DE4330244A1 - Vereinfachtes Verfahren zur Erdreichstabilisierung - Google Patents

Description

Die erfindungsgemäße Lehre betrifft eine Vereinfachung bei der Tiefenstabilisierung von Böden und/oder Sanden, die über eine reine Verfestigung der Erdreichoberfläche hinausgeht und tieferliegende Bereiche des zu verfestigenden Bodens erreichen will. Es soll dabei die Möglichkeit bestehen, mit verringertem Arbeitsaufwand auch großflächige Bereiche durch Einbau geeigneter Bewehrungselemente mit vergleichsweise geringem Arbeitsaufwand derartig abzusichern, daß nicht nur eine verbesserte Erosionsfestigkeit gegenüber der Ein­ wirkung von Wind und/oder Regen gegeben ist, sondern daß auch stär­ kere mechanische Krafteinwirkungen auf die Bodenoberfläche dauerhaft abgefangen werden. Als Beispiele seien hier benannt die Bodensiche­ rung in Hanglage gegen das Abrutschen unter dem Einfluß der Schwer­ kraft, gegebenenfalls verstärkt durch Einfluß ungünstiger Witte­ rungsbedingungen oder eine hinreichende Grundverfestigung von Bo­ denflächen zum Aufbringen von Deckschichten, von Aufbauten und dergleichen. Die Erfindung will dabei insbesondere die Möglichkeit schaffen, durch Auswahl der in die tieferen Bodenschichten einzu­ bringenden Bewehrungselemente Einfluß auf die Lebensdauer einer solchen Tiefenverfestigung zu nehmen. Grundlage dieser Teilaufgabe sind die von Fall zu Fall unterschiedlichen Anforderungen an eine Erdreichverfestigung im erfindungsgemäßen Sinne. Anhand zweier ex­ tremer Beispiele sei das kurz erläutert: Bei der Erdreichver­ festigung in Hanglagen können unter Berücksichtigung der heutigen Praxis, beispielsweise im Straßenbau und/oder bei der Gewässerbe­ gradigung, zwei ganz unterschiedliche Anforderungsprofile gestellt werden. Eine Option liegt in der zeitlich begrenzten Tiefenver­ festigung des frisch geschaffenen Hanges, der gleichzeitig durch Bepflanzung mit hinreichend tief wurzelnden dauerhaften Pflanzen, insbesondere Büschen und/oder Bäumen, rekultiviert, gleichzeitig aber dauerhaft befestigt wird. Andererseits gibt es hinreichend Fälle, in denen eine solche Sekundärverfestigung durch natürliche Wachstumsprozesse nicht in Betracht kommen kann. Im zuerst geschil­ derten Fall reichen in der Regel zwei bis drei Wachstumsperioden - ein Jahr als eine Wachstumsperiode gerechnet - aus, um die primär eingebrachten künstlichen Bewehrungselemente überflüssig zu machen. Häufig ist hier deren selbsttätiges Verschwinden durch natürliche Abbauprozesse nach Erfüllung ihrer Verfestigungsaufgabe sogar eine wichtige Voraussetzung. Im zuletzt genannten Fall bleibt die tech­ nische Aufgabe der stabilisierenden Hangverfestigung für einen praktisch unbegrenzten Zeitraum bestehen. Die eingetragenen Beweh­ rungselemente sollten hier also im Idealfall für einen praktisch unbegrenzten Zeitraum ihre volle Funktion erfüllen.

Zum Verständnis der erfindungsgemäßen Lehre sind dabei noch die zu­ sätzlichen Überlegungen zu berücksichtigen: Das Ausmaß der tech­ nischen Anforderungen an die Bodenbefestigung wird in einem breiten Bereich durch die jeweiligen Gegebenheiten bestimmt. Verständlich wird das auch wiederum durch die Schilderung extremer Positionen.

Die reine Oberflächenverfestigung, beispielsweise gegen Erosion durch Wind und/oder Regen, kann durch Begrünung der Oberfläche mit beispielsweise Gras hinreichend gelöst werden. Stärkere Kraftein­ wirkungen - etwa beim Abrutschen in Hanglage durch Schwerkraftein­ wirkung - lassen sich damit nicht auffangen. Hier bedarf es der tiefergehenden Stabilisierung des Erdreiches. Extreme Anforderungen stellen sich wenn dauerhaft schwer belastete Deckschichten, bei­ spielsweise im Straßenbau oder bei der Errichtung von Gebäuden, stabilisiert werden sollen. Die erfindungsgemäße Lehre betrifft den hier eher mittig gelegenen Bereich, der dementsprechend höheren Anforderungen zu genügen hat als der reinen Oberflächenverfestigung, auf der anderen Seite aber auch nicht Grundlage sein will für bei­ spielsweise den Bau von Autobahnen oder mehrstöckigen Gebäuden. Innerhalb dieses Bereiches der doch schon beträchtlichen wenn auch nicht extremen Bodenbefestigung soll die Möglichkeit gegeben sein, zeitlich begrenzte, gewünschtenfalls aber auch zeitlich unbegrenzte, Verfestigungseffekte einzustellen.

