Verfahren zur Herstellung von in das Erdreich hineinragenden Bauwerken unter Verwendung eines Senkhaukörpers. Das Eindringen eines Senkkastens in den Boden beruht- auf einer Grimdbruehersehei- nung; es muss also die Belastung der Senk kastenschneiden so gross sein;, dass die Stand festigkeit des Bodens im Innern der Arbeits kammer, in der der Erdaushub erfolgt, über wunden wird und sich dort ein-Grundbruch, das heisst eine Aufwölburng von Material, aus bildet.
Dieser Vorgang wird durch die Rei bung des Bodens an den ylantelfläehen des Senkkastens ungünstig beeinflusst, weil diese Reibung das auf die Schneiden wirkende Ge wicht verringert.
Zur Vermeidung dieses Übelstandes hat man vorgeschlagen, dem Senkkasten eine nach oben verjüngte Form zu geben. Von dieser Massnahme ist man aber wieder abgekommen, weil dadurch bedenkliche Störungen im Ge füge des Bodens ausserhalb des Senkkastens entstehen.
Man hat. weiterhin vorgeschlagen, dem Senkkasten in der Höhe der Schneide etwas grössere Abmessungen. als dem Mantel zu ge ben, um auf diese Weise die Mantelreibung herabzusetzen. Auch diese Massnahme führt aber nicht. zum Ziel, da sich insbesondere bei grösseren Absenktiefen der Hohlraum um den Mantel oberhalb der Schneide mit. nachdrän gendem Erdreich anfüllt.
Auch das Ausfüllen des Hohlraumes mit bestimmten Stoffen:, wie z. B. Schlacke, ist ohne nennenswerten Erfolg versucht worden. Bei allen bekannten Senkkastengründun- gen: ist. daher insbesondere bei unterschied lichen Bodenschichten ein Hängenbleiben des Senkkastens häufig nicht zu vermeiden., und man ist genötigt, über das für das endgül tige Bauwerk notwendige Senkkast.engewicht hinaus Ballast; aufzubringen, um ihn über haupt weiter absenken zu können.
Noch unangenehmer wirken sieh ungleiche Reibungswerte in. derselben Höhe aus, die vor allem bei Senkkästen rechteckförmigen Querschnittes eintreten. Lm den hierdurch hervorgerufenen Biegunjsspannungen Rech nung zu tragen, müssen die Wandungen des Senkkastens stark bewehrt werden. Dasselbe gilt für die Zugbewehrung, die notwendig wird, wenn zu befürchten ist, dass der Senk kasten weit oberhalb seiner Schneide hängen bleibt und ein grosses Gewicht. an diesem Querschnitt zieht.
Das Vorhandensein der bei den bisheri gen Senkkastengründungen unvermeidlichen Mantelreibung führt somit zwangläufig zu einer erheblichen Überbemessung, zusätzlicher Bewehrung und damit zu grossen Kosten, deren Aufwand für das endgültige Bauwerk statisch unnötig ist.
Gemäss der Erfindung lassen sich die ge- schilderten Nachteile bei der Herstellung von in das Erdreich hineinragenden Bauwerken unter Verwendung eines Senkbaukörpers in vollem Umfange dadurch. vermeiden, dass beim Absenken des Senkbaukörpers in das Erd- reich zwischen die äussern -VVandfläehen des Senkbaukörpers und das Erdreich eine Flüs sigkeit mit. thixotropen Eigenschaften einge bracht wird.
Diese dringt. nicht. in die Poren des Bodens ein. Durch Bildung einer abdieh- tenden Flaut setzt sie dem Erddruck einen Flüssigkeitswiderstand entgegen und sichert dadurch einerseits die Erdwand gegen Ein sturz, und anderseits bewirkt. sie, d ass auf die Seitenwände des Senkbaukörpers horizontale, durch den hydrostatischen Druck der Flüssig keit verursachte Kräfte, hingegen keine senk rechten, durch Reibung verursachten Kräfte einwirken.
Unter Thixotropie versteht, man die Eigen schaft kolloidaler Suspensionen, schlagartig vom flüssigen, in den festen. Aggregatzustand überzugehen. Derartige Flüssigkeiten dringen auch bei hohem äusserem Druck in poröse Ge füge, wie zum Beispiel grobkörnigen Boden, nicht ein. Es bildet sieh an der Berührungs fläche der Flüssigkeit mit dem Erdreich eine wasseinindurchlässige Haut, die ähnlich einer Uummimembran das weitere Eindringen von Material verhindert..
Verswehe haben gezeigt dass auch bei grobporigem Boden, wie Kies und Geröll, diese Eigenschaft voll erhalten bleibt. Eine solche Flüssigkeit kann beispielsweise durch eine Suspension von reinem Bentonit in Wasser hergestellt. werden. Versuche er gaben, dass die thixotrope jfiirkung einer solchen Suspension bei einer Konzentration von etwa 100g Bentonit pro Liter Wasser aufzutreten beginnt-.
