Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung derartiger Säulen ist das Verfahren nach Franki, das im Folgenden kurz erläutert wird. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Metallrohr auf die Erdoberfläche gestellt und bis zu einer Höhe von 2-3 Me- tern mit Kies aufgefüllt. Anschließend wird mehrfach in dem Rohr ein großes Gewicht, üblicherweise ein Gewicht mit vier bis fünf Tonnen, auf diese Kiessäule fallen gelassen, wodurch sich das Rohr zusammen mit dem Kies in das Erdreich bewegt.

Wenn die gewünschte Tiefe erreicht ist, wird das Rohr fest- gehalten, wodurch es sich nicht mehr weiter in das Erdreich bewegen kann, und die Kiessäule wird durch weiteres Beauf- schlagen mit dem großen Gewicht aus dem Rohr in das Erdreich getrieben. Das Rohr wird anschließend mit Beton gefüllt und aus dem Erdreich gezogen. Der aus dem Rohr in das Erdreich ausgetriebene Kies verdichtet das Erdreich in diesem Bereich und wird sowohl nach unten als auch zu den Seiten hin ausge- trieben, wodurch der verdichtete Kiesbereich der anschließend erzeugten Betonsäule eine fest Auflagefläche gibt und verhin- dert, dass die Betonsäule bei Belastung in das Erdreich ab- sinken kann.

Nachteilig bei diesem Verfahren zur Herstellung einer kombi- nierten Kies-/Betonsäule ist der große Aufwand, der bei der Herstellung erforderlich ist. Außerdem kann der Kiesbereich bei diesem Verfahren nur im unteren Bereich der Gesamtsäule erzeugt werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Ver- fahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Material- säule, die aus zwei unterschiedlichen Materialien besteht, im Boden herzustellen.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10 erreicht. Vor- teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Material- säulen im Boden sieht vor, eine Vorrichtung mit einem Tiefen- rüttler und mit einer Materialzuführleitung, die eine im Be- reich einer Rüttlerspitze des Tiefenrüttlers angeordnete Aus- lassöffnung aufweist, bereitzustellen, wobei wenigstens die Rüttlerspitze der Vorrichtung in den Boden eingebracht und über die Materialzuführleitung ein erstes Material zur Her- stellung eines ersten Materialbereiches in den Boden ausge- bracht wird. Dieser Vorgang zur Herstellung des ersten Mate- rialbereiches kann sich mehrfach wiederholen, wobei die Rütt- lerspitze beim Eindringen in das bereits ausgebrachte erste Material dieses erste Material nach unten und zur Seite hin verdrängt und dadurch verdichtet. Nach Herstellung des ersten Materialbereiches wird die Rüttlerspitze in diesen ersten Ma- terialbereich eingebracht, und ein zweites Material zur Her- stellung eines zweiten Materialbereiches, der wenigstens teilweise von dem ersten Materialbereich umgeben ist, wird ausgebracht.

Die Verwendung eines Tiefenrüttlers ermöglicht eine ver- gleichsweise einfache und zügige Herstellung der ersten und zweiten Materialbereiche, welche zusammen die Materialsäule bilden.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist es vorge- sehen, den ersten Materialbereich nur im unteren Bereich der

späteren Materialsäule herzustellen, wobei nach dem Herstel- len dieses ersten Materialbereichs der Tiefenrüttler nach und nach unter Auffüllen des entstehenden Hohlraumes mit dem zweiten Material aus dem Boden gezogen wird. Das erste Mate- rial ist vorzugsweise Schotter oder Kies und das zweite Mate- rial ist vorzugsweise Beton, wodurch eine Betonsäule auf ei- nem Kiesfundament im Boden hergestellt wird.

Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens ist vorgesehen, den ersten Materialbereich derart auszubilden, dass er bis an die Oberfläche reicht. Hierzu wird der Tiefenrüttler nach dem Vordringen bis zum tiefsten Punkt im sogenannten Pilgerschrittverfahren nach und nach nach oben gezogen, wobei der dadurch entstehende Hohlraum mit dem ersten Material aufgefüllt wird und der Tiefenrüttler nach der Materialabgabe jeweils wieder ein Stück in das abge- gebene Material eindringt, um dieses zu verdichten bezie- hungsweise zur Seite hin in das Erdreich auszutreiben. Nach dem Herstellen des ersten Materialbereiches wird der Tiefen- rüttler weit in den ersten Materialbereich eingebracht, al- lerdings nur soweit, dass er stets innerhalb des ersten Mate- rialbereiches bleibt und wird anschließend unter Auffüllen des entstehenden Hohlraumes mit dem zweiten Material aus dem Boden gezogen, wodurch eine Materialsäule entsteht, die einen Mantel aus dem ersten Material, beispielsweise Schotter oder Kies, und einen Kern aus dem zweiten Material, beispielsweise Beton, aufweist. Diese Säule ist insbesondere für weiche Bö- den oder Böden in erdbebengefährdeten Gebieten geeignet.

In die Betonsäule können zur Steigerung der Festigkeit Me- tallstäbe, Metallgitter oder weitere beliebige Metallarmie- rungen eingebracht werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Materi- alsäulen im Boden umfasst einen Tiefenrüttler mit einer Rütt- lerspitze, eine Materialzuführleitung mit einer im Bereich der Rüttlerspitze angeordneten Materialaustrittsöffnung sowie

eine erste an die Materialzuführleitung an einem der Auslass- öffnung abgewandten Ende angeschlossene erste Materialzuführ- anordnung für ein Material eines ersten Materialtyps und eine zweite an die Materialzuführleitung an einem der Auslassöff- nung abgewandten Ende angeschlossene zweite Materialzuführan- ordnung für ein Material eines zweiten Materialtyps.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen Führungs- hülsen oder Führungsrohre entlang des Verlängerungsrohres und Tiefenrüttlers bzw. der Zuführleitung anzuordnen, über welche Stabilisierungsstäbe, insbesondere Stahlarmierungen in das ausgebrachte Material eingebracht werden können.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt Figur 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Materialsäule im Boden während verschiedener Verfah- rensschritte, Figur 2 eine weitere Ausführungsform einer mittels des erfin- dungsgemäßen Verfahrens hergestellten Materialsäule, Figur 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, Figur 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zur Herstellung von Materialsäulen im Boden, Figur 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Figur 4 im Bereich des Tiefenrüttlers bzw. verlängerungsroh- res.

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

Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand von Figur 1 erläutert.

Figur 1A zeigt eine Vorrichtung mit einem Tiefenrüttler 5, der eine Rüttlerspitze aufweist, und mit einer Materialzu- führleitung 3, die im Bereich der Rüttlerspitze 4 eine Mate- rialaustrittsöffnung 3A und eine Materialzuführung 3B an ei- nem dem Auslass 3A abgewandten Ende aufweist. Der Tiefenrütt- ler 5 ist an einem Verlängerungsrohr 7 befestigt. Dieses Ver- längerungsrohr ist in dem Beispiel an einer Seilrolle 11 be- festigt um mittels eines Seiles, das in nicht näher darge- stellter Weise an einem Baugerät befestigt ist, die Vorrich- tung mit dem Tiefenrüttler 5, dem Verlängerungsrohr 7 und der Materialzuführleitung 3 heben und senken zu können.

Selbstverständlich kann der Tiefenrüttler mit dem Verlänge- rungsrohr an einer beliebigen weiteren Hebe-und Senkvorrich- tung, beispielsweise einem Mäkler oder einem Bagger befestigt sein, der den Tiefenrüttler absenken und anheben kann.

