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.
Water dam with inner seal To seal dams or the water-permeable subsoil of water dams, inner seals in the form of narrow sealing aprons are installed in the dam or in the subsoil, which cover the entire cross-section to be sealed, e.g. B. rich the cross section of a valley trough. The requirements that must be placed on such sealing aprons are very great; because the sealing aprons must, in addition to their actual task, namely sealing, withstand inevitable ground movements without becoming leaky.
In addition to the conventional sealing aprons made of cement-concrete, which are very sensitive to floor movements and must therefore have large wall thicknesses, sealing aprons made of plastic building materials, in particular watertight clay or loam, are used. The installation of such clay aprons causes considerable difficulties. The aprons made of clay or loam tend to get silted up when they come into contact with water. They would therefore be pressed into the mostly coarse spaces between the adjacent embankment by the one-sided pressure of the dammed water, by their own weight and the weight of the embankment, and thereby lose their sealing connection.
Leaks would be flushed out by the flowing water and expanded in an inadmissible manner. It is therefore necessary to install so-called filter layers made of fine-grained minerals between the embankment and the sealing apron, which are able to hold the fine-grained clay in their pores. Such filter layers are expensive and also do not offer a complete guarantee of the tightness of the clay apron. The fine-grained filter layer forms an ideal sliding surface on which the clay mass of the apron can slide downwards. There is therefore a risk that horizontal cracks will occur as a result of the apron sliding off in part.
Finally, it is known that the water-side embankment of dams with a dense film of bituminous materials, such. B. to cover mastic or asphalt and to protect this film against mechanical stresses by a rock embankment. The plastic bitumen film, however, also requires a fine-pored base in order to avoid that it is pressed into the coarse interim spaces of the embankment by the water pressure and thereby destroyed. The fine-pored base in turn favors the sliding of the film and thus the formation of horizontal cracks.
The water retaining structure with inner seal according to the invention is characterized in that the inner seal consists of a mineral grain mixture that is bound by a bituminous binder and built up according to an essentially steady grain characteristic curve with a broad grain distribution, the grain size of the coarse,
The bearing grain fraction is larger on average than the largest hollow space in the adjacent embankment and the proportion of binding agent is approximately equal to the hollow space volume of the mineral grain mixture.
The mineral grain mixture of the inner seal of the water dam according to the invention should make it possible for a load-bearing skeleton to be formed in association with the adjacent embankment, which can directly absorb and transmit all forces occurring in the dam. This skeleton is supposed to prevent the carrying grain from pushing into the cavities of the embankment. Rather, it should enable intimate interlocking with the grain of the embankment, which can prevent mutual sliding.
This means that the plastic binding agent can be relieved of any forces within the skeleton. Its only task is to completely fill the cavities and to adhere so firmly to the skeleton that it cannot be pushed out by the pressure of the dammed water. The finer filler grain of the mineral grain mixture should make it possible that the voids between the supporting coarse grain fraction and thus the amount of binding agent required for perfect sealing can be reduced.
The plasticity of the binding agent should make it possible to design the plasticity of the entire sealing apron so that the sealing apron can yield to movements in the ground without leaking. As a result of the plasticity of the binding agent, the weight of the sealing apron should be able to prevent the occurrence of tensile stresses in its association, whereby the plastic binding agent can act self-sealing under the pressure of its own weight.
In order to ensure that the binding agent fills the cavities of the mineral skeleton of the sealing skirt as well as possible, the latter can be in a hot, soft-plastic state when the building material mixture of mineral grain mixture and binding agent is introduced.
The invention is to be explained in more detail, for example, using the accompanying drawings. Since show: Fig. 1 the dam with a schematic presen- tation of the interaction of pressure head, specific weight and side pressure of the plastic building material of the inner seal and Fig. 2 shows a section A from the dam according to FIG. 1, the arrangement and structure of the inner seal can be seen, which is inclined less in FIG. 2 than in FIG. 1.
In detail, Fig. 1 shows how the plastic building material of the inner seal a under its own weight exerts lateral compressive forces s on the neighboring embankments d, c, the analogy to the hydrostatic pressure of a liquid in a vessel being clear: Fig. 1 shows the outer boundary lines c 'and <I> d' </I> of the embankment embankments <I> d </I> and c, where d has a slope of 1: 1.4, c 'a slope of 1: 1, 3 has. The inclination of the embankments can of course also run flatter than in Fig. 1 interpreted.
