Verfahren zur Herstellung einer wasserdichten Baugrube mit einer unterhalb des anstehenden Grundwasserspiegels befindlichen Sohle Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung einer wasserdichten Baugrube mit einer un terhalb des anstehenden Grundwasserspiegels befind lichen Sohle.
Die Gründung von Bauwerken unterhalb des Grundwasserspiegels in wasserfreier Baugrube erfolgt im allgemeinen im Schutze einer Grundwasserabsen- kung oder offenen Wasserhaltung. Bei sehr schwieri gen Grundwasserverhältnissen bedient man sich der Druckluftgründung und bei sehr grossen Tiefen schliesslich der Gefriergründung. Es sind auch Ver fahren zur Gründung von Bauwerken unterhalb des Grundwasserspiegels in wasserfreier Baugrube ohne Wasserhaltung durch Herstellung einer dichten Umschliessung und einer dichten Baugrubensohle bekannt.
So ist es bereits bekannt, als dichte Baugrubensohle eine Unterwasserbetonsohle her zustellen. Jedoch musste bisher eine solche Sohle, wenn es sich nicht um eine sehr schmale Baugrube handelte, immer als Schwergewichtssohle dimensioniert werden. In einigen Fällen gestatten die anstehenden Bodenarten auch die Herstellung einer wasserfreien Baugrube durch Injizieren des wasser durchlässigen Bodens. Durchgeführte Injektionen mit Chemikalien zur Herstellung einer dichten Baugru- bensohle ergaben aber bisher eine zu geringe mecha nische Festigkeit des injizierten Bodens.
Injizierung durch Zement setzt ausserdem eine grosse und gleich zeitig eine gleichmässige Durchlässigkeit des Bodens voraus, damit das verhältnismässig grobe Zement korn in die Hohlräume des Bodens eindringen kann, ohne dass anderseits das Injektionsgut durch Boden schichten grösserer Durchlässigkeit unkontrolliert ab fliessen kann. Ausserdem ist bei der Herstellung einer wasserdichten Sohle durch Injektionen eine grosse Bodenüberlagerung notwendig, damit der erforder liche Einpressdruck bei der Injektion ausgeübt werden kann.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es ein Ziel der Erfindung, eine dichte Baugrube unterhalb des Grundwasserspiegels herzustellen, ohne dabei eine Grundwasserabsenkung oder Bodeneinfrierungen vor nehmen oder die Grubensohle als Schwergewichts sohle ausführen zu müssen.
Das Verfahren zur Herstellung einer wasserdich ten Baugrube mit einer unterhalb des anstehenden Grundwasserspiegels befindlichen Sohle und inner halb eines durchlässigen Bodenmateriales ist erfin dungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass man zu nächst Teile zur Bildung von dichten Umfassungs- wänden in den Boden einbringt und erst anschliessend den eingeschlossenen Boden aushebt und hierauf An ker im durchlässigen Boden befestigt, mit denen der die Sohle bildende Beton verbunden wird und dass man nach dessen Verfestigung die Baugrube leer pumpt.
Durch das vorliegende Verfahren sollen zweck mässig bei der Herstellung der Baugrube unkontrol lierbare Injektionen zur Herstellung einer dichten Baugrubensohle vermieden und solche Injektionen gegebenenfalls nur zur Ausfüllung von Spalten zwi schen der Sohle der ausgehobenen Grube und der darauf eingebrachten Betonsohle vorgenommen wer den.
Eine auf die Baugrubensohle unter Wasser ein gebrachte Betonsohle, in die die Sohlenanker zur Aufnahme des auf der Betonsohle wirkenden Auf triebes einbinden, verhindert nach Erhärtung des Betons und anschliessendem Leerpumpen des in der Baugrube angesammelten Grundwassers zusammen mit der wasserdichten Umschliessung das Eindringen von weiterem Wasser in die Baugrube, so dass dann die Ausführung der eigentlichen Bauarbeiten in was serfreier Baugrube erfolgen kann.
Soweit nach Leerpumpen der Baugrube durch den dann auftretenden Auftrieb auf die Betonsohle, etwa infolge elastischer Formänderung der Sohlen anker, sich zwischen Beton- und Baugrubensohle ein Spalt bildet, kann dieser durch Injektionen durch die Betonsohle hindurch, vornehmlich mittels Zement milch, geschlossen werden.
