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Dokumentenidentifikation DE3821566C1 04.01.1990
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Austauschen einer Stützflüssigkeit durch eine Austauschmasse
Anmelder Hochtief AG vorm. Gebr. Helfmann, 4300 Essen, DE
Vertreter Andrejewski, W., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Honke, M., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Masch, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 4300 Essen
DE-Anmeldedatum 25.06.1988
DE-Aktenzeichen 3821566
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.01.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.01.1990
IPC-Hauptklasse E02D 5/18
IPC-Nebenklasse E02D 19/18   
Zusammenfassung Zum zumindest teilweisen Austauschen einer in einem Schlitz für die Herstellung einer Schlitzwand oder dergleichen befindlichen Stützflüssigkeit durch eine fließfähige, erhärtende Austauschmasse wird mit Hilfe einer Abschlußplatte in der Stützflüssigkeit in Höhe der Bodenebene der auszutauschenden Stützflüssigkeitssäule eine Horizontalabtrennung vorgenommen, danach die Austauschmasse unter der Horizontalabtrennung bzw. Abschlußplatte zugeführt und dabei gesteuert angehoben. Das Austauschen ist insoweit ohne Durchmischungseffekte möglich, wenn eine Druckluftschicht als Horizontalabtrennung in Abhängigkeit von ihrem Druck gesteuert nach oben bewegt wird bzw. die Abschlußplatte zu einer Druckluftkammer ergänzt wird, die unterhalb der Abschlußplatte die Ausbildung der Druckluftschicht erlaubt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum zumindest teilweisen Austauschen einer in einem Schlitz für die Herstellung einer Schlitzwand oder dergleichen befindlichen Stützflüssigkeit durch eine fließfähige, erhärtende Austauschmasse, wobei in der Stützflüssigkeit in Höhe der Bodenebene der auszustauschenden Stützflüssigkeitssäule eine Horizontalabtrennung vorgenommen wird, danach die Austauschmasse unter der Horizontalabtrennung zugeführt wird und dabei die Horizontalabtrennung gesteuert ausgehoben wird, und andererseits eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer Abschlußplatte, die eine der Schlitzbreite im wesentlichen entsprechende Breite aufweist, mit einer unter der Abschlußplatte angeordneten elastischen Randdichtung, mit zumindest einer ein Absperrorgan aufweisenden Durchführung in der Abschlußplatte für ein Durchleiten von Stützflüssigkeit beim Absenken der Abschlußplatte, mit zumindest einer die Abschlußplatte durchsetzenden, bis zur Erdoberfläche geführten Zuführleitung für die fließfähige Austauschmasse, mit einer an die Abschlußplatte angeschlossenen Hubvorrichtung und einer dieser zugeordneten Steuervorrichtung. - Unter Maßnahmen, die einem Schlitz bzw. einer Schlitzwand vergleichbar sind, ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise auch eine Bodenausnehmung gedrungenen Querschnitts für die Herstellung eines Pfeilers usw. zu verstehen.

Bei der Herstellung von Schlitzwänden wird die Standfestigkeit des Schlitzes im Bauzustand durch Einsatz von Bentonitsuspension als Stützflüssigkeit erreicht, die beim Aushub fortlaufend zugeführt werden. Da diese Suspensionen und andere, ebenfalls flüssige, jedoch erhärtende Dichtwandmassen auf Zementbasis nicht den fallweise erforlichen hohen Durchflußwiderstand erreichen, versucht man, die zunächst eingebaute Stützflüssigkeit nach dem Erreichen der Abteuftiefe gegen eine Dichtwandmasse mit höherem Durchflußwiderstand auszutauschen. Letztere hat ein deutlich größeres spezifisches Gewicht.

