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Title:
DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING COLUMNS OF MATERIALS IN THE GROUND OF BODIES OF WATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/035013
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for producing columns of materials in the ground, especially in the ground of bodies of water, comprising the following: a first tank (8) of material and a second tank (10) of material connected to the first tank; a deep vibrator element (11) connected to the second tank of material (10), a first supply line (5) connected to the first tank of material (8) and used to supply material; a second supply line (6) connected to the first tank (8) of material and used to compensate pressure in the first tank (8) of material. The invention also relates to the production of a column of material in the ground.

Inventors:
Degen, Alexander (Hassenham 8, Schwindegg, 84419, DE)
Degen, Wilhelm (1 Silver Crescent, Irvine CA, 92612, US)
Application Number:
PCT/EP2001/012456
Publication Date:
May 02, 2002
Filing Date:
October 26, 2001
Export Citation:
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Assignee:
VIBROFLOTATION B.V. (Amsteldijk 166, 6th Floor, LH Amsterdam, NL-1079, NL)
Degen, Alexander (Hassenham 8, Schwindegg, 84419, DE)
Degen, Wilhelm (1 Silver Crescent, Irvine CA, 92612, US)
International Classes:
E02D5/46; E02D15/06; E02D27/52; (IPC1-7): E02D15/06; E02D5/46; E02D27/52; E21B33/05; E21B33/14
Foreign References:
DE3024791A1
DE19814021A1
DE19707687C1
DE19814021A1
Attorney, Agent or Firm:
Bickel, Michael (Westphal, Mussgnug & Partner Mozartstrasse 8, München, 80336, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden von Gewässern, die folgende Merkmale aufweist : einen ersten Materialtank (8) und einen mit dem ersten Ma terialtank verbundenen zweiten Materialtank (10), einen mit dem zweiten Materialtank (10) verbundenen Tiefen rüttler (11), eine an den ersten Materialtank (8) angeschlossene erste Zuführleitung (5) zur Materialzufuhr, eine an den ersten Materialtank (8) angeschlossene zweite Zuführleitung (6) zur Bewirkung eines Druckausgleichs in dem ersten Materialtank (8), einen zwischen dem ersten Materialtank (8) und dem zweiten Materialtank (10) ausgebildeten ersten Verschluss (9).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Schwimmer (13a) im Bereich eines dem ersten Materialtank (8) abgewandten Ende der zweiten Zuführleitung (6) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der wenigstens ein weiterer Verschluss (16b, 16a ; 46) vorhanden ist, der zwi schen der ersten und zweiten Zuführleitung (5,6) und wenigs tens einem Bereich (8 ; 82) des ersten Materialtanks (8) ange ordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der zwischen dem ersten Materialtank (8) und der ersten Zuführleitung (5) ein zweiter Verschluss (16b) und zwischen der zweiten Zuführ leitung (6) und dem ersten Materialtank (8) ein dritter Ver schluss (16a) angeordnet'ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der erste Materialtank (8) eine erste Kammer (81), in welche die erste und zweite Zuführleitung (5,6) münden, und eine zweite Kam mer (82) aufweist, wobei ein weiterer Verschluss (46) zwi schen der ersten und zweiten Kammer (80,81) angeordnet ist und wobei der erste Verschluss (9) zwischen der zweiten Kam mer (82) des ersten Materialtanks (8) und dem zweiten Materi altank (10) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Materialfördereinrichtung (3,4) an das dem ersten Materialtank (8) abgewandte Ende der ersten Zuführleitung (5) angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen an den zweiten Materialtank (10) angeschlossenen Kom pressor aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei dem der Kompressor auch an den ersten Materialtank (8) angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste und zweite Zuführleitung (5,6) für Förderdrü cke von weniger als 7,5 bar ausgelegt sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der dritte Verschluss (9) ein Verschlusselement (90) auf weist, das quer zu einer Materialflussrichtung (R) von dem ersten zu dem zweiten Materialtank (8,9) verschiebbar gela gert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der dritte Ver schluss zwischen dem ersten und zweiten Materialtank (8,10) eine Trennwand (97) mit einer Öffnung (98) aufweist, wobei das Verschlusselement (90) verschiebbar in der Trennwand (97) gelagert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der das Ver schlusselement (90) plattenförmig ausgebildet ist und einen geschlossenen Bereich und einen Bereich mit einer Öffnung (91) aufweist, wobei das Verschlusselement (90) derart gela gert ist, dass die Öffnung (98) mit der Öffnung der Trennwand zum Öffnen des Verschlusses (9) wenigstens teilweise zur De ckung gebracht werden kann.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der weitere Verschluss (46) ein Verschlusselement (40) aufweist, das quer zu einer Materialflussrichtung (R) von der ersten Kammer (81) zu der zweiten Kammer (82) des ersten Ma terialtanks (8) verschiebbar gelagert ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der weitere Ver schluss zwischen der ersten und zweiten Kammer (81,82) des ersten Materialtanks (8) eine Trennwand (47) mit einer Öff nung (48) aufweist, wobei das Verschlusselement (40) ver schiebbar in der Trennwand (47) gelagert ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der das Ver schlusselement (90) plattenförmig ausgebildet ist und einen geschlossenen Bereich und einen Bereich mit einer Öffnung (91) aufweist, wobei die Öffnung (98) mit der Öffnung der Trennwand zum Öffnen des Verschlusses (46) wenigstens teil weise zur Deckung gebracht werden kann.
16. Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, das folgende Merkmale aufweist : Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem ersten Material tank (8), einem mit dem ersten Materialtank (8) verbundenen zweiten Materialtank (10), einem mit dem zweiten Materialtank (10) verbundenen Tiefenrüttler (11), einer an den ersten Ma terialtank (8) angeschlossenen ersten und zweiten Zuführlei tung (5,6), und einem zwischen dem ersten und zweiten Mate rialtank (8,10) angeordneten ersten Verschluss (9), Zuführen von Material über die erste Zuführleitung (5) zu dem ersten Materialtank (8), Herstellen eines Überdrucks in dem zweiten Materialtank (10), Öffnen des ersten Verschlusses (9) zwischen dem ersten und zweiten Materialtank (8,10).
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Vorrichtung einen zweiten Verschluss (16b) zwischen der ersten Zuführleitung (5) und dem ersten Materialtank (8) und einen dritten Ver schluss (16a) zwischen der zweiten Zuführleitung (6) und dem ersten Materialtank (8) aufweist, wobei der zweite und dritte Verschluss (16a, 16b) nach dem Zuführen von Material und vor dem Öffnen des ersten Verschlusses geschlossen werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem nach dem Schließen des ersten und zweiten Verschlusses (16a, 16b) und vor dem Öffnen des dritten Verschlusses (9) ein Überdruck in dem ers ten Materialtank (8) erzeugt wird.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der in dem ersten und/oder zweiten Materialtank (8,10) er zeugte Druck größer ist als Wasserdruck an einer Materialaus trittsöffnung an einer Spitze (18) des Tiefenrüttlers (11).
20. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der erste Material tank (8) eine erste Kammer (81), in welche die erste und zweite Zuführleitung (5,6) münden und eine zweite Kammer (82) und einen zwischen der ersten und zweiten Kammer (81, 82) angeordneten weiteren Verschluss (46) aufweist, wobei das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte aufweist : nach dem Zuführen von Material in die erste Kammer (81) : Öffnen des weiteren Verschlusses (46) bei geschlossenem ers ten Verschluss (9), um Material der zweiten Kammer (82) zuzu führen, Schließen des weiteren Verschlusses (46) vor dem Öffnen des ersten Verschlusses (9).
Description:
Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Materialsäulen im Boden von Gewässern Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Er- zeugung von Materialsäulen im Boden, insbesondere im Boden von Gewässern, z. B. am Meeresgrund.