In einem ersten Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in Figur 1 A dargestellt ist, wird der Tiefenrüttler 5 in den Boden ein- gebracht. Der Tiefenrüttler 5 dringt dabei unter seinem eige- nen Gewicht bei entsprechendem Nachlassen des Seiles 11A be- günstigt durch die Rüttelbewegungen in den Boden vor. Das Vordringen des Tiefenrüttlers 5 kann durch an den Tiefenrütt- ler angebrachte Gewichte und durch Einbringen von Wasser über die Zuführleitung 3 erleichtert werden.

Bei einer nicht dargestellten Befestigung des Tiefenrüttlers an einem Bagger oder Mäkler kann das Eindringen in den Boden durch eine aktiv von dem Mäkler oder Bagger aufgebrachte Kraft unterstützt werden.

Nachdem der Tiefenrüttler bis zu einem gewünschten tiefsten Punkt vorgedrungen ist, wird er, wie dies in Figur 1B darge- stellt ist über das Seil 11A (oder eine andere geeignete Vor-

richtung, beispielsweise einen Bagger oder Mäkler) ein Stück nach oben gezogen, wobei über die Materialzuführleitung 3 ein erstes Material, beispielsweise Schotter oder Kies, zugeführt wird und wobei dieses Material einen durch Zurückziehen des Tiefenrüttlers entstehenden Hohlraum 100 auffüllt. Anschlie- ßend wird das Seil 11A nachgelassen und der Tiefenrüttler 5 dringt unterstützt durch seine Rüttelbewegungen und sein Ei- gengewicht und gegebenenfalls eine aktive Kraft eines Baggers oder Mäklers in das in den Hohlraum 100 eingebrachte erste Material vor und treibt dieses zur Seite und nach unten hin aus, wie dies in Figur 1C dargestellt ist. Der in den Schot- ter oder Kies vordringende Tiefenrüttler 5 verdichtet dieses Material und durch Austreiben dieses Materials in den umlie- genden Boden auch den umliegenden Boden.

Dieser Vorgang des teilweisen Zurückziehens des Tiefenrütt- lers 5 unter Ausbringen des ersten Materials in den Boden und das anschließende Eindringen des Tiefenrüttlers in das ausge- brachte Material um dieses in den umliegenden Boden auszu- treiben und den Boden zu verdichten kann solange wiederholt werden, bis eine gewünschte Materialmenge in den Boden einge- bracht wurde beziehungsweise bis eine gewünschte Ausdehnung des durch Einbringen und anschließendes Verdichten entstehen- den ersten Materialbereiches 20 erreicht ist.

Der Tiefenrüttler wird nach und nach bis zu einer Bodenfläche 200 nach oben gezogen, wobei der Tiefenrüttler 5 jeweils nur stückweise nach oben gezogen und über die Materialzuführlei- tung 3 das erste Material in den entstehenden Hohlraum einge- bracht wird, und wobei der Tiefenrüttler 5 anschließend wie- der in das ausgebrachte Material vordringt, um dieses zu ver- dichten und den umgebenden Boden auszutreiben. Dadurch ent- steht ein in Figur 10 dargestellter säulenartiger Materialbe- reich 20 aus dem ersten Material, beispielsweise Schotter o- der Kies. Dieser Materialbereich 20 umfasst im unteren Be- reich vorzugsweise eine birnenförmige Auswölbung, die dadurch erreicht wird, dass in diesem Bereich mehrfach Material über

die Materialzuführleitung 3 ausgebracht wird und der Tiefen- rüttler 5 entsprechend häufig in das ausgebrachte Material vordringt, um die erwünschte birnenförmige Basis der Materi- alsäule 20 zu erreichen.

