BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Baugruben- oder Böschungsabschluss nach Anspruch 9.
Ein solches Verfahren dient insbesondere zur Sicherung von Baugruben oder Böschungen gegen Abrutschen oder Einstürzen des Erdbodens. Als Baugruben- oder Böschungsabschluss diente beispielsweise eine als Schwergewichtsmauer bekannte Abstützung, welche zwar in bezug auf Stabilität hohe Anforderungen erfüllt, jedoch auch mit hohen Kosten verbunden ist. Ferner ist eine Nagelwand bekannt, bei der in den Erdboden eingetriebene lange Nägel als Verankerungselemente zum Halten der üblicherweise aus Platten bestehenden Oberflächenverkleidung dienen. Ein solcher Baugruben- oder Böschungsabschluss ist zwar relativ kostengünstig, lässt sich jedoch nicht bei vorhandenem Grundwasser anwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abstützen des Erdbodens in Baugruben oder an Böschungen anzugeben, welches vor oder während des Aushubes der Baugrube begonnen werden kann, auch bei vorhandenem Grundwasserspiegel.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemässe Verfahren gewährleistet nicht nur eine hohe Stabilität der Abstützung, sondern es lässt sich insbesondere auch in unmittelbarer Nähe bereits bestehender Bauwerke anwenden, ohne diese zu gefährden, da es nicht erforderlich ist, vor dem Erstellen der Abstützung Erdreich zu entfernen. Die durch das Verfahren erzielbare Festigkeit des Erdbodens im Bereich der Abstützung erstreckt sich über den Umfang der einzelnen Verankerungselemente hinaus und bezieht sich bei an die Bodenbeschaffenheit angepasster Bemessung auf den gesamten Bereich der Verankerungselemente, welche zusammen mit dem zwischen ihnen liegenden Erdreich einen kohärenten Baugrundkörper bilden können.
Das Verfahren zum Abstützen lässt sich auch bei bereits bestehenden Oberflächenverkleidungen anwenden, indem die Bohrlöcher durch die Oberflächenverkleidungen hindurch eingetrieben und anschliessend die Verankerungselemente erstellt werden. Auch kostenmässig betrachtet, ist das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise erheblich günstiger als die Erstellung einer Schwergewichtsmauer, obwohl mit dem angegebenen Verfahren gleiche Stabilitätsbedingungen wie mit einer Schwergewichtsmauer erfüllt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 5 lässt sich der Baugruben- oder Böschungsabschluss auch gegen Grundwasser abdichtend erstellen.
Nachfolgend werden nach einer Einleitung zum Stand der Technik Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung im Schnitt durch den Erdboden beim Eintreiben eines Bohrloches,
Fig. 2 eine schematische Darstellung beim Beginn des Einspritzens eines erhärtenden Materials in das Bohrloch,
Fig. 3 eine schematische Darstellung bei Beendigung des Einspritzens und fertiggestelltem Verankerungselement,
Fig. 4 das Erstellen der Verankerungselemente jeweils nach etappenweisem Aushub einer Baugrube,
Fig. 5 das Erstellen der Verankerungselemente jeweils vor etappenweisem Aushub einer Baugrube und
Fig. 6 Erstellen der Verankerungselemente nach dem Erstellen einer Stützwand.
Die Fig. 1 zeigt schematisch das Eintreiben eines Bohrloches 10 in den Erdboden 12 mittels eines Bohrgestänges 14.
In der Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wie nach Beendigung des Eintreibvorganges durch das Bohrgestänge 14 ein erhärtendes Material, beispielsweise eine Zementsuspension, durch radial am unteren Ende des Bohrgestänges angeordnete Düsen 16 unter sehr hohem Druck in das Bohrloch 10 und damit in den Erdboden 12 eingespritzt wird. Das unter sehr hohem Druck durch die Spritzdüsen 16 austretende Bindemittelgemisch schneidet den Boden entzwei, zerstört damit seine ursprüngliche mechanische Festigkeit, mischt ihn und, indem ihm das Injektionsgut eine neue Struktur gibt, zementiert es ihn. Der Aktionsradius des Spritzgutes ergibt sich aus dem Injektionsdruck, der Injektionszeit und der Scherfestigkeit des Bodens. Während dieses Vorganges wird das Bohrgestänge unter Drehung aus dem Bohrloch 10 zurückgezogen.