While in the case of the embankment embankment <I> d </I> on the water side, the hydrostatic side pressure acting on the outer boundary surface <I> (d ') </I> in kgjcm2 is exactly the same as the weight of the associated liquid column <I> H - y (H = </I> static pressure level, <I> y </I> - specific weight), with the plastic building material of the inner seal a, the side pressure s is only a fraction of its own weight, because in the building material a part of the through the forces caused by its own weight are consumed.
The side pressure s of the building material can arbitrarily be changed within wide limits by selecting the grain size curve of the mineral grain mixture and thus the associated binder volume, the composition of the binder and the surface properties of the mineral grains (rounded or sharp-edged). The peaks of the side forces lie on the lines L1, L ", which the surfaces F1, F." limit outside.
Two methods are used to determine the side pressure in the plastic building material of the inner seal: a) The building material is pressurized by a hydraulically loaded pressure piston in a thin-walled steel cylinder consisting of many short, elastically connected sections, with the measurable tensions in the cylinder the walls give the size of the side pressure (hollow cylinder method).
b) The resting pressure test defined in the floor mechanics, which gives the resting pressure value corresponding to the side pressure.
Method a), however, results in lower side pressures of the same building material than method b), because in the case of the former, the influence of the friction between the building material and the adjacent support body is switched off by the axially movable sections of the steel cylinder.
In the example, the plasticity of the building material dimensions is now adjusted by selecting the grain size characteristic of the mineral grain mixture, the composition of the binding agent and the surface quality (rounded or sharp-edged) of the mineral grains so that the side pressure caused by the weight of the mass is measured according to method a)
<I> H - y </I> (where y = specific weight of the building material) is less than 25% of the vertical compressive forces caused by the building material mass, or
measured according to method b) corresponds to a resting pressure value of less than 60 to 70%. Such a building material has enough plasticity to follow the movement of the embankment without cracking and only exerts such low side forces on the adjacent embankment that it can neither be pressed into it nor buckle the embankment.
In Figure 2 is a section through the seal and bed is shown. The inner seal or sealing apron a is applied, beginning at the foot of the dam, to the hole b of the previously constructed embankment c, which absorbs the pressure of the dammed water, and is covered on the water side by the protective and burdening embankment d.
As can be seen in Fig. 2, the sealing skirt consists of .ein void-poor mixture of mineral grains, the coarse grain fraction of which forms a self-supporting skeleton that interlocks with the grain of the embankments c, d, the cavities of which are made up of the finer filler grain and a pla tical binder, preferably a bitumi nosen, such. B. Mastic, asphalt or pure Bitu men, are completely filled. The proportion of binding agent is approximately equal to the void volume of the mineral grain mixture.
The mineral grain mixture, which corresponds to these conditions, is composed according to an essentially steadily ver running grain characteristic with a broad grain distribution. As is well known, the grain size curve is created by plotting the percentages of the grain size (ordinate) over the grain sizes (abscissa). It must not have any major discontinuities, e.g.
B. due to the lack of a larger number of grain sizes and must have as great a difference as possible between the coarsest and the finest grain, so have a given upper grain limit as far as possible extending to zero lower grain boundary.
In order to achieve a good interlocking of the coarse grain fraction with the grain of the embankment embankments c, d, the grain size of the coarse, bearing grain fraction is on average larger than the largest cavity of the adjacent embankment embankments c, d, which is generally guaranteed if that coarse grain of the embankment beds c, d does not significantly exceed six times the diameter of the coarse grain of the seal a.
Numerical example <I> for the inner seal </I> The mineral grain mixture compiled according to a steadily running grain size curve has an upper grain limit of <B> 100 </B> or 150 mm diameter and a lower one of <B> 0.0001 < / B> mm (filler). In order to ensure that the coarse, load-bearing grains from about 50 mm upwards form the interlocking with the neighboring embankment beds c, d without being pushed through their cavities, the coarse grain of the neighboring embankment beds c,
d approximately six times the diameter of the coarsest grain of the mineral grain mixture in the seal, i.e. not significantly exceeding a grain diameter of 600 or 900 mm. The grain size of the coarse load-bearing grain fraction (grain size between 50 mm and 100 or 150 mm) is on average larger than the largest cavity in the embankment beds c, d. The mean is to be understood as 75 or 100 mm.
The installation of the building material for the inner seal is preferably done in a hot, soft, plastic state. This ensures, on the one hand, that the cavities are filled as completely as possible with the binding agent and, on the other hand, the direct mutual contact of the supporting grains forming the skeleton is ensured. This building material can, as shown in the drawing, form steps on its water-side boundary surface, onto which the embankment bed d is applied. The steps then form a strong interlocking with the embankment on the water side, which reliably prevents the embankment from sliding off, even with steep sealing aprons.