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Dokumentenidentifikation DE10327470B3 30.09.2004
Titel Vorrichtung zur Herstellung von Einzelschlitzen oder durchgehenden Wänden im Erdreich nach dem Mixed-in-Place-Verfahren
Anmelder Bauer Spezialtiefbau GmbH, 86529 Schrobenhausen, DE
Erfinder Möckel, Thomas, 04317 Leipzig, DE
DE-Anmeldedatum 18.06.2003
DE-Aktenzeichen 10327470
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.09.2004
IPC-Hauptklasse E02D 5/18
Zusammenfassung Vorrichtung zur Verbesserung des Mixed-in-Place-Verfahrens.

Beschreibung[de]

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung von Einzelschlitzen oder durchgehenden Wänden im Erdreich nach dem Mixed-in-Place-Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2.

Die DE 4219150 C1 und zahlreiche japanische Patentanmeldungen beschreiben Verfahren, bei denen mehrere, nebeneinander angeordnete, stabförmige Einzelrührwerkzeuge gleichzeitig in den Boden eingebracht werden.

Die Einzelrührwerkzeuge bestehen meist aus rotierenden Achsen oder Rohren, die mit verschiedenen Mischwerkzeugen besetzt sind. Dies können kurze Schneckenstücke oder durchgehende Schnecken sein, Stangen, Paddel oder Flügel und in unterschiedlichen Kombinationen und Größen

Durch Zugabe von flüssigen Bindemitteln wird unter Rotation der stabförmigen Einzelrührwerkzeuge der anstehende Boden gelockert und aufgemischt und es entsteht aus dem anstehenden Boden und dem Bindemittel ein Bodenmörtel.

Es werden entweder einzelne Stiche hergestellt oder durch Aneinanderreihung mehrerer Stiche entstehen durchgehende Wände, die Abdichtfunktionen im Boden erfüllen, die Lasten in den Baugrund abtragen oder zur Baugrubenumschließung dienen.

Die Geräte und Verfahren nach dem Stand der Technik unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Gestaltung der Einzelrührwerkzeuge. Im Zusammenwirken mit der Festigkeit des anstehenden Bodens und der Werkzeugform ergeben sich erhebliche Unterschiede bei der Eindringgeschwindigkeit der Vorrichtungen in den Boden und somit bei der Herstellleistung und ebenso beim Werkzeugverschleiß.

Gerade bei mitteldicht bis dicht gelagerten, rolligen Böden, die für das Mixed-in-Place-Verfahren ebenfalls besonders geeignet sind, lassen sich nur sehr geringe Eindringgeschwindigkeiten erreichen.

Ein weiteres Problem stellt die Herstellung von dichten Anschlussfugen zwischen den einzelnen Stichen dar.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein leichtes und schnelles Eindringen der Mischvorrichtung in den Baugrund zu bewirken.

Gleichzeitig soll eine höhere Dichtigkeit im Bereich der Anschlussfugen zwischen einzelnen Stichen erreicht werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt nach den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 2.

Anhand der 1 bis 4 wird die Erfindung erläutert.

1 zeigt in einer systematischen Darstellung die Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Einzelrührwerkzeugen und der erfindungsgemäßen Ausstattung. Die Einzelrührwerkzeuge sind beispielhaft mit unterschiedlichen Mischwerkzeugen wie Schneckenstücken, durchgehenden Schnecken, Flügeln oder Paddeln bestückt.

2 zeigt eine Draufsicht von unten im unteren Bereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und den von den Einzelrührwerkzeugen bestrichenen Umfang eines Stiches. Die Schneidstrahlen sind in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur Schlitzebene gerichtet.

3 zeigt eine Draufsicht von unten im unteren Bereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Schneidstrahlen innerhalb der Grundfläche des Stichs um horizontale Winkelsektoren verschwenkt werden.

4 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Düsenhalter und beispielhaft angeordneten Schneidstrahlen, die unter Winkeln &bgr; zur horizontalen Schnittebene geneigt sind.

Die Besonderheit der Erfindung liegt darin, dass der Boden, der unterhalb der Bohranfänger 20 mehrerer stangenförmiger Einzelrührwerkzeuge 3, 4 ansteht, durch eine besondere Vorrichtung aufgelockert und vorbereitet wird.