Eine Vorrichtung mit einem Tiefenrüttler zur Herstellung von Materialsäulen im Boden ist beispielsweise aus der DE 197 07 687 Cl bekannt.

Des weiteren ist in der 198 14 021 AI eine Vorrichtung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden beschrieben, die ei- nen Tiefenrüttler und ein mit dem Tiefenrüttler verbundenes Verlängerungsrohr aufweist, welches mit einem Überdruck be- aufschlagt werden kann. An das Verlängerungsrohr schließt sich nach oben eine Schleusenkammer an, die einen ersten Ver- schluss aufweist, der zwischen der Schleusenkammer und dem Verlängerungsrohr angeordnet ist, und die einen zweiten Ver- schluss an einer dem Verlängerungsrohr abgewandten Seite auf- weist. Über den zweiten Verschluss gelangt bei der bekannten Vorrichtung das in den Boden einzubringende Material, bei- spielsweise Beton oder Kies, in die erste Schleusenkammer, von wo es bei geschlossenem ersten und geöffnetem zweiten Verschluss in das unter Überdruck stehende Verlängerungsrohr gelangt. Der Überdruck in dem Verlängerungsrohr dient dazu, einem Wasserdruck an der Spitze des Tiefenrüttlers entgegen- zuwirken und dadurch das Material an der Rüttlerspitze auszu- bringen. Derartige Tiefenrüttler werden auch als Schleusen- rüttler bezeichnet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden von Gewässern, insbesondere in Gewässern'mit großen Tiefen zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er- findung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen ersten und einen zweiten Materialtank, die miteinander verbunden sind, und ei- nen Tiefenrüttler zum Ausbringen von Material in den Boden, der mit dem zweiten Materialtank verbunden ist, auf. Zwischen dem ersten und zweiten Materialtank ist dabei ein erster Ver- schluss angeordnet. An den ersten Materialtank ist eine erste Zuführleitung zum Zuführen von Material und eine zweite Zu- führleitung bzw. eine Druckausgleichsleitung zum Bewirken ei- nes Druckausgleichs in dem ersten Materialtank angeschlossen.

