WO1999011870A1 - Verfahren und umhüllung zur herstellung einer bodensäule zur abtragung von bauwerks- oder verkehrslasten - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Bodensäulen (28, 86, 88) zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten, bei dem eine rohrartige Schalung (10) in den Boden getrieben wird in einen standfesten Bereich hinein, das Bodenmaterial aus der rohrartigen Schalung (10) entfernt wird, eine Hülle (16) aus Geotextilmaterial in die rohrartige Schalung (10) eingelegt und mit tragfähigem, körnigem, rolligem Material (24) gefüllt wird, das tragfähige Material (24) anschliessend verdichtet und die rohrartige Schalung (10) entfernt wird, wobei für jede Bodensäule (28, 86, 88) ein einzelnes Mantelrohr (10) in den Boden getrieben wird, das Mantelrohr (10) durch Ausgreifen geleert wird, eine sackartige Umhüllung (16) in das leere Mantelrohr (10) eingeführt wird, deren Durchmesser grösser ist als der Innendurchmesser des Mantelrohrs (10) und das körnige Material (24) beim Einfüllen die Umhüllung (16) gegen die stehengebliebene Tragschicht und die Innenwand des Mantelrohrs (10) fortschreitend andrückt, das körnige Material (24) beim Herausziehen des Mantelrohrs (10) so weit verdichtet wird, dass die Umhüllung (16) über seinen Ursprungsdurchmesser hinaus gedehnt wird bis zum annähernden Gleichgewicht mit den vom ebenfalls verdichteten umgebenden Boden erzeugten Gegenkräften, wobei das Material der Umhüllung (16) in seiner Durchlässigkeit so beschaffen ist, dass im wesentlichen kein umgebender Boden in die gebildete Säule (28, 86, 88) eindringt.

Description

Verfahren und Umhüllung zur Herstellung einer Bodensäule zur Abtragung von Bauwerks- oder Verkehrslasten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Bodensäule zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus DE 195 18 830 ist ein Verfahren zur Stabilisierung des Untergrunds und zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten bekannt geworden, bei dem an diskreten Stellen ein säulenförmiger Bereich nicht ausreichend tragfähigen Bodenmaterials ausgehoben wird, in das ausgehobene Loch eine Ummantelung aus dehnbarem, relativ zugfestem, filterartig wirkendem Material eingebracht wird. Die Ummantelung wird mit körnigem Material gefüllt, das anschließend verdichtet wird unter Aufweitung der Ummantelung derart, daß der umgebende Boden durch Teil Verfestigung die Horizontalspannung auffängt. Die Umhüllung besteht aus flachem Material, insbesondere bewehrten oder unbewehrten Geotextilien. Das körnige Material ist ein hartes kornabgestuftes Material, wie Kiessand, Gestein, Brechkkorn, Schlacken, Bergematerial, Recyclingstoffe oder dgl., dem ggf. polymeres oder hydraulisch wirkendes Bindemittel zugesetzt sein kann. Das Verdichten des eingefüllten Materials erfolgt durch Rütteln, Vibrieren oder Schlagen der Schalung, ggf. auch mit Hilfe von Rammeinrichtungen oder dgl.

Im nicht tragfähigen Boden entsteht so eine Materialsäule mit großer Stei- figkeit, die in den tragfähigen Untergrund abgesetzt ist. Die Bauwerks- und Verkehrslasten werden zum einen in den tragfähigen Boden übertragen und zum anderen durch Lastabstrahlung in den umgebenden Boden aufgenommen. Der umgebende Boden wird bei dem beschriebenen Verfahren verdichtet und teilverfestigt und ist daher in der Lage, auch Horizontalkräfte aufzunehmen.

