DE19949393C1

DE19949393C1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Stütz- oder Wandelementen in einem Boden mittels eines Düsenstrahlverfahrens

Info

Publication number: DE19949393C1
Application number: DE1999149393
Authority: DE
Inventors: W Wehr
Original assignee: Keller Grundbau GmbH
Current assignee: Keller Grundbau GmbH
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2019-10-14

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Herstellen von Stütz- oder Wandelementen (29) in einem Boden (16) mittels eines Düsenstrahlverfahrens, wobei die Vorrichtung ein Gestänge (10) und wenigstens eine am Gestänge (10) seitlich angeordnete Düse (12) aufweist, wobei zum Auflockern des Bodens (16) und zum gleichzeitigen Vermischen desselben mit einem Bindemittel zu einem Gemisch (26) eine Einrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit (24) an die Düse (12) und zum Austritt der Flüssigkeit (24) aus der Düse (12) unter hohem Druck vorgesehen ist, ist die Anordnung derart getroffen, daß am Gestänge (10) unterhalb der Düse (12) ein Meßorgan (28) zum mechanischen Abtasten eines Randbereiches (30) des Gemisches (26) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Stütz- oder Wandele menten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stütz- oder Wandelemente dieser Art werden hergestellt, indem ein Spülgestänge in ein vorher im Boden hergestelltes Bohrloch bis zum Bohrlochtiefsten eingeführt und der umliegende Boden mittels eines meist horizontalen Schneidstrahles aus Wasser oder Suspension aufgeschnitten und ausgefräst wird. Gleichzeitig mit dem Fräsen wird der gelöste Boden mit einer Suspension aus Bindemittel, beispiels weise Zement oder Ton-Zement, vermischt. Bei dieser intensiven Vermischung entsteht ein homogener, unter der Marke "Soilcrete" bekannter Bodenmörtel in Scheibenform oder - wenn das Spülgestänge vom Bohrlochtiefsten zur Oberfläche hochgezogen und um seine Längsachse gedreht wird - in Säulenform.

Bei der Herstellung dieser Soilcrete-Körper ist es von wesentlicher Bedeutung, den Durchmesser bzw. die Wandstärke oder Reichweite der Körper möglichst ex akt zu bestimmen, da hiervon die Anordnung der einzelnen Soilcrete-Elemente un tereinander und die Menge des einzusetzenden Bindemittels abhängt. So steigt bei einer vorgegebenen Bindemittelmenge/m³ fertiger Soilcretemischung der Bin demittelgehalt bei kleinen Abmessungen und fällt bei großen Abmessungen. Ohne Kenntnis der genauen Abmessungen der Soilcrete-Körper kann somit einerseits zuviel Bindemittel zum Einsatz kommen und andererseits der Bindemittelgehalt zu gering sein, um die vorgegebenen Festigkeits- und/oder Dichtigkeitswerte zu er füllen.

Zur Feststellung der tatsächlichen Abmessungen von Soilcrete-Körpern werden folgende Verfahren angewendet:

- Freilegung der Körper
- Kernbohrungen
- Stangenpegel zur akustischen Kontrolle beim Auftreffen des Düsenstrahls
- Massenbilanz
- Ultraschall-/Radarmessungen (WO-A-8 703 319)
- elektrische/elektromagnetische Messungen
- feste Kalibermessungen.

Nachteilig ist hierbei jedoch, daß diese bekannten Verfahren entweder nur sehr schwer und mit aufwendigen Mitteln durchführbar sind oder nur ungenaue Ergeb nisse liefern.

Aus der US 4 251 921 ist ein Werkzeug zum Ausmessen eines Bohrloches mit ausschwenkbaren Tastarmen bekannt. Hierbei sind die Tastarme beidseitig mit einer Halteeinrichtung verbunden und umfassen zwischen dieser Verbindung ein Gelenk. Die Tastarme sind ständig mit einer diese ausklappenden Federkraft be aufschlagt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sie relativ kompliziert ist und viele Schwenkgelenke aufweist, welche im Betrieb in einem Gemisch aus Boden masse, Flüssigkeit und Bindemittel sehr störanfällig wären. Die Schwenkarme sind ferner unter der Federkraft während der Ausmessung eines Bohrloches ständig ausgeklappt, so daß sie einem großen Verschleiß unterliegen. Auch sind lediglich Messungen von kleinen bis kleinsten Relativbewegungen der Tastarme im am Bohrlochumfang anliegenden Zustand möglich, was die Meßgenauigkeit erheblich verringert.

Aus der DE-OS 18 03 736 ist eine Sonde mit Gelenkarmen für Bohrlöcher be kannt, wobei Tastschuhe bzw. Gelenkarme mittels Blattfedern permanent unter Vorspannung gehalten und damit gegen eine Wandung eines Bohrloches gedrückt werden. Somit ergeben sich bezüglich der Meßgenauigkeit dieselben Nachteile wie bei dem zuvor beschriebenen bekannten Werkzeug. Die Sonde umfaßt zu sätzlich eine hydraulische Rückzugsvorrichtung für die Schwenkarme. Diese dient jedoch lediglich für ein einfaches Einbringen der Vorrichtung in ein Bohrloch und hat während der Ausmessung des Bohrloches selbst keinerlei Funktion.