Bei dem Einbringen von Materialsäulen im Boden von Gewässern befinden sich der Tiefenrüttler und der erste und zweite Ma- terialtank unter Wasser, sie stehen damit unter einem Druck, der höher als der Luftdruck an der Wasseroberfläche ist. Der erste Zuführschlauch dient dabei dazu, das in den Boden ein- zubringende Material von einem Reservoir an der Wasserober- fläche, beispielsweise auf einem Schiff, unter Druck in den ersten Materialtank zu fördern. Der zweite Schlauch, der vor- zugsweise ebenfalls bis an die Wasseroberfläche geführt ist, ermöglicht einen Druckausgleich zwischen dem Luftdruck an der Wasseroberfläche und dem ersten Materialtank. Der Druck in der ersten Zuführleitung zur Zuführung des Materials, bei- spielsweise Kies oder Beton, muss somit nur ausreichend hoch gewählt werden, um das Material bei atmosphärischem Luftdruck mit ausreichender Geschwindigkeit zu fördern. Dieser Druck liegt üblicherweise bei weniger als 7,5 bar. Der im Wasser herrschende Umgebungsdruck des ersten Materialtanks ist dabei unerheblich.

Der Druckausgleich in dem ersten Materialtank mittels der zweiten-Leitung-bewirkt, dass--für-die--erste Zuführleitung zur Zuführung das Materials in den unter Atmosphärendruck stehen-

den ersten Materialtank ein Schlauch verwendet werden kann, der für Drücke ausgelegt ist, die für Förderung von Material an Land genügen. Es müssen keine teuren Spezialschläuche ver- wendet werden, die für hohe Drücke ausgelegt sind.

Um das dem ersten Materialtank abgewandte Ende der zweiten Zuführleitung an der Wasseroberfläche zu halten sind vorzugs- weise Schwimmer in diesem Bereich der Leitung angeordnet.

Um zu verhindern, dass der in dem zweiten Materialtank wäh- rend des Betriebs vorhandene und für das Ausbringen des Mate- rials in den Boden erforderliche Überdruck bei Öffnen des ersten Verschlusses über die Druckausgleichleitung abgebaut wird, ist vorzugsweise wenigstens ein weiterer Verschluss vorhanden, der zwischen der ersten und zweiten Zuführleitung und wenigstens einem Bereich des ersten Materialtanks ange- ordnet ist.

Bei einer Ausführungsform sind zwischen der ersten Zuführlei- tung und dem ersten Materialtank und zwischen der zweiten Zu- führleitung und dem ersten Materialtank zweite und dritte Verschlüsse angeordnet, die jeweils geöffnet sind, wenn Mate- rial über die erste Zuführleitung dem ersten Materialtank zu- geführt wird. Werden der zweite und dritte Verschluss ge- schlossen, kann der erste Verschluss zwischen dem ersten und zweiten Materialtank geöffnet werden, wobei das Material über letzteren üblicherweise über ein in die Tiefe reichendes Rohr dem Tiefenrüttler zugeführt wird. An den zweiten Materialtank ist dabei vorzugsweise ein Kompressor angeschlossen, um in dem zweiten Materialtank einen Druck aufzubauen, der größer als der Wasserdruck an der Spitze des Tiefenrüttlers ist, wo- durch das Material an der Spitze des Tiefenrüttlers austreten kann. Das Schließen der zweiten und dritten Verschlüsse bei Öffnen des ersten Verschlusses bewirkt, dass der Druck in dem zweiten Materialtank aufrecht erhalten bleibt-ein Druckaus- gleich-findet nur mit-dem-begrenzten-Volumeri der ersten-Kam-

