieser entlanggleiten, so dass es nicht mehr in die Aufreißposition schwenkt. Dies wird durch die beschriebene Ausbildung des Werkzeugkopfes vermieden.
Vorzugsweise schlägt das zumindest eine Aufreißwerkzeug während des Hochschwenkens aus der Aufreißposition heraus an einem oberen Anschlag an, um ein zu starkes Schwenken aus der Aufreißposition heraus zu vermeiden. Da das Aufreißwerkzeug in der nach oben geschwenkten Position nicht senkrecht, sondern schräg steht, wirkt zum Herunterschwenken in die Aufreißposition während des Anhebens des Werkzeugkopfes nicht nur die Kraft durch das Verhaken in der Säulenspurwandung auf das zumindest eine Aufreißwerkzeug ein, sondern auch die Schwerkraft, wodurch das zumindest eine Aufreißwerkzeug gegen die Säulenspurwandung kippt und somit das Verhaken in der Säulenspurwandung zum Herunterschwenken in die Aufreißposition während des Anhebens des Werkzeugkopfes begünstigt wird.
Des Weiteren ist durch diese Positionierung des zumindest einen Aufreißwerkzeuges eine sichere Befestigung am Trägerelement ermöglicht. Beispielsweise weist das Trägerelement an einer von einer Aufreiß spitze des Aufreiß Werkzeugs abgewandten Rückseite eine Befestigungsausformung auf, an welcher die Schwenkachse des Aufreiß Werkzeugs angeordnet ist. Ein Bereich der Schwenkachse, um welchen das Aufreißwerkzeug schwenkt, ist dann außermittig am Werkzeugkopf positioniert, so dass das Aufreißwerkzeug nicht radial zum Trägerelement ausgerichtet ist, sondern außerradial, nämlich tangential oder auf einer Passante zum Trägerelement ausgerichtet ist und auf einer Sekante des Werkzeugkopfes liegt. In einer anderen Ausführungsform kann das zumindest eine Aufreißwerkzeug auch direkt seitlich am Trägerelement angeordnet sein, so dass es ebenfalls seine Schwenkbewegungen seitlich des Trägerelementes und am Trägerelement vorbei ausführt und in der Aufreißposition tangential oder auf einer Passante zum Trägerelement und auf einer Sekante des Werkzeugkopfes positioniert ist. In jedem Fall bewegen sich zumindest von der Aufreißspitze abgewandte hintere Bereiche des zumindest einen Aufreißwerkzeugs, d. h. Bereiche zwischen der Aufreißspitze und der Schwenkachse, welche der Schwenkachse näher sind als der Aufreißspitze, während der Schwenkbewegung des Aufreiß Werkzeugs seitlich am Trägerelement vorbei.
Bei einem nicht runden oder unrunden Trägerelement, beispielsweise einem ovalen oder vieleckigen Trägerelement, beziehen sich die verwendeten Begriffe tangential und/oder Passante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des betreffenden Trägerelements, wobei der Kreis den Außenumfang des Trägerelements zweckmäßigerweise an keiner Stelle nach außen überschreitet, so dass der Radius des Kreises maximal so groß ist wie ein kleinster Abstand aller Außenumfangs- punkte des Querschnitts des Trägerelements. Bei einem unrunden oder nicht runden Werkzeugkopf, insbesondere bei einer unrunden oder nicht runden Werkzeugspitze, zum Beispiel einer im Querschnitt ovalen oder vieleckigen Werkzeugspitze, bezieht sich der Begriff Sekante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des Werkzeugkopfes, insbesondere des Querschnitts der Werkzeugspitze, wobei der Kreis zweckmäßigerweise an Bereichen des Außenumfangs des Werkzeugkopfes, insbesondere der Werkzeugspitze, außen anliegt, diesen aber nicht nach innen
überschreitet, d. h. der Radius dieses Kreises ist mindestens so groß wie ein größter Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Werkzeugkopfes insbesondere der Werkzeugspitze, zum Schwerpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes, insbesondere der Werkzeug spitze.
Zudem ermöglicht diese Anordnung des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs eine optimale Ausnutzung eines am Werkzeugkopf vorhandenen Bauraums und dadurch beispielsweise auch eine Ausbildung von Werkzeugköpfen mit einem relativ geringen Durchmesser, und auch bei einem solchen Werkzeugkopf ein relativ langes Aufreißwerkzeug, welches in der Aufreißposition den Außenumfang des Werkzeugkopfes ausreichend weit überragt, um tief in die Säulenspurwandung einzudringen und ausreichend Material aus dieser zu lösen.
Zweckmäßigerweise stehen verschiedene Varianten des zumindest einen Aufreißwerkzeugs zur Verfügung, welche sich insbesondere in ihrer Länge unterscheiden. Auf diese Weise ist eine bodenabhängige Auswahl des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs möglich. Das zumindest eine Aufreißwerkzeug ist zweckmäßigerweise auswechselbar am Werkzeugkopf befestigt, so dass auf einfache Weise eine Variante des
Aufreiß Werkzeugs gegen eine andere Variante auszutauschen ist, beispielsweise gegen eine kürzere oder längere Variante, entsprechend jeweils aktuellen Bodenverhältnissen.
Dabei wird je nach Länge des Aufreißwerkzeuges mehr oder weniger Boden aus der Säulenspurwandung gelöst und fällt in den Raum unter dem Werkzeugkopf. Daher hängt von der Länge des Aufreißwerkzeuges auch ab, wieviel Bodenmaterial gelöst wird und in die Verdichtungszone fällt. Auch ein Betrieb des Werkzeugkopfes ohne Aufreißwerkzeuge ist möglich.
Zweckmäßigerweise stehen, alternativ oder zusätzlich, verschiedene Varianten des Werkzeugkopfes zur Verfügung, welche insbesondere verschiedene Durchmesser aufweisen. Auf diese Weise ist auch der Werkzeugkopf entsprechend der jeweils aktuellen Bodenverhältnisse und/oder entsprechend eines jeweiligen Grundwasserspiegels auszuwählen.
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Das zumindest eine Aufreißwerkzeug ist zweckmäßigerweise mittels eines Gleitlagers am Werkzeugkopf schwenkbar befestigt. Dadurch ist eine einfache, sichere und kostengünstige schwenkbare Lagerung des Aufreißwerkzeugs sichergestellt. Sollte ein zu starker Verschleiß des Gleitlagers vorliegen, ist das Gleitlager oder das gesamte Aufreißwerkzeug zusammen mit dem Gleitlager oder zumindest zusammen mit dem am Aufreißwerkzeug angeordneten oder ausgebildeten Teil des Gleitlagers auszutauschen. Da auch das Aufreißwerkzeug durch das Aufreißen der Säulenspurwandung einem Verschleiß unterliegt, ist ohnehin ein verschleißbedingter Austausch des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs erforderlich, so dass eine aufwändigere Lagerung, beispielsweise mittels eines Wälzlagers, zwar möglich, aber nicht unbedingt erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das zumindest eine Aufreißwerkzeug im Bereich einer Schwenkachse eine Elastomereinlage auf. Bei dieser Elastomereinlage kann es sich auch um einen Teil des Gleitlagers handeln, welcher auf der am
Trägerelement ausgebildeten oder angeordneten Schwenkachse gleitet. Die
Elastomereinlage ermöglicht zudem eine Dämpfung zu starker Kräfte und Impulse, welche auf das Aufreißwerkzeug insbesondere während des Aufreißens der
Säulenspurwandung einwirken, so dass eine ungedämpfte Übertragung dieser Kräfte und Impulse auf das Trägerelement und insbesondere auf die Schwenkachse verhindert sind. Dadurch ist eine Beschädigungsgefahr, beispielsweise die Gefahr einer
Verformung der Schwenkachse, reduziert.
Zweckmäßigerweise ist die Elastomereinlage als ein Federelement ausgebildet, insbesondere als eine Torsionsfeder. Eine Torsionsfeder ist auf Drehung belastbar und erzeugt in einem gespannten Zustand ein Drehmoment. Somit wird durch die als Federelement, insbesondere als Torsionsfeder, ausgebildete Elastomerschicht oder Elastomereinlage die Schwenkbewegung des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs unterstützt. In welche Schwenkrichtung diese Unterstützung wirkt, hängt von einer jeweiligen Ausrichtung des Aufreiß Werkzeugs in einem entspannten oder gering gespannten Zustand des bevorzugt als Torsionsfeder ausgebildeten Federelementes ab.
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Sind das Aufreißwerkzeug und die Elastomereinlage derart am Werkzeugkopf angeordnet, dass das Federelement in der Aufreißposition des Aufreiß Werkzeugs entspannt oder nur gering gespannt ist, so wird das Federelement durch das Schwenken aus der Aufreißposition heraus zunehmend gespannt. Dadurch wirkt eine Federkraft des Federelementes und somit ein Drehmoment auf das Aufreißwerkzeug ein, wenn es aus der Aufreißposition herausgeschwenkt ist, insbesondere wenn es in der zweiten Position angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Schwenken des Aufreiß Werkzeugs zurück in die Aufreißposition durch das Federelement unterstützt.
Sind das Aufreißwerkzeug und die Elastomereinlage derart am Werkzeugkopf angeordnet, dass das Federelement in der aus der Aufreißposition herausgeschwenkten zweiten Position entspannt oder nur gering gespannt ist, so wird das Federelement durch das Schwenken in die Aufreißposition zunehmend gespannt. Dadurch wirkt die Federkraft des Federelementes und somit das Drehmoment auf das Aufreißwerkzeug ein, wenn es in die Aufreißposition geschwenkt ist. Auf diese Weise wird das
Schwenken des Aufreiß Werkzeugs aus der Aufreißposition heraus in die zweite Position durch das Federelement unterstützt.
Sind das Aufreißwerkzeug und die Elastomereinlage derart am Werkzeugkopf angeordnet, dass das Federelement in einer Zwischenstellung zwischen der
Aufreißposition und der aus der Aufreißposition herausgeschwenkten zweiten Position entspannt ist, so wird das Federelement sowohl durch das Schwenken aus dieser Zwischenstellung heraus in die Aufreißposition als auch durch das Schwenken aus dieser Zwischenstellung heraus in die zweite Position zunehmend gespannt. Dadurch wirkt die Federkraft des Federelementes und somit das Drehmoment auf das
Aufreißwerkzeug ein, wenn es in die Aufreißposition oder in die zweite Position geschwenkt ist. Auf diese Weise wird das Schwenken des Aufreiß Werkzeugs aus der Aufreißposition heraus oder aus der zweiten Position heraus in diese Zwischenstellung durch das Federelement unterstützt.
Die Elastomereinlage ist zweckmäßigerweise zwischen der Schwenkachse des
Aufreiß Werkzeugs oder einem mit der Schwenkachse fest verbundenen Teil und dem Aufreißwerkzeug selbst angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die
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Elastomereinlage sowohl mit der Schwenkachse oder einem mit der Schwenkachse fest verbundenen Teil als auch mit dem Aufreißwerkzeug fest verbunden, beispielsweise anvulkanisiert. Die Schwenkachse ist dabei zweckmäßigerweise am Trägerelement unbeweglich befestigt oder ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Schicht entsprechend dick ausgeführt, so dass ein aus der Schwenkbewegung des Aufreiß Werkzeugs resultierender Winkelversatz von der Elastomereinlage aufgenommen wird. Auf diese Weise ist durch die Verformung des Elastomers eine Lagerung gebildet, die einen Winkelversatz des Aufreißwerkzeugs, d. h. dessen Schwenkbewegung, ohne gleitende oder wälzende Bewegung ermöglicht und daher unempfindlich gegen das Eindringen von Partikeln ist. Außerdem ist die auf diese Weise fest am Aufreißwerkzeug und an der unbeweglichen Schwenkachse bzw. an dem mit dieser unbeweglichen
Schwenkachse fest verbundenen Teil haftende Elastomerschicht, wie oben beschrieben, bevorzugt als Torsionsfeder nutzbar, so dass das Schwenken in die Aufreißposition und/oder das Rückschwenken aus der Aufreißposition durch die Federkraft der
Torsionsfeder unterstützt wird.
Vorzugsweise umfasst der Werkzeugkopf eine Mehrzahl solcher Aufreiß Werkzeuge. Dabei ist zweckmäßigerweise jedes der Aufreißwerkzeuge wie oben beschrieben ausgebildet und angeordnet. Diese Aufreißwerkzeuge sind zweckmäßigerweise um einen Umfang des Trägerelementes gleichmäßig verteilt angeordnet. Auf diese Weise ist ein gleichmäßiges Aufreißen der Säulenspurwandung während des Anhebens des Werkzeugkopfes erreicht, so dass ein effektives Herauslösen des Bodenmaterials aus der Säulenspurwandung ermöglicht ist, welches durch ein nachfolgendes Absenken des Werkzeugkopfes zu verdichten ist. Beispielsweise können am Werkzeugkopf über dessen Umfang gleichmäßig verteilt zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Aufreiß Werkzeuge angeordnet sein. Die Anzahl der Aufreiß Werkzeuge kann beispielsweise abhängig sein von einem jeweiligen Durchmesser des Werkzeugkopfes und/oder von einem mit dem Werkzeugkopf jeweils zu verdichtenden Boden.
Vorteilhafterweise sind die Aufreißwerkzeuge in mindestens zwei Ebenen angeordnet. Dadurch ist eine Nutzung des vorhandenen Bauraums für die Aufreißwerkzeuge am Werkzeugkopf optimiert und es ist sichergestellt, dass sich die Aufreißwerkzeuge in ihren Schwenkbewegungen nicht gegenseitig behindern. So sind beispielsweise in einer
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unteren, der Werkzeug spitze nächstgelegenen Ebene zwei Aufreiß werkzeuge sich gegenüberliegend angeordnet und in einer darüberliegenden Ebene sind zwei weitere Aufreißwerkzeuge sich gegenüberliegend angeordnet, welche zu den beiden anderen Aufreißwerkzeugen in der unteren Ebene in Umfangsrichtung des Werkzeugkopfes um 90° versetzt am Werkzeugkopf angeordnet sind. Auf diese Weise sind die vier Aufreißwerkzeuge um den Umfang des Werkzeugkopfes gleichmäßig verteilt, behindern sich jedoch nicht gegenseitig, da in Umfangsrichtung benachbarte Aufreißwerkzeuge in unterschiedlichen Ebenen am Werkzeugkopf angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Vollverdrängungsverfahren für eine Untergrundverbesserung. Dadurch wird eine Lagerungsdichte eines bestehenden Baugrundes signifikant erhöht. Dabei wird, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten VoUverdrängungs- und Teilverdrängungsverfahren, vorzugsweise kein Schottermaterial in eine sich während des Verfahrens ausbildende Säulenspur eingebracht.
Die Baugrundverbesserung wird vorzugsweise ausschließlich durch eine Umlagerung und Verdichtung des anstehenden Baugrundes erreicht. Dazu wird das Verdichtungswerkzeug mit nach oben geklapptem Aufreiß Werkzeug in den zu verdichtenden Boden versenkt, wobei der Boden durch das Absenken des Verdichtungswerkzeug und durch die Vibrationsbewegungen verdichtet wird. Anschließend wird das Verdichtungswerkzeug wieder angehoben, wobei das zumindest eine Aufreißwerkzeug durch das Anheben des Verdichtung s Werkzeugs in die Aufreißposition geschwenkt wird, in welcher den Durchmesser des Werkzeugkopfes radial überragt. Auf diese Weise wird mittels des Aufreiß Werkzeugs während des Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs eine Säulenspurwandung aufgerissen, so dass sich Bodenmaterial aus der Säulenspurwan- dung löst und in einem nachfolgenden Absenken des Verdichtungswerkzeugs, erneut mit nach oben geschwenktem Aufreiß Werkzeug, verdichtet werden kann. Während des Absenkens des Verdichtung s Werkzeugs ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug in der aus der Aufreißposition nach oben herausgeschwenkten Position, wobei es den Durchmesser des Werkzeugkopfes nicht überragt, sondern durch diesen abgeschirmt ist, so dass die Boden Verdichtung durch das Aufreißwerkzeug nicht negativ beeinflusst wird.
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Auf diese Weise wird durch mehrfaches Absenken und Anheben des Verdichtungswerkzeugs eine verdichtete Säulenspur, d. h. eine Baugrundsäule erstellt, die als linienförmiges Tragglied den Baugrund in der Umgebung der Säulenspur verbessert. Bei dicht nebeneinander mittels des Verfahrens erzeugten derartigen Verdichtungspunkten, d. h. bei einer Mehrzahl derartiger Baugrundsäulen, beispielsweise linienförmig oder in einem flächenförmigen Raster und beispielsweise in einem Abstand von einem Meter zueinander, entsteht eine vollständige Homogenisierung des Bodens mit einer deutlich erhöhten Dichte und höherer Scherfestigkeit und Steifigkeit.
Je nach Lagerungsdichte des zu verdichtenden und zu verfestigenden Bodens kann es erforderlich sein, Bodenmaterial, zum Beispiel Sand, in die Säulenspur einzuführen, damit eine Absenkung an der Oberfläche nicht zu groß wird, sich also kein zu großer Absenktrichter ausbildet. Es wird zweckmäßigerweise Bodenmaterial verwendet, welches dem Bodenmaterial des zu verdichtenden Bereiches entspricht. Die Zugabe kann zu verschiedenen Zeitpunkten während des Verfahrens erfolgen. So wird beispielsweise, wenn das Verdichtung s Werkzeug auf dem Verdichtungspunkt an der Oberfläche aufgesetzt wird, um das Verdichtung s Werkzeug herum eine Portion Bodenmaterial aufgeschüttet. Das Verdichtung s Werkzeug nimmt das Bodenmaterial dann mit in die Säulenspur. Alternativ oder zusätzlich kann Bodenmaterial in die Säulenspur eingefüllt werden, wenn das Verdichtung s Werkzeug auf der Sollversenktiefe oder am jeweiligen Tiefpunkt während des Absenkens angekommen ist. Auch während des Verdichtens, d. h. während des Absenkens des Verdichtungswerkzeugs, kann alternativ oder zusätzlich Bodenmaterial nachgefüllt werden.
Die Zugabe des Bodenmaterials kann mit der Zugabe zumindest eines fluiden
Mediums, beispielsweise Wasser oder ein hydraulisches Bindemittel, kombiniert werden, entweder über das Verdichtung s Werkzeug oder direkt von oben in die
Säulenspur, beispielsweise mittels eines Schlauchs.
Da die mittels des Verfahrens erzeugten verdichteten Baugrundsäulen des Bodenmaterials Vollverdrängungssäulen sind, ist das Verfahren vorzugsweise in wassergesättigten locker bis mitteldicht gelagerten Sanden und Kiesen mit untergeordneten Feinkornanteilen anzuwenden. Wenn der jeweilige Boden geeignet ist, aber ein
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jeweiliges Wasserangebot zu gering ist, wird vorzugsweise Wasser in die
Verdichtungszone zugegeben. Dies kann unter Druck oder druckfrei erfolgen.