Nach dem Herstellen der Materialsäule 20, nachdem der Tiefen- rüttler 5 also vollständig oder nahezu vollständig nach oben aus dem Boden gezogen wurde, wird der Tiefenrüttler 5 in die Materialsäule 20 eingebracht, wobei er ausgehend von der O- berfläche 200 durch sein Eigengewicht und die von ihm erzeug- ten Rüttelbewegungen in die Materialsäule 20 bis zu einer vorgegebenen Tiefe vordringt. Diese Tiefe ist so gewählt, dass der Tiefenrüttler 5 nur so weit vordringt, dass er stets innerhalb der Materialsäule 20 bleibt.

Bei einer Befestigung des Rüttlers an einem Bagger oder Mäk- ler kann das Eindringen in den Boden durch eine aktiv von dem Bagger oder Mäkler aufgebrachte Kraft unterstützt werden.

Anschließend wird, wie dies in Figur 1D dargestellt ist, der Tiefenrüttler nach oben gezogen, wobei über die Materialzu- führleitung 3 ein zweites Material, insbesondere Beton, in den beim Hochziehen der Anordnung entstehenden Hohlraum ein- gebracht wird, um so einen zweiten Materialbereich 30 inner- halb des ersten Materialbereichs 20 zu erzeugen.

Figur 1E zeigt die Materialsäule nach Abschluss des Verfah- rens, nachdem der Anordnung mit dem Tiefenrüttler 5 vollstän- dig aus dem Boden gezogen wurde und der dadurch entstehende Hohlraum über die zweite Zuführleitung 3 vollständig mit dem zweiten Material aufgefüllt wurde.

Bei der Herstellung des zweiten Materialbereiches 30 kann die Anordnung mit dem Tiefenrüttler 5 kontinuierlich nach oben gezogen werden, oder die Anordnung mit dem Tiefenrüttler 5 kann, wie auch bei der Herstellung der Materialsäule 20 aus dem ersten Material, nach dem teilweisen Hochziehen wieder

ein Stück in das ausgebrachte zweite Material vordringen, um dieses zu verdichten und dieses zweite Material wenigstens teilweise in die Materialsäule 20 aus dem ersten Material auszutreiben, um so eine höhere Festigkeit der aus den Mate- rialbereichen 20 und 30 bestehenden Materialsäule zu errei- chen.

Die gemäß dem in Figur 1 erläuterten Verfahren hergestellte Materialsäule besteht aus einer Materialsäule 20 eines ersten Materials, vorzugsweise Schotter oder Kies, innerhalb derer eine zweite Materialsäule 30, vorzugsweise aus Beton, ange- ordnet ist. Der Betonkern 30 gibt dieser Materialsäule eine hohe Druckfestigkeit bei Belastung von oben, wobei die zuvor hergestellte Kiessäule 20 für eine Verfestigung des umliegen- den Bodens und bei der in den Figuren dargestellten birnen- förmigen Ausgestaltung im unteren Bereich für eine breite Auflagefläche sorgt, und damit eine vorteilhafte Druckvertei- lung im Boden bewirkt.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Materialsäule, wobei bei dieser Säule der erste Materialbereich 20 nach oben hin nicht bis zur Bodenfläche 200 reicht, sondern lediglich im unteren Bereich der Materialsäule vorhanden ist. Dieser in Figur 2 dargestellte Materialbereich 20 kann dadurch herge- stellt werden, dass die Anordnung mit dem Tiefenrüttler 5 bei der Herstellung des ersten Materialbereiches 20 nicht bis an die Bodenfläche 200 unter Auffüllen des Hohlraumes mit erstem Material gezogen wird.

Die Herstellung der Säule 30 aus dem zweiten Material funkti- oniert entsprechend dem in Figur 1 erläuterten Verfahren, wo- bei die Anordnung mit dem Tiefenrüttler 5 in den zuerst her- gestellten Materialbereich 20 ein Stück weit vordringt und anschließend kontinuierlich oder nach und nach unter Auffül- len des entstehenden Hohlraumes mit dem zweiten Material nach oben gezogen wird.