Zur Herstellung einer Säule wird bei dem bekannten Verfahren so vorgegangen, daß ein Mantelrohr in den Boden eingetrieben und anschließend im Inneren geleert wird. Anschließend wird die Umhüllung auf einem im Durchmesser kleineren Innenrohr in das Mantelrohr eingeführt. Das körnige Material wird in das Innenrohr eingegeben, wonach dann das Mantelrohr unter Verdichtungswirkung herausgerüttelt wird und anschließend auch das Innenrohr. Ein derartiges Verfahren führt zwar zu zufriedenstellenden Ergebnissen, ist jedoch verhältnismäßig aufwendig.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bodensäule zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten zu schaffen, das mit einem geringeren Aufwand betrieben werden kann und zu besonders günstigen Ergebnissen führt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Bei der Erfindung wurde erkannt, daß für die Erstellung einer Bodensäule ein einzelnes Rohr ausreicht. Bei der Lösung nach Patentanspruch 1 wird ein einzelnes Mantelrohr in den Boden getrieben und wie üblich durch Ausgreifen geleert. Anschließend wird eine sackartige Umhüllung aus dehnweichem Material in das leere Mantelrohr eingeführt. Die sackartige Umhüllung hängt daher mehr oder weniger tief in das Mantelrohr hinein und hat eine unregel- mäßige, in diesem Fall noch nicht aufgeweitete Gestalt. Durch Einfüllen des körnigen Materials kann die sackartige Umhüllung jedoch bis zum Boden des Mantelrohres, der von der tragfähigen Schicht gebildet ist, vorbewegt werden. Weiteres Auffüllen des körnigen Materials führt dazu, daß die sackartige Umhüllung sich allmählich vollständig gegen die Sohle und die Wand des Mantelrohres anlegt. Gegebenenfalls muß am oberen Ende der sackartigen Umhüllung, das aus dem oberen Ende des Mantelrohres herausragt, ständig für eine gewisse Spannung gesorgt werden, damit es nicht zu unnötigen Faltenbildungen kommt. Trotz der Spannung muß jedoch für eine Nachgiebigkeit gesorgt werden, damit eine satte Anlage der Umhüllung an der Sohle und an der Wand des Mantelrohres gewährleistet ist. Erfindungswesentlich ist jedoch, daß die Umhüllung einen größeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Mantelrohres. Beim Ziehen des Mantelrohres aus dem Boden und gleichzeitigem Verdichten des körnigen Materials in der Umhüllung erfolgt auch ein horizontales oder radiales Aufweiten der Säule, die bei noch nicht gedehntem Material der sackartigen Umhüllung bereits einen größeren Durchmesser hat als der Innendurchmesser des Mantelrohres. Das intensive Verdichten des Füllmaterials führt im weiteren zu einer Dehnung des Geotextilmaterials, was eine zusätzliche horizontale Ausdehnung der Säule zur Folge hat. Der beschriebene Vorgang führt zu einer entsprechenden Verdichtung des umgebenden, sonst nicht tragfähigen Materials, bis ein Gleichgewicht entsteht zwischen den beim Verdichten aufgebrachten horizontalen Kräften und den erzeugten Gegenkräften im umgebenden Boden, wobei ein Teil der Spannungen, die durch das Verdichten gebildet werden, von dem Material der Umhüllung aufgefangen wird. Auf diese Weise ist eine Säule geschaffen, die auch bei sehr weichen nicht tragfähigen Böden eine wirksame Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten gewährleistet. Bei dem Verfahren nach Patentanspruch 2 wird ebenfalls ein einzelnes Rohr verwendet, das jedoch als Verdrängungsrohr ausgebildet ist. Es ist daher während des Eintreibens mit einem Verschluß versehen, so daß Boden nicht in das Innere des Verdrängungsrohres eindringt. Es versteht sich, daß bei der Verwendung eines Mantelrohres nach Patentanspruch 1 dessen Durchmesser größer sein kann als der des Verdrängungsrohres. Ökonomisch lassen sich Verdrängungsrohre nur bis zu einem bestimmten Durchmesser in den Boden rütteln.

Verdrängungsrohre, deren unteres Ende z. B. von einer Klappe verschlossen wird, sind an sich bekannt, etwa aus DE 296 11 427. Anstelle eines glatten unten durch einen entsprechenden Verschluß ab schließbaren Verdrängungs- rohrs kann auch ein Rohr nach dem sog. Verdrängungsbohrverfahren verwendet werden. Bei diesem Rohr ist außen eine Wendel oder dergleichen angeordnet, so daß durch entsprechende Drehung ein Vorschub in den Boden erhalten wird. Bei diesem Verfahren ist der Einsatz eines Rüttlers nicht erforderlich. Das Herausziehen des Rohres nach dem Verfüllen der Umhüllung findet ebenfalls durch Rotation statt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Patentanspruch 2 wird die sackartige Umhüllung in das Verdrängungsrohr eingeführt, wobei der Durchmesser der sackartigen Umhüllung annähernd dem Innendurchmesser des Verdrängungsrohrs entspricht oder auch größer als der Innendurchmesser ist. Das vollständige Einlegen der Umhüllung bzw. das Auskleiden des Verdrängungsrohres mit der Umhüllung erfolgt in gleicher Weise, wie dies zu Patentanspruch 1 bereits beschrieben wurde. Nach dem Einfüllen des körnigen Materials und dem entsprechenden Auskleiden des Verdrängungsrohres mit der Umhüllung erfolgt dann ein Verdichten und ggf. gleichzeiti- ges Herausrütteln des Verdrängungsrohres, wobei nunmehr das untere Ende geöffnet ist. Werden zwei ein Dach bildende Klappen eingesetzt, geschieht dies automatisch. Es kann jedoch auch daran gedacht sein, eine sog. verlorene Spitze vorzusehen, die im Erdboden verbleibt, wenn das Verdrängungsrohr gezogen wird.

