Wasserstaubauwerk mit Innendichtung Zum Abdichten von Staudämmen oder des was serdurchlässigen Baugrundes von Wasserstaubauwer- ken werden in den Staudamm bzw. in den Baugrund Innendichtungen in Gestalt von schmalen Dichtungs schürzen eingebaut, die über den gesamten abzudich tenden Querschnitt, z. B. den Querschnitt einer Tal mulde reichen. Die Anforderungen, die an solche Dichtungsschürzen gestellt werden müssen, sind sehr gross; denn die Dichtungsschürzen müssen neben ihrer eigentlichen Aufgabe, nämlich der Abdichtung, auch unvermeidlichen Bodenbewegungen standhalten, ohne undicht zu werden.
Neben den gebräuchlichen Dichtungsschürzen aus Zementbeton, die sehr empfindlich gegen Boden bewegungen sind und deshalb grosse Wandstärken aufweisen müssen, kommen Dichtungsschürzen aus plastischen Baustoffen, insbesondere aus wasserdich tem Ton oder Lehm zur Anwendung. Der Einbau solcher Tonschürzen bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten. Die aus Ton oder Lehm hergestell ten Schürzen neigen, wenn sie mit Wasser in Berüh rung kommen, zum Verschlammen. Sie würden des halb durch den einseitigen Druck des gestauten Was sers, durch ihr Eigengewicht und das Gewicht der Dammschüttung in die meist groben Zwischenräume der angrenzenden Dammschüttung gepresst werden und dabei ihren dichtenden Zusammenhang verlieren.
Undichte Stellen würden durch das strömende Wasser ausgespült und in unzulässiger Weise erweitert wer den. Es ist deshalb erforderlich, zwischen die Damm schüttung und die dichtende Schürze sogenannte Filterschichten aus feinkörnigen Mineralstoffen ein zubauen, die imstande sind, den feinkörnigen Ton in ihren Poren festzuhalten. Solche Filterschichten sind kostspielig und bieten zudem keine vollkommene Gewähr für die Dichtigkeit der Tonschürze. Die fein körnige Filterschicht bildet nämlich eine ideale Gleit- fläche, an der die Tonmasse der Schürze abwärts zu gleiten vermag. Es besteht deshalb die Gefahr, dass durch teilweises Abgleiten der Schürze horizontale Risse entstehen.
Schliesslich ist es bekannt, die wasserseitige Böschung von Staudämmen mit einem dichten Film aus bituminösen Stoffen, z. B. Mastix oder Asphalt zu überziehen und diesen Film durch eine Gesteins aufschüttung gegen mechanische Beanspruchungen zu schützen. Der plastische Bitumenfilm verlangt jedoch ebenfalls eine feinporige Unterlage, um zu vermeiden, dass er durch den Wasserdruck in die groben Zwi schenräume der Dammschüttung hineingepresst und dabei zerstört wird. Die feinporige Unterlage begün stigt ihrerseits jedoch wieder das Abgleiten des Filmes und damit das Entstehen von horizontalen Rissen.
Das Wasserstaubauwerk mit Innendichtung ge mäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innendichtung aus einem durch ein bituminöses Bindemittel gebundenen, nach einer im wesentlichen stetig verlaufenden Körnungskennlinie mit breiter Körnungsverteilung aufgebauten Mineralkorngemisch besteht, wobei die Körnung der groben,
tragenden Kornfraktion im Mittel grösser als der grösste Hohl raum in der angrenzenden Dammschüttung und der Bindemittelanteil angenähert gleich dem Hohlraum- volumen des Mineralkorngemisches ist.
Das Mineralkorngemisch der Innendichtung des Wasserstauwerkes gemäss der Erfindung soll es er möglichen, dass im Verband mit der angrenzenden Dammschüttung ein tragfähiges Skelett gebildet wird, das sämtliche im Damm auftretenden Kräfte unmit telbar aufnehmen und übertragen kann. Dieses Skelett soll verhindern, dass sich das tragende Korn in die Hohlräume der Dammschüttung hineinschieben kann. Es soll vielmehr mit dem Korn der Damm schüttung eine innige Verzahnung ermöglichen, die ein gegenseitiges Abgleiten verhindern kann.
Inner halb des Skeletts kann dadurch das plastische Binde mittel von jeglichen Kräften befreit werden. Es hat lediglich die Aufgabe, die Hohlräume vollkommen auszufüllen, und so fest in dem Skelett zu haften, dass es auch durch den Druck des gestauten Wassers nicht herausgedrückt werden kann. Das feinere Füll korn des Mineralkorngemisches soll es ermöglichen, dass die Hohlräume zwischen der tragenden groben Kornfraktion und damit die für die vollkommene Ab dichtung erforderlichen Bindemittelmengen verringert werden.
