Temperature measurements and backflow analyses for investigating the interaction of neighbouring jet-grouted columns

Abstract

Das thermische Berechnungsmodell zur Durchmesserbestimmung von Hochdruckbodenvermörtelungskörpern (DSV-Säulen) wurde von [Meinhard, 2007] als Qualitätssicherungsmethode beim Düsenstrahlverfahren (DSV) unter dem Namen Tempjet entwickelt. Auf Basis von Temperaturmessungen im Zentrum einer DSV-Säule, für die Dauer des Hydrationsvorganges (mindestens bis zum Erreichen der Maximaltemperatur), werden mit Hilfe eines eindimensionalen numerischen Modells der Durchmesser der Säule und der Bindemittelgehalt der stabilisierten Bodenmasse rückgerechnet. Dabei wird der gemessene Temperaturverlauf mit einer Vielzahl von numerischen Simulationen verglichen, wobei jene Simulation mit der geringsten Abweichung die gesuchten Resultate liefert. Am Rand des verwendeten numerischen Modells (in ausreichender Distanz zur Säule) werden adiabatische Bedingungen vorausgesetzt. Für frei stehende Einzelsäulen hat sich diese Methode schon gut bewährt, jedoch erfordert die baupraktische Ausführung oft überschnittene oder dicht aneinander stehende Säulen. In solchen Fällen weicht die Temperaturentwicklung in den benachbarten Säulen von der einer Einzelsäule ab. Um die Auswirkung von Überschneidungen auf die Temperaturentwicklung zu untersuchen, wurden im Zuge dieser Diplomarbeit vier repräsentative Versuchsanordnungen von DSV-Säulen betrachtet. Durchmesser und Bindemittelgehalt, als Ergebnis der numerischen Simulation, werden mit jenem Durchmesser und Bindemittelgehalt verglichen, der mittels Rücklaufanalyse anhand der Massenbilanzberechnung und anhand chemischer Analysen ermittelt wurde. Auf Basis dieser Vergleiche wird die Abweichung der verschiedenen untersuchten Methoden bewertet. Des Weiteren werden die gemessenen Temperaturverläufe mit Verläufen von zweidimensionalen numerischen Simulationen verglichen, welche den Einfluss benachbarter Säulen berücksichtigen [Bauer et al., 2010].<br />

In order to enable quality assurance for jet-grouting work in a more efficient way than excavation of the built column, the Tempjet- system was developed by [Meinhard, 2007]to determine the diameter and binder content of jet-grouted columns. This system is based on temperature measurements at the center of jet-grouted columns in the course of hydration (leastwise up to the maximum temperature) and numerical simulations of the temperature development during cement hydration. Hereby, the column diameter and the binder content of the jet-grouted soil shall be identified by means of back-calculation, minimizing the error between temperature measurement and numerical result. The underlying one-dimensional numerical model demands adiabatic conditions in an adequate distance from the jet-grouted column. This method is well validated in case of isolated columns, while most on-site applications of the jet-grouting method are characterized by overlapping columns or close columns influencing the temperature evolution within the considered jet-grouted column. For investigating the effect of overlapping columns on the temperature history, four representative measurement setups were examined within this thesis. The diameters and binder contents resulting from the thermal back-calculation are compared to the binder contents and diameters obtained from backflow analyses by means of mass balance calculations and chemical analyses. Based on this comparison, the accuracy of the different analysis methods is assessed. Furthermore the recorded temperature histories are compared to two- dimensional numerical simulations, taking the influence of neighbouring columns into account [Bauer et al., 2010].