Dadurch wird das Eindringen der Einzelrührwerkzeuge in den Boden erleichtert. Die Auflockerung des Bodens erfolgt dadurch, dass vor den Bohranfängern 20, die mit unterschiedlichen Lösewerkzeugen bestückt sind, Schneidstrahlen 9, 9', 9'' den gewachsenen Boden bearbeiten. Dazu wird ein oder werden mehrere Düsenhalter 6 unterhalb der Vorrichtung, die aus mehreren Einzelrührwerkzeugen 3, 4 bestehen kann, so angeordnet, dass die im Düsenhalter 6 angeordneten Schneiddüsen 7 mit den Schneidstrahlen 9, 9' bevorzugt Bereiche bearbeiten, die unterhalb der Bohranfänger 20 benachbarter Einzelrührwerkzeuge 3 liegen. Der höhenmäßige Abstand zu den Lösewerkzeugen der Bohranfänger 20 wird dabei so gewählt, dass die Zähne der Bohranfänger 20 nicht von den Schneidstrahlen 9, 9' beschädigt werden.

Weiter sind die Schneidstrahlen in der horizontalen Schnittebene des Einzelstichs so angeordnet, dass sie im Wesentlichen mit ihrem Wirkbereich innerhalb der Stichdicke 28 liegen.

Dies ist besonders deshalb gewünscht, damit die Wand, die aus mehreren, aneinandergereihten Stichen besteht, eine gleichmäßige Dicke 28 hat und keine Vorwüchse quer zur Wandfläche durch die Schneidstrahlen 9, 9' entstehen.

Der Düsenhalter 6 ist so an der Vorrichtung befestigt, dass er beim Abteufen der Vorrichtung den Bohranfängern 20 voreilt.

In 1 ist eine beispielhafte Befestigung des Düsenhalters 6 dargestellt. Im Inneren der Bohrstange eines Einzelrührwerkzeuges 4, das bevorzugt zwischen zwei Rührwerkzeugen 3 angeordnet ist, wird eine Leitung 2 von der Erdoberfläche zum Düsenhalter 6 geführt und dieser dadurch in Position gehalten.

Die Leitung 2 wird über einen Schlauch 15 mit dem Schneidmedium versorgt. Das Schneidmedium ist bevorzugter Weise identisch mit dem Bindemittel, das zur Herstellung des Bodenmörtels verwendet wird und wird meist in Form einer Suspension eingebracht.

Übliche Schneidmedien sind Suspensionen aus Wasser, hydraulischen Bindemitteln wie Zement und aus Zusatzmitteln und/oder gegebenenfalls Zusatzstoffen.

Im Düsenhalter 6 am Ende der Leitung 2 befinden sich bevorzugter Weise mindestens zwei diametral angeordnete Düsen 7, durch welche die Schneidstrahlen 9, 9', 9'' aus dem Schneidmedium gebildet werden.

Für die Richtung der Schneidstrahlen gibt es verschiedene Möglichkeiten.

In 1 liegen die Schneidstrahlen in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene unterhalb der Bohranfänger 20. Diese Ebene ist ebenfalls in 2 dargestellt und in einer bevorzugten Ausführungsvariante liegen die Schneidstrahlen in der vertikalen Ebene 19, die durch die Drehachsen der Einzelrührwerkzeuge 3, 4 gebildet wird. Diese Variante hat den Vorteil, dass der Schneidstrahl 9, 9', 9'' durch geeignete Wahl des Düsdruckes und der Geometrie der Düsen eine so große Reichweite hat, dass er über die Länge 30 des Einzelstiches hinausreicht und dabei in bereits hergestellte Stiche 18 eindringt. Auf diese Weise entsteht ein dichter, gut durchmischter Übergang zwischen den Stoßstellen einzelner Stiche.

Ein weiterer Vorteil dieser Schneidstrahlen 9, 9' liegt darin, dass die Bindemittelsuspension, die zur Herstellung des Bodenmörtels eingebracht wird, schneller in die außenliegenden Bereiche der Einzelrührwerkzeuge gelangt und infolgedessen schneller eine Verteilung und Homogenisierung des Mörtels erfolgen kann. Das Bindemittel gelangt so schneller in den reinen Mischbereich der Paddel oder Flügel 12, der einzelnen Schneckenstücke 11 oder der durchgehenden Schnecken 13. Gleichzeitig bietet der durch die Schneidstrahlen 9, 9' aufgelockerte Boden weniger Widerstand für die konstruktiv notwendigen Verbindungselemente 5, die notwendig sind, damit die Einzelrührwerkzeuge 3, 4 zueinander beabstandet bleiben.