mer statt-so dass kein Schmutz aus dem Boden, in dem sich die Spitze des Tiefenrüttlers befindet, eingesaugt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge- sehen, dass der Kompressor auch an den ersten Materialtank angeschlossen ist, wodurch in dem ersten Materialtank nach dem Schließen der ersten und zweiten Verschlüsse ein Druck aufgebaut werden kann, der dem Druck in dem zweiten Material- tank entspricht. Die Auflager des ersten Verschlusses zwi- schen dem ersten und zweiten Materialtank, der beispielsweise als Schieber ausgebildet ist, sind beim Öffnen des ersten Verschlusses dadurch entlastet. Dies ist insbesondere dann sinnvoll und unter Umständen notwendig, wenn in großen Tiefen gearbeitet wird und ein entsprechend großer Druck in dem zweiten Materialtank zum Ausbringen des Materials erforder- lich ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Materialtank eine erste Kammer, in die die erste und zweite Zuführleitung münden, und eine zweite Kammer aufweist, wobei ein weiterer Verschluss zwischen der ersten und zweiten Kammer angeordnet ist und wobei der erste Verschluss zwischen der zweiten Kammer des ersten Materialtanks und dem zweiten Materialtank angeordnet ist. Der weitere Verschluss ist damit zwischen den ersten und zweiten Zuführleitungen und der zwei- ten Kammer des ersten Materialtanks angeordnet. Auf Ver- schlüsse zwischen jeder der Zuführleitungen und dem ersten Materialtank kann bei dieser Ausführungsform verzichtet wer- den. Die erste Kammer des ersten Materialtanks befindet sich bei dieser Ausführungsform dauerhaft unter Atmosphärendruck, der durch die Druckausgleichsleitung erzeugt wird. Die zweite Kammer des ersten Materialtanks, die durch den weiteren Ver- schluss von der ersten Kammer getrennt ist, wirkt als Druck- schleuse, in die während des Betriebs Material aus der ersten Kammer bei geöffnetem weiteren Verschluss und geschlossenem ersten Verschluss eingebracht wird. Nach-dem Schließen-des-- weiteren Verschlusses gelangt das Material aus der zweiten

Kammer in den zweiten Materialtank, über welchen es, übli- cherweise über ein Förderrohr, an die Spitze des Tiefenrütt- lers gelangt und von dort in den Boden eingebracht wird.

Bei dieser Ausführungsform ist die Materialmenge, die jeweils auf einmal dem zweiten Materialtank zugeführt und von dort in den Boden ausgebracht wird, bestimmt durch das Volumen der zweiten Kammer, die sich bei Öffnen des weiteren Verschlusses vollständig füllt, wenn das Volumen des in der ersten Kammer vorgehaltenen Materials größer als das maximale Volumen der zweiten Kammer ist. Hierdurch kann auf einfache Weise die Menge des bereits in den Boden ausgebrachten Materials ermit- telt werden.

Der erste Verschluss zwischen dem ersten und zweiten Materi- altank und/oder der weitere Verschluss zwischen der ersten und zweiten Kammer des ersten Materialtanks sind vorzugsweise als Schieber ausgebildet bzw. weisen eine verschiebbares Ver- schlusselement auf.

Um die Lager dieser Schieber bzw. verschiebbaren Verschluss- elemente beim Öffnen durch die Druckunterschiede zwischen dem ersten und zweiten Materialtank und/oder zwischen der ersten und zweiten Kammer des ersten Materialtanks nicht zu überlas- ten, sind bei einer Ausführungsform der Erfindung ein erstes Druckausgleichselement zwischen dem ersten und zweiten Mate- rialtank und ein zweites Druckausgleichselement zwischen der ersten und zweiten Kammer des ersten Materialtanks angeord- net. Das erste Druckausgleichselement ist dazu ausgebildet, vor dem Öffnen des ersten Verschlusses einen Druckausgleich zwischen dem zweiten Materialtank und dem ersten Materialtank bzw. der zweiten Kammer des ersten Materialtanks zu bewirken, und das zweite Druckausgleichselement ist dazu ausgebildet vor dem Öffnen des weiteren Verschlusses zwischen der ersten und zweiten Kammer des ersten Materialtanks einen Druckaus- gleich zwischen diesen beiden Kammern zu bewirkend

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren ein Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen im Boden gemäß den Ansprüchen 16 bis 20.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt : Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden in Gesamtdarstellung, Figur 2 einen Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem ersten und zweiten Materialtank gemäß ei- nem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine Draufsicht auf ein verschiebbares Verschluss- element und dessen Betätigungseinrichtung, Figur 4 einen Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem ersten und zweiten Materialtank gemäß ei- nem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 5 eine Draufsicht auf ein verschiebbares Verschluss- element und dessen Betätigungseinrichtung gemäß ei- ner weiteren Ausführungsform.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Figur 1 zeigt in Gesamtdarstellung eine Vorrichtung zum Ein- bringen von Materialsäulen, insbesondere von Kiessäulen, in den Boden von Gewässern, insbesondere in den Meeresboden.