Beim Einbau der schwereren Masse kann es sehr leicht zu einer Durchmischung oder Schichtbildung mit Filterkucheneffekt kommen, so daß der gewünschte Durchflußwiderstand nicht zustande kommt. Weder die portionsweise Eintragung mit Baggergreifern, noch das sogenannte Kontraktorverfahren mit kontinuierlicher Massenzuführung über Zuführleitungen, die unterhalb des Spiegels der zugeführten Masse enden, haben zur einwandfreien Lösung beigetragen.

Im Rahmen der eingangs erwähnten bekannten Maßnahmen (DE-OS 36 26 665) wird die Horizontalabtrennung allein mit Hilfe der Abschlußplatte erzeugt, wobei die Abschlußplatte mit Hilfe der Hubvorrichtung entsprechend der Zuführung der Austauschmasse angehoben wird. Der erwartete Trenneffekt stellt sich bei dieser Vorgehensweise aber nicht in ausreichendem Maße ein. In der Praxis sind gleichwohl Durchmischungen zu beobachten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von Maßnahmen der eingangs genannten Art zu einem einwandfreien Austausch der Stützflüssigkeit gegen die Austauschmasse ohne irgendwelche Durchmischungseffekte zu gelangen.

Hierzu lehrt die Erfindung in verfahrensmäßiger Hinsicht, daß zunächst eine nach unten offene Druckluftkammer im Schlitz abgesenkt wird, in die nachfolgend unter Verdrängung von Stützflüssigkeit eine Druckluftschicht als Horizontalabtrennung eingegeben wird, und daß anschließend unter die Druckluftschicht die Austauschmasse eingebracht wird und dabei die Druckluftkammer mit der Druckluftschicht in Abhängigkeit vom tiefenlagenabhängigen Luftdruck gesteuer nach oben bewegt wird. In vorrichtungsgemäßer Hinsicht besteht die Erfindung darin, daß die Abschlußplatte mit Hilfe eines an ihrer Unterseite vorgesehenen Randflansches, an dessen Unterrand als Randdichtung eine den Randflansch verlängernde Dichtungsschürze befestigt ist, und zumindest einer die Abschlußplatte durchsetzenden, bis zur Erdoberfläche geführten sowie dort an einer Druckluftquelle anschließbaren Druckluftleitung als nach unten offene Druckluftkammer ausgebildet ist und daß die Druckluftleitung mit einem Druckfühler versehen ist, der an die Steuervorrichtung angeschlossen ist, mit welcher über die als Stellglied an die Steuervorrichtung angeschlossene Hubvorrichtung das Anheben der Abschlußplatte entsprechend dem erreichten Füllungsstand des Schlitzes steuerbar ist.

Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß bei dem Versuch, eine leichte Flüssigkeit gegen die schwerere auszutauschen, die leichtere nicht in jedem Falle nach dem Schwerkraftprinzip nach oben verdrängbar ist. Dies gilt insbesondere für gleichartige Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser, das als Träger- bzw. Lösungsmittelsubstanz für darin eingelagerte Feststoffe dient. So hat im vorliegenden Falle beispielsweise die leichtere Stützflüssigkeit ein spezifisches Gewicht von γ=1,2 bis 1,4 g/cm3, die schwerere Dichtflüssigkeit dagegen von γ=2,1 bis 2,3 g/cm3. Der neuartige Grundgedanke für die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, zwischen beiden Flüssigkeiten ein Luftpolster als Abstandhalter zu erzeugen. Die als Austauschmasse eingesetzte schwerere Flüssigkeit wird innerhalb des Luftpolsters oder unterhalb des von dem Luftpolster begrenzten Oberflächenspiegels der bereits eingebauten schwereren Flüssigkeit zugeführt. Grundsätzlich ist es in der beschriebenen Art und Weise aber auch möglich, eine leichtere Flüssigkeit einzubauen. Jedenfalls wird jeder unerwünschte Kontakt mit der im oberen Teil des Schlitzes befindlichen leichteren Stützflüssigkeit und damit die unerwünschte Durchmischung zuverlässig vermieden.