Durch das Eintreiben des Verdrängungsrohrs wird das umgebende Material bereits teilverdichtet. Durch das Verdichten des körnigen Materials in der Umhüllung, insbesondere beim Ziehen des Verdrängungsrohrs, erfolgt ein weiterer Verdichtungsschritt in dem Maß, daß wiederum ein Gleichgewicht hergestellt wird zwischen der Horizontalspannung der Säule nach außen und den Reaktionskräften im umgebenden Boden. Auch hierbei wird daher eine wirksame Abtragung von Lasten erhalten.

In beiden Fällen sind die auf diese Weise gebildeten Säulen so beschaffen, daß selbst bei einer horizontalen Auslenkung von Säulenabschnitten oder auch einer Spreizung der Säulen untereinander die Säule intakt bleibt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bodensäulen werden auch bei Untergründen mit hohem Grundwasserpegel eingesetzt. Es besteht dann die Gefahr, daß das Grundwasser unter starkem Druck in die Säule eindringt und das Material nach oben drückt bzw. spült. Um auch bei derartigen Verhältnissen eine intakte Bodensäule herzustellen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß im unteren Bereich der Umhüllung über eine gewisse Höhe eine Mischung aus Sand und Bentonit eingefüllt wird, beispielsweise mit einem Volumenanteil von 6 bis 15 % Bentonit. Bentonit hat bekanntlich wasserabdichtende Eigenschaften. Beim Eintritt von Wasser in die Säule bil- det sich mithin ein wasserdichter Pfropfen im unteren Bereich der Bodensäule, durch den ein weiteres Eindringen von Wasser verhindert wird.

Es wurde schon erwähnt, daß auch ein Verdrängungsrohr nach dem Bohr- verdrängungsverfahren verwendet werden kann. Während des Herausdre- hens des Verdrängungsrohrs kommt es zu einer Relativdrehung zwischen Rohr und der gefüllten Umhüllung. Um diese zu schonen und nicht zu schwächen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zwischen Verdrängungsrohr und Umhüllung eine Schutzhülle angeordnet wird, die z. B. aus einem Vlies bestehen kann. Das Vlies hat allein die Aufgabe, während des Herausdrehens des Verdrängungsrohrs die Umhüllung vor mechanischen Schäden zu bewahren. Anschließend hat es keine Funktion mehr.

Häufig befindet sich der wenig tragfähige Boden, der mit Hilfe der Bodensäulen stabilisiert werden soll, unterhalb einer tragfähigen Schicht, die entweder bereits existiert oder später aufgebracht worden ist. Bei der Herstellung der Bodensäule ist erforderlich, das Rohr durch diese Schicht in den tragunfähigen Boden bis in eine untere tragfähige Schicht einzutreiben. Andererseits würde es ausreichen, die Bodensäule nur über die tragunfähige Bodenschicht sich erstrecken zu lassen. Wird jedoch die Umhüllung bis zum oberen Ende des Schalungsrohrs geführt, wird mithin mehr Geotextilmaterial benötigt als für die Bodensäule erforderlich. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Umhüllung auf ein Innenrohr aufgeschoben und im Abstand vom oberen Ende reibschlüssig am Innenrohr befestigt wird derart, daß die Umhüllung beim Befüllen mit dem körnigen Material und beim Hochziehen des Innenrohrs an dessen Außenseite abrutscht. Bei diesem Verfahren kann dafür gesorgt werden, daß die Umhüllung nur eine Länge hat, wie sie für die Bodensäule auch wirklich erforderlich ist. Es wird daher eine erhebliche Menge an Geotextilmaterial eingespart, das wegen der geforderten Zugfestigkeit mit relativ hohem Material- und Fertigungsaufwand hergestellt wird. Ein Innenrohr hat den weiteren Vorteil, daß es mit einem Trichter versehen werden kann, über den das körnige Material leichter in die Umhüllung eingefüllt werden kann.

Das Eintreiben des Rohrs bei dem Verfahren nach der Erfindung findet vorzugsweise mit Hilfe eines in der Amplitude und der Frequenz veränderbaren Rüttlers statt, der zudem die Fähigkeit hat, den Eintreibvorgang zu optimieren. Es wird während des Eintreibvorgangs der Vortrieb pro Zeiteinheit ermittelt und festgestellt, bei welcher Amplitude bzw. welcher Frequenz ein optimales Ergebnis erreicht wird. Da die Herstellung von Bodensäulen u. a. davon abhängt, wie schnell die Rohre in den Boden eingetrieben werden können, ist es ferner vorteilhaft, auf den Rüttler eine Vorspannung aufzubringen, die bis zu 20 bis 25 t betragen kann. Es hat sich herausgestellt, daß mit Hilfe einer derartigen Vorspannung der Eintreibvorgang zeitlich drastisch reduziert werden kann.