Die Plastizität des Bindemittels soll es ermög lichen, die Plastizität der gesamten Dichtungsschürze so zu gestalten, dass die Dichtungsschürze Boden bewegungen nachgeben kann, ohne dabei undicht zu werden. Infolge der Plastizität des Bindemittels soll das Eigengewicht der Dichtungsschürze das Auftreten von Zugspannungen in ihrem Verband verhindern können, wobei das plastische Bindemittel unter dem Druck des Eigengewichtes selbstdichtend wirken kann.
Um zu gewährleisten, dass das Bindemittel die Hohlräume des Mineralskeletts der Dichtungsschürze möglichst gut ausfüllt, kann beim Einbringen der Baustoffmasse aus Mineralkorngemisch und Binde mittel das letztere in heissem weichplastischem Zu stand sich befinden.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Da bei zeigen: Fig. 1 den Staudamm mit schematischer Darstel lung des Zusammenwirkens von Druckhöhe, spezi fischem Gewicht und Seitendruck der plastischen Baustoffmasse der Innendichtung und Fig. 2 einen Ausschnitt A aus dem Staudamm gemäss Fig. 1, wobei die Anordnung und Struktur der Innendichtung erkennbar ist, die in Fig. 2 schwächer geneigt ist als in Fig. 1.
Im einzelnen ist in Fig. 1 dargestellt, wie der plastische Baustoff der Innendichtung a unter seinem Eigengewicht seitliche Druckkräfte s auf die benach barten Dammschüttungen d, c ausübt, wobei die Analogie zum hydrostatischen Druck einer Flüssig keit in einem Gefäss deutlich wird: Fig. 1 zeigt die äusseren Begrenzungslinien c' und <I>d'</I> der Dammschüttungen <I>d</I> und c, wobei d eine Nei gung von 1:1,4, c' eine solche von 1:1,3 aufweist. Die Neigung der Dammschüttungen kann selbstver ständlich auch flacher verlaufen als in Fig. 1 an gedeutet.
Während bei der wasserseitigen Dammschüttung <I>d</I> der auf die äussere Begrenzungsfläche<I>(d')</I> wirkende hydrostatische Seitendruck in kgjcm2 genau gleich dem Eigengewicht der zugehörigen Flüssigkeitssäule <I>H - y (H =</I> statische Druckhöhe, <I>y</I> - spezifisches Gewicht) ist, beträgt bei dem vorliegenden plastischen Baustoff der Innendichtung a der Seitendruck s nur einen Bruchteil seines Eigengewichtes, weil im Bau stoff durch innere Reibung ein Teil der durch das Eigengewicht hervorgerufenen Kräfte aufgezehrt wer den.
Der Seitendruck s des Baustoffes kann will kürlich durch Auswahl der Körnungskennlinie des Mineralkorngemisches und damit des zugehörigen Bindemittelvolumens, der Zusammensetzung des Bindemittels und der Oberflächenbeschaffenheit der Mineralkörner (abgerundet oder scharfkantig) in wei ten Grenzen verändert werden. Die Spitzen der Seitenkräfte liegen auf den Linien L1, L", welche die von den Seitenkräften gebildeten Flächen F1, F." aussen begrenzen.
Der Bestimmung des Seitendruckes im plastischen Baustoff der Innendichtung dienen zwei Methoden: a) Der Baustoff wird in einem aus vielen kurzen, elastisch untereinander verbundenen Schüssen beste henden dünnwandigen Stahlzylinder durch einen hy draulisch belasteten Druckkolben unter Druck ge setzt, wobei die messbaren Spannungen in den Zylin derwänden die Grösse des Seitendruckes ergeben (Hohlzylindermethode).
b) Der in der Bodenmechanik definierte Ruhe- Druck-Versuch, der den dem Seitendruck entspre chenden Ruhedruckwert ergibt.
Nach der Methode a) ergeben sich jedoch gerin gere Seitendrücke desselben Baustoffes als nach der Methode b), weil bei ersterer der Einfluss der Rei bung zwischen Baustoff und angrenzendem Stütz körper durch die axial beweglichen Schüsse des Stahl zylinders ausgeschaltet ist.
Beim Beispiel wird nun durch Auswahl der Körnungskennlinie des Mineral korngemisches der Zusammensetzung des Bindemit tels und der Oberflächenbeschaffenheit (abgerundet oder scharfkantig) der Mineralkörner die Plastizität der Baustoffmässe so abgestimmt, dass der durch das Eigengewicht der Masse hervorgerufene Seitendruck gemessen nach der Methode a)
weniger als 25% der durch die Baustoffmasse hervorgerufenen senkrechten Druckkräfte<I>H - y</I> (wobei y = spezifisches Gewicht der Baumasse ist) beträgt, bzw.
gemessen nach der Methode b) einem Ruhedruckwert von weniger als 60 bis 70% entspricht. Ein solcher Baustoff besitzt genügend Plastizität, um den Setzbewegungen des Dammes ohne Rissbildung zu folgen, und übt nur so geringe Seitenkräfte auf die benachbarte Damm schüttung aus, dass er weder in sie hineingedrückt werden kann, noch die Schüttung auszubeulen ver mag.
