DE69825291T2

DE69825291T2 - Baugrundbehandlung

Info

Publication number: DE69825291T2
Application number: DE69825291T
Authority: DE
Inventors: Alfred Roger BULLIVANT
Original assignee: Roxbury Ltd
Current assignee: Roxbury Ltd
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: ATE349576T1; US6505998B1; GB2345509A; AU8815498A; GB2345509B; PT1431463E; WO1999009261A1; EP1005593A1; DE69836769D1; ES2279991T3; DE69825291D1; EP1005593B1; ES2226165T3; EP1431463A1; GB0006483D0; DE69836769T2; ATE272149T1; PT1005593E; EP1431463B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bodenbehandlung und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf die Kompaktierung eines Bodens, wie z.B. verlassene Industriegrundstücke, bei der Vorbereitung für die Bebauung.
Das Dokument SU-A-1463867 beschreibt eine Bodenbehandlungsvorrichtung, auf welcher der einleitende Teil von Anspruch 1 beruht.
Die Erfindung stellt eine Bodenbehandlungs-Vorrichtung bereit, die beschwert ist, um eine Bodenbehandlung durch Fallenlassen der Vorrichtung auf den Boden zu erzeugen, wobei die Vorrichtung eine Vielzahl relativ schmaler Nasen hat, die an jeweiligen Vorsprüngen ausgebildet sind und im Betrieb die Punkte der ersten Berührung mit dem Boden bilden, wobei die Vorsprünge im wesentlichen über die Oberfläche eines gemeinsamen Gliedes tessellieren, von dem sie hervorstehen, und wobei sich die Vorsprünge von der Nase weg zu dem gemeinsamen Glied unter einem Winkel von im wesentlichen 45° oder mehr aufweiten. Jede Nase kann im wesentlichen kegelförmig oder pyramidenförmig sein. Das gemeinsame Glied kann eine Platte sein, die quadratisch, rechteckförmig oder kreisförmig sein kann.
Die Vorsprünge können eine quadratische oder hexagonale Basisform haben.
Die Vorrichtung kann einen gemeinsamen Körper aufweisen, an dem ein Arbeitsabschnitt abnehmbar angebracht sein kann, wo bei der Arbeitsabschnitt durch einen alternativen Arbeitsabschnitt ersetzt werden kann. Die Vorrichtung kann mindestens einen Arbeitsabschnitt aufweisen, der eine Vielzahl von Vorsprüngen erzeugt, die von einem gemeinsamen Glied hervorstehen.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Boden-Kompaktierung bereit, bei dem eine Bodenbehandlungs-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auf den Boden fallengelassen wird.
Vorzugsweise wird eine anfängliche Kompaktierung des Bodens erzielt, woraufhin ein Bügelungsdurchgang anschließend durchgeführt wird, indem man eine weiter oben beschriebene Bodenbehandlungs-Vorrichtung verwendet, und wobei der behandelte Boden anschließend gewalzt wird. Durch die Nasen gebildete Vertiefungen werden vorzugsweise vor dem Walzen gefüllt. Der Bügelungsdurchgang behandelt vorzugsweise im wesentlichen die ganze Fläche des Bodens. Es kann eine anfängliche Kompaktierung mittels einer anderen Bodenbehandlungs-Vorrichtung erzielt werden, die beschwert ist, um eine Bodenbehandlung durch Fallenlassen der Vorrichtung auf den Boden zu erzeugen, wobei die Vorrichtung eine relativ schmale Nase hat, die im Betrieb den Punkt der ersten Berührung mit dem Boden bildet, und wobei sich die Vorrichtung von der Nase weg aufweitet. Die Nase der anderen Vorrichtung kann spitz sein. Die Nase der anderen Vorrichtung kann die Spitze eines kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Abschnitts der Vorrichtung sein. Die andere Vorrichtung kann sich von der Nase weg unter einem Winkel von im wesentlichen 45° oder mehr auf weiten. Die Nase der anderen Vorrichtung kann eine im wesentlichen kegelförmige Spitze sein und einen Kegelwinkel von im wesentlichen 45° haben. Die andere Vorrichtung kann einen Körper mit im we sentlichen kegelstumpfförmiger Gestalt aufweisen, der sich im Betrieb oberhalb der Spitze befindet und einen Kegelwinkel von mehr als 14° hat. Der Kegelwinkel liegt vorzugsweise im Bereich von 14 bis 20°, wie z.B. 17°.
Es werden nun Beispiele der vorliegenden Erfindung beispielhaft und ausführlicher anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben, wobei:
1 eine schematische Perspektivansicht einer Bodenbehandlungs-Vorrichtung zur Verwendung bei einem Verfahren gemäß der Erfindung ist;
2a bis 2e schematische Vertikalschnitte durch den Boden sind, welche den Ablauf der Vorgänge zeigen, wenn die Vorrichtung von 1 zur Boden-Kompaktierung in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird;
3 ein schematischer vertikaler Schnitt durch eine weiter zu behandelnde Säule ist;
4 die Säule der 3 nach der weiteren Behandlung zeigt;
5 ein schematischer vertikaler Schnitt durch einen unter Verwendung der Vorrichtung von 1 gebildeten Pfahl ist;
6 eine schematische Perspektivansicht einer alternativen Bodenbehandlungs-Vorrichtung ist;
7 ein schematischer Vertikalschnitt durch die Mittellinie der Vorrichtung von 6 ist;
8 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung von 6 ist;
9a und 9b eine seitliche bzw. eine untere Ansicht einer Bügelungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
10a und 10b sowie 11a und 11b alternative Bügelungsplatten zeigen und ansonsten den 9a und 9b entsprechen;
12, 13 und 14 schematische Seitenansichten einer Vorrichtung sind, auf die alternative Arbeitsabschnitte aufgepasst sind;
15 eine schematische Perspektivansicht des in 14 gezeigten Arbeitsabschnitts ist;
16 eine den 12 bis 14 entsprechende Ansicht ist, die einen weiteren alternativen Arbeitsabschnitt im Betrieb zeigt;
17 eine schematische Perspektivansicht eines einfachen Geräts zur Verwendung mit dem Gerät der Erfindung ist;
18A und 18B eine alternative Ausführung im Betriebszustand bzw. im Aufbewahrungszustand schematisch zeigen; und
19A und 19B der 18A und 18B entsprechen und eine weitere alternative Ausführung zeigen.
1 zeigt eine Bodenbehandlungs-Vorrichtung 10, die beschwert ist, wie beschrieben wird, um eine Bodenbehandlung durch Fallenlassen der Vorrichtung auf den Boden zu ermöglichen. Die Vorrichtung hat eine relativ schmale Nase 12, die im Betrieb den Punkt der ersten Berührung mit dem Boden bildet. Die Vorrichtung ist von der Nase 12 weg über einen Abschnitt 14 auf geweitet.
Genauer gesagt hat die Vorrichtung 10 eine Lastösen-Anordnung 16, mittels der sie an einem Kabel 18 hängen kann, um zu ermöglichen, dass die Vorrichtung 10 mittels eines Krans angehoben wird und dann auf den Boden fallengelassen wird. Unterhalb der Lastöse 16 ist eine relativ breite Scheibe 20 im wesentlichen horizontal angeordnet, um eine Schulter 22 im wesentlichen um den gesamten Rand der Vorrichtung 10 herum zu bilden. Unterhalb der Schulter 22 verengt sich ein im allgemeinen kegelstumpfförmiger Abschnitt 14 von der Schulter 22 zur Nase 12 hin. An der Nase 12 bildet eine Spitze 24 den Punkt des ersten Auftreffens auf den Boden und ist aufgrund der Anordnung der Lastöse 16 stets am untersten Punkt der Vorrichtung.
Obwohl er als kegelstumpfförmig beschrieben wurde, erkennt man, dass der Abschnitt 14 Facetten aufweist. Es könnten jedoch andere Formen gewählt werden. Die Scheibe 20 könnte auch in von der Kreisform abweichenden Formen gefertigt sein und bräuchte in einigen Situationen nicht um den Rand der Vorrichtung herum kontinuierlich zu sein. Es ist jedoch wichtig, dass die Nase 12 relativ schmal im Vergleich zum Rest der Vorrichtung ist. Dies bewirkt, dass sich die Vorrichtung beim Fallenlassen in den Boden einbettet, wie noch beschrieben wird.