Der Durchmesser der Bodensäulen hängt naturgemäß ab von dem Durchmesser der in Frage kommenden Rohre. Beim Eintreiben von am unteren Ende offenen Rohren ist ein Durchmesser von 1,2 bis 1,5 m möglich. Bei einem Verdrängungsrohr liegt die obere Grenze bei 1 m im Durchmesser. Vorzugsweise werden hierfür Rohre mit einem Durchmesser von 80 cm eingesetzt. Dementsprechend ergibt sich der Durchmesser für die mit Geotextil ummantelten Säulen aus Sand oder ähnlichem rolligem Material. Daraus läßt sich dann auch die Festigkeit des verbesserten Bodens bestimmen, welche sich aus der Anordnung der Bodensäulen nach einem vorgegebenen Raster ergibt. Es ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn nach dem Einbringen von Bodensäulen mit einem Geotextilmantel nach dem beschriebenen Verfahren anschließend weitere Bodensäulen eingebracht werden, die jeweils zwischen den bereits eingebrachten Bodensäulen angeordnet werden. Sie bestehen einzig aus Sand, haben mithin keine Umhüllung aus Geotextilmaterial. Das Einbringen erfolgt in gleicher Weise wie oben beschrieben, indem ein unten offenes oder ein Verdrängungsrohr verwendet wird, das anschließend mit geeignetem körnigem Material, vorzugsweise Sand, aufgefüllt wird und bei dem unter gleichzeitigem Verdichten das Rohr herausgezogen wird zur Bildung einer verdichteten Bodensäule aus Sand. Sand hat den Vorteil, daß er in seinem Volumen kaum verändert wird, wenn die Verdichtung stattfindet.

Das beschriebene Verfahren ist insofern von Vorteil, als eine bestimmte Bodenfestigkeit mit einem Minimum an Bodensäulen mit Geotextilummante- lung erreicht wird. Der Herstellungs- und auch der Materialaufwand wird daher drastisch verringert.

Bei der Erstellung von Bauwerken oder Verkehrswegen, wie z. B. bei einem Damm, kann geschehen, daß z. B. bei einer Verbreiterung auch eine merkliche horizontale Kraftkomponente auftritt. Die erfindungsgemäßen Bodensäulen können zwar Horizontalbelastungen aufnehmen, jedoch nur bis zu einem bestimmten Ausmaß. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß im Bereich einer nennenswerten Horizontalkomponente die Bodensäulen im Winkel zur Vertikalen eingebracht werden. Derartige geneigte Bodensäulen sind daher eher geeignet, Scherbelastungen entgegenzuwirken. Es versteht sich, daß die Neigung in einer Richtung erfolgt, die der auftretenden Horizontalkomponente entgegenwirkt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Umhüllung aus einem geeigneten Geotextilmaterial, nämlich aus einem Gewebe oder einem Gitter, gegebenenfalls im Verbund mit Vliesstoff. Es ist mit einer ausreichend großen Festigkeit zu versehen, die zwischen 20 bis 500 kN/m bei solchen Umhüllungen liegt, die eine Naht aufweisen. Bekanntlich ist eine Naht eine Schwachstelle, so daß für die Auslegung der Nenn-Festigkeit der Nahtab- minderungsfaktor entscheidend ist. Wird hingegen die Umhüllung im Rundverfahren hergestellt, kann ein Material mit etwa der Hälfte der erforderlichen Nenn-Festigkeit für eine Umhüllung mit Naht eingesetzt werden. Vorzugsweise ist eine Festigkeit von mindestens 150 kN/m bei Umhüllungen mit Nähten und etwa die Hälfte davon bei im Rundverfahren hergestellten Umhüllungen vorzusehen.

Vorzugsweise werden derartige Umhüllungen im Rundverfahren, d. h. nahtlos hergestellt. Ansonsten ist es am einfachsten, wenn die Umhüllung aus einer breiten Bahn des gewünschten Materials gebildet ist, das aufeinandergelegt und am offenen Rand durch eine Spezialnaht verbunden wird. Das Verbinden erfolgt durch ein Verweben der Enden oder mit entsprechendem Nahtmaterial.

Die Beanspruchung der Umhüllung aus Geotextilmaterial ist in der Höhe unterschiedlich. Daher kann es vorteilhaft sein, die Festigkeit der Belastung anzupassen. Eine Möglichkeit besteht nach der Erfindung darin, daß die Kettfäden des Gewebes in Längsrichtung der Umhüllung und die Schußfäden quer dazu verlaufen und Zonen unterschiedlicher Festigkeit dadurch erhalten werden, daß der Abstand der Schußfäden variiert wird. Liegen die Schußfäden eng beieinander, ist die Festigkeit bekanntlich höher als wenn sie weiter auseinanderliegen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, über die schlauchartige Umhüllung eine Hülle begrenzter Länge ebenfalls aus Geotextilmaterial zu ziehen, die dann in diesem Bereich die Festigkeit erhöht.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch verschiedene Phasen bei der Herstellung einer Bodensäule mit dem Verfahren nach der Erfindung.