Derartige Säulen dienen zum Versteifen einer weichen Boden- schicht 14 und werden in der Tiefe üblicherweise bis zu einer darunter liegenden festen Bodenschicht 15 vorangetrieben. Die Verfestigung des Meeresbodens ist beispielsweise für den Bau von Bohrplattformen mit Fundamenten am Meere run e lich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in dem Beispiel gemäß Figur 1 mittels eines Seils 12 in der Höhe verfahrbar am Aus- leger 20 eines Seilbaggers 2 aufgehängt, wobei der Seilbagger 2 auf einem Ponton 1 auf der Wasseroberfläche 100 schwimmt.

Die Vorrichtung weist einen ersten Materialtank 8 und einen zweiten Materialtank 10 auf, wobei zwischen dem ersten und zweiten Materialtank 8,10 ein erster Verschluss 9 angeordnet ist. An den zweiten Materialtank 10 schließt sich nach unten ein Förderrohr 10a an, an dessen Ende ein Tiefenrüttler 11 angeordnet ist, wobei in den Boden 14 einzubringendes Materi- al über ein Rohr 17 einer Rüttlerspitze 18 zugeführt werden kann.

An den ersten Materialtank 8 ist eine erste Zuführleitung 5 angeschlossen, die an einem dem ersten Materialtank 8 abge- wandten Ende an ein Materialreservoir 3 mit einem Drucktank 4 angeschlossen ist, das sich in dem Ausführungsbeispiel eben- falls auf dem Ponton 1 befindet. An den ersten Materialtank 8 ist des weiteren eine als Druckausgleichsleitung dienende zweite Zuführleitung 6 angeschlossen, deren dem ersten Mate- rialtank 8 abgewandtes Ende in dem Ausführungsbeispiel ober- halb der Wasseroberfläche 100 mündet. An diesem Ende der Zu- führleitung 6 ist in dem Ausführungsbeispiel ein Schnorchel 7 angeordnet, der den Eintritt von Wasser in die Zuführleitung verhindert 6 und beispielsweise als Kugelventil ausgebildet ist.

Um Abschnitte der Zuführleitungen 5,6 an der Wasseroberflä- che 100 zu halten sind Schwimmer 13a, 13b, die beispielsweise aus Styropor oder einem anderen Material mit großem Auftrieb bestehen, an den Zuführleitungen 5,6 angeordnet.

Neben einem Schwimmer sind beliebige weitere Maßnahmen denk- bar, um das dem ersten Materialtank 8 abgewandte Ende der Druckausgleichsleitung 6 oberhalb der Wasseroberfläche zu

halten. Dieses Ende kann beispielsweise auch an dem Ponton oberhalb der Wasseroberfläche befestigt sein. Auf ein Kugel- ventil kann dabei verzichtet werden.

Bei einer Ausführungsform, die insbesondere in Figur 2 im De- tail dargestellt ist, ist zwischen der ersten Zuführleitung 5 und dem ersten Materialtank 8 ein zweiter Verschluss 16b und zwischen der zweiten Zuführleitung 6 und dem ersten Material- tank 8 ein dritter Verschluss 16a vorgesehen. Bei geöffnetem zweiten Verschluss 16a ermöglicht die zweite (Luft) zuführ- leitung oder Druckausgleichsleitung 6 einen Druckausgleich des Inneren des ersten Materialtanks 8 mit dem Atmosphären- druck an der Wasseroberfläche 100, wobei der erste Verschluss 9 zwischen dem ersten und zweiten Materialtank 8,10 dabei vorzugsweise geschlossen ist. Bei geöffnetem zweiten Ver- schluss 16b kann das in den Boden einzubringende Material, beispielsweise Kies, über die erste Zuführleitung 5 in den ersten Materialtank 8 eingebracht werden.

Wegen des in dem ersten Materialtank 8 herrschenden Atmosphä- rendrucks kann die Förderung des Materials in der ersten Zu- führleitung 5 unabhängig von der Wassertiefe bei denselben Druckverhältnissen wie an Land erfolgen. Dies bedeutet, dass zur Erzeugung eines geeigneten Förderdrucks in dem Vorrats- tank 4 handelsübliche Kompressoren verwendet werden können, die beispielsweise in der Lage sind maximal einen Druck von etwa 7,5 bar in dem Vorratstank 4 aufzubauen. Müsste mit dem Förderdruck des Materials auch der Wasserdruck in der Tiefe des ersten Materialtanks 8 überwunden werden, wären teure Spezialkompressoren für hohe Drücke zur Förderung des Materi- als erforderlich. Außerdem ist es vorteilhaft, den Kies in der Zuführleitung 5 bei möglichst geringen Drücken zu för- dern, da zum Fördern des Kieses ein möglichst großer Luft- strom erforderlich ist, der aufgrund der Kompressibilität der Luft bei hohen Drücken nicht mehr ausreichend zur Verfügung steht. Das Vorherrschen von Atmosphärendruck in dem ersten

Materialtank 8 während des Einbringens von Material ist damit aus mehreren Gründen besonders vorteilhaft.

