EP3051027B1 - Verfahren zum vibrationsrammen und vibrationsrammanordnung - Google Patents

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EP3051027B1
EP3051027B1 EP16152736.1A EP16152736A EP3051027B1 EP 3051027 B1 EP3051027 B1 EP 3051027B1 EP 16152736 A EP16152736 A EP 16152736A EP 3051027 B1 EP3051027 B1 EP 3051027B1
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EP
European Patent Office
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vibration device
vibration
mass
pile
ground
Prior art date
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Active
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EP16152736.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3051027A1 (de
Inventor
Daniel Bartminn
Volker Herwig
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Innogy SE
Original Assignee
Innogy SE
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3051027A1 publication Critical patent/EP3051027A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3051027B1 publication Critical patent/EP3051027B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/18—Placing by vibrating

Definitions

  • the invention relates to a method for vibratory ramming of pile material in a subsoil, which are introduced by means of a vibrating device attached to the pile high frequency vibrations on the Rammgut in the ground in front of a tread of the pile, so that the ground liquefied before the tread base, causing the pile due its own weight and the weight of the vibration device is driven into the ground.
  • Piles in the form of piles, bung profiles or other profiles can be driven by hammering or by vibration rams in a subsoil.
  • vibration ramming In contrast to vibration ramming, axially directed impulses are introduced into the subsoil via the pile.
  • the introduction of pile material with the Schlagramme thereby has significant disadvantages, in particular with regard to the environmental impact. Due to the impact force, considerable vibrations are introduced into the subsoil, so that the impact is accompanied by a strong noise development of up to 180 dB.
  • the vibration technology has advantages that can be seen, for example, that the excitation frequency of the vibrating ram changed and can be adapted to the specific geological and building dynamics requirements, whereby the incorporation of foundations by vibration in many cases is much more environmentally friendly.
  • the vibration process can be interrupted by deactivating the vibration device.
  • the vibrator must be reactivated. Due to the partial restraint of the pile material through the ground, however, the vibration behavior of the pile material changes, so that further sinking of the pile material by means of vibration rams is difficult.
  • the DE 1191755 B relates to a device for driving in piles, pipes, sheet piles or the like with a vibration generator to which is attached via an elastic connection either a bundle of load plates or even a liquid tank.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method for vibratory driving of piles in a ground, which allows a discontinuous vibration ramming of pile material in ground improved.
  • the present invention is also based on the object To provide a method for vibratory ramming of pile material in a ground, through the use of an increased lateral load capacity of the pile material can be achieved.
  • the present invention has for its object to provide a vibration assembly, by means of which an improved discontinuous vibration frame of pile material in ground improved. This object is achieved by a vibration arrangement with the features of claim twelve. Advantageous embodiments are described in the dependent of claim twelve claims.
  • the object underlying the invention by a method for vibration ramming of pile material in a subsoil under the introduction of high-frequency vibrations generated by means of a vibrating device attached to the pile material on the Rammgut in the ground in front of the tread of the pile under at least partially Liquefaction of the subsoil released before the profile foot, wherein the method is characterized in that a mass of the vibration device and / or the pile material is varied during the introduction of the pile material in the ground.
  • the vibration behavior of the Rammgutes is changed. Furthermore, by varying the mass and thus acting on the ground weight of the piling its penetration rate varies in the ground and adapted to the given requirements. Thus, reactivating the vibration process after the vibration device has been temporarily deactivated makes it possible to resume the penetration process of the pile material into the ground by means of vibratory ramming in a simplified manner. Because by the variation of the mass of the vibration device and / or the Rammgutes the changed vibration conditions for the Rammgut be taken into account. Furthermore, the skin friction of the pile in the ground and the peak resistance of the pile can be overcome more easily.
  • the rate of penetration of the pile material into the ground can be varied by varying the mass of the pile material and / or the vibration device, a lateral load capacity of the piling material introduced into the ground can be increased.
  • the method for vibratory ramming of pile material in a building ground thus comprises the following vibration steps: attaching a vibration device to the pile, positioning the pile on the ground, and activating the vibration device so that high-frequency vibrations on the Rammgut in the ground of a profiled foot of the pile under at least partial liquefaction of the ground are introduced before the profile foot, wherein a mass of the vibration device and / or the pile material is varied during the introduction of the pile material in the ground.
  • the vibration device may also be referred to as a vibrator or as a vibration bear.
  • the pile can in the form of sheet piling, bung profiles, in the form of piles, in particular Foundation piles for example monopiles or, for example, in the form of arbitrarily shaped profiles are present.
  • a high-frequency oscillation means for example, an oscillation within a frequency band of approximately 5 Hz to 150 Hz, preferably of 10 Hz to 50 Hz.
  • a substantially sedimentary substrate can be provided both onshore and offshore. The procedure does not differentiate between an offshore foundation and an onshore foundation.
  • the mass of the vibration device and / or of the pile material increases during penetration into the ground.
  • the additional weight may be for example a steel weight, a concrete weight or a ballast tank, wherein the additional weight is attached either to the vibration device and / or the pile.
  • the mass of the vibration device and / or the pile material is reduced during the introduction of the pile material.
