DE3002680C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Unterfangungskörpern unter Fundamenten oder von Abdichtungs­ membranen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 21 24 385 bekannt. Es ist eine allgemeine Anforderung der Praxis, eine große Reichweite des Hochdruckstrahles des erhärtenden flüssigen Stoffes zu erzielen. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, ist in der Vorveröffentlichung gelehrt, daß zusätzlich ein Druckluftstrahl in den Boden eingebracht wird. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß diese Lösung wenigstens nicht voll zu be­ friedigen vermag, weil die Reichweite des bekannten Verfah­ rens gegenüber einem solchen, das keine Druckluft verwendet, nicht nennenswert vergrößert werden konnte. Es kommt hinzu, daß die Vorrichtung zur Durchführung des bekannten Verfahrens ein Injektionsrohr aufweist, das mit mindestens zwei koaxia­ len und unter einem Winkel zur Rohrachse gerichteten Düsen ausgerüstet ist, wobei der erhärtende Stoff oder seine Kom­ ponenten unter hohem Druck injiziert und der Druckluftstrahl durch die äußeren Ringdüsen in den Boden eingebracht wird. Die verwendeten koaxialen Düsen sind dementsprechend technisch aufwendig und störanfällig.

Die Fachwelt hat bei einem Verfahren nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2, bei welchen es darauf ankommt, daß der anstehende Boden zerstört wird, keinen besseren Lösungsweg gesehen, obwohl bereits vor dem A.T. der DE-OS 21 34 385 ein Verfahren zur Baugrundverdichtung bekannt war, bei welchem ein Auspressen des Baugrundes mit einer Flüssigkeit erfolgt, wobei diese einerseits unter Anwendung von Druck eingepreßt, andererseits wechselnden Druckstößen von hoher Frequenz aus­ gesetzt und infolgedessen eine Verdichtung des Baugrundes und eine Erweiterung des Bohrloches herbeigeführt wird (DE-OS 17 59 692). Bei diesem Verfahren bewirken also die durch den Druckwechsel mit hoher Frequenz erzeugten Schwingungen eine Verdichtung sowie damit eine Verfestigung des Baugrundes und dadurch eine Erweiterung des Bohrloches; der anstehende Boden wird jedoch nicht zerstört.

Gleichfalls vor dem A. T. der DE-OS 21 34 385 war aus der DD-PS 5 659 ein Verfahren zum Abdichten klüftiger Felsschichten, Lockergesteins und rissigen Bauwerks durch Einpressen von Luft und Dichtungsmitteln bekannt, bei dem die Klüfte, Risse und lockeren Schichten durch Druckwasser bzw. Druckluft ausgespült werden, um das Eindringen der Dichtungsstoffe zu erreichen und die Reichweite derselben zu vergrößern. Dabei können durch Pulsieren des Spül- und Einpreßstromes noch größere Reich­ weiten erzielt werden. Auch bei diesem Verfahren bleibt also die Struktur des Bodens erhalten; der anstehende Boden wird also nicht zerstört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Ver­ fahren nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 derart zu verbessern, daß dem Hochdruckstrahl ohne Beeinträchtigung seiner Funktion, den anstehenden Boden zu zerstören, eine ver­ größerte Reichweite verliehen wird.

Diese Aufgabe wird durch den Verfahrensschritt gemäß dem Kenn­ zeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Während im Stand der Technik ein zusätzlicher Druckluftstrahl in den Boden einge­ bracht worden war, wird erfindungsgemäß der anstehende Boden mit möglichst großer Reichweite des Düsenstrahles in der Weise zerstört, daß der Strahl intermittierend verdichtet wird, wobei er etwa im Bereich der angegebenen Frequenz pulsiert. Der pulsierend arbeitende Hochdruckdüsenstrahl des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist also erstmals für den Zweck eingesetzt, den anstehenden Boden zu zerstören und eine wirksamere Boden­ erosion herbeizuführen. Daß die Lösung der gestellten Aufgabe durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 erzielt werden könnte, war angesichts des neuen Zwecks, zu dessen Erreichung der pulsierende Hochdruckstrahl im Rahmen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens eingesetzt wird, nicht voraussehbar, für den Praktiker vielmehr überraschend, da mit einem intermittierend verdichteten Hochdruckstrahl eine zwischen 50% bis 100% ver­ größerte Reichweite erzielbar ist, während normalerweise von einem ununterbrochenen, gleichmäßig starken Hochdruckstrahl eine größere Erosionskraft zu erwarten ist. Der im Kenn­ zeichen mit "etwa" eingeleitete Frequenzbereich dient dem­ entsprechend dazu, dem Fachmann im Rahmen der ursprünglichen Offenbarung eine vollständige Lehre für technisches Handeln zur Erreichung des neuen Zwecks einer wirksameren Boden­ erosion an die Hand zu geben.