Gegenstand der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Tiefenstabilisierung von Böden und/oder Sanden - im nachfolgenden im allgemeinen auch als "Erdreich" bezeichnet - beispielsweise gegen Erosion durch Wind und/oder Regen, Abrutschen in Hanglage und/oder als verfestigende Unterlage zum Aufbringen von Deckschichten (Auf­ bauten und dergleichen) durch Einbau wenigstens weitgehend mit Erd­ reich abgedeckter stabilisierender Bewehrungselemente erhöhter me­ chanischer Festigkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrungselemente in der Vor-Form eines fließfähigen Gutes wenigstens anteilsweise stab- beziehungsweise lanzenartig in den Boden eingetragen und dort in-situ zur Ver­ festigung gebracht werden.

Einzelheiten zur Erfindung

Zur Lösung der Verfestigungsproblematik von Erdreich im Sinne der zuvor für die erfindungsgemäße Lehre geschilderten Anforderungen ist es nach heutiger Praxis bekannt, vorgefertige feste und in unter­ schiedlichster Raumform ausgebildete Bewehrungselemente hinreichend tief in den zu verfestigenden Boden einzulassen. Es können dabei entsprechende Verfestigungshilfen auf Basis natürlicher Materialien, insbesondere Pflanzengut wie Stäbe und dergleichen, aber auch vor­ gefertigte beispielsweise gitterrostförmige Elemente auf Kunst­ stoffbasis, zum Einsatz kommen. Übereinstimmend gilt hier, daß ins­ besondere in der Bodenbewegung ein beträchtlicher Arbeitsaufwand erforderlich ist, um hinreichend tiefgehend die zu verfestigenden Bodenschichten mit einem solchen vorgefertigten festen Bewehrungs­ material auszurüsten. Die erfindungsgemäße Lehre will hier ent­ scheidende Abhilfe schaffen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Bewehrungselemente nicht in Feststofform, sondern in der Vor-Form eines fließfähigen Gutes der­ art in den Boden einzubringen, daß bestimmte Raumformen der Beweh­ rungshilfe im Bodenbereich geschaffen werden. Das derart eingetra­ gene fließfähige Gut ist dabei so ausgewählt, daß nach seinem Ein­ trag in-situ die Verfestigung des Bodens eintritt.

In der praktischen Ausführung dieser Konzeption wird das fließfähige Gut in Form wenigstens eines Hochdruck-Flüssigstrahles in den Boden eingetragen. In der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform wird das in einer technisch besonders vereinfachten Ausgestaltung derart verwirklicht, daß eine mit wenigstens einer Austrittsdüse versehene Platte auf die Oberfläche des zu verfestigenden Erdreiches aufge­ setzt und hier fest aufgedrückt wird. In dieser Position erfolgt die Injektion des die Bewehrungselemente bildenden Gutes in seiner fließfähigen Vor-Form. Dabei werden Bodenbeschaffenheit und das Ausmaß des Energieeintrages derart aufeinander abgestimmt, daß die vorbestimmte Eindringtiefe des Flüssiggutes in den zu verfestigenden Boden sichergestellt ist.

In der wichtigsten Ausführungsform der Verwirklichung dieses Gut­ eintrags erfolgt die Abgabe des Flüssiggutes in den zu verfestigen­ den Erdboden im Sinne einer schußartigen Injektion. Im einzelnen kann hier also wie folgt vorgegangen werden: Eine vorgegebene Menge der zu injizierenden Flüssigphase wird in der Eintragsvorrichtung in den Bereich unmittelbar vor der Austrittsöffnung gegeben, wobei dieser flüssigkeitserfüllte Vorratsraum andererseits mit einem be­ weglichen Stempel ausgerüstet ist. Dieser bewegliche Stempel ist insbesondere im Sinne eines Bolzenschußgerätes - beziehungsweise bei einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter individueller Vorratsräume für die zu injizierenden Flüssigkeiten mit dazugehörenden Aus­ trittsöffnungen im Sinne eines Plattenschußgerätes - hochgespannt. Die erforderlichen Drucke, die beispielsweise im Bereich von 5 bis 50 bar, gewünschtenfalls aber auch noch darüber liegen können, wer­ den in einer bevorzugten Ausführungsform in an sich bekannter Weise durch Druckluft eingestellt, wobei zunächst die Schußbolzen bezie­ hungsweise -platte blockiert sind. Durch eine schlagartige Aufhebung dieser Sperre wird die schußartige Kraftübertragung des hochge­ spannten Mediums auf die Flüssigphase ausgelöst und damit die schußartige Ejektion durch die Austrittsdüse(n) beziehungsweise die schußartige Injektion dieser Flüssigphase in das Erdreich bei auf­ gesetzter Mündungsöffnung auf das Erdreich verwirklicht. Für den nachfolgenden Arbeitsschritt wird die mit den Mündungsöffnungen versehene Abgabevorrichtung mit dem nächsten Flüssigphasenanteil wieder gefüllt und der benötigte Abgabedruck wieder aufgebaut, so daß die Möglichkeit zum nächsten Injektionsschuß gegeben ist. Dabei wird es für eine größerflächige Arbeitsweise im Sinne des er­ findungsgemäßen Verfahrens bevorzugt sein, mit entsprechenden Bo­ denplatten der Schußvorrichtung zu arbeiten, die eine Vielzahl von Austrittsöffnungen für das Flüssiggut aufweist. Diese Platte wird dann schrittweise jeweils nach Abgabe der schußförmigen Injektion einer Portion des Flüssiggutes schrittweise seitlich versetzt wer­ den. Auf diese Weise kann mit einer, insbesondere als mobile Einheit ausgestalteten Vorrichtung in praktisch kontinuierlicher Arbeits­ weise das Erdreich in praktisch beliebiger Flächenausdehnung und darüber hinaus im Einzelfall in sehr individueller Ausgestaltung mit den Bewehrungselementen ausgerüstet werden.