  • the mass of the vibration device and / or the pile material can first be increased, after which the mass of the vibration device and / or the pile material is subsequently reduced.
  • This can be achieved, for example, by attaching a ballast container to the vibrating device and / or the ramming material which is filled with liquid or free-flowing ballast, for example in the form of sand or water.
  • the ballast can be discharged from the ballast container, whereby also during an activated vibration device, the mass of the pile and / or the vibration device is reduced.
  • the penetration speed of the pile material is changed in the ground, in particular reduced. Due to a reduced penetration rate of the pile material in the ground, the lateral load capacity of the pile material is increased.
  • the mass of the vibration device and / or the pile material is reduced so that a reduction in the penetration rate of the pile material is achieved.
  • a reduced penetration speed of the pile material into the subsoil leads to an increased lateral load capacity of the pile material in the subsoil.
  • the variation of the mass of the vibration device and / or of the pile material is preferably carried out after deactivating the vibration device and before reactivating the vibration device.
  • an increase in the mass of the vibration device and / or the pile material takes place in a vibration break, for example by attaching an additional weight to the pile material and / or to the vibration device.
  • the mass can also be done by filling the ballast tank with ballast.
  • the resonance frequency can be reduced by reducing the mass of the vibration device and / or the Influencing pound, so that by reducing the corresponding mass, the penetration rate of the pile material in the soil varied specifically, in particular can be reduced.
  • an increase in the mass of the vibration device and / or the pile material is preferably carried out by attaching an additional weight to the vibration device and / or the pile material.
  • the additional weight can be designed as a steel weight, as a concrete weight or as a ballast tank, wherein in the ballast tank free-flowing or liquid material, in particular sand or water can be filled.
  • a ballast tank is attached to the vibration device and / or the pile material, preferably a reduction of the mass of the vibration device and / or the pile material by discharging ballast from the ballast tank with activated vibration device.
  • the penetration rate of the pile material can be dynamically changed in the ground.
  • an additional weight is elastically connected to the vibration device.
  • the additional weight By means of the elastic attachment, vibration activation of the additional weight or additional weights takes place when the vibration device is activated, so that the vibration device itself acts as a kind of high-frequency hammer in addition to its excitation function.
  • the additional weight can be equipped variable in time, ie the mass of the additional weight is variable over time, whereby a dynamic gain and a dynamic adjustment of the frequency, in more detail the excitation frequency is achieved.
  • the additional weight relative to the vibrating means oscillate at a hover frequency resulting from the excitation frequency of the vibrator, the mass of the additional weight and a spring constant, the spring constant being the elastic compound of the additional weight at the vibrator results.
  • the method according to the invention preferably comprises a method step for depositing water in the region of the profile foot of the pile material.
  • an injection line can be provided, which is driven forward together with the profile foot of the pile material in the ground.
  • the penetration rate of the pile material can be increased in the ground.
  • a vibration frequency of the vibrator is varied during the vibration process within a given liquefaction frequency band of the ground.
  • the variation of the vibration frequency is made so that a targeted change in the penetration rate of the profile is caused by the frequency change.
  • the method differs fundamentally from the so-called impact diagrams in that the vibration device is non-positively connected to a head of the pile material and no impact pulses are introduced via the pile material in the ground.
  • the targeted change of the vibration frequency is carried out according to the invention in addition to the necessary frequency change, which is essential for each vibration process to start the vibration device and turn off again.
  • Such a necessary frequency change for starting and stopping the vibration process is not to be understood as a variation of the vibration frequency in the sense of the present invention.
  • the invention is sometimes based on the knowledge that the choice of the penetration progress during insertion as well as the vibration frequency at a given penetration progress is decisive for the later load capacity of the vibrated pile.
  • the choice of an excessive penetration speed of the pile material is possibly accompanied by a reduced end load capacity of the pile material.
  • the invention is also based on the finding that vibrating without appreciable penetration progress also contributes significantly to an increase in the load capacity of the pile material.
  • the penetration speed can be adjusted via the frequency of the vibrator as well as via the effective weight of the pile material and the vibration device.
  • the effective weight of the pile as well The vibration device can also be influenced by the load on a crane or another hoist.
  • the influencing of the weight force effect of the pile material and the vibration device can consequently also take place via a load variation on a crane or another hoist.
  • the proportion of the weight is to be understood, which is registered on the profile base and the skin friction of the pile material in the ground.
  • the object on which the present invention is based is also achieved by a vibration arrangement which comprises a vibration device which can be fastened or fastened to a pile, wherein the vibration arrangement further comprises at least one additional weight that can be fastened to the vibration device and / or the pile.
  • the compound of the additional weight with the vibration device and / or the Rammgut is preferably formed elastically.
  • a corresponding elastic connection can be made, in particular, via correspondingly stable springs.
  • FIG. 1 the structure of a vibration ram assembly according to the invention can be seen.
  • the vibration ram arrangement has a hydraulic unit 14 and a vibration device 10, which is connected by means of hydraulic hoses 17 to a hydraulic pump 16 of the hydraulic unit 14.
  • the hydraulic power unit 14 further includes an engine 15 configured to drive the hydraulic pump 16.
  • axial vibrations are introduced into a trained as a profile 1 Rammgut 1, wherein the Rammgut 1 is connected by means of a clamping device 13 with the vibration device 10.
