AT398214B - Verfahren zum schutz von bauanlagen u.dgl. vor im boden auftretenden verformungen und spannungen und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Description

AT 398 214 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von Bauanlagen vor weiter unten im Boden auftretenden Verformungen und Spannungen, die bei der Ausführung von Hohlraumbauten u.dgl. durch hiebei erzeugte Kräfte, wie Druck, Zug-, Hebungs-, Senkungs-, Spreizkräfte usw., entstehen, wobei im Boden unterhalb der zu stützenden Bebauung eine Gleitschicht als flächige Kraftausgleichszone hergestellt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren, das bei der Ausführung von Hohlraumbauten od.dgl. zum Ausgleich der im Bodenbereich entstandenen Druck- und Zugkräfte, Hebungs- und Senkungskräfte sowie gegebenenfalls auftretender Spreizkräfte dienen soll, ist bereits bekannt (SU-ES 670 690). Dabei wird eine Anzahl von schrägen, steil abfallenden Schlitzen gebohrt, die unterhalb eines Bauwerks Schrägverschiebungen im Boden verursachen sollen. Die dadurch entstehenden Zwischenräume werden daraufhin mit einem inkom-pressiblen Material, beispielsweise Wasser, gefüllt. Mit diesem Verfahren können jedoch im Boden auftretende Verformungen und Spannungen größeren Ausmaßes nicht mit ausreichender Sicherheit ausgeglichen werden. Insbesondere kann ein solches Verfahren nur dann zur Anwendung gelangen, wenn der betreffende Boden derart beschaffen ist, daß das eingeleitete Wasser nicht in die umgebenden Bodenschichten versickert. Weiterhin stößt die Anwendung des bekannten Verfahrens in vielen Fällen sehr schnell • an seine Grenzen, insbesondere dann, wenn beispielsweise ein größeres Fabriksgelände, ein Autobahnabschnitt beträchtlicher Länge, ein ganzes Areal von besonderer Bedeutung, das beispielsweise unter Denkmalschutz steht, usw., bei der Ausführung von darunter durchzuführenden Hohlraumbauten u.dgl. gegen die hiebei erzeugten Kräfte geschützt werden soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs geschilderten Art derart auszugestalten, daß auch größere im Boden auftretende Verformungen und Spannungen auf möglichst wirkungsvolle Weise ausgeglichen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einerseits im Boden im Abstand unterhalb der Bauanlagen ein insbesondere horizontal verlaufender Bodenschlitz hergestellt wird, in den die vergleichsweise weiche Gleitschicht eingebaut wird, und daß anderseits oberhalb der Gleitschicht, insbesondere durch Injektion einer anstehenden Bodenschicht mit einem einpreßbaren Injektionsmedium, eine vergleichsweise harte Deckschicht gebildet wird, wobei beide Schichten die flächige Kraftausgleichszone bilden, durch welche die Druck- und Zugspannungen ausgeglichen werden und die oberhalb liegende Bodenformation frei von schädlichen Verformungskräften gehalten wird.

Wesentlich ist somit, daß eine flächige Kraftausgleichszone aus einer Gleitschicht und einer oben an sie angrenzenden harten Deckschicht gebildet wird. Mit Hilfe einer derartigen Kraftausgleichszone können auf eine relativ einfache Weise auch große und weitreichende Verformungen des Bodens ausgeglichen werden, wobei durch das Zusammenwirken der beiden Schichten an die weiter oben liegenden Bodenformationen keine oder nur vernachlässigbar geringe Spannungen abgegeben werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen hievon sind in den weiteren Verfahrensansprüchen angegeben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffene Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß in einem definierten, flächigen Bodenschlitz eine weiche Gleitschicht gebildet ist, auf der eine härtere obere Deckschicht gleitet und die zur Anpassung an Verwerfungen des darunterliegenden Krafteinflußbereiches in ihrem Volumen veränderbar ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen hievon sind in den weiteren Vorrichtungsansprüchen beschrieben.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Gleitschicht zur Anpassung an die Verwerfungen des Krafteinflußbereiches in ihrem Volumen veränderbar. Zu diesem Zweck kann die Gleitschicht durch wenigstens ein kissenförmiges verformbares Ausgleichselement gebildet werden, das im Bodenschlitz untergebracht wird. Das Ausgleichselement kann mit einer flüssigen und/oder gasförmigen Reaktionsmasse gefüllt sein. Die so ausgebildete Gleitschicht nimmt dann die auftretenden Druck- und Zugspannungen elastisch auf und gibt diese Kräfte in geregeltem Maß an die darüberliegende Deckschicht weiter.

