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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur nachträglichen Abdichtung von Bauwerken
gegen drückendes
Wasser durch Einbringen von dichtenden Substanzen in den einen Baukörper umgebenden Bodenraum
und ist insbesondere geeignet, Bauwerke nachträglich gegen ansteigendes Grundwasser abzusichern.
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Neu
errichtete Gebäude
werden gegen das Eindringen von Wasser durch verschiedene Wannenkonstruktionen,
die mit der Errichtung der Fundamente in den Untergrund eingebracht
werden, geschützt,
indem das Bauwerk innerhalb des durch Materialien eingegrenzten
Raumes errichtet wird.
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Wenn
jedoch das Wassers nach Errichtung des Bauwerkes eintritt, was seine
Ursache im Ansteigen des Grundwassers nach der Auflassung von Bergwerken
oder Tagebauen oder den Anstau von Flussläufen haben kann oder durch
das Nachlassen der Schutzwirkung ursprünglicher Dämmschichten bedingt sein kann,
wird es zwingend erforderlich, das Bauwerk nachträglich abzudichten.
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Hierfür ist eine
Anzahl unterschiedlicher Verfahren vorgeschlagen worden.
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Nach
dem in der
DE 33 35
487 A dargestellten Verfahren wird wie folgt vorgegangen:
Eine
Hochdruck-Injektionspumpe steht über
eine Injektionsleitung mit mehreren Zweigleitungen in Verbindung.
Jede Zweigleitung ist mit einem Injektionspacker verbunden, der
in einer Mauerwerksbohrung dicht eingesetzt ist. In die nebeneinander
liegenden Mauerwerksbohrungen wird gleichzeitig ein hydrophobierendes
Injektagemittel eingepresst, das sich im Mauerwerk ausbreitet und
eine ununterbrochene Sperre gegen aufsteigende Mauerfeuchtigkeit
bildet. In jeder Zweigleitung ist ein Einzel-Regelventil, ein Einzel-Manometer
und ein Rückschlagventil
angeordnet. Die Rückschlagventile
bewirken, dass der Druckaufbau in jeder Zweigleitung getrennt überwacht
werden kann, ohne dass sich die Drücke in den Zweigleitungen gegenseitig
beeinflussen. Hiermit lassen sich bei porösen Wänden Sperrschichten gegen aufsteigende
Feuchtigkeit erzeugen. Voraussetzung hierfür ist, dass das Mauerwerk ausreichend durchlässige Kapillaren
aufweist, durch die sich das mit Hochdruck eingespritzte Injektagemittel
in der Wand ausbreiten kann. Das Verfahren ist jedoch nicht für drückendes
Wasser geeignet.
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Ein
Injektionsgerät,
mit dem auf einfache und auch dem Laien mögliche Art ein- und zweikomponentige
Injektagematerialien in Baustoffstrukturen eingebracht werden können, wird
in der
DE 4228501 A1 beschrieben.
Das Gerät
besteht aus einer Ein- oder Mehrkammerkartusche, die das Injektagematerial
enthält
und mit Druck beaufschlagt ist und einem dazu passenden Packerssystem.
Hiermit sind ebenso wie mit dem in der
DE 197 28 088 A1 beschriebenen „Verfahren
zur Sanierung von Bauteilen" Risse
in Mauerwerk oder Beton, durch die Feuchtigkeit eindringen könnte, zu
verschließen.
Nach dieser Erfindung wird mindestens eine Bohrung in das Mauerwerk
oder in den Beton eingebracht, die den oder die Risse schneidet.
In die Bohrungen wird einen Packer so einführt, dass vor dem Packer ein
Hohlraum verbleibt, der eine Verbindung zu dem Riss oder den Rissen
hat, und aus dem Packer eine gel-bildende Flüssigkeit in den Hohlraum vor
dem Packer und in den Riss oder die Risse injiziert. Hierzu wird
vorgeschlagen, dass als gel-bildende Flüssigkeit eine Wasserglaslösung eingesetzt
wird, die im Packer selbst, vor dem Einspeisen in den Packer oder
beim Austreten aus dem Packer mit Estern oder mit einer wäßrigen Härterlösung vermischt
wird, die eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthält: Alkalimetall-Aluminat,
Salze von Erdalkalimetall-Kationen, saure wasserlösliche Salze,
Glyoxal, organische Säuren
oder deren Verbindungen, die Hydroxidionen zu binden vermögen. Auch
dieses Verfahren ist lediglich zum Verschluss von undichten Stellen
im Mauerwerk geeignet.
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Auch
das in der
DE 198 24 667 beschriebene Verfahren
ist nur zum Abdichten von Schadstellen in Wandungen von Baukörpern geeignet.