  • the vibration device 10 together with the ramming material 1 fastened to it, is fastened to a crane 6, so that a weight force acting on a profile foot 3 of the pile material 1 can be influenced by a corresponding support via the crane 6.
  • the vibration device 10 is hydraulically driven.
  • the present invention is not limited to a hydraulic driving of the vibration device 10, because the unbalances 12 of the vibration assembly 10 can also be driven electrically.
  • the drive of the imbalance 12 is so far no limitation.
  • vibration device 10 is clamped to a pile head 4 of the pile 1 by means of the clamping device 13, that is non-positively attached thereto and includes a drive in the form of the hydraulic motor 11 and a spring-mass system in the form of imbalances 12, about which the profile 1 or the profile head 4 is placed in a vertically oscillating movement, so that propagates in the profile 1, a standing wave. Part of this so entering the profile 1 vibration energy is consumed by the skin friction of penetrating into the ground 2 profile 1. Part of the vibration energy, the vibration energy arriving at the profile foot 3 is required to overcome the tip resistance of the profile 1 when penetrating into the ground 2, which ultimately causes the penetration of the profile 1 into the ground 2.
  • the vibrations introduced via the vibration device 10 propagate through the profile 1 from the profile head 4 over the length of the profile 1 to the profile foot 3 and into the ground 2, so that the ground 2 liquefies below or in front of the profile foot 3 and the skin friction of the clamping length of the registered in the ground profile 1 is overcome, so that the profile 1 by virtue of its weight penetrates into the ground 2, when the load is adjusted to the crane 6 accordingly.
  • a mass of the vibration device 10 and / or of the pile material 1 is varied during the introduction or penetration of the pile material into the ground.
  • the vibration arrangement in the illustrated embodiment has two additional weights 20, which are elastically attached to the vibration device 10. The connection between the additional weights 20 and the vibration device thus takes place via a spring connection 21.
  • the additional weight 20 or the additional weights 20 is rigidly connected to the vibration device 10 is / are.
  • the additional weights 20 Due to the elastic attachment of the additional weights 20 to the vibration device 10 was carried out with activated vibration device 10, a vibration excitation of the additional weights 20, so that the vibration device 10 itself acts in addition to its excitation function as a kind of high-frequency hammer. Because the additional weights 20 oscillate with a hover frequency with respect to the vibration device 10, wherein the hover frequency by the exciting frequency, which is determined by the rotational speed of the imbalance 12, by the mass of the additional weights 20 and by the spring connections 21 induced spring force between the additional weights 20 and Vibration device 10, results.
  • the oscillation frequency of the vibration device 10 is further provided to vary the oscillation frequency of the vibration device 10 as an excitation frequency over the insertion length to the final depth of the profile 2 and, if appropriate, beyond that in a post-compression phase.
  • the vibration frequency of the vibration device 10 can be varied in a frequency range between 5 Hz to 150 Hz, preferably between 10 Hz to 50 Hz during the vibration process within a given liquefaction frequency band of the ground 2, so that, for example, a targeted change in the penetration rate of the profile 1 by the frequency change can be achieved within this frequency band in the range between 5 Hz and 150 Hz.
  • a change in the penetration rate of the profile 1 can alternatively be achieved in that the frequency within the frequency band between 5 and 150 Hz, preferably between 10 Hz and 50 Hz is chosen so that the lowest possible penetration of the profile 1 is achieved so that the profile 1 just just by virtue of its weight and the weight of the attached vibration device 10 in the Subsoil 2 penetrates.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vibrationsrammen von Rammgut in einen Baugrund, wobei mittels einer am Rammgut befestigten Vibrationseinrichtung hochfrequente Schwingungen über das Rammgut in den Baugrund vor einem Profilfuß des Rammgutes eingeleitet werden, so dass sich der Baugrund vor dem Profilfuß verflüssigt, wodurch das Rammgut aufgrund seines Eigengewichts und des Gewichts der Vibrationseinrichtung in den Baugrund eingetrieben wird.
  • Rammgut in Form von Pfählen, Spundprofilen oder andere Profilen kann durch Schlagrammen oder durch Vibrationsrammen in einen Baugrund eingetrieben werden. Im Gegensatz zum Vibrationsrammen werden beim Schlagrammen axial gerichtete Impulse über das Rammgut in den Baugrund eingeleitet. Das Einbringen von Rammgut mit der Schlagramme weist dadurch bedingt wesentliche Nachteile auf, insbesondere hinsichtlich der Umweltverträglichkeit. Durch das Schlagrammen werden beachtliche Erschütterungen in den Untergrund eingebracht, so dass das Schlagrammen mit einer starken Lärmentwicklung von bis zu 180 dB einhergeht. Gegenüber dem Schlagrammen weist die Vibrationstechnik Vorteile auf, die beispielsweise darin zu sehen sind, dass die Erregerfrequenz der Vibrationsrammen verändert und so den spezifischen geologischen und bauwerksdynamischen Erfordernissen angepasst werden kann, wodurch der Einbau von Fundamenten durch Vibrieren in vielen Fällen bedeutend umweltschonender ist.