Die Vibrationsbewegungen werden mittels einer Vibrationsvorrichtung erzeugt, welche rhythmische Bewegungen in Längsrichtung des Verdichtung s Werkzeugs in das Verdichtung s Werkzeug einleitet. Diese Vibrationsvorrichtung wird zweckmäßigerweise hydraulisch angetrieben. Als Vibrationsvorrichtung kann beispielsweise eine Ramme verwendet werden. Dabei stellt der Begriff Ramme den Oberbegriff für verschiedene Ausprägungen von Vibrationsvorrichtungen dar. Als Vibrationsvorrichtung kommt somit beispielsweise ein Vibrator, auch als Vibrationsramme bezeichnet, eine
Hydraulikramme, eine Dieselramme oder Explosionsramme, eine Pressluftramme oder eine Dampframme in Betracht. Insbesondere kann auch ein herkömmliches
Aufsatzgerät als Vibrationsvorrichtung verwendet werden, zum Beispiel ein Vibrator, ein Rüttler oder auch eine Schlagramme, beispielsweise auch ein Mantelrüttler, ein Mantelvibrator ein Ringrüttler oder ein versenkter Rüttler oder Vibrator, welcher im Inneren des Grundkörpers angeordnet ist. Die Vibrationsvorrichtung kann am oberen Ende, am unteren Ende oder dazwischen im oder am Grundkörper angeordnet sein. Diese können zur Durchführung des Verfahrens in ihrem jeweiligen Frequenzbereich betrieben werden. Das Verfahren ist mit Vibrationsfrequenzen aus einem sehr breiten Frequenzbereich durchführbar, so dass diesbezüglich keine Einschränkungen bezüglich der zu verwendenden Vibrationsvorrichtungen und deren jeweiliger Vibrationsfrequenz bestehen. Dabei sind insbesondere bei einem Einsatz von Rammen auch eine
Rammbewegung bzw. eine Rammeinwirkung oder Rammstöße auf das
Verdichtung s Werkzeug als Vibration oder Vibrationsbewegung zu verstehen. Ein in ein Inneres des Verdichtung s Werkzeugs versenkter Rüttler in Form eines Motors und einer von diesem angetriebenen Unwucht, welcher, wie aus dem Stand der Technik bekannt, horizontale Schwingungen erzeugt, wird nicht verwendet.
Zusätzlich kann das Verdichtung s Werkzeug oder zumindest dessen Werkzeugkopf beispielsweise auch gedreht werden, zum Beispiel um eine oder mehrere Teildrehungen oder vollständige Drehungen, jeweils in dieselbe oder in entgegengesetzte Richtungen. Auch oszillierende Drehbewegungen sind möglich.
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Die Vibrationsvorrichtung wird in einer vorteilhaften Ausführungsform auf das obere Ende des Verdichtung s Werkzeugs aufgesetzt, insbesondere auf das obere Ende des Grundkörpers. In einer anderen Ausführungsform ist die Vibrationsvorrichtung beispielsweise als ein Mantelrüttler oder Mantelvibrator (mit oder ohne Getriebe) oder als ein Ringrüttler ausgebildet und wird auf einer vorgegebenen Position entlang der Längsausdehnung des Grundkörpers an diesem angeordnet, beispielsweise im oberen Bereich, im mittleren Bereich oder im unteren Bereich direkt oberhalb des Werkzeugkopfes. Bei dieser Ausführungsform umschließt die Vibrationsvorrichtung den
Grundkörperumfang, ist seitlich am Grundkörper angeordnet oder ist im Inneren des Grundkörpers angeordnet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vibrationsvorrichtung direkt am Werkzeugkopf angeordnet, beispielsweise innerhalb des Grundkörpers oder in einem Gehäuse, durch welches die Vibrationsvorrichtung gegen Schmutz und Wasser geschützt ist. Diese Ausführungsform der Vibrationsvorrichtung, welche, wie auch die anderen Ausführungsformen, vorzugsweise hydraulisch angetrieben wird, kann auch ein Bestandteil des Werkzeugkopfes sein oder sie ist zwischen dem Werkzeugkopf und dem Grundkörper angeordnet. Vorzugsweise ist diese Ausführungsform der Vibrationsvorrichtung über eine elastische Kupplung mit dem Grundkörper des Verdichtung s Werkzeugs verbunden. Da diese Ausführungsform der Vibrationsvorrichtung somit am und/oder im Werkzeugkopf angeordnet und befestigt ist und die Vibrationsvorrichtung sowie der Werkzeugkopf mittels der elastischen Kupplung vom Grundkörper bezüglich der Schwingungsübertragung zumindest teilweise entkoppelt sind, bevorzugt vollständig oder nahezu vollständig entkoppelt, überträgt die Vibrationsvorrichtung ihre Schwingungen lediglich auf den Werkzeugkopf. D. h. die Vibrationsvorrichtung muss nicht das gesamte Verdichtungswerkzeug in entsprechende Schwingungsbewegungen versetzen, sondern lediglich den Werkzeugkopf. Auf diese Weise ist ein geringerer Energieaufwand der Vibrationsvorrichtung erforderlich.
Eine extrem hohe Rammenergie zum Beispiel der auf das Verdichtung s Werkzeug aufgesetzten Vibrationsvorrichtung, beispielsweise eines Aufsatzrüttlers, bewirkt durch den VoUverdrängungsprozess, dass das Bodenmaterial, beispielsweise der Kies, seitlich in eine Bodenmatrix gedrückt, gerammt und gepresst wird und dadurch eine
Kompaktierung und Verdichtung des Bodens und eine Verringerung eines Porenanteils
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bewirkt wird. Bei Vibrationsrammen wird ein Teil der Energie auch in horizontale Schwingungen verwandelt, so dass das Verdichtungswerkzeug die Verdichtungsenergie sehr weit im Baugrund ausbreitet, so dass die Verdichtung s Wirkung nicht nur in der Säulenspur des Verdichtungswerkzeuges eintritt, sondern auch in einem Umkreis, der das Mehrfache des Durchmessers des Verdichtungswerkzeuges beträgt.
Die Absenkkraft welche zusätzlich zu den Vibrationsbewegungen zum Absenken des Verdichtung s Werkzeugs und zum Verdichten des Bodens in der Säulenspur genutzt wird, wird durch das Eigengewicht des säulenförmigen Verdichtung s Werkzeugs und der Vibrationsvorrichtung erzeugt. Bevorzugt erfolgt zusätzlich eine Krafteinwirkung durch eine Haltevorrichtung auf das Verdichtung s Werkzeug. Hierzu werden so genannte Mäklergeräte verwendet, beispielsweise Starrmäkler oder Teleskopmäkler. Auf diese Weise setzt sich die Absenkkraft aus dem Eigengewicht des säulenförmigen Verdichtung s Werkzeugs und der Vibrationsvorrichtung und dieser zusätzlichen
Krafteinwirkung durch die Haltevorrichtung zusammen. Das Verdichtung s Werkzeug ist dabei über eine Halterung, welche auch als Schlitten bezeichnet wird, und einem so genannten Mäkler mit der Haltevorrichtung verbunden, beispielsweise mit einem Bagger oder einem Kran. Der Mäkler ist als zumindest eine Führungs- und/oder Tragschiene an der Haltevorrichtung angeordnet. Die Halterung ist beweglich am Mäkler angeordnet. Mittels der Haltevorrichtung ist das an der Halterung angeordnete Verdichtung s Werkzeug anzuheben und abzusenken, d. h. es ist vertikal beweglich an der Haltevorrichtung angeordnet. Dabei ist die Halterung zweckmäßigerweise mit einem Antrieb der Haltevorrichtung verbunden, über welchen sie und damit das Verdichtung s Werkzeug anzuheben und insbesondere auch angetrieben abzusenken ist. D. h. die als Schlitten ausgebildete Halterung und mit ihr das Verdichtung s Werkzeug sind, geführt durch den Mäkler, an welchem die Halterung beweglich angeordnet ist, mittels des Antriebs der Haltevorrichtung anzuheben und auch angetrieben abzusenken. Auf diese Weise ist durch den Antrieb der Haltevorrichtung, d. h. beispielsweise durch einen entsprechenden Absenkantrieb des Baggers oder Krans, eine Krafteinwirkung auf die Halterung und über diese auf das Verdichtung s Werkzeug zu übertragen. D. h. das Verdichtung s Werkzeug ist mittels des Antriebs der Haltevorrichtung derart absenkbar und wird während des Verfahrens derart abgesenkt, dass durch den Antrieb der Haltevorrichtung während des Absenkens zumindest zeitweise eine Kraft in Absenkrichtung
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auf das Verdichtungswerkzeug einwirkt. Diese Kraft wirkt vertikal nach unten auf das Verdichtung s Werkzeug ein.
Im Extremfall wirkt auf diese Weise ein Teil des Eigengewichts der Haltevorrichtung zusammen mit dem Eigengewicht des Verdichtung s Werkzeugs und der Vibrationsvorrichtung auf den zu verdichtenden Boden ein. Dies kann dazu führen, dass während des Absenkens des Verdichtung s Werkzeugs die Haltevorrichtung zumindest teilweise vom Boden abgehoben wird.
Auf diese Weise erfolgt das Verdichten des Bodens mittels des Verdichtung s Werkzeugs nicht nur durch die Vibrationen der Vibrationsvorrichtung, sondern zusätzlich auch durch eine hohe Druckkraft, nämlich durch die Absenkkraft, mit welcher das
Verdichtung s Werkzeug abgesenkt wird. Diese zusätzliche Druckkraft, d. h. die
Absenkkraft, mit welcher das Verdichtung s Werkzeug abgesenkt wird, kann
beispielsweise bis zu 20 Tonnen oder auch bis zu 30 Tonnen betragen. Die Verdichtung des Bodens erfolgt auf diese Weise mittels der Vorrichtung und des Verfahrens durch eine Voll Verdrängung, durch die Vibrationsbewegungen und den daraus resultierenden Vibrationsdruck sowie durch die zusätzliche hohe Druckkraft, aus welcher ein entsprechender Absenkdruck resultiert.
Dem Einsatzgebiet von beispielsweise als Tragraupe ausgebildeten Haltevorrichtungen mit Mäklern sind Grenzen gesetzt. Daher wird bei zu erreichenden Verdichtungstiefen von über 20 Metern, beispielsweise bei Verdichtungstiefen von bis zu 25 Meter, 30 Meter oder 40 Meter, der Werkzeugkopf an ein sehr langes Rammrohr montiert, so dass entsprechend ein sehr langes Verdichtung s Werkzeug ausgebildet wird. Die Vibrationsvorrichtung wird oben auf dem Verdichtung s Werkzeug, d. h. auf dem oberen Ende des den Grundkörper bildenden Rammrohres montiert. Bei dieser Variante der Vorrichtung zur Boden Verdichtung und Boden Verfestigung setzt sich die Absenkkraft aus dem Eigengewicht des säulenförmigen Verdichtung s Werkzeugs, welches das Rammrohr umfasst, und dem Eigengewicht der Vibrationsvorrichtung zusammen. Das Verdichtung s Werkzeug, welches das Rammrohr umfasst, und die Vibrationsvorrichtung hängen in diesem Falle an einem Seil. Die Vibrationsvorrichtung kann, wie oben beschrieben, auch am oder im Werkzeugkopf angeordnet sein, wobei dann der Grundkörper
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vorzugsweise über die elastische Kupplung mit dem Werkzeugkopf und/oder der Vibrationsvorrichtung verbunden ist und dadurch von den Vibrationsbewegungen zumindest teilweise entkoppelt ist, mit den oben erläuterten Vorteilen.
Als Haltevorrichtung, auch als Traggerät bezeichnet, wird beispielsweise ein Seilbagger verwendet. Sobald das Verdichtung s Werkzeug auf den Boden aufgesetzt wird, wird die Vibrationsvorrichtung gestartet, so dass das Verdichtung s Werkzeug durch den Absenkdruck, gebildet durch das Eigengewicht des Verdichtungswerkzeug und der Vibrationsvorrichtung, und durch den Vibrationsdruck durch die Wirkung der Vibrationsvorrichtung, d. h. durch deren Vibrationen, Schwingungen und/oder Rammungen durch Absenken des Seils bis in die Sollversenktiefe in den Boden eingefahren, wieder angehoben und dann erneut so oft abgesenkt und angehoben ist, bis der Boden bis zur Oberfläche oder bis nahe der Oberfläche verdichtet ist. Dabei weist das Verdichtungswerkzeug aufgrund des sehr langen Rammrohres ein sehr hohes Eigengewicht auf, so dass die Absenkkraft beispielsweise der mit der Mäklervorrichtung erreichbaren Absenkkraft entspricht.
Zweckmäßigerweise weist der Werkzeugkopf des Verdichtungswerkzeugs eine im Wesentlichen geschlossene kegelstumpfförmige Wirkfläche auf. Der Werkzeugkopf ist vorzugsweise aus massivem Stahl gebildet. Die Form des Werkzeugkopfes ist beispielsweise ein stumpfer Kegel mit einem Winkel einer Kegelmantelfläche zu einer Kegelgrundfläche von ca. 45°. Ein säulenförmiger Grundkörper des
Verdichtung s Werkzeugs kann beispielsweise aus Vollmaterial gebildet sein, d. h. als eine Stange oder, um eine größere Versenktiefe zu erreichen, mehrere miteinander verbundene Stangen. Bevorzugt ist dieser Grundkörper jedoch aus einem hohlen Rohr oder, um die größere Versenktiefe zu erreichen, aus einer Mehrzahl miteinander verbundener hohler Rohre gebildet. Der Querschnitt des Grundkörpers kann rund, oval oder vieleckig sein, beispielsweise vier-, fünf-, sechseckig oder mit mehr Ecken.
Als derartige Rohre sind beispielsweise so genannte Rammrohre verwendbar, welche einen Grundkörper eines Verdichtung s Werkzeugs nach dem Stand der Technik bilden. Das untere Ende des Rohres bzw. bei mehreren Rohren des letzten Rohres ist mit dem Werkzeugkopf zu verschließen, beispielsweise durch Anschweißen oder Anschrauben
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des Werkzeugkopfes oder durch einstückiges Ausbilden des Werkzeugkopfes und des Rohres. Dabei ist das Anschrauben zu bevorzugen, da auf diese Weise das
Verdichtungswerkzeug leicht montierbar, demontierbar und transportierbar ist. Des Weiteren ist der Werkzeugkopf beispielsweise bei Verschleißerscheinungen einfach auswechselbar und das Verdichtung s Werkzeug ist durch eine Auswechselung des Werkzeugkopfes sehr schnell und einfach an jeweilige Gegebenheiten und
Erfordernisse, beispielsweise an eine jeweilige Bodenbeschaffenheit anpassbar.
Dies gilt analog auch für die Ausführungsform des säulenförmigen Grundkörper des Verdichtung s Werkzeugs aus Vollmaterial, d. h. als Stange. Auch hier sind beispielsweise die Stange und der Werkzeugkopf einstückig ausgeformt oder dieser ist mit der Stange verschweißt oder bevorzugt verschraubt, mit den geschilderten Vorteilen.
Bei der Verwendung von hohlen Rohren, beispielsweise Rammrohren, als säulenförmiger Grundkörper des Verdichtung s Werkzeugs können Leitungen zur Zuführung von Wasser, Suspension und/oder Luft im Inneren des Rohres verlegt werden. Werden Stangen oder andere Profile verwendet, zum Beispiel H-Profile, dann müssen diese Leitungen, wenn eine Zuführung von Wasser, Suspension und/oder Luft zum Werkzeugkopf erforderlich ist, außen am säulenförmigen Grundkörper angeordnet werden.
Aufgrund der kegelstumpfförmigen Wirkfläche des Werkzeugkopfes und der vertikalen Vibrationsbewegung des Verdichtungswerkzeugs sowie zweckmäßigerweise aufgrund der oben beschriebenen zusätzlichen Druckkraft auf das Verdichtung s Werkzeug erfolgt eine überwiegend vertikale Krafteinleitung in den Säulenspuren, so dass extrem steife Baugrundsäulen herstellbar sind, die vergleichbare Eigenschaften aufweisen wie mittels Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik erzeugte Baugrundsäulen.
Des Weiteren erfolgt ein Teil der Krafteinleitung durch eine seitliche Mantelfläche der kegelstumpfförmigen Wirkfläche des Werkzeugkopfes in Seitenbereiche der
Säulenspur. D. h. es wird eine seitliche Ausdehnung der Verdichtungsenergie und dadurch eine vergrößerte radiale Ausdehnung von mittels des Verdichtungswerkzeugs hergestellten Baugrundsäulen erreicht.
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Um die Verdichtungswirkung der Wirkfläche des Werkzeugkopfes nicht durch das zumindest eine Aufreißwerkzeug zu stören, ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug oberhalb der Wirkfläche am Werkzeugkopf angeordnet, so dass es im in die erste Position geschwenkten Zustand durch die Wirkfläche abgeschirmt ist.
Bevorzugt sind am Werkzeugkopf über dessen Umfang gleichmäßig verteilt eine Mehrzahl von Aufreißwerkzeugen angeordnet, welche auf die oben beschriebene Weise in die erste Position und in die zweite Position schwenkbar sind und in der zweiten Position, im Wesentlichen radial zum Verdichtung s Werkzeug ausgerichtet sind und den Durchmesser des Werkzeugkopfes radial überragen, d. h. über die Wirkfläche des Werkzeugkopfes seitlich überstehen. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiges
Aufreißen der Säulenspurwandung während des Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs erreicht, so dass ein effektives Herauslösen des Bodenmaterials aus der Säulenspurwandung erreicht wird, welches durch ein nachfolgendes Absenken des Verdichtungswerkzeugs verdichtet wird. Beispielsweise können am Werkzeugkopf über dessen Umfang gleichmäßig verteilt zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Aufreißwerkzeuge angeordnet sein. Die Anzahl der Aufreißwerkzeuge kann beispielsweise abhängig sein von einem jeweiligen Durchmesser des Werkzeugkopfes und/oder von einem mit dem Verdichtungswerkzeug jeweils zu verdichtenden Boden.
Vorzugsweise wird das Anheben des Verdichtungswerkzeugs um die vorgegebene Hubhöhe und das nachfolgende Absenken alternierend so oft wiederholt, bis dem Absenken der vorgegebene Widerstand bereits entgegenwirkt, wenn sich das Verdichtungswerkzeug auf einer vorgegebenen Endposition befindet. D. h. es erfolgt ein wiederkehrendes Anheben, welches mit oder ohne Vibrationsbewegungen, also mit ein- oder ausgeschalteter Vibrationsvorrichtung durchgeführt werden kann, und nachfolgendes Absenken mit eingeschalteter Vibrationsvorrichtung unter Verdichtung des Bodens.
Während insbesondere des Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs, welches mit eingeschalteter oder mit ausgeschalteter Vibrationsvorrichtung durchgeführt werden kann, bricht durch die Einwirkung des in die zweite Position geschwenkten zumindest einen Aufreiß Werkzeugs aus der seitlichen Säulenspurwandung Bodenmaterial heraus
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und fällt unter den Werkzeugkopf in einen noch nicht mit Bodenmaterial gefüllten Hohlraum der Säulenspur, so dass es während des nachfolgenden erneuten Absenkens des Verdichtung s Werkzeugs zu verdichten ist. Dadurch ist das Verdichtung s Werkzeug nicht mehr auf die ursprüngliche Sollversenktiefe absenkbar, sondern aufgrund der Verdichtung weiteren Bodenmaterials wirkt dem Verdichtung s Werkzeug bereits vorher der vorgegebene Widerstand entgegen, so dass es erneut um die vorgegebene Hubhöhe angehoben wird und danach erneut abgesenkt wird.
Durch eine derartige oszillierende Auf- und Abbewegung erfolgt ein stetiger Materialaufbau mit verdichtetem Bodenmaterial in dem durch das Verdichtungswerkzeug gebildeten Hohlraum der Säulenspur, so dass der Hohlraum der Säulenspur schrittweise in Richtung einer Bodenoberfläche mit extrem verdichtetem Bodenmaterial gefüllt wird und sich dadurch die extrem verdichtete gefüllte Säulenspur, d. h. die extrem verdichtete Baugrundsäule ausbildet.
Ein sich durch die Boden Verdichtung an einer Bodenoberfläche über der Bodenverdichtung ausbildender Absenktrichter kann während und/oder nach der mittels des Verdichtung s Werkzeugs durchgeführten Boden Verdichtung mit einem verdichtungsfähigen Material aufgefüllt werden.