Der Wassertiefe, in der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gearbeitet werden kann, ist nur durch die Stabilität der ers- ten und zweiten Zuführleitung 5,6, die üblicherweise als Schläuche ausgebildet sind, Grenzen gesetzt. Vorzugsweise werden Schläuche verwendet, bei denen Metallspiralen zwischen einen Gummimantel und eine Gummiseele eingearbeitet sind, wo- bei die Metallspiralen die Stabilität des Schlauches gegen- über Quetschungen aufgrund des Wasserdrucks erhöhen und Ar- beitstiefen von über 100m ermöglichen. Bei Verwendung von Spezialschläuchen sind Arbeitstiefen von 200m und mehr mög- lich. Ein für den Kiestransport üblicher Schlauch ist bei- spielsweise das Modell FS3320 der Firma Semperit.

Figur 2 zeigt in Querschnittsdarstellung einen Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der den ersten Materialtank 8 und den oberen Bereich des zweiten Materialtanks 10 umfasst.

Der erste und zweite Schlauch münden an der Oberseite in den ersten Materialtank und sind durch erste und zweite Ver- schlüsse 16b, 16a verschließbar. Diese Verschlüsse 16b, 16a sind in Figur 2 als Klappen dargestellt, sie können jedoch eine beliebige andere Ausgestaltung besitzen. Bei dem Ausfüh- rungsbeispiel gemäß Figur 2 ist zwischen dem ersten und zwei- ten Materialtank eine Verschlussanordnung 9 vorgesehen, die eine Trennwand 97 mit einer Öffnung 98 aufweist, wobei ein in der Trennwand verschiebbares Verschlusselement 90 vorgesehen ist. Das Verschlusselement ist dabei quer zu einer Material- flussrichtung R, die durch die Richtung eines bei geöffnetem Verschluss 9 von dem ersten in den zweiten Materialtank flie- ßenden Materials vorgegeben ist, verschiebbar gelagert.

Das Verschlusselement ist, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, in dem Ausführungsbeispiel in Draufsicht rechteckig ausgebil- det und weist in einer Hälfte eine Öffnung 91 auf. Durch Ver- schieben des Verschlusselementes 90 kann entweder die Hälfte

ohne Öffnung in die Öffnung 98 der Trennwand 97 geschoben werden, um den Verschluss zu schließen, oder die Öffnung kann wenigstens teilweise mit der Öffnung 98 der Trennwand zur De- ckung gebracht werden, um den Verschluss 9 zu öffnen.

Das Verschlusselement 90 ist hydraulisch verschiebbar. Hierzu sind in dem Beispiel zwei Hydraulikeinheiten 93,95 vorgese- hen, die jeweils einen Hydraulikzylinder 92,94 aufweisen, wobei jeweils ein Hydraulikzylinder 92,94 an einem Ende des Verschlusselements 90 befestigt ist.

Bei dem Beispiel gemäß Figur 3 sind die Hydraulikeinheiten 93,95 in der Bewegungsrichtung B in Verlängerung zu dem Ver- schlusselement 9,40 angeordnet. Figur 5 zeigt in Draufsicht eine andere Ausgestaltung, bei welcher die Hydraulikeinheiten 93,95 quer zu der Bewegungsrichtung B versetzt neben dem Verschlusselement 90 angeordnet sind. Je ein Hydraulikzylin- der 92,94 ist über ein Kopplungselement 92', 94'an eine der schmalen Seiten des Verschlusselements gekoppelt. Die Hydrau- likeinheiten sind bei einer anderen, nicht dargestellten Aus- führungsform, so ausgebildet dass deren Hydraulikzylinder an derselben schmalen Seite des Verschlusselements 90 angreifen.

Ein Verfahren zur Herstellung von Materialsäulen in dem Boden 14 mittels der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Figur kurz erläutert. Zunächst wird bei geschlossenem ersten Verschluss 9 und geöffneten zweiten und dritten Verschlüssen 16b, 16a Material unter Druck aus dem Reservoir 3,4 über die erste Zuführleitung 5 in den ers- ten Materialtank 8 gepumpt. In dem ersten Materialtank 8 herrscht aufgrund der Verbindung über die zweite Zuführlei- tung 6 zur Wasseroberfläche 100 Atmosphärendruck. Ein übli- cher Druck zur Förderung des Materials in der ersten Zuführ- leitung 5 beträgt etwa 3-6 bar.<BR> <BR> <P>Anschließend werden die'zweiten'ühd dritten Verschlüsse'16b, 16a geschlossen und danach der dritte Verschluss 9 geöffnet,