Die mit den Austrittsöffnungen versehene Bodenplatte, die in den Kontakt mit der Oberfläche des zu verfestigenden Bodenbereiches ge­ bracht wird, kann in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. In einer wichtigen Ausführungsform ist die Platte eben und enthält die Austrittsöffnung(en) für die Flüssigphase in diese ebene Struktur eingelassen. In einer weiteren wichtigen erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform kann diese Platte aber auch dahingehend modifiziert sein, daß die Austrittsöffnungen für das Flüssiggut mittels rohrförmiger beziehungsweise hohlnadelförmiger Elemente derart in Austrittsrich­ tung der Flüssigphase nach vorne verlegt sind, daß beim Aufsetzen der Bodenplatte auf den Erdboden diese lanzenförmigen Elemente in das zu verfestigende Erdreich eindringen. Wird jetzt die schußartige Injektion ausgelöst, dann ist eine entsprechend weiterreichende In­ jektionstiefe des Flüssigstrahles sichergestellt. Wie angegeben kann ein Anteil oder auch die Gesamtheit der Abgabeöffnungen für die Flüssigphase mit entsprechenden Rohr- beziehungsweise Hohlnadelele­ menten versehen sein. Die Länge dieser Elemente kann dabei gleich oder auch gegeneinander verschieden sein. Die erfindungsgemäße Lehre sieht bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Möglichkeit vor, gerade auch den Bodenanteil mit zu verfestigen, der während der schußartigen Injektion von der Injektionsnadel durch­ drungen ist und dementsprechend zunächst nicht mit Flüssiggut befüllt wird. Zur Verwirklichung der hier betroffenen Ausführungs­ form kann vorgesehen sein, bei dem Abheben der Bodenplatte nach der schußartigen Flüssiggutabgabe weiterhin eine begrenzte Menge des Flüssiggutes - jetzt aber unter vergleichsweise mäßigem Aus­ preßdruck - ausfließen zu lassen, bis die Austrittsöffnungen den Bereich der Erdreichoberfläche erreicht haben. Die letztlich ent­ stehenden Bewehrungselemente erstrecken sich dann auch in dieser Ausführungsform letztlich bis an die Oberfläche des zu verfestigen­ den Bodens.

In einer besonderen Ausführungsform sieht die erfindungsgemäße Lehre vor, den Eintrag des Flüssiggutes mittels einer Injektionsvorrich­ tung vorzunehmen, die eine Mehrzahl rohrartiger bzw. hohlnadel­ förmiger Elemente aufweist. Vorzugsweise sind hier diese tiefer in den Boden eindringenden nadelförmigen bzw. rohrförmigen Injektions­ elemente tiefenverstellbar angeordnet. In diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, daß beim Vorliegen einer Mehrzahl solcher nadelförmigen Injektionselemente die einzelnen Elemente unabhängig voneinander tiefenverstellbar sind, so daß beim Aufbringen der die Injektionsnadeln tragenden Bodenplatte auf den Erdboden diese nadel­ förmig verlängerten Injektionselemente unterschiedlich tief in den Boden eindringen können. Der Vorteil dieser bevorzugten Ausführungs­ form ist einleuchtend: Stößt beispielsweise eine dieser Injektions­ nadeln beim Aufbringen der Platte auf den Erdboden auf ein Hinder­ nis, beispielsweise einen Stein, dann ist das weitere Eindringen der nicht gehemmten Injektionsnadeln in das Erdreich ungestört möglich. Zugänglich wird damit die individuelle Anpassung des Auftragsgerätes mit seinen Injektionsöffnungen an die individuelle zufällige Boden­ struktur des durch die Bodenplatte belegten Bereiches.

In einer wichtigen Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, die in-situ erhärtenden Bewehrungselemente derart in den Boden ein­ zutragen, daß hinreichender Kontakt und Austausch von insbesondere Wasser, zwischen der Erdreichoberfläche und den tieferliegenden Erdreichschichten unterhalb des Bereiches der verfestigten Zone möglich wird. Die Erfindung will hier vorsehen, daß die Homogenität im Austausch der natürlichen Stoffwechselvorgänge im Bodenbereich nicht gestört wird, so daß also natürliche Prozesse, insbesondere die freie Pflanzenverwurzelung, sichergestellt sind, gleichzeitig aber die erfindungsgemäß angestrebte, wenigstens temporäre, Ver­ festigung des Erdreiches auch in hinreichenden Tiefenschichten si­ chergestellt ist.