Fig. 5 zeigt einen Teil des Gewebes einer Umhüllung für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bodensäule.

Fig. 6 zeigt schematisch das Einbringen einer Umhüllung in ein im Boden befindliches Rohr mit Hilfe eines Innenrohrs.

Fig. 7 zeigt schematisch ein Verdrängungsrohr nach dem Bohrverdrän- gungsverfahren.

Fig. 8 zeigt schematisch das Einrütteln eines Rohrs nach dem Verdrängungsverfahren.

Fig. 9 zeigt schematisch die Anordnung von Bodensäulen nach der Erfindung.

Fig. 10 zeigt schematisch das Einbringen von Bodensäulen bei einer Dammverbreiterung. In Fig. 1 ist zu erkennen, wie ein Mantelrohr 10, das beispielsweise ein Durchmesser von 1 m hat, in eine Bodenschicht 12 eingetrieben ist, die aus nicht tragfähigem Material besteht. Das Mantelrohr 10 ist bis in eine tragfähige Schicht 14 unterhalb der Schicht 12 vorgetrieben, beispielsweise 1,5 m. Das Mantelrohr 10 erstreckt sich jedoch ein gewisses Maß oberhalb der Schicht 12. Das Eintreiben des Mantelrohrs 10 erfolgt in bekannter Weise durch entsprechende Rüttelgeräte. Darauf wird weiter unten noch näher eingegangen.

W^τie ferner in Fig. 1 zu erkennen, hängt eine sackartige Umhüllung 16 im Rohr 10, das zuvor durch Ausgreifen bis auf das Niveau 20 geleert wurde, das von der tragfähigen Schicht 14 gebildet ist. Bei vollständig aufgespannter sackartiger Umhüllung 16 ist deren Durchmesser größer als der Innendurchmesser des Mantelrohrs 10, beispielsweise bis 10 %. Durch einfaches Herablassen der Umhüllung 16 hängt diese mehr oder weniger ungeregelt im Inneren des Mantelrohrs 10, wobei das obere Ende 22 um den Rand des Mantelrohrs 10 herumgelegt und durch geeignete Mittel festgehalten wird, z. B. durch ein Spannband. Anschließend wird körniges Material, wie z. B. Sand, wie dies in der DE 195 18 830 beschrieben ist, eingefüllt. Das Einfüllen der ersten Mengen führt dazu, daß die Umhüllung 16 unter vertikale Spannung gesetzt wird, so daß sie durch Nachgeben am Rand auf das Niveau 20 absacken kann. Weiteres Auffüllen mit körnigem Material führt dazu, daß die Umhüllung 16 nach und nach gegen den Boden 20 und die Wand des Mantelrohrs 10 angedrückt wird, wobei durch Festhalten des oberen Randes 22 der Umhüllung 16 dafür gesorgt wird, daß diese unter mehr oder weniger Spannung steht. Das vollständige Auffüllen des Mantelrohres bei gleichzeitigem Anlegen der Umhüllung 16 ist in Fig. 2 gezeigt. Das Niveau des eingefüllten Materials 24 ist etwas unterhalb der oberen Kante des Mantelrohres 10, in jedem Fall oberhalb des Niveaus der Schicht 12.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie in Richtung Pfeil 26 das Mantelrohr 10 herausgezogen wird. Dies geschieht unter Verdichtung des eingefüllten Materials 24. Die Verdichtung kann entweder ausschließlich durch die Vibration des herausgezogenen Mantelrohrs 10 erfolgen und/oder durch Anwendung herkömmlicher Verdichtungstechniken. Da die Ummantelung 16 einen größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Mantelrohrs 10 hat, erfolgt eine entsprechende Aufweitung der auf diese Weise gebildeten Säule, wobei eine zusätzliche Aufweitung horizontal oder radial dadurch geschieht, daß das Material der Umhüllung 16 entsprechend seiner Spannungs-Dehnungs- Kennlinie nachgibt. Nach dem vollständigen Herausziehen des Mantelrohrs 10 und entsprechender Verdichtung ergibt sich gemäß Fig. 4 eine Bodensäule 28, deren oberes Ende mit dem Niveau der Schicht 12 übereinstimmt. Sie dient zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten gemeinsam mit weiteren nicht gezeigten Bodensäulen, die nach einem bestimmten Raster erstellt sind. Es versteht sich, daß auf die stabilisierte Bodenschicht eine vergleichmäßigend wirkende Tragschicht von z. B. 1 bis 1,5 m Dicke aufgetragen werden kann, was hier nicht gezeigt ist.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß aufgrund der Verdichtung des Materials 24 eine Kraft auf das umgebende Material 12 ausgeübt wird, angedeutet durch Pfeil 30. Das umgebende Material 12 wird seinerseits verdichtet und baut eine Reaktionskraft 32 auf. Nach der endgültigen Erstellung der Säule 28 sind die Kräfte 30, 32 im Gleichgewicht, wobei ein Teil der Kräfte 30 durch die Spannung der Umhüllung 16 aufgefangen werden kann. Bei dem Erstellen einer Bodensäule nach dem Verdrängungsverfahren wird ähnlich vorgegangen, wobei jedoch das Rohr im Verdrängungsverfahren eingetrieben wird, so daß ein Entleeren des Rohres nicht mehr erforderlich ist. Bei dem Verdrängungsverfahren hat jedoch das Rohr einen etwas geringeren Außendurchmesser als beim oben beschriebenen Verfahren, beispielsweise nur bis zu 0,8 m.