  • Insbesondere bei der Herstellung von offshore Gründungen ist das Schlagrammen von Pfählen für sogenannte Monopiles, Jacketts oder andere Fundamenttypen nicht unumstritten, da durch die Geräuschentwicklung beim Schlagrammen eine erhebliche Beeinträchtigung von Meeressäugetieren erfolgt.
  • Für eine optimale Gründung eines Fundaments ist es von besonderer Bedeutung, die Tragfähigkeit des Fundaments genau bemessen zu können. Dies bereitet bei einvibrierten Pfählen regelmäßig Schwierigkeiten. Unter bestimmten Voraussetzungen können einvibrierte Pfähle eine geringere seitliche Tragfähigkeit aufweisen als solche, die durch Schlagrammen eingetrieben wurden. Es ist deshalb bekannt, Pfähle oder andere Fundamentprofile über einen ersten Teilabschnitt einzuvibrieren und über einen letzten Teilabschnitt ihrer Einspannlänge zusätzlich durch Schlagrammen einzutreiben. Hierzu ist es erforderlich, auf der Baustelle sowohl eine Vibrationseinrichtung als auch eine Schlagramme bereitzustellen. Der damit einhergehende Rüstaufwand ist unverhältnismäßig hoch. Der mit dem Umsetzen der Geräte verbundene Aufwand macht insbesondere bei großen Pfählen, wie zum Beispiel für die Gründung von offshore Windturbinen, den Einsatz des Vibrationsrammens unwirtschaftlich.
    Beim Einbringen von Rammgut in einen Baugrund mittels Vibrationsrammen kann der Vibrationsprozess durch Deaktivieren der Vibrationseinrichtung unterbrochen werden. Zum Fortsetzen des Vibrationsprozesses muss die Vibrationseinrichtung reaktiviert werden. Aufgrund der teilweisen Einspannung des Rammgutes durch den Baugrund ändert sich jedoch das Vibrationsverhalten des Rammgutes, so dass ein weiteres Versenken des Rammgutes mittels Vibrationsrammen erschwert ist.
  • Die DE 1191755 B betrifft eine Vorrichtung zum Eintreiben von Pfählen, Rohren, Spundbohlen oder dergleichen mit einem Schwingungserzeuger, an dem über eine elastische Verbindung entweder ein Bündel von Lastplatten oder aber auch ein Flüssigkeitstank befestigt ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vibrationsrammen von Pfählen in einen Baugrund bereitzustellen, welches ein diskontinuierliches Vibrationsrammen von Rammgut in Baugrund verbessert ermöglicht. Auch liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vibrationsrammen von Rammgut in einen Baugrund bereitzustellen, durch dessen Anwendung eine erhöhte seitliche Tragfähigkeit des Rammgutes erreicht werden kann.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs eins gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den von Anspruch eins abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vibrationsanordnung bereitzustellen, mittels der ein verbessertes diskontinuierliches Vibrationsrahmen von Rammgut in Baugrund verbessert ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch eine Vibrationsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch zwölf gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von Anspruch zwölf abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Im Genaueren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Vibrationsrammen von Rammgut in einen Baugrund unter Einleitung von hochfrequenten Schwingungen, die mittels einer an dem Rammgut befestigten Vibrationseinrichtung erzeugt werden, über das Rammgut in den Baugrund vor dem Profilfuß des Rammgutes unter zumindest teilweiser Verflüssigung des Baugrundes vor dem Profilfuß gelöst, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes während des Einbringens des Rammgutes in den Baugrund variiert wird.
  • Durch Variation der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes wird das Schwingungsverhalten des Rammgutes verändert. Ferner kann durch Variation der Masse und somit der auf den Baugrund wirkenden Gewichtskraft des Rammgutes dessen Eindringgeschwindigkeit in den Baugrund variiert und den gegebenen Erfordernissen angepasst werden. Folglich ist es bei einem Reaktivieren des Vibrationsprozesses, nachdem die Vibrationseinrichtung zeitweise deaktiviert war, vereinfacht möglich, den Eindringprozess des Rammgutes in den Baugrund mittels Vibrationsrammens erneut aufzunehmen. Denn durch die Variation der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes kann den sich veränderten Schwingungsbedingungen für das Rammgut Rechnung getragen werden. Ferner können die Mantelreibung des Rammgutes im Baugrund und der Spitzenwiderstand des Rammgutes leichter überwunden werden.
  • Da durch die Variation der Masse des Rammgutes und/oder der Vibrationseinrichtung auch die Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes in den Baugrund variiert werden kann, kann auch eine laterale Belastbarkeit des in den Baugrund eingebrachten Rammgutes erhöht werden.
  • Das Verfahren zum Vibrationsrammen von Rammgut in einen Baugrund umfasst folglich folgende Vibrationsschritte: Befestigen einer Vibrationseinrichtung an dem Rammgut, Positionieren des Rammgutes auf dem Baugrund, und Aktivieren der Vibrationseinrichtung, so dass hochfrequente Schwingungen über das Rammgut in den Baugrund von einem Profilfuß des Rammgutes unter zumindest teilweiser Verflüssigung des Baugrundes vor dem Profilfuß eingeleitet werden, wobei eine Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes während des Einbringens des Rammgutes in den Baugrund variiert wird.
