Verfahren zum Ausbringen von Bindemittelsuspension

Abstract

 Verfahren zum Herstellen von verfestigten oder abdichtenden Körpern im Boden, insbesondere in Form von Säulen oder Lamellen, bei dem ein Bohr- und Injiziergestänge (1) abgeteuft und unter Ausbringen von Bindemittelsuspension wieder gezogen wird, wobei das Gestänge (1) im Schneckenbohrverfahren niedergebracht wird und beim Ziehen des Gestänges (1) und beim Ausbringen der Bindemittelsuspension Überschußmaterial über das Innere des Bohr- und Injiziergestänges (1) abgeführt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von verfestigten oder abdichtenden Körpern im Boden, insbesondere in Form von Säulen oder Lamellen, bei dem ein Bohr- und Injiziergestänge abgeteuft und unter Ausbringen von Bindemittelsuspension wieder gezogen wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Bohr- und Injiziergestänge zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0002] Verfahren der obenbezeichneten Art werden mit niedrigem Injektionsdruck von etwa 10 bar als einfache Injektionsverfahren und mit einem hohen Druck von 200 bis 600 bar als Hochdruckinjektionsverfahren durchgeführt; letztere sind unter Markennamen Soilcrete der Anmelderin bekannt (VDI-Lexikon Bauingenieurwesen, Düsseldorf 1991, S. 270). Hierbei ist es üblich, daß ein glattes, doppelwandiges Rohrgestänge, das mit einer Bohrkrone versehen ist, gleichzeitig als Bohr- und Injiziergestänge dient. Nach dem Abteufen des Gestänges wird während des Ziehens Bindemittelsuspension über Düsen in Nähe der Bohrkrone ausgebracht, die über Zuführungskanäle zwischen den Wandungen des Gestänges versorgt werden. Hierbei ist es bekannt, die Bindemittelsuspension in einem Hochdruckschneidstrahl auszubringen oder stattdessen das Bindemittel mit relativ niedrigem Druck auszubringen und daneben außerdem Wasser in einem Hochdruckschneidstrahl zu verwenden. Zur Verbesserung der Wirkung kann dabei jeweils der Hochdruckschneidstrahl druckluftummantelt sein, wobei im Inneren der doppelten Wände des Gestänges ein weiterer Zuführungskanal für Druckluft auszubilden ist.

[0003] Wird das Injiziergestänge nicht drehend gezogen, so entstehen entsprechend der Ausrichtung der Düsen lamellenförmig verfestigte Körper aus einem Gemisch aus Bindemittelsuspension und Bodenmaterial; wird das Injiziergestänge drehend gezogen, wobei die Drehgeschwindigkeit auf die Ziehgeschwindigkeit abzustimmen ist, so entstehen säulenförmig verfestigte Bodenkörper aus Bindemittelsuspension durchmischt mit Bodenmaterial.

[0004] Bei schweren Böden ist das relativ schlank ausgebildete mehrwandige Gestänge bekannter Art für das Niederbringen der Bohrung nicht brauchbar. Bei Verwendung des Bohr- und Injiziergestänges kann es zu Bohrabweichungen kommen oder zu Beschädigungen des Gestänges. Beides ist nicht akzeptabel. In diesen Fällen war es daher bisher erforderlich, zunächst die Bohrung mit einem schwereren Bohrgestänge niederzubringen, dieses wieder zu ziehen und anschließend das spezielle doppelwandige Injiziergestänge niederzubringen, bei dessen Ziehen dann die Bindemittelsuspension als Niederdruckinjektion alleine oder in Ergänzung zu einem Hochdruckschneidstrahl oder selber als Hochdruckschneistrahl ausgebracht wurde.

[0005] Die Notwendigkeit zwei verschiedene Gestänge abzuteufen und wieder zu ziehen ist außerordentlich nachteilig und unerwünscht; es muß hierbei berücksichtigt werden, daß bei größerer Tiefe der Bohrungen Gestänge aus mehreren Längsabschnitten verwendet werden, deren Montage und Demontage insbesondere dann zeitraubend ist, wenn es sich um doppel- oder mehrwandige Gestänge handelt.

[0006] Aus der DE 37 18 480 C1 ist eine Bohrvorrichtung für ein Hochdruckinjektionsverfahren bekannt, bei dem ein ein wandiges Gestänge für einen Hochdrucksuspensionsstrahl längsverschieblich in einem weiteren doppelwandigen Gestänge zur Zufuhr von Spülmedium angeordnet ist. Beide Gestänge tragen eigene Bohrkronen. Durch diese Ausbildung werden besonders komplizierte Antriebsmittel erforderlich. Die vorgesehene Verfahrensführung ist außerordentlich komplex, wobei im Ringraum zwischen den beiden Gestängen ein Rückfluß von überschüssiger Suspension zur Oberfläche erfolgen soll. Die Gefahr eines Zusetzens dieses Ringraums ist angesprochen und nicht zu vernachlässigen.