Die gesonderte Spitze 24 unterhalb der Schulter 22 wird ausgewählt, um die Vorrichtung 10 zu kalibrieren, indem man die maximale Tiefe einstellt, um die sich die Vorrichtung einbetten kann, bevor die Schulter 22 den Boden berührt und verhindert, dass die Vorrichtung weiter eingebettet wird oder sich eingräbt Der Durchmesser der Scheibe 20 kann um soviel erhöht werden, wie man als wünschenswert erachtet, um zu gewährleisten, dass die Vorrichtung sich nicht eingräbt, und es ist wichtig, dass die Länge L eingestellt bleibt, um die Vorrichtung zu kalibrieren, wie im folgenden beschrieben wird.
Ein Verfahren zur Boden-Kompaktierung unter Verwendung der Vorrichtung von 1 wird nun anhand von 2a bis 2e ausführlicher beschrieben.
2a zeigt den Boden 30 nach der anfänglichen Vorbereitung (bei Bedarf) durch das Bereitstellen von Pfeilern 32 aus Stein oder einem anderen speziellen Material. Die Pfeiler 32 bilden einen Sumpf für den Boden 30 verlassendes Wasser oder in den anschwellendes Wasser unter der Einwirkung der Kompaktierungskräfte eintreten kann. Die Pfeiler können einige Tage vor dem Beginn der Kompaktierung installiert werden, um Wasser abfließen zu lassen, wodurch der Boden zwischen den Pfeilern getrocknet wird. Bei anderen Bodenarten, insbesondere bei tonartigen Böden, kann Wasser innerhalb des Bodens verbleiben, bis die Kompression beginnt, kann dann jedoch durch die Wirkung der Kompakierung in die Pfeiler 32 gedrückt werden. Das Bereitstellen eines Fluchtweges für dieses Wasser hilft verhindern, dass tonartiges Material zusammenbricht, indem man den Porendruck abbaut, der sich innerhalb des Tons in Folge der Kompaktierung aufbaut. Die thixotropische Eigenschaft von Tonmaterialien kann bewirken, dass diese unter der Kompaktierung in plattenartige Schichten zerbrechen, wobei diese Schichten sich aneinander vorbeibewegen, ohne dass eine Kompaktierung stattfindet, doch hat sich gezeigt, dass, wenn das Wasser den Ton verlassen kann, diese Art Zusammenbruch weniger häufig auftritt. Wenn der komprimierte Untergrund eine körnigere Eigenschaft hat, wie z.B. sandiger Boden, ist es weniger wahrscheinlich, dass der Wassergehalt die Kompaktierung beeinflusst, so das sich in diesem Fall das Vorsehen von Pfeilern 32 als vorbereitender Schritt erübrigen kann.
2b zeigt den Beginn des Kompaktierungsvorgangs. Die Vorrichtung 10 wird voraussichtlich wiederholt und wahrscheinlich mittels eines Krans auf den Boden zwischen den benachbarten Pfeilern 32 fallengelassen. Wenn die Spitze 24 auf den Boden 30 auftritt, bettet sich die Vorrichtung 10 in den Boden ein, wie dies durch die gestrichelte Linie gezeigt ist. Die kegelförmige oder beinahe kegelförmige Eigenschaft der Vorrichtung führt nicht nur dazu, dass sich die Vorrichtung einbettet, sondern erzeugt auch Kompaktierungskräfte, die sich vorwiegend in den durch die Pfeile 34 in 2b gezeigten Richtungen erstrecken. Das große Gewicht und die große Fallhöhe mit jedoch kleiner (Punkt)-Fläche gewährleisten ein starkes Eindringen der Kompaktierungskräfte, jedoch keine tiefen Löcher. Insbesondere das Gewicht und die Größe der Vorrichtung können so gewählt werden, dass die Vorrichtung ohne weiteres den Rückkehrkoeffizienten des Bodens (ein Maß seiner Elastizität) überwindet. Insbesondere wird durch Verwenden eines schweren Gewichts und einer großen Fallhöhe eine große Menge Energie bei jedem Fallenlassen eingetragen, die jedoch auf eine kleine Fläche konzentriert wird, wodurch eine hocheffiziente Kompaktierung erzeugt wird.
Anfänglich kann der Boden weich sein, und die Vorrichtung 10 kann sich tief einbetten, wobei jedoch durch die Schulter 22 verhindert wird, dass sie sich eingräbt.
Der Fachmann versteht ohne weiteres, dass die spitze Form der Vorrichtung 10 ermöglicht, dass der Aufprall auf den Boden mit viel weniger wilder Bildung von Staubwolken und Schutt erfolgt als im Falle einer herkömmlichen Flachplatten-Kompaktierungsvorrichtung oder einer Abrissbirne selbst dann, wenn die zugeführte Energie größer ist. Die Spitze verhindert eine Bodenvibration und ist im allgemeinen leise. Es kann jedoch in den Boden mehr Energie eingetragen werden, wobei dies durch das Gewicht der Vorrichtung 10 und die Höhe, aus der man es fallen lässt, bestimmt wird, doch wird die Energie tiefer in den Boden gerichtet, wie dies die Pfeile 34 zeigen.
2c zeigt die Position, nachdem die Vorrichtung 10 fallengelassen wurde und dann aus dem Boden 30 entfernt wurde. Eine Vertiefung 36 wurde gebildet, und ein Bogen 38 aus kompaktiertem Boden wurde zwischen den Pfeilern 32 gebildet.
Die Vorrichtung 10 kann wiederholt in die Vertiefung 36 fallengelassen werden, wodurch die Kompaktierung des Bodens weiter erhöht wird, bis der Bediener feststellt, dass ein passendes Ausmaß an Kompaktierung erzielt wurde. An dieser Stelle wird diese Feststellung durch Beurteilung und Erfahrung erzielt, doch im Gegensatz zur Situation mit einer herkömmlichen Flachplatten-Kompaktierungsvorrichtung wird der Benutzer durch die Form der Vorrichtung 10 und das Vorhandensein der Schulter 22 unterstützt. Die Tiefe, bis zu der die Vorrichtung 10 eindringt (und insbesondere durch Beachten, ob die Schulter 22 den Boden erreicht oder nicht), gibt dem Benutzer einen klaren visuellen Hinweis dafür, wie die Kompaktierung fortschreitet.
An dieser Stelle kann ein formloser Test durchgeführt werden, indem man die Vorrichtung 10 von einer vorbestimmten Höhe fallen lässt, wodurch in den darunter liegenden Boden eine vorbestimmte Menge Energie eingetragen wird. Durch richtiges Kalibrieren der Vorrichtung 10 durch Auswahl des Gewichts, der vorbestimmten Höhe und der Länge L von der Spitze 24 zur Schulter 22 bettet sich die Vorrichtung 10 bis zur Schulter 22 ein, wenn der Kompaktierungsgrad bei oder unterhalb eines vorbestimmten Grades ist. Wenn dieser vorbestimmte und gewünschte Grad der Kompaktierung erreicht oder überschritten worden ist, kann die Schulter 22 den Boden gerade erreichen oder kurz vor dem Boden zum Stehen kommen. Falls sich die Vorrichtung 10 einbettet, wobei die Schulter 22 oberhalb des Bodens 30 beabstandet ist, wenn man sie von der vorbestimmten Höhe fallen lässt, kann der Benutzer daher zuversichtlich sein, dass der Boden den gewünschten Grad an Kompaktierung erreicht hat.
Es ist jedoch wünschenswert, dass ein formalerer Test durchgeführt, nachdem der Boden fertiggestellt wurde, wie in 2d gezeigt ist. Um diesen Zustand zu erzielen, wird die Oberfläche des Bodens zunächst oberhalb einer in 2c gezeigten Höhe 40 gestört, indem man vorzugsweise eine Walze verwendet, wie z.B. eine Zahnwalze, eine Schaffusswalze oder eine Kissenfuß-Walze, um die Oberfläche aufzureißen, und ihr dann ermöglicht, eingeebnet zu werden, wodurch die Vertiefungen 36 und die Oberteile der Pfeile 32 wieder gefüllt werden. Nach diesem Walzen und Rückfüllen erhält man eine eingeebnete Oberfläche 42. Ein Flusstest des Kompaktierungsgrades kann dann durchgeführt werden, indem man die Vorrichtung 10 von einer vorbestimmten Höhe h (2e) fallen lässt, wobei man in diesem Fall sorgfältig misst, um zu gewährleisten, dass die Geschwindigkeit, mit der die Vorrichtung 10 auf den Boden auftrifft, und somit die beim Auftreffen eingetragene Energie genau bekannt ist. Der Boden wird eindeutig als ausreichend kompaktiert identifiziert, wenn sich ergibt, dass die Vorrichtung 10 im Boden 30 eingebettet bleibt, die Schulter 22 jedoch oberhalb des Bodens beabstandet ist.