Die Sohlenanker können beispielsweise aus Stahl oder Drahtseil bestehen, wobei das untere Ende der Ankerstange mit einer Ankerplatte in Eisen- oder Betonkonstruktion fest verbunden ist. Zweckmässiger weise ragen die Sohlenanker noch aus der einge brachten Unterwasserbetonsohle heraus, so dass sie später auch in den eigentlichen Konstruktionsbeton einbinden. In diesem Falle braucht bei der Dimen- sionierung des Bauwerkes selbst der Wasserauftrieb so weit nicht mehr in Rechnung gesetzt zu werden, als dieser bereits von den Sohlenankern und der Un- terwasserbetonsohle aufgenommen wird.
Zuweilen kann die Unterwasserbetonsohle bereits so ausgeführt werden, dass sie später einen Teil des zu errichtenden Bauwerkes, wie z. B. die Sohle einer Schleuse, eines Docks oder Tunnels bildet. Die Ober fläche des Unterwasserbetons kann auch als Teil der Baugrube ausgebildet werden, d. h. der Konstruk tionsbeton des Bauwerks besteht in seinem unteren Teil aus Beton oder Stahlbeton, der unter Wasser eingebracht wurde und während des Baues gleich zeitig als Schutz gegen Wassereintritt in die Baugrube diente.
Die Einbringung von senkrechten Sohlenankern in der Baugrubensohle und die Einbindung dieser Anker in den Bauwerksbeton zur Aufnahme des Wasserauftriebs ist zwar bekannt, jedoch musste vor Ankereinbringung als Bauhilfsmassnahme zunächst eine wasserfreie Baugrube, beispielsweise durch Grundwasserabsenkung, hergestellt werden. Nach vorliegender Erfindung ist die Einbringung der Soh lenanker unter Wasser jedoch selbst Hilfsbaumass- nahme, die dem Zweck dient, eine wasserfreie Bau grube an Stelle einer Wasserhaltung oder Druck luftgründung herzustellen.
Naturgemäss erfordert die Einbringung der Soh lenanker unter Wasser die Lösung verschiedener Probleme, denn die Anker müssen an ihrem oberen Ende, also unter Wasser, eine Verbindung besitzen, welche vom Arbeitspodium aus nach Einbringen des Ankers gelöst werden kann. Sie wird zweck mässigerweise so kräftig ausgebildet, dass vor Lösung der Verbindung unter Wasser jeder Anker einer kurzen Probebelastung unterworfen werden kann. Bei Stahlankern kann diese Verbindung z. B. aus einer Stahlmuffe mit Gewinde bestehen, wenn die Verbindung des weiter nach oben zur Arbeitsbühne führenden Hilfsgestänges ein gegen Aufdrehen ge sichertes Gewinde besitzt.
Bei Drahtseilankern endet beispielsweise das obere Seilende in einer sogenannten Seilbirne. Die Seilbirne kann in einem sogenannten Fahrstuhl hängen, wie er in der Tiefbohrtechnik be kannt ist. Die Schliessung des Fahrstuhles, d. h. die Herstellung der Verbindung unter Wasser, geschieht zweckmässig durch einen hydraulischen Kolben, wel cher vom Arbeitspodium aus bedient wird, während die Schliessung durch eine in den Fahrstuhl einge baute Feder bei Wegnahme des Pressdruckes erfolgen kann.
Wenn man sich die bekannten Vorteile einer An kerspannung zunutze machen will, müssen die nach der Einbringung der Anker unter Wasser gelösten oberen Enden der Anker wieder mit kräftigen Zug vorrichtungen von über Tage her verbunden und vor dem Betoniervorgang in Vorspannung versetzt wer den können. Bei Stahlankern enthält z. B. das untere Ende des Zuggestänges eine Führungsglocke, mittels derer der Gewindezapfen in die Muffe des oberen Endes des Ankers eingeführt werden kann. Durch geführte Versuche haben ergeben, dass ein grobes konisches Spritzgewinde sich am besten zu diesem Zweck eignet.
Werden jedoch Seilanker verwendet, so kann man beispielsweise die Seilbirne am oberen Ende des Ankers mit einem leichten Seil verbunden lassen, nachdem der Anker versenkt ist. Vor dem Betonie ren der Sohle wird der Anker durch das an die Seil birne angeschlossene Seil von der Arbeitsbühne aus aufgerichtet. Wenn der Seilanker vorgespannt wer den soll, wird eine entsprechend starke Zugvorrich tung mit der Seilbirne unter Wasser verbunden.