Für die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung bestehen mehrere Möglichkeiten. So besteht die Durchführung mit dem Absperrorgan vorzugsweise aus einem Rohrabschnitt, der in Höhe der Unterkante der Dichtungsschürze oder darunter enden sollte. In diesem Zusammenhang ist es für die vollständige Entfernung der Stützflüssigkeit empfehlenswert, wenn der Rohrabschnitt in der Abschlußplatte höhenverstellbar angeordnet ist. Die Zuführleitung muß in der Druckluftkammer enden; bevorzugt ist jedoch die Ausführungsform, bei der die Zuführleitung in Höhe der Unterkante der Randschürze oder darunter endet. Auch insoweit empfiehlt es sich, die Zuführleitung in der Abschlußplatte höhenverstellbar anzuordnen. Je nach Konsistenz der zugeführten Austauschmasse kann es günstig sein, wenn in der Druckluftkammer Verteilgeräte für die Austauschmasse vorgesehen sind. Um zu verhindern, daß die Dichtungsschürze beim Absenken der Druckluftkammer nach oben umgeschlagen wird, empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der die Dichtungsschürze beim Absenken der Druckluftkammer nach innen ziehbar ist; es versteht sich von selbst, daß die Dichtungsschürze nach dem Absenken der Druckluftkammer insoweit wieder entlastet wird und sich gegen die Schlitzwandungen legen kann. Um ein Verkanten der Druckluftkammer im Schlitz zu verhindern, empfiehlt es sich, die Druckluftkammer über ein an der Abschlußplatte befestigtes Gestell mit Führungsrollen mit der Fördervorrichtung zu verbinden. Schließlich und endlich sollte hier je nach gegenseitiger Beeinflußbarkeit von Stützflüssigkeit und Austauschmasse noch eine vom Boden der Druckluftkammer zur Erdoberfläche geführte Stützflüssigkeitsabsaugleitung vorgesehen sein, um auch die letzten Reste von Stützflüssigkeit von der Sohle des Schlitzes absaugen zu können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Austauschen von Stützflüssigkeit durch eine Austauschmasse und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 1.

Eine Druckluftkammer 1 besteht aus einem nach unten offenen Gehäuse mit einer oberen Abschlußplatte 2, an die als Randflansch 3 umlaufende starre Seitenwände angeformt sind. Der Grundriß des starren Gehäuses ist etwas kleiner als der Querschnitt eines vorher hergestellten und mit einer Stützflüssigkeit 4 gefüllten Schlitzes 5. An der Unterseite des Randflansches 3 ist eine elastische Dichtungsschürze 6 luftdicht angeschlossen. Sie überbrückt im schleifenden Schnitt den Spalt zwischen dem Gehäuse und den Flanken des Schlitzes 5, indem sie mittels Überdruck in der Druckkammer 1 an die Flanken des Schlitzes 5 anpreßbar ist. Oberhalb der Abschlußplatte 2 ist ein Gestell 7 mit Führungsrollen 8 angebracht. Dieses Gestell 7 ermöglicht die Führung der Druckluftkammer 1 in dem Schlitz 5 und verhindert das Verkanten des gesamten Gerätes. Es versteht sich von selbst, daß das Gerät so ballastiert ist, daß es in der Flüssigkeit 4 beliebig absenkbar und anhebbar ist. Der Ballast befindet sich vorwiegend im Bereich des Gehäuses bzw. ist Bestandteil der Gehäusekonstruktion. Das Absenken und Heben erfolgt mit einer Hubvorrichtung 15 auf der Geländeroberfläche. Im Inneren der Druckluftkammer 1 mündet mindestens eine mit einem Absperrorgan 16 verschließbare, aus einem Rohrabschnitt bestehende Durchführung 9 zum Durchfluß von Stützflüssigkeit 4 aus der Kammer in den darüber liegenden Schlitzbereich. Die Unterkante dieser Durchflußöffnung liegt in Höhe oder etwas tiefer (z. B. 10 cm) als die Unterkante der elastischen Dichtungsschürze 6. Von der Geländeroberfläche wird mindestens eine Druckluftleitung 10 in das Kammerinnere geführt. Der Luftdruck in der Arbeitskammer ist mit Hilfe einer Druckluftquelle 11 einstellbar. Austauschmasse 12 wird über mindestens eine Zuführleitung 13 in die Kammer 1 geführt. Die Höhe der Austrittsöffnung der Zuführleitung 13 kann innerhalb der Kammer beliebig sein. Vorzugsweise wird die Zuführleitung jedoch wie dargestellt unter dem Sohlspiegel der Austauschmasse 12 angeordnet. Zur besseren Handhabung an der Sohle des Schlitzes sind die Durchführung und das andere Ende der Zuführleitung 13 in vertikaler Richtung verschiebbar bzw. höhenverstellbar. Die Zuführleitung 13 für die Austauschmasse 12 ist an der Geländeroberfläche an ein druckgeregeltes Materialzugabegerät 14 angeschlossen.