Obwohl jede Vorrichtung 10 eine vorbestimmte Höhe zum Testen hat, wie z.B. 4 m, könnte sie zum Kompaktieren aus jeder beliebigen Höhe, insbesondere aus einer größeren Höhe, wie z.B. 7 m, verwendet werden, um die Kompaktierung rascher zu erreichen.
Man erkennt ohne weiteres, dass Vorrichtungen 10 kalibriert werden können, um unterschiedliche Kompaktierungsgrade zu messen, indem man entweder die Höhe h verändert, aus der sie fallen gelassen werden, oder indem man das Gewicht und/oder die Länge L der Vorrichtung 10 verändert. Der Grad der Verjüngung in dem Abschnitt 14 kann ebenfalls die Kalibrierung beeinflussen. Sobald jedoch, wie dies gesagt wurde, die Vorrichtung kalibriert wurde, bietet sie dem Benutzer eine fortwährende Möglichkeit, die Kompaktierung zu überwachen, während der Kompaktierungsvorgang stattfindet, und ermöglicht dem Benutzer dann, dieselbe Vorrichtung, den Kran und das Personal zu benutzen, um den Kompaktierungstest vor Ort und ohne weiteres mit dem Auge durchzuführen. Empfindliche Prüfgeräte, wie dies bisher vorgeschlagen wurde, und eine aufwändige Analyse der Versuchsergebnisse, werden nicht benötigt.
Das Gewicht der Vorrichtung ist vorzugsweise groß, wie z.B. mindestens 2.500 kg und vorzugsweise 4.000 kg oder mehr.
(Vorrichtungen mit einem Gewicht bis zu 15.000kg oder mehr werden ins Auge gefasst). In einem Beispiel könnten die Abmessungen der Vorrichtung ungefähr folgendermaßen sein:
Durchmesser der Nase 12: zwischen 350 mm und 700 mm
Breite des Abschnitts 14 an der Schulter 22: zwischen 75 mm und 1 bis 5 m
Gewicht: 2½ Tonnen bis 15 Tonnen
Fallhöhe zur Kompaktierung: 4 m bis 15 m
Bei einer Vorrichtung mit diesen Abmessungen darf erwartet werden, dass sie in der Lage ist, Boden bis auf einen Kompaktierungsgrad zu kompaktieren, der in der Lage ist, mindestens 10 t/m2 zu tragen, und anschließend die richtige Kompaktierung zu testen. Die Vorrichtung kann verwendet werden, um eine Energie von bis zu 100tm oder mehr pro Fall einzutragen.
Es ist denkbar, dass die Schulter 22 durch eine Markierung an der Oberfläche der Vorrichtung 10 ersetzt werden könnte, so dass die Beurteilung der Kompaktierung dadurch getroffen werden könnte, ob die Markierung beim Auftreffen unterhalb die Bodenhöhe geht oder nicht. Diese Anordnung würde zwar dieselben Kalibrierungs- und Testvorteile wie die Erfindung mit sich bringen, doch würde die Vorrichtung nicht daran gehindert, in weichem Boden zu Beginn der Kompaktierung eingegraben zu werden.
Das große Gewicht der Vorrichtung 10 ermöglicht bei der Verwendung zum Testen, dass die Anordnungen eine bessere Konsistenz bei weit beabstandeten Positionen über eine große behandelte Fläche ermöglichen.
Die Bodenbehandlungs-Vorrichtung 10 kann auf andere Art und Weise verwendet werden, wie dies in 3 bis 8 gezeigt.
3 ist ein Schnitt durch einen Pfeiler 50, der den Pfeilern 32 ähnlich ist, jedoch in vergrößertem Maßstab gezeigt ist. Der Pfeiler wurde durch Erzeugen eines vertikalen Lochs 52 im Boden und Auffüllen dieses Lochs mit Teilchenmaterial, wie z.B. Stein, gefüllt. Der Zweck des Pfeilers 50 kann vorwiegend zur Trockenlegung und Wasserschwall-Verringerung dienen, wie oben beschrieben wurde. Allerdings ermöglicht die Vorrichtung 10, dass der Pfeiler 50 dazu verwendet wird, um beim Abstützen eines auf dem Boden zu bauenden Gebäudes zu helfen. Wenn die Vorrichtung 10 auf den Pfeiler 50 fallen gelassen wird, wie in 3 gezeigt, wird ein Hohlraum 54 am Oberteil des Pfeilers 50 gebildet, wenn die Fallhöhe der Vorrichtung 10 ausreichend hoch ist. Die Hohlraum 54 wird dann zusammen mit anderen Verstärkungen oder Bolzen zum Untenhalten eines Gebäudes oder seiner Fundamente mit Beton gefüllt, wie in 4 gezeigt. Eine Abdeckplatte 58, wie z.B. eine Betonplatte kann dann über dem Pfeiler 50 gebildet werden, um durch den Beton 56 und den Pfeiler 50 abgestützt zu werden.
In einer alternativen Anordnung, die in 5 gezeigt ist, kann kompaktierter Boden 60 (durch das oben beschriebene Verfahren oder anderweitig kompaktiert) bei 62 durchdrungen werden, indem die Vorrichtung 10 fallen gelassen wird, um einen Hohlraum 64 zu bilden. Da der Boden 60 schon kompaktiert worden ist, wäre es üblicherweise notwendig, die Vorrichtung 10 aus einer größeren Höhe als der Testhöhe fallen zu lassen, um einen ausreichend großen Hohlraum 64 zu erzielen. Nachdem der Hohlraum 64 gebildet ist, kann ein Pfahl 66 durch den Hohlraum 64 in den darunter liegenden Boden getrieben werden. Der Hohlraum 64 kann mit Beton, wie z.B. Sparbeton oder Stein gefüllt werden, um einen Pilzkopf mit allgemein kegelförmiger Gestalt am oberen Teil des so gebildeten Verbundpfahls zu bilden. Wenn dann eine Betonplatte über dem Pfahl installiert wird, hilft dieser Pilzkopf, die Betonplatte vor der Einwirkung von Scherkräften zu schützen. Der in dieser Anordnung und der in 4 gezeigten Anordnung gebildete Pilzkopf hilft auch, die Doppelanforderung der Lastabstützung und der Biegemoment-Festigkeit zu erfüllen, die bei dieser Art von Anwendung benötigt werden.
Bei den Anordnungen von 4 und 5 könnte der Pilzkopf aus Stein oder Beton gebildet sein. In 5 könnte der Pfahl eingetrieben werden, solange der Beton in dem Pilzkopf noch nass ist.
6 zeigt ein weiteres Beispiel einer Bodenbehandlungs-Vorrichtung, die beschwert ist, um eine Bodenbehandlung durch Fallenlassen der Vorrichtung auf den Boden zu ermöglichen. Die Vorrichtung 110 hat eine relativ schmale Nase 112, die im Betrieb den Punkt der ersten Berührung mit dem Boden bildet. Die Vorrichtung erweitert sich von der Nase 112 zu einem Abschnitt 114 und dann zu einer Platte 116.
Genauer gesagt hat die Vorrichtung 110 eine Lastösen-Anordnung 118, mittels der sie von einem Kabel 120 herabhängen kann, um zu ermöglichen, dass die Vorrichtung 110 mittels eines Krans angehoben wird und dann auf den Boden fallen gelassen wird. Unterhalb der Lastöse 118 ist die Platte 116 im wesentlichen horizontal angeordnet, um eine Schulter 112 im wesentlichen um den gesamten Umfang der Vorrichtung 110 herum zu bilden. Unterhalb der Schulter 112 verjüngt sich ein im wesentlichen kegelstumpfförmiger Abschnitt 114 von der Schulter 122 zu einer Linie 124, bei welcher der Abschnitt 114 auf die Nase trifft. Die Nase 112 hat die Gestalt einer kegelförmigen Spitze 126, die sich zu einer Spitze bei 128 verjüngt.
Wenn die Vorrichtung 110 an einem Kabel 120 hängt, ist die Spitze 128 der unterste Punkt der Vorrichtung 110 und trifft als erstes auf den Boden auf, wenn die Vorrichtung 110 fallen gelassen wird.