um das Material des ersten Materialtanks in den zweiten Mate- rialtank 10 und von dort über das Förderrohr l0a und die Ver- bindungsleitung 17 an die Spitze des Tiefenrüttlers 11 zu bringen, wo es in den Boden austritt und mittels des Rüttlers 11 verdichtet wird. In dem zweiten Materialtank 10, dem ange- schlossenen Förderrohr l0a und dem Zuführrohr 17 herrscht da- bei ein Druck, der größer ist als der Umgebungsdruck an der Materialaustrittsöffnung 18 an der Spitze des Tiefenrüttlers 11, um das Austreten des Materials zu bewirken. Dieser Druck wird mittels eines in der Figur nicht näher dargestellten Kompressors erzeugt, der an den zweiten Materialtank 10 ange- schlossen ist. Vorzugsweise ist dieser Kompressor oder ein zweiter Kompressor an den ersten Materialtank 8 angeschlos- sen, um nach dem Schließen der zweiten und dritten Verschlüs- se 16b, 16a zu den Zuführleitungen 5,6 und noch vor dem Öff- nen des ersten Verschlusses 9 zu dem zweiten Materialtank 10 einen Druck in dem ersten Materialtank 8 aufzubauen, der dem höheren Druck in dem zweiten Materialtank 10 entspricht. Da- durch kommt es zum einen nicht zu einem Druckabfall in dem zweiten Materialtank bei Öffnen des ersten Verschlusses 9 und zum anderen werden die Lager des ersten Verschlusses 9 bzw. des Verschlusselements 90 gemäß Figur 2 bei einem nicht vor- handenen Druckunterschied zwischen dem ersten und zweiten Ma- terialtank 8,10 weniger belastet. Beim Arbeiten in großen Tiefen kann dieser Druckaugleich zwischen dem ersten und dem zweiten Materialtank 8,10 sogar erforderlich sein, da bei großen Druckunterschieden Hydraulikzylinder zum Bewegen des Schiebers 9 unter Umständen keine ausreichende Kraft zur Ver- fügung stellen.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Materialsäulen im Boden von Gewässern. Bei dieser Ausführungsform weist der erste Materialtank 8 eine erste Kammer 81, in welche die ers- te und zweite Zuführleitung 5,6 münden, und eine zweite Kam- mer auf, wobei ein weiterer Verschluss 46 zwischen-der ersteri-- und zweiten Kammer angeordnet ist und wobei der erste Ver-

schluss 9 zwischen der zweiten Kammer 82 des ersten Material- tanks 8 und dem zweiten Materialtank 10 angeordnet ist.

Der Aufbau des weiteren Verschlusses 46 entspricht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dem ersten Verschluss, des- sen Aufbau und Funktionsweise bereits oben im Zusammenhang mit den Figuren 2,3 und 5 erläutert wurde. Der Verschluss weist ebenfalls eine Trennwand 47 mit einer Öffnung 48 und einem in der Trennwand mittels Hydraulikeinheiten 43,42 und 45,44 verschiebbaren, eine Öffnung 41 aufweisenden Ver- schlusselement 40 auf.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4, dessen Funktions- weise im folgenden erläutert wird, kann auf gesonderte Ver- schlüsse für die Zuführleitungen 5,6 verzichtet werden. Die Funktion dieser in den Figuren 1 und 2 mit 16b, 16a bezeich- neten Verschlüssen wird durch den weiteren Verschluss 46 zwi- schen der ersten und zweiten Kammer 81, 82 übernommen.

Während des Betriebs wird der ersten Kammer 81, in der über die Druckausgleichsleitung Atmosphärendruck herrscht, Materi- al, insbesondere Sand, Kies oder dergleichen, zugeführt. Die Materialzufuhr kann dabei ununterbrochen erfolgen und ist nur durch das maximale Fssungsvermögen der ersten Kammer 81 be- grenzt. In einem nächsten Verfahrenschritt wird der weitere Verschluss 46 bei geschlossenem ersten Verschluss 9 geöffnet, um Material aus der ersten Kammer 81 in die darunter liegende zweite Kammer 82 einzubringen. Der weitere Verschluss 46 bleibt vorzugsweise so lange geöffnet, bis die zweite Kammer vollständig gefüllt ist und wird dann geschlossen.