Das spezifische Gewicht dieser Suspension ist zunächst nur wenig grösser als 1 g(cms. Werne es zum Beispiel in Anpassung an die vorhandenen Boden verhältnisse notwendig ist, das spezifische Gewieht. zu vergrössern, besteht, die -Möglie@i- keit., feinst gemahlenen Schwerspat zuzuset zen, der aus der Suspension nicht absedimen- tiert,
weil er durch die thixotropen Ei-en- schaften der Flüssigkeit auch bei langem Ste hen am Absinken verhindert wird. Das spe- zifisehe Gewicht der mit Sehwerspat versetz ten Suspension bleibt somit auf lange Zeit. erhalten und kann bis auf etwa 3 ,>cni-' ge steigert. werden.
Es ist zwar bereits bekannt, in der Tief bohrtechnik und im Scliaehtbau zum Offen- hä1ten von Bohrlöehern und kreisförmigen Schächten Diekspülungen zti verwenden.
Diese Dickspülungen, die aus Aufselilemmun- gen von an Ort. und Stelle vorhandenem Ton material bestehen, nutzen die -Möglichkeiten wirklich thixotroper Flüssigkeiten aus Ben- tonit nur in geringem Ausmass. aus. Dies ist bei den gegebenen kreisförmigen Quersehnit- ten für das Offenhalten der Bohrlöcher und kreisförmigen Schächte auch nicht nötig,
da durch Gewölbewirkung schon ein geringer Gegendruck zur Standsicherheit der Erdwan- dung genügt. Viel ungünstiger stellen sich aber die statisehen Verhältnisse bei ebenen bzw. beliebig gestalteten überhängenden. Wän den dar, wie sie bei Senkkästen von recht eckigen Querschnitten bzw. bei nach oben ver- jüngten Senkkästen auftreten.
Dort. kann eine Standsicherheit der Erdwände mir bei Aus nutzung aller Eigenschaften tliixotroper Flüs sigkeiten., die sich hidrostatiseh nicht wie Wasser verhalten, erreicht werden. Aber auch bei Senkkästen runden. Querschnittes wird die Sicherunb, der Erdwandun- nur bei Ausnut- zunm aller Eigenschaften\ der thixotropen Flüssigkeit erreicht.
Im folgenden werden an Hand der Zeich nung mehrere Ausführungsbeispiele des Ver fahrens beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Senkkasten im Vertikalsehn:itt, Fig. \? einen Horizontalselinitt durch den selben gemäss der Linie IV-IV der Fig.1. Fig.3. eine Senl@kastengrfindung im of fenen Wasser, Fig.4 einen waagrechteil Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 3,
Fig. 5 und 6 in Querschnitt und Drauf sicht eine Senkkastengründung, bei welcher der Senkkasten keinen Mantel besitzt., Fig. 7 eine Draufsicht auf die Senkkasten gründung nach Fig. 5, Fig.8 einen Senkkasten im Horizontal schnitt in verschiedenen Stadien einer Schräg absenkung und Fig. 9 eine auf einem schräg abgesenkten Senkkasten errichtete Stützmauer.
Bei der Senkkastengründung nach den Fig.1 und 2 ist eine thixotrope Flüssigkeit 1 geeigneter Konzentration zwischen dem Senk kastenmantel 2 und dem Erdreich 3 einge bracht. Die das Erdreich berührende Schneide des Senkkastens 4 verhindert das Eindringen der Flüssigkeit 1 in die Arbeitskammer 5. Durch eine Rollenführung 6 an der Gelände oberfläche wird ein Schiefstellen des Senk kastens während des Absenken.s verhindert.
Die Schneide des Senkkastens 4 wird in üblicher Weise hergestellt und abgesenkt.. So bald der oberhalb der Schneide vorhandene Absatz 7 unter die Geländeoberfläche ab sinkt., wird der zwischen dem Senkkasten mantel 2 und dem Erdreich 3 entstehende Hohlraum mit thixotroper Flüssigkeit gefüllt., und diese Füllung beim weiteren Absenken so weit ergänzt, dass die Flüssigkeit stets bis zur Geländehöhe ansteht. Nach Absenken auf die endgültige Tiefe ist die eingebrachte thixotrope Flüssigkeit nicht mehr erforderlich.
Sie wird in der Weise beseitigt. und: gege benenfalls wieder gewonnen, da.ss durch ein gebrachte Rohre der Raum zwischen Vant.el und Erdreich ausbetonierte und gleichzeitig die oben. austretende Flüssigkeit abgepumpt wird.
