Verfahren und Vorrichtung zur Bodenverbesserung mittels pulvrigem Bindemittel

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von pulvrigem Bindemittel in den Boden, insbesondere in bindigen Boden mit hohem Wassergehalt, zum Herstellen von abgebundenen Verfestigungssäulen im Boden zur Verbesserung der Tragfähigkeit des Bodens. Das Bindemittel wird über einen Aufgabebehälter (22) und ein in den Boden eingerütteltes Schleusenrohr (23) beim Ziehen des Schleusenrohres (23) unter die Bodenoberfläche (13) gebracht, wobei das Ziehen des Schleusenrohres (23) bei Unterschreiten eines unteren Mindestfüllstandes von Bindemittel im Schleusenrohr (23) unterbrochen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von pulvrigem Bindemittel in den Boden, insbesondere in bindigen Boden mit hohem Wassergehalt, zum Herstellen von abgebundenen Verfestigungssäulen im Boden zur Verbesserung der Tragfähigkeit des Bodens.

[0002] Aus der DE 43 04 816 A1 ist ein Gerät und ein Verfahren zur Stabilisierung weichen Untergrundes mittels trockenem mineralischen Pulver bekannt, bei dem ein innerhalb eines zuvor eingetriebenen Schutzrohres geführtes in den Untergrund eingetriebenes Rohr verwendet wird, das am vorderen Ende ein Kegelsitzventil aufweist. Hierbei wird das mit dem einzubringenden Pulver gefüllte Rohr bei geschlossenem Ventil in den Boden eingetrieben und das Ventil nach Erreichen der tiefsten Position des Rohres mittels einer Stange geöffnet; danach wird das Pulver während eines Ziehens des Rohres unter Verfüllen der entstehenden Bodenöffnung mittels Druckluft aus dem Rohr ausgepreßt. Die Druckluft tritt hierbei aus dem Ventil aus und soll außen entlang des Rohres abfließen. Hierbei kann es zu Störungen beim Abfließen der Luft kommen, so daß Fehlstellen in der Verfestigungssäule entstehen können.

[0003] Aus der DE 44 17 887 A1 ist ein Verfahren und ein Gerät zur Erhöhung der Festigkeit weichen Untergrunds bekannt, bei dem das Gerät eine Schneckenanordnung innerhalb eines Rohres zum Herausfördern von Bodenmaterial und zum Einbringen von pulvrigem Bindemittel verfügt.

[0004] Fehlstellen in der Verfestigungssäule sind nicht zu erwarten, da das Pulver mittels der Schnecke beim Ziehen des Rohres auf jeden Fall ausgepreßt werden kann. Das Gerät ist jedoch kompliziert und verschleißbehaftet im Hinblick auf den Schneckenantrieb.

[0005] Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte betriebssichere Durchführung des genannten Verfahrens sicherstellen.

[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Ziehen des Schleusenrohres bei Unterschreiten eines unteren Mindestfüllstandes von Bindemittel im Schleusenrohr unterbrochen wird.

[0007] Auf diese Weise werden Fehlstellen in dem zu erzeugenden Verfestigungskörper sicher vermieden, wie sie durch unkontrolliertes, vollständiges Entleeren des Schleusenrohres oder durch Fehlstellen im Füllstand innerhalb des Schleusenrohres infolge von Brückenbildungen entstehen könnten. Nach einem Stillsetzen des Rüttlerrohres kann ein vollständiges Auffüllen desselben mit pulvrigen Bindemittel erfolgen. Bevorzugterweise erfolgt ein Nachfüllen des Schleusenrohres stets bereits dann, wenn ein Unterschreiten eines oberen Mindestfüllstandes von Bindemittel im Schleusenrohr vorliegt. Ein Auffüllen erfolgt durch Einblasen von pulvrigem Bindemittel, wobei die zur Förderung benutzte Druckluft durch eine Entlüftungsöffnung im Aufgabebehälter ent weichen kann. Das Auffüllen wird beendet, wenn ein Höchstfüllstand im Aufgabebehälter überschritten wird. Dieser Aufgabebehälter ist üblicherweise dauernd über eine Schlauchleitung mit einem Silofahrzeug verbunden, das über eine Druckluftfördervorrichtung verfügt und von dem aus die Nachfüllvorgänge erfolgen. Das Schleusenrohr wird in bekannter Technik in den Boden eingerüttelt. Auch beim Ziehen des Schleusenrohres zum Ausbringen des Bindemittels kann dieses zur Verfestigung des verbesserten Bodens gerüttelt werden.