Die Spitze 126 ist ein umgekehrter Kegel, der sich von der Spitze 128 zu der Linie 124 hin mit einem Kegelwinkel von im wesentlichen 45° auf weitet ("Kegelwinkel" wird hier so verwendet, dass er sich auf den Winkel zwischen der mittigen Achse eines Kegels und der Oberfläche des Kegels an der Spitze des Kegels bezieht). Der Kegelwinkel der Spitze 126 könnte tatsächlich größer als 45° sein, und könnte sogar bis zu 90° groß sein, wodurch die Vorrichtung 110 mit einer flachen Fläche entlang der Linie 124 dargestellt würde.
Der kegelstumpfförmige Abschnitt 114 hat in diesem Beispiel einen Durchmesser von 1 m an der Linie 124 und weitet sich mit einem Kegelwinkel von 14° oder mehr zu einem Basisdurchmesser von 1,5 m an der Platte 116 auf. Es ist wichtig, dass der Kegelwinkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts 114 aus Gründen, die weiter unten erklärt werden, größer als 14° ist (der sogenannte "Morse-Winkel"). Bei einer bevorzugten Anordnung kann der Kegelwinkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts 114 zwischen 14° und 20°, vorzugsweise bei 17° liegen. Mit einem Kegelwinkel von etwa 17° weitet sich der Abschnitt 114 von 1 m Durchmesser auf 1,5 m Durchmesser über eine Kegelhöhe von etwa 0,8 m auf.
In dem dargestellten Beispiel ist die Platte 116 quadratisch, wie man in 3 sieht, mit einer Seitenlänge von im wesentlichen 2 m.
Die Vorrichtung 110 ist für die Verwendung bei dem weiter oben anhand von 2a bis 5 beschriebenen Verfahren zur Bo den-Kompaktierung bestimmt. Die Vorrichtung wird durch das Kabel 120 angehoben und dann auf den Boden fallen gelassen. Wenn die Spitze 126 auf dem Boden auftrifft, bettet sich die Vorrichtung in den Boden ein. Man sieht jedoch, dass aufgrund des im wesentlichen 45° großen Kegelwinkels der Spitze die in den Boden zum Zeitpunkt des Auftreffens eingetragenen Kräfte vertikal nach unten und horizontal gerichtete Komponenten, jedoch im wesentlichen keine vertikal nach oben gerichtete Komponente haben.
Die Schulter 122 ermöglicht, dass die Vorrichtung gleichzeitig verwendet wird, um den Boden zu kompaktieren und den erzielten Kompaktierungsgrad zu messen. Durch Fallenlassen der Vorrichtung 110 aus einer vorbestimmten Höhe, wodurch eine vorbestimmte Menge an Energie in den darunter liegenden Boden eingetragen wird, und durch Kalibrieren der Vorrichtung 110 durch Auswahl des Gewichts, der Fallhöhe und der Länge von der Spitze 26 zu der Schulter 122, bettet sich die Vorrichtung 110 bis zu der Schulter 122 ein, falls der Kompaktierungsgrad bei oder unterhalb eines vorbestimmten Grades ist. Wenn dieser vorbestimmte und gewünschte Kompaktierungsgrad erzielt oder überschritten worden ist, erreicht die Schulter 122 gerade den Boden oder bleibt kurz vor dem Boden stehen, wenn sich die Vorrichtung einbettet. Wenn sich die Vorrichtung 110 mit oberhalb des Bodens beabstandeter Schulter 122 einbettet, wenn sie aus der vorbestimmten Höhe fallen gelassen wird, kann der Benutzer zuversichtlich sein, dass der Boden den gewünschten Kompaktierungsgrad erreicht hat.
Das Gewicht der Vorrichtung reicht aus, um beim Fallenlassen einen signifikanten Bodenbehandlungs-Effekt zu bewirken, um vorzugsweise eine passende Kompaktierung bei vielen Bedingungen in einer einzigen Fallbewegung zu bewirken. So kann z.B. die Vorrichtung eine Masse von mindestens 2.500 kg und vorzugsweise beachtlich mehr, wie z.B. 8.000 kg haben.
Man glaubt, dass die Kompaktierungseffizienz bezüglich der bekannten Kompaktierungsverfahren verbessert wird, bei denen Flachplatten auf den Boden fallen gelassen werden. In erster Linie wird die durch die fallende Vorrichtung 110 eingetragene Energie in den Boden durch eine kleinere Fläche eingetragen als es bei der flachen Platte der Fall wäre. Folglich liegt bei dem Auftreffpunkt eine kleinere Fläche und somit ein kleinerer Bereich vor, in welchem der Rückkehrkoeffizient (E-Modul) des Bodens überwunden werden muss, bevor eine wirkungsvolle Konditionierungsarbeit stattfinden kann. Folglich geht ein kleinerer Teil der eingetragenen Energie beim Überwinden des Rückkehrkoeffizienten verloren, und es wird mehr davon für die Bodenbehandlung verwendet, was zu einer größeren Effizienz für den Betrieb führt.
Einige einfache Rechnungen können die Wirksamkeit der Vorrichtung veranschaulichen.
Da die Energie, die in den Boden durch Fallenlassen der Vorrichtung eingetragen wird, im wesentlichen gleich der durch die im Behandlungsvorgang absorbierten Energie sein muss (wobei kleine, nicht quantifizierbare Verluste ignoriert werden), können wir sagen: W × H × Eff ≅ R × p × S.F. wobei:

W: = Gewicht der Vorrichtung (hier 80 kN)
H: = Fallhöhe (hier 10 m)
Eff: = Effizienz des Systems einschliesslich Verluste aufgrund der Überwindung des Rückkehrkoeffizienten (das heißt die Bodenelastizität)(wird hier als ungefähr 60% angenommen)
R: = durch die Kompaktierung erzielter Bodenwiderstand
p: = mittlere Eindringungsentfernung des Kegels (wobei die 500 mm Tiefe der Spitze 128 ignoriert werden)
S.F.: = erforderlicher Sicherheitsfaktor bei der Berechnung, der hier als 3 ausgewählt wird, um ein langfristiges Setzen der gewonnenen Strukturen auszugleichen.

Für eine erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich somit:
und somit: R = 400 kN
Eine ähnliche Rechnung kann für eine herkömmliche flache Platte durchgeführt werden. Eine Flachplatte mit einer Seitenlänge von 2 m würde eine Fläche von 4 m² bei einem einzigen Herabfallen behandeln und dieselbe Energiemenge eintragen (wenn man dasselbe Gewicht und dieselbe Fallhöhe annimmt). Die durch die Vorrichtung von 1 behandelte Fläche würde von der Eindringungstiefe (wegen der sich verjüngenden Form) abhängen, könnte jedoch mit einem Wert von etwa 1,25 m² auf der Grundlage des Durchmessers auf halber Höhe des kegelstumpfförmigen Abschnitts 114 geschätzt werden. Somit würde die flache Platte auf der Grundlage des Verhältnisses dieser Flächen einen R-Wert von:
ergeben.
Wenn die Effizienz einer Flachplatte geringer als diejenige einer Vorrichtung gemäss der Erfindung ist, was angesichts der größeren Fläche wahrscheinlich ist, wäre der durch die quadratische Platte erzielte R-Wert sogar niedriger.
Wenn sich die Vorrichtung 110 in den Boden eingebettet hat, kann sie ohne weiteres durch Anheben des Kabels 120 entfernt werden, da die Kegelwinkel des Abschnitts 114 und die Spitze 126 beide größer als der Morse-Verjüngungswinkel von 14° ist. Im Falle der Spitze 126 ist der Kegelwinkel viel größer als der Morse-Winkel. Der Morse-Verjüngungswinkel von 14° wird allgemein als der maximale Winkel bezeichnet, der ein Haften des eingebetteten Körpers innerhalb des erzeugten Loches ermöglichen würde. Durch Überschreiten dieses Winkels klebt somit die Vorrichtung 110 nicht und kann entfernt werden.
9a bis 11b zeigen Beispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen, die in erster Linie bei einem "Bügelungsdurchgang" verwendet werden, das heißt einem letzten Durchgang über die behandelte Fläche mit der Absicht, jegliche Restunebenheit in den erzielten Höhen oder bei dem erzielten Kompaktierungsgrad auszugleichen. (Daran könnte sich dann bei Bedarf ein weiteres Füllen anschließen, gefolgt durch ein Walzen mittels einer geeigneten Walze).