Der Eintrag des Flüssiggutes in der erfindungsgemäßen Ausführungs­ form wird primär durch die Düsenform bestimmt, die das Flüssiggut im hochgespannten Zustand durchtritt. Hier bietet sich begreiflicher­ weise die Ausbildung einer hinreichend scharfen Strahlenform an, die zum wirklichen Durchtritt des Flüssigkeitsstrahles auch in tiefer­ gelegene Bereiche führt, die beispielsweise 15 bis 50 cm aber auch noch tiefer unterhalb der Oberfläche des Erdreiches liegen. Im Ein­ zelfall wird der Durchtritt des Hochdruckflüssigkeitsstrahles und die von ihm ausgebildete Form des jeweiligen individuellen Beweh­ rungselementes im Boden durch eine Mehrzahl von Parametern beein­ flußt. So ist primär die Beschaffenheit des Bodens selber von Be­ deutung. Lockere Sandböden lassen ein tieferes Durchdringen bei einheitlicher Formgestaltung des Bewehrungselementes im Sinne der Stabform oder Lanzenform über einen größeren Längenbereich zu als sehr dichte und feste Böden. Aber auch im zuletzt genannten Fall kann durch Abstimmung der Verfahrensparameter ein hinreichendes Durchdringen der Bewehrungselemente in Stab- beziehungsweise Lan­ zenform sichergestellt werden. Im Ausmaß des Energieverlustes in der das Erdreich durchtretenden Flüssigphase macht sich die Hindernis­ wirkung des Erdreiches zunehmend bemerkbar. In der Regel ist das mit einer spreitenden Verdünnung des Bewehrungsmaterials in den tiefer­ gelegenen Bodenschichten verbunden. Diese räumliche Ausbildung des später in-situ erhärtenden Materials kann im Sinne der erfindungs­ gemäßen Aufgabenstellung durchaus erwünscht sein. Es leuchtet ja doch sofort ein: Das sich unregelmäßig spreitende und verteilende Bewehrungsmaterial in tieferen Schichten führt noch immer zu einer Verfestigung der betroffenen Bodenschichten, wobei die Bereiche des entsprechend ausgerüsteten Bodens in näheren Kontakt zueinander kommen können. In Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten ist da­ mit erfindungsgemäß eine Optimierung der mechanischen Verfestigung des Bodens in hinreichende Tiefenschichten möglich, dabei gelingt die Erfüllung dieser Zielvorstellung auf einfachste Weise ohne zu­ sätzliche umfangreiche Arbeitsmaßnahmen, wie sie bisher beim Einbau entsprechender Befestigungselemente gefordert sind.

In einer wichtigen Ausführungsform kann allerdings das erfin­ dungsgemäße Verfahren gerade auch dazu eingesetzt werden, die bis­ herige Methodik der Bodenverfestigung in größeren Tiefenbereichen durch vorgebildete, beispielsweise gitterförmige oder mattenförmige Elemente, zu verstärken. Bekannt ist hier beispielsweise gitter­ rostartige Stabilisierungselemente aus Kunstharzen, insbesondere Kunstharzschaumstoffen, wie Polystyrolschaum, in die Böden einzu­ bauen. Hier wird in der Regel zunächst eine obere Schicht des Bodens abgetragen, dann das vorgefertigte Befestigungselement aufgelegt und jetzt wieder mit Boden abgedeckt. Wird auf einen derart vorbereiteten Boden im Sinne des erfindungsgemäßen Handelns jetzt zusätzlich vertikal mit der in-situ erhärtenden Flüssigphase die lanzenartig ausgebildete schußförmige Injektion von Bewehrungsstäben in den Boden vorgenommen, dann kann damit eine zusätzliche Fixierung der im ersten Arbeitsschritt eingetragenen vorgefertigten Beweh­ rungselemente eingestellt werden. Es leuchtet sofort ein, daß hier eine wichtige Weiterentwicklung für das praktische Arbeiten unter den jeweils gestellten spezifischen Anforderungen gegeben sein kann.

Als lanzenförmig in das Erdreich zu injizierendes Flüssiggut ist unter Berücksichtigung des einschlägigen Fachwissens eine Vielzahl von fließfähigen und dabei insbesondere wäßrigen Zubereitungen an­ organischer und/oder organischer Komponenten einsetzbar. Die ein­ schlägige Technik aus der Erdreichverfestigung kennt die unter­ schiedlichsten Materialien dieser Art, die entweder durch Wasser­ entzug beziehungsweise Auftrocknung und/oder durch chemische Abre­ aktion in-situ aus der fließfähigen Flüssigphase zur stabilitäts­ fördernden Bewehrungshilfe aushärten. Im nachfolgenden werden ohne Anspruch auf Vollständigkeit charakteristische Beispiele für ent­ sprechende Hilfsstoffe geschildert. Gleichzeitig wird auf das ein­ schlägige Schrifttum der Bodenverfestigung, einerseits im Bergbau­ bereich andererseits im Bereich der Erdreichoberfläche, verwiesen. Charakteristische Beispiele aus diesem Schrifttum werden im nachfol­ genden noch benannt.