Durch das Einbringen einer Flüssigkeit mit. thixotropen Eigenschaften zwischen Senk kastenmantel und Erdreich wird nicht nur ein Nachstürzen des Erdreiches in den Hohl raum zwischen Senkkastenmantel und Erd reich vermieden, sondern es tritt- auch an der Mantelfläche keine Reibung auf, so dass die Mantelfläche nur den hydrostatischen Druck der eingebrachten Flüssigkeit aufzu nehmen hat.
Dieser Druck ist in jeder Tiefe in einfachster Weise zu berechnen, so dass jede Überdimensionierung des Senkkastens, wie sie bisher sowohl zur Überwindung der Reibungswiderstände als auch zur Berück sichtigung der Unsicherheit in den Erddruck- annahmen notwendig und üblich ist, ausge schaltet, wird. Es kommt hinzu, dass der Flüssigkeitsdruck unter allen Umständen, im horizontalen Schnitt betrachtet; gleiche Werte aufweist.
Die Spannungen am S-enkkasten- mantel werden: demzufolge Ringspannungen, die leicht und mit geringsten Querschnitten aufgenommen werden können. Die nicht vor handene Führung des Senkkastens durch das Erdreich kann dabei in einfacher Weise durch eine Rollenführung, beispielsweise an der Geländeoberfläche, bewirkt werden.
Das gleiche Absenkverfahren ist gemäss den Fig. 3 und, 4 auch bei Gründungen: im offenen Wasser anwendbar, wenn es sich um das Absenken eines an anderer Stelle herge stellten Körpers, zum Beispiel eines Schwimm kastens, handelt, der zunächst, auf die Ge wässersohle abgesetzt, wird. Da das spezifische Gewicht der thixotropen Flüssigkeit 1 stets grösser ist als das spezifische Gewicht des Wassers, so bleibt die einmal eingebrachte thixotrope Flüssigkeit mit.
Rücksicht auf den Absatz 7 oberhalb der Schneide in dem Hohl raum zwischen Mantel 2 und Erdreich 3 und wird wegen ihrer thixotropen Eigenschaften weder ausgewaschen, noch dringt sie in das Erdreich ein.
Zur weiteren Herabsetzung der Reibung können auch die Seitenflächen des die Ar beitskammer enthaltenden Baukörpers ober halb der Schneide zurückspringend angeord net und auch der Raum zwischen diesen zurückspringenden Seitenflächen und dem Erdreich mit thixotroper Flüssigkeit ange füllt werden.
Die Fig.1 und 2; zeigen als Beispiel eine Druckluftgründung, die Fig.3 und, 4 einen offenen Senkkasten.
Die Menge der einzubringenden thixo- tropen Flüssigkeit ist verhältnismässig gering, und es sind auch die Herstellungskosten einer solchen relativ niedrig. Es entstehen erheb liche Ersparnisse durch Verringerung des Querschnittes,des Senkkastenmantels, der nur zur Aufnahme des horizontalen; hydrostati schen Druckes zu dienen hat.
Des weiteren werden auch die Arbeitskammerwände und die Arbeitskammerdeeke wesentlich leichter, weil der zum Absenken nötige vertikale, hc- drostatische Druck unmittelbar über den Schneiden angreift.
Bei dem Beispiel nach den Fig.5 bis 7 wird durch Ausbaggern des Bodens in der Arbeitskammer 5 die Schneide 4 so weit ab gesenkt, bis der Absatz der Sehneide unter halb des Geländes liegt.. Beim weiteren Ab senken wird in dem entstehenden Raume zwisehen den äussern Wandflächen des Senk kastens und. dem Erdreich d.ie thixotrope Flüssigkeit. eingebracht.
Gegenüber den Grün dungen nach den Fig. 1 bis 4 ist- bei der Gründung nach den Fig.5 bis 7 über der Arbeitskammerdecke kein :Mantel vorgesehen, sondern es stellt lediglich ein hoehgeführtes Sehachtrohr 8 die Verbindüng mit\ der Ar beitskammer her.
Der ganze Raum 9 oberhalb der Arbeitskammerdecke ist mit thixotroper Flüssigkeit ausgefüllt:, und der hydrostatische Druck dieser Flüssigkeit bewirkt sowohl eine Sicherung der Schachtwand gegen Naehfall als auch den notwendigen Dreck auf die Arbeitskammerdecke zum weiteren Absenken.
Um eine gleichmässige Absenkung des Senk kastens zu sichern und ein plötzliches Ein dringen etwa beim Antreffen weicher Sehieh- ten zu vermeiden, wird der Senkkasten an Trägern aufgehängt, die über die Schachtöff nungen gelegt sind.