[0007] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Art bereitzustellen, das auch bei Vorliegen von schweren Böden die Durchführung des obenbezeichneten Bohr- und Injizierverfahrens in einem Arbeitsgang zuläßt.

[0008] Die Lösung besteht in einem Verfahren, das sich dadurch auszeichnet, daß das Gestänge im Schneckenbohrverfahren niedergebracht wird und daß beim Ziehen des Gestänges und beim Ausbringen der Bindemittelsuspension Überschußmaterial über das Innere des Bohr- und Injiziergestänges abgeführt wird.

[0009] Mit dem Schneckenbohrverfahren lassen sich in an sich bekannter Weise Bohrungen in dichten Böden niederbringen. Das beim Ausbringen der Suspension im Bohrloch aufsteigende Überschußmaterial, das durch eine Bohrschnecke erheblich behindert wird, kann erfindungsgemäß durch das Innere des Gestänges abfließen, so daß trotz Anwendung des Schneckenbohrverfahrens das Injizieren gemäß einem normalen Injizierverfahren mit einem Druck von etwa 10 bar bzw. das Injizieren nach dem Hochdruckinjizierverfahren mit Drücken von 200 bis 600 bar problemlos durchgeführt werden, ohne daß die Schnecke des Gestänges das Rücklaufmaterial behindert. Dies steigt durch den Innenraum des Gestänges auf, anstatt, wie bei bekannten Injizierverfahren, sich den Weg im Bohrloch außerhalb des Gestänges suchen zu müssen.

[0010] Besonders vorteilhaft wird das Verfahren in der Weise durchgeführt, daß Druckluft zum Innenraum des Gestänges zugeleitet wird, so daß die teiggeschwindigkeit des Materials im Innenraum wesentlich gesteigert wird. Hierbei wird das Rücklaufmaterial aufgelokkert und selbst bei fester Bodenkonsistenz ein Verstopfen des Inneren des Gestänges vermieden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Druckluft zum Innenraum des Gestänges in verschiedenen Höhen zugeführt wird.

[0011] Wie als solches bekannt, kann ein Hochdruckinjektionsverfahren derart abgewandelt werden, daß der verwendete Schneidstrahl druckluftummantelt ist, indem Ringdüsen für Druckluft konzentrisch zu den Schneidstrahldüsen angeordnet sind. Hierbei kann der Schneidstrahl durch unter hohem Druck zugeführte Bindemittelsuspension oder durch unter hohem Druck zugeführtes Wasser gebildet werden, wobei im letzteren Fall die Bindemittelsuspension wieder unter geringerem Druck zugeführt wird.

[0012] Der unterschiedlichen Aufgabenstellung entsprechend ist es möglich, die Druckluft zum Inneren des Rohrkörpers auf ein anderes Druckniveau einzustellen als die Druckluft zu den Ringdüsen, die die Schneidstrahlen ummanteln.

[0013] Das Gestänge kann je nach Konsistenz des Bodens nicht-drehend gezogen werden, wobei durch Vergrößerung des Bohrloches ein Teil der Aufgabe des Schneidstrahls vorweggenommen wird; bei besonders festen Böden kann zur Schonung des Materials gegen eine übermäßige Belastung das Gestänge drehend in Gegenrichtung zur Drehrichtung beim Abteufen gezogen werden.

[0014] Ein zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens geeignetes Bohr- und Injiziergestänge mit einem doppelwandigen Rohrkörper, der einen zentralen Innenraum und einen Ringraum bildet, der zur Führung von Bindemittelsuspension vorgesehen ist und zumindest einen Düsenaustritt am unteren Ende des Gestänges zur Umgebung hat, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß außen am Rohrkörper zumindest ein wendelförmiger Schneckengang angesetzt ist und der Rohrkörper zumindest über eine Mantelöffnung am unteren Ende des Gestänges verfügt, die den zentralen Innenraum mit der Umgebung verbindet. Diese Mantelöffnung bildet dabei einen Durchtrittskanal durch die beiden Wandungen des Rohrkörpers hindurch, der gegen den Ringraum, der zur Zuführung von Bindemittelsuspension, Wasser und Druckluft dient, abgedichtet ist. Die Mantelöffnung kann hierbei in einer Weise ausgebildet sein, daß das Rücklaufen von Material von der Umgebung in den Innenraum und das Abströmen nach oben begünstigt wird; insbesondere, wenn eine bestimmte Drehrichtung des Gestänges beim Ziehen vorgesehen ist.