Ein erstes Beispiel für in-situ aushärtende wäßrige Flüssigphasen anorganischer Beschaffenheit sind selbstabbindende wäßrige Zement- Suspensionen, die in vielgestaltiger Weise im Rahmen des bekannten Fachwissens variiert und gegebenenfalls modifiziert werden können. Als ein Beispiel für eine solche Modifizierung - die aber auch im Zusammenhang mit anderen wäßrigen Zubereitungsformen zum Einsatz kommen kann - sei auf die Mitverwendung von Thixotropierungsmitteln verwiesen, wobei dem Einsatz mineralischer Thixotropierungsmittel besondere Bedeutung zukommen kann. Beispielhaft sei verwiesen auf die DE-A 42 24 537. Beschrieben ist hier die Verwendung von Mischhydroxidverbindungen 2wertiger und 3wertiger Metalle mit dreidimensionaler Raumnetzstruktur vom Granattyp zur thixotropen Eindickung wäßriger Zubereitungen, wobei in der Regel beschränkte Mengen quellfähiger Tone und/oder anderer quellfähiger Schichtsili­ katverbindungen natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs mit­ verwendet werden. Das in dieser Anmeldung geschilderte Thixo­ tropierungsmittel zeichnet sich durch eine sehr geringe Festig­ keitsspanne zwischen Sol- und Gelzustand aus und führt in der Phase der mechanischen Krafteinwirkung zur leicht beweglichen, nahezu wasserartigen Flüssigphase, die aber dann beim Abklingen der Kraft­ einwirkung unmittelbar wieder zum Gel erstarrt. Im Rahmen der Er­ findung kann damit in gewünschter Weise Einfluß auf eine optimierte lanzenförmige Ausbildung der Bewehrungselemente bei dem Eintrag der Flüssigphase in den Boden genommen werden. Die eingestellte Raumform des ausgebildeten Bewehrungselementes ist dann zeitunabhängig und wird mit Hilfe der Thixotropierungsmittel über praktisch beliebige Zeiträume der Aushärtung aufrechterhalten. Andere mineralische Hilfsmittel der hier geschilderten Art sind beispielsweise geschil­ dert in der EP-A2 02 07 810, in der ausgewählte synthetische mine­ ralische Mischoxide in kristalliner Einschichtstruktur der Misch­ metallhydroxide pro Grundeinheit in Abmischung mit Tonen zum Einsatz kommen. Weiterführende Einzelheiten finden sich in der Veröffent­ lichung J.L. Burba III et al. "Laboratory and Field Evaluation of Novel Inorganic Drilling Fluid Additive" IADC/SPE 17198, Seiten 179-186.

Ein weiteres geeignetes wäßriges fließfähiges Grundmaterial für den Einsatz im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Wasserglas­ sole, denen in der bevorzugten Ausführungsform Regler zur zeitge­ steuerten Absenkung des pH-Wertes und damit zur Gelbildung und nachfolgenden Verfestigung im Erdreich zugesetzt sein können. Durch pH-Wertabsenkung aushärtende wäßrige Natronwasserglaslösungen oder Kaliwasserglaslösungen sind bekannte Handelsprodukte für vielge­ staltige Einsatzzwecke, die auch im Rahmen der Erfindung als wäßrig fließfähiges Grundmaterial zur Ausbildung der Bewehrungselemente durch Schußinjektion eingesetzt werden können. Je nach ihrem pro­ zentualen Gesamtfeststoffgehalt läßt sich die Viskosität der wäß­ rigen Lösung in breitesten Bereichen variieren und insbesondere auf sehr niedrige Werte, zum Beispiel im Bereich von etwa 10 bis 200 mPa·s (20°C) und insbesondere auf entsprechende Werte im Bereich unterhalb etwa 100 mPa·s einstellen. Auch hier kann auf die allgemein zugängliche Fachliteratur und insbesondere auf die entsprechenden Datenblätter der Natron- beziehungsweise Kaliwasserglaslösungen ver­ wiesen werden. Auch die Härter für solche Wasserglassol-Systeme sind als vielgestaltige Handelsprodukte der Fachwelt zugänglich. Zum Einsatz kommen hier beispielsweise mehr oder weniger stark sauer reagierende Salze, beispielsweise von der Art des Aluminiumsulfats oder des Aluminiumphosphats, beziehungsweise des Aluminosiliko­ phosphats. Die Dauer der Aushärtung und damit die Topfzeit des je­ weiligen Reaktionsgemisches ist abhängig von der Reaktivität der im einzelnen eingesetzten Härtertypen. Durch Auswahl der geeigneten Systeme können die Mindestzeiträume für den Einsatz und die Verar­ beitung im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens mühelos einge­ stellt werden. Möglich ist in diesem Zusammenhang auch die an sich bekannte Mitverwendung organischer Emulsionsharze, zum Beispiel von der Art Polyvinylacetat- oder Polyvinylbutyral-Dispersionen. Auf diese Weise kann die Flexibilität der letztlich entstehenden Beweh­ rungselemente - Übergang des Wasserglassolzustandes zum aushärtenden beziehungsweise ausgehärteten Gelzustand - gesteuert werden. Möglich ist in diesem Zusammenhang auch der Einsatz sogenannter saurer Flugstäube aus der großtechnischen Verbrennung zur Modifizierung und zur Auslösung der Härtungsreaktion in Abmischung mit dem fließfä­ higen Wasserglaseinsatzmaterial im Solzustand. Diese Flugstäube fallen bekanntlich in großtechnischem Ausmaß bei der Rauchgasent­ staubung an und müssen einer Entsorgung zugeführt werden. Beim Einsatz im erfindungsgemäßen Sinne werden sie zu wertvollen Bestand­ teilen und Arbeitsmitteln im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre.