In spezieller Weiterbildung der Erfindung ist hiebei mit dem jeweiligen Ausgleichselement eine Regeleinrichtung verbunden, die den Kräfte- und Verformungsverlauf kontrolliert und regelt, so daß es gelingt, die ursprüngliche oder eine gezielte Lage der darüberliegenden Bebauung einzuhalten.

Es besteht somit ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur darin, daß die vorgesehene Gleitschicht und Deckschicht in geeigneter Weise zum Ausgleich der auftretenden Kräfte miteinander Zusammenwirken, sondern auch darin, daß dieses Zusammenwirken der Gleit- und Deckschicht durch den Einbau geeigneter Meßinstrumente kontrollierbar ist, so daß der Kräfte- und Verformungsverlauf in Boden einwandfrei nachgewiesen werden kann.

Ein weiterer entscheidender Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß es kontinuierlich arbeitet, wobei die Vorgänge in der Gleit- und Deckschicht gesteuert ausgeführt werden können. Von Vorteil ist weiterhin, daß alle Betätigungen von einer zentralen Regeleinrichtung ausgeführt 2

Claims (25)

1. AT 398 214 B werden können. Somit werden insgesamt durch das verfahren sowie die Vorrichtung gemäß der Erfindung die durch die Baumaßnahmen im Boden entstandenen Druck- und Zugkräfte, Hebungs- und Senkungskräfte sowie evtl, auftretende Spreizkräfte in ausreichendem Abstand von der bestehenden Bebauung aufgenommen und 5 ausgeglichen, so daß diese Bebauung vor Beschädigungen geschützt wird. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in einer einzigen Zeichnung perspektivisch im Schnitt die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung vorgesehene Vorrichtung. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, soll mittels des zu beschreibenden Verfahrens und der zu w beschreibenden Vorrichtung eine obere Bodenformation 1, die eine zu schützende Bebauung 2 aufweist, von einem unteren Krafteinflußbereich 3 getrennt werden, in dem durch Herstellung von Hohlraumbauten 4, beispielsweise ein Bergwerkstollen, eine U-Bahnröhre usw., Verformungen und Spannungen in Form von Druckkräften, Zugkräften, Hebungskräften, Senkungskräften, Spreizkräften usw. entstehen. Hiebei ist in der Zeichnung lediglich des Beispiels halber durch den Pfeii 5 eine Zugkraft dargerstellt, die sich schädlich auf 75 die obere Bodenformation 1 bzw. auf die dort vorgesehene oberirdische Bebauung 3 auswirken würde, wenn nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden. Wie dargestellt, ist im Boden im Abstand unterhalb der zu schützenden Bebauung 2 eine definierte, flächige Kraftausgleichszone 6 hergestellt, welche die obere Bodenformation 1 einschließlich der dort vorgesehenen Bebauung 2 von dem unteren Krafteinfiußbereich 3 trennt und die in diesem unteren 20 Krafteinflußbereich 3 auftretenden Kräfte (Pfeil 5) auffängt, sowie ausgleicht. Zur Schaffung dieser Kraftausgleichszone 6 wird mittels an sich bekannter Verfahren und Vorrichtungen (siehe beispielsweise DE-OS 33 30 897 und DE-OS 34 39 858) im Boden ein Bodenschlitz 7 hergestellt, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel weitgehend horizontal verläuft, jedoch bei Wunsch und Bedarf auch mit anderem Verlauf ausgebildet sein kann. 25 Wie weiterhin deutlich aus der Zeichnung ersichtlich, ist in diesem Bodenschlitz 7 eine Gleitschicht 8 vorgesehen. Die Gleitschicht 8 ist weicher als eine obere Deckschicht 9 ausgebildet und dem Krafteinflußbereich 3 zugeordnet, während die obere Deckschicht 9 härter ausgebildet und unterseitig an der oberen Bodenformation 1 vorgesehen ist, so daß die Deckschicht 9 auf der Gleitschicht 8 gleiten kann. Die Gleitschicht 8 stellt ein verformbares kissenförmiges Ausgleichselement 10 dar, das aus mehreren 30 