Das erfindungsgemässe Gründungsverfahren er setzt nicht nur in vielen Fällen eine viel teurere Druckluftgründung, sondern bietet z. B. auch in den Fällen Vorteile, in welchen die Herstellung einer wasserfreien Baugrube mittels Grundwasserabsen- kung oder offener Wasserhaltung auf Schwierigkeiten stösst. Diese können in der Bodenbeschaffenheit be gründet sein. Ein sehr durchlässiger Boden ergibt insbesondere bei einer tiefen Absenkung grosse zu pumpende Wassermengen, was bei einer langen Bau zeit zu Unwirtschaftlichkeit führt. Häufig sind auch die Platzverhältnisse auf der Baustelle so beengt, dass die Anlage einer Wasserhaltung räumlich kaum möglich ist.
Oft bringt auch eine Wasserhaltung in der näheren und weiteren Umgebung der Baugrube die Gefahr mit sich, dass Bodensetzungen auftreten, wie beispielsweise bei U-Bahn-Bauten im Stadtgebiet.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Unterwasserbetonsohle nach einer oder mehreren Sei ten geneigt sein, wie beispielsweise bei einer Helling. An den Stellen, wo diese geneigte Betonsohle selbst aus dem Grundwasser oder offenem Wasser heraus ragt, erübrigt sich naturgemäss eine dichte Umschlies- sung.
Die Zeichnung zeigt als Beispiel schematisch zwei verschiedene Bauzustände, und zwar zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine mit Grund wasser angefüllte Baugrube, welche nach Herstellung einer dichten Umschliessung unter Wasser ausgehoben wurde. In die Baugrubensohle werden von schwim menden Pontons aus Sohlenanker unter Wasser nach dem Rütteldruckverfahren versenkt.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die gleiche Baugrube. Die Sohlenanker sind fertig eingebracht. Es wird der Betoniervorgang der Betonsohle unter Wasser von den schwimmenden Pontons aus gezeigt.
Fig. 3 zeigt eine Ausbildung einer Hilfseinrich tung für die Ankereinbringung und die Vorspannung unter Wasser, wenn der Ankerschaft aus einer Stahl stange besteht, Fig. 4 eine Ausbildung einer Hilfsvorrichtung für die Ankereinbringung und die Vorspannung unter Wasser, wenn der Ankerschaft aus einem Stahlseil besteht.
In Fig. 1 ist die Baugrube 1 mit dem Grund wasserstand 1 unter Wasser ausgehoben, nachdem zuvor die wasserdichte Baugrubenumschliessung 3 hergestellt wurde. Von schwimmenden Pontons 4 aus werden die Sohlenanker 5 mittels zweier Tiefenrüttler 6 versenkt.
Fig.2 zeigt den Querschnitt der gleichen Bau grube. Die Sohlenanker 5 sind fertig versenkt. Von den schwimmenden Pontons 4 aus geschieht die Ein bringung des Sohlenbetons 7 durch den Einfülltrich- ter 8 und die Rohrleitung 9. Aus der unter Wasser eingebrachten Betonsohle 7 ragen die oberen Enden 10 der Sohlenanker 5 zwecks Verbindung mit dem später nach Leerpumpen der Baugrube einzubringen den Bauwerksbeton heraus.
Fig.3 zeigt den Stahlanker 5 mit den beiden Betonankerplatten 11. Der konische Gewindezapfen 12 am oberen Ende des Stahlankers kann unter Wasser von der Arbeitsbühne aus gelöst werden. Eine etwaige Gewindeverbindung 13 des Gestänges 14 ist gegen Verdrehen gesichert. Am unteren Ende des Gestänges 14 befindet sich die Gewindemuffe 15 mit konischem Spitzgewinde. An die Gewindemuffe 15 ist die Glocke 16 befestigt, die zur etwaigen Wiederherstellung der Verbindung unter Wasser dient, wie beispielsweise beim späteren Vorspannen der Anker.
Fig. 4 zeigt das Stahlseil 17 mit den beiden Be- tonankerplatten 11. Am oberen Ende des Stahlseiles befindet sich die Seilbirne 18. An der Seilbirne 18 ist ein Hilfsseil 19 befestigt. Mit diesem Hilfsseil 19 wird vor dem Betonieren unter Wasser der Seilanker 17 aufgerichtet. Die Seilbirne 18 hängt während sei ner Einbringung und seiner eventuellen Vorspannung in einem Fahrstuhl 20.