Nach dem Schließen des weiteren Verschlusses 46 wird der ers- te Verschluss 9 geöffnet, um das Material aus der zweiten Kammer des ersten Materialtanks 8 in den unter Überdruck ste- henden zweiten Materialtank 10 und von dort in den Boden ein- zubringen. Die nach dem Öffnen des zweiten Verschlusses in den zweiten Materialtank gelangende Materialmenge ist in etwa

bestimmt durch das Volumen der zweiten Kammer 82. Das Volumen dieser zweiten Kammer 82 ist vorzugsweise geringer als das der ersten Kammer 81, um in der ersten Kammer 81 genügend Ma- terial zum raschen Füllen der zweiten Kammer 82 nach dem Öff- nen des weiteren Verschlusses vorhalten zu können. Mit jedem Öffnen des ersten Verschlusses 9 wird dem zweiten Material- tank 10 die gleiche in den Boden auszubringende Materialzange zugeführt, was vorteilhaft bei der Ermittlung des zu einem bestimmten Zeitpunkt bereits in den Boden eingebrachten Mate- rials ist.

Nach der Materialzufuhr und dem Schließen des weiteren Ver- schlusses 46 herrscht in der zweiten Kammer zunächst Atmo- sphärendruck oder zumindest ein Druck, der geringer als der Druck in dem zweiten Materialtank ist. Um Lager des ersten Verschlusses 9, in dem Beispiel nach Figur 4 das Lager des Verschlusselements 90, und die Hydraulik durch den bestehen- den Druckunterschied in der zweiten Kammer 82 und dem zweiten Materialtank 10 nicht zu überlasten, ist vorzugsweise ein erstes Druckausgleichselement zwischen dem zweiten Material- tank 10 und der zweiten Kammer 82 vorgesehen, das in Figur 4 lediglich schematisch als Leitungsverbindung 50 mit einem Ventil 51 dargestellt ist. Über dieses Druckausgleichselement wird vor dem Öffnen des ersten Verschlusses ein Druckaus- gleich zwischen dem zweiten Materialtank 10 und der zweiten Kammer 82 hergestellt. Der daraus resultierende Druckverlust in dem zweiten Materialtank ist üblicherweise gering, da das Volumen der zweiten Kammer 82 üblicherweise wesentlich klei- ner als das des zweiten Materialtanks 10 ist. Im übrigen wird durch den Kompressor der Druck in dem zweiten Materialtank 10 permanent nachgeregelt.

Nach dem Öffnen des ersten Verschlusses 9 bzw. nach dem Druckausgleich herrscht in der zweiten Kammer ein Druck, der üblicherweise wesentlich höher als Atmosphärendruck ist. Vor- zugsweise ist auch zwischen der ersten und zweiten Kammer~èin~ Druckausgleichelement vorhanden, das in Figur 4 schematisch

als Leitung 60 mit einem Ventil 61 dargestellt ist und das dazu dient, nach dem Leeren der zweiten Kammer 82 und dem Wiederschließen des ersten Verschlusses 9 einen Druckaus- gleich zwischen der ersten Kammer 81 und der zweiten Kammer 10 herzustellen, bevor der Verschluss 46 zur erneuten Materialzuführung in die zweite Kammer 82 wieder geöffnet wird. Diese Maßnahme reduziert die Belastung für die Lager und die Hydraulik des Verschlusses 46.

Vorzugsweise ist eine nicht näher dargestellte, an die Hyd- raulik angeschlossene Einrichtung vorhanden, die bewirkt, dass eine Betätigung, insbesondere ein Öffnen der Verschlüsse erst dann erfolgen kann, wenn ein Druckausgleich stattgefun- den hat.

Die in den Figuren 2 und 4 dargestellte Ausbildung der Ver- schlüsse 9,46 zwischen dem ersten und zweiten Materialtank 8,10 bzw. zwischen der ersten und zweiten Kammer 81,82 als Verschlüsse mit verschiebbaren Verschlusselementen 90,40 stellt lediglich eine mögliche Ausbildung der Verschlüsse dar. Selbstverständlich sind beliebige andere Verschlüsse im Zusammenhang mit der Erfindung verwendbar.

Bezugszeichenliste 2 Baugerät 3,4 Materialreservoir 5 erste Zuführleitung 6 Zweite Zuführleitung 7 Schnorchel 8 erster Materialtank 9 erster Verschluss 10 zweiter Materialtank <BR> <BR> 11 Tiefenrüttler<BR> 12 Seil 13a, 13b Schwimmer 14 Weicher Boden 15 Fester Boden 16a dritter Verschluss 16b zweiter Verschluss 17 Zuführleitung 18 Spitze des Tiefenrüttlers 20 Ausleger 46 weiterer Verschluss 40, 90 Verschlusselemente 41, 91 Öffnungen der Verschlusselemente 42, 44 Hydraulikzylinder 43, 45 Hydraulikeinheiten 47, 97 Trennwände 48, 98 Öffnungen 92, 94 Hydraulikzylinder 93, 95 Hydraulikeinheiten 100Wasseroberfläche R Materialflussrichtung