9a zeigt eine erste Bügelungsplatte 130 mit einem gemeinsamen Plattenglied 132 in quadratischer Form und 2 m Seitenlänge. Die Platte 132 ist während des normalen Betriebs horizontal und trägt eine Anordnung mit 16 nach unten herab stehenden quadratischen Pyramiden 114, die jeweils eine relativ schmale Nase 136 haben, die im Betrieb den Punkt der ersten Berührung mit dem Boden bilden, wobei sich jede Pyramide 134 von der Nase 136 zu der Platte 132 hin nach oben ausweitet. 9b zeigt die vollständige Anordnung aus 16 Pyramiden 134, welche aufgrund ihrer quadratischen Basisform tessellieren, um die gesamte untere Fläche der Platte 132 abzudecken.
Es kann ohne weiteres berechnet werden, dass, wenn jede Pyramide eine Neigung von 45° hat, jede der Pyramiden eine Basis-Seitenlänge von 0,5 m und eine Höhe von 250 mm hat. Die Nasen 136 der vier Pyramiden 134 in den Ecken der Platte 132 sind 1,5 m voneinander getrennt.
10a und 10b zeigen eine alternative Bügelungsplatte 140, die wiederum eine Platte 142 aufweist, von der sich Pyramiden 144 nach unten erstrecken, die jeweils eine Nase 146 an dem untersten Punkt haben und sich von der Nase 146 zu der Platte 142 ausweiten. Bei dieser Alternative hat die Platte 142 wiederum eine Seitenlänge von 2 m, es sind jedoch nur vier Pyramiden 144 an der unteren Fläche ausgebildet, von denen jede eine quadratische Basisform und eine Basis-Seitenlänge von 1 m, eine Neigung von 45° und eine Höhe von 0,5 m hat. Aus 10b sieht man wieder, dass jede Pyramide 144 entlang ihrer gesamten Seiten gegen ihren Nachbar stößt, so dass die Pyramiden 144 zusammen über die gesamte Oberfläche der Platte 142 tessellieren.
11a und 11b zeigen eine weitere Alternative. In diesem Fall hat die Bügelungsplatte 150 eine Basisplatte 152, die mit einem Radius von 1,5 m kreisförmig ist. Die Platte 152 kann eine Dicke von etwa 200 mm haben. Es sind sieben sich nach unten erstreckende Pyramiden 154 an der unteren Fläche der Platte 152 vorgesehen, die jeweils eine hexagonale Basisform haben und sich zu einer relativ schmalen hexagonalen Nase 156 verjüngen. Die Pyramiden 154 sind über die Oberfläche der Platte 152 angeordnet, um aufgrund ihrer hexagonalen Form zu tessellieren.
Die in 9 bis 11 gezeigten Bügelungsplatten haben jeweils vorzugsweise eine Masse von mindestens 10.000kg.
Die Bügelungsplatten 130, 140, 150 können folgendermaßen verwendet werden. Zunächst wird der Boden anderweitig behandelt, vorzugsweise mittels einer Vorrichtung, wie der in 1 oder in 6 gezeigten, bis ein erforderlicher Grad der Bodenkompaktierung erzielt worden ist. Dies kann jedoch die Oberfläche dennoch etwas uneben oder durcheinander zurücklassen, und es können örtliche Schwankungen in dem erzielten Kompaktierungsgrad vorliegen. Dann kann jedoch die Bügelungsplatte in einem letzten Durchgang über dem Platz verwendet werden, wobei man die Platte an verschiedenen Stellen über den Platz verteilt auf den Platz fallen lässt, um jegliche Unebenheit in der oberen Schicht nach unten zu stopfen. Dies erhöht die Kompaktierung des Bodens noch weiter, jedoch in einer Art und Weise, die keine inakzeptable Lärm-, Staub- oder anderweitige Verschmutzungspegel erzeugt. Es kann wünschenswert sein, alle Vertiefungen (wie in 2d gezeigt) vor oder nach dem endgültigen Durchlauf mit der Bügelungsplatte aufzufüllen, und es kann wünschenswert sein, den Boden nach dem Durchlauf zu walzen.
Man erkennt, dass zahlreiche andere Anordnungen von Mehrfachkegeln (oder anderen Vorsprungsformen) an der Fläche einer Platte zur Verwendung in einem Bügelungsdurchgang vorgesehen werden könnten. Man erkennt auch, dass die Verwendung von quadratischen Platten, wie in 9 und 10 gezeigt, es ermöglicht, die Gesamtfläche des Bodens in dem Bügelungsdurchgang abzudecken.
12 zeigt ein weiteres Beispiel einer Bodenbehandlungs-Vorrichtung, die ausreichend schwer ist, um eine Bodenbehandlung durch Fallenlassen der Vorrichtung auf den Boden zu erzeugen. Die Vorrichtung 210 hat eine relativ schmale Nase 212, welche den Punkt der ersten Berührung mit dem Boden während des Betriebs erzeugt. Die Vorrichtung weitet sich ausgehend von der Nase 212 auf.
Genauer gesagt hat die Vorrichtung einen gemeinsamen Körper 214 in Form einer sehr dicken, schweren Platte mit beachtlicher Masse, wie z.B. 5 bis 10 Tonnen. Der Körper 214 hat eine Öse 216, um den Körper 214 mit dem Kabel 218 einer Hebeanordnung, wie z.B. eines Krans (nicht gezeigt), zu verbinden. Der Körper 214 kann einen im wesentlichen quadratischen Grundriss mit einer Seitenlänge von etwa 2 m haben.
Die Vorrichtung 210 hat auch einen Arbeitsabschnitt 220, der an dem Körper 214 abnehmbar angebracht ist, um unterhalb des Körpers 214 zu hängen. In der Zeichnung ist die abnehmbare Befestigung schematisch mittels Durchgangsbolzen 222 dargestellt, die sich durch den Körper 214 nach unten erstrecken, um in den Arbeitsabschnitt 220 einzugreifen, doch es versteht sich, dass zahlreiche alternative Befestigungsanordnungen verwendet werden könnten.
Der Arbeitsabschnitt 220 von 12 ist im allgemeinen kegelförmig und hat einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 224 und eine Spitze 226 an dem untersten Ende. Die Gestalt und Abmessungen des im wesentlichen kegelförmigen Abschnitts 220 kön nen wie oben angegeben sein, und die Art der Verwendung der Vorrichtung 210 sowie ihre Vorteile sind dieselben wie oben beschrieben.
Der Arbeitsabschnitt 220 kann eine Masse von 1 bis 2 Tonnen haben, so dass der Arbeitsabschnitt das Gewicht der Gesamtvorrichtung beachtlich erhöht, doch ist dennoch der Grossteil des Gewichts durch den Körper 214 dargestellt.
13 zeigt den Körper 214 mit einem daran befestigten alternativen Arbeitsabschnitt 228. Der Abschnitt 228 trägt eine Vielzahl nach unten weisender Vorsprünge 230, von denen jeder im wesentlichen kegelförmig und ansonsten so wie weiter oben anhand von 9 bis 11 beschrieben sein kann.
Die in 12 und 13 gezeigten Vorrichtungen können für die Bodenbehandlung, insbesondere die Bodenkompaktierung, verwendet werden, indem man die Vorrichtung von 12 zunächst fallen lässt, um den Boden durch das Aufschlagen zu behandeln. Die sich verjüngende Form des Abschnitts 220 konzentriert die Energie auf eine relativ kleine Fläche des Bodens, wodurch die Effektivität der Kompaktierung erhöht wird und einem Benutzer auch ermöglicht wird, den erzielten Kompaktierungsgrad anhand der Eindringungstiefe des Abschnitts 220 in den Boden zu beurteilen.
Sobald der Boden bearbeitet worden ist, kann der Abschnitt 220 über den Boden angehoben werden und dann von dem Körper 214 entfernt werden, indem man die Bolzen 222 löst. Der alternative Abschnitt 228 kann dann angebracht werden, und die sich ergebende Vorrichtung kann für einen letzten "Bügelungs"-Durchgang wie oben beschrieben verwendet werden, um jegliche örtliche Schwankungen der Bodenhöhe und der erzielten Kompaktierung zu glätten.