Um das Herausbrechen des Bodenmaterials aus der seitlichen Säulenspurwandung zu begünstigen, wird vorzugsweise nach dem Anheben des Verdichtung s Werkzeugs um die vorgegebene Hubhöhe und vor dem nachfolgenden Absenken des Verdichtungswerkzeugs eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise einige Sekunden, in der angehobenen Stellung bei aktivierter Vibrationsvorrichtung verharrt, so dass
Bodenmaterial nachsacken und unter den Werkzeugkopf gelangen kann.
Ein vertikaler Absenkdruck aufgrund der Absenkkraft während des Absenkens des Verdichtung s Werkzeugs und ein zusätzlich wirkender vertikaler Vibrationsdruck, erzeugt durch die Vibrationsvorrichtung, wird durch die abgeflachte Kegelspitze des Werkzeugkopfes, d. h. durch die kegelstumpfförmig ausgeformte Wirkfläche des Werkzeugkopfes, vertikal und an schrägen Werkzeugkopfflächen der Kegelmantelfläche durch dort gebildete Kräftepaare mit horizontalen und vertikalen Kraftrichtungs-
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anteilen sowohl vertikal als auch horizontal in den Baugrund, d. h. in den zu
verdichtenden Boden eingeleitet. Auf diese Weise erfolgt die Bodenverdichtung sowohl unter dem Verdichtung s Werkzeug als auch seitlich des Verdichtungswerkzeugs, so dass die mit verdichtetem Bodenmaterial gefüllte Säulenspur, d. h. die verdichtete
Baugrundsäule einen größeren Durchmesser als das Verdichtung s Werkzeug bzw.
dessen Werkzeugkopf aufweist. In der Regel werden Vibrationsvorrichtungen verwendet, deren Frequenz geregelt werden kann, so dass baugrundspezifisch die Frequenz mit der größten Verdichtung s Wirkung gewählt werden kann.
Durch dieses Verfahren tritt im Baugrund eine so genannte Verdrängungswelle auf, wobei diese, da die Baugrundsäulen mit einer aufgesetzten Vibrationsvorrichtung erzeugt werden, bereits an der Bodenoberfläche beginnt. Dabei kann es durch die Verdichtung des Bodenmaterials sowie durch das Nachrutschen und Verdichten auch dieses nachgerutschten Bodenmaterials je nach Lagerungsdichte des Bodens zu einer Trichterbildung im Bereich der Bodenoberfläche über der Boden Verdichtung kommen.
Wenn dies erforderlich ist, wird dieser sich durch die Boden Verdichtung an der Bodenoberfläche über der Boden Verdichtung ausbildende Absenktrichter zweckmäßigerweise während und/oder nach der mittels des Verdichtung s Werkzeugs durchgeführten
Boden Verdichtung mit einem verdichtungsfähigen Material aufgefüllt, beispielsweise mit einem gut verdichtungsfähigen Mineralstoff wie Kies in Rundkorngemischform oder Brechkorngemischform. Dies erfolgt vorzugsweise bereits während des
Verfahrens Zug um Zug, so dass kein zu großer Absenktrichter, keine Hohlräume und kein zu großer Materialverlust an der Bodenoberfläche entstehen. Die Materialzugabe erfolgt von außen, d. h. von oben in den entstehenden Absenktrichter hinein.
Zweckmäßigerweise werden ein durch das Verdichtung s Werkzeug auf den zu verdichtenden Bodenbereich einwirkender Absenkdruck, ein einwirkender
Vibrationsdruck und eine Versenktiefe des Verdichtungswerkzeugs ermittelt.
Der Absenkdruck wirkt dabei nur in vollem Umfang, wenn das Verdichtung s Werkzeug vollständig abgesetzt ist. Wird das Verdichtung s Werkzeug angehoben, so wirkt nur
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noch ein verringerter Druckanteil aufgrund eines Teils des Eigengewichts des
Verdichtung s Werkzeugs oder dieser Anteil wirkt nicht mehr.
Durch diese vorzugsweise fortlaufende Ermittlung des Absenkdrucks, des Vibrationsdrucks und der Versenktiefe während des Verfahrens ist eine ständige Überwachung des Verfahrens ermöglicht, so dass das Verdichtung s Werkzeug, wenn die vorgegebene Sollversenktiefe erreicht ist, um die vorgegebene Hubhöhe angehoben werden kann. Des Weiteren ist dadurch auch ermittelbar, wenn in den weiteren Boden Verdichtung s- schritten dem Verdichtung s Werkzeug jeweils der vorgegebene Widerstand
entgegenwirkt, so dass es durch die Druckeinwirkung nicht weiter absinkt und erneut um die vorgegebene Hubhöhe angehoben werden muss.
Zudem ist durch die Erfassung des Drucks und der Versenktiefe eine Auswertung zur Qualitätssicherung ermöglicht. Dadurch ist beurteilbar, ob der auf diese Weise verdichtete Boden und der dadurch erzeugte Baugrund den jeweiligen Erfordernissen entspricht, d. h. beispielsweise eine ausreichende Tragkraft, Festigkeit und Stabilität aufweist, um geplante Baumaßnahmen auf dem Baugrund durchführen zu können, beispielsweise ein Bauwerk oder Gebäude darauf zu errichten.
Vorteilhafterweise wird zumindest ein fluides Medium in eine Säulenspur und/oder in einen an die Säulenspur angrenzenden Bodenbereich eingebracht. Das Verfahren und die Vorrichtung bewirken die Homogenisierung und Verdichtung von Sand und/oder Kies. Wenn die Verdichtung des Bodens allein nicht ausreicht oder wenn es eine jeweilige Baugrundschichtung erfordert, wird zweckmäßigerweise zumindest ein hydraulisches Bindemittel oder Bindemittelgemisch oder zumindest eine
Bindemittelsuspension hinzugegeben, um dadurch eine Verfestigung des Bodens in der Säulenspur zu erreichen. Die Tragfähigkeit derart erzeugter Säulen ist dann deutlich höher als im Falle, wenn nur der Boden verdichtet wird. Werden Bentonit oder Zement- Bentonit oder andere Mischungen mit Bentonit als Zuschlagstoff eingesetzt, erreicht man mit dem Verfahren Säulen, die über eine sehr geringe Durchlässigkeit verfügen. Eine solche Bindemittelsuspension wird zweckmäßigerweise mit Druck über Austrittsöffnungen im Verdichtung s Werkzeug zugegeben.
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Zu diesem Zweck weist das Verdichtung s Werkzeug in einer vorteilhaften Ausführungsform zumindest eine Austrittsöffnung für zumindest ein fluides Medium auf. Auf diese Weise kann im Verfahren, wenn dies erforderlich oder vorteilhaft ist, vorzugsweise zumindest ein fluides Medium in eine Säulenspur und/oder in einen an die Säulenspur angrenzenden Bodenbereich eingebracht werden. Unter dem Begriff fluides Medium sind gasförmige Stoffe, flüssige Stoffe und Suspensionen zu verstehen, d. h. auch Flüssigkeiten mit darin enthaltenen Feststoffen. Das zumindest eine fluide Medium ist beispielsweise Wasser, Luft oder ein anderes Gas oder Gasgemisch, ein hydraulisches Bindemittel, beispielsweise Bentonit oder eine Bentonit-Zementsuspension oder Zement, Kalk oder Gemische aus diesen Stoffen. Auch die Zuführung einer Mehrzahl dieser Stoffe oder Gemische aus diesen Stoffen, d. h. einer Mehrzahl fluider Medien gleichzeitig oder nacheinander während des Verfahrens ist möglich. Das Einbringen in die Säulenspur und/oder in den daran angrenzenden Bodenbereich kann unter Druck oder druckfrei erfolgen. Auch ein Einbringen während des Verfahrens zeitweise unter Druck und zeitweise druckfrei ist möglich. Zudem können zeitgleich oder nacheinander auch verschiedene fluide Medien eingebracht werden, wobei eines oder mehrere unter Druck und eines oder mehrere weitere druckfrei eingebracht werden. Das Einbringen des zumindest einen fluiden Mediums kann über das Verdichtungswerkzeug und/oder direkt über die Öffnung der Säulenspur an der Bodenoberfläche erfolgen. Über das Verdichtung s Werkzeug wird das zumindest eine fluide Medium zweckmäßigerweise unter Druck eingebracht. Direkt über die Öffnung der Säulenspur an der Bodenoberfläche wird das zumindest eine Medium zweckmäßigerweise druckfrei eingebracht.
Durch das Einbringen zumindest eines als Bindemittel ausgebildeten fluiden Mediums wird der Boden zusätzlich verfestigt und/oder undurchlässig. Zur Verbesserung der Verdichtungsprozesse kann es sinnvoll oder notwendig sein, als fluides Medium
Wasser in die Säulenspur einzufüllen. Dies kann unter Druck oder druckfrei erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann es zur Verbesserung der Verdichtungsprozesse sinnvoll oder notwendig sein, als fluides Medium Druckluft in die Säulenspur und/oder einen angrenzenden Bodenbereich einzupressen.
Zur Verbesserung der Tragfähigkeit der jeweiligen Baugrundsäule oder für andere bautechnische Zwecke wie die Veränderung der Durchlässigkeit des Bodens können als
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fluides Medium Gemische aus hydraulischen Bindemitteln in die Säulenspur eingefüllt werden. Hydraulische Bindemittel können sein z.B. Zemente, Kalke, Bentonit und Gemisch aus diesen Produkten, zum Beispiel Kalk-Zement; Zement Bentonit. Die Suspensionen werden in gesonderten Aggregaten hergestellt. Die Zugabe kann unter Druck oder druckfrei erfolgen.
Die zumindest eine Austrittsöffnung am Verdichtung s Werkzeug zur Zuführung des zumindest einen fluiden Mediums ist beispielsweise am Werkzeugkopf oder am säulenförmigen Grundkörper angeordnet. Zweckmäßigerweise weist das Verdichtung s Werkzeug eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen auf, welche am Werkzeugkopf und/oder am säulenförmigen Grundkörper angeordnet sind. Am Werkzeugkopf können die eine oder mehreren Austrittsöffnungen beispielsweise oberhalb der Aufreißwerkzeuge, zwischen den Aufreißwerkzeugen und/oder unterhalb der Aufreißwerkzeuge angeordnet sein. Sie können beispielsweise auch in der kegelstumpfförmigen Wirkfläche des Werkzeugkopfes angeordnet sein, beispielsweise in der Kegelmantelfläche und/oder in der Deckfläche. Weist das Verdichtung s Werkzeug eine oder mehrere derartige Austrittsöffnungen auf, so bedeutet der Begriff des im Wesentlichen verschlossenen unteren Endes des Verdichtung s Werkzeugs und/oder der im Wesentlichen verschlossenen kegelstumpfförmigen Wirkfläche, dass das untere Ende des Verdichtungswerkzeugs und/oder die kegelstumpfförmige Wirkfläche mit Ausnahme der zumindest einen Austrittsöffnung oder der Mehrzahl von Austrittsöffnungen vollständig verschlossen sind. Diese zumindest eine Austrittsöffnung oder die Mehrzahl von Austrittsöffnungen sind zweckmäßigerweise jeweils mittels eines Ventils zu verschließen und zu öffnen, so dass das untere Ende des Verdichtung s Werkzeugs und/oder die kegelstumpfförmige Wirkfläche bei geschlossenen Ventilen vollständig geschlossen ist. Die Ventile sind beispielsweise als Kugelventile ausgebildet.
Zur Zuführung des zumindest einen fluiden Mediums zu der zumindest einen Austrittsöffnung oder zu der Mehrzahl von Austrittsöffnungen sind zweckmäßigerweise eine oder mehrere Zuführleitungen von der Austrittsöffnung oder den Austrittsöffnungen an der Außenseite des Verdichtung s Werkzeugs oder vorteilhafterweise im hohlen
Verdichtung s Werkzeug nach oben verlegt. Sind die Zuführleitungen im Verdichtungswerkzeug angeordnet, so weist der säulenförmige Grundkörper zweckmäßigerweise im
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oberen Endbereich eine seitliche Austrittsöffnung auf, über welche die Zuführleitungen nach außen führbar sind.
Bei einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen kann jede Austrittsöffnung für ein spezielles fluides Medium vorgesehen sein oder die Austrittsöffnungen können beispielsweise der Zuführung mehrerer fluider Medien zur Säulenspur und/oder zum angrenzenden Bodenbereich dienen, beispielsweise sowohl der Zuführung von Wasser als auch der Zuführung eines hydraulischen Bindemittels.
Die Austrittsöffnung ist beispielsweise als eine Flachstrahldüse ausgebildet oder umfasst eine solche Flachstrahldüse. Der Werkzeugkopf kann, wie bereits erwähnt, auch eine Mehrzahl solcher Austrittsöffnungen aufweisen. Beispielsweise sind die Austrittsöffnungen den Aufreißwerkzeugen zugeordnet. Der Werkzeugkopf kann beispielsweise bei einer Mehrzahl von Aufreißwerkzeugen im Bereich jedes Aufreißwerkzeugs eine oder mehrere solche Austrittsöffnungen aufweisen. Dabei können die dem jeweiligen Aufreißwerkzeug zugeordneten Austrittsöffnungen, welche vorzugsweise als Düsen, beispielsweise als Flachstrahldüsen ausgebildet sind oder solche aufweisen, gleiche oder unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. So ist beispielsweise bei zwei dem jeweiligen Aufreißwerkzeug zugeordneten Austrittsöffnungen eine im Wesentlichen parallel zum Aufreißwerkzeug ausgerichtet und die andere im
Wesentlichen quer zum Aufreiß Werkzeug. Zweckmäßigerweise weist der Werkzeugkopf entsprechende Öffnungen auf, in welche eine Düse, beispielsweise eine Flachstrahldüse, als Ausrittsöffnung oder ein Blindstopfen als Verschluss einschraubbar ist. Auf diese Weise ist die Anzahl der Austrittsöffnungen und zweckmäßigerweise auch eine Ausformung der jeweiligen Austrittsöffnung durch eine Auswahl einer jeweils geeigneten Düse mit einem geeigneten Querschnitt und einer geeigneten Strahlform auf einfache und kostengünstige Weise an jeweilige Erfordernisse anzupassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verdichtung s Werkzeug zumindest eine so genannte Vakuumlanze aufweisen, d. h. ein am Verdichtung s Werkzeug angeordnetes Rohr, welches mit einer Saugeinheit gekoppelt ist. Auf diese Weise ist in der Säulenspur ein Unterdruck zu erzeugen. Damit ist im zu verdichtenden Bodenbereich eine
Druckentspannung im Grundwasser zu erreichen.
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Zweckmäßigerweise weist die Werkzeug spitze ein tellerförmiges Grundelement und/oder ein Spitzenelement auf. Dabei bildet ein Außenrand des tellerförmigen Grundelementes den Außenumfang des Werkzeugkopfes, über welchen das zumindest eine Aufreißwerkzeug in der Aufreißposition seitlich hinausragt, d. h. der
Werkzeugkopf weist am tellerförmigen Grundelement seinen größten Durchmesser auf. Das tellerförmige Grundelement kann beispielsweise rund, oval oder vieleckig ausgebildet sein, zum Beispiel viereckig. Das tellerförmige Grundelement ermöglicht eine Verdichtung unterhalb des Werkzeugkopfes über eine gesamte Ausdehnung des Grundelementes hinweg. Das Spitzenelement ermöglicht ein Vordringen in den Bodenbereich und eine Führung des Werkzeugkopfes, um ein vertikales Absenken sicherzustellen. Das tellerförmige Grundelement und das Spitzenelement sind zweckmäßigerweise stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt oder verschraubt. Dabei stellt die
Verschweißung eine besonders stabile Verbindung sicher, während das Verschrauben beispielsweise ein Austauschen des tellerförmigen Grundelementes und/oder des Spitzenelementes unabhängig voneinander ermöglichen, beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes an jeweilige Erfordernisse.
Vorzugsweise weist der Werkzeugkopf am unteren Ende eine die Wirkfläche bildende Werkzeug spitze auf. Die Werkzeugspitze kann beispielsweise ein tellerförmiges Grundelement und ein Spitzenelement umfassen. Dabei bildet ein Außenrand des tellerförmigen Grundelementes den Außenumfang des Werkzeugkopfes, über welchen das zumindest eine Aufreißwerkzeug in der Aufreißposition seitlich hinausragt, d. h. der Werkzeugkopf weist am tellerförmigen Grundelement seinen größten Durchmesser auf. Das tellerförmige Grundelement kann beispielsweise rund, oval oder vieleckig ausgebildet sein, zum Beispiel viereckig. Das tellerförmige Grundelement ermöglicht eine Verdichtung unterhalb des Werkzeugkopfes über eine gesamte Ausdehnung des Grundelementes hinweg. Das Spitzenelement ermöglicht ein Vordringen in den Bodenbereich und eine Führung des Werkzeugkopfes, um ein vertikales Absenken sicherzustellen. Das tellerförmige Grundelement und das Spitzenelement sind zweckmäßigerweise stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt oder verschraubt. Dabei stellt die
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Verschweißung eine besonders stabile Verbindung sicher, während das Verschrauben beispielsweise ein Austauschen des tellerförmigen Grundelementes und/oder des Spitzenelementes unabhängig voneinander ermöglichen, beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes an jeweilige Erfordernisse.
Die Werkzeug spitze und/oder deren Grundelement und/oder Spitzenelement eine im Wesentlichen geschlossene und im Wesentlichen kegelförmige, kegelstumpfförmige, pyramidenförmige oder pyramidenstumpfförmige Wirkfläche auf. Diese Ausbildung der Wirkfläche ermöglicht eine Einleitung einer Verdichtungsenergie nicht nur nach unten, sondern auch seitlich in den Bodenbereich, so dass eine durch die Verdichtung ausgebildete Baugrundsäule einen breiteren Durchmesser aufweist als der
Werkzeugkopf.
Das Spitzenelement ist beispielsweise aus Stahlblech oder aus einem angeschrägten Rundstahl ausgebildet. Hierzu ist der Rundstahl beispielsweise entsprechend abgefräst, um die Form des Spitzenelementes auszubilden. Der angeschrägte Rundstahl ist eine besonders kostengünstige Lösung. Mittels des Stahlblechs ist beispielsweise eine gezielte Ausbildung des Spitzenelementes ermöglicht, um eine besonders gute Führung des Werkzeugkopfes zu erreichen, insbesondere einen guten Seitenhalt, so dass ein vertikales Absenken des Werkzeugkopfes sichergestellt und die Gefahr einer seitlichen Abweichung der mittels des Werkzeugkopfes ausgebildeten Säulenspur und Baugrundsäule reduziert ist. Zur Ausbildung des Spitzenelementes aus Stahlblech sind beispielsweise aus Stahlblech gefertigte Elemente in Form eines Kreuzes angeordnet und verschweißt.
Zweckmäßigerweise ist die Werkzeug spitze am Trägerelement formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt. Die formschlüssige Befestigung, beispielsweise durch Verschrauben, ist besonders vorteilhaft, da die Werkzeug spitze dann beispielsweise verschleißbedingt oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes an jeweilige Erfordernisse auszutauschen ist. Alternativ wäre aber auch ein stoffschlüssiges Befestigen beispielsweise durch Verschweißen möglich.
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Vorzugsweise ist an dem der Werkzeug spitze gegenüberliegenden Ende des
Trägerelementes ein Adapterelement zum Befestigen des Werkzeugkopfes an einem säulenförmigen Grundkörper der Vorrichtung formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt. Hierbei ist die formschlüssige Befestigung, beispielsweise durch Verschrauben, besonders vorteilhaft, da dann der Werkzeugkopf mittels eines entsprechend ausgewählten Adapterelementes an verschiedenen Grundkörpern anzuordnen ist. Es ist somit für verschiedene Grundkörper keine Ausbildung eines separaten Werkzeugkopfes erforderlich, sondern lediglich das Anschrauben eines entsprechenden Adapterelementes am Werkzeugkopf. Das Adapterelement kann beispielsweise auch einen Anschluss zur Zuführung des zumindest einen fluiden Mediums zu der zumindest einen Austrittsöffnung des Werkzeugkopfes aufweisen.