Der intermittierende Hochdruckstrahl kann durch eine Kolben­ pumpe, die ohne einen Pulsierungsdämpfer bzw. ohne Windkessel arbeitet, erzeugt werden. Möglich ist jedoch auch eine me­ chanische Vorrichtung vor den Düsen, die durch wechselseitiges Öffnen und Schließen infolge Rotation einer geschlitzten, zy­ linderförmigen Steuervorrichtung mindestens zwei Austritts­ düsen beschickt.

Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe besteht in dem Kennzeichen des Patentanspruchs 2. Auch die im Hochdruckstrahl des erhärtenden flüssigen Stoffes enthaltene gasförmige Phase ergibt eine Vergrößerung der Reichweite bei technisch befriedigender Durchmischung mit dem anstehenden Material des Untergrundes, da die nach Verlassen der Düse expandierende gasförmige Phase die Zerstörung des Gefüges des anstehenden Bodens oder der Aufschüttung wesentlich unterstützt. Die gasförmige Phase kann mit einem Hochdruckkompressor oder aus einem Hochdruckbehälter in den zur Austrittsdüse führenden Strom des flüssigen Stoffes eingeleitet werden.

Aus der DE-PS 6 93 642 ist ein Einpreßrohr mit Öffnungen zum Einbringen von Verfestigungsmitteln in den Baugrund und zum Auf­ lockern des Baugrundes durch Druckluft bekannt, bei dem die Öffnungen in Form von nach außen sich verengenden Düsen an der Innenwandung des Rohres angebracht sind. Diese Düsen haben den Zweck, Dampf oder Luft und Dichtungsstoffe in feinst verteiltem Zustand und mit hoher Geschwindigkeit in die Poren der zu verdichtenden Stoffe einzubringen und dadurch eine stärkere und vor allem gleichmäßigere Durchtränkung des Baugrundes herbeizuführen. Durch die Anwendung dieser Düsen verringert sich zwar die Eindringungstiefe der Dichtstoffe, aber es erfolgt eine wesentlich gleichmäßigere und stärkere Durchtränkung des Baugrundes, wodurch im Endergebnis eine größere Festigkeit erzielt wird. Allerdings ist es erforder­ lich, die Einpreßrohre dichter zu setzen. Auch bei diesem Verfahren wird jedoch die Kornstruktur des Bodens erhalten und nicht zerstört.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren nach dem Patentanspruch 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 2 kombiniert. Dies empfiehlt sich insbesondere bei kohäsiven Böden und bei Einlagerungen grober Bestandteile.

Aus der bereits erwähnten DE-OS 21 24 385 ist auch bereits eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 oder 2 bekannt. Sie besteht aus einem Injektionsrohr, das mit mindestens zwei koaxialen und unter einem Winkel zur Rohrachse gerichteten Düsen ausge­ rüstet ist, wobei der erhärtende Stoff oder seine Komponenten unter hohem Druck injiziert und ein Druckluftstrahl durch die äußeren Ringdüsen in den Boden eingebracht wird. Die verwen­ deten koaxialen Düsen sind technisch aufwendig und störanfäl­ lig. Zudem hat die Praxis gezeigt, daß die Reichweite des bekannten Verfahrens gegenüber einem solchen, das keine Druckluft verwendet, nicht nennenswert vergrößert wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 ist in Patentan­ spruch 4 gekennzeichnet. Sie hat den Vorteil, daß nur ein Ein­ fachgestänge eingesetzt zu werden braucht. Mit einer Vorrich­ tung nach Patentanspruch 4 kann unabhängig von der Formation des Bodens der gewünschte Unterfangungskörper bzw. die Abdich­ tungsmembrane erstellt werden. Der Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung liegt dabei die Überlegung zugrunde, daß das Verfahren um so besser durchführbar ist, je näher eine oder mehrere Düsen an die auszuspülende Bodenschicht herange­ führt werden können. Wird der Düsenträger sowohl beim Absenken des Injektionsrohres als auch vorzugsweise beim Ziehen ge­ dreht, so wird der Boden bzw. der Baugrund nach der Injektion des erhärtenden Stoffes derart imprägniert, daß nach dem Erhärten ein Verfestigungselement mit Abmessungen entsteht, die auf alle Fälle denen des Düsenträgers entsprechen. Der Unterfangungskörper bzw. die Abdichtungsmembrane wird durch Wiederholungen in erforderlicher räumlicher Anordnung hergestellt.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnung bei­ spielhaft erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform des Düsenträgers und

Fig. 2 und 3 schematisch die Herstellung eines Unterfangungs­ körpers.