[0015] In bevorzugter Weise ist hierbei die zumindest eine Mantelöffnung mit einer Verschlußklappe abdeckbar, die durch Druckbeaufschlagung des Innenraums des Rohrkörpers öffenbar oder entfernbar ist. Hiermit wird wirksam verhindert, daß bereits beim Abteufen des Gestänges sich der Innenraum des Rohrkörpers mit Bodenmaterial zusetzt, das nicht durch Bindemittelsuspension aufgelockert oder aufgeschwemmt ist.

[0016] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gestänges sind in den Unteransprüchen beschrieben, wobei die Art der Aufteilung des Ringraums für die Zuführung von Bindemittelsuspension, Wasser und Luft sowie die Anordnung von Ringdüsen für Druckluft, die die Düsen für die Hochdruckschneidstrahlen ringförmig umgeben, in bekannter konstruktiver Ausführung erfolgen kann. Auf den Inhalt der Unteransprüche wird hiermit bezug genommen.

[0017] Ein besonders bevorzugte neue Ausgestaltung geht dahin, daß zumindest eine Austrittdüse für Luft zum Innenraum des Rohrkörpers im Gestänge angeordnet ist, vorzugsweise sogar mehrere Austrittsdüsen zum Innenraum in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, um das bereits vorher beschriebene Verfahren zum Auflockern des Rücklaufmaterials im Innenraum zur Anwendung bringen zu können. Diese Austrittsdüse ist vorzugsweise oberhalb der Mantelöffnung angeordnet.

[0018] Soweit die Zuführung von Druckluft zu Ringdüsen, die die Schneidstrahlen ummanteln, und von Druckluft zum Innenraum des Rohrkörpers zum Auflockern des Rücklaufmaterials zugleich vorgesehen sind, können entweder zwei unterschiedliche Druckluftzuführungen im Ringraum vorgesehen sein, um ein voneinander unterschiedliches Druckniveau zu erzeugen, oder es können - bevorzugt in Zuordnung zu den Düsen - Mittel zur Druckreduzierung vor zumindest einer Art der Düsen vorgesehen sein.

[0019] In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Austrittsdüsen für Suspension unterhalb der zumindest einen Mantelöffnung angeordnet sind. Hierdurch wird der Rücklauf von Suspension durch die Mantelöffnung beim Ziehen des Gestänges gering gehalten.

[0020] In weiterhin günstiger Ausgestaltung ist vorgesehen, daß zumindest eine Austrittsdüse für einen Schneidstrahl - insbesondere aus Wasser - oberhalb der zumindest einen Mantelöffnung angeordnet ist. Hierdurch wird das Rücklaufmaterial in günstiger Weise für den Abfluß über die Mantelöffnung beim Ziehen des Gestänges aufgeschlossen.

[0021] Bevorzugte Ausführungsbeispiele des unteren Endes eines erfindungsgemäßen Bohr- und Injiziergestänges sind in den Figuren dargestellt.

Figur 1

zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gestänge mit einer Ansicht des Schneckenganges in einer ersten Ausführung;

Figur 2

zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gestänge nach Figur 1;

Figur 3

zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gestänge mit einer Ansicht des Schneckenganges in einer zweiten Ausführung;

Figur 4

zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gestänge nach Figur 3.

[0022] Die Figuren werden nachstehend - soweit sie übereinstimmen - gemeinsam beschrieben, wobei gleiche Einzelheiten in den Figuren mit den gleichen Nummern belegt sind.

[0023] Es ist das untere Ende eines Bohr- und Injiziergestänges 1 erkennbar, das einen doppelwandigen Rohrkörper 2 umfaßt, der einen Ringraum 3 und einen zentralen Innenraum 4 ausbildet. Außen am Rohrkörper ist ein in Ansicht dargestellter Schneckengang 5 angesetzt. Nahe dem unteren Ende ist eine Mantelöffnung 6 im Rohrkörper vorgesehen, der mit einer Bohrspitze 7 abschließt.

[0024] Nach den Figuren 1 und 2 ist der Ringraum 3 zu einem Längskanal 8 für Suspension und einem Längskanal 9 für Druckluft ausgebildet. Vom Längskanal 8 gehen zwei radiale Düsen 10, 11 aus, die Suspension ausbringen, insbesondere im Hochdruckstrahl. Diese Düsen sind durch Ringdüsen 12, 13 für Druckluft ummantelt. Vom Längskanal 9 für Druckluft geht außer den Ringdüsen 12, 13 eine weitere Düse 14 in den Innenraum 4 für das Rücklaufmaterial ab.

[0025] Die Düsen 10, 11 befinden sich unterhalb der Mantelöffnung 6 im Rohrkörper, die Düse 14 oberhalb der Mantelöffnung.