Dabei wird durch die Mischung des Injektionsgutes mit dem Erdreich ein etwa zylinderförmiger Körper 18 gebildet.
Fig. 3 zeigt das nahezu aus dem Erdboden 12 herausgezogene Bohrgestänge 14 bei fertig gebildetem Körper 18. Die Zufuhr des Injektionsgutes wird in dieser Stellung unterbrochen und das Bohrgestänge vollständig aus dem Erdboden 12 zurückgezogen. Die Spritzdüsen 16 sind in unmittelbarer Nähe des nicht dargestellten Bohrkopfes am Ende des Bohrgestänges 14 angeordnet. In der Fig. 4a ist die erste Etappe beim Erstellen von Verankerungselementen 20 im Erdboden 12 in einer von der Lotrechten abweichenden Richtung dargestellt. Die Verankerungselemente 20 werden nach dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Verfahren gebildet. In der ersten Etappe gemäss Fig. 4a wird die an den Erdboden 12 angrenzende Baugrube bis zu einer mit 21 bezeichneten Tiefe ausgehoben und die Oberfläche mit einer Oberflächenverkleidung 22, beispielsweise mit armiertem Spritz- oder Ortsbeton gesichert.
Die Oberflächenverkleidung 22 kann jedoch auch aus Platten bestehen. Nach der Sicherung durch die Oberflächenverkleidung 22 wird das Verankerungselement 20 erstellt. Danach wird gemäss Fig. 4b die Baugrube in der zweiten Etappe bis zu einer Tiefe 23 ausgehoben, die Oberflächenverkleidung 22 nach unten erweitert und das nächste Verankerungselement 20 erstellt.
In der Fig. 4c ist anstelle einer vertikalen eine geneigte Baugrubenwand nach Fertigstellung der dritten Etappe bis zu einer Tiefe 25 der Baugrube dargestellt. Aus der Fig. 4d ist die Anordnung der Verankerungselemente 20 von der Baugrube aus gesehen dargestellt. Gemäss Fig. 4d besteht die Oberflächenverkleidung 22 aus rechteckigen Platten. Vorzugsweise wird für die Oberflächenverkleidung 22 jedoch armierter Spritzbeton oder armierter Ortsbeton verwendet.
Als Variante zur Fig. 4 zeigt die Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Verankerungselemente 20 vor dem Aushub der Baugrube erstellt werden. Bei einem solchen Verfahren wird eine Entlastung des Erdbodens beim Aushub der Baugrube verhindert. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich in unmittelbarer Nähe der zu erstellenden Baugrube bereits bestehende Bauwerke befinden, welche nicht gefährdet werden dürfen.
Aus der Fig. 5a ist ersichtlich, dass die oberste Reihe der Verankerungselemente 20 von der Geländeoberfläche 24 aus erstellt wird. Dabei wird das als Injektionsgut dienende erhärtende Material aus einer vom Bohrlochende ausgemessenen Länge 26 eingespritzt. Erst nach Fertigstellung der obersten Reihe der Verankerungselemente 20 wird die Bau grube in der ersten Etappe bis zur Tiefe 21 ausgehoben und gemäss Fig. 5b wird die Oberfläche des ausgehobenen Abschnittes mit der Oberflächenverkleidung 22 versehen.
Danach wird die darunterliegende Reihe von Verankerungselementen 20 vom derzeitigen Grund der Baugrube bei der Tiefe 21 aus erstellt. Gemäss Fig. 5c wird das Erstellen der Verankerungselemente 20, das Anbringen der Oberflächenverkleidung 22 und der Aushub der Baugrube im gleichen Sinn wie vorstehend beschrieben fortgesetzt.
Im Gegensatz zum dargestellten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 ist es auch möglich, sämtliche untereinander liegende Reihen von Verankerungselementen 20 von der Geländeoberfläche 24 aus ohne etappenweisen Aushub der Baugrube zu erstellen. Dabei müssen zwar längere Bohrlöcher eingetrieben werden, jedoch ist ein solches Vorgehen mit dem Vorteil verbunden, dass der Aushub der Baugrube erst dann beginnt, wenn der die zukünftige Baugrube umgebende Bodenbereich bereits verfestigt ist.