Der Fahrstuhl 20 kann unter Wasser von der Arbeitsbühne aus geschlossen wer den mit Hilfe einer eingebauten kleinen hydraulischen Presse mit Kolben 21 und dem Pressschlauch 22. Durch Wegnahme des Druckes wird der Fahrstuhl 20 durch die eingebaute Feder 23 wieder geöffnet. Soll der Seilanker 17 vorgespannt werden, kann das Hilfs seil 19 als Leitseil dienen, um den Fahrstuhl 20 mit dem Gestänge 24 unter Wasser genau über die Seilbirne 18 zu führen.
Method for making a watertight excavation with a floor below the existing water table This invention relates to a method for making a watertight construction pit with a floor below the existing water table.
The foundation of structures below the groundwater level in an anhydrous excavation is generally carried out under the protection of a groundwater lowering or open dewatering. In the case of very difficult groundwater conditions, compressed air foundations are used, and at very great depths, freeze foundations are used. There are also known methods of founding structures below the water table in an anhydrous excavation pit without dewatering by producing a tight enclosure and a tight excavation bottom.
It is already known to produce an underwater concrete base as a dense excavation base. However, until now such a base always had to be dimensioned as a heavyweight base, unless it was a very narrow excavation pit. In some cases the existing soil types also allow the creation of a water-free excavation by injecting the water-permeable soil. Injections carried out with chemicals for the production of a dense construction pit base have so far resulted in insufficient mechanical strength of the injected soil.
Injection through cement also requires a high and at the same time uniform permeability of the soil so that the relatively coarse cement grain can penetrate into the cavities of the soil without, on the other hand, the injected material being able to flow off uncontrollably through soil layers of greater permeability. In addition, when making a waterproof sole through injections, a large amount of floor overlay is necessary so that the required pressure can be applied during the injection.
To avoid these disadvantages, it is an object of the invention to produce a tight excavation below the water table without having to lower the ground water or freeze the ground or have to run the bottom of the pit as a heavyweight sole.
The method for producing a watertight excavation pit with a floor below the existing water table and inside a permeable soil material is characterized according to the invention in that parts for the formation of tight enclosing walls are first introduced into the soil and only then the enclosed soil excavates and then anchors attached to the permeable soil, with which the concrete forming the bottom is connected and that the excavation pit is emptied after it has solidified.
The present method should expediently avoid uncontrollable injections for the production of a dense excavation base during the production of the excavation pit and such injections may only be made to fill gaps between the base of the excavated pit and the concrete base placed on it.
A concrete base placed under water on the base of the construction pit, in which the base anchors are incorporated to absorb the uplift acting on the concrete base, prevents further water from penetrating after the concrete has hardened and the groundwater collected in the construction pit has been pumped out, together with the watertight enclosure the construction pit, so that the actual construction work can then be carried out in what is free of the construction pit.
If, after the excavation is pumped out, a gap forms between the concrete and excavation base due to the buoyancy that then occurs on the concrete base, for example as a result of elastic deformation of the base anchors, this gap can be closed by injections through the concrete base, primarily with cement milk.
The sole anchors can consist of steel or wire rope, for example, with the lower end of the anchor rod being firmly connected to an anchor plate in an iron or concrete structure. The base anchors expediently protrude from the underwater concrete base so that they are later integrated into the actual structural concrete. In this case, when dimensioning the structure itself, the water buoyancy need not be taken into account to the extent that it is already absorbed by the base anchors and the underwater concrete base.
Sometimes the underwater concrete floor can already be designed so that it will later be part of the structure to be constructed, such as B. forms the bottom of a lock, a dock or tunnel. The upper surface of the underwater concrete can also be formed as part of the construction pit, i.e. H. The lower part of the construction concrete of the structure consists of concrete or reinforced concrete that was placed under water and at the same time served as protection against water ingress into the excavation pit during construction.
The introduction of vertical base anchors in the base of the construction pit and the integration of these anchors into the structural concrete to absorb the water buoyancy is known, but as an auxiliary construction measure, a water-free construction pit had to be created, for example by lowering the groundwater, before the anchors were installed. According to the present invention, the introduction of the sole anchor under water is itself an auxiliary construction measure, which serves the purpose of creating a water-free construction pit instead of a dewatering or pressurized air foundation.
Naturally, the introduction of the sole anchor under water requires the solution of various problems, because the anchors must have a connection at their upper end, i.e. under water, which can be released from the work platform after the anchor has been introduced. It is expediently made so strong that each anchor can be subjected to a brief test load before the connection under water is released. In the case of steel anchors, this connection can e.g. B. consist of a threaded steel sleeve if the connection of the auxiliary rods leading up to the work platform has a thread secured against turning ge.