Im unteren Bereich des Materials 24 ist in den Fig. 2 bis 4 angedeutet, daß eine Art Stopfen gebildet ist mit Hilfe einer Mischung aus körnigem Material, z. B. Sand und Bentonit, wobei letzterer in einem Anteil von 6 bis 15 % zugefügt ist. Es hat die Eigenschaft, daß bei Eindringen von Wasser ein Aufquellen und eine Verdichtung erfolgt, so daß weiteres Eindringen von Wasser, beispielsweise Grundwasser, in das Material der Säule vermieden wird.

Die Umhüllung für die Säule wird vorzugsweise im Rundverfahren erstellt, so daß Nähte, welche naturgemäß Schwachstellen sind, vermieden werden. Es wird ein geeignetes Kunststoffmaterial verwendet, das erhebliche Belastungen bis zu 500 kN/m aufzunehmen imstande ist. Vorzugsweise wird eine gitter- oder gewebeartige Struktur verwendet, welche so beschaffen ist, daß zum einen der Eintritt von Wasser möglich ist, nicht jedoch der Hindurchtritt von Material des umgebenden Bodens. Die Filterwirkung kann durch die Verwendung von eingebauten Vliesmaterial noch verbessert werden. In Fig. 5 ist ein Ausschnitt 36 einer derartigen Umhüllung dargestellt. In vertikaler Richtung verlaufen die Kettfäden 38, während die Schußfäden 40 in horizontaler Richtung verlaufen. Wie in Fig. 5 erkennbar, ist der Abstand der Schußfäden 40 in vertikaler Richtung unterschiedlich. Dadurch kann in der Umhüllung eine Zone erhöhter Festigkeit geschaffen werden. Das Material der Umhüllung ist so gewählt, daß es eine erhebliche Zugbeanspruchung aufnehmen kann, jedoch eine gewisse Dehnung zuläßt, um den umgebenden Boden zu verdichten zwecks Aufbau einer Reaktionskraft bis zum Gleichgewicht. Dieser Vorgang geht relativ rasch vonstatten. Spätere Setzungen treten so gut wie gar nicht auf.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, erstreckt sich die Umhüllung über das obere Ende des Rohrs hinaus. In vielen Fällen befindet sich jedoch oberhalb der zu stabilierenden Bodenschicht bereits eine Tragschicht von ausreichender bzw. geeigneter Beschaffenheit. Das Schalungsrohr muß daher zunächst durch diese Schicht hindurchgebracht und anschließend durch die zu stabi- lierende Schicht hindurch bis auf die tragfähige Schicht werden. Die Bodensäule braucht sich jedoch andererseits nur über die Höhe der zu stabilisierenden Schicht zu erstrecken. Das anhand von Fig. 1 und 2 beschriebene Verfahren benötigt daher eine größere Menge an Geotextilmaterial als für die Bodensäule letztlich erforderlich. In Fig. 6 ist nun dargestellt, wie das Rohr 10 gemäß den Fig. 1 und 2 durch eine auf der zu stabilierenden Schicht 12 aufgelegte Tragschicht 42 hindurchgetrieben worden ist. Das untere Ende des Rohrs 10 ist nicht dargestellt. Wie ferner zu erkennen, ist ein Innenrohr 44 vorgesehen, über das die Umhüllung 16 gezogen ist, so daß die Umhüllung 16 mit dem Innenrohr 44 in das Rohr 10 eingebracht werden kann. Das Besondere ist, daß das obere Ende der Umhüllung 16 im Abstand zum oberen Ende des Innenrohrs 44 an dessen Außenwand angebracht ist, beispielsweise mit einem Spannband 46 oder ähnlichem. In dem endgültig eingeführten Zustand reicht die Umhüllung 16 daher nur bis zur Oberseite der zu stabilierenden Schicht 12. Das Innenrohr 44 weist am oberen Ende einen Trichter 48 auf. über das körniges Material eingefüllt werden kann. Mit dem Einfüllen wird das Innenrohr 44 herausgezogen, wobei die Umhüllung 16 jedoch an ihrem Platz verbleibt. Die Befestigung 46 ist lediglich reibschlüssig und gleitet auf dem Innenrohr 44 bei dessen Herausziehen. Nach dem vollständigen Auffüllen der Umhüllung 16, wie dies anhand der Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, kann dann das Rohr 10 in der bereits beschriebenen Art und Weise mit Hilfe eines Rüttlers oder dergleichen entfernt werden.