  • Die Vibrationseinrichtung kann auch als Vibrator oder als Vibrationsbär bezeichnet werden. Das Rammgut kann in Form von Spundwänden, Spundprofilen, in Form von Pfählen, insbesondere Gründungspfählen für beispielsweise Monopiles oder beispielsweise in Form von beliebig gestalteten Profilen vorliegen.
  • Unter hochfrequenten Schwingungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Schwingungen zu verstehen, die dazu geeignet sind, sich im Baugrund so auszubreiten, dass bei dem in den Baugrund eingebrachten Rammgut sowohl die Mantelreibung als auch der Spitzenwiderstand des Bodens überwunden werden, der Boden vor dem Profilfuß also quasi verflüssig wird, wodurch das Rammgut vermöge seiner Gewichtskraft in den Baugrund eindringen kann.
  • Obwohl im Folgenden der Begriff "Vibrationsrammen" verwendet wird, erfolgt der Einbringvorgang ohne das beim Schlagrammen übliche einschlagende Eintreiben des Profils.
  • Unter einer hochfrequenten Schwingung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise eine Schwingung innerhalb eines Frequenzbandes von etwa 5 Hz bis 150 Hz, vorzugsweise von 10 Hz bis 50 Hz zu verstehen.
  • Unter einem Profilfuß im Sinne der Erfindung ist das in den Baugrund einzubringende führende Ende des Rammgutes zu verstehen.
  • Als Baugrund im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein im Wesentlichen sedimentöser Untergrund sowohl onshore als auch offshore vorgesehen sein.
    Das Verfahren unterscheidet grundsätzlich nicht zwischen einer Offshore-Gründung und einer Onshore-Gründung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes während des Eindringens in den Baugrund erhöht.
  • Das zusätzliche Gewicht kann beispielsweise ein Stahlgewicht, ein Betongewicht oder ein Ballasttank sein, wobei das Zusatzgewicht entweder an der Vibrationseinrichtung und/oder dem Rammgut befestigt wird.
  • Als Eindringprozess des Rammgutes in den Baugrund ist dabei der Prozess zu verstehen, bei dem das Rammgut auf die vorgesehene Endteufe in den Baugrund eingebracht wird. Dieser Eindringprozess kann selbstverständlich unterbrochen werden. In diesen Unterbrechungen, in denen die Vibrationseinrichtung deaktiviert ist, kann dann die Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes erhöht werden, indem entweder an der Vibrationseinrichtung und/oder an dem Rammgut zumindest ein Zusatzgewicht angebracht wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes während des Einbringens des Rammgutes vermindert.
  • Beispielsweise kann die Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes zuerst erhöht werden, woraufhin anschließend die Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes vermindert wird. Dies lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass an der Vibrationseinrichtung und/oder an dem Rammgut ein Ballastbehälter angebracht wird, der mit flüssigem oder rieselfähigem Ballast beispielsweise in Form vom Sand oder Wasser befüllt wird. Während aktivierter Vibrationseinrichtung kann der Ballast aus dem Ballastbehälter abgelassen werden, wodurch auch während einer aktivierten Vibrationseinrichtung die Masse des Rammgutes und/oder der Vibrationseinrichtung vermindert wird.
  • Durch eine Verminderung der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes wird insbesondere die Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes in den Baugrund verändert, insbesondere verringert. Aufgrund einer verringerten Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes in den Baugrund wird die laterale Belastbarkeit des Rammgutes erhöht.
  • Bevorzugterweise wird die Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes derart vermindert, dass eine Verminderung der Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes erreicht wird. Wie bereits oben erwähnt, führt eine verringerte Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes in den Baugrund zu einer erhöhten lateralen Belastbarkeit des Rammgutes in den Baugrund.
  • Die Variation der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes erfolgt vorzugsweise nach einem Deaktivieren der Vibrationseinrichtung und vor einem Reaktivieren der Vibrationseinrichtung. Wie bereits oben erwähnt, erfolgt in einer Vibrationspause insbesondere eine Erhöhung der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes, beispielsweise durch Anbringung eines Zusatzgewichtes an dem Rammgut und/oder an der Vibrationseinrichtung. In dem Fall, dass ein Ballastbehälter an der Vibrationseinrichtung und/oder an dem Rammgut befestigt ist, kann die Masse auch durch Befüllen des Ballasttanks mit Ballast erfolgen.
  • Wie bereits oben erwähnt, erfolgt vorzugsweise eine Verminderung der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes bei aktivierter Vibrationseinrichtung.
  • Insbesondere lässt sich die Resonanzfrequenz durch eine Verminderung der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes beeinflussen, sodass durch eine Verminderung der entsprechenden Masse die Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes in den Baugrund gezielt variiert, insbesondere vermindert werden kann.
  • Wie bereits eingangs erwähnt, erfolgt vorzugsweise eine Erhöhung der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes durch ein Anbringen eines Zusatzgewichtes an der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes. Das Zusatzgewicht kann als Stahlgewicht, als Betongewicht oder auch als Ballasttank ausgebildet sein, wobei in dem Ballasttank rieselfähigen oder flüssiges Material, insbesondere Sand oder Wasser eingefüllt werden kann.