Der erste Materialbereich 20, der zu den Seiten hin eine grö- ßere Ausdehnung als der zweite Materialbereich 30 aufweist, bildet eine breite Basis für die zweite Materialsäule 30 und sorgt so für eine gute Druckübertragung auf das umgebende Erdreich.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, in den zweiten, säulenartig ausgebildeten Materialbereich 30 Verstärkungselemente, insbesondere Stahlstäbe, Stahlgitter oder dergleichen einzubringen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels herkömmlicher Vor- richtungen, die einen Tiefenrüttler und eine Materialzuführ- leitung aufweisen, durchführbar. Vorteilhafterweise wird das Verfahren jedoch mit einer speziellen Vorrichtung durchge- führt, die anhand der nachfolgenden Figuren 3 und 4 erläutert wird.

Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung, die einen Tiefenrüttler 5 mit einer Rüttlerspit- ze 4 und ein Verlängerungsrohr 7, an dem der Tiefenrüttler befestigt ist, aufweist. Vorzugsweise ist zwischen dem Tie- fenrüttler 5 und dem Verlängerungsrohr 7 ein Dämpfungselement 6 angeordnet.

Die Vorrichtung umfasst eine erste Zuführanordnung für ein erstes Material, insbesondere Schüttgut. Diese erste Zuführ- anordnung weist eine Materialkammer 18 auf, die sich an ein der Auslassöffnung 3A abgewandtes Ende der Materialzuführlei- tung 3 anschließt. Die Materialzuführanordnung umfasst wei- terhin eine Materialzuführung 10, wobei zwischen der Materi- alzuführung 10 und der Materialkammer 18 eine Verschlussan- ordnung 9 mit einem wahlweise zu öffnenden und zu schließen- den Verschluss 9A angeordnet ist. Die Materialzuführung 10 ist in dem Beispiel trichterförmig ausgebildet und ist nach oben hin offen, um Material, insbesondere Schotter oder Kies

aufzunehmen. Vorzugsweise umfasst die Materialzuführung 10 einen Rüttler, der ein Verstopfen der Materialzuführung 10 beziehungsweise des Verschlusses 9A verhindern soll.

An die Materialzuführleitung 3 ist eine weitere Materialzu- führanordnung angeschlossen, die in dem in Figur 3 darge- stellten Ausführungsbeispiel zur Zuführung eines fließfähigen Materials, beispielsweise Beton ausgebildet ist, und eine an die Materialzuführleitung 3 angeschlossene Materialleitung 15 aufweist, an welche eine Pumpe 12 zur Förderung des zweiten Materials angeschlossen ist.

In der Materialkammer 18 ist eine Verschlussanordnung mit ei- nem Hydraulikzylinder und einem Verschlussstopfen 13, der durch den Hydraulikzylinder 14 betätigbar ist, angeordnet, wobei der Stopfen 13 mittels des Hydraulikzylinders 14 in ei- ne Öffnung 16 zwischen der Materialkammer 18 und der Materi- alzuführleitung 3 gebracht werden kann, um diese Verbindungs- öffnung 16 zu schließen, so dass zum Einen der Materialfluss aus der Materialkammer 18 in die Materialzuführleitung 3 über diesen Stopfen 13 gesteuert werden kann und zum Anderen bei der Zuführung des zweiten Materials über die Zuführleitung 15 ein Eindringen dieses zweiten Materials in die Materialkammer 18 verhindert werden kann.

Vorzugsweise ist, wie dies in Figur 3 gestrichelt dargestellt ist, an die Materialkammer 18 eine Anordnung zur Erzeugung eines Überdruckes in der Materialkammer 18 angeschlossen.

Diese Anordnung zur Erzeugung eines Überdruckes ist in nicht näher dargestellter Weise vorzugsweise auch an die Material- zuführleitung 3 angeschlossen, um einen Überdruck im Arbeits- bereich des Tiefenrüttlers 5 zu erzeugen, um dadurch gegebe- nenfalls das Eindringen von Grundwasser in die beim Hochzie- hen des Tiefenrüttlers entstehenden Hohlräume zu vermeiden.