Zweckmäßigerweise sind zumindest wesentlichen Teile des Werkzeugkopfes, insbesondere das Trägerelement und/oder das zumindest eine Aufreißwerkzeug oder die mehreren Aufreiß Werkzeuge und/oder die Werkzeug spitze und/oder das
Adapterelement jeweils aus Metall, insbesondere aus Stahl, ausgebildet. Weist die Werkzeug spitze das Grundelement und das Spitzenelement auf, so gilt dies
zweckmäßigerweise für das Grundelement und/oder das Spitzenelement.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird zur Herstellung einer Tiefgründung zumindest ein Gründungselement in einen Baugrund gerammt, wobei ein vorgegebener Bereich des Baugrundes vor dem Einrammen und/oder nach dem Einrammen des Gründungselementes durch den Einsatz des säulenförmigen Verdichtung s Werkzeugs an mehreren vorgegebenen Verdichtungspositionen des Baugrundes auf die oben beschriebene Weise verdichtet und/oder verfestigt wird.
Auf diese Weise ist beispielsweise eine Mastgründung für eine Stromleitung herzustellen, wobei die jeweilige Mastgründung aus einem so genannten
Mono-Ramm-Rohr-Pfahl als Gründungselement gebildet wird. Diese Monopfähle werden lediglich in den Baugrund eingerammt. Daran werden über Flanschverbindungen die Masten als durch das jeweilige Gründungselement zu haltendes Element aufgeschraubt und danach kann die Montage der Stromleitungen erfolgen. Dies kann nur in Baugrundverhältnissen angewandt werden, bei welchen bis in größere Tiefen
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leicht rammbare Böden anstehen. Dies sind in der Regel strukturschwache Böden, die zu großen Verformungen neigen. Durch die Verdichtung und/oder Verfestigung des Baugrundes wird eine Standsicherheit solcher Monopfähle erheblich gesteigert.
Zweckmäßigerweise werden die Verdichtungspositionen, an welchen das
Verdichtung s Werkzeug eingesetzt wird, auf zumindest einem konzentrischen Kreis, bevorzugt auf mehreren konzentrischen Kreisen, um das in den Baugrund eingerammte Gründungselement herum oder um eine Einrammposition herum, an welcher das Gründungselement eingerammt werden soll, angeordnet. Diese Untergrundverbesserung in konzentrischen Kreisen durch das beschriebene Verfahren wird bevorzugt nach dem Einrammen des Pfahls, d. h. des Gründungselementes, durchgeführt. Dadurch wird ein verbesserter Baugrund ausgebildet, welche erheblich bessere Ergebnisse in statischen Berechnungen aufweist. Bei der Berechnung der Standsicherheit spielt die Lagerungsdichte der Böden eine große Rolle. Durch die zusätzliche Untergrundverbesserung ist der Baugrund erheblich verbessert und kann größere Bettungskräfte aufnehmen, so dass günstigere Ergebnisse in statischen Berechnungen erzielt werden oder die Verwendung von Monopfählen erst möglich wird. Somit besteht ein technisches und kommerzielles Interesse, die Bedingungen für die Gründung eines Monopfahls zu verbessern. Dies wird durch das beschriebene Verfahren erreicht. Die mit dem Verfahren als Gründungselement verwendbaren Monopfähle sind beispielsweise als Stahlrohr mit einem Durchmesser von 70 cm bis 180 cm ausgebildet. Auch größere oder kleinere Durchmesser sind möglich. Des Weiteren sind auch andere Materialien möglich, beispielsweise Beton, Stahlbeton oder Holz. Auch einzelne Mikropfähle oder Gruppen von Mikropfählen können als Gründungselement verwendet werden.
Die Verdichtung des jeweiligen Bodenbereichs an unterschiedlichen Verdichtungspositionen kann bis in unterschiedliche Verdichtungstiefen durchgeführt werden.
Beispielsweise nimmt bei Verdichtungspositionen, welche in unterschiedlichen Abständen zu dem in den Baugrund eingerammten Gründungselement oder zu der Einrammposition, an welcher das Gründungselement eingerammt werden soll, angeordnet sind, die Verdichtungstiefe, bis zu welcher die Verdichtung des jeweiligen Bodenbereichs durchgeführt wird, mit zunehmendem Abstand von dem in den
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Baugrund eingerammten Gründungselement oder von der Einrammposition, an welcher das Gründungselement eingerammt werden soll, ab oder zu.
Das beschrieben Verfahren in seinen verschiedenen Ausführungsformen kann sowohl an Land als auch unter Wasser durchgeführt werden, d. h. auch beispielsweise am Grund eines Bachs, Flusses, Kanals, Teichs, Sees, Meeres oder jeden anderen Gewässers. Für die Baugrundverbesserung unter Wasser kann das Verfahren beispielsweise von einem Schiff oder einem andere Wasserfahrzeug aus durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
Figur 1 schematisch eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
Figur 2 schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines
Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
Figur 3 schematisch eine Draufsicht von oben auf eine erste Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
Figur 4 schematisch eine erste Querschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
Figur 5 schematisch eine zweite Querschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
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Figur 6 schematisch eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit zwei Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition und zwei Aufreißwerkzeugen in einer nach oben geschwenkten Position,
Figur 7 schematisch eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
Figur 8 schematisch eine Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
Figur 9 schematisch eine perspektivische Darstellung einer erste Ausführungsform einer Werkzeug spitze,
Figur 10 schematisch eine Seitenansicht einer erste Ausführungsform einer
Werkzeugspitze,
Figur 11 schematisch eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes ohne Adapterelement mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
Figur 12 schematisch eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
Figur 13 schematisch eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer nach oben geschwenkten Position,
Figur 14 schematisch eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines
Werkzeugkopfes,
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Figur 15 schematisch eine Teilschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
Figur 16 schematisch eine Querschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
Figur 17 schematisch eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
Figur 18 schematisch eine Vorrichtung zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung mit einem Verdichtungswerkzeug in einer ersten Position,
Figur 19 schematisch eine Vorrichtung zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung mit einem Verdichtung s Werkzeug in einer zweiten Position,
Figur 20 schematisch eine Vorrichtung zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung mit einem Verdichtungswerkzeug in einer dritten Position,
Figur 21 schematisch eine Vorrichtung zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung mit einem Verdichtungswerkzeug in einer vierten Position,
Figur 22 schematisch eine Vorrichtung zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung mit einem Verdichtungswerkzeug in einer fünften Position,
Figur 23 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bodenverdichtung und/oder Boden Verfestigung,
Figur 24 schematisch ein Diagramm mit einem Verlauf eines Absenkdrucks, eines
Vibrationsdrucks und einer Versenktiefe im Verfahrensverlauf,
Figur 25 schematisch eine Tiefgründung, und
Figur 26 schematisch eine Tiefgründung in einer Draufsicht von oben.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 1 bis 8 und 11 bis 17 zeigen verschiedene Ansichten von vier beispielhaften Ausführungsformen eines Werkzeugkopfes 1 für ein Verdichtungswerkzeug 16 einer Vorrichtung 17 zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung. Die Figuren 9 und 10 zeigen zwei Ansichten einer beispielhaften ersten Ausführungsform einer Werkzeug spitze 2 des Werkzeugkopfes 1. In den Figuren 18 bis 22 ist eine erste Ausführungsform und in Figur 23 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 17 zur Boden verdichtung und/oder Bodenverfestigung dargestellt, wobei in den Figuren 18 bis 22 anhand der ersten Ausführungsform der Vorrichtung 17 ein Ablauf eines Verfahrens zur Bodenverdichtung und/oder Boden Verfestigung schematisch gezeigt wird. Figur 24 zeigt schematisch ein Diagramm mit einem Verlauf eines Absenkdrucks PE, eines Vibrationsdrucks PV und einer Versenktiefe T im Verfahrensverlauf dieses Verfahrens. In den Figuren 25 und 26 ist eine vorteilhafte Ausführungsform dieses Verfahrens dargestellt, in welcher mittels des Verfahrens eine Tiefgründung ermöglicht wird.
Der Werkzeugkopf 1 wird zur Ausbildung des säulenförmigen Verdichtung s Werkzeugs 16 an einem säulenförmigen Grundkörper 18 befestigt, welcher beispielsweise aus zumindest einer Stange oder zumindest einem Rohr gebildet ist, vorzugsweise, um größere Tiefen zu erreichen, aus mehreren Stangen oder mehreren Rohren. Dieser Grundkörper 18 kann einen runden, ovalen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen. Zur Boden Verdichtung und/oder Boden Verfestigung wird dieses säulenförmige
Verdichtung s Werkzeug 16 dann vorzugsweise vertikal in einen zu verdichtenden Bodenbereich abgesenkt und danach wieder angehoben, wobei das Absenken und Anheben mehrfach wiederholt wird, um auf diese Weise den Bodenbereich von einer vorgegebenen Tiefe bis zur Oberfläche zu verdichten und/oder zu verfestigen.
Eine Energieeinleitung in das säulenförmige Verdichtung s Werkzeug 16, um dieses vorzugsweise vertikal oder auch schräg nach unten in den zu verdichtenden Bodenbereich abzusenken und dabei Bodenmaterial unter und neben dem Werkzeugkopf 1 zu verdichten und/oder zu verfestigen, erfolgt, wie im Folgenden noch näher beschrieben,
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über eine Vibrationsvorrichtung 19, welche bevorzugt auf ein oberes Ende des
Verdichtung s Werkzeugs 16 aufgesetzt wird und ihre Vibrationsbewegungen in
Längsrichtung des Verdichtungswerkzeugs 16 auf das Verdichtung s Werkzeug 16 überträgt. Geeignete Vibrationsvorrichtungen 16 sind beispielsweise als Vibrator, Rüttler oder Ramme ausgebildet.
Der in den Figuren 1 bis 8 und 11 bis 17 dargestellte Werkzeugkopf 1 für ein solches Verdichtung s Werkzeug 16 umfasst ein längliches Trägerelement 3 aus Metall, zweckmäßigerweise aus Stahl, welches im Betrieb des Verdichtung s Werkzeugs 16, d. h. bei dessen Absenken in den Bodenbereich und nachfolgendem Anheben, im
Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, zumindest bei dem bevorzugten vertikalen Absenken des Verdichtung s Werkzeugs 16. Bei einem schrägen Absenken des
Verdichtung s Werkzeugs 16 ist dieses Trägerelement 3 entsprechend ebenfalls schräg ausgerichtet, denn das Trägerelement 3 ist auf einer Längsachse des Verdichtungswerkzeugs 16 angeordnet und somit entsprechend der Längsachse des Verdichtungswerkzeugs 16 ausgerichtet.
Über dieses Trägerelement 3 ist der Werkzeugkopf 1 mit dem säulenförmigen Grundkörper 18 des Verdichtung s Werkzeugs 16 verbunden, wobei das Trägerelement 3, wie beschrieben, eine gerade Verlängerung des säulenförmigen Grundkörpers 18 bildet und auf der Längsachse des Verdichtung s Werkzeugs 16 angeordnet ist. Das Trägerelement 3 bildet somit eine Längsachse des Werkzeugkopfes 1. Es ist in Querrichtung des Werkzeugkopfes 1 im Zentrum des Werkzeugkopfes 1 angeordnet, so dass das Trägerelement 3 durch einen Mittelpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1 oder, bei einem nicht runden Werkzeugkopf 1, durch einen Schwerpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1 verläuft.
Um den Werkzeugkopf 1 mit verschieden ausgebildeten säulenförmigen Grundkörpern 18 verbinden zu können, weist er zweckmäßigerweise, wie in den Figuren 1 bis 3, 6 bis 8, 12 bis 15 und 17 gezeigt, ein Adapterelement 4 auf, mittels welchem der Werkzeugkopf 1 am jeweiligen säulenförmigen Grundkörper 18 der Vorrichtung 17 zu befestigen ist. Das Adapterelement 4, welches aus Metall, zweckmäßigerweise aus Stahl, ausgebildet ist, ist formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem
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säulenförmigen Grundkörper 18 zu verbinden. Dabei ist das formschlüssige Verbinden, beispielsweise durch Verschrauben, zu bevorzugen, da es eine sichere und zugleich wieder lösbare Befestigung und somit einen einfachen Austausch des Werkzeugkopfes 1 oder des säulenförmigen Grundkörpers 18 ermöglicht. In den hier dargestellten Beispielen weist das Adapterelement 4 hierfür Befestigungsöffnungen 5 beispielsweise zur Durchführung von Befestigungsschrauben auf, um das Adapterelement 4 mit dem säulenförmigen Grundkörper 18 zu verschrauben.
Das Adapterelement 4 ist mit einem oberen Ende des Trägerelementes 3 des Werkzeugkopfes 1 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Somit ist das Trägerelement 3 des Werkzeugkopfes 1 über das Adapterelement 4 mit dem säulenförmigen Grundkörper 18 des Verdichtung s Werkzeugs 16 zu verbinden oder verbunden. Auch zum Befestigen des Adapterelementes 4 am Trägerelement 3 ist das formschlüssige Verbinden, beispielsweise durch Verschrauben, zu bevorzugen, da es eine sichere und wieder lösbare Verbindung und somit einen Austausch des Adapterelementes 4 ermöglicht, um den Werkzeugkopf 1 mit verschieden ausgebildeten säulenförmigen Grundkörpern 18 verwenden zu können. Beispielsweise ist das
Adapterelement 4 mittels mehrerer Schraubelemente 6 mit dem Trägerelement 3 verbunden, wie in Figur 8 gezeigt, oder mittels einer Gewinde Verbindung, wozu beispielsweise das Trägerelement 3 im Bereich seines oberen Endes ein Innengewinde und das Adapterelement 4 ein dazu korrespondierendes Außengewinde aufweist oder umgekehrt, so dass das Adapterelement 4 auf das Trägerelement 3 aufzuschrauben ist.
Am anderen, d. h. vom Adapterelement 4 abgewandten unteren Ende des Trägerelementes 3 ist die Werkzeug spitze 2 angeordnet. Diese Werkzeug spitze 2 bildet im Betrieb des Verdichtung s Werkzeugs 16 dessen unteres Ende, d. h. mit dieser
Werkzeug spitze 2 wird der Bodenbereich verdichtet und/oder verfestigt.
Die Werkzeug spitze 2 weist in den hier dargestellten Beispielen ein tellerförmiges Grundelement 2.1 und ein Spitzenelement 2.2 auf. Das tellerförmige Grundelement 2.1 kann beispielsweise rund ausgebildet sein, wie in den Figuren 1 bis 10 dargestellt, oder im Wesentlichen viereckig, wie in den Figuren 11 bis 17 dargestellt, wobei es bei der in den Figuren 11 bis 17 dargestellten Ausführungsform etwas überhängende Eckbereiche
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aufweist, d. h. über einen Viereckrand hinausragende Ausformungen. Des Weiteren sind auch andere Formen des tellerförmigen Grundelementes 2.1 möglich,
beispielsweise oval oder vieleckig, d. h. mit mehr oder weniger als vier Ecken.
Das tellerförmige Grundelement 2.1 ermöglicht eine Verdichtung unterhalb des Werkzeugkopfes 1 über eine gesamte Ausdehnung des Grundelementes 2.1 hinweg. Das Spitzenelement 2.2 ermöglicht ein Vordringen in den Bodenbereich und eine Führung des Werkzeugkopfes 1, um ein gerichtetes, vorzugsweise vertikales oder entsprechend der vorgegebenen Ausrichtung des Verdichtungswerkzeugs 16 schräges Absenken sicherzustellen. Das tellerförmige Grundelement 2.1 und das Spitzenelement 2.2 sind zweckmäßigerweise stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt oder verschraubt. Dabei stellt die Verschweißung eine besonders stabile Verbindung sicher, während das Verschrauben beispielsweise ein Austauschen des tellerförmigen Grundelementes 2.1 und/oder des Spitzenelementes 2.2 unabhängig voneinander ermöglichen, beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes 1 an jeweilige Erfordernisse.
Vorzugsweise weist die Werkzeug spitze 2 und/oder deren Grundelement 2.1 und/oder Spitzenelement 2.2 eine im Wesentlichen geschlossene und im Wesentlichen kegelförmige, kegelstumpfförmige, pyramidenförmige oder pyramidenstumpfförmige Wirkfläche auf. Diese Ausbildung der Wirkfläche ermöglicht eine Einleitung einer Verdichtungsenergie nicht nur nach unten, sondern auch seitlich in den Bodenbereich, so dass eine durch die Verdichtung ausgebildete Baugrundsäule BS einen breiteren Durchmesser aufweist als der Werkzeugkopf 1. In den Figuren 1 bis 10 ist das tellerförmige Grundelement 2.1 kegelstumpfförmig ausgebildet, d. h. dessen Wirkfläche verläuft seitlich schräg und im unteren Bereich, an welchem das Spitzenelement 2.2 angeordnet ist, abgeflacht und somit horizontal bzw. senkrecht zum Trägerelement 3 des Werkzeugkopfes 1. Die Außenform des tellerförmigen Grundelementes 2.1 gleicht somit einer Außenform eines Suppentellers, d. h. eines tiefen Tellers. Das tellerförmige Grundelement 2.1 ist aus Metall ausgebildet, zweckmäßigerweise aus Stahl.
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Das Spitzenelement 2.2 ist beispielsweise aus Stahlblech ausgebildet, wie in den Figuren 1, 2, 6 sowie 9 bis 15 und 17 gezeigt. Mittels des Stahlblechs ist beispielsweise eine gezielte Ausbildung des Spitzenelementes 2.2 ermöglicht, um eine besonders gute Führung des Werkzeugkopfes 1 zu erreichen, insbesondere einen guten Seitenhalt, so dass ein gerichtetes, vorzugsweise vertikales oder schräges Absenken des Werkzeugkopfes 1, entsprechend der jeweils vorgegebenen Ausrichtung des Verdichtungswerkzeugs 16, sichergestellt und insbesondere die Gefahr einer seitlichen Abweichung des Werkzeugkopfes 1 von einem beabsichtigten Pfad und somit die Gefahr einer seitlichen Abweichung der mittels des Werkzeugkopfes 1 ausgebildeten Säulenspur SP und Baugrundsäule BS reduziert ist. Zur Ausbildung des Spitzenelementes 2.2 aus Stahlblech sind beispielsweise vier Stahlbleche kreuzweise verschweißt, wie in den genannten Figuren gezeigt. Hierzu sind aus den vier Stahlblechen die vier Kreuzteile des Spitzenelementes 2.2 auszuformen, in Form des Kreuzes anzuordnen und miteinander zu verschweißen.
Alternativ ist das Spitzenelement 2.2 beispielsweise aus einem angeschrägten
Rundstahl ausgebildet, wie in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Hierzu ist der Rundstahl beispielsweise entsprechend abgefräst, um die Form des Spitzenelementes 2.2 auszubilden. Im in den Figuren 7 und 8 dargestellten Beispiel weist das Spitzenelement 2.2 vier angeschrägte Flächen auf, welche, zusammen mit einer abgeflachten und daher vertikalen Unterseite, die Wirkfläche des Spitzenelementes 2.2 bilden. Somit ist auch die Wirkfläche des Spitzenelementes 2.2 im Wesentlichen kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet. Der angeschrägte Rundstahl ist eine besonders kostengünstige Lösung.