Eine andere bekannte Möglichkeit zur zeitgesteuerten Aushärtung wäßriger fließfähiger Wasserglaslösungen durch pH-Wertabsenkung und Überführung des Sols in den Gelzustand liegt in der Mitverwendung von hydrolysesensiblen und bei dieser Hydrolyse säurenbildenden or­ ganischen Mischungskomponenten, insbesondere entsprechenden Estern monofunktioneller und/oder polyfunktioneller Carbonsäuren und ent­ sprechender Alkohole. Grundsätzlich gilt dabei die in der Fachwelt bekannte Lehre, daß der Einsatz kurzkettiger esterbildender Be­ standteile auf der Seite der Säuren und der Alkohole zu vergleichs­ weise schnellen Esterspaltungen und damit zur erhärtenden Umwandlung des Wasserglassoles zum Gelzustand führt, während längere Bestand­ teile im mitverwendeten Ester zu entsprechend verlängerten Zeiträu­ men der Aufrechterhaltung des Solzustandes führen. Beispiele für entsprechend reaktive Ester mit kurzen Reaktionsumwandlungszeiten sind neben Estern von der Art des Glycerintriacetats oder des Triacetins Bernsteinsäurediethylester oder auch Ethylencarbonat. Langsam aushärtende Ester sind demgegenüber Verbindungen entspre­ chend höheren Molgewichtes, beispielsweise Terephthalsäurediethyl­ ester oder insbesondere natürliche Fette und/oder Öle die bekannt­ lich Glycerintriester langkettiger Carbonsäuren mit beispielsweise 10 bis 24 C-Atomen und dabei im allgemeinen wenigstens anteilsweise einfach und/oder mehrfach olefinisch ungesättigt sind. Ihre homogene Einmischung durch Emulgierung in die einzusetzenden Wasserglaslö­ sungen erfolgt in an sich bekannter Weise, beispielsweise unter Mitverwendung von O/W-Stabilisatoren, etwa von der Art der entspre­ chenden Mono- und/oder Diglyceride, die neben den langkettigen Fett­ säureresten eine oder zwei freie Hydroxylguppen des Glycerinmoleküls aufweisen. Auch hier kann im einzelnen auf das einschlägige Fach­ wissen zur Herstellung von wäßrigen O/W-Emulsionen verwiesen werden.

Besonders wichtige Substanzgeber für die erfindungsgemäß zu appli­ zierenden Bewehrungselemente, die in einer fließfähigen, insbeson­ dere wäßrig-flüssigen Vor-Form zugänglich und verarbeitbar sind und dann nach dem Eintrag in das zu verfestigende Erdreich in-situ er­ härten, sind insbesondere aber auch entsprechende Wertstoffzube­ reitungen organischer Komponenten. Aus dem umfangreichen Wissen der Fachwelt seien hier einige Beispiele aufgezählt. Geeignet als Flüs­ siggut sind für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise fließfähige Zubereitungen von Reaktivharz-Systemen, etwa solchen auf Basis von der Art der Melaminharz- und/oder Harn­ stoffharz-Formaldehydsysteme. Die Verwendung reaktiver Kunstharz­ systeme hat nach der bisherigen Praxis insbesondere Bedeutung im Bergbau, verwiesen wird beispielsweise auf die Veröffentlichung F. Meyer "Reaktive Kunstharze im Bergbau" Glückauf 117 (1981) 831- 835. Beschrieben ist hier neben dem Einsatz von Harnstoff-Formalde­ hydharzen die Verwendung von Polyurethanen und ungesättigten Poly­ esterharzen. Herausragende Eigenschaften im Zusammenhang mit ihrem Einsatz im Bergbau sind dabei u. a. niedrige Viskosität der Einsatz­ flüssigkeiten, einstellbare Reaktionszeiten, Plastizität und Haft­ vermögen, d. h. Eigenschaften die insbesondere auch für die Anwendung im erfindungsgemäßen Einsatzzweck bedeutungsvoll sind. Eine wichtige Modifizierung entsprechender Systeme auf Basis von Melaminharzen und/oder Harnstoff-Formaldehydharzen ist Gegenstand der DE-A-39 07 989 der Anmelderin, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindungsoffenbarung gemacht wird. Gezeigt ist hier, daß beispielsweise 60 Gew.-% Aktivsubstanz enthaltende Aufbereitungen eines Melamin-/Harnstoff-Formaldehyd- Kondensationsproduktes mit überwiegenden Anteilen an Melaminharz durch Mitverwendung verdünnter wäßriger phosphoriger Säure in sehr weitgehend steuerbaren Zeiträumen vom fließfähigen Zustand zum haftfesten Feststoff umgewandelt werden können. Im Bereich der Raumtemperatur können hier offene Zeiträume im Stundenbereich ein­ gestellt werden, so daß damit die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit seinen Schritten der Zubereitung und der Verarbeitung der in-situ reaktionsfähigen wäßrigen Lösungen und deren Injektion in den Boden sichergestellt werden kann. Die Härtung der wäßrigen Komponenten kann auch mit anderen Säuren und/oder unter Mitverwen­ dung von Salzen insbesondere mehrwertiger Kationen, beispielsweise von der Art der Erdalkali und/oder Aluminiumhalogenide, -sulfate und dergleichen erfolgen. Auch hier können zur Modifikation der physi­ kalischen Eigenschaften feinteilige anorganische und/oder feintei­ lige und/oder lösliche organische Füller, Weichmacher und derglei­ chen mitverwendet werden.