Das Ersetzen des Abschnitts 220 durch den Abschnitt 228 wird durch die Tatsache erleichtert, dass der Grossteil des Gewichts der Vorrichtung 210 in dem Körper 214 ist, der von dem Kabel 218 nicht entfernt werden muss, um den Arbeitsabschnitt zu ersetzen. Von diesem Gesichtspunkt könnte der Arbeitsabschnitt zur Erleichterung des Ersetzens so leicht wie möglich gemacht werden, doch man muss daran denken, dass im Hinblick auf ihre Verwendung die Arbeitsabschnitte notwendigerweise robust sein müssen und somit eine beachtliche Masse, wie z.B. 1 bis 2 Tonnen haben.
14 zeigt einen weiteren alternativen Arbeitsabschnitt 232, und 15 zeigt den Abschnitt 232 allein in einer Perspektivansicht. Der Abschnitt 232 hat eine Platte 234, z.B. mit 2 m², die zur Anbringung an den Körper 214 ausgelegt ist. Eine Spitze 236 erstreckt sich von der Platte 234 nach unten und verjüngt sich zu einer Kante 238. Entlang der Kante 238 betrachtet verjüngt sich die Spitze 236, wie man in 14 sieht. Die Spitze 236 hat allerdings entlang der Kante 238 einen konstanten Querschnitt, wie man aus 15 sieht, so dass bei Betrachtung von der Seite (das heißt senkrecht zu der Kante 238) die Spitze 238 sich nicht verjüngt.
Wenn er an den Körper 214 angebracht ist, kann der Abschnitt 232 auf den Boden fallen gelassen werden, um einen im wesentlichen V-förmigen Graben zu bilden, der dann gefüllt werden kann, um ein Fundamentglied, wie z.B. einen Bodenbalken herzustellen. Man versteht ohne weiteres, dass alternative Querschnitte verwendet werden könnten, wenn Gräben unterschiedlicher Form benötigt würden. Wiederum versteht sich, dass aufgrund der Tatsache, dass der Grossteil des Gewichts der Vorrichtung in dem Körper 214 ist, es relativ einfach ist, den Abschnitt 232 zu installieren, um die Vorrichtung 210 für die Verwendung bei der Grabenbildung umzurüsten.
16 zeigt eine weitere Alternative. In diesem Fall hat der Arbeitsabschnitt 240 eine Platte 242 zur Anbringung an dem Körper 214, und ein länglicher Schaft 244 hängt von der Unterseite der Platte 242 nach unten und trägt einen aufgeweiteten Kopf 246 an seinem unteren Ende. Der Schaft 244 kann an der Platte 242 durch Rippen 248 festgeklemmt sein. Der Schaft 244 hat vorzugsweise eine Länge von etwa 5 m.
Der Kopf 246 ist bezüglich des Schaftdurchmessers auf geweitet und kann z.B. einen Durchmesser von 450 mm an seinem breitesten Punkt 250 haben. Unterhalb des Punktes 250 verjüngt sich der Kopf 246 zu einer untersten Spitze 252.
Wenn er von dem Körper 214 herabhängt, kann der Abschnitt 240 verwendet werden, um Bodensäulen wie im folgenden beschrieben zu bilden. Die Vorrichtung mit dem angebrachten Abschnitt 240 kann wiederholt auf den Boden 254 fallen gelassen werden, wobei jedes Herabfallen den Kopf 246 weiter in den Boden treibt, wodurch der darunterliegende Boden behandelt wird. Darüber hinaus verbessert die verjüngte Form des Kopfes 246 die erzielte Bodenbehandlung. Die aufgeweitete Größe des Kopfes 246 ermöglicht ein relativ einfaches Entfernen, da der Schaft 244 von den um die Säule herum gebildeten Wänden 256 beabstandet ist.
Es ist vorgesehen, dass die Eindringungstiefe des Abschnitts 240 verwendet werden kann, um den Grad der erzielten Bodenkompaktierung auf die weiter oben dargelegte Art und Weise zu messen.
Die Form des Abschnitts 240 macht ihn ohne weiteres nützlich zur Bildung langer, relativ schmaler vertikaler Löcher im Boden, die nach dem Entfernen des Abschnitts 240 mit Stein oder Beton gefüllt werden können, um eine Säule oder einen Pfahl im Boden zu lassen, der bzw. die jedoch an ihrem unteren Ende durch Bodenmateral abgestützt ist, das auf einen Grad konsolidiert ist, der aus einer Betrachtung der Eindringungstiefe des Abschnitts 240 bekannt ist.
Die oben beschriebene Vorrichtung mit den austauschbaren Arbeitsabschnitten ist speziell für die Verwendung mit der Bodenkompaktierungs-Vorrichtung vorgesehen, die weiter unten anhand der verbleibenden Figuren beschrieben wird.
17 zeigt ein Bodenkompaktierungs-Gerät 310, das eine Bodenbehandlungs-Vorrichtung 312 zum Kompaktieren des Boden durch direktes Aufschlagen auf den Boden besitzt, wie weiter oben beschrieben wurde. Antriebsmittel in Form eines Kranes 314 lassen sich betätigen, um die Vorrichtung 312 vor dem Fallenlassen anzuheben, und es sind Führungsmittel 316 vorgesehen, die betätigbar sind, um die Vorrichtung 312 bei ihrem Fallen zu führen.
Genauer gesagt sind die Führungen 316 Säulen, die so angeordnet sind, dass sie beiderseits des gewünschten Einschlagpunktes 318 im wesentlichen senkrecht stehen. Die Säulen 316 haben vertikale Führungsschlitze 320, die den Weg der Vorrichtung 312 bestimmen, wie noch beschrieben wird. Die Vorrichtung 312 ist im wesentlichen eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Vorrichtung, wie oben beschrieben, an der zusätzliche vertikale Platten 322 am oberen Teil der Vorrichtung 312 befestigt sind, um seitwärts hervorstehende Ohren zu bilden, die in den Schlitzen 320 verlaufen, wodurch die Vor richtung 312 geführt wird, um im wesentlichen vertikal zu fallen.
Eine Querstange 324 und eine Riemenscheibe 326 sind am Oberteil der Säulen 318 vorgesehen, um ein Kabel 328 von dem Gewicht 321 über das Rad 326 zu dem Kran 314 zu führen. Folglich kann der Kran 314 das Gewicht 312 ziehen, um es zu dem oberen Teil der Säulen 316 anzuheben.
Die Säulen 316 sind vorzugsweise mit einer Verriegelungs- oder Einrastanordnung ausgestattet, um das Gewicht 312 in der angehobenen Position am oberen Teil der Säulen 316 zu halten. So könnte z.B. ein Auslöseschalter oder anderer Sensor (nicht gezeigt) innerhalb der Schlitze 320 vorgesehen sein, um das Ankommen des Gewichts 312 am oberen Teil der Säulen 316 zu erfassen, woraufhin ein Verriegelungsglied, vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch, ausgefahren wird, um sich unterhalb der unteren Kanten der Platten 322 zu befinden und eine Abstützung für das Gewicht 312 zu bilden. Das Kabel 328 kann dann durch den Kran 314 gelöst werden, wodurch das Gewicht von dem Kran 314 und insbesondere von seinem Ausleger 330 entfernt wird.
Wenn das Gewicht 312 fallengelassen werden soll, wird die Verriegelungsanordnung gelöst, und das Gewicht 312 kann dann die Schlitze 320 hinunterfallen, um auf den Boden bei 318 aufzuschlagen. Die Fallhöhe kann wie oben beschrieben ausgewählt werden, um ein Maß des Kompaktierungsgrads zu ermöglichen und eine kalibrierte Messung der erzielten Kalibrierung zu gestatten.
Man kann sehen, dass das Herabfallen durch die Verriegelungen innerhalb der Säulen 316 und nicht durch den Kran 314 eingeleitet wird. Der Ausleger 330 ist somit vor dem plötzlichen Lösen des Gewichts geschützt, das bei der herkömmlichen Anordnung auftreten würde, bei der das Gewicht lediglich fallen gelassen wird, indem man das Kabel 328 löst. Diese herkömmliche Anordnung bewirkt eine Peitschenhieb-Reaktion in dem Ausleger 330 mit beachtlicher Kraft, welche den Kran 314 beschädigen oder seine Lebensdauer verringern kann. Dies ist angesichts des Wertes von Kranen passender Größe und Leistung unerwünscht (vorzugsweise im Bereich von 700PS oder darüber, um zu ermöglichen, das Gewicht 312 mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 m/s anzuheben.