Damit während des Abteufvorgangs weder Boden noch Bindemittelsuspension in den Ringraum zwischen rotierender Bohrstange 4 und ruhender Leitung 2 gelangen kann, ist dieser Ringraum mit einer Abdichtvorrichtung 10 versehen, die gleichzeitig auch eine gewisse Lagerfunktion ausübt. So kann das Einzelrührwerkzeug 4 nicht blockieren und dabei die Leitung 2 beschädigen, die auch für die Fixierung oder Orientieren des Düsenhalters 6 dient. Die Leitung 2 wird oberhalb der Drehantriebe 14 für die Einzelrührwerkzeuge am Getriebekasten oder am Schlitten befestigt, der die Auf- und Abbewegung der gesamten Vorrichtung ermöglicht. Neben der technisch einfachen und deshalb bevorzugten Variante, bei der der Düsenhalter 6 nicht drehbar befestigt ist, zeigt 3 eine erfindungsgemäße Variante, bei der der Düsenhalter 6 und somit die Schneidstrahlen 9, 9' innerhalb gewisser Winkelsektoren &agr;, &agr;' um die vertikale Achse 24 des Düsenhalters 6 verschwenkt werden können. Der Schwenkvorgang erfolgt über einen Drehmotor 22.

Vorteil dieser Variante ist, dass mit den Schneidstrahlen 9, 9' ein größerer Bodenbereich vor der nacheilenden Vorrichtung bearbeitet wird. Zudem kann der Düsenhalter 6 durch die Ausführung von Pendelbewegungen leichter in den Boden eindringen.

Um das Eindringen des Düsenhalters 6 zu erleichtern, kann dieser nach unten rund oder konisch ausgebildet sein. Ein weitere Erleichterung kann durch Anordnung einer zusätzlichen, nach unten gerichteten Schneiddüse 8 erfolgen, die mit einem kleineren Düsstrahl 16 den Boden vor dem Düsenhalter 6 auflockert oder seitlich verdrängt.

Diese Schneiddüse 8 kann ständig oder nur zeitweise in Betrieb sein.

Der vertikale Abstand des Düsenhalters 6 zur gesamten Vorrichtung ist während des Abteufvorgangs konstant oder er kann innerhalb gewisser konstruktiver Grenzen vergrößert oder verkleinert werden. Der Abstand der Schneiddüsen zu den Bohranfängern 20 ist abhängig von der Festigkeit und Lösbarkeit des anstehenden Bodens und liegt in einem bevorzugten Bereich bis zu einem Meter.

In 4 ist am vertikalen Schnitt durch den Düsenhalter 6 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante dargestellt. Die Richtung 21 der Schneidstrahlen 9, 9', 9'' können um Winkel &bgr; und &bgr;' zur horizontalen Schnittebene 25 geneigt sein, d. h. leicht nach oben oder unten gerichtet sein. Zweckmäßiger Weise sind die Winkel &bgr;, &bgr;' kleiner als 45°, damit sie nicht zu Beschädigungen der Bohranfänger 20 führen. Bei schwer lösbaren Böden können Winkel &bgr; > 0° den Bohrfortschritt günstig beeinflussen.

Die Schneiddüsen 7 sind aus dem Gebiet des Hochdruckschneidens bekannt. Bevorzugte Düsendurchmesser liegen zwischen 2 und ca. 20 mm. Die Drücke der Schneidsuspension sollten größer 20 bar und kleiner ca. 500 bar sein, um zu große Turbulenzen zu vermeiden. Die Pumpmengen variieren je nach Vorrichtungsgröße zwischen 20l/min und ca. 300l/min.

Optimale Drücke und Pumpmengen sind dann gegeben, wenn die Schneidstrahlen 9, 9' in der Wandebene 19 über die Abmessungen des gerade hergestellten Stiches hinausreichen und in vorher hergestellte Stiche hineinreichen. Insbesondere bei durchgehenden Wänden, die im Pilgerschrittverfahren hergestellt werden, führt die erfindungsgemäße Vorrichtung zu wasserdichten Verbindungen zwischen einzelnen Stichen.

Mit der Erfindung können unterschiedliche Verfahrensschritte ausgeführt werden. Die zur Bodenmörtelherstellung erforderliche Menge an Bindemittel, kann vollständig über die Schneidstrahlen 9, 9' eingebracht werden oder nur teilweise, während der andere Teil über zusätzliche Leitungen eingebracht wird. Die Schneiddüsen werden zum Abteufen und/oder zum Zurückziehen der Vorrichtung betätigt und die Betätigung kann kontinuierlich oder mit Unterbrechungen erfolgen. Bei mehr als 3 Einzelrührwerkzeugen kann es zweckmäßig sein, mehrere Düsenhalter 6 mit entsprechenden Schneiddüsen über die Vorrichtung verteilt anzuordnen.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Herstellung von Einzelschlitzen oder durchgehenden Wänden im Erdreich nach dem Mixed-in-Place-Verfahren, wobei mehrere, nebeneinander angeordnete, stangenförmige Einzelrührwerkzeuge (3, 4), die mit Schnecken, Paddeln oder Flügeln versehen sind, unter Zugabe von Flüssigkeiten mit oder ohne Feststoffen rotierend in das Erdreich eingebracht werden und dort mit dem anstehenden Boden ein Bodenmörtel gemischt wird, dadurch gekennzeichnet,