[0008] Das pulvrige Bindemittel kann dem bindigen Boden in vorteilhafter Weise Wasser entziehen, so daß sich die Tragfähigkeit des bindigen Bodens erheblich verbessert. Darüber hinaus findet durch das Einbringen des pulvrigen Bindemittels eine Materialverdrängung im Boden statt, die zur Verfestigung und damit zur weiteren Verbesserung der Tragfähigkeit führt. Die Bodenverfestigung und -verdrängung bewirkt gleichzeitig ein Auspressen des Bodenwassers, so daS das Bindemittel mit dem Bodenwasser abbinden kann und einen verfestigten Säulenkörper bildet.

[0009] Das Einrütteln des Schleusenrohres und das Einbringen des Bindemittels unter die Bodenoberfläche nach dem Einrütteln unter Ziehen des Schleusenrohres kann zur Erzeugung einer Verfestigungssäule mit gegenüber dem Schleusenrohr größeren Durchmessers mehrfach wiederholt werden.

[0010] Das Verfahren wird in bekannter Weise mit Abständen wiederholt, so daß ein Raster von Verfestigungssäulen in dem Baugrund, dessen Tragfähigkeit verbessert werden soll, entsteht.

[0011] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Aufgabebehälter für pulvriges Bindemittel mit einer Aufgabeöffnung und einer Entlüftungsöffnung, ein Schleusenrohr, das sich unten an den Aufgabebehälter anschließt, mit einer Austrittsöffnung am unteren Ende, und eine Rüttlervorrichtung nahe dem unteren Ende des Schleusenrohres, die innerhalb des Querschnittes des Schleusenrohres liegt, sowie zumindest einen Füllstandssensor nahe dem unteren Ende des Schleusenrohres. Insbesondere umfaßt die Vorrichtung jeweils einen weiteren Füllstandssensor nahe dem oberen Ende des Schleusenrohres und im Aufgabebehälter. Die Vorrichtung wird vorzugsweise an einem Mäkler, der auf einem Raupenfahrzeug montiert ist, angebracht. Das pulvrige Material wird vor dem Einrütteln des Schleusenrohres in dieses eingefüllt. Das Gewicht des Materials unterstützt hierbei das Einrütteln des Schleusenrohres.

[0012] Nach dem vollständigen Einrütteln wird unter Öffnen der Verschließvorrichtung mit dem Ziehen des Schleusenrohres begonnen, wobei pulvriges Bindemittel im wesentlichen drucklos aus dem Schleusenrohr ausfließt. Die erfindungsgemäßen Füllstandsensoren sichern ein Stillsetzen des Ziehens und ein Verschließen der Verschließvorrichtung im Falle eines unkontrollierten vollständigen Entleerens des Schleusenrohres bzw. im Falle von Fehlstellen im Füllstand, die durch Brückenbildung entstehen können. Sobald der Füllstandssensor am unteren Ende des Schleusenrohres den entleerten Zustand, d. h. Unterschreiten des Füllstandes unter den Sensor, anzeigt, wird das Ziehen der Vorrichtung unterbrochen um keine Fehlfüllungen in der entstehenden Materialsäule im Boden entstehen zu lassen. Ein derartiges Stillsetzen löst ein Nachfüllen des Schleusenrohres von einem mit dem Aufgabebehälter verbundenen Silofahrzeug aus in Gang, Brückenbildungen können durch das Gewicht des nachgefüllten, pulvrigen Bindemittels bzw. den geringen Überdruck, der durch die zum Einblasen des Bindemittels verwendete Druckluft erzeugt wird, überwunden werden. Der Nachfüllvorgang wird bei Erreichen des Füllstandssensors im Aufgabebehälter abgebrochen und setzt in der Regel bereits bei Unterschreiten der Höhe des oberen Füllstandssensors im Schleusenrohr wieder ein. Der Aufgabebehälter dient zur Strömungsberuhigung in der zum Einblasen von pulvrigem Bindemittel in das Schleusenrohr verwendeten Druckluft sowie zum Abblasen dieser Druckluft, die infolgedessen nicht in die Verfestigungssäule gelangen kann. Die Entlüftungsöffnung des Aufgabebehälters ist vorzugsweise mit einem Staubfilter versehen. Das Schleusenrohr ist insbesondere elastisch an den Aufgabebehälter angehängt. Die Aufgabeöffnung des Aufgabebehälters ist mit einem Schlauchstutzen zum Anschluß einer Schlauchleitung von einem Silofahrzeug her versehen.