Alternativ könnte der Ausleger 330 auf den Säulen 316 aufliegen, um das Gewicht auf diese zu übertragen, bevor das Gewicht 312 fallen gelassen wird. Dies verhindert wiederum eine Reaktion auf den Ausleger 330, die beim plötzlichen Lösen des Gewichts zu Beginn des Fallens auftritt.
Bei beiden Anordnungen wird somit gewährleistet, dass das Gewicht im wesentlichen im freien Fall ist, wenn es den Boden erreicht, auf den es unmittelbar einschlägt, wobei die oben beschriebenen Vorteile auftreten.
Sobald der Punkt 318 einmal oder mehrmals durch das Gewicht 312 getroffen wurde, um ein passendes Ausmaß an Bodenkompaktierung zu erzielen, wird die in 17 gezeigte Anordnung zu dem nächsten erforderlichen Einschlagpunkt bewegt, in Stellung gebracht und dann erneut verwendet. Diese Bewegung kann durch eine Anordnung, die nun beschrieben wird, automatisch angeordnet werden.
18A und 18B zeigen eine abgewandelte Ausführungsform. Viele der Merkmale von 18A und 18B entsprechen den Merkmalen von 17 und haben dieselben Bezugsziffern. Anderen wurden entsprechende Bezugsziffern mit dem Zusatz "A" gege ben. Bei dieser Anordnung ist jedoch der Kran ausgehend von einem freistehenden herkömmlichen Kran durch die dauerhafte Befestigung der Säulen 316 mit Hilfe von Schwenkarmen 332 angepasst. Außerdem sind die Füße der Säulen 316 auf seitlichen Laufvorrichtungen 334 montiert, die es ermöglichen, die Säulen 316 zu bewegen, indem man sie über den Boden zieht.
Wenn das Gerät 310A in Betrieb ist, wie in 18A gezeigt, ist seine Funktionsweise im wesentlichen dieselbe wie die weiter oben anhand von 17 beschriebene. Der Kran 314A hebt das Gewicht 312 an, indem er an dem Kabel 328 zieht, bis das Gewicht 312 den oberen Teil der Säulen 316 erreicht und durch die Verriegelungen gehalten wird. Die Kabelspannung wird dann gelöst. Die Verriegelungen können dann gelöst werden, um ein freies Fallen des Gewichts 312 zu ermöglichen, damit es unmittelbar auf den Boden einschlägt. Es ist wünschenswert, wenn die Säulen 316 ausreichend lang sind, damit eine passende Bodenkompaktierung in einem großen Bereich von Situationen zur Zeitersparnis durch einen einzigen Fall erzielt werden kann.
Die Vorgänge des Anhebens des Gewichts 312, das Erfassen seiner Ankunft am oberen Teil der Säule 316, seine Verriegelung, das Lösen der Kabelspannung und anschließend das Lösen des Gewichts 312 werden vorzugsweise allesamt pneumatisch oder hydraulisch gesteuert und durch ein Steuerungsgerät koordiniert, das bei 336 schematisch dargestellt ist und einen Rechner aufweisen kann.
Zusätzliche Sensoren sind für den Rechner 336 am Fuße der Säulen 316 vorgesehen, um die Ankunft des Gewichts 312 zu erfassen. Dies leitet die nächste Phase ein, bei der das Gewicht 312 für ein weiteres Fallenlassen angehoben wird. Vor zugsweise werden die Bodenräder oder die sich selbst verlegenden Spuren 338 des Krans 314A gleichzeitig mit dem Kabel 328 betätigt, an dem gezogen wird, so dass der Kran 314A die Läufer 334 über den Boden zu der nächsten Herabfall-Position zieht, während gleichzeitig das Gewicht 312 angehoben wird. Folglich wird keine Zeit damit verschwendet, darauf zu warten, dass das Gewicht angehoben ist oder der Kran sich bewegt, da die beiden Vorgänge gleichzeitig stattfinden können. Sobald sich der Kran in die nächste Position bewegt hat und das Gewicht den oberen Teil der Säulen erreicht hat, kann das nächste Herabfallen stattfinden, wie oben beschrieben.
Bei einer bevorzugten Anordnung wird der Rechner 336 so programmiert, dass er die Entfernung steuert, um welche die Säulen nach jedem Fallenlassen gezogen werden. In den meisten Situationen wird eine Landvermessung durchgeführt, bevor die Arbeit beginnt, um die gewünschte Beabstandung der Einschlagpunkte zu bestimmen, wobei diese Beabstandung dann in dem Rechner 336 programmiert werden kann, so dass der Kran 314 sich automatisch um die entsprechende Entfernung zu den beabstandeten aufeinanderfolgenden Einschlagpunkten mittels der gewünschten Entfernung bewegt. Die gewünschte Beabstandung wird zwar im allgemeinen für im wesentlichen die gesamte zu kompaktierende Fläche verwendet doch kann es Situationen geben, bei denen die Qualität des Bodens sich beachtlich von Ort zu Ort ändert, wobei es für diese Situationen wünschenswert sein kann, den Benutzer mit einer Vorrangsteuerung auszustatten, damit er Vorrang gegenüber dem Rechner 336 hat, so dass die Beabstandungen vorübergehend erhöht oder verringert werden können, woraufhin er zu der vor Arbeitsbeginn begonnenen Beabstandung zurückkehren kann, wenn der Benutzer zufrieden feststellen kann, dass die örtliche Schwankung des Bodenzustands durchlaufend ist.
Ein weiteres Merkmal der Anordnung von 18A bezieht sich auf einen Laser 340, der an einem festgelegten Ort an einem Randbereich des zu kompaktierenden Bodens angebracht werden kann, um einen Strahl 342 quer über den Boden zu projizieren. Der Rechner 336 ist mit einem Sensor 343 für den Strahl 342 ausgestattet und wird programmiert, um dem Strahl zu folgen, wenn er sich bewegt, so dass aufeinanderfolgende Herabfallpunkte entlang einer geraden Linie genau positioniert werden. Sobald der Kran 314A sich einmal über den Platz bewegt hat, wobei der Boden mit den gewünschten Intervallen kompaktiert wurde, können der Laser 340 und der Kran 314A um eine eingestellte Entfernung senkrecht zu dem Strahl 342 bewegt werden, woraufhin eine weitere gerade Linie mit genau beabstandeten Einschlägen durchgeführt werden kann, wie oben beschrieben. Es versteht sich, dass dies einen beachtlichen Vorteil gegenüber den Verfahren des Stands der Technik darstellt, bei denen es üblich war, dass jeder gewünschte Einschlagpunkt über die gesamte Fläche des Bodens einzeln markiert wurde, indem man z.B. Marikerungspfosten einschlug, was den Nachteil hat, das im Falle eines erforderlichen Planierens oder Walzens des Bodens aufgrund seines Zustands diese Markierungspunkte verloren gingen und erneut markiert werden mussten. Die Markierung dieser Punkte auf einem großen Platz kann sehr zeitraubend und arbeitsintensiv sein. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies durch die Verwendung des Lasers 340 überwunden. Die einzige erforderliche genaue Messung besteht darin, die nächste Position des Lasers 340 am Ende eines Durchlaufs des Krans 314A zu bestimmen. Anschließend beabstandet der Rechner 336 in passender Weise die Einschlagpunkte je nach seiner Programmierung.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung von 18A, 18B ist in 18B gezeigt. Der Kran 314A und die Säulen 316 sind eine in sich abgeschlossene Einheit, die einen Aufbewahrungszustand einnehmen kann, wie in 18B gezeigt, in dem die Arme 332 nach oben geschwenkt werden, um die Säulen 316 über den Kran 314A zu bringen und die Laufvorrichtungen 334 vom Boden abzuheben. Die Spuren 338 können dann verwendet werden, um das vollständige Gerät an einen neuen Ort zu fahren, wobei die Energie hierfür von derselben Energiequelle geliefert wird, die zum Anheben des Gewichts 312 oder zum Auffahren der Einheit auf eine andere Transportvorrichtung verwendet wird. Das Gewicht 312 würde üblicherweise entfernt werden, bevor die Säulen in ihren Aufbewahrungszustand verschwenkt werden.
19A und 19B zeigen stark schematisch eine weitere abgewandelte Version. Wiederum entsprechen viele der Merkmale den Merkmalen von 17 und wurden mit denselben Bezugsziffern versehen. Anderen wurden entsprechende Ziffern mit dem Zusatz "B" gegeben.