With wire rope anchors, for example, the upper end of the rope ends in a so-called rope pear. The rope pear can hang in a so-called elevator, as it is known in deep drilling technology. The closure of the elevator, d. H. the connection under water is conveniently done by a hydraulic piston, wel cher is operated from the work platform, while the closing can be done by a built-in spring in the elevator when the pressure is removed.
If you want to take advantage of the well-known advantages of an anchor tension, the upper ends of the anchor loosened after the anchor is inserted under water must be connected again with powerful pulling devices from above days and put in bias before the concreting process who can. For steel anchors z. B. the lower end of the pull rod a guide bell by means of which the threaded pin can be inserted into the sleeve of the upper end of the anchor. Conducted tests have shown that a coarse conical injection thread is best suited for this purpose.
However, if rope anchors are used, the rope pear at the top of the anchor can be left connected to a light rope after the anchor has been sunk. Before the bottom is concreted, the anchor is raised from the working platform using the rope connected to the rope pear. If the rope anchor is to be pre-tensioned, a correspondingly strong pulling device is connected to the rope pear under water.
The foundation method according to the invention it not only sets in many cases a much more expensive compressed air foundation, but also offers z. B. Advantages also in cases in which the creation of a water-free excavation pit by means of lowering the groundwater or open dewatering encounters difficulties. These can be due to the nature of the soil. A very permeable soil results in large amounts of water to be pumped, especially in the case of a deep subsidence, which leads to inefficiency in a long construction period. Often the space on the construction site is so cramped that it is hardly possible to install a water drainage system.
Dewatering in the near and far surroundings of the excavation often also brings with it the risk of subsidence, for example in the case of underground railway structures in urban areas.
In the proposed method, the underwater concrete floor can be inclined after one or more Be th, such as a slipway. At the points where this inclined concrete base protrudes from the groundwater or open water, a tight enclosure is naturally not necessary.
The drawing shows, as an example, schematically two different stages of construction, namely FIG. 1 shows a cross section through a construction pit filled with ground water, which was dug under water after a tight enclosure had been produced. Floating pontoons made of base anchors are sunk under water into the base of the excavation using the vibration pressure method.
Fig. 2 shows a cross section through the same construction pit. The sole anchors are already installed. The process of concreting the concrete base under water from the floating pontoons is shown.
Fig. 3 shows an embodiment of an auxiliary device for the anchor introduction and bias under water when the anchor shaft consists of a steel rod, Fig. 4 shows an embodiment of an auxiliary device for the anchor introduction and the bias under water when the anchor shaft consists of a steel cable .
In Fig. 1, the construction pit 1 with the ground water level 1 is excavated under water after the waterproof construction pit enclosure 3 was previously made. The sole anchors 5 are sunk from floating pontoons 4 by means of two depth vibrators 6.
Fig.2 shows the cross section of the same construction pit. The sole anchors 5 are completely sunk. From the floating pontoons 4, the concrete base 7 is introduced through the filling funnel 8 and the pipeline 9. The upper ends 10 of the base anchors 5 protrude from the concrete base 7 introduced under water for the purpose of connecting to the excavation pit to be introduced later after pumping out Structural concrete out.
3 shows the steel anchor 5 with the two concrete anchor plates 11. The conical threaded pin 12 at the upper end of the steel anchor can be released from the work platform under water. Any threaded connection 13 of the rod 14 is secured against rotation. At the lower end of the rod 14 is the threaded sleeve 15 with a conical point thread. The bell 16 is attached to the threaded sleeve 15 and is used to restore the connection under water, for example when the anchor is later tensioned.
4 shows the steel cable 17 with the two concrete anchor plates 11. The cable pear 18 is located at the upper end of the steel cable. An auxiliary cable 19 is attached to the cable pear 18. With this auxiliary rope 19, the rope anchor 17 is erected before concreting underwater. The cable pear 18 hangs in an elevator 20 during its introduction and its possible pretensioning.
The elevator 20 can be closed under water from the work platform with the help of a built-in small hydraulic press with piston 21 and the press hose 22. By removing the pressure, the elevator 20 is opened again by the built-in spring 23. If the rope anchor 17 is to be pre-tensioned, the auxiliary rope 19 can serve as a guide rope to guide the elevator 20 with the linkage 24 under water exactly over the cable pear 18.