Aus der DE 44 29 917 A1 ist ferner eine Vorrichtung zum Bestimmen des Durchmes sers oder der Wandstärke von Stütz- oder Wandelementen im Boden bekannt, wobei ein Meßorgan aus einem den Randbereich des gemisches mechanisch abtastenden Meßgestänge besteht, das mit einem Ende mit einer Halteeinrichtung verbunden ist, während das andere Ende mittels eines Antriebs bis zum Randbe reich des Gemisches bewegbar ist.

Die vorgenannten Vorrichtungen haben zusätzlich den Nachteil, daß sie nach dem Ziehen des Spülgestänges statt dieses in das Bohrloch und die hergestellte Sus pension einzutauchen sind. Sofern dann unzureichende Eindringtiefen festgestellt werden, muß zunächst das Meßgestänge entfernt und das Spülgestänge wieder eingebracht werden. Diese Vorrichtungen sind daher umständlich und aufwendig in der Anwendung.

Die EP 0 940 559 A2 beschreibt eine Vorrichtung zum Messen des Durchmessers eines mittels Hochdruckinjektion im Erdreich hergestellten Körpers, wobei mittels einer unter Vorspannung stehenden Spule während des Bohrvorgangs der aktuell erreichte Durchmesser eines herzustellenden HDI-Körpers ermittelbar ist. Die Spule weist eine auf- und abwickelbare Meßleine auf, wobei sich an einem freien Ende der Auf- und Abwickeleinrichtung ein Schwimmkörper oder Strömungskörper befindet, der von der Strömung der Hochsdruckinjektionseinrichtung mitgerissen wird, so daß die Länge der Meßleine der wirksamen Länge des Hochdruckinjektionsstrahles entspricht. Diese Vorrichtung ist jedoch wesentlich vom exakten Funktionieren der Mitnahme des Schwimmkörpers durch den Injektionsstrahl ab hängig. Ferner ist die Anordnung, da direkt im Injektionsstrahl angeordnet, star kem Verschleiß unterworfen. Desweiteren sind unerwünschte Rückwirkungen der Meßvorrichtung selbst auf die Güte und Tiefenwirkung des Injektionsstrahles nicht auszuschließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der o. g. Art zur Verfügung zu stellen, welche die o. g. Nachteile beseitigt und eine einfache und schnelle Herstellung von Stütz- oder Wandelementen mit kontrollierter Dicke er laubt.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der o. g. Art mit den im Anspruch 1 ge kennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Gestänge unterhalb der Düse und vom Düsenstrahl beabstandet eine Spiralfeder zum mechanischen Abtasten eines Randbereiches des Gemisches vorgesehen.

Dies hat den Vorteil, daß unmittelbar bei Herstellung des Gemisches aus Boden und Bindemittel eine Schneidtiefe bzw. Eindringtiefe des Düsenstrahl feststellbar ist, so daß ggf. bei Auftreten einer ungenügend hohen Eindringtiefe des Düsen strahls in den umgebenden Boden sofort durch Zurückfahren und erneutes und ggf. wiederholtes Durchfahren eines entsprechenden Bodenbereiches mit dem Düsenstrahl eine ausreichende Eindringtiefe und damit ein ausreichender Durch messer des hergestellten Stütz- oder Wandelementes sichergestellt ist. Die erfin dungsgemäße Vorrichtung ist dabei unabhängig von der Funktion des Düsen strahls funktionssicher.

Zum bohrenden Einbringen des Gestänges in einen Boden und anschließend so fortigen Ausbilden eines Stütz- oder Wandelementes mittels Ziehen und Drehen des Gestänges ohne Wechsel der in der zuvor hergestellten Bohrung befindlichen Vorrichtung ist in bevorzugter Weise an einem freien Ende des Gestänges eine Bohrkrone angeordnet.

Dadurch, daß an einem freien Ende der Spiralfeder, welche den Randbereich des Gemisches abtastet, eine Verdickung z. B. in Form einer Kugel angeordnet ist, er gibt sich ein ausreichender meßbarer Widerstand am Rand des Stütz- oder Wand elementes.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Gestänge ein Motor zum Aus- und Zurück- bzw. Einfahren des Meßorgans vorgesehen.

Zweckmäßigerweise tritt das Meßorgan zum mechanischen Abtasten an einer Stelle aus dem Gestänge aus, welche um 180 Grad bzgl. der Düse versetzt ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Einrichtung zum Ziehen und gleichzeitigen Drehen des Gestänges vorgesehen.

Alternativ zum Bestimmen eines Anschlages des Meßorgans an einem Randbe reich des erzeugten Stütz- oder Wandelementes weist das Meßorgan zum me chanischen Abtasten einen Drucksensor oder Druckaufnehmer auf.