Die Ausführungsform des Düsenträgers 1 weist eine Kreuzform auf und ist mit dem Injektionsrohr 2 verbunden. An den horizon­ talen Teilen sind axiale und radiale Düsen 3 angeordnet. Ferner sind die unteren äußeren Ecken der horizontalen Teile abgeschrägt und weisen geneigt angeordnete Düsen 3 auf. Eine weitere Düse 3 ist in dem unteren senkrechten Teil axial angeordnet. Durch diesen Düsenträger 1 ist gewährleistet, daß auch an einem sehr kohäsiven Boden z. B. ein säulenartiger Körper hergestellt werden kann, der mit Sicherheit einen Durchmesser aufweist, der dem des Düsen­ trägers 1 entspricht.

Die Form des Düsenträgers ist jedoch nicht auf die dargestellte Form beschränkt. Für relativ lockere Böden hat sich zur Errichtung eines säulenartigen Körpers mit relativ großem Durchmesser ein Düsenträger in Dreiecksform bewährt, der in der Mitte eines Schenkels mit dem Injektionsrohr verbunden ist. An den üb­ rigen Schenkeln und an der dem Befestigungspunkt gegenüber­ liegenden Spitze sind in geeigneten Abständen voneinander Düsen angeordnet.

Der Durchmesser der Düsen liegt bei 2 bis 4 mm. Die Durch­ satzmenge beträgt 80 bis 600 l/min bei einem Druck von 100 bis 300 bar. Die Strahlgeschwindigkeit liegt bei diesen Ver­ hältnissen zwischen 100 bis 150 m/s. Die Frequenz der inter­ mittierenden Verdichtung liegt vorteilhaft zwischen 0,2 und 2 Hz, wobei die Druckdifferenz mindestens 50 bar betragen soll.

Wird eine gasförmige Phase, vorteilhaft Preßluft, dem flüssi­ gen Stoff zugeführt, soll dessen Druck mindestens 50 bar be­ tragen; aber auch flüssige Luft und Flüssigstickstoff sind dafür geeignet.

Zur Injektion wird vorteilhaft ein selbsthärtender flüssiger Stoff auf Zementbasis benutzt, der je nach Erfordernis Zu­ sätze enthalten kann.

Im folgenden wird beispielhaft die Herstellung eines Unter­ fangungskörpers erläutert.

Von der Arbeitsebene A aus wird mit einem Drehbohrgerät B der an einem Rohrstrang C montierte Düsenträger D rotierend in den Boden abgesenkt. Gleichzeitig drückt intermittierend das Pumpenaggregat E das Injektionsmittel mit hohem Druck über den Hochdruckdrehkopf F durch den Rohrstrang und die Düsen in den Boden. In situ kommt es zu einer innigen und energiereichen Vermischung des Bodens mit dem Injektions­ mittel, aus der nach einstellbarer Erhärtung eine Säule der Unterfangungskörper resultiert.

Durch die Wiederholung des Vorganges ergeben sich die im Schnitt dargestellten Säulen 1 bis 3, die zusammen einen monolithischen Körper bilden.

Die Form der Körper für Gebäudeunterfangungen hängt von der Aufgabenstellung und dem erforderlichen statischen Nachweis der Standsicherheit ab. Zwei typische Beispiele enthält die Fig. 3.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Unterfangungskörpern unter Fundamenten oder von Abdichtungsmembranen durch Injizieren eines oder mehrerer erhärtender flüssiger Stoffe unter hohem Druck in den Baugrund mittels einer in den Baugrund einzubringenden Injektionsvorrichtung, wobei der anstehen­ de Boden zerstört wird, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Stoff in Form eines intermittierend ver­ dichteten Strahles mit einer Frequenz etwa im Bereich von 0,2 bis 2 Hz injiziert wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Unterfangungskörpern unter Fundamenten oder von Abdichtungsmembranen durch Injizieren eines oder mehrerer erhärtender flüssiger Stoffe unter hohem Druck in den Baugrund mittels einer in den Baugrund einzubringenden Injektionsvorrichtung, wobei der anstehen­ de Boden zerstört wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem flüssigen Stoff vor dem Austritt aus der Injektions­ vorrichtung eine verdichtete gasförmige Phase mit einem Druck von mindestens 50 bar zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem intermittierend verdichteten flüssigen Stoff vor dem Austritt aus der Injektionsvorrichtung eine verdichtete gasförmige Phase mit einem Druck von mindestens 50 bar zugeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am unte­ ren Ende eines Injektionsrohres (2) ein Düsenträger (1) angebracht ist, dessen Düsen (3) radial oder radial und/ oder axial und geneigt angeordnet sind.