Zum Aufbau der Bewehrungselemente im Sinne des erfindungsgemäßen Handelns auf wenigstens anteilsweise organischer Basis sind aber nicht nur Reaktivharze, beziehungsweise deren Vorprodukte, geeignet, es können auch hochmolekulare Polymerverbindungen, insbesondere in Form wäßriger Suspensionen und/oder Emulsionen zum Einsatz kommen, die dann - geeignete Bedingungen des zu stabilisierenden Bodens vorausgesetzt - durch wenigstens weitgehenden Austrag des Wassers in umliegende Bodenbereiche und/oder durch Austrocknung erhärten und in dieser Form die lanzen- beziehungsweise stabförmigen Bewehrungs­ elemente aus vorgebildeten Polymerkunststoffen ausbilden. Die hier angesprochene Ausführungsform wird beispielsweise besondere Bedeu­ tung bei der Verfestigung von Sandböden in Ländern mit intensiver Sonneneinstrahlung erhalten können, d. h. in Bodenbereichen, die im normalen Tagesablauf hinreichend tiefgründig aufgewärmt werden und/oder durch insbesondere Sonneneinstrahlung so weitgehend auf­ trocknen, daß eingetragenes Wasser verdunstet. Es leuchtet ein, daß für zahlreiche Problemgebiete in südlichen Ländern beziehungsweise in der subtropischen oder der tropischen Zone hier ein besonders wirkungsvolles Arbeiten sichergestellt sein kann. Durch Auswahl der Polymertypen und der gegebenenfalls mit ihnen in Abmischung ver­ wendeten Hilfsstoffe, wie insbesondere Weichmacher, kann gezielt Einfluß genommen werden auf die Belastbarkeit einer solchen im erfindungsgemäßen Sinne hergestellten Bewehrung sowie auf die Le­ bensdauer im praktischen Einsatz. Polyvinylacetat-Homopolymere un­ terliegen bekanntlich im Erdreich dem langsamen biologischen Abbau, so daß nach einer Einlagerungszeit von 2 oder 3 Wachstumsperioden ein solches verstärkendes Material weitgehend vernichtet sein kann und bis dahin durch nachwachsende Verstärkung, beispielsweise tief verwurzelnde Pflanzen ersetzt sein muß, wenn dann noch eine Ver­ festigung der Erdreichschichten gefordert ist. Auf der anderen Seite lassen sich auch unter Einsatz von Polyvinylacetat-Copolymeren und/oder durch Abmischung von Polyvinylacetat mit nicht abbaubaren Weichmachern, vergleichsweise lagerbeständige Bewehrungselemente der hier betroffenen Art über den Eintrag entsprechender wäßriger Emul­ sionen beziehungsweise Dispersionen im Sinne der schußartigen In­ jektion gemäß der Erfindung herstellen. In der hier dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Handelns ist der Aufbau der Bewehrungselemente aber nicht auf die bisher genannten Polymertypen eingeschränkt. Praktisch jeder beliebige Polymertyp kann in an sich bekannter Weise in Form wäßriger Suspensionsharze, die sich zur Verarbeitung im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, zur Verfügung gestellt werden. Die physikalischen Eigenschaften der entstehenden Polymerfeststoffe und/oder ihre Modifizierung durch Mitverwendung von Weichmachern, Klebharzen, Füllstoffen und der­ gleichen ist wiederum dem allgemeinen Fachwissen der Polymertechno­ logie zu entnehmen, auf das sich hier das erfindungsgemäße Handeln stützt.