    – dass an dieser Vorrichtung in einem Tiefenniveau unterhalb der Bohranfänger (20) der Einzelrührwerkzeuge (3, 4) mindestens ein Düsenhalter (6) angeordnet ist, der nicht an den rotierenden Einzelrührwerkzeugen (3, 4) befestigt ist und der bezüglich seiner vertikalen Achse (24) nicht oder eingeschränkt um Winkelsektoren schwenkbar ist,

    – und dass dieser Düsenhalter (6) mit einer oder mehreren Schneiddüsen (7) ausgestattet ist, deren Schneidstrahlen (9, 9', 9'') so in den anstehenden Boden gerichtet sind, dass sie in Bodenbereiche einschneiden, die unterhalb der Bohranfänger (20) benachbarter Einzelrührwerkzeugen (3) liegen,

    – und dass die Schneidstrahlen (9, 9', 9'') senkrecht zu einer horizontalen Schnittebene (25) Winkel (&bgr;, &bgr;') einnehmen,

    – und dass die Richtung der Schneidstrahlen (9, 9', 9'') in der Projektion auf eine horizontale Schnittfläche (25) zur Wand- oder Geräteachse (19) Winkel (&agr;, &agr;') einnehmen, die mit ihrer Reichweite im näheren Bereich der Schlitzbreite (28) bleiben, die durch die Einzelrührwerkzeuge (3, 4) bestrichen wird,

    – und dass die Düsenhalter (6) derart angeordnet sind, dass sie der gesamten Vorrichtung aus mehreren Einzelrührwerkzeugen (3, 4) während des Abteufens vorauseilen,

    – und dass die Schneiddüsen (7) mit Flüssigkeiten mit oder ohne Feststoffen unter Druck beschickbar sind.
  2. Vorrichtung zur Herstellung von Einzelschlitzen oder durchgehenden Wänden im Erdreich nach dem Mixed-in-Place-Verfahren, wobei mehrere, nebeneinander angeordnete, stangenförmige Einzelrührwerkzeuge (3, 4), die mit Schnecken, Paddeln oder Flügeln versehen sind, unter Zugabe von Flüssigkeiten mit oder ohne Feststoffen rotierend in das Erdreich eingebracht werden und dort mit dem anstehenden Boden ein Bodenmörtel gemischt wird, dadurch gekennzeichnet,

    – dass mindestens bei einem Einzelrührwerkzeug (4) im Seelenrohr eine Leitung (2) angeordnet ist, die zu einem Düsenhalter (6) führt, der an der Erdseite der Vorrichtung angeordnet ist,

    – und dass der Düsenhalter (6) über die Leitung (2) nicht drehbar oder eingeschränkt um Winkelsektoren drehbar befestigt ist,

    – und dass die luftseitige Befestigung der Leitung (2) an nichtrotierenden Vorrichtungsteilen erfolgt,

    – und dass der Düsenhalter (6) mit einer oder mehreren Schneiddüsen (7) ausgestattet ist, deren Schneidstrahlen (9, 9', 9'') so in den anstehenden Boden gerichtet sind, dass sie in Bodenbereiche einschneiden, die unterhalb der Bohranfänger (20) benachbarter Einzelrührwerkzeugen (3) liegen,

    – und dass die Schneidstrahlen (9, 9', 9'') senkrecht zu einer horizontalen Schnittebene (25) Winkel (&bgr;, &bgr;') einnehmen,

    – und dass die Richtung der Schneidstrahlen (9, 9', 9'') in der Projektion auf eine horizontale Schnittfläche (25) zur Wand- oder Geräteachse (19) Winkel (&agr;, &agr;') einnehmen, die mit ihrer Reichweite im näheren Bereich der Schlitzbreite (28) bleiben, die durch die Einzelrührwerkzeuge (3, 4) bestrichen wird,

    – und dass die Düsenhalter (6) derart angeordnet sind, dass sie der gesamten Vorrichtung aus mehreren Einzelrührwerkzeugen (3, 4) während des Abteufens vorauseilen,

    – und dass die Schneiddüsen (7) mit Flüssigkeiten mit oder ohne Feststoffen unter Druck beschickbar sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (&bgr;, &bgr;') zwischen 0° und etwa 60° liegen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (&agr;, &agr;') zwischen 0° und etwa 45° liegen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstrahlen (9, 9', 9'') in ihren Längenerstreckung so einstellbar sind, dass sie über die Grundrisslänge (30) der Einzelmischwerkzeuganordnung (17) hinausreichen und somit in bereits vorher hergestellte Schlitze (18) einschneiden können.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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