  • In dem Fall, dass ein Ballasttank an der Vibrationseinrichtung und/oder am Rammgut befestigt ist, erfolgt vorzugsweise eine Verminderung der Masse der Vibrationseinrichtung und/oder des Rammgutes durch Ablassen von Ballast aus dem Ballasttank bei aktivierter Vibrationseinrichtung. Somit lässt sich die Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes in den Baugrund dynamisch verändern.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Zusatzgewicht elastisch mit der Vibrationseinrichtung verbunden.
  • Durch die elastische Befestigung erfolgt bei aktivierter Vibrationseinrichtung eine Schwingungsanregung des Zusatzgewichtes bzw. der Zusatzgewichte, sodass die Vibrationseinrichtung selber zusätzlich zu ihrer Anregefunktion als eine Art Hochfrequenzhammer fungiert. Bei der elastischen Koppelung der Vibrationseinrichtung und des Zusatzgewichtes kann das Zusatzgewicht zeitlich variabel ausgestattet sein, d.h. die Masse der Zusatzgewichtes ist zeitlich variabel, wodurch eine dynamische Verstärkung und eine dynamische Anpassung der Frequenz, im Genaueren der Anregefrequenz erreicht wird.
  • Aufgrund der elastischen Kopplung des Zusatzgewichtes mit der Vibrationseinrichtung kann das Zusatzgewicht bezüglich der Vibrationseinrichtung mit einer Schwebefrequenz oszillieren, die sich aus der Anregefrequenz der Vibrationseinrichtung, der Masse des Zusatzgewichtes und einer Federkonstanten ergibt, wobei sich die Federkonstante aus der elastischen Verbindung des Zusatzgewichtes an der Vibrationseinrichtung ergibt.
  • Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Verfahrensschritt zum Deponieren von Wasser in den Bereich des Profilfußes des Rammgutes. Hierzu kann eine Injektionsleitung vorgesehen sein, die zusammen mit dem Profilfuß des Rammgutes in den Baugrund vorangetrieben wird. Mittels eines entsprechenden Verfahrens lässt sich die Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes in den Baugrund erhöhen.
  • Vorzugsweise wird eine Vibrationsfrequenz der Vibrationseinrichtung während des Vibrationsvorganges innerhalb eines gegebenen Verflüssigungsfrequenzbandes des Baugrundes variiert. Dabei wird vorzugsweise die Variation der Vibrationsfrequenz so vorgenommen, dass eine gezielte Änderung der Eindringgeschwindigkeit des Profils durch die Frequenzänderung bewirkt wird.
  • Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass entweder gezielt die Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes in dem Baugrund und/oder die Frequenz so variiert werden, dass während des Einbringens des Rammgutes oder bei Erreichen der vorgegebenen Endteufe des Rammgutes eine Bodenverfestigung beziehungsweise Bodenverdichtung erzielt wird, um die seitliche Tragfähigkeit des eingebrachten Rammgutes zu erhöhen.
  • Wie eingangs bereits erwähnt, unterscheidet sich das Verfahren grundsätzlich von dem sogenannten Schlagrammen dadurch, dass die Vibrationseinrichtung kraftschlüssig mit einem Kopf des Rammgutes verbunden ist und keine Schlagimpulse über das Rammgut in den Baugrund eingebracht werden.
  • Die gezielte Änderung der Vibrationsfrequenz erfolgt erfindungsgemäß zusätzlich zu der notwendigen Frequenzänderung, die bei jedem Vibrationsvorgang unerlässlich ist, um die Vibrationseinrichtung anzufahren und auch wieder abzustellen. Eine solche notwendige Frequenzänderung zum Starten und Beenden des Vibrationsvorgangs ist nicht unter einer Variation der Vibrationsfrequenz im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
  • Wie eingangs bereits erwähnt, liegt der Erfindung mitunter die Erkenntnis zugrunde, dass für die spätere Tragfähigkeit des einvibrierten Rammgutes die Wahl des Eindringfortschritts beim Einbringen als auch die Vibrationsfrequenz bei gegebenem Eindringfortschritt entscheidend ist. Die Wahl einer zu hohen Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes geht unter Umständen einher mit einer verringerten Endtragfähigkeit des Rammgutes. Schließlich liegt der Erfindung auch die Erkenntnis zugrunde, dass ein Vibrieren ohne nennenswerten Eindringfortschritt ebenfalls signifikant zu einer Erhöhung der Tragfähigkeit des Rammgutes beiträgt.
  • Grundsätzlich lässt sich die Eindringgeschwindigkeit über die Frequenz des Vibrators als auch über die wirksame Gewichtskraft des Rammgutes und der Vibrationseinrichtung einstellen. Die wirksame Gewichtskraft des Rammgutes als auch der Vibrationseinrichtung lässt sich zusätzlich über die Last an einem Kran oder einem anderen Hebezeug beeinflussen.
  • Die Beeinflussung der Gewichtskraftwirkung des Rammgutes und der Vibrationseinrichtung kann folglich zusätzlich über eine Lastvariation an einem Kran oder einem anderen Hebezeug erfolgen.
