DE3300971A1

DE3300971A1 - Verfahren zum herstellen von verfestigten oder verdichteten zonen bzw. loechern im erdreich, sowie vorrichtung zur ausfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3300971A1
Application number: DE19833300971
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 8011 Pöring Reichert
Original assignee: Stump Bohr GmbH
Current assignee: Stump Spezialtiefbau 40764 Langenfeld De GmbH
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-01-13
Publication date: 1984-07-19
Also published as: DE3300971C2

Description

Patentanwalts
Dipl.-ing. E.£ee

Dlp!.-Ing. K-^

8000 Münöien 40 - Elisalwlhstr. 'M

STUMP BOHR GMBH·
Ismaning/Mchn.

"Verfahren zum Herstellen von verfestigten oder verdichteten Zonen bzw. Löchern im Erdreich, sowie Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von verfestigten oder verdichteten Zonen bzw. Löchern im Erdreich, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Zum Verfestigen bzw. Verdichten von Erdreich ist es bekannt, Inj elctionsmaterial, z.B. Zementmörtel oder Zementmilch über sogenannte Injektionslanzen in das Erdreich einzubringen. Dies setzt jeweils das zeitraubende, daher teure Bohren von Löchern voraus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfestigen oder Verdichten von Zonen im Erdreich oder das Erstellen von Löchern zu erleichtern und die hierfür notwendige Zeit erheblich zu reduzieren.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

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Dadurch, daß zur Verfestigung bzw. zur Verdichtung des Erdreiches Injektionsmaterial unter hohem Druck in Form von Strängen in das Erdreich eingeschossen wird, kann die Verfestigung des Erdreiches rasch und den Forderungen angepaßt erstellt werden. Zur·■ Verdichtung des Erdreiches sieht die Erfindung vor, daß flüssiges "Material unter hohem Druck in Form von Druckwellen gegen die Wandung des Erdreiches gerichtet wird. Auf diese Weise kann einfach eine Verdichtung des Erdreiches, gegebenenfalls unter Erweiterung eines Hohlraumes, erreicht werden, der dann zugleich als erweiteter Fuß für einen Pfahl dient. Schließlich bietet die Erfindung den Vorteil, daß bei Schießen von flüssigen Medium, z.B. Wasser, unter hohem Druck gegen das Erdreich, ein langgestrecktes Loch in diesem gebildet wird. In solche Löcher kann wiederum verfestigendes" Material oder' aber Anker o.dgl. eingebracht werden.

Für die Erfindung findet eine Injektionskanone Verwendung, die nach Art einer Kanone mit Treibladung, z.B. nach der DE-PS 29 07 759, aufgebaut sein kann.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Geländesprunges mit einer Injektionskanone zum Einschießen von Injektionssträngen;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Galändeschlitzes mit einer Injektionskanone zum Einschießen von Injektionssträngen in die parallelen Erdwände.

Fig. 3, 4 und 5

Schematische Querschnitte mit Injektionssträngen in verschiedenen Richtungen;

Fig. 6 einen schematischen Vertikalschnitt.eines Großbohrpfahles mit verdichtetem Pfahlfuß;

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht wie in Fig. 2

jedoch mit einem mit Injektionsmaterial gefüllten Geländeschlitz, bzw. Bohrloch^

Fig.. 8 einen schematischen Teilvertikalschnitt eines Bohrloches mit einer Verdichtungsvorrichtung für die Bohrlochwandung und

Fig. 9 eine schematische Seitenansicht wie in Fig. 1 zur Ausführung von Bohrungen mit einer Inj ektionskanone.

Der in Fig. 1 dargestellte Geländesprung 1 eines Lockergesteins 2 wird mittels Injektionssträngen 3 verfestigt. Hierzu werden mehrere, vorzugsweise parallele, im Abstand voneinander angeordnete Injektionsstränge 3 in das Lockergestein 2 eingebracht.