In Fig.2 ist ein Schnitt durch Dichtung und Schüttung dargestellt. Die Innendichtung oder Dich tungsschürze a wird, am Fusse des Dammes begin nend, auf die Böchung b der den Druck des gestauten Wassers aufnehmenden, vorher errichteten Damm aufschüttung c aufgetragen und wasserseitig durch die schützende und beschwerende Aufschüttung d abgedeckt.
Wie Fig. 2 erkennen lässt, besteht die Dichtungs schürze aus .einem hohlraumarmen Gemisch aus Mi neralkörnern, deren grobe Kornfraktion ein selbst tragendes, sich mit dem Korn der Dammaufschüt tungen c, d verzahnendes Skelett bildet, dessen Hohl- räume von dem feineren Füllkorn und einem pla stischen Bindemittel, vorzugsweise einem bitumi nösen, wie z. B. Mastix, Asphalt oder reinem Bitu men, vollkommen ausgefüllt sind. Der Bindemittei- anteil ist angenähert gleich dem Hohlraumvolumen des Mineralkorngemisches.
Das Mineralkorngemisch, das diesen Bedingungen entspricht, ist nach einer im wesentlichen stetig ver laufenden Körnungskennlinie mit breiter Kornvertei lung zusammengesetzt. Die Körnungskennlinie ent steht bekanntlich durch Auftragen der prozentualen Körnungsmengenanteile (Ordinate) über den Korn grössen (Abszisse). Sie darf keine wesentlichen Un- stetigkeiten, z.
B. durch Fehlen einer grösseren Zahl von Korngrössen, aufweisen und muss eine möglichst grosse Differenz zwischen dem gröbsten und dem feinsten Korn aufweisen, also bei gegebener oberer Korngrenze eine möglichst weit sich nach Null hin erstreckende untere Korngrenze aufweisen.
Um eine gute Verzahnung der groben Kornfrak tion mit dem Korn der Dammaufschüttungen c, d zu verwirklichen, ist die Körnung der groben, tra genden Kornfraktion im Mittel grösser als der grösste Hohlraum der angrenzenden Dammschüttungen c, d, was im allgemeinen gewährleistet ist, wenn das grobe Korn der Dammschüttungen c, d den sechsfachen Durchmesser des groben Kornes der Dichtung a nicht wesentlich überschreitet.
Zahlenbeispiel <I>für die Innendichtung</I> Das nach einer stetig verlaufenden Körnungs- kennlinie zusammengestellte Mineralkorngemisch hat eine obere Korngrenze von<B>100</B> oder 150 mm Durch messer und eine untere von<B>0,0001</B> mm (Füller). Um zu erreichen, dass die groben, tragenden Körnungen von etwa 50 mm an aufwärts die Verzahnung mit den benachbarten Dammschüttungen c, d bilden, ohne durch deren Hohlräume hindurchgedrückt zu werden, darf das grobe Korn der benachbarten Dammschüttungen c,
d etwa den sechsfachen Durch messer des gröbsten Kornes des Mineralkorngemisches der Dichtung, also einen Korndurchmesser von 600 oder 900 mm nicht wesentlich überschreiten. Die Körnung der groben tragenden Kornfraktion (Korn grösse zwischen 50 mm und 100 oder 150 mm) ist im Mittel grösser als der grösste Hohlraum in den Dammschüttungen c, d. Unter dem Mittel ist dabei 75 oder 100 mm zu verstehen.
Der Einbau der Baustoffmasse der Innendichtung geschieht vorzugsweise in heissem, weichplastischem Zustand. Dadurch wird einerseits eine möglichst voll- kommene Ausfüllung der Hohlräume mit dem Binde mittel und anderseits das unmittelbare gegenseitige Anliegen der tragenden, das Skelett bildenden Kör ner gewährleistet. Diese Baustoffmasse kann, wie auf der Zeichnung dargestellt, an ihrer wasserseitigen Begrenzungsfläche Treppenstufen bilden, auf welche die Dammschüttung d aufgetragen ist. Die Stufen bil den dann mit der wasserseitigen Aufschüttung eine starke Verzahnung, die das Abgleiten der Aufschüt tung auch bei steilen Dichtungsschürzen mit Sicher heit verhindert.