In Fig. 7 ist ein Bohrverdrängungsrohr 50 angedeutet, das an seiner Außenseite eine schneckenartige Wendel 52 aufweist zum Eindrehen in den Erdboden. Das Rohr 50 kann am unteren Ende wiederum einen geeigneten Verschluß aufweisen, der beim Eindrehen in das Erdreich verschlossen ist, beim Herausdrehen jedoch öffnet. Wie ferner in Fig. 7 zu erkennen, ist eine Umhüllung 54 eingelegt, ähnlich wie dies anhand von Fig. 1 beschrieben ist. Die Umhüllung kann einen Innendurchmesser aufweisen, der dem Innendurchmesser des Rohrs 50 entspricht oder auch etwas größer sein. Zwischen der Umhüllung 54, die im Aufbau im übrigen der Umhüllung 16 gleichen kann, ist eine Vliesschicht 56 zwischen Umhüllung 54 und Rohrwandung angeordnet. Die Vliesschicht dient dazu, die mit körnigem Material gefüllte Umhüllung 54 zu schützen, wenn das Rohr 50 aus dem Erdboden herausgedreht wird.

In Fig. 8 ist ein Rüttelgerät 60 schematisch angedeutet, das über ein Seil 62 einen Bären 64 hält, an dem ein Verdrängungsrohr 66 angehängt ist. Ferner ist zu erkennen, daß im unteren Bereich des Gerätes eine Umlenkrolle 68 angeordnet ist, über die ein Seil 70 geführt ist, das am Ende am Bär 64 angreift. Mit Hilfe des Seils 70 kann mithin auf den Bär 64 eine erhebliche Zugspannung aufgebracht werden, durch welche das Eintreiben des Verdrängungsrohrs 66 beschleunigt wird. Der Bär 64 ist vorzugsweise von der Art, daß die Frequenz und die Amplitude veränderbar sind, vorzugsweise durch ein Optimierungsprogramm dergestalt, daß diejenige Frequenz und Amplitude ausgesucht wird, bei der der größte Vorschub pro Zeiteinheit erzielt wird.

In Fig. 9 ist zu erkennen, wie Bodensäulen der z. B. in Fig. 4 gezeigten Art in einem quadratischen Raster angeordnet sind. Die Säulen sind dort mit 72 bezeichnet. Das Raster ist durch gestrichelte Linien 74 angedeutet. Wie ferner zu erkennen, sind weitere Säulen 76 jeweils mittig zwischen vier Säulen 72 angeordnet. Das entsprechende Raster ist strichpunktiert bei 78 angedeutet. Die Säulen 76 sind reine Sandsäulen, d. h. sie werden mit Hilfe eines Verdrängungs- oder eines anderen Rohrs in den Erdboden eingebracht, ohne daß jedoch eine Geotextilumhüllung verwendet wird. Die Bodensäulen aus Sand haben zwar nicht die Festigkeit der Säulen 72, tragen jedoch ebenfalls zur Stabilisierung bei, insbesondere, wenn sie zeitlich nach den Säulen 72 eingebracht werden, nachdem der Boden bereits eine Stabilisierung erfahren hat. Mit Hilfe eines derartigen Prinzips läßt sich bei einer gewünschten Bodenfestigkeit eine besonders wirtschaftliche Vorgehensweise ermöglichen.

In Fig. 10 ist ein Damm 80 dargestellt, der sich auf einem relativ wenig tragfähigen Boden 82 befindet. Der Damm 80 soll verbreitert werden, wie sich durch den Abschnitt 84 zeigt. Zur Stabilisierung des Bodens und zur Unterstützung des Abschnitts 84 sind Bodensäulen 86 eingebracht, wie dies etwa anhand der Fig. 1 bis 4 gezeigt ist. Man erkennt, daß weitere Bodensäulen 88 in einem Winkel zur Vertikalen eingebracht sind, und zwar in dem Bereich des Damms, in dem aufgrund der Erweiterung Horizontalkomponenten auftreten. Mit Hilfe der Schräganordnung der Säulen 88 lassen sich diese Kräfte besonders gut auffangen.