Wie bereits erwähnt, richtet sich der Durchmesser der Verankerungselemente 20 nach dem Aktionsradius des Spritzgutes, welcher sich aus dem Injektionsdruck, der Injektionszeit und der Scherfestigkeit des Bodens ergibt. Der Injektionsdruck wird durch eine spezielle Hochdruckpumpe erzeugt und kann je nach Erfordernis zwischen 150 und 800 bar variieren. Die Injektionszeit wird durch die Rückzugsund Rotationsgeschwindigkeit des Bohrgestänges 14 festgelegt.
Obwohl zwischen den einzelnen Verankerungselementen 20 ein vom Erdreich gebildeter Zwischenraum besteht, hat die Erfahrung gezeigt, dass der Erdboden in einem weiteren Umkreis um die Verankerungselemente herum verfestigt wird. Durch diese, zwischen den Verankerungselementen 20 erzielte Verfestigung des Erdbodens kann dieser zusammen mit den Verankerungselementen einen kohärenten Körper bilden, welcher eine ausserordentliche Festigkeit des Baugrubenabschlusses gewährleistet. Zur Erreichung dieses Zieles kann der Abstand der Verankerungselemente 20 voneinander in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit variiert werden.
Obwohl sich die dargestellten Ausführungsbeispiele auf eine Baugrube beziehen, lässt sich nach dem gleichen Verfahren auch ein Böschungsabschluss herstellen. Im allgemeinen ist ein solcher Baugruben- oder Böschungsabschluss dann erforderlich, wenn der verlangte Abschlusswinkel eine grössere Steilheit als der natürliche Böschungswinkel aufweisen soll, welcher von der Materialbeschaffenheit des Erdbodens abhängig ist.
Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem vor der Erstellung der Verankerungselemente und vor dem Aushub der Baugrube eine Stützwand 28 errichtet wird. Die Stützwand 28 besteht aus aneinandergereihten vertikalen Säulen, welche nach dem gleichen Prinzip wie die Verankerungselemente 20 erstellt werden. Diese Säulen bzw.
zylinderförmigen Elemente können aneinander angrenzend oder sich überlappend als Abschlusswand gegen Grundwasser erstellt werden.
Nach Fertigstellung der Abschlusswand gemäss Fig. 6a werden durch diese hindurch die Verankerungselemente 20 gemäss den Figuren 6b und 6c erstellt. Dabei kann der Aushub der Baugrube und das Erstellen der folgenden Reihen von Verankerungselementen wie vorstehend beschrieben, etappenweise erfolgen. Auch wenn die Säulen der Stützwand 28 unmittelbar aneinander grenzen, werden die Verankerungselemente 20 etwa gemäss Fig. 4d in einem grösseren horizontalen Abstand voneinander angeordnet.
Auch auf der Stützwand 28 lässt sich eine Oberflächenver kleidung 22 anbringen. Diese Oberflächenverkleidung kann den Zusammenhalt der einzelnen Säulen der Stützwand 28 erhöhen und darüber hinaus auch als zusätzliche Abdichtung gegen Grundwasser dienen. Als Oberflächenverkleidung 22 können auch Verankerungsplatten verwendet werden, welche ihrerseits mit den Verankerungselementen 20 zu verankern sind.
Die Verankerungselemente 20 können beispielsweise mit zentralen Armierungsstäben 30 gemäss den Figuren 5a und 5b versehen sein. Gemäss den Figuren 5b und 5c können als Oberflächenverkleidung 22 dienende Platten mittels der Armierung 30 an den Verankerungselementen 20 verankert sein.
Als erhärtendes Material zur Bildung der Verankerungselemente kann anstelle einer Zementsuspension auch ein anderes geeignetes Material, beispielsweise Kunstharz, als Injektionsgut in die Bohrlöcher eingespritzt werden.
In Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten und von der Bodenbeschaffenheit sowie von der Neigung kann die Oberflächenverkleidung 22 entweder vor dem Erstellen der Verankerungselemente 20 oder auch erst danach aufgebracht werden. Im allgemeinen dient die Oberflächenverkleidung 22 nicht zum Abstützen in vertikaler Richtung, sondern beispielsweise zur Vermeidung des Abbröckelns von Erdreich sowie zur Erzielung einer sauberen Oberfläche. Die Menge des zum Bilden der erfindungsgemässen Verankerungselemente benötigten Materials ist relativ gering, da die Verankerungselemente zum grossen Teil aus dem bereits im Erdboden vorhandenen Material gebildet werden. Je nach Bodenbeschaffenheit und der zu erzielenden Stabilität kann die Länge der Verankerungselemente bestimmt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet dem Fachmann die Möglichkeit, einen kostengünstigen und trotzdem allen Ansprüchen gerecht werdenden Baugruben- oder Böschungsabschluss herzustellen.