Zweckmäßigerweise ist die Werkzeug spitze 2 am Trägerelement 3 formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt. Die formschlüssige Befestigung, beispielsweise durch Verschrauben, ist besonders vorteilhaft, da die Werkzeug spitze 2 dann beispielsweise verschleißbedingt oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes 1 an jeweilige Erfordernisse auszutauschen ist. Alternativ wäre aber auch ein stoffschlüssiges Befestigen beispielsweise durch Verschweißen möglich. Zum Verschrauben der Werkzeug spitze 2 am Trägerelement 3 weist beispielsweise, wie in den Figuren 5, 9 und 10 dargestellt, die Werkzeug spitze 2 an einer Oberseite des tellerförmigen
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Grundelementes 2.1 einen zentralen Befestigungsbolzen 7 mit einem Außengewinde auf, welcher in ein korrespondierendes Innengewinde des Trägerelementes 3 einzuschrauben ist.
Der Werkzeugkopf 1 weist zudem eine Mehrzahl von Aufreißwerkzeugen 8 auf, in den hier dargestellten Beispielen jeweils vier Aufreißwerkzeuge 8, es ist jedoch auch eine größere oder kleinere Anzahl von Aufreißwerkzeugen 8 möglich. Die Aufreißwerkzeuge 8, welche aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, ausgebildet sind, sind seitlich am Trägerelement 3 vorbei in eine Aufreißposition schwenkbar und auch wieder aus dieser Aufreißposition herausschwenkbar.
In der Aufreißposition sind die Aufreißwerkzeuge 8 somit nicht radial am Werkzeugkopf 1 ausgerichtet, sondern außerradial, nämlich tangential oder auf einer Passante zum in Querrichtung des Werkzeugkopfes 1 im Wesentlichen mittig positionierten Trägerelement 3 angeordnet. Zumindest in der Aufreißposition sind die Aufreißwerkzeuge 8 daher mit ihrer Läng ser Streckung außermittig am Werkzeugkopf 1 angeordnet, auf einer Sekante des Werkzeugkopfes, zumindest bei einem runden oder im Wesentlichen runden Werkzeugkopf 1. Bei einem nicht runden oder unrunden Trägerelement 3, beispielsweise einem ovalen oder vieleckigen Trägerelement 3, beziehen sich die verwendeten Begriffe tangential und/oder Passante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des betreffenden Trägerelements 3, wobei der Kreis zweckmäßigerweise den Außenumfang des Trägerelements 3 an keiner Stelle nach außen überschreitet, d. h. der Radius des Kreises ist maximal so groß wie ein größter Abstand aller Außenumfangspunkte.
Bei einem unrunden oder nicht runden Werkzeugkopf 1, insbesondere bei einer unrunden oder nicht runden Werkzeug spitze 2, besonders bezogen auf das
Grundelement 2.1, zum Beispiel einer im Querschnitt ovalen oder vieleckigen
Werkzeug spitze 2, bezieht sich der Begriff Sekante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1, insbesondere des Querschnitts der Werkzeug spitze 2 im Bereich des Grundelementes 2.1, wobei der Kreis zweckmäßigerweise an Bereichen des Außenumfangs des Werkzeugkopfes 1, insbesondere der Werkzeug spitze 2, außen anliegt, diesen aber nicht nach innen
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überschreitet, d. h. der Radius dieses Kreises ist mindestens so groß wie ein größter Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1, insbesondere der Werkzeug spitze 2 im Bereich des Grundelementes 2.1, zum
Schwerpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1, insbesondere der
Werkzeug spitze 2 im Bereich des Grundelementes 2.1.
In der Aufreißposition ist das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3 ausgerichtet und überragt einen Außenumfang des Werkzeugkopfes 1, d. h. eine von einer Schwenkachse S abgewandte Aufreißspitze des jeweiligen Aufreiß Werkzeugs 8 überragt alle unter und über dem jeweiligen Aufreiß Werkzeug 8 angeordneten Teile des Werkzeugkopfes 1, so dass die Aufreißspitze des jeweiligen Aufreiß Werkzeugs 8 in der Aufreißposition in Seitenrichtung des Werkzeugkopfes 1 freistehend ist.
Dieser Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 wird durch dessen Werkzeug spitze 2, insbesondere durch das tellerförmige Grundelement 2.1 der Werkzeug spitze 2, gebildet, genauer gesagt durch dessen Außenrand im Bereich des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8, d. h. der Außenrand des tellerförmigen Grundelementes 2.1 bildet den
Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 im Bereich des jeweiligen Aufreiß Werkzeugs 8, über welchen das zumindest eine Aufreißwerkzeug 8 in der Aufreißposition hinausragt. Der Werkzeugkopf 1 weist am tellerförmigen Grundelement 2.1 seinen größten Durchmesser bzw. zumindest im Bereich der Aufreiß spitzen der Aufreißwerkzeuge 8 seine größte seitliche Ausdehnung auf, wie insbesondere in den Figuren 3 bis 5 und 16 gezeigt. In den Figuren 1 bis 5, 11 und 12 sowie 16 und 17 sind alle vier
Aufreißwerkzeuge 8 in diese Aufreißposition geschwenkt. In den Figuren 6 bis 8 sind lediglich zwei der Aufreißwerkzeuge 8 in diese Aufreißposition geschwenkt.
Aus dieser Aufreißposition ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug 8 derart weit nach oben herausschwenkbar, dass es den Außenumfang der Werkzeug spitze 2 und, da diese den größten Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 bildet, auch den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 nicht mehr überragt, d. h. es ist aus der Aufreißposition in eine zweite Position nach oben herausschwenkbar, in welcher es schräg zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3 ausgerichtet ist, beispielsweise in einem Winkel von
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ca. 45° oder in einem anderen Winkel zwischen 0° und kleiner als 90° zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3. In Figur 13 sind alle Aufreißwerkzeuge 8 in der nach oben aus der Aufreißposition herausgeschwenkten Position dargestellt. In den Figuren 6 bis 8 sind lediglich zwei der Aufreißwerkzeuge 8 in der nach oben aus der Aufreißposition herausgeschwenkten Position dargestellt. In den Figuren 14 und 15 ist die Schwenkbewegung bzw. sind die beiden Positionen, in welche die Aufreißwerkzeuge 8 zu schwenken sind, dargestellt. Dabei sind die Aufreißwerkzeuge 8 jeweils mittels durchgezogener Linien in ihrer Aufreißposition und mittels gestrichelter Linien in ihrer aus der Aufreißposition nach oben herausgeschwenkten Position dargestellt.
Durch das Absenken des Werkzeugkopfes 1 schwenken die Aufreißwerkzeuge 8, wie in den Figuren 18, 20 und 23 gezeigt, aus ihrer Aufreißposition nach oben heraus, so dass sie den Werkzeugkopf 1, insbesondere dessen Werkzeug spitze 2, seitlich nicht überragen und das Absenken des Werkzeugkopfes 1 nicht behindern. Durch das Anheben des Werkzeugkopfes 1 schwenken die Aufreißwerkzeuge 8, wie in den Figuren 19 und 21 gezeigt, in ihre Aufreißposition, in welcher sie im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3 und somit während des Betriebs des Verdichtung s Werkzeugs 16, wenn dieses vertikal ausgerichtet ist, horizontal ausgerichtet sind und den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 seitlich überragen, insbesondere dessen Werkzeug spitze 2. Dadurch reißen die Aufreißwerkzeuge 8 während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 eine Säulenspurwandung SPW der durch den Werkzeugkopf 1 im Bodenbereich ausgebildeten Säulenspur SP auf und lösen Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung SPW heraus, welches als loses Bodenmaterial LBM unter den Werkzeugkopf 1 in die Säulenspur SP fällt. Dieses aus der Säulenspurwandung SPW herausgelöste lose Bodenmaterial LBM ist dann in einem nachfolgenden Absenkvorgang des Werkzeugkopfes 1 zu verdichten.
Zum Schwenken der Aufreißwerkzeuge 8 in die Aufreißposition und aus der Aufreißposition heraus ist keine Antriebseinheit erforderlich, sondern die Aufreißwerkzeuge 8 schwenken allein durch die jeweilige Krafteinwirkung während des Anhebens oder Absenkens des Werkzeugkopfes 1. Während des Absenkens berühren die sich zunächst in der Aufreißposition befindenden, d. h. ausgeklappten, Aufreißwerkzeuge 8 die Säulenspurwandung SPW, so dass durch das Absenken des Werkzeugkopfes 1 eine
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nach oben gerichtete Kraft auf die Aufreißwerkzeuge 8 einwirkt. Da die Schwenkbewegung nach oben nicht blockiert ist, schwenken die Aufreißwerkzeuge 8 daher nach oben aus der Aufreißposition heraus, so dass sie den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1, insbesondere von dessen Werkzeug spitze 2, nicht mehr seitlich überragen und ein Verdichten des Bodens durch die Aufreißwerkzeuge 8 nicht behindert ist, wie in den Figuren 18, 20 und 23 gezeigt.
Um ein zu weites Schwenken der Aufreißwerkzeuge 8 nach oben zu verhindern, ist am Trägerelement 3 für jedes Aufreißwerkzeug 8 ein diesem zugeordneter oberer
Anschlag 9 angeordnet, welcher die Schwenkbewegung des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8 nach oben bei einem vorgegebenen Schwenkwinkel stoppt. Diese oberen Anschläge 9 sind, wie in den Figuren 1, 2 und 6 bis 8 gezeigt, als Ausformungen aus Metall, vorzugsweise Stahl, ausgebildet, welche mit dem Trägerelement 3 verschweißt sind, oder, wie in den Figuren 11 bis 15 und 17 gezeigt, als Ausformungen des Trägerelementes 3 ausgebildet, wobei diese Ausformungen des Trägerelementes 3 selbst oder darin eingeschraubte Schrauben als oberer Anschlag 9 dienen. Die Aufreißwerkzeuge 8 schlagen während ihrer Schwenkbewegung nach oben mit einer Oberseite an eine Unterseite des jeweiligen oberen Anschlags 9 an, so dass eine weitere Schwenkbewegung nach oben blockiert ist. Dadurch ist verhindert, dass die Aufreißwerkzeuge 8 derart weit nach oben schwenken, dass sie weder durch die Schwerkraft noch durch ein Einhaken an der Säulenspurwandung während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 wieder in die Aufreißposition zurückschwenken.
Während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 erfolgt keine Krafteinwirkung nach oben auf die Aufreiß Werkzeuge 8, sondern es wirkt die Schwerkraft auf die
Aufreißwerkzeuge 8 und zudem greifen die Aufreißwerkzeuge 8 in die Säulenspurwandung SPW ein, wodurch aufgrund des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 eine Krafteinwirkung nach unten auf die Aufreißwerkzeuge 8 erfolgt. Da das Zurückschwenken nach unten zurück in die Aufreißposition nicht blockiert ist, schwenken die Aufreißwerkzeuge 8 daher, wie in den Figuren 19 und 21 gezeigt, nach unten, d. h. sie klappen zur Seite nach außen, bis sie in der Aufreißposition angekommen sind und an einem unteren Anschlag 10 anliegen. In Figur 22 wird das Verdichtungswerkzeug 16 zwar bereits wieder abgesenkt, aber nicht so weit, dass die Aufreißwerkzeuge 8 die die
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Säulenspurwandung SPW berühren, so dass sich die Aufreißwerkzeuge 8 hier aufgrund des vorhergehenden Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs 16 und aufgrund der Schwerkraft noch in der Aufreißposition befinden.
Der untere Anschlag 10 wird in den dargestellten Beispielen für zwei der vier
Aufreiß Werkzeuge 8, nämlich für die beiden unteren Aufreiß Werkzeuge 8 durch das tellerförmige Grundelement 2.1 der Werkzeug spitze 2 gebildet. Für die anderen beiden Aufreißwerkzeuge 8 ist dieser untere Anschlag 10 jeweils als eine Ausformung ausgebildet, welche, wie in den Figuren 1, 2 und 6 bis 8 dargestellt, am Trägerelement 3 angeordnet ist oder, wie in den Figuren 11 bis 14 und 17 dargestellt, auf einer Oberseite des tellerförmigen Grundelementes 2.1 angeordnet ist. Diese Ausformungen sind aus Metall ausgebildet, zweckmäßigerweise aus Stahl, und beispielsweise mit dem
Trägerelement 3 bzw. mit dem tellerförmigen Grundelement 2.1 verschweißt.
In der Aufreißposition sind die Aufreißwerkzeuge 8 im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3 ausgerichtet, überragen den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1, insbesondere den Außenumfang von dessen Werkzeugspitze 2, und greifen während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 in die Säulenspurwandung SPW ein, reißen diese auf und lösen dadurch Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung SPW heraus, welches nach unten fällt und bei einem nachfolgenden Absenken des Verdichtungswerkzeugs 16 durch dessen Werkzeugkopf 1 verdichtet wird.
Dieses Aufreißen der Säulenspurwandung SPW mittels der Aufreißwerkzeuge 8 ist besonders wichtig, da durch das Absenken des Werkzeugkopfes 1 auch die Säulenspurwandung SPW schon verfestigt wird, so dass ohne ein derartiges mechanisches Aufreißen der Säulenspurwandung SPW und Herauslösen von Bodenmaterial sich nicht genug Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung SPW lösen würde. Es stünde dann nicht genug Bodenmaterial für eine ausreichende Verdichtung zur Verfügung. Durch das Aufreißen der Säulenspurwandung SPW mittels der Aufreißwerkzeuge 8 wird somit eine sehr hohe Verdichtung des Bodens erreicht.
Durch die Anordnung der Aufreiß Werkzeuge 8 am Werkzeugkopf 1 derart, dass sie seitlich am Trägerelement 3 vorbei in die Aufreißposition und aus dieser heraus-
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schwenken, ist nur ein relativ geringer Schwenkwinkel erforderlich, um welchen die Aufreißwerkzeuge 8 nach oben aus der Aufreißposition herauszuschwenken sind, so dass sie den Außenumfang des Werkzeugskopfes 1 nicht mehr überragen, beispielsweise ein Schwenkwinkel von lediglich ca. 45° oder weniger oder lediglich geringfügig mehr als 45°. Bei einem zu großen Schwenkwinkel, wenn die Aufreiß Werkzeuge 8 beispielsweise parallel zum Trägerelement 3 ausgerichtet sind, könnten sie sich beispielsweise nicht mehr in der Säulen spurwandung SPW verhaken, sondern während des Anhebens des Werkzeugskopfes 1 an dieser entlanggleiten, so dass sie nicht mehr in die Aufreißposition schwenken. Dies wird durch die beschriebene Ausbildung des Werkzeugkopfes 1 vermieden.
Des Weiteren ist durch diese Positionierung der Aufreißwerkzeuge 8 eine sichere Befestigung am Trägerelement 3 ermöglicht. So weist das Trägerelement 3 bei dem in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Beispiel an einer von der Aufreißspitze des jeweiligen Aufreiß Werkzeugs 8 abgewandten Rückseite eine Befestigungsausformung 11 für das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 auf, an welcher die Schwenkachse S des jeweiligen Aufreiß Werkzeugs 8 angeordnet ist. Diese jeweilige Befestigungsausformung 11 ist als eine beispielsweise an das Trägerelement 3 angeschweißte Ausformung aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, ausgebildet. Ein Bereich der Schwenkachse S, um welchen das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 schwenkt, ist dann außermittig am Werkzeugkopf 1 positioniert, so dass das Aufreißwerkzeug 8 nicht radial zum Trägerelement 3 ausgerichtet ist, sondern auf einer Sekante des Werkzeugkopfes 1 liegt, wie
insbesondere in den Figuren 3 bis 5 und 16 ersichtlich, denn auch bei den anderen Ausführungsformen ist der Bereich der Schwenkachse S, um welchen das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 schwenkt, außermittig am Werkzeugkopf 1 positioniert, zwar in einer Öffnung des Trägerelementes 3, aber nicht radial im Trägerelement 3, wie in den Figuren 11 bis 17 gezeigt. Zudem ermöglicht diese Anordnung der Aufreiß Werkzeuge 8 eine optimale Ausnutzung eines am Werkzeugkopf 1 vorhandenen Bauraums und dadurch beispielsweise auch eine Ausbildung von Werkzeugköpfen 1 mit einem relativ geringen Durchmesser, und auch bei einem solchen Werkzeugkopf 1 relativ lange Aufreißwerkzeuge 8, welche in der Aufreißposition den Außenumfang des
Werkzeugkopfes 1 ausreichend weit überragen, um tief in die Säulenspurwandung SPW einzudringen und ausreichend Bodenmaterial aus dieser zu lösen.
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Zweckmäßigerweise stehen verschiedene Varianten der Aufreißwerkzeuge 8 zur Verfügung, welche sich insbesondere in ihrer Länge unterscheiden. Auf diese Weise ist eine bodenabhängige Auswahl der Aufreißwerkzeuge 8 möglich. Die Aufreißwerkzeuge 8 sind zweckmäßigerweise auswechselbar am Werkzeugkopf 1 befestigt, so dass auf einfache Weise eine Variante der Aufreißwerkzeuge 8 gegen eine andere Variante auszutauschen ist, beispielsweise gegen eine kürzere oder längere Variante, entsprechend jeweils aktuellen Bodenverhältnissen. In den hier dargestellten Beispielen sind die Schwenkachsen S durch Schraubbolzen gebildet, welche bei dem in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Beispiel durch die jeweilige Befestigungsausformung 11 hindurchgeführt und mit einer aufgeschraubten Mutter befestigt sind und in den in den Figuren 11 bis 17 dargestellten Beispielen in das Trägerelement 3 eingeschraubt sind. Somit sind die Schwenkachsen S auf einfache Weise zu lösen, um das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 zu entfernen und gegebenenfalls durch ein anderes zu ersetzen.
Je nach Länge der Aufreißwerkzeuge 8 wird mehr oder weniger Boden aus der Säulenspurwandung SPW gelöst und fällt in den Raum unter dem Werkzeugkopf 1. Daher hängt von der Länge der Aufreißwerkzeuge 8 auch ab, wieviel Bodenmaterial gelöst wird und in die Verdichtungszone fällt. Auch ein Betrieb des Werkzeugkopfes 1 ohne Aufreißwerkzeuge 8 ist möglich.
Zweckmäßigerweise stehen, alternativ oder zusätzlich, verschiedene Varianten des Werkzeugkopfes 1 zur Verfügung, welche insbesondere verschiedene Durchmesser aufweisen. Auf diese Weise ist auch der Werkzeugkopf 1 entsprechend der jeweils aktuellen Bodenverhältnisse und/oder entsprechend eines jeweiligen Grundwasserspiegels auszuwählen. Dies ist mittels des oben beschriebenen Adapterelementes 4 auf besonders einfache und schnelle Weise möglich.
Die Aufreißwerkzeuge 8 sind zweckmäßigerweise mittels jeweils eines Gleitlagers 12 am Werkzeugkopf 1 schwenkbar befestigt, wie in den Figuren 4 und 16 gezeigt. Über dieses Gleitlager 12 gleiten die Aufreißwerkzeuge 8 auf ihrer jeweiligen Schwenkachse S. Dabei ist das Gleitlager 12 beispielsweise auf der Schwenkachse S
unbeweglich befestigt und das Aufreißwerkzeug 8 gleitet zum Schwenken auf dem
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Gleitlager 12 relativ zum Gleitlager 12 und der Schwenkachse S, oder das Gleitlager 12 ist beispielsweise am Aufreißwerkzeug 8 unbeweglich befestigt und gleitet zum
Schwenken des Aufreiß Werkzeugs 8 über die Schwenkachse S. Durch die Gleitlager 12 ist eine einfache, sichere und kostengünstige schwenkbare Lagerung der Aufreißwerkzeuge 8 sichergestellt. Sollte ein zu starker Verschleiß des jeweiligen Gleitlagers 12 vorliegen, ist das Gleitlager 12 oder das gesamte Aufreiß Werkzeug 8 zusammen mit dem Gleitlager 12 oder zumindest zusammen mit dem am Aufreiß Werkzeug 8 angeordneten oder ausgebildeten Teil des Gleitlagers 12 auszutauschen. Da auch die Aufreißwerkzeuge 8 durch das Aufreißen der Säulenspurwandung SPW einem Verschleiß unterliegen, ist ohnehin ein verschleißbedingter Austausch der Aufreißwerkzeuge 8 erforderlich, so dass eine aufwändigere Lagerung, beispielsweise mittels jeweils eines Wälzlagers, zwar möglich, aber nicht unbedingt erforderlich ist.