Die Injektionsstränge 3 können aus einem erhärteten zugfesten Kunststoff bestehen. Diese bilden Zugelemente.

Das Einbringen der Injektionsstränge 3 in das Lockergestein 2 erfolgt durch Einschießen von der Außenseite her. Hierzu findet eine Injektionskanone 4 Verwendung. Eine solche Injektionskanone 4 besitzt einen Aufnahmeraum für das Injektionsmaterial, z.B. flüssigen Kunststoff. Dahinter ist eine explosive Treibladung mit einer weitgehendst rückstoßfreien Explosionswirkung angeordnet. Die Injektionskanone 4 ist über eine Aufhängung 5 heb- und senkbar und

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kann in beliebigen Winkeln zur vertikalen Oberfläche des Geländesprunges 1 feststellbar, gerichtet werden. Die Injektionskanone 4 treibt nach ihrer Zündung das Injektionsmaterial unter hohem Druck und einem stark konzentrierten Strahl aus. Es dringt entsprechend dem vorbestimmten Richtungswinkel über eine entsprechende Länge in das Lockergestein 2 ein. Es können Einzelschüsse oder Schußserien entsprechend der gewünschten Eindringtiefe der Injektionsstränge 3 vorgesehen werden. Nach Verfestigung des Injektionsmaterials, z.B. Kunststoff, im Lockergestein 2 ist der Geländesprung 1 durch die zugfesten Stränge verfestigt. Diese Stränge 3 wirken als Bewehrung des Geländesprunges.

Nach Fig. 2 werden einander gegenüberliegende, vertikale Wandungen 6, wie z.B. bei einem Geländeschlitz 7 oder der Wandung eines Bohrloches, durch einander gegenüberliegende, vorzugweise horizontal verlaufende Injektionsstränge 3 verfestigt. Hierfür findet eine abgewandelte Injektionskanone 4¹ Verwendung. Diese besitzt einander gegenüberliegende, gleichgerichtete Austrittsöffnungen 8. Die Aufhängung 5' ist für den Geländeschlitz bzw. das Bohrloch entsprechend abzuändern. Die Injektionsstränge 3 gleicher Ebene werden gleichzeitig erzeugt.

Wie aus den Figuren 3, 4 und 5 ersichtlich, können bei entsprechender Winkelausrichtung der Kanone 4 nach
Fig. 1, oder der Austrittsöffnungen 8 in Form von
gerichteten Düsen bei der Kanone 4^f nach Fig. 2, die Injektionsstränge 3 auch abwärtsgerichtet, aufwärtsgerichtet oder kreuzweise verlaufen.

Bodenverfestigungen nach Fig. 3, 4 und 5 können auch bei einem Bohrloch für einen Anker bzw. einem Reibungspfahl verwendet werden. Für das Injektionsmaterial kann man dann Zement, Mörtel oder Kunstharz, also Zug- bzw.
Druckelemente bildende Materialien verwenden. Hierbei
entsteht gleichzeitig eine Verdichtung und Verfestigung

des das Bohrloch umgebenden Lockergesteins.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist es auch möglich, auf diese Weise den Fuß 9 bei einem mit Spitzen-Druck belasteten Großbohrpfahl 10 "zu bilden. Hierzu werden vom Bohrloch 11 nach abwärts weisende Injektionsstränge 3 in aus Fig'. 6 ersichtlichen Richtungen in den Bereich des Fußes 9 eingeschossen. Dadurch entsteht die Verfestigung des Bereiches des Fußes 9. Hierauf wird durch Ausgießen des Bohrloches 11 der Pfahl 10 durch Ausgießen z.B. mit Beton, gebildet.