[0013] Um beim Einrütteln des Schleusenrohres kein Bodenmaterial in dasselbe eintreten zu lassen, ist vorzugsweise das Schleusenrohr unterhalb der Verschließvorrichtung mit einem Stopfen aus Kies oder ähnlichem zu versehen, indem die Vorrichtung zunächst in eine Kiesaufschüttung auf der Bodenoberfläche abgesenkt wird. Dies ist verzichtbar, wenn die Verschließvorrichtung unmittelbar am Ende des Schleusenrohres vorgesehen ist.

[0014] Die Rüttlervorrichtung befindet sich in vorteilhafter Weise am unteren Ende des Schleusenrohres innerhalb dessen Querschnitts; der freie Durchflußquerschnitt des Schleusenrohres für pulvriges Material wird damit in diesem Bereich reduziert.

[0015] Das Schleusenrohr kann elastisch am Aufgabebehälter angehängt sein, so daß der Aufgabebehälter von den Schwingungen des Schleusenrohres beim Einrütteln abgekoppelt ist. Eine ungewollte Verdichtung im Aufgabebehälter von Material kann somit ausgeschlossen werden.

[0016] Die Verschließvorrichtung am unteren Ende des Schleusenrohres liegt vorzugsweise mit Abstand zur Austrittsöffnung unmittelbar oberhalb der Rüttlervorrichtung.

[0017] Die Verschließvorrichtung des Schleusenrohres kann in Form eines Schiebers, einer Klappe oder einer pneumatischen Quetschventilvorrichtung ausgebildet sein. Für die zusätzliche Verschließvorrichtung am unteren Ende des Schleusenrohres gilt sinngemäß das gleiche.

[0018] Am unteren Ende des Aufgabebehälters kann eine weitere Verschließvorrichtung vorgesehen sein, die ein mehrfaches Nachfüllen des Schleusenrohres aus dem Aufgabebehälter dann zuläßt, wenn eine Verbindung zum Silofahrzeug nicht dauernd bestehen bleiben kann.

[0019] Die gesamte Vorrichtung ist bevorzugt über einen Führungsschlitten an einem Mäkler verfahrbar, der unmittelbar am Aufgabebehälter angreift.

[0020] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1

eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Vertikalschnitt, befestigt an einem in dünnen Linien dargestellten Mäkler mit Tragraupe;

Fig. 2

die Verschließvorrichtung des Schleusenrohrs in einer ersten Ausführung;

Fig. 3

die Verschließvorrichtung des Schleusenrohrs in einer zweiten Ausführung;

Fig. 4

die Verschließvorrichtung des Schleusenrohrs in einer dritten Ausführung.