Claims

A n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung von Bodensäulen zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten, bei dem eine rohrartige Schalung in den Boden getrieben wird in einen standfesten Bereich hinein, das Bodenmaterial aus der rohrartigen Schalung entfernt wird, eine Hülle aus Geotextilmaterial in die rohrartige Schalung eingelegt und mit tragfähigem, körnigem, rolligem Material gefüllt wird, das tragfähige Material anschließend verdichtet und die rohrartige Schalung entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Bodensäule ein einzelnes Mantelrohr in den Boden getrieben wird, das Mantelrohr durch Ausgreifen geleert wird, eine sackartige Umhüllung in das leere Mantelrohr eingeführt wird, deren Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Mantelrohrs und das körnige Material beim Einfüllen die Umhüllung gegen die stehen gebliebene Tragschicht und die Innenwand des Mantelrohrs fortschreitend andrückt, das körnige Material beim Herausziehen des Mantelrohrs so weit verdichtet wird, daß die Umhüllung über seinen Ursprungsdurchmesser hinaus gedehnt wird bis zum annähernden Gleichgewicht mit den vom ebenfalls verdichteten umgebenden Boden erzeugten Gegenkräften, wobei das Material der Umhüllung in seiner Durchlässigkeit so beschaffen ist, daß im wesentlichen kein umgebender Boden in die gebildete Säule eindringt.

2. Verfahren zur Herstellung von Bodensäulen zur Abtragung von Bauwerks- und Verkehrslasten, bei dem eine rohrartige Schalung in den Boden getrieben wird in einen standfesten Bereich hinein, eine Umhüllung aus Geotextilmaterial in die rohrartige Schalung eingelegt und mit tragfähigem, körnigem, rolligem Material gefüllt wird, das tragfähige Material anschließend verdichtet und die Schalung entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes am unteren Ende durch einen zu öffnenden Verschluß geschlossenes Verdrängungsrohr in den Boden getrieben wird, eine sackartige Umhüllung in das Verdrängungsrohr eingeführt wird mit einem Durchmesser annähernd gleich oder größer als dem Innendurchmesser des Verdrängungsrohrs, das körnige Material beim Einfüllen die Umhüllung fortschreitend gegen die stehen gebliebene untere Tragschicht und die Innenwand des Verdrängungsrohrs andrückt, während des Herausziehens des Verdrängungsrohrs bei geöffnetem unterem Röhrende das Material verdichtet wird, die Umhüllung über ihren Ursprungsdurchmesser hinaus gedehnt wird bis zum annähernden Gleichgewicht mit der vom verdichteten umgebenden Boden erzeugten Gegenkraft, wobei das Material der Umhüllung in seiner Durchlässigkeit so beschaffen ist, daß im wesentlichen kein umgebender Boden in die gebildete Säule eindringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich der Umhüllung über eine gewisse Höhe eine Mischung aus Sand und Bentonit eingefüllt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil an Bentonit 6 bis 15 %, vorzugsweise 8 bis 12 %, beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bohr- Verdrängungsrohr verwendet und zwischen der Umhüllung und der Rohrwandung eine Schutzhülle angeordnet wird, vorzugsweise aus Vlies.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung auf ein Innenrohr aufgeschoben und im Abstand vom oberen Ende reibschlüssig am Innenrohr befestigt wird derart, daß die Umhüllung beim Befüllen mit dem körnigen Material und dem Hochziehen des Innenrohres an dessen Außenseite abrutscht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das Eintreiben des Rohrs ein selbst optimierender in der Amplitude und Frequenz veränderbarer Rüttler verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rüttler gegenüber dem Rohr in Eintriebsrichtung vorgespannt wird, vorzugsweise 20 bis 25 t.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt mit Geotextil umhüllte Bodensäulen in einem vorgegebenen Raster in den Boden eingebracht werden und in einem zweiten Schritt ein zweites Raster nur aus körnigem Material bestehende Bodensäulen in den Boden eingebracht werden, wobei die zweiten Bodensäulen jeweils zwischen den ersten angeordnet sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mit einer nennenswerten durch die Auflast hervorgerufenen Horizontalkomponente die Bodensäulen im Winkel zur Vertikalen eingebracht werden.

11. Umhüllung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Gewebe oder Gitter gegebenenfalls im Verbund mit Vliesstoff besteht.

12. Umhüllung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Kurzzeitfestigkeit bei einer Verwendung von Nähten 20 bis 500 kN/m oder bei Verwendung einer nahtlosen Umhüllung 20 bis 250 kN/m beträgt.

13. Umhüllung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Bahnabschnitt des Geotextilmaterials gebildet ist, das in einem speziellen Nahtverfahren an zwei Rändern miteinander verbunden ist.

H. Umhüllung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nähe mindestens 1/5 des Säulenumfangs beträgt.

15. Umhüllung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettfäden (38) des Gewebes (36) in Längsrichtung der Umhüllung und die Schußfäden (40) quer dazu verlaufen und Zonen unterschiedlicher Festigkeit durch engeren oder weiteren Abstand der Schußfäden gebildet sind.

16. Umhüllung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußfäden (40) im höherer belasteten Bereich der Umhüllung enger liegen als im Bereich darüber oder darunter.

17. Umhüllung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Umhüllung begrenzter Länge über einen Abschnitt der Umhüllung gezogen wird.