Die an die Materialkammer 18 angeschlossene Vorrichtung zur Erzeugung eines Überdruckes sorgt dafür, dass es beim Öffnen des Stopfens 13 für die Zuführung des ersten Materials in die

Materialzuführleitung 3 nicht zu einem Druckverlust in dieser Materialzuführleitung 3 kommt.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung, die sich von der in Figur 3 darge- stellten im Bereich der ersten Materialzuführanordnung unter- scheidet.

Die in Figur 4 dargestellte erste Zuführanordnung umfasst ne- ben der Verschlussanordnung 9 eine zweite Verschlussanordnung 19 mit einem wahlweise zu öffnenden und zu schließenden Ver- schluss 19A, wobei der erste Verschluss 9 und der zweite Ver- schluss 19 eine Schleuse für das erste Material bilden. Die- ses erste Material, insbesondere Schotter oder Kies gelangt über die Materialzuführung 9 in die zwischen den beiden Ver- schlussanordnungen 9,19 vorhandene Materialkammer 18, wobei das Material aus der Materialkammer 18 über den wahlweise zu öffnenden Verschluss 19A in die Materialzuführleitung 3 ge- langt.

Die Materialkammer 18 ist vorzugsweise an eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Überdruckes in der Materialkammer 18 an- geschlossen, um in der Materialkammer 18 einen Druck zu er- zeugen, der dem Druck in der Materialzuführleitung 3 ent- spricht, um dadurch einen Druckabfall in der Materialzuführ- leitung 3 bei Öffnen des zweiten Verschlusses 19A zu verhin- dern.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Figur 4 im Bereich des Tiefenrüttlers bzw. des Verlängerungsrohres. Der Querschnitt macht deutlich, dass zwischen der Zuführleitung 3 und dem Tiefenrüttler bzw. dem Verlängerungsrohr 7, die in dem Beispiel jeweils kreisförmig im Querschnitt sind, Führungsrohre 40a, 30b angeordnet sind.

Diese Führungsrohre 40a, 40b sind an dem Tiefenrüttler/Ver- längerungsrohr 5/7 und/oder der Zuführleitung 3 befestigt und erstrecken sich in dem Beispiel entlang der Zuführleitung 3

bis an die Rüttlerspitze 4 bzw. den Auslass der Zuführlei- tung.

Die Führungsrohre dienen zum Einbringen von Verstärkungsele- menten, beispielsweise Stahlarmierungen 41a, 41b, die in die Führungsrohre eingebracht werden können. Die Führungsrohre 40a, 40b sind oben für die Zuführung der Armierungen und un- ten zum Ausbringen der Armierungen offen, wobei sie vorzugs- weise eine in Figur 3 schematisch eingezeichnete Arretie- rungsvorrichtung 42 aufweisen, die die Armierungen in den Führungsrohren 40a, 40b festhält und bei Bedarf freigibt, um sie durch Hochziehen des Rüttlers in den Boden bzw. den Beton oder Kies einzubringen.

Bezugszeichenliste 3 Materialzuführleitung 3A Materialaustrittsöffnung 3B Materialzuführöffnung 4 Spitze des Tiefenrüttlers 5 Tiefenrüttler 7 Verlängerungsrohr 9,19 Verschlussanordnung 9A, 19A Verschluss 11 Seilrolle 11A Seil 12 Pumpe 13 Stopfen 14 Hydraulikzylinder 15 Materialzuführleitung 16 Verbindungsöffnung 17,17A Anordnung zur Erzeugung eines Überdruckes 18 Materialkammer 20 Erster Materialbereich 30 Zweiter Materialbereich 40a, 40b Führungsrohre 41a, 41b Armierungsstäbe 42 Arretierungsvorrichtung 100 Hohlraum