Die Durchführung des Verfahrens beginnt mit dem Absenken des Gerätes bis auf die gewünschte Tiefe. Diese wird in der Regel die Sohle des Schlitzes 5 sein. Bedarfsweise ist der Beginn des Austausches aber auch in einer beliebigen Höhe über der Sohle des Schlitzes 5 möglich. Dann muß dafür gesorgt werden, daß die schwere Austauschmasse nicht von sich aus tiefer absinken kann. Hierzu dienen z. B. pfropfenbildende Konstruktionen oder ein bis auf die Sohle reichendes Gestell mit einer durchmischungsbehindernden Abdeckung. Die Dichtungsschürze 6 wird beim Absenken des Gerätes durch Haltevorrichtungen, z. B. Ketten und Seile, nach innen gezogen, damit sie nicht zu den Rändern hin nach oben umgeschlagen wird. Nunmehr kann die Kammer 1 mit Druckluft beaufschlagt und dadurch die im Kammerinneren befindliche Stützflüssigkeit 4 verdrängt werden. Der Abfluß erfolgt anfangs um die noch nicht zwangsläufig an den Schlitzflanken anliegenden Dichtungsschürze 6 herum und durch die geöffnete Durchführung 9, in der letzten Verdrängungsphase nur noch durch die Durchführung 9, die nach dem Erreichen der gewünschten Sollspiegeltiefe verschlossen wird. Danach beginnt die Zuführung der flüssigen Austauschmasse unter einem Druck, der größer ist als der tiefenabhängige Luftdruck in der Kammer 1. Infolge der Massenzuführung wird das Luftdruckpolster komprimiert. Hierbei ist vorausgesetzt, daß das Gewicht des Gerätes so groß ist, daß es nicht von dem Druck der Austauschmasse 12 nach oben getrieben wird. Die Größe des Luftdruckes in der Kammer 1 hängt ab von der Flüssigkeitsauflast bzw. der Arbeitstiefe des Gerätes und dem Druck der zugeführten Austauschmasse 12. Mit Hilfe von Druckmeß- und Druckregelgeräten werden der Luftdruck und der Förderdruck der Austauschmasse 12 tiefenlagenabhängig gesteuert und das Gerät entsprechend dem erreichten Füllungsstand des Schlitzes 5 nach oben gezogen.

Die zugeführte Austauschmasse 12 kann frischbetonähnliche Konsistenz aufweisen. Deshalb kann es sinnvoll sein, mehrere Zuführleitungen 13 und/oder Verteilgeräte 18, z. B. Schnecken oder hin- und herbewegbare Schieber, in der Druckluftkammer 1 anzuordnen. Damit an der Sohle des Schlitzes 5 keine Reste von Stützsuspension verbleiben, die sich mit der Austauschmasse vermischen, enthält das Gerät eine flexible Absaugvorrichtung. Diese besteht aus einer in der Kammer absenkbaren Saugleitung 19, die unmittelbar an die Erdoberfläche abfördert und selbstverständlich verschließbar ist.

Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens besteht in der Erhaltung der Konsistenz der zugeführten Masse, weil die Druckluft dafür sorgt, daß kein schädliches Porenwasser aus dem benachbarten Erdboden in die Austauschmasse 12 eindringen kann.

Bei angrenzenden, nachfolgenden Schlitzwandabschnitten wird entsprechend vorgegangen. Die Austauschmasse 12 eines angrenzenden Schlitzwandabschnittes muß zuvor jedoch ausreichend erhärtet sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum zumindest teilweisen Austauschen einer in einem Schlitz für die Herstellung einer Schlitzwand oder dergleichen befindlichen Stützflüssigkeit durch eine fließfähige, erhärtende Austauschmasse, wobei in der Stützflüssigkeit in Höhe der Bodenebene der auszutauschenden Stützflüssigkeitssäule eine Horizontalabtrennung vorgenommen wird, danach die Austauschmasse unter der Horizontalabtrennung zugeführt wird und dabei die Horizontalabtrennung gesteuert angehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine nach unten offene Druckluftkammer im Schlitz abgesenkt wird, in die nachfolgend unter Verdrängung von Stützflüssigkeit eine Druckluftschicht als Horizontalabtrennung eingegeben wird, und daß anschließend unter die Druckluftschicht die Austauschmasse eingebracht wird und dabei die Druckluftkammer mit der Druckluftschicht in Abhängigkeit vom tiefenlagenabhängigen Luftdruck gesteuert nach oben bewegt wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit eine Abschlußplatte, die eine der Schlitzbreite im wesentlichen entsprechende Breite aufweist, mit einer unter der Abschlußplatte angeordneten elastischen Randdichtung, mit zumindest einer ein Absperrorgan aufweisenden Durchführung in der Abschlußplatte für ein Durchleiten von Stützflüssigkeit beim Absenken der Abschlußplatte, mit zumindest einer die Abschlußplatte durchsetzenden, bis zur Erdoberfläche geführten Zuführleitung für die fließfähige Austauschmasse, mit einer an die Abschlußplatte angeschlossenen Hubvorrichtung und einer dieser zugeordneten Steuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatte (2) mit Hilfe eines an ihrer Unterseite vorgesehenen Randflansches (3), an dessen Unterrand als Randdichtung eine den Randflansch (3) verländernde Dichtungsschürze (6) befestigt ist, und zumindest einer die Abschlußplatte (2) durchsetzenden, bis zur Erdoberfläche geführten sowie dort an eine Druckluftquelle (11) anschließbaren Druckluftleitung (10) als nach unten offene Druckluftkammer (1) ausgebildet ist und daß die Druckluftleitung (10) mit einem Druckfühler versehen ist, der an die Steuervorrichtung (17) angeschlossen ist, mit welcher über die als Stellglied an die Steuervorrichtung (17) angeschlossene Hubvorrichtung (15) das Anheben der Abschlußplatte (2) entsprechend dem erreichten Füllungsstand des Schlitzes (5) steuerbar ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (9) aus einem Rohrabschnitt besteht.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt in Höhe der Unterkante der Dichtungsschürze (6) oder darunter endet.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt in der Abschlußplatte (2) höhenverstellbar angeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (13) in Höhe der Unterkante der Dichtungsschürze (6) oder darunter endet.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (13) in der Abschlußplatte (2) höhenverstellbar angeordnet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckluftkammer (1) Verteilgeräte (18) für die Austauschmasse (12) vorgesehen sind.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsschürze (6) beim Absenken der Druckluftkammer (1) nach innen ziehbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftkammer (1) über ein an der Abschlußplatte (2) befestigtes Gestell (7) mit Führungsrollen (8) mit der Hubvorrichtung (15) verbunden ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, gekennzeichnet durch eine vom Boden der Druckluftkammer (1) zur Erdoberfläche geführte Stützflüssigkeitsabsaugleitung (19).






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