Anstatt das Injektionsmaterial in der Injektionskanone 4 bzw. 4· unterzubringen, kann es wie nach Fig. 7 ersichtlich, auch z.B. im Geländeschlitz 7 bzw. im entsprechenden Bohrloch, insbesondere in Form eines Zementmörtels 12, untergebracht werden. Die Druckkammer 13 kann sich dann über die Austrittsöffnungen 8 jeweils mit dem Injektionsmaterial 12 vor jedem Injektionsschuß füllen. Nach Zündung der Explosivladung in der Injektionskanone 4¹ wird der in der Druckkammer 13 befindliche Zementmörtel über die Austrittsoffnungen 8, vorzugsweise als konzentrierter Strahl, aus- und in das umgebende Erdreich eingetrieben. Es bilden sich dort die Injektionsstränge 3, die das umgebende Erdreich verfestigen. Soll das umgebende Erdreich eines Bohrloches zur Erstellung eines Pfahles oder Ankers verfestigt werden, muß die Injektionskanone 4' mittels der Aufhängung 5 höhenbeweglich, aber auch um die Vertikalachse schwenkbar einstellbar sein. Die überhalb der Injektionskanone 4^! befindliche Masse an Injektionsmaterial wirkt dann als Dämm-Material während des Einschießens der Injektionsstränge 3. Infolge des dadurch gegebenen Dämmdruckes können die Austrittsöffnungen 8 .einen vergrößerten Durchmesser erhalten, so daß auch' dickere Injektionsstränge 3 zum Zwecke, der Verfestigung des um- " gebenden Erdreiches erstellt werden können.

Wird nur ein Verdichten von Zonen an vorbestimmten Stellen im umgebenden Lockergestein gewünscht, kann nach Fig. 8 eine abgeänderte Kanone 4¹' verwendet werden. An den die Explosivladung, gegebenenfalls in Form eines Magazins aufnehmenden Teil 14, schließt sich ein birnenförmiger Austrittsteil 15 an. Dieser besitzt in unterschiedlichen Höhen einander diametral gegenüberliegende, bzw. für den Einsatz in ein Bohrloch um den Umfang gleichmäßig verteilte Austrittsöffnungen 16. Im Gelandeschlitz 7 bzw. im entsprechenden Bohrloch befindet sich neben der Kanone 4¹¹ mit der entsprechenden Aufhängung zur höhenmäß'igen und gegebenenfalls winkelmäßigen Einstellung, ein flüssiges Medium 17. Hierfür kann Wasser, Zementmilch oder flüssiger Beton verwendet werden. Auch andere flüssige Materialien könnten eingesetzt werden. Dieses flüssige Medium 17 dringt wiederum über die Öffnungen 16 in das Innere des Austrittsteils 15 ein und füllt diesen an. Nach Zündung der Kanone 4'' werden durch die Explosivladung Druckwellen in den angedeuteten Pfeilrichtungen über die Austritt söffnungen 16 nach außen gegen, die Wandungen 6 des Geländeschlitzes 7 bzw. die des entsprechenden Bohrloches gedrückt. Druck und Größe der Austrittsöffnungen sind so bestimmt, daß das flüssige Medium, wie in Fig. 8 angedeutet, die Wandung des Geländeschlitzes bzw. Bohrloches zurück drückt und dadurch das umgebende Material verdichtet. Im Falle eines Bohrloches kann durch diese Erweiterung zugleich der notwendige Raum für den Fuß eines Pfahles geschaffen werden. Der notwendige Dämmdruck wird wiederum durch das in entsprechender Höhe über der Kanone 4 '· befindliche flüssige Medium 17 geliefert.

Der Austrittsteil 15 kann auch aus einem geschlossenen Sack aus vorzugsweise elaizischem Material bestehen." Die Treibgasladung erweitert den Sack plötzlich, wodurch eine Druckwelle im umgebenden Medium entsteht, die sich aufdie Wandung 6 überträgt. Hierdurch wird das-Erdreich

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verdichtet. Der hydrostatische Druck des Mediums 17 bewirkt das Austreiben des Treibgases unter Flachlegen des Sackes.