dichten, nebeneinander angeordneten, miteinander verbindbaren bzw. verbundenen Druckkissen besteht. Diese sind mit einer flüssigen und/oder gasförmigen Reaktionsmasse 11 gefüllt, die von einer oberirdischen Regeleinrichtung 12 über mit Ventilen 13 versehene Rohre 14 in die kissenförmigen Ausgleichselemente 10 unter entsprechendem Druck eingefüllt oder hievon abgezogen werden kann. Die so ausgebildete Gleitschicht 8 nimmt die im unteren Krafteinflußbereich 3 auftretenden Druck- und Zugspannungen (Pfeil 5) 35 elastisch auf und gibt diese Kräfte in geregeltem Maß an die darüberliegende Deckschicht 9 weiter. Demgemäß regelt und kontrolliert die mit den einzelnen kissenförmigen Ausgleichselemente 10 der Gleitschicht 8 verbundene Regeleinrichtung 12 den Kräfte- und Verformungsverlauf, so daß die ursprüngliche oder eine gezielte Lage der darüberliegenden Bebauung 2 eingehalten werden kann. Die zur Aufnahme der Druck- und Zugspannungen (Pfeil 5) der darunterliegenden Gleitschicht 8 40 dienende härtere Deckschicht 9 ist durch ein in den Boden nach Maßgabe der Regeleinrichtung 12 eingepreßtes Injektionsmedium 15, in der Regel eine aushärtbare Feststoffsuspension, gebildet. Zu diesem Zweck ist eine Injektionseinrichtung 16 vorgesehen, die über Zuleitungsrohre 17 und Ventile 18 mit in der Deckschicht 9 vorgesehenen Injektionsrohren 19 verbunden ist. Wie dargestellt, weisen diese Injektionsrohre 19 Austrittsöffnungen 20 und/oder Injektionsdüsen 21 auf, aus denen nach Maßgabe der Regeleinrich-45 tung 12 das Injektionsmedium 15 zur Bildung der oberen Deckschicht 9 ausgetragen wird. Die Vielzahl der in der Deckschicht 9 vorgesehenen Injektionsrohre 19 bildet ein Raster 22. Dieses Raster 22 ist mit Bewehrungselementen 23 versehen, die durch die Regeleinrichtung 12 mit der vorgegebenen Spannung beaufschlagbar sind. Somit ist insgesamt die mit Hilfe der Injektionseinrichtung 16 gebildete obere Deckschicht 9 derart so durch das eingepreßte Injektionsmedium 15 verfestigt bzw. gebildet und derart in dem durch die Injektionsrohre 19 gebildeten Raster 22 mit den Bewehrungseiementen 23 zur Aufnahme der Zugspannungen ausgestattet, daß die darüberliegende obere Bodenformation 1 frei von schädlichen Verformungskräften gehalten wird. 55 Patentansprüche 1. Verfahren zum Schutz von Bauanlagen u.dgl. vor weiter unten im Boden auftretenden Verformungen und Spannungen, die bei der Ausführung von Hohlraumbauten u.dgl. durch hiebei erzeugte Kräfte, wie 3 AT 398 214 B Druck-, Zug-, Hebungs-, Senkungs-, Spreizkräfte usw., entstehen, wobei im Boden unterhalb der zu schützenden Bebauung eine Gleitschicht als flächige Kraftausgleichszone hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits im Boden im Abstand unterhalb der Bauanlagen (2) ein insbesondere horizontal verlaufender Bodenschlitz (7) hergestellt wird, in den die vergleichsweise weiche Gleitschicht eingebaut wird, und daß anderseits oberhalb der Gleitschicht (8), insbesondere durch Injektion einer anstehenden Bodenschicht mit einem einpreßbaren Injektionsmedium, eine vergleichsweise harte Deckschicht (9) gebildet wird, wobei beide Schichten (8, 9) die flächige Kraftausgleichszone (6) bilden, durch welche die Druck- und Zugspannungen ausgeglichen werden und die oberhalb liegende Bodenformation (1) frei von schädlichen Verformungskräften gehalten wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (8) zur Anpassung an die Verwerfung des Krafteinflußbereiches (3) in ihrem Volumen verändert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (8) durch wenigstens ein an sich bekanntes kissenförmiges verformbares Ausgleichselement (10) gebildet wird, das im Bodenschlitz (7) untergebracht wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kissenförmige Ausgleichselement (10), wie an sich bekannt, mit einer flüssigen und/oder gasförmigen Reaktionsmasse (11) gefüllt wird, über die durch gezielte Volumenzugaben in die Ausgleichselemente (10) örtliche oder flächig ausgedehnte Spannungserhöhungen und/oder Hebungen und durch gezielten Volumenentzug aus den Ausgleichselementen (10) örtliche oder flächig ausgedehnte Spannungsreduzierungen und/oder Absenkungen ausgeführt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kissenförmigen Ausgieichsele-mente (10) mittels Druckbeaufschlagung die vertikalen Gebirgsdrücke übertragen bzw. unzulässige vertikale Verformungen durch gezielte Volumenzugaben oder gezielten Volumenentzug in einzelnen Kissen oder erforderlichenfalls in mehreren Kissen gleichzeitig ausgleichen, wobei dies bei gleichzeitiger reibungsfreier, nur durch die Walkwiderstände der Kunststoff- oder Gummikissen vernachlässigbar behinderter Gleitbewegung erfolgt, wobei von unten angreifende horizontale Spreiz-, Druck- oder Zugkräfte über Gleitbewegungen innerhalb der kissenförmigen Ausgleichselemente (10) weitgehend abgebaut und Restspannungen in der Deckschicht (9) aufgenommen werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (8) durch eine Zweiphasen-Reaktionsmasse gebildet wird, deren eine Phase unmittelbar mit Herstellung des Bodenschlitzes (7) in diesen, vorzugsweise mittels Injektion, eingebracht und deren andere Phase als Reaktivum geregelt und örtlich gezielt zugegeben wird, wobei das Reaktivum aus einer chemisch reagierenden Komponente, z. B. einem Schaumbildner, und/oder aus einem physikalischen Motor, z. B. einem Temperatureintrag oder -entzug, besteht, so daß damit und durch Wahl der Komponenten und ihre Dosierung die erforderliche Elastizität, Festigkeit und Schubsteifigkeit der Gleitschicht (8) örtlich gezielt oder flächig ausgedehnt eingestellt wird, wobei durch expansive Reaktive gesteuerte Volumenzunahmen oder Spannungserhöhungen und durch strukturzerstörende Komponenten gesteuerte Volumenabnahmen oder Spannungsreduzierungen in der Gleitschicht (8) erfolgen.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Gleitschicht (8) eingebautes, unter Umgebungstemperatur steifplastisches, geringe Verformungen und Spannungen über Kriechvorgänge ausgleichendes Material auf Bitumenbasis bei größerem, für die Bebauung unverträglichem Spannungsaufbau über eingebaute Heizelemente bei gleichzeitiger Volumenzugabe aufgeheizt und damit vorübergehend oder länger in eine zum Abbau der Spannungen durch Verformungen geeignete weichere Zustandsform oder Konsistenz gebracht wird, wobei der Vorgang beliebig wiederholt und durch Volumenzugabe (Hebungen) oder Volumenentzug (Senkungen) erforderlichenfalls ergänzt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitschicht (8) ein Kunststoff in flüssiger Form abschnittsweise eingebaut und mittels eines zudosierten Schaumbildners in eine geeignete feste, durch Volumenzunahme Druckspannung bei gleichzeitig vorhandener Gleitverformbarkeit aufbauende, den Bodenschlitz (7) satt ausfüllende Masse überführt wird. 4 AT 398 214 B
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Zug- und Druckspannungen (5) der darunterliegenden Gleitschicht (8) dienende Deckschicht (9), wie an sich bekannt, durch Injektion eines Injektionsmediums (15), vorzugsweise einer Feststoffsuspension, über eine Injektionseinrichtung (16) in einem vorgegebenen Raster (22) ausgebildet und mit der erforderlichen Steifigkeit versehen wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dar Raster (22) der Deckschicht (9) zur Aufnahme der auftretenden Zugkräfte mit Bewehrungselementen (23) ausgestattet wird.