In der in Figur 17 dargestellten Ausführungsform weisen die Aufreißwerkzeuge 8 im Bereich ihrer Schwenkachse S eine Elastomereinlage 13 auf, auch als Elastomerschicht bezeichnet. Bei dieser Elastomereinlage 13 kann es sich auch um das Gleitlager 12 oder zumindest einen Teil des Gleitlagers 12 handeln, welcher auf der am Trägerelement 3 ausgebildeten oder angeordneten Schwenkachse S gleitet. Im hier dargestellten
Ausführungsbeispiel sind diese Elastomereinlagen 13 jedoch nicht als Gleitlager 12 ausgebildet, sondern die Elastomereinlagen 13 sind jeweils zwischen einem jeweiligen hier nicht näher dargestellten Innenring und dem jeweiligen Aufreißwerkzeug 8 angeordnet und sowohl mit dem Innenring als auch mit dem Aufreiß Werkzeug 8 durch Vulkanisieren fest verbunden. Die Innenringe sind auf der jeweiligen Schwenkachse S verschraubt und somit unbeweglich an der Schwenkachse S angeordnet. Die
Schwenkachsen S sind jeweils unbeweglich am Trägerelement 3 ausgebildet oder angeordnet. Dadurch erfolgt die Schwenkbewegung des jeweiligen Aufreiß Werkzeugs 8 über eine Verformung des Elastomers der jeweiligen Elastomereinlage 13. Da das auf diese Weise ausgebildete jeweilige Schwenklager keine gleitenden Flächen und keinen Spalt aufweist, sind ein Eindringen von Partikeln und ein damit verbundener Verschleiß vermieden. Weiterhin ermöglicht es die jeweilige Elastomereinlage 13, das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 in zumindest eine Richtung vorzuspannen, beispielsweise in Richtung der Aufreißposition, so dass die Schwenkbewegung des Aufreiß Werkzeugs 8
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in dieser Richtung unterstützt ist. Die Elastomereinlagen 13 wirken somit jeweils als Federelemente, insbesondere als Torsionsfedern.
Die Elastomereinlagen 13 ermöglichen zudem eine Dämpfung zu starker Kräfte und Impulse, welche auf das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 insbesondere während des Aufreißens der Säulenspurwandung einwirken, so dass eine ungedämpfte Übertragung dieser Kräfte und Impulse auf das Trägerelement 3 und insbesondere auf die
Schwenkachse S verhindert sind. Dadurch ist eine Beschädigungsgefahr, beispielsweise die Gefahr einer Verformung der Schwenkachse S, reduziert.
Die Aufreißwerkzeuge 8 sind in den dargestellten Beispielen um einen Umfang des Trägerelementes 3 gleichmäßig verteilt angeordnet. Auf diese Weise ist ein
gleichmäßiges Aufreißen der Säulenspurwandung SPW während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 erreicht, so dass ein effektives Herauslösen des Bodenmaterials aus der Säulenspurwandung SPW ermöglicht ist, welches durch ein nachfolgendes
Absenken des Werkzeugkopfes 1 verdichtet wird.
Des Weiteren sind in den dargestellten Beispielen die Aufreißwerkzeuge 8 in zwei Ebenen angeordnet. Dadurch ist eine Nutzung des vorhandenen Bauraums für die Aufreißwerkzeuge 8 am Werkzeugkopf 1 optimiert und es ist sichergestellt, dass sich die Aufreißwerkzeuge 8 in ihren Schwenkbewegungen nicht gegenseitig behindern. In den dargestellten Beispielen sind in der unteren, der Werkzeug spitze 2 nächstgelegenen Ebene zwei Aufreißwerkzeuge 8 sich gegenüberliegend angeordnet und in einer darüberliegenden Ebene sind zwei weitere Aufreißwerkzeuge 8 sich gegenüberliegend angeordnet, welche zu den beiden anderen Aufreißwerkzeugen 8 in der unteren Ebene in Umfangsrichtung des Werkzeugkopfes 1 um 90° versetzt am Werkzeugkopf 1 angeordnet sind. Auf diese Weise sind die vier Aufreißwerkzeuge 8 um den Umfang des Werkzeugkopfes 1 gleichmäßig verteilt, behindern sich jedoch nicht gegenseitig, da in Umfangsrichtung benachbarte Aufreißwerkzeuge 8 in unterschiedlichen Ebenen am Werkzeugkopf 1 angeordnet sind.
Vorteilhafterweise umfasst der Werkzeugkopf 1, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, zumindest eine Austrittsöffnung 14 für zumindest ein fluides Medium. Diese Austritts-
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Öffnung 14 ist beispielsweise als eine Flachstrahldüse oder eine andere Düse ausgebildet oder umfasst eine solche Flachstrahldüse oder andere Düse. Zur Zuführung des zumindest einen fluiden Mediums zu der zumindest einen Austrittsöffnung 14 des Werkzeugkopfes 1 weist beispielsweise das Adapterelement 4, wie in Figur 8 gezeigt, einen entsprechenden Anschluss 15 auf, an welchen zum Beispiel ein Schlauch anzuschließen ist.
Der Werkzeugkopf 1 kann, wie in den in Figur 6 und 7 dargestellten Beispielen, auch eine Mehrzahl solcher Austrittsöffnungen 14 aufweisen. Beispielsweise sind die Austrittsöffnungen 14 den Aufreiß Werkzeugen 8 zugeordnet. So weist der in Figur 6 dargestellte Werkzeugkopf 1 vier Austrittsöffnungen 14 auf, jeweils eine Austrittsöffnung 14 im Bereich jedes Aufreiß Werkzeugs 8, während der in Figur 7 dargestellte Werkzeugkopf 1 acht Austrittsöffnungen 14 aufweist, jeweils zwei Austrittsöffnungen 14 im Bereich jedes Aufreißwerkzeugs 8. Dabei können die dem jeweiligen Aufreißwerkzeug 8 zugeordneten Austrittsöffnungen 14, welche vorzugsweise als Düsen, beispielsweise als Flachstrahldüsen ausgebildet sind oder solche umfassen, gleiche oder unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. So ist beispielsweise bei den in Figur 7 dargestellten zwei dem jeweiligen Aufreißwerkzeug 8 zugeordneten Austrittsöffnungen 14 eine im Wesentlichen parallel zum Aufreißwerkzeug 8 ausgerichtet und die andere im Wesentlichen quer zum Aufreiß Werkzeug 8.
Zweckmäßigerweise weist der Werkzeugkopf 1 entsprechende Öffnungen auf, in welche, wie in den Figuren 6 und 7, eine Düse als Ausrittsöffnung 14 oder ein
Blindstopfen als Verschluss einschraubbar ist. Auf diese Weise ist die Anzahl der Austrittsöffnungen 14 und zweckmäßigerweise auch eine Ausformung der jeweiligen Austrittsöffnung 14 durch eine Auswahl einer jeweils geeigneten Düse mit einem geeigneten Querschnitt und einer geeigneten Strahlform auf einfache und kostengünstige Weise an jeweilige Erfordernisse anzupassen.
Durch die Austrittsöffnungen 14 ist, wenn dies erforderlich oder vorteilhaft ist, vorzugsweise zumindest ein fluides Medium in die Säulenspur SP und/oder in den an die Säulenspur SP angrenzenden Bodenbereich einbringbar. Unter dem Begriff fluides Medium sind gasförmige Stoffe, flüssige Stoffe und Suspensionen zu verstehen, d. h.
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auch Flüssigkeiten mit darin enthaltenen Feststoffen. Das zumindest eine fluide Medium ist beispielsweise Wasser, Luft oder ein anderes Gas oder Gasgemisch, ein hydraulisches Bindemittel, beispielsweise Bentonit oder eine Bentonit-Zement- suspension oder Zement, Kalk oder Gemische aus diesen Stoffen. Auch die Zuführung einer Mehrzahl dieser Stoffe oder Gemische aus diesen Stoffen, d. h. einer Mehrzahl fluider Medien gleichzeitig oder nacheinander, ist möglich. Das Einbringen in die Säulenspur SP und/oder in den daran angrenzenden Bodenbereich kann unter Druck oder druckfrei erfolgen.
Die Figuren 18 bis 22 zeigen die Vorrichtung 17 zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung während eines Ablaufs des Verfahrens. Die Vorrichtung 17 weist das säulenförmige Verdichtungswerkzeug 16 mit dem Werkzeugkopf 8 und dem säulenförmigen Grundkörper 18 auf. In Figur 23 ist eine weitere vorteilhafte
Ausführungsform der Vorrichtung 17 dargestellt.
Der säulenförmige Grundkörper 18 des Verdichtungswerkzeugs 16 kann beispielsweise aus Vollmaterial gebildet sein, d. h. als eine Stange oder, um eine größere Versenktiefe T zu erreichen, mehrere miteinander verbundene Stangen. Dabei wird bei zunehmend geringerer Versenktiefe T die Anzahl der verwendeten Stangen zunehmend reduziert. Bevorzugt ist dieser Grundkörper 18 jedoch aus einem hohlen Rohr oder, um die größere Versenktiefe T zu erreichen, wie in den Figuren 18 bis 22 dargestellt, aus einer Mehrzahl miteinander verbundener hohler Rohre gebildet. Dabei wird bei zunehmend geringerer Versenktiefe T die Anzahl der verwendeten hohlen Rohre zunehmend reduziert. So wird zur Ausbildung des säulenförmigen Grundkörper 18, an welchem der Werkzeugkopf 8 befestigt ist, in Figur 22, zum Ende des Verfahrens, beispielsweise noch lediglich ein hohles Rohr verwendet, während in Figur 18, zu Beginn des Verfahrens, noch eine Mehrzahl hohler Rohre für den säulenförmigen Grundkörper 18 erforderlich sind, um eine entsprechend große Versenktiefe T zu Beginn des Verfahrens zu erreichen. Die Versenktiefe T des Verdichtung s Werkzeugs 16 ist in Figur 24 in einem Zeitverlauf t des Verfahrens dargestellt.
Als derartige Rohre sind beispielsweise so genannte Rammrohre verwendbar, welche einen Grundkörper eines Verdichtung s Werkzeugs nach dem Stand der Technik bilden.
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Das untere Ende des Rohres bzw. bei mehreren Rohren des letzten Rohres ist mit dem Werkzeugkopf 8 zu verschließen, beispielsweise durch Anschweißen oder bevorzugt durch Festschrauben des Werkzeugkopfes 8 mittels des Adapterelementes 4. D. h. das untere Ende des Verdichtung s Werkzeugs 16 ist durch den Werkzeugkopf 8 verschlossen, welcher am unteren Ende des säulenförmigen Grundkörpers 18 angeordnet ist.
Dabei ist das Anschrauben, beispielsweise mittels des Adapterelementes 4, zu bevorzugen, da auf diese Weise das Verdichtung s Werkzeug 16 leicht montierbar, demontierbar und transportierbar ist. Des Weiteren ist der Werkzeugkopf 8
beispielsweise bei Verschleißerscheinungen einfach auswechselbar und das
Verdichtung s Werkzeug 16 ist durch eine Auswechselung des Werkzeugkopfes 8 sehr schnell und einfach an jeweilige Gegebenheiten und Erfordernisse, beispielsweise an eine jeweilige Bodenbeschaffenheit, anpassbar.
Dies gilt analog auch für die Ausführungsform des säulenförmigen Grundkörpers 18 des Verdichtung s Werkzeugs 16 aus Vollmaterial, d. h. als Stange oder als ein anderes Profil, beispielsweise H-Profil oder Hohlkasten. Auch hier ist beispielsweise die Stange mit dem Werkzeugkopf 8 verschweißt oder bevorzugt verschraubt, mit den
geschilderten Vorteilen.
Auf das obere Ende des Verdichtung s Werkzeugs 16 wird, wie bereits erwähnt, die Vibrationsvorrichtung 3 aufgesetzt, welche rhythmische Bewegungen, bevorzugt ausschließlich Bewegungen in Längsrichtung des Verdichtungswerkzeugs 16, mit einer konstanten oder regelbar variablen Frequenz, beispielsweise zwischen 5 Hz und 20 Hz, in das Verdichtung s Werkzeug 16 einleitet. Die Vibrationsvorrichtung 19 kann insbesondere ein herkömmliches Aufsatzgerät sein, beispielsweise ein Vibrator, ein Rüttler oder eine Ramme, zum Beispiel auch eine Vibrationsramme für Spundwandrammarbeiten. Dabei sind insbesondere bei einem Einsatz von Rammen auch eine Rammbewegung bzw. eine Rammeinwirkung oder Rammstöße auf das
Verdichtung s Werkzeug 16 als Vibration oder Vibrationsbewegung zu verstehen.
Des Weiteren ist am Verdichtung s Werkzeug 16 eine Halterung 20 angeordnet, welche mit einer Haltevorrichtung 21 verbunden ist, beispielsweise mit einem Bagger oder mit
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einem Kran, wie in den Figuren 18 bis 22 schematisch dargestellt. Die Halterung 20 wird auch als Schlitten bezeichnet, welcher vertikal beweglich an einem Mäkler angeordnet ist. Bei dem Mäkler handelt es sich um zumindest eine Führungs- und/oder Tragschiene, welche an der Haltevorrichtung 21 befestigt ist. Dabei ist die Vibrationsvorrichtung 19 an der als Schlitten ausgebildeten Halterung 20 montiert, welche vertikal beweglich an dem Mäkler angebaut ist. Der Mäkler ist fest mit der Haltevorrichtung 21, beispielsweise einer Tragraupe, verbunden. Mittels der Haltevorrichtung 21 kann das Verdichtung s Werkzeug 16 zu einem Ort transportiert werden, an welchem eine Boden Verdichtung durchgeführt werden soll. Dort wird sie mittels der Haltevorrichtung 21 in vorgegebener beispielsweise vertikaler oder schräger Position gehalten, entsprechend vertikal oder schräge in den zu verdichtenden Boden abgesenkt und wieder angehoben, wie in den Figuren 18 bis 22 durch jeweils einen ersten Pfeil PI dargestellt, welcher die jeweilige in diesem Beispiel vertikale Bewegungsrichtung des Verdichtung s Werkzeugs 16 zeigt.
In Figur 23 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung dargestellt. Diese Vorrichtung 1 weist als Haltevorrichtung 21 einen Seilbagger auf, wobei das Verdichtung s Werkzeug 16 und die Vibrationsvorrichtung 19 mittels der Halterung 20 an einem Seil des Seilbaggers hängen.
Das Verfahren ist jedoch nicht nur an Land durchführbar, sondern auch unter Wasser, um einen jeweiligen Gewässergrund, beispielsweise einen Bodenbereich am Grund eines Bachs, Flusses, Kanals, Teichs, Sees oder Meeres oder eines anderen Gewässers zu verdichten. In diesem Fall ist die Vorrichtung 17 beispielsweise auf einem Wasserfahrzeug angeordnet, zum Beispiel auf einem Schiff oder einem anderen Wasserfahrzeug mit oder ohne eigenen Antrieb. Beispielsweise ist dazu die Haltevorrichtung 21, welche zum Beispiel als Bagger, Seilbagger, Kran oder Tragraupe ausgebildet ist, auf diesem Wasserfahrzeug positioniert oder sie ist ein Bestandteil dieses Wasserfahrzeugs. Das Verfahren wird dann unter Wasser analog zum beschriebenen Ablauf an Land durchgeführt, um den Bodenbereich am Grund des Gewässers zu verdichten. Des Weiteren können mit dem Verfahren auch aufgespülte Böden verdichtet werden.
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Durch die vorzugsweise im Wesentlichen kegelstumpfförmige oder kegelförmige oder pyramidenstumpfförmige oder pyramidenförmige Ausbildung der Wirkfläche des Werkzeugkopfes 8 werden eine seitliche Ausdehnung einer Verdichtungsenergie und eine vergrößerte radiale Ausdehnung von mittels des Verdichtungswerkzeugs 16 hergestellter Baugrundsäulen BS erreicht. Eine derartige fertiggestellte Baugrundsäule BS ist in Figur 22 dargestellt. Eine radiale Ausdehnung einer Verdrängungs- und Verdichtung s Wirkung auf ein Bodenmaterial beträgt dabei mindestens ein Zweifaches bis Dreifaches des Durchmessers der Werkzeug spitze 2 des Werkzeugkopfes 8. Sie kann auch größer sein, je nach dem jeweiligen Boden. Dies wird durch die Ausformung der Werkzeug spitze 2 erreicht, denn aufgrund deren Form werden die in das Verdichtung s Werkzeug 16 eingeleiteten Verdichtungskräfte in einen ersten Anteil, welcher in Längsrichtung des Verdichtung s Werkzeugs 16 auf den zu verdichtenden Bodenbereich wirkt, und einen seitlichen zweiten Anteil, welcher schräg zum ersten Anteil, d. h. schräg nach unten, auf den zu verdichtenden Bodenbereich wirkt, aufgeteilt.
Im Folgenden wird die Ablaufreihenfolge des Verfahrens zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung mittels der Vorrichtung 17 zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung anhand der Figuren 18 bis 22 detailliert beschrieben. Das Verdichtung s Werkzeug 16 wird, wie in Figur 18 dargestellt, an einer vorgegebenen Stelle, an welcher die Boden Verdichtung durchgeführt werden soll, positioniert und bis auf eine vorgegebene Sollversenktiefe TS von beispielsweise 4,5 Meter vertikal abgesenkt. Hierbei werden die Aufreißwerkzeuge 8 zu Beginn des Absenkens durch die Absenkbewegung des Werkzeugkopfes 1 automatisch auf die oben beschriebene Weise aus der Aufreißposition nach oben herausgeklappt, so dass sie die Absenkbewegung und das Verdichten des Bodens nicht behindern. Die Soll versenktiefe TS richtet sich dabei nach dem jeweiligen zu verdichtenden Boden, d. h. nach einem jeweiligen zu erzeugenden Baugrund. Die jeweiligen Erfordernisse sind unter anderem abhängig von einem jeweiligen Gebäude oder Bauwerk, welches auf dem Baugrund errichtet werden soll, sowie von der Bodenbeschaffenheit des jeweiligen zu verdichtenden Bodens.
Das Absenken, d. h. das Eindringen des Verdichtungswerkzeugs 16 in den Boden, erfolgt aufgrund der Absenkkraft. Zumindest ein Teil der Absenkkraft resultiert aus dem Eigengewicht des Verdichtungswerkzeugs 16, welches nach einem Absetzen des
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Verdichtungswerkzeugs 16 auf den Boden vollständig auf einem Bodenbereich unter dem Werkzeugkopf 1 lastet. Vorteilhafterweise erfolgt zusätzlich eine Krafteinwirkung durch die Haltevorrichtung 21 auf das Verdichtungswerkzeug 16, so dass sich die Absenkkraft aus dem Eigengewicht des Verdichtung s Werkzeugs 16 und dieser zusätzlichen Kraftein Wirkung durch die Haltevorrichtung 21 zusammensetzt.