  • Unter der wirksamen Gewichtskraft des Rammgutes im Sinne der Erfindung ist der Anteil der Gewichtskraft zu verstehen, der über den Profilfuß und die Mantelreibung des Rammgutes in den Baugrund eingetragen wird.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Vibrationsanordnung gelöst, die eine an einem Rammgut befestigbare bzw. befestigte Vibrationseinrichtung umfasst, wobei die Vibrationsanordnung ferner zumindest ein Zusatzgewicht umfasst, das an der Vibrationseinrichtung und/oder am Rammgut befestigbar ist.
  • Die Verbindung des Zusatzgewichtes mit der Vibrationseinrichtung und/oder dem Rammgut ist vorzugsweise elastisch ausgebildet. Eine entsprechende elastische Verbindung kann insbesondere über entsprechend stabil ausgebildete Federn erfolgen.
  • Das Vibrationsrammen wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1:
    eine schematische Ansicht eines in einen Baugrund einzutreibenden Rammguts mit aufgesetzter Vibrationseinrichtung, die an einem Kran aufgehängt ist.
  • Aus Figur 1 ist der Aufbau eine erfindungsgemäße Vibrationsrammanordnung ersichtlich. Die Vibrationsrammanordnung weist ein Hydraulikaggregat 14 und eine Vibrationseinrichtung 10 auf, die mittels Hydraulikschläuchen 17 mit einer Hydraulikpumpe 16 des Hydraulikaggregats 14 verbunden ist. Das Hydraulikaggregat 14 umfasst ferner einen Verbrennungsmotor 15, der zum Antreiben der Hydraulikpumpe 16 ausgebildet ist. In der Vibrationseinrichtung 10 ist zumindest ein Hydraulikmotor 11 angeordnet, der zum Antreiben von Unwuchten 12 ausgebildet ist. Durch die gegenläufig rotierenden Unwuchten 12 werden axiale Schwingungen in ein als Profil 1 ausgebildetes Rammgut 1 eingeleitet, wobei das Rammgut 1 mittels einer Spanneinrichtung 13 mit der Vibrationseinrichtung 10 verbunden ist. Aus Figur 1 ist ferner ersichtlich, dass die Vibrationseinrichtung 10 samt dem an dieser befestigten Rammgut 1 an einem Kran 6 befestigt ist, so dass ein auf einen Profilfuß 3 des Rammgutes 1 wirkende Gewichtskraft durch eine entsprechende Abstützung über den Kran 6 beeinflusst werden kann.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Vibrationseinrichtung 10 hydraulisch angetrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein hydraulisches Antreiben der Vibrationseinrichtung 10 beschränkt, denn die Unwuchten 12 der Vibrationsanordnung 10 können auch elektrisch angetrieben werden. Hinsichtlich des Antriebs der Unwuchten 12 besteht insofern keinerlei Begrenzung.
  • Wie bereits eingangs erwähnt, ist Vibrationseinrichtung 10 ist auf einen Pfahlkopf 4 des Rammgutes 1 mittels der Spanneinrichtung 13 geklemmt, also kraftschlüssig an diesen befestigt und umfasst einen Antrieb in Form des Hydraulikmotors 11 sowie ein Feder-Masse-System in Form der Unwuchten 12, über welche das Profil 1 beziehungsweise der Profilkopf 4 in eine vertikal oszillierende Bewegung versetzt wird, so dass sich in dem Profil 1 eine stehende Welle ausbreitet. Ein Teil dieser so in das Profil 1 eingeleitenden Vibrationsenergie wird durch die Mantelreibung des in den Baugrund 2 eindringenden Profils 1 verbraucht. Ein Teil der Vibrationsenergie, die an dem Profilfuß 3 ankommende Vibrationsenergie wird zur Überwindung des Spitzenwiderstandes des Profils 1 beim Eindringen in den Baugrund 2 benötigt, was letztendlich das Eindringen des Profils 1 in den Baugrund 2 bewirkt.
  • Die über die Vibrationseinrichtung 10 eingeleitenden Schwingungen pflanzen sich durch das Profil 1 vom Profilkopf 4 über die Länge des Profils 1 zum Profilfuß 3 und in den Baugrund 2 fort, so dass sich der Baugrund 2 unterhalb beziehungsweise vor dem Profilfuß 3 verflüssigt und die Mantelreibung der Einspannlänge des in den Baugrund eingetragenen Profils 1 überwunden wird, so dass das Profil 1 vermöge seiner Gewichtskraft in den Baugrund 2 eindringt, wenn die Last an den Kran 6 entsprechend eingestellt wird.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Masse der Vibrationseinrichtung 10 und/oder des Rammgutes 1 während des Einbringens bzw. Eindringens des Rammgutes in den Baugrund variiert wird. Zu diesem Zweck weist die Vibrationsanordnung bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Zusatzgewichte 20 auf, die an der Vibrationseinrichtung 10 elastisch befestigt sind. Die Verbindung zwischen den Zusatzgewichten 20 und der Vibrationseinrichtung erfolgt also über eine Federverbindung 21.
  • Jedoch ist es auch möglich, wenn auch in der Figur nicht dargestellt, dass das Zusatzgewicht 20 bzw. die Zusatzgewichte 20 mit der Vibrationseinrichtung 10 starr verbunden ist/sind.