Neben dem Verfestigen und Verdichten des umgebenden Lockergesteins bzw. Erdreiches kann nach Fig. 9 aber auch ein Bohren von Löchern erreicht werden. Es findet wiederum eine Kanone 4^!lt mit entsprechender Aufhängung 5 zum gezielten Einschießen eines flüssigen Mediums in einen Geländesprung 1 eines Lockergesteins 2 Verwendung. Diese Kanone kann eine Kanone mit einer Explosionsladung sein. Es kann aber auch eine Kanone mit einer einen sehr hohen Pumpdruck erzeugenden Pumpe sein. An den die Explosivladung bzw. die Pumpe aufnehmenden Kanonenteil 18 schließt sich wiederum ein Düsenteil 19 zur Aufnahme und Konzentrierung des flüssigen Mediums, z.B. Wasser, an. Nachdem mit hohem Druck und entsprechender Konzentrierung der Wasserstrahl in das Lockergestein eingeschossen wurde und ein Loch 20 entstand, kann das Düsenteil 19 eine vorne aufsteckbare, in das Loch 20 passende, Verlängerungsdüse 21 erhalten, welche in das erzielte Loch eingeführt und mit dem Düsenteil 19 verbunden wird. Durch-einen erneuten Schuß, eine Schußserie bzw. Eindrücken eines Wasserstrahls kann das Loch 20, wie strichliert angedeutet, in das Lockergestein 2 hinein verlängert werden. Dieses Loch kann mit verfestigtem Material, wie z.B. Zementmörtel o.dgl. ausgefüllt werden oder als Loch für einen Injektionsanker o.dgl. Verwendung finden.

Patentanw^i Dipl.-!ng. I Dipl.-Ing. K. Siibfeschke

8000 München 40 //ElfSibethstr. Si

Claims

■Patentanwälte DipI.-lng.E.Eder Dipl.-Ing. K.Schjeschke München 40 - Elisabethsir. 34 STUMP BOHR GMBH Isaming/Mchn. "Verfahren zum Herstellen von verfestigten oder verdichteten Zonen bzw· Löchern im Erdreich, sowie Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens" Patentansprüche :

1. Verfahren zum Herstellen von verfestigten oder verdichteten Zonen bzw. Löchern im Erdreich, dadurch gekennzeichnet, daß fließfähiges Material unter hohem Druck und in konzentrierter Form gegen die Wandung des Erdreiches bewegt wird, wobei Druck und Konzentrierung so bemessen sind, daß das Material die Erdreichwandung unter Zurückdrängung verdichtet oder in das Erdreich eingeschossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material zur Injektion in das Erdreich Zementmörtel, Zementmilch oder flüssige»; zugfester oder druckfester Kunststoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material zur Bildung von Löchern im Erdreich Wasser verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Materialdruckes eine Kanone mit explosiver Treibladung und Kammer zur Materialaufnahme verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Injektionsstränge im Abstand voneinander, senkrecht oder unter einem Winkel zur Erdoberfläche eingeschossen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsstränge sich kreuzend in das Erdreich eingeschossen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsstränge gleichzeitig in zueinander entgegengesetzen Richtungen in das Erdreich eingeschossen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Druckerzeugung dienende Kanone von fließfähigem Material umgeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckerzeugung eine Wasserkanone mit Wasserpumpe verwendet wird.

10. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanone (4, 4¹, 4'», 4¹¹¹) an einer Aufhängung (5) der Höhe und dem Richtungswinkel nach ein- und feststellbar angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanone (4¹) einander gegenüberliegende, seit-

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liehe Austrittsöffnungen (8) besitzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanone (4¹¹) in unterschiedlichen Höhen Austrittsöffnungen (16) besitzt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsteil {15) der Kanone (4··) birnenförmig ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanone (4¹¹¹) ein lanzenförmiges, ansetz bares Düsenstück (21) besitzt.

Patentanwälte Dlpl.-lng.EiEder Dipl.-Ing. K. a 8000 München 40 -y