Ist der Senkkasten in der geplanten Tiefe angekommen, so wird zunächst die Arbeits kammer und! ansehliessend der ganze mit Flüssigkeit gefüllte Raum von irrten nach oben ausbetoniert. Versuche haben gezeigt, dass im Gegensatz zum Betonieren unter -Was ser das Betonieren in der thixot.ropen Flüssig keit ebenso leicht. möglieh ist wie an der Luft. Vor allem werden Auswaschungen und Ent- misehungen des frischen Betons hierbei mit Sicherheit vermieden.
Fig. 8 zeigt einen Senkkasten in verschie denen. Stadien: einer nach der Kurve R ver laufenden Schrägabsenkung. Der Senkkasten ist in einer für Geradabsenkung übliehen Form ausgebildet und am untern Ende mit Schneiden 11 versehen.
Oberhalb der Sehne!- den 11 sind die Seitenfläehen 12 des Senkkastens zurüekspringend angeordnet, so dass auch der Raum 13 zwischen diesen zu rückspringenden Seiternfläehen und dem Erd boden ebenso wie der Raum 14 oberhalb der Senkkastendecke mit thixotroper Flüssigkeit ausgefüllt ist.
Nachdem der Senkkasten je nach den Belastungs- und Boden.verhä.ltnissen bis zu einer bestimmten Tiefe senkrecht ab gesenkt ist, erfolgt. eine Sehrä.gstellung des Senkkastens, indem unterhalb der in der Zeichnung rechts dargestellten Sehneide ein stärkerer Erdaushub erfolgt, als auf der ge genüberliegenden Seite. Je nach Bedarf kann der Senkkasten mit. konstantem oder v erän- derlicliem Drehwinkel bis zu der gezNrünsch- ten Tiefe abgesenkt werden.
Zweckmässig er folgt die Schrägabsenkung so, dass die Ver bindungslinie der Mittelpunkte der einzel nen Querschnitte mit der Stützlinie R des späteren Bauwerkes zusammenfällt.
Die Schrägabsenkung eines Senkkastens wird vorzugsweise vorgenommen, wenn das auf dem Senkkasten zu gründende Bauwerk dauernd erhebliche, zum Beispiel durch Erd- druck verursachte liörizont.albeanspriiehun- gen erfährt..
Hat. der Senkkasten die gewünsehte Tiefe erreicht, so wird der mit thixotroper Flüssig keit gefüllte Raum von unten nach oben aus betoniert, nachdem egebenenfalls vorher ein Bewehrungskorb in' die mit Flüssigkeit, ge füllte Öffnung eingesetzt worden ist. Da die thixotropen Eigenschaften der Flüssigkeit. den Nachteil des Bodens aus den Wänden der Baugrube auch dann verhindern, wenn diese Wände überhängen, ist jeglicher Verbau der Baugrube und auch das Aufstellen.
einer Sehalung zum Betonieren unnötig.
Fig.9 veranschaulicht. eine fertige Stütz mauer, die auf dem schräg abgesenkten Senk kasten 15 errichtet ist. Diese Stützmauer 16, die einen naeli oben sieh verjüngenden Quer schnitt besitzt, ist mittels einer in den mit thixotroper Flüssigkeit- gefüllten Ratun ge stellten Schalung hergestellt. Nach Ziehen der Sehalung sind die restlichen mit thixotroper Flüssigkeit gefüllten Räume 17 und 18 mit Erdreich oder Magerbeton ausgefüllt.
Im Gegensatz zu dem verhältnismässig be schränkten Anwendungsbereich des bekann ten Schrägabsenkungsverfahrens lä.sst sich das hier beschriebene Verfahren für die Schräg- absenkung auch dazu benutzen, beispielsweise eine Stütz- oder Kaimauer herzustellen, wenn das Luft- oder wasserseitige Erdreich neben der Stützmauer erst später ausgebaggert wer den soll, wie es zum Beispiel bei der Her stellung neuer Hafernbeeken oder dergleichen der Fall ist.
In diesem Falle wird die Stütz- oder Kaimauer in der oben. geschilderten Weise niedergebracht und nach Beendigung der Be tonarbeiten das Hafenbecken ausgebaggert. Bei einem solchen Bau der Stütz- oder Kai mauer entfallen alle Aussteifungs- und Seha- lun.gsmassnahmen.
Nach diesem Verfahren ist es ohne wei teres möglich, die luft- und wasserseitige Form der Kaimauer der Formgebung der Schiffs- In anzupassen.
Bei der Herstellung einer solchen Stütz- oder Kaimauer verbleibt. zweckmässig erdseitig der Stützmauer eine Schicht mit thixotroper Flüssigkeit im Boden, deren Aufgabe es ist, einen Erddruck aus zeitweise auftretenden Einzel- oder Streckenlasten am Gelände un ter Benutzung der hydrostatischen Wirkung dieser Flüssigkeitsschicht gleichmässig auf die Stützwand zu verteilen, so dass es sich er übrigt., die Stützwand auf den ungünstigsten Lastfall, wie sonst üblich, zu dimensionieren.