Zweckmäßigerweise ist die Halterung 20 mit einem Antrieb der Haltevorrichtung 21 verbunden, über welchen sie anzuheben und insbesondere auch angetrieben abzusenken ist, beispielsweise über jeweils mindestens ein Zugseil. Das Zugseil kann beispielsweise mit einer Hydraulikeinheit der Haltevorrichtung 21, beispielsweise des Baggers oder Krans, verbunden sein. Auf diese Weise ist durch den Antrieb der Haltevorrichtung 21, d. h. beispielsweise durch einen entsprechenden Absenkantrieb des Baggers oder Krans, eine Krafteinwirkung auf die Halterung 20 und über diese auf das
Verdichtung s Werkzeug 16 zu übertragen. Diese Kraft wirkt vertikal nach unten auf das Verdichtung s Werkzeug 16 ein. Im Extremfall wirkt auf diese Weise das gesamte oder nahezu das gesamte Eigengewicht der Vorrichtung 17, mit Ausnahme des Eigengewichts des Verdichtungswerkzeugs 16, auf das Verdichtung s Werkzeug 16 ein. Dies kann dazu führen, dass während des Absenkens des Verdichtung s Werkzeugs 16 die Haltevorrichtung 21 zumindest teilweise vom Boden abgehoben wird. Die Absenkkraft setzt sich somit aus dem Eigengewicht des Verdichtung s Werkzeugs 16 und der jeweiligen Kraftein Wirkung durch die Halte Vorrichtung 21 auf das Verdichtung s Werkzeug 16 zusammen. Die maximal mögliche Absenkkraft entspricht dann dem Eigengewicht der gesamten Vorrichtung 17 oder zumindest nahezu diesem Eigengewicht.
Die Absenkkraft, mit welcher das Verdichtung s Werkzeug 16 auf diese Weise abgesenkt wird, kann beispielsweise bis zu 20 Tonnen oder auch bis zu 30 Tonnen betragen. Auf diese Weise wirkt durch das Absenken des Verdichtung s Werkzeugs 16 auf den Boden ein Absenkdruck PE vom Werkzeugkopf 8 aus auf den Boden ein. Zusätzlich werden durch die aufgesetzte Vibrationsvorrichtung 19 in Längsrichtung des Verdichtungswerkzeugs 16 wirkende Vibrationsbewegungen des Verdichtung s Werkzeugs 16 erzeugt, wodurch auf den Boden über den Werkzeugkopf 1 auch ein Vibrationsdruck PV einwirkt. Eine Stärke des Vibrationsdrucks PV ist vorteilhafterweise über die
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Vibrationsvorrichtung 19 vorgebbar. In Figur 24 sind der Absenkdruck PE und der Vibrationsdruck PV im Zeitverlauf t des Verfahrens dargestellt.
Aufgrund dessen sinkt das Verdichtungswerkzeug 16 sukzessiv bis auf die vorgegebene Sollversenktiefe TS in den Boden ein, wobei Bodenmaterial durch die Wirkfläche der Werkzeug spitze 2 des Werkzeugkopfes 1 sowohl seitlich als auch nach unten verdrängt und auf diese Weise bereits verdichtet wird. Auf diese Weise verdichtetes Bodenmaterial VBM bildet nach erfolgreicher Durchführung des Verfahrens die Baugrundsäule BS. Durch das Eindringen des Verdichtungswerkzeugs 16 wird die Säulenspur SP erzeugt, welche in diesem Stadium des Verfahrens noch einen Hohlraum aufweist.
Ist der Werkzeugkopf 1 auf der vorgegebenen Sollversenktiefe TS angekommen, so wird er um eine vorgegebene Hubhöhe H wieder angehoben, beispielsweise um 50 cm bis 80 cm, wie in Figur 19 dargestellt. Dies erfolgt mittels der Haltevorrichtung 21, an welcher das Verdichtungswerkzeug 16 befestigt ist, d. h. mittels des Baggers oder Krans. Während des Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs 16 kann die Vibrationsvorrichtung 19 abgeschaltet werden oder eingeschaltet bleiben. Durch das Anheben des Verdichtung s Werkzeugs 16 schwenken die Aufreißwerkzeuge 8 zu Beginn des
Anhebens auf die oben beschriebene Weise automatisch in die Aufreißposition, d. h. sie klappen seitlich am Trägerelement 3 vorbei nach unten, so dass sie seitlich nach außen über den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 überstehen.
Durch diese in die Aufreißposition geklappten Aufreißwerkzeuge 8 wird während des Anhebens des Verdichtungswerkzeugs 16 um die vorgegebene Hubhöhe H Bodenmaterial aus der seitlichen Säulenspurwandung SPW herausgebrochen, welches als loses Bodenmaterial LBM in den Hohlraum der Säulenspur SP unter den Werkzeugkopf 1 fällt.
Um das Herausbrechen des Bodenmaterials aus der seitlichen Säulenspurwandung SPW zu begünstigen, wird vorzugsweise nach dem Anheben des Verdichtungswerkzeugs 16 um die vorgegebene Hubhöhe H und vor einem nachfolgenden Absenken das Verdichtung s Werkzeug 16 eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise einige Sekunden, in der angehobenen Stellung bei aktivierter Vibrationsvorrichtung 19
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verharrt, so dass loses Bodenmaterial LBM nachsacken und unter den Werkzeugkopf 1 gelangen kann.
Nachdem das Verdichtungswerkzeug 16 um die vorgegebene Hubhöhe H angehoben wurde, wird es, wie in Figur 20 dargestellt, unter eingeschalteter Vibrationsvorrichtung 19 wieder abgesenkt, so dass wieder über den Werkzeugkopf 1 der Absenkdruck PE und der Vibrationsdruck PV auf den Boden einwirken und das aus der seitlichen Säulenspurwandung SPW herausgebrochene lose Bodenmaterial LBM verdichtet wird. Durch das Absenken des Verdichtung s Werkzeugs 16 werden zu Beginn des Absenkens die Aufreißwerkzeuge 8 wieder automatisch aus der Aufreißposition nach oben herausgeschwenkt, wie bereits beschrieben. Auf diese Weise behindern sie die
Absenkbewegung und das Verdichten des Bodens nicht. Das Verdichtung s Werkzeug 16 wird soweit abgesenkt, bis dem Absenken ein vorgegebener Widerstand entgegenwirkt. Dies ist, da sich nun zusätzliches loses Bodenmaterial LBM in dem Hohlraum der Säulenspur SP unter dem Werkzeugkopf 1 befindet, welches zu verdichten ist, bereits vor der Soll versenktiefe TS der Fall. D. h. bei diesem erneuten Absenken des
Verdichtung s Werkzeugs 16 wird die Soll versenktiefe TS nicht mehr erreicht.
Bei nachfolgenden Anhebe- und Absenkvorgängen auf die beschriebene Weise wirkt dem Absenken des Verdichtung s Werkzeugs 16 der vorgegebene Widerstand bereits entgegen, bevor eine Versenktiefe T einer vorhergehenden Absenkung erreicht wird, da, wie in Figur 21 dargestellt, durch die Aufreißwerkzeuge 8 stets mehr Bodenmaterial aus der seitlichen Säulenspurwandung SPW herausgelöst wird und sich als loses Bodenmaterial LBM aus der seitlichen Säulenspurwandung SPW im jeweils noch vorhandenen Hohlraum der Säulenspur SP unter dem Werkzeugkopf 1 ansammelt und von diesem jeweils verdichtet wird. Der vorgegebene Widerstand und/oder der
Vibrationsdruck PV werden so vorgegeben, dass das Verdichtung s Werkzeug 16 jeweils dann wieder angehoben wird, wenn eine ausreichende Verdichtung des durch das Verdichtung s Werkzeug 16 verdichteten Bodenmaterials VBM unter dem Werkzeugkopf 1 erreicht ist. Durch Einsatz eines auf den jeweiligen zu verdichtenden Boden angepassten Verdichtung s Werkzeugs 16 mit einem hohen oder geringen Eigengewicht und/oder durch Verwendung einer entsprechend schweren Haltevorrichtung 21, beispielsweise eines Baggers oder Krans mit einem hohen Eigengewicht, kann auch der
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auf den zu verdichtenden Boden einwirkende Absenkdruck PE entsprechend den jeweiligen Erfordernissen vorgegeben werden.
Unter der Entgegenwirkung des vorgegebenen Widerstandes bei dem erneuten
Absenken ist zu verstehen, dass eine vorgegebene Absenkgeschwindigkeit
unterschritten wird oder, dass innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein
Mindestwert eines Absenkweges nicht mehr erreicht wird. Dies kann beispielsweise automatisch ermittelt werden, zum Beispiel durch entsprechende Sensoren. Alternativ kann dies auch durch einen Anlagenführer der Vorrichtung 17 festgestellt werden.
Die Verfahrensschritte des Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs 16 jeweils um die vorgegebene Hubhöhe H, wobei durch die in die Aufreißposition geschwenkten Aufreißwerkzeuge 8, welche in dieser Aufreißposition seitlich über den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 überstehen, Bodenmaterial aus der seitlichen Säulenspur- wandung SPW herausgebrochen wird und als loses Bodenmaterial LBM in den
Hohlraum der Säulenspur SP unter den Werkzeugkopf 1 fällt, und das nachfolgende Absenken des Verdichtungswerkzeugs 16, bis diesem der vorgegebene Widerstand entgegenwirkt, werden daher so oft wiederholt, bis dem Absenken der vorgegebene Widerstand bereits entgegenwirkt, wenn sich das Verdichtung s Werkzeug 16 auf einer vorgegebenen Endposition EP befindet, welche in Figur 22 dargestellt ist. Diese vorgegebene Endposition EP befindet sich üblicherweise im Bereich der Bodenoberfläche bzw. nahe der Bodenoberfläche, um einen Baugrund zu erhalten, welcher sowohl oberflächlich als auch in größeren Tiefen stabil ist.
D. h. es erfolgt ein wiederkehrendes Anheben, welches mit oder ohne Vibrationsbewegungen, also mit ein- oder abgeschalteter Vibrationsvorrichtung 19 durchgeführt werden kann und bei welchem stets die Aufreißwerkzeuge 8 in die Aufreißposition geschwenkt sind, d. h. aufgeklappt sind, und Absenken mit eingeschalteter
Vibrationsvorrichtung 19 unter Verdichtung des losen Bodenmaterials LBM, d. h. unter Bildung des verdichteten Bodenmaterials VBM, wobei stets die Aufreißwerkzeuge 8 nach oben aus der Aufreißposition herausgeklappt sind. Durch eine derartige oszillierende oder alternierende Auf- und Abbewegung erfolgt ein stetiger Materialaufbau mit verdichtetem Bodenmaterial VBM in der Säulenspur SP, so dass die extrem
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verdichtete Säulenspur SP, d. h. die Säulenspur SP mit extrem verdichtetem Bodenmaterial VBM, schrittweise in Richtung einer Bodenoberfläche ausgebildet wird.
In Figur 22 ist die Säulenspur SP mit verdichtetem Bodenmaterial VBM gefüllt, so dass die Baugrundsäule BS aus extrem verdichtetem Bodenmaterial VBM bis zur vorgegebenen Endposition EP des Verdichtung s Werkzeugs 16 ausgebildet ist. Da die radiale Ausdehnung der Verdrängungs- und Verdichtung s Wirkung auf das Bodenmaterial aufgrund der beschriebenen Ausbildung der Wirkfläche der Werkzeug spitze 2 des Werkzeugkopfes 1 mindestens ein Zweifaches bis Dreifaches des Durchmessers der Werkzeug spitze 2 beträgt, bildet sich, wie in den Figuren 18 bis 22 dargestellt, um die Baugrundsäule BS herum zudem ein von der Verdichtung s Wirkung beeinflusster Bereich B aus.
Der vertikale Absenkdruck PE des Verdichtung s Werkzeugs 16 aufgrund der
Absenkkraft, welche sich aus dem Eigengewicht des Verdichtungswerkzeugs 16 und vorzugsweise zusätzlich aus der auf das Verdichtung s Werkzeug 16 einwirkenden Haltevorrichtung 21 resultiert, die das Verdichtungswerkzeug 16 nach unten presst, sowie der zusätzlich wirkende vertikaler Vibrationsdruck PV, welcher vorzugsweise hochfrequent ist aufgrund hochfrequenter Vibrationsbewegungen des Verdichtungswerkzeugs 16, erzeugt durch die Vibrationsvorrichtung 19, werden aufgrund der beschriebenen Ausbildung der Wirkfläche der Werkzeug spitze 2 des Werkzeugkopfes sowohl in Längsrichtung des Verdichtung s Werkzeugs 16 als auch schräg dazu in den Baugrund, d. h. in den zu verdichtenden Boden, eingeleitet. Auf diese Weise erfolgt die Boden Verdichtung sowohl unter dem Verdichtung s Werkzeug 16 als auch seitlich des Verdichtung s Werkzeugs 16, so dass die mit dem verdichteten Bodenmaterial VBM gefüllte Säulenspur SP, d. h. die fertiggestellte Baugrundsäule BS einen größeren Durchmesser als das Verdichtung s Werkzeug 16 bzw. dessen Werkzeugkopf 1 aufweist.
Das Verdichten des Bodens mittels des Verdichtung s Werkzeugs 16 erfolgt dabei nicht nur durch die Vibrationen der Vibrationsvorrichtung 19, sondern zusätzlich auch durch eine hohe Druckkraft, nämlich durch die Absenkkraft, mit welcher das Verdichtungswerkzeug 16 abgesenkt wird. Diese zusätzliche Druckkraft, d. h. die Absenkkraft, mit welcher das Verdichtung s Werkzeug 16 abgesenkt wird, kann, wie bereits erwähnt,
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beispielsweise bis zu 20 Tonnen oder auch bis zu 30 Tonnen betragen. Die Verdichtung des Bodens erfolgt auf diese Weise mittels der Vorrichtung 17 und des Verfahrens durch eine Vollverdrängung, durch die Vibrationsbewegungen und den daraus resultierenden Vibrationsdruck PV sowie durch die zusätzliche hohe Druckkraft, aus welcher ein entsprechender Absenkdruck PE resultiert.
Durch dieses Verfahren tritt im Baugrund eine so genannte Verdrängungswelle auf, wobei diese, da die Baugrundsäulen BS mit einer aufgesetzten Vibrationsvorrichtung 19 erzeugt werden und das Verdichtung s Werkzeug 16 zu Beginn des Verfahrens von der Bodenoberfläche aus durch den Absenkdruck PE und den
Vibrationsdruck PV bis auf die Soll versenktiefe TS abgesenkt wird, bereits an der Bodenoberfläche beginnt. Dabei kann es durch die Verdichtung des Bodenmaterials sowie durch das Nachrutschen und Verdichten auch dieses nachgerutschten losen Bodenmaterials LBM je nach Lagerungsdichte des Bodens zu einer Trichterbildung im Bereich der Bodenoberfläche über der Boden Verdichtung kommen, wie in Figur 22 beispielhaft dargestellt.
Wenn dies erforderlich ist, wird dieser sich durch die Boden Verdichtung an der Bodenoberfläche über der Boden Verdichtung ausbildende Absenktrichter AT zweckmäßigerweise während und/oder nach der mittels des Verdichtungswerkzeugs 16 durchgeführten Boden Verdichtung mit einem verdichtungsfähigen Material VM aufgefüllt, beispielsweise mit einem gut verdichtungsfähigen Mineralstoff wie Kies in Rundkorngemischform oder Brechkorngemischform oder mit Bodenmaterial, welches dem zu verdichtenden Bodenmaterial entspricht oder ähnelt. Dies erfolgt, wie hier beispielhaft in den Figuren 20 und 21 dargestellt, vorzugsweise bereits während des Verfahrens Zug um Zug, so dass kein zu großer Absenktrichter AT, keine Hohlräume und kein zu großer Materialverlust an der Bodenoberfläche entstehen. Die
Materialzugabe erfolgt von außen in den entstehenden Absenktrichter AT.
In Figur 24 sind ein zeitlicher Verlauf des Absenkdrucks PE, des Vibrationsdrucks PV und der Versenktiefe T im Verfahrensverlauf schematisch dargestellt. Diese werden während des Verfahrens ständig ermittelt und überwacht. Dadurch ist sofort feststellbar, wann der Absenkung des Verdichtungswerkzeugs 16 der vorgegebene Widerstand
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entgegenwirkt, so dass es erneut anzuheben ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn bei einem maximal wirkenden Absenkdruck PE und bei einem vorgegebenen maximalen Vibrationsdruck PV keine weitere Absenkung oder zumindest keine signifikante weitere Absenkung des Verdichtungswerkzeugs 16 zu verzeichnen ist. Des Weiteren ist das Anheben des Verdichtung s Werkzeugs 16 jeweils um die vorgegebene Hubhöhe H überwachbar und es ist feststellbar, wann die vorgegebene Endposition EP des Verdichtung s Werkzeugs 16 erreicht ist und das Verfahren beendet werden kann. Diese fortlaufende Erfassung des Absenkdrucks PE, des Vibrationsdrucks PV und der Versenktiefe T während des Verfahrens ermöglichen zudem eine Auswertung zur Qualitätssicherung. Dadurch ist beurteilbar, ob der auf diese Weise verdichtete Boden und der dadurch erzeugte Baugrund den jeweiligen Erfordernissen entspricht, d. h. beispielsweise eine ausreichende Tragkraft, Festigkeit und Stabilität aufweist, um geplante Baumaßnahmen auf dem Baugrund durchführen zu können, beispielsweise ein Bauwerk oder Gebäude darauf zu errichten.
Das Verfahren ist ein Vollverdrängungsverfahren für eine Untergrundverbesserung. Dabei wird eine Lagerungsdichte eines bestehenden Baugrundes signifikant erhöht. Dabei wird, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Voll Verdrängung s- und Teilverdrängungsverfahren, vorzugsweise kein zusätzliches Schottermaterial von außen in die sich während des Verfahrens ausbildende Säulenspur SP eingebracht, sondern diese wird mit Bodenmaterial gefüllt.
Eine extrem hohe Rammenergie der auf das Verdichtungswerkzeug 16 aufgesetzten Vibrationsvorrichtung 19, beispielsweise eines Aufsatzrüttlers, bewirkt durch den Vollverdrängungsprozess, dass das Bodenmaterial, beispielsweise der Kies, seitlich in eine Bodenmatrix gerammt und gepresst wird und dadurch eine Kompaktierung und Verdichtung des Bodens und eine Verringerung eines Porenanteils bewirkt wird.
Aufgrund der auf die oben beschriebene Weise ausgebildeten Wirkfläche der
Werkzeug spitze 2 des Werkzeugkopfes 1 und der vertikalen Vibrationsbewegung des Verdichtung s Werkzeugs 16 erfolgt eine überwiegend vertikale Krafteinleitung in den Säulenspuren SP, so dass extrem steife Baugrundsäulen BS herstellbar sind, die vergleichbare Eigenschaften aufweisen wie mittels Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik erzeugte Baugrundsäulen.
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Die Baugrundverbesserung wird daher ausschließlich durch eine Umlagerung und Verdichtung des anstehenden Baugrundes erreicht. Dabei wird eine verdichtete Baugrundsäule BS, d. h. eine mit verdichtetem Bodenmaterial VBM gefüllte Säulenspur SP erstellt, die als linienförmiges Tragglied den Baugrund in der Umgebung der Säulenspur SP verbessert. D. h. der Boden wird durch den Verdrängungsvorgang beim Einbringen der Baugrundsäulen BS gegenüber einem Ausgangszustand deutlich verbessert. Bei dicht nebeneinander mittels des Verfahrens erzeugten derartigen Verdichtungspunkten, d. h. bei einer Mehrzahl derartiger Baugrundsäulen BS, beispielsweise linienförmig oder in einem flächenförmigen Raster und beispielsweise in einem Abstand von einem Meter zueinander, entsteht eine vollständige Homogenisierung des Bodens mit einer deutlich erhöhten Dichte und höherer Scherfestigkeit und Steifigkeit.