[0026] Nach den Figuren 3 und 4 ist der Ringraum 3 in einen Längskanal 8 für Suspension, einen Längskanal 9 für Druckluft und einen Längskanal 15 für Schneidwasser unterteilt. Von Längskanal 8 geht eine radiale Düse 16 aus, die Suspension ausbringt. Vom Längskanal 15 geht eine Düse 17 aus, die Schneidwasser unter hohem Druck ausbringt. Diese ist durch eine Ringdüse 18 für Druckluft ummantelt. Vom Längskanal 9 für Druckluft geht außer der Ringdüse 18 eine weitere Düse 14 in den Innenraum 4 für das Rücklaufmaterial ab. Die Düse 16 für Suspension befindet sich unterhalb der Mantelöffnung 6 im Rohrkörper, die Düsen 17 und 14 oberhalb.

[0027] Das erfindungsgemäße Gestänge kann aus einzelnen Längsabschnitten zusammengesetzt sein.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von verfestigten oder abdichtenden Körpern im Boden, insbesondere in Form von Säulen oder Lamellen, bei dem ein Bohr- und Injiziergestänge (1) abgeteuft und unter Ausbringen von Bindemittelsuspension wieder gezogen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gestänge (1) im Schneckenbohrverfahren niedergebracht wird und daß beim Ziehen des Gestänges und beim Ausbringen der Bindemittelsuspension Überschußmaterial über das Innere des Bohr- und Injiziergestänges (1) abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Ausbringen der Bindemittelsuspension Druckluft in das Innere des Gestänges (1) eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindemittelsuspension in zumindest einem im wesentlichen radialen Schneidstrahl aus dem Bohr- und Injiziergestänge (1) ausgebracht wird, der vorzugsweise druckluftummantelt aus dem Bohr- und Injiziergestänge austritt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß Wasser in zumindest einem im wesentlichen radialen Schneidstrahl aus dem Bohr- und Injiziergestänge (1) ausgebracht wird, der vorzugsweise druckluftummantelt aus dem Bohr- und Injiziergestänge (1) austritt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3 oder 2 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckniveau der ins Innere des Gestänges (1) und der außen aus dem Gestänge (1) austretenden Druckluft unterschiedlich ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gestänge (1) drehend - insbesondere im Gegensinn zur Drehrichtung beim Bohren - gezogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gestänge (1) nicht-drehend gezogen wird.

8. Bohr- und Injiziergestänge (1) mit einem zentralen Rohrkörper (2), der einen zentralen Innenraum (4) und einen Ringraum (3) bildet, der zur Führung von Bindemittelsuspension vorgesehen ist und zumindest einen Düsenaustritt (10 - 13) am unteren Ende des Gestänges (1) zur Umgebung hat.
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein wendelförmiger Schneckengang (5) außen an den Rohrkörper (2) angesetzt ist, und daß der Rohrkörper (2) über zumindest eine Mantelöffnung (6) am unteren Ende des Gestänges (1) verfügt, der den zentralen Innenraum (4) mit der Umgebung ver- bindet.

9. Gestänge nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ringraum (3) in zumindest zwei Längskanäle (8, 9) zur Führung von Bindemittelsuspension und Druckluft sowie ggfs. in einen Längskanal (15) zur Führung von Wasser unterteilt ist, die jeweils Austrittsdüsen (10, 11, 16; 12, 13, 18, 17) für Bindemittelsuspension (10, 11, 16) für Druckluft (12, 13, 18) und für Wasser (17) nach außen zur Umgebung haben.

10. Bohrgestänge nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsdüsen (12, 13, 16) für Druckluft die Austrittsdüsen (10, 11, 16) für einen Schneidstrahl aus Bindemittelsuspension (10, 11) oder Wasser (16) konzentrisch ringförmig umgeben.

11. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Austrittsdüse (14) für Druckluft zum Innenraum (4) des Rohrkörpers (2) - insbesondere oberhalb der zumindest einen Mantelöffnung (6) -im Gestänge (1) angeordnet ist.

12. Bohrgestänge nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Austrittsdüsen für Druckluft zum Innenraum (4) des Rohrkörpers (2) in zueinander unterschiedlicher Höhe im Gestänge (1) angeordnet sind.

13. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnt,
daß die Austrittsdüsen (10, 11, 16) für Suspension unterhalb der zumindest einen Mantelöffnung (6) angeordnet sind.

14. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Austrittsdüse (17) für einen Schneidstrahl - insbesondere aus Wasser - oberhalb der zumindest einen Mantelöffnung (6) angeordnet ist.

15. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zumindest eine Mantelöffnung (6) mit einer Verschlußkappe abdeckbar ist, die durch Druckbeaufschlagung des Innenraums (14) des Rohrkörpers (2) öffenbar oder entfernbar ist.

16. Gestänge nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zur Beaufschlagung der Düsenaustritte (12, 13,; 14) für Druckluft zum Innenraum und zur Umgebung mit unterschiedlichem Druckniveau vorgesehen sind, insbesondere voneinander getrennte Längskanäle oder ein einzelner Längskanal mit unterschiedlichen Druckreduzierventilen.

Zeichnung