Zum Bestimmen eines Anschlagens des Meßorgans an einer Wandung mittels einer Widerstandsänderung ist das Meßorgan zum mechanischen Abtasten als Bimetall ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Seitenansicht und

Fig. 2 in einer Schnittansicht entlang Linie A-A von Fig. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung umfaßt ein Gestänge 10 mit einer Düse 12, welches in ein Bohrloch 14 in einem Boden 16 abgesenkt ist. An einem unteren Ende des Gestänges 10 ist eine Bohrkrone 18 angeordnet, so daß mit dem Absenken des Gestänges 10 in den Boden 16 gleichzeitig das Bohrloch 14 ausgebildet wird. Nach dem Absenken des Gestänges 10 in das Bohrloch 14 wird das Gestänge 10 wieder in Richtung des Pfeiles 20 aus dem Bohrloch 14 herausgezogen und gleichzeitig in Richtung des Pfeiles 22 gedreht. Hierbei wird durch die Düse 12 ein Fluid 24 unter hohem Druck aus der Düse 12 herausgepreßt, wodurch dieses Fluid den umgebenden Boden 16 in einem vorbestimmten Bereich auflockert und mit einem Bindemittel zu einem Gemisch 26 vermischt, welches nach Aushärtung das gewünschte Stütz- oder Wandelement 29 ausbildet.

Am Gestänge 10 unterhalb der Düse 12 ist eine Spiralfeder 28 angeordnet, wel che als Meßorgan einen Rand 30 des erzeugten Stütz- oder Wandelementes ab tastet. Dieser Rand 30 ist der Übergang von aufgelockertem und mit Bindemittel vermischtem Boden 26 zu dem umgebenden Boden 16, welcher vom Fluid 24 nicht erreicht wurde. Ein freies Ende der Spiralfeder 28 ist mit einer Verdickung, insbesondere einer Kugel 32, versehen, welche bei Ausfahren der Spiralfeder 28 durch eine Öffnung 34 im Gestänge 10 am Rand 30 anschlägt. Zum Ausfahren der Spiralfeder 28 ist ein Motor 36 am Gestänge 10 vorgesehen.

Mittels des Motors 36 wird die Spiralfeder 28 so lange ausgefahren, bis sich durch den Kontakt mit Rand 30 ein vorbestimmter Widerstand aufbaut. Nachfolgend wird die Spiralfeder 28 wieder etwas eingefahren, bis der Widerstand spürbar abnimmt. Dieser Zyklus wird bis zur Geländeoberkante immer wieder wiederholt, so daß dementsprechend entlang der Längserstreckung des erzeugten Stütz- oder Wandelementes 29 mehrere Meßpunkte aufgenommen werden.

Die Messung des Widerstandes erfolgt beispielsweise mit einem senkrecht zur Spiralfeder 28 angeordneten Druckaufnehmer. Alternativ ist die Spiralfeder 28 als Bimetall ausgeführt und es wird eine Widerstandsänderung gemessen. Zum Er zeugen eines ausreichend meßbaren Widerstandes am Rand 30 des erzeugten Stütz- bzw. Wandelementes 29 ist die Verdickung bzw. Kugel 32 am freien Ende der Spiralfeder 28 vorgesehen.

Die Auswertung des Radius erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit in Richtung Pfeil 22, da sich eine Krümmung der Spiralfeder 28 mit der Drehgeschwindigkeit in der Suspension 26 ändert. Die Öffnung 34 im Gestänge 10 zum Austritt der Spiralfeder 28 wird entsprechend gegen Eindringen von Suspension 26 abgedichtet.

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen von Stütz- oder Wandelementen (29) in einem Boden (16) mittels eines Düsenstrahlverfahrens, wobei die Vorrichtung ein Gestänge (10) und wenigstens eine am Gestänge (10) seitlich angeordnete Düse (12) aufweist, wobei zum Auflockern des Bodens (16) und zum gleichzeitigen Vermischen desselben mit einem Bindemittel zu einem Ge misch (26) eine Einrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit (24) an die Düse (12) und zum Austritt der Flüssigkeit (24) aus der Düse (12) unter hohem Druck vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Gestänge (10) unterhalb der Düse (12) und vom Düsenstrahl beab standet eine Spiralfeder (28) zum mechanischen Abtasten eines Randbe reiches (30) des Gemisches (26) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem frei en Ende des Gestänges (10) eine Bohrkrone (18) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an ei nem freien Ende der Spiralfeder (28), welche den Randbereich (30) des Gemisches (26) abtastet, eine Verdickung, insbesondere in Form einer Ku gel (32), angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß im Gestänge (10) ein Motor (36) zum Aus- und Zurück- bzw. Einfahren der Spiralfeder (28) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spiralfeder (28) zum mechanischen Abtasten an einer Stelle (34) aus dem Gestänge (10) austritt, welche um 180 Grad bzgl. der Düse (10) versetzt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Einrichtung zum Ziehen und gleichzeitigen Drehen des Gestänges (10) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spiralfeder (28) zum mechanischen Abtasten einen Drucksensor oder Druckaufnehmer aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralfeder (28) zum mechanischen Abtasten als Bimetall ausgebil det ist.