Da die mittels des Verfahrens erzeugten verdichteten Baugrundsäulen BS des Bodenmaterials Vollverdrängungssäulen sind, ist das Verfahren vorzugsweise in wassergesättigten locker bis mitteldicht gelagerten Sanden und Kiesen mit untergeordneten Feinkornanteilen anzuwenden. Das Verfahren bewirkt die Homogenisierung und Verdichtung von Sand und/oder Kies. Im Falle der Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung mit Bindemitteln weisen die Baugrundsäulen BS eine wesentlich höhere Tragfähigkeit auf, die bei größeren Durchmessern des Verdichtungswerkzeugs 16 Werte von über 800 kN bis 1500 Kn erreichen können.
Wie bereits beschrieben, weist das Verdichtung s Werkzeug 16 vorzugsweise eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 14 auf. Diese Austrittsöffnungen 14 können, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, am Werkzeugkopf 1 und/oder an anderen Bereichen des Verdichtung s Werkzeugs 16 angeordnet sein, beispielsweise auch am säulenförmigen Grundkörper 18. Die Austrittsöffnungen 14 dienen der Zuführung zumindest eines fluiden Mediums in die Säulenspur SP und/oder in einen angrenzenden Bodenbereich. Bei dem fluiden Medium kann es sich beispielsweise um Wasser, Luft oder ein anderes Gas oder Gasgemisch, ein hydraulisches Bindemittel, beispielsweise Bentonit oder eine Bentonit-Zementsuspension oder Zement, Kalk oder Gemische aus diesen Stoffen handeln. Dieses zumindest eine fluide Medium wird mittels eines externen
Aggregates 22, welches mit Zuführleitungen des Verdichtung s Werkzeugs 16 verbunden
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ist, den Austrittsöffnungen 14 zugeführt. Diese Verbindung zu den Zuführleitungen des Verdichtungswerkzeugs 16 ist in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Austrittsöffnungen 14 sind beispielsweise mittels jeweils eines Ventils, beispielsweise mittels jeweils eines Kugelventils, zu öffnen und zu verschließen.
Durch das Einbringen zumindest eines als Bindemittel ausgebildeten fluiden Mediums wird der Boden zusätzlich verfestigt und/oder undurchlässig. Zur Verbesserung der Verdichtungsprozesse kann es sinnvoll oder notwendig sein, als fluides Medium Wasser in die Säulenspur SP einzufüllen.
Die Zuführleitungen sind bei einem hohlen Verdichtung s Werkzeug 16 zweckmäßigerweise im Verdichtung s Werkzeug 16 verlegt und beispielsweise im Bereich eines oberen Endes des säulenförmigen Grundkörpers 18 unterhalb der aufgesetzten oder aufzusetzenden Vibrationsvorrichtung 19 durch eine Öffnung hindurch aus dem säulenförmigen Grundkörper 18 herausgeführt, um sie mit dem Aggregat 22 zu verbinden. Bei einem säulenförmigen Grundkörper 18 des Verdichtung s Werkzeugs 16, welcher keinen hohlen Innenraum hat, sind die Zuführleitungen außen zu verlegen. Über das Verdichtung s Werkzeug 16 erfolgt die Zuführung des fluiden Mediums zur Säulenspur SP vorzugsweise unter Druck. Alternativ oder zusätzlich kann, wie beispielhaft in Figur 19 dargestellt, zumindest ein solches fluides Medium,
beispielsweise Wasser oder ein hydraulisches Bindemittel, direkt von oben mittels eines Schlauches in die Säulenspur eingefüllt werden. Dies erfolgt dann zweckmäßigerweise druckfrei, ebenfalls mittels des externen Aggregates 22. Das externe Aggregat 22 weist beispielsweise eine Pumpe auf und, falls erforderlich, eine Mischereinheit zum
Mischen der Suspension des hydraulischen Bindemittels.
In einer hier nicht näher dargestellten Ausführungsform kann das Verdichtungswerkzeug 16 alternativ oder zusätzlich eine so genannte Vakuumlanze aufweisen, welche mit einer Absaugvorrichtung verbunden ist. Dadurch ist in der Säulenspur SP ein Unterdruck zu erzeugen, wodurch im zu verdichtenden Bodenbereich eine
Druckentspannung im Grundwasser zu erreichen ist.
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In Figur 23 ist, wie bereits erwähnt, eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 17 dargestellt, mittels welcher ebenfalls das Verfahren gemäß den Figuren 18 bis 22 durchzuführen ist. In dieser Ausführungsform ist die Haltevorrichtung 21 als Seilbagger ausgebildet. Das Verdichtung s Werkzeug 16, auf dessen oberes Ende die Vibrationsvorrichtung 19 aufgesetzt ist, ist dabei mittels der Halterung 20 mit dem Seil des Seilbaggers verbunden, so dass es an diesem Seil frei hängt.
Dem Einsatzgebiet von beispielsweise als Tragraupe ausgebildeten Haltevorrichtungen 21 mit Mäklern, wie in den Figuren 18 bis 22 dargestellt, sind Grenzen gesetzt. Daher wird bei zu erreichenden Verdichtungstiefen von über 20 Metern, beispielsweise bei Verdichtungstiefen von bis zu 25 Meter, 30 Meter oder 40 Meter, der Werkzeugkopf 1 an ein sehr langes Rammrohr montiert, so dass entsprechend ein sehr langes Verdichtung s Werkzeug 16 ausgebildet wird. Die Vibrationsvorrichtung 19 wird oben auf dem Verdichtung s Werkzeug 16, d. h. auf dem oberen Ende des Rammrohres, montiert. Bei dieser Variante der Vorrichtung 17 zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung setzt sich die Absenkkraft aus dem Eigengewicht des säulenförmigen Verdichtung s Werkzeugs 16, welches das Rammrohr umfasst, und dem
Eigengewicht der Vibrationsvorrichtung 19 zusammen. Das Verdichtung s Werkzeug 16, welches das Rammrohr umfasst, und die Vibrationsvorrichtung 19 hängen in diesem Falle frei am Seil. Als Haltevorrichtung 21, auch als Traggerät bezeichnet, wird beispielsweise ein Seilbagger verwendet. Sobald das Verdichtung s Werkzeug 16 auf den Boden aufgesetzt wird, wird die Vibrationsvorrichtung 19 gestartet, so dass das Verdichtung s Werkzeug 16 durch den Absenkdruck PE, gebildet durch das
Eigengewicht des Verdichtung s Werkzeugs 16 und der Vibrationsvorrichtung 19, und durch den Vibrationsdruck PV durch die Wirkung der Vibrationsvorrichtung 19, d. h. durch deren Vibrationen, Schwingungen und/oder Rammungen durch Absenken des Seils bis in die Soll versenktiefe in den Boden eingefahren, wieder angehoben und dann erneut so oft abgesenkt und angehoben wird, bis der Boden bis zur Oberfläche oder bis nahe der Oberfläche verdichtet ist. Dabei weist das Verdichtung s Werkzeug 16 aufgrund des sehr langen Rammrohres ein sehr hohes Eigengewicht auf, so dass die Absenkkraft beispielsweise der mit der Mäklervorrichtung erreichbaren Absenkkraft entspricht.
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In den Figuren 25 und 26 ist ein Beispiel einer solchen mittels des Verfahrens durchgeführten Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung eines Baugrundes durch Ausbildung einer Mehrzahl von Baugrundsäulen BS dargestellt. Im hier dargestellten Beispiel wird das Verfahren zur Herstellung einer Tiefgründung durchgeführt, wobei zur Tiefgründung ein Gründungselement 23 in den Baugrund gerammt wird und ein vorgegebener Bereich des Baugrundes vor dem Einrammen und/oder nach dem
Einrammen des Gründungselementes 23 mittels des oben beschriebenen Verfahrens durch den Einsatz des säulenförmigen Verdichtung s Werkzeugs 16 an mehreren vorgegebenen Verdichtungspositionen des Baugrundes verdichtet und/oder verfestigt wird.
Auf diese Weise ist beispielsweise eine Mastgründung für eine Stromleitung herzustellen, wobei die jeweilige Mastgründung aus einem so genannten
Mono-Ramm-Rohr-Pfahl als Gründungselement 23 gebildet wird. Diese Monopfähle werden lediglich in den Baugrund eingerammt. Am jeweiligen derartigen Gründungselement 23 wird dann über eine Flanschverbindung das durch das Gründungselement 23 gehaltene Element 24, welches bei der Mastgründung für die Stromleitung als Strommast ausgebildet ist, aufgeschraubt, und danach kann die Montage der Stromleitungen am Strommast erfolgen. Dies kann nur in Baugrundverhältnissen angewandt werden, bei welchen bis in größere Tiefen leicht rammbare Böden anstehen. Dies sind in der Regel strukturschwache Böden, die zu großen Verformungen neigen. Durch die Verdichtung und/oder Verfestigung des Baugrundes wird eine Standsicherheit solcher beispielsweise als Monopfähle ausgebildeten Gründungselemente 23 und der daran angeordneten zu haltenden Elemente 24 erheblich gesteigert. Auf diese Weise wird eine Standsicherheit des Gründungselementes 23 und des daran angeordneten zu haltenden Elementes 24 deutlich gesteigert, da der verdichtete und/oder verfestigte Boden seitlich gegen das eingerammte Gründungselement 23 presst, wie in Figur 25 durch zweite Pfeile P2 schematisch dargestellt. Dadurch wird sichergestellt, dass das zu haltende Element 24 und das Gründungselement 23 auf das zu haltende Element 24 und über dieses auf das Gründungselement 23 einwirkenden Lasten, deren verschiedene mögliche Wirkrichtungen in Figur 25 durch dritte Pfeile P3 schematisch dargestellt sind, standhalten, ohne ihre Position zu verändern, d. h. ohne zu kippen oder einzusinken.
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Zweckmäßigerweise werden die Verdichtungspositionen, an welchen das
Verdichtung s Werkzeug 16 eingesetzt wird, auf zumindest einem konzentrischen Kreis, bevorzugt, wie in Figur 26 in einer Draufsicht von oben ersichtlich, auf mehreren konzentrischen Kreisen, um das in den Baugrund eingerammte Gründungselement 23 herum oder um eine Einrammposition herum, an welcher das Gründungselement 23 eingerammt werden soll, angeordnet. Diese Untergrundverbesserung in konzentrischen Kreisen durch das beschriebene Verfahren wird bevorzugt nach dem Einrammen des Pfahls, d. h. des Gründungselementes 23, durchgeführt. Dadurch wird zunächst ein leichtes Einrammen des Gründungselementes 23 in den noch nicht verdichteten und/oder verfestigten Baugrund ermöglicht und anschließend wird durch das
Verdichten und/oder Verfestigen auf die beschriebene Weise ein verbesserter Baugrund ausgebildet, welche erheblich bessere Ergebnisse in statischen Berechnungen aufweist.
Bei der Berechnung der Standsicherheit spielt die Lagerungsdichte der Böden eine große Rolle. Durch die zusätzliche Untergrundverbesserung ist der Baugrund erheblich verbessert und kann größere Bettungskräfte aufnehmen, so dass günstigere Ergebnisse in statischen Berechnungen erzielt werden oder die Verwendung von Monopfählen erst möglich wird. Somit besteht ein technisches und kommerzielles Interesse, die
Bedingungen für die Gründung eines Monopfahls zu verbessern. Dies wird durch das beschriebene Verfahren erreicht. Die mit dem Verfahren als Gründungselement 23 verwendbaren Monopfähle sind beispielsweise als Stahlrohr mit einem Durchmesser von 150 cm bis 180 cm ausgebildet. Auch größere oder kleinere Durchmesser sind möglich. Des Weiteren sind auch andere Materialien möglich, beispielsweise Beton, Stahlbeton oder Holz. Auch einzelne Mikropfähle oder Gruppen von Mikropfählen können als Gründungselement 23 verwendet werden.
Die Verdichtung des jeweiligen Bodenbereichs an unterschiedlichen Verdichtungspositionen kann bis in unterschiedliche Verdichtungstiefen durchgeführt werden, d. h. die Tiefe der ausgebildeten Baugrundsäulen BS kann voneinander abweichen. Dabei kann jede der Baugrundsäulen BS jeweils gleich tief sein wie das eingerammte Gründungselement 23 oder weniger tief oder tiefer. Beispielsweise nimmt bei Verdichtungspositionen, welche in unterschiedlichen Abständen zu dem in den Baugrund eingerammten Gründungselement 23 oder zu der Einrammposition, an welcher das
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Gründungselement 23 eingerammt werden soll, angeordnet sind, beispielsweise auf verschiedenen konzentrischen Kreisen, die Verdichtungstiefe, bis zu welcher die Verdichtung des jeweiligen Bodenbereichs durchgeführt wird, mit zunehmendem Abstand von dem in den Baugrund eingerammten Gründungselement 23 oder von der Einrammposition, an welcher das Gründungselement 23 eingerammt werden soll, ab oder zu. D. h. die Baugrundsäulen BS sind beispielsweise um so tiefer, je näher sie dem Gründungselement 23 oder dessen vorgesehener Einrammposition sind, oder sie sind um so tiefer, je weiter entfernt sie vom Gründungselement 23 oder von dessen vorgesehener Einrammposition sind.
Bei abnehmender Verdichtungstiefe mit zunehmender Entfernung vom Gründungselement 23 oder von dessen vorgesehener Einrammposition wird auf diese Weise beispielsweise eine Tropfenform des verdichteten und/oder verfestigten Bodens ausgebildet, d. h. auf dem inneren konzentrischen Kreis wird der Boden bis in eine große Verdichtungstiefe verdichtet und/oder verfestigt und auf jedem weiteren konzentrischen Kreis nach außen stets bis in eine etwas geringere Tiefe. Auch die umgekehrte
Vorgehensweise ist möglich. Des Weiteren können auch die Baugrundsäulen BS eines jeweiligen konzentrischen Kreises unterschiedliche Verdichtungstiefen aufweisen. Dies wird beispielsweise von einer jeweiligen Bodenbeschaffenheit vor der Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung und von einer durch die Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung zu erzielenden Bodenbeschaffenheit abhängig gemacht.
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BEZUGSZEICHENLISTE
Werkzeugkopf
Werkzeug spitze
.1 Grundelement
.2 Spitzenelement
Trägerelement
Adapterelement
Befestigungsöffnung
Schraubelement
Befestigungsbolzen
Aufreißwerkzeug
oberer Anschlag
10 unterer Anschlag
11 Befestigungsausforaiung
12 Gleitlager
13 Ela stomereinlage
14 Austrittsöffnung
15 Anschluss
16 Verdichtung s Werkzeug
17 Vorrichtung
18 Grundkörper
19 Vibrationsvorrichtung
20 Halterung
21 Haltevorrichtung
Aggregat
23 Gründung selement
24 gehaltenes Element
AT Absenktrichter
B von der Verdichtung swir
BS Baugrundsäule
EP Endposition
H Hubhöhe
LBM loses Bodenmaterial
. .
PI erster Pfeil
P2 zweiter Pfeil
P3 dritter Pfeil
PE Absenkdruck
PV Vibrationsdruck
S Schwenkachse
SP Säulenspur
SPW Säulenspurwandung
TS Sollversenktiefe
T Versenktiefe
t Zeitverlauf
VBM verdichtetes Bodenmaterial
VM verdichtungsfähiges Material
Claims
1. Verfahren zur Boden Verdichtung und/oder Bodenverfestigung von Sanden und Kiesen, wobei ein säulenförmiges Verdichtung s Werkzeug (16) vertikal oder schräg nach unten in einen zu verdichtenden Bodenbereich abgesenkt wird und mittels einer Vibrationsvorrichtung (19) Vibrationen im Verdichtungswerkzeug (16) erzeugt werden, um den Bodenbereich zu verdichten, wobei durch die Vibrationsvorrichtung (19) in Längsrichtung des Verdichtung s Werkzeugs (16) Vibrationsbewegungen des Verdichtungswerkzeugs (16) erzeugt werden, wobei das Verdichtung s Werkzeug (16) durch eine Absenkkraft und durch die Vibrationsbewegungen auf eine vorgegebene Soll versenktiefe (TS) abgesenkt wird und danach zumindest einmal um eine vorgegebene Hubhöhe (H) angehoben wird und durch die Absenkkraft und die Vibrationsbewegungen wieder soweit erneut abgesenkt wird, bis dem erneuten Absenken ein vorgegebener Widerstand entgegenwirkt, wobei zumindest ein an einem Werkzeugkopf (1) an einem unteren Ende des Verdichtung s Werkzeugs (16) angeordnetes Aufreißwerkzeug (8) durch das Anheben des Verdichtungswerkzeugs (16) seitlich an einem länglichen und im Wesentlichen auf einer Längsachse des Verdichtungswerkzeugs (16) angeordneten Trägerelement (3) des Werkzeugkopfes (1) vorbei in eine Aufreißposition geschwenkt wird, in welcher es im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelementes (3) ausgerichtet ist und einen Außenumfang des Werkzeugkopfes (1) überragt, wobei mittels des zumindest einen Aufreiß Werkzeugs (8) während des Anhebens des Verdichtung s Werkzeugs (16) eine Säulenspurwandung (SPW) aufgerissen wird und Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung (SPW) herausgelöst wird, und wobei das zumindest eine Aufreißwerkzeug (8) durch das Absenken des Verdichtung s Werkzeugs (16) aus der Aufreißposition heraus geschwenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben des Verdichtungswerkzeugs (16) um die vorgegebene Hubhöhe (H) und das nachfolgende Absenken alternierend so oft wiederholt wird, bis dem Absenken der vorgegebene Widerstand bereits entgegenwirkt, wenn sich das Verdichtung s Werkzeug (16) auf einer vorgegebenen Endposition (EP) befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass ein sich durch die Boden Verdichtung an einer Bodenoberfläche über der Bodenverdichtung ausbildender Absenktrichter (AT) während und/oder nach der mittels des Verdichtung s Werkzeugs (16) durchgeführten Bodenverdichtung mit einem verdichtungsfähigen Material (VM) aufgefüllt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass ein durch das Verdichtung s Werkzeug (16) auf den zu verdichtenden Bodenbereich einwirkender Absenkdruck (PE), ein einwirkender Vibrationsdruck (PV) und eine Versenktiefe (T) des Verdichtungswerkzeugs (16) ermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anheben des Verdichtung s Werkzeugs (16) um die vorgegebene Hubhöhe und vor dem nachfolgenden Absenken das Verdichtungswerkzeug (16) eine vorgegebene Zeitdauer in der angehobenen Stellung bei aktivierter Vibrationsvorrichtung (19) verharrt wird, so dass
Bodenmaterial nachsacken und unter den Werkzeugkopf (1) gelangen kann.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtung s Werkzeug (16) mittels eines Antriebs einer Haltevorrichtung (21), an welcher das Verdichtung s Werkzeug (16) vertikal bzw. schräg nach unten beweglich angeordnet ist, derart abgesenkt wird, dass durch den Antrieb der Haltevorrichtung (21) während des Absenkens zumin-
dest zeitweise eine Kraft in Absenkrichtung auf das Verdichtung s Werkzeug (16) einwirkt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein fluides Medium in eine Säulenspur (SP) und/oder in einen an die Säulenspur (SP) angrenzenden Bodenbereich eingebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Tiefgründung zumindest ein Gründungselement (23) in einen Baugrund gerammt wird, wobei ein
vorgegebener Bereich des Baugrundes vor dem Einrammen und/oder nach dem Einrammen des Gründungselementes (23) durch den Einsatz des säulenförmigen Verdichtung s Werkzeugs (16) an mehreren vorgegebenen Verdichtungspositionen des Baugrundes verdichtet und/oder verfestigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungspositionen, an welchen das Verdichtungswerkzeug (16) eingesetzt wird, auf zumindest einem konzentrischen Kreis um das in den Baugrund eingerammte Gründungselement (23) herum oder um eine Einrammposition herum, an welcher das Gründungselement (23) eingerammt werden soll, angeordnet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung des jeweiligen Bodenbereichs an unterschiedlichen Verdichtungspositionen bis in unterschiedliche
Verdichtungstiefen durchgeführt wird.
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