[0021] In Figur 1 ist mit dünnen Linien dargestellt ein Raupenfahrzeug 11 mit einer daran befestigten senkrecht aufgerichteten Mäklervorrichtung 12 erkennbar. Das Raupenfahrzeug 11 steht auf der Bodenoberfläche 13 auf. An der Mäklervorrichtung 12 hängt im wesentlichen vertikal ausgerichtet eine Vorrichtung 21 zum Einbringen von pulvrigem Material unter die Bodenoberfläche zum Herstellen von im wesentlichen vertikalen Säulen. An der Vorrichtung 21 sind ein Aufgabebehälter 22, ein Schleusenrohr 23 und eine Rüttlervorichtung 24 als wesentliche Komponenten erkennbar. Der Aufgabebehälter 22 ist mittels eines zweiteiligen Schlittens 25 am Mäkler 12 geführt. Am unteren Teil des Schlittens 25 ist auch das Schleusenrohr 23 elastisch aufgehängt. Der Aufgabebehälter 22 verfügt über einen Aufgabestutzen 26, der tangential in den Aufgabebehälter 22 einläuft und an dem ein Schlauchanschluß von einem Silofahrzeug anschließbar ist. Auf den Aufgabebehälter 22 ist eine Blechhaube mit einem Staubfilter 27 aufgesetzt. Der Aufgabebehälter 22 endet unten in einem Trichter 28, der in einen geraden Stutzen 29 ausläuft. Dieser ist über ein elastisches Verbindungsstück 30 mit einem erweiterten Einlaufbereich 31 des Schleusenrohres 23 verbunden. Am unteren Ende des Schleusenrohres verringert sich dessen Innenquerschnitt durch den Einbau des Rüttlers 24. Am Eintritt zu dem Bereich mit verringertem Querschnitt ist ein Verschlußstopfen 32 in geschlossener Stellung und in dünnen Linien gezeigt in geöffneter Stellung dargestellt. Das Schleusenrohr 23 läuft in einem Kegelabschnitt 33 mit einer Austrittsöffnung 34 aus. In Querschnittsdarstellung ist seitlich der runde Querschnitt des Aufgabebehälters 22 sowie der ovale Querschnitt des Schleusenrohres 23 dargestellt. An der Vorrichtung sind insgesamt drei Füllstandssensoren vorgesehen und zwar ein erster Füllstandssensor 39 im Aufgabebehälter 22, der den Zustand "vollständig befüllt" für den Aufgabebehälter anzeigen kann, ein zweiter Füllstandssensor 40 am oberen Ende des Schleusenrohres 23, das den Zustand "vollständig befüllt" für das Schleusenrohr 23 bzw. "vollständig entleert" für den Aufgabebehälter 22 anzeigen kann, und ein dritter Füllstandssensor 41 am unteren Ende des Schleusenrohres, der den Zustand "vollständig entleert" für das Schleusenrohr 23 anzeigen soll.

[0022] In Figur 2 ist ein Abschnitt des Schleusenrohres 23 mit dem oberen Ende der Rüttlervorrichtung 24 gezeigt. Ein Einbau im Schleusenrohr bildet einen Übergangstrichter 35. Der Verschlußstopfen 32 mit Kegelsitz ist hier in geschlossener Stellung in durchgezogenen Linien und in geöffneter Stellung in gestrichelten Linien wie in Figur 1 erkennbar. Ein Betätigungsmechanismus ist nicht näher dargestellt. Hierfür ist eine vertikale Betätigungsstange mit einem entsprechenden außerhalb oder innerhalb des Schleusenrohres liegenden Stellzylinders geeignet.

[0023] In Figur 3 ist wiederum ein Abschnitt des Schleusenrohres 23 mit dem oberen Teil der Rüttlervorrichtung 24 erkennbar. Oberhalb der Rüttlervorrichtung liegt ein Schwenkklappenmechanismus 36, der in durchgezogenen Linien in geöffneter Stellung und in gestrichelten Linien in Schließstellung dargestellt ist. Als Betätigungsmittel können in gleicher Weise wie zuvor beschrieben eine vertikale Betätigungsstange und ein außerhalb oder innerhalb des Schleusenrohres liegender Stellzylinder dienen.

[0024] In Figur 4 ist ebenfalls ein Abschnitt des Schleusenrohres 22 und der obere Teil der Rüttlervorrichtung 24 erkennbar, weiterhin ein Blecheinbau, der eine Stützfläche 37 bildet. Auf der Stützfläche baut ein elastischer Luftsack 38 auf, der mit den Wandungsteilen ein pneumatisch betätigbares Quetsshventil bildet. Zur Betätigung ist eine Druckluftleitung längs des Schleusenrohres vorzusehen.