DESCRIPTION
The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a construction pit or embankment closure according to claim 9.
Such a method is used in particular to secure construction pits or embankments against slipping or collapsing on the ground. The end of the excavation or embankment, for example, was a support known as a heavyweight wall, which, although it meets high requirements in terms of stability, is also associated with high costs. Furthermore, a nail wall is known in which long nails driven into the ground serve as anchoring elements for holding the surface cladding, which usually consists of plates. Such an excavation pit or embankment closure is relatively inexpensive, but cannot be used with existing groundwater.
The invention is based on the object of specifying a method for supporting the ground in construction pits or on embankments which can be started before or during the excavation of the construction pit, even if the groundwater table is present.
The object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.
The method according to the invention not only ensures a high stability of the support, but it can in particular also be used in the immediate vicinity of already existing structures without endangering them, since it is not necessary to remove soil before the support is created. The strength of the soil in the area of the support that can be achieved by the method extends beyond the circumference of the individual anchoring elements and, when dimensioned to suit the nature of the soil, relates to the entire area of the anchoring elements, which together with the soil between them can form a coherent building structure .
The method of support can also be applied to existing surface cladding by driving the drill holes through the surface cladding and then creating the anchoring elements. From a cost perspective too, the method according to the invention is, for example, considerably cheaper than the construction of a heavyweight wall, although the same stability conditions as with a heavyweight wall can be met with the specified method.
In a preferred embodiment according to claim 5, the construction pit or embankment closure can also be sealed against groundwater.
Following an introduction to the prior art, exemplary embodiments are explained below with reference to the drawing. It shows:
1 is a schematic representation in section through the ground when driving a borehole,
2 shows a schematic illustration at the start of the injection of a hardening material into the borehole,
3 shows a schematic illustration when the injection has ended and the anchoring element has been completed,
4 the creation of the anchoring elements in each case after gradual excavation of an excavation pit,
5 the creation of the anchoring elements in each case before the excavation of a construction pit in stages and
Fig. 6 Creation of the anchoring elements after the creation of a retaining wall.
1 schematically shows the driving of a borehole 10 into the ground 12 by means of a drill pipe 14.
2 schematically shows how, after completion of the driving process through the drill pipe 14, a hardening material, for example a cement suspension, through nozzles 16 arranged radially at the lower end of the drill pipe under very high pressure into the borehole 10 and thus into the ground 12 is injected. The binder mixture emerging under very high pressure through the spray nozzles 16 cuts the soil in two, thereby destroying its original mechanical strength, mixing it and, by giving the injection material a new structure, cementing it. The radius of action of the sprayed material results from the injection pressure, the injection time and the shear strength of the soil. During this process, the drill string is withdrawn from the borehole 10 while rotating.
An approximately cylindrical body 18 is formed by the mixture of the injection material with the soil.
FIG. 3 shows the drill pipe 14 almost pulled out of the ground 12 with the body 18 completely formed. The supply of the injection material is interrupted in this position and the drill pipe is completely withdrawn from the ground 12. The spray nozzles 16 are arranged in the immediate vicinity of the drill head, not shown, at the end of the drill string 14. 4a shows the first stage in the creation of anchoring elements 20 in the ground 12 in a direction deviating from the vertical. The anchoring elements 20 are formed by the method shown in FIGS. 1 to 3. In the first stage according to FIG. 4a, the construction pit adjacent to the ground 12 is excavated to a depth designated by 21 and the surface is secured with a surface cladding 22, for example with reinforced shotcrete or in-situ concrete.
However, the surface covering 22 can also consist of plates. After securing by the surface covering 22, the anchoring element 20 is created. According to FIG. 4b, the construction pit is excavated to a depth 23 in the second stage, the surface cladding 22 is expanded downward and the next anchoring element 20 is created.
4c, instead of a vertical one, an inclined excavation wall is shown after completion of the third stage up to a depth 25 of the excavation pit. 4d shows the arrangement of the anchoring elements 20 as seen from the excavation pit. 4d, the surface cladding 22 consists of rectangular plates. However, reinforced shotcrete or reinforced in-situ concrete is preferably used for the surface cladding 22.