In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lehre wird die Bodenbefestigung im Sinne der schußartigen Injektion und deren in-situ Aushärtung zum tragfähigen Bewehrungselement kombiniert mit einer vergleichsweise dünnen Oberflächenbefestigung des zu behan­ delnden Bodenbereichs. Hier steht das allgemeine Fachwissen zur Verfügung, das insbesondere den Eintrag von biologisch wenigstens anteilsweise abbaubaren Harzen in einer Schichtdicke von maximal wenigen Zentimetern in die Erdreichoberfläche vorsieht und damit deren Stabilisierung, zum Beispiel gegen Einflüsse von Wind und/oder Regen, sicherstellt. Aus dem umfangreichen einschlägigen Schrifttum sei lediglich beispielhaft verwiesen auf US 4072020, ZA 7501787, HU 11654, US 3887506 sowie die Veröffentlichung M. Sadones et al. "The effect of synthetic polymers on the water stability of soil aggregates" in Z. Pflanzenernährer. Bodenkd., (6), 641-7 (1975). In diesen Literaturstellen ist die Verfestigung der Bodenoberflächen­ bereiche im abdeckenden Verfahren mit insbesondere wäßrigen Poly­ mersuspensionen beziehungsweise -emulsionen unterschiedlichster Art beschrieben. Von diesem Fachwissen kann im Rahmen der hier bespro­ chenen Modifikation der erfindungsgemäßen Lehre zusätzlich Gebrauch gemacht werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Tiefenstabilisierung von Böden und/oder Sanden (Erdreich) beispielsweise gegen Erosion durch Wind und/oder Regen, Abrutschen in Hanglage und/oder als verfestigende Unter­ lage zum Aufbringen von Deckschichten, Aufbauten und derglei­ chen, durch Einbau wenigstens weitgehend mit Erdreich abge­ deckter stabilisierender Bewehrungselemente erhöhter mecha­ nischer Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ wehrungselemente in der Vor-Form eines fließfähigen Gutes wenigstens anteilsweise lanzenartig in den Boden eingetragen und dort in-situ zur Verfestigung gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein­ trag des fließfähigen Gutes in Form wenigstens eines Hoch­ druck-Flüssigstrahles erfolgt, der bevorzugt im Oberflächenbe­ reich des zu verfestigenden Erdreiches aufgesetzt wird und da­ bei Bodenbeschaffenheit und Ausmaß des Energieeintrags derart aufeinander abgestimmt werden, daß die vorbestimmte Eindring­ tiefe des lanzenförmigen Flüssiggutes eingestellt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrag des Flüssiggutes durch schußartige Injektion er­ folgt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in-situ erhärtenden Bewehrungselemente in Form eines derart flächendeckenden Musters eingetragen werden, daß hinreichender Kontakt und Austausch von zum Beispiel Wasser zwischen Oberflä­ che und tieferliegenden Erdreichschichten und/oder die freie Pflanzenverwurzelung sichergestellt sind.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schußförmige Eintrag des sich in-situ verfestigenden Gutes mittels eines mit Druckluft hochgespannten Bolzen- beziehungs­ weise Plattengerätes vorgenommen wird, das mit der beziehungs­ weise den Austrittsöffnung(en) für das flüssige Gut auf das zu verfestigende Erdreich aufgesetzt und daraufhin die schußartige Injektion ausgelöst wird, wobei aber auch mit einem Gerät gear­ beitet werden kann, dessen Austrittsöffnungen für das Flüssiggut als Hohlnadel-artige Rohrelemente ausgestaltet sind, die vor Auslösung der Injektion wenigstens anteilsweise in das Erdreich eingedrückt worden sind.

6. Verfahren-nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Injektionsvorrichtung zum Eintragen des Flüssigguts gearbeitet wird, die eine Mehrzahl hohlnadelartiger Rohrelemente aufweist, die bevorzugt tiefenverstellbar und dabei insbesondere unabhängig gegeneinander tiefenverstellbar sind.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen für das Flüssig­ gut aufweisenden Bodenplatte im unmittelbaren Kontakt mit dem zu verfestigenden Erdreich gearbeitet wird, die zur Verfestigung praktisch beliebiger Flächenbereiche schrittweise seitlich ver­ setzt werden kann.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als lanzenförmig in das Erdreich zu injizierendes Flüssiggut fließfähige und dabei insbesondere wäßrige Zubereitungen anor­ ganischer und/oder organischer Komponenten eingesetzt werden, die durch Wasserentzug beziehungsweise Auftrocknung und/oder durch chemische Abreaktion in-situ zur stabilitätsfördernden Bewehrungshilfe aushärten.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssiggut anorganischer Beschaffenheit selbstabbindende wäßrige Zement-Suspensionen und/oder wäßrige Wasserglassole eingesetzt werden, wobei im zuletzt genannten Fall bevorzugt Regler zur Absenkung des pH-Wertes und damit zur Gelbildung und nachfolgenden Verfestigung im Erdreich zugesetzt sein können.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Wasserglassolen pH-Regler mit zeitverzögerter Wirkung, ins­ besondere durch Wassereinwirkung in-situ saure Komponenten freisetzende Mischungskomponenten bei der schußartigen Injektion beigemischt sind.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssiggut fließfähige Zubereitungen von Reaktivharz-Sy­ stemen, zum Beispiel auf Basis von beziehungsweise von der Art der Melaminharz-/und/oder Harnstoffharz-Formaldehyd-Systeme, Polyurethanharz-Systeme, insbesondere wasserhärtende Poly­ urethanharze und/oder ungesättigte Polyesterharz-Systeme, und/oder wäßrige Suspensionen von insbesondere hochmolekularen Polymerverbindungen, zum Beispiel Polyvinylacetat und/oder des­ sen Copolymere, eingesetzt werden.

12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur in-situ-Ausbildung der Bewehrungselemente durch Schußinjek­ tion fließfähige Abmischungen anorganischer und organischer Komponenten eingesetzt werden, die nach dem Eintrag in das Erd­ reich aushärten.

13. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Stabilisierung des Erdreiches in den zu befe­ stigenden Boden, insbesondere Sandboden, vorgebildete gitter­ rostförmige Elemente, vorzugsweise auf Kunststoffbasis, zum Beispiel aus Polystyrol-Hartschaum, eingebracht werden und/oder die Bodenoberfläche durch insbesondere flächendeckenden Auftrag von Polymerverbindungen verfestigt wird.