  • Aufgrund der elastischen Befestigung der Zusatzgewichte 20 mit der Vibrationseinrichtung 10 erfolgte bei aktivierter Vibrationseinrichtung 10 eine Schwingungsanregung der Zusatzgewichte 20, sodass die Vibrationseinrichtung 10 selber zusätzlich zu ihrer Anregefunktion als eine Art Hochfrequenzhammer fungiert. Denn die Zusatzgewichte 20 schwingen mit einer Schwebefrequenz bezüglich der Vibrationseinrichtung 10, wobei sich die Schwebefrequenz durch die Anregefrequenz, die durch die Umlaufgeschwindigkeit der Unwuchten 12 bestimmt ist, durch die Masse der Zusatzgewichte 20 und durch die Federverbindungen 21 bedingte Federkraft zwischen den Zusatzgewichte 20 und der Vibrationseinrichtung 10, ergibt.
  • Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, die Schwingungsfrequenz der Vibrationseinrichtung 10 als Erregerfrequenz über die Einbringungslänge bis zur Endteufe des Profils 2 und ggf. darüber hinaus in einer Nachverdichtungsphase zu variieren.
  • Die Vibrationsfrequenz der Vibrationseinrichtung 10 kann in einem Frequenzbereich zwischen 5 Hz bis 150 Hz, vorzugsweise zwischen 10 Hz bis 50 Hz während des Vibrationsvorgangs innerhalb eines gegebenen Verflüssigungsfrequenzbandes des Baugrundes 2 variiert werden, so dass beispielsweise eine gezielte Änderung der Eindringgeschwindigkeit des Profils 1 durch die Frequenzänderung innerhalb dieses Frequenzbandes im Bereich zwischen 5 Hz und 150 Hz erzielt werden kann.
  • Eine Änderung der Eindringgeschwindigkeit des Profils 1 kann alternativ dadurch erreicht werden, dass die Frequenz innerhalb des Frequenzbandes zwischen 5 und 150 Hz, vorzugsweise zwischen 10 Hz und 50 Hz so gewählt wird, dass eine möglichst niedrige Eindringgeschwindigkeit des Profils 1 erreicht wird, so dass das Profil 1 gerade eben noch vermöge seiner Gewichtskraft und der Gewichtskraft der aufgesetzten Vibrationseinrichtung 10 in den Baugrund 2 eindringt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rammgut / Profil
    2
    Baugrund
    3
    Profilfuß
    4
    Profilkopf
    5
    Vibrationsramme
    6
    Kran
    10
    Vibrationseinrichtung / Vibrationsramme / Vibrationsbär / Vibrator
    11
    Hydraulikmotor (der Vibrationseinrichtung)
    12
    Unwucht (der Vibrationseinrichtung)
    13
    Spanneinrichtung (der Vibrationseinrichtung)
    14
    Hydraulikaggregat
    15
    Verbrennungsmotor
    16
    Hydraulikpumpe
    17
    Hydraulikschläuche
    20
    Zusatzgewicht
    21
    Federverbindung / elastische Verbindung

Claims (10)

  1. Verfahren zum Vibrationsrammen von Rammgut (1) in einen Baugrund (2) unter Einleitung von hochfrequenten Schwingungen, die mittels einer an dem Rammgut (1) befestigten Vibrationseinrichtung (10) erzeugt werden, über das Rammgut (1) in den Baugrund (2) vor einem Profilfuß (3) des Rammgutes (1) unter zumindest teilweiser Verflüssigung des Baugrundes (2) vor dem Profilfuß (3), wobei eine Masse der Vibrationseinrichtung (10) und/oder des Rammgutes (1) während des Einbringens des Rammgutes (1) in den Baugrund (2) variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vibrationsfrequenz der Vibrationseinrichtung (10) während des Vibrationsvorganges innerhalb eines gegebenen Verflüssigungsfrequenzbandes des Baugrundes (2) variiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Vibrationseinrichtung (10) und/oder des Rammgutes (1) während des Einbringens erhöht wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Vibrationseinrichtung (10) und/oder des Rammgutes (1) während des Einbringens des Rammgutes (1) vermindert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Vibrationseinrichtung (10) und/oder des Rammgutes (1) derart vermindert wird, dass eine Verminderung der Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes (1) erreicht wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Masse der Vibrationseinrichtung (10) und/oder des Rammgutes (1) nach einem Deaktivieren der Vibrationseinrichtung (10) und vor einem Reaktivieren der Vibrationseinrichtung (10) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verminderung der Masse der Vibrationseinrichtung (10) und/oder des Rammgutes (1) bei aktivierter Vibrationseinrichtung (10) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhöhung der Masse durch ein Anbringen eines Zusatzgewichtes (20) an der Vibrationseinrichtung (10) und/oder des Rammgutes (1) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn dieser von Anspruch 3 abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ballasttank an der Vibrationseinrichtung (10) und/oder dem Rammgut (1) befestigt wird, wobei eine Verminderung der Masse der Vibrationseinrichtung (10) durch Ablassen von Ballast aus dem Ballasttank bei aktivierter Vibrationseinrichtung (10) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzgewicht an der Vibrationseinrichtung (10) elastisch befestigt ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluid, insbesondere Wasser in den Bereich des Profilfußes (3) deponiert wird.
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