As a variant of FIG. 4, FIG. 5 shows an embodiment in which the anchoring elements 20 are created before the excavation pit is excavated. Such a method prevents the soil from being relieved when the excavation pit is excavated. This method variant is particularly advantageous if there are already existing structures in the immediate vicinity of the construction pit to be created, which structures must not be endangered.
It can be seen from FIG. 5 a that the top row of the anchoring elements 20 is created from the terrain surface 24. The hardening material serving as injection material is injected from a length 26 measured from the end of the borehole. Only after completion of the top row of anchoring elements 20 is the construction pit excavated to depth 21 in the first stage and, according to FIG. 5b, the surface of the excavated section is provided with surface cladding 22.
Then the underlying row of anchoring elements 20 is created from the current base of the construction pit at depth 21. 5c, the creation of the anchoring elements 20, the attachment of the surface cladding 22 and the excavation of the construction pit are continued in the same sense as described above.
In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 5, it is also possible to create all rows of anchoring elements 20 lying one below the other from the surface 24 without excavating the excavation pit in stages. Although longer holes have to be drilled, such a procedure has the advantage that excavation of the excavation pit only begins when the soil area surrounding the future excavation pit has already been solidified.
As already mentioned, the diameter of the anchoring elements 20 depends on the radius of action of the sprayed material, which results from the injection pressure, the injection time and the shear strength of the soil. The injection pressure is generated by a special high pressure pump and can vary between 150 and 800 bar depending on the requirements. The injection time is determined by the rate of withdrawal and rotation of the drill string 14.
Although there is a space formed by the ground between the individual anchoring elements 20, experience has shown that the ground is consolidated in a wider area around the anchoring elements. As a result of this solidification of the ground between the anchoring elements 20, this can form a coherent body together with the anchoring elements, which ensures an extraordinary strength of the construction pit closure. To achieve this goal, the distance of the anchoring elements 20 from one another can be varied depending on the nature of the ground.
Although the exemplary embodiments shown relate to an excavation pit, an embankment closure can also be produced using the same method. In general, such an excavation pit or embankment closure is required if the required closure angle is to have a greater steepness than the natural slope angle, which depends on the material properties of the ground.
6 shows an exemplary embodiment in which a supporting wall 28 is erected before the anchoring elements are created and the excavation pit is excavated. The support wall 28 consists of lined up vertical columns, which are created according to the same principle as the anchoring elements 20. These pillars or
cylindrical elements can be created adjacent to each other or overlapping as an end wall against groundwater.
After completion of the end wall according to FIG. 6a, the anchoring elements 20 according to FIGS. 6b and 6c are created through them. The excavation of the excavation pit and the creation of the following rows of anchoring elements can be carried out in stages as described above. Even if the columns of the support wall 28 directly adjoin one another, the anchoring elements 20 are arranged at a greater horizontal distance from one another, as shown in FIG. 4d.
A surface covering 22 can also be attached to the supporting wall 28. This surface cladding can increase the cohesion of the individual columns of the support wall 28 and can also serve as an additional seal against groundwater. Anchoring plates can also be used as surface cladding 22, which in turn are to be anchored to the anchoring elements 20.
The anchoring elements 20 can, for example, be provided with central reinforcing bars 30 according to FIGS. 5a and 5b. According to FIGS. 5b and 5c, plates serving as surface cladding 22 can be anchored to the anchoring elements 20 by means of the reinforcement 30.
As a hardening material for forming the anchoring elements, another suitable material, for example synthetic resin, can also be injected into the boreholes as an injection material instead of a cement suspension.
Depending on the local conditions and the nature of the floor and on the inclination, the surface cladding 22 can be applied either before the anchoring elements 20 are created or only afterwards. In general, the surface cladding 22 is not used to support it in the vertical direction, but rather, for example, to avoid the crumbling of the soil and to achieve a clean surface. The amount of material required to form the anchoring elements according to the invention is relatively small, since the anchoring elements are largely formed from the material already present in the ground. Depending on the nature of the floor and the stability to be achieved, the length of the anchoring elements can be determined.
The method according to the invention offers the person skilled in the art the possibility of producing an inexpensive construction pit or embankment closure which nevertheless meets all requirements.