[0025] Verschließvorrichtungen der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten und hier beschriebenen Art können ebenfalls im Übergangskegel 28 des Aufgabebehälters 22 eingebaut sein.

Bezugszeichenliste

[0026] 

11

Rampenfahrzeug

12

Mäkler

13

Bodenoberfläche

21

Gesamtvorrichtung

22

Aufgabebehälter

23

Schleusenrohr

24

Rüttler

25

Führungsschlitten

26

Aufgabeöffnung

27

Blechhaube mit Staubfilter

28

Trichter

29

Stutzen

30

elastisches Verbindungsstück

31

erweiterter Einlaufbereich

32

Verschlußstopfen

33

Kegelabschnitt

34

Austrittsöffnung

35

Übergangstrichter

36

Schwenkklappe

37

Stützfläche

38

Luftsack

39

Füllstandssensor (im Aufgabebehälter)

40

Füllstandssensor (am oberen Ende von 23)

41

Füllstandssensor (am oberen Ende von 23)

42

Entlüftungsöffnung

Ansprüche

1. Verfahren zum Einbringen von pulvrigem Bindemittel in den Boden, insbesondere in bindigen Boden mit hohem Wassergehalt, zum Herstellen von abgebundenen Verfestigungssäulen im Boden zur Verbesserung der Tragfähigkeit des Bodens, wobei das Bindemittel über einen Aufgabebehälter (22) und ein in den Boden eingerütteltes Schleusenrohr (23) beim Ziehen des Schleusenrohres (23) unter die Bodenoberfläche (13) gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ziehen des Schleusenrohres (23) bei Unterschreiten eines unteren Mindestfüllstandes von Bindemittel im Schleusenrohr (23) unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Nachfüllen des Schleusenrohres (23) bei Unterschreiten eines oberen Mindestfüllstandes von Bindemittel im Schleusenrohr (23) einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Nachfüllen des Schleusenrohres (23) bzw. ein Auffüllen des Aufgabebehälters (22) bei Erreichen eines Höchstfüllstandes von Bindemittel im Aufgabebehälter (22) unterbrochen wird.

4. Vorrichtung zum Einbringen von pulvrigem Bindemittel in den Boden, insbesondere in bindigen Boden mit hohem Wassergehalt, zum Herstellen von abgebundenen Verfestigungssäulen im Boden zur Verbesserung der Tragfähigkeit des Bodens,
umfassend

einen Aufgabebehälter (22) für pulvriges Bindemittel, mit einer Aufgabeöffnung (26) und einer sich zur Umgebung öffnenden Entlüftungsöffnung (42),

ein Schleusenrohr (23), das sich unten an den Aufgabebehälter (22) anschließt, mit einer Austrittsöffnung (34) nahe dem unteren Ende, die mit einer steuerbaren Verschließvorrichtung verschließbar ist,

und eine Rüttlervorrichtung (24) am unteren Ende des Schleusenrohres (23), die innerhalb des Querschnittes des Schleusenrohres (23) liegt, sowie

zumindest einen Füllstandssensor (41) nahe dem unteren Ende des Schleusenrohres (23).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch einen Füllstandssensor (40) nahe dem oberen Ende des Schleusenrohres (23)

6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch einen Füllstandssensor (39) im Aufgabebehälter (22)

7. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Aufgabebehälter (22) ein Führungsschlitten (25) angeordnet ist, der an einem Mäkler (12) verfahrbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schleusenrohr (23) elastisch an den Aufgabebehälter (22) angehängt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufgabeöffnung (26) des Aufgabebehälters (22) mit einem Schlauchstutzen versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Aufgabebehälter (22) ein Staubfilter (27) in der Entlüftungsöffnung (42) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschließvorrichtung (32, 36, 38) am unteren Ende des Schleusenrohres (23) mit Abstand zur Austrittsöffnung (34) unmittelbar oberhalb der Rüttlervorrichtung (24) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß am unteren Ende des Aufgabebehälters (22) eine weitere Verschließvorrichtung vorgesehen ist.

Zeichnung