11. 11. Verfahren nach einen der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenwirken der Gleitschicht (a) und der Deckschicht (9) der Kräfte- und Verformungsverlauf kontrolliert und durch die in die Gleitschicht (8) eingegebene Reaktionsmasse (11) über eine mit dem kissenförmigen, Ausgleichselement (10) verbundene Regeleinrichtung (12) eingestellt wird, so daß die ursprüngliche oder eine gezielte Lage der darüberiiegenden Bebauung (2) eingehalten wird.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamkeit des bzw. der Ausgleichselemente (10) in der Gleitschicht (8) in mehreren Meßquerschnitten, beispielsweise mit Hilfe von Kraftmeßdosen oder Gleitmikrometerinstrumenten, erfaßt und der Einfluß der Verformungen von der Gleitschicht (8) auf die darüberliegenden Deckschicht (9) stetig überprüft wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlichen Einflußmessungen in einer Regeleinrichtung (12) in Eingriffsimpulse für die Reaktionsmasse (11) im Ausgleichselement (10) umgesetzt werden.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlichen Einflußmessungen in einer Regeleinrichtung (12) in Eingriffsimpulse für die Injektionseinrichtung (12), z.B. für die Erhöhung des hydrostatischen Spannungszustandes in der Gleitschicht (8) bei gleichbleibend geringer Gleitreibung und/oder in Eingriffsimpulse für die Bewehrungselemente (23), z.B. für die Erhöhung von Vorspannungen in den Bewehrungselementen zur Aufnahme der Spreizspannungen in der Deckschicht (9), umgesetzt werden, um den erforderlichen Spannungszustand in der Deckschicht (9) einzustellen.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß bei gemessenen bebauungsschädlichen, neu hinzugetretenen horizontalen Druck- oder Zugspannungen in der Deckschicht (9) über eine automatische Erhöhung des Druckes in den kissenförmigen Ausgleichselementen (10) die reibungswirksamen Kontaktspannungen in der Gleitschicht (8) reduziert werden, so daß die für den Abbau der gebäudeschädlichen horizontalen Spannungen erforderlichen Gleitverformungen in der Gleitschicht (8) angeregt werden und ablaufen, wobei alle Vorgänge Bestandteil eines Regelkreises sind.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelten Einflußnahmen auf die Gleitschicht (8) und/oder die Deckschicht (9) zu jedem beliebigen Zeitpunkt zur Einstellung des gewünschten Spannungsausgleichs wiederholt werden.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 -16, dadurch gekennzeichnet, daß alle Regelvorgänge von einer Zentrale aus getätigt werden.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß alle Regelvorgänge in der Gleitschicht (8) und/oder der Deckschicht (9) gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
19. 19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß in einem definierten, flächigen Bodenschlitz (7) eine weiche Gleitschicht (8) gebildet ist, auf der eine härtere obere Deckschicht (9) gleitet und die zur Anpassung an Verwerfungen des darunterliegenden Krafteinflußbereiches (3) in ihrem Volumen veränderbar ist.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,daß die Gleitschicht (8) aus einem an sich bekannten kissenförmigen Ausgleichselement (10) gebildet ist, das aus einem oder mehreren dichten, 5 AT 398 214 B miteinander verbindbaren Druckkissen (10) besteht.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen kissenförmigen Ausgleichselemente (10) der Gleitschicht (8) unter entsprechendem Druck mit einer flüssigen und/oder gasförmigen Reaktionsmasse (11) gefüllt sind.
22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (8) mit einer Regeleinrichtung (12) verbunden ist, mittels welcher die Reaktionsmasse (11) gesteuert Gleitschicht eingebbar bzw. von dieser abziehbar ist.
23. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-22, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (9) mit einer Injektionseinrichtung (16) verbunden ist und, wie an sich bekannt, ein Raster (22) aus Injektionsrohren (19) aufweist, in denen Austrittsöffnungen (20) und/oder injektionsdüsen (21) angeordnet sind, aus denen ein Injektionsmedium (15), vorzugsweise eine Feststoffsuspension, gesteuert in die Deckschicht (9) zu deren Bildung einpreßbar ist.
24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Deckschicht (9) vorgesehene Raster (22) aus Injektionsrohren (19) mit Bewehrungselementen (23) versehen ist, die durch die Regeleinrichtung (12) mit der vorgegebenen Spannung beaufschlagbar sind.
25. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 - 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsrohre (19) der Injektionseinrichtung (16), wie an sich bekannt, mit der Regeleinrichtung (12) verbunden sind, wobei die vorgegebene Spannung bzw. Steifigkeit der Deckschicht (9) über die Regeleinrichtung (12) steuerbar ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 6