Bei dieser Anordnung wie auch bei der Anordnung von 18A und 18B ist der Kran 314B durch eine dauerhafte Anbringung der Säulen 316B wie im folgenden geschildert ausgebildet. Die Säulen 316B sind mittels einer Gelenkanordnung 350 in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt. Der obere Teil der Säulen 316B oberhalb des Gelenks 350 kann, wenn er nicht im Betrieb ist, über den Kran 314B zurückgeschwenkt werden, um einen geeigneten Zustand für die Aufbewahrung und den Transport zu bilden. Passende Antriebsanordnungen sind vorgesehen, um den oberen Abschnitt der Säule 316B anzuheben oder abzusenken und um ihn in seiner Arbeitsposition zu verriegeln. Diese Anordnungen können einen Sensor enthalten, um zu bestimmen, ob die Säulen 316B vertikal sind.
Der untere Teil der Säulen 316B unterhalb des Gelenks 350 endet in einem den Boden berührenden Rad oder Fuß 352, das bzw. der dabei ist, einen Teil des Gewichts des Geräts 310B während des Betriebs zu tragen, das bzw. der jedoch im Nicht-Betrieb (19B) einfahrbar ist.
Bei dieser Version kann das Gewicht 312 an den Säulen 316B durch ein Kabel (nicht gezeigt) und eine Wicklungstrommel 350 angehoben werden, die am oberen Teil der Säule 316B montiert ist und durch den Kran 314B mit Energie versorgt wird. Nachdem das Gewicht 312 angehoben wurde, wird es in dieser Position in der weiter oben anhand der anderen Versionen beschriebenen Art und Weise verriegelt, worauf die Spannung in dem Hubkabel gelöst wird und die Verriegelungen gelöst werden, um das Herabfallen des Gewichts zu ermöglichen. Es ist wünschenswert, wenn die Trommel 354 während des Falles ausdrücklich angetrieben wird, um zu gewährleisten, dass das Kabel ausreichend schnell abgegeben wird, um den freien Fall des Gewichts zu ermöglichen. Alternativ könnte das Kabel von dem Gewicht 312 vor jedem Fallenlassen getrennt werden.
Bei dieser (und jeder anderen der Versionen des Geräts) könnten verschiedene Sensoren in den Beinen 316, 316A, 316B eingebaut sein, um die Höhe zu erfassen, auf die ein Gewicht 312 angehoben wurde, so dass diese Höhe durch den Benutzer ausgewählt werden kann. Es könnten Auslöseschalter verwendet werden.
19A und 19B zeigen eine weitere Anordnung zum verbessern des Betriebs aus den folgenden Gründen. Wenn sich das Gerät 310B über den Boden bewegt, wobei der Boden durch wiederholtes Fallenlassen des Gewichts 312 kompaktiert wird, treten Situationen auf, bei denen der Boden vor dem Gerät 310B an ders kompaktiert ist als der darunterliegende Boden (wobei das Gerät in Abhängigkeit von diesem bewegt wird). Folglich fällt das Gewicht 312 in den Boden, der auf einer Seite des Herabfallpunktes kompakter ist als auf der anderen Seite. Diese oder andere örtliche Schwankungen des Ausmaßes der Bodenkompaktheit können eine Tendenz des Gewichtes 312 zur Abweichung von dieser vertikalen Fallrichtung bewirken, wodurch Schläge auf die Säulen 316B verursacht werden. Das hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine Stossdämpfer-Anordnung einzubauen, wie z.B. bei 356 gezeigt, um das Dämpfen dieses Stoßes zu unterstützen. Die Anordnung könnte auf einem hydraulischen Akkumulatorsystem oder einer anderen geeigneten robusten Stossdämpfer-Technologie beruhen. Die in der Zeichnung gezeigte Anordnung dient insbesondere zum Dämpfen von Stößen in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, von denen man erwartet, dass sie die signifikantesten sind, doch können auch Stossdämpfer-Anordnungen zum Dämpfen von Stößen in anderen Richtungen alternativ oder zusätzlich vorgesehen werden.
Selbstverständlich sind sehr viele Änderungen und Abwandlungen an dem beschriebenen Gerät denkbar, ohne dass man den Bereich der in den Ansprüchen definierten Erfindung verlässt.
Sehr viele andere Formen der Bodenbehandlungs-Vorrichtung könnten verwendet werden, und andere Formen des Arbeitsabschnitts könnten je nach der Eigenart und dem Grad der erforderlichen Bodenbehandlung konstruiert werden.
Man sieht ohne weiteres, dass viele Merkmale der oben beschriebenen Ausführungen in anderen Kombinationen als den weiter oben speziell beschriebenen verwendet werden können, die sich aber im Rahmen der in den Ansprüchen definierten Erfindung bewegen.

Claims

Bodenbehandlungs-Vorrichtung (130, 140, 150), bei der die Vorrichtung beschwert ist, um eine Bodenbehandlung durch Fallenlassen der Vorrichtung auf den Boden zu erzeugen, und bei der die Vorrichtung eine Vielzahl relativ schmaler Nasen (136, 146, 156) hat, die an jeweiligen Vorsprüngen (134, 144, 154) ausgebildet sind und im Betrieb die Punkte der ersten Berührung mit dem Boden bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge im wesentlichen über die Oberfläche eines gemeinsamen Gliedes tessellieren, von dem sie hervorstehen, und dass sich die Vorsprünge von jeder Nase weg zu dem gemeinsamen Glied unter einem Winkel von im wesentlichen 45° oder mehr aufweiten.
Vorrichtung (130, 140, 150) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorsprung (134, 144, 154) im wesentlichen kegelförmig oder pyramidenförmig ist.
Vorrichtung (130, 140, 150) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Glied (132, 142, 152) eine Platte ist.
Vorrichtung (130, 140, 150) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (132, 142, 152) quadratisch, rechteckförmig oder kreisförmig ist.
Vorrichtung (130, 140, 150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (134, 144, 154) eine quadratische oder hexagonale Basisform haben.
Vorrichtung (130, 140, 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen gemeinsamen Körper (214) aufweist, an dem ein Arbeitsabschnitt (228) abnehmbar angebracht sein kann, wobei der Arbeitsabschnitt durch einen alternativen Arbeitsabschnitt ersetzt sein kann.
Vorrichtung (130, 140, 150) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Arbeitsabschnitt (228) aufweist, der eine Vielzahl von Vorsprüngen (224) erzeugt, die von einem gemeinsamen Glied hervorstehen.
Verfahren zur Boden-Kompaktierung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bodenbehandlungs-Vorrichtung (130, 140, 150) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche auf den Boden fallengelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine anfängliche Kompaktierung des Bodens erzielt wird und wobei ein Bügelungsdurchgang anschließend durchgeführt wird, indem man eine Bodenbehandlungs-Vorrichtung (130, 140, 150) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet, und wobei der behandelte Boden anschließend gewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Nasen gebildete Vertiefungen vor dem Walzen gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügelungsdurchgang im wesentlichen die ganze Fläche des Bodens behandelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine anfängliche Kompaktierung mittels einer anderen Bodenbehandlungs-Vorrichtung (10, 110, 220) erzielt wird, die beschwert ist, um eine Bodenbehandlung durch Fallenlassen der Vorrichtung auf den Boden zu erzeugen, wobei die Vorrichtung eine relativ schmale Nase (12, 112, 212) hat, die im Betrieb den Punkt der ersten Berührung mit dem Boden bildet, und wobei sich die Vorrichtung von der Nase weg aufweitet.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (12, 112, 212) der anderen Vorrichtung (10, 110, 220) spitz ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (12, 112, 212) der anderen Vorrichtung (10, 110, 220) die Spitze eines kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Abschnitts (14, 114, 224) der Vorrichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die andere Vorrichtung (10, 110, 220) von der Nase (12, 112, 212) weg unter einem Winkel von im wesentlichen 45° oder mehr aufweitet.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (12, 112, 212) der anderen Vorrichtung (10, 110, 220) eine im wesentlichen kegelförmige Spitze ist und einen Kegelwinkel von im wesentlichen 45° haben kann.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Vorrichtung (10, 110, 220) einen Körper (14, 114, 224) mit im wesentlichen kegelstumpfförmiger Gestalt aufweist, der sich im Betrieb oberhalb der Spitze (12, 112, 212) befindet und einen Kegelwinkel von mehr als 14° hat.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel im Bereich von 14° bis 20° liegt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel 17° beträgt.