Die zur Abdichtung eingesetzten Materialien sind vorzugsweise auf
das Material des Baukörpers
abgestimmt und sind insbesondere bei einem Baukörper aus Beton mineralischer
Art, so dass mit der Abdichtung zugleich auch eine Verfestigung
des Baukörpers
erfolgt. Bei dem Verfahren werden zuerst Hohlräume in und hinter der Schadstelle
mit einem preisgünstigen Vorfüllmaterial,
insbesondere Sand, ausgefüllt,
und danach wird ein wasserfestes Bindemittel in das Vorfüllmaterial
verpresst. Dieses Verfahren ist für die Abdichtung von Schadstellen
mit Wasserdurchtritt vorteilhaft geeignet und auch bei bestehendem
Fremdwasserfluss an der Schadstelle durchführbar. Da hierfür das Vorfüllmaterial
und das Bindemittel durch Öffnungen
in der Wandung des Baukörpers
mit Hochdruck in den Untergrund gepresst wird, besteht bei großflächiger Anwendung
die Gefahr, dass die Statik des Gebäudes gestört wird.
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Eine
ganz andere Vorgehensweise zur nachträglichen horizontalen und vertikalen
Abdichtung von Bauwerken gegen drückendes Wasser schlägt die
DE 100 30 595 A1 vor.
Diese Erfindung beinhaltet ein Verfahren, insbesondere zur Herstellung
einer allseitigen wasserdichten Umfassungskonstruktion, zum Schutz
gegen in der Höhe
auch schwankend anstehendes drückendes
Wasser. Ziel ist es, das bestehende Bauwerk gegen den möglichen
oder bereits vorhandenen Eintritt von drückendem Wasser zu schützen.
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Das
Verfahren wird zum Bestandsschutz von Bauwerken gegenüber drückendem
Wasser und zur nachträglichen
Abdichtung von Lagerstätten
mit Grundwasser-Gefährdungspotential
sowie auch zur Keller-Neuherstellung eingesetzt. Kennzeichnend für das Verfahren
ist insbesondere, dass eine horizontale Dichtungsschicht mittels
neuer Werkzeuge durch Erdreichverdrängung technisch ausführbar und
wirtschaftlich vertretbar ist. Weiterhin ist für das Verfahren kennzeichnend,
dass durch den spezifischen Einsatz auch selbst entwickelter, mineralischer
Einpress- bzw. Verfüll-Massen
(wie Flugaschen-Zement-Gemische)
mittels spezifischen Einbringungsgeräten letztlich eine wirksame
und dauerhafte Abdichtung mit vergleichsweise geringem wirtschaftlichen
Aufwand gewährleistet
werden kann.
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Eine
vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird angegeben.
Zur Durchführung
des Verfahrens muss das Bauwerk mindestens an einer Seite vollständig freigelegt
werden, so dass die unter dem Bauwerk zu platzierende Dichtungslage
streifenweise von der Seite aus eingebracht werden kann. Gegenüber dem
zuvor dargestellten Verfahren, bei dem das Dichtungsmaterial durch
in die Wände
eingebrachte Bohrungen in den Untergrund gepresst werden soll, ist
hier ein wesentlich höherer Aufwand
der Baustellenvorbereitung notwendig. Vielfach steht der hierfür benötigte Raum
neben dem Bauwerk nicht zur Verfügung.
Auch hier kommt es durch das Einpressen der streifenförmigen Dichtungsschicht
zu einer Störung
in der Struktur des Untergrundes und somit zu einer statischen Belastung des
Bauwerkes.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur nachträglichen
Abdichtung von Bauwerken gegen drückendes Wasser vorzuschlagen, mit
dem eine großflächige Abdichtung
der im Untergrund befindlichen Außenwände des Bauwerkes ermöglicht wird,
ohne dass dabei die Untergrundstrukturen wesentlich gestört werden.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen
des Hauptanspruches gelöst.
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Mit
den in den Unteransprüchen
beschriebenen Verfahrensmerkmalen ist es möglich, das Verfahren den jeweiligen
geologischen und statischen Bedingungen anzupassen. Kennzeichnend
für das Verfahren
ist, dass das Material des Untergrundes ohne wesentliche Veränderung
seiner Grundstruktur abgedichtet wird, indem vorhandene Kornzwischenräume unter
Zuhilfenahme eines Vakuums mit einem wasserundurchlässigen Porenbefüllmaterial,
das nach dem Einfüllen
in die Kornzwischenräume
dort aushärtet,
vollständig
ausgefüllt
werden.
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Dazu
wird das Grundwasser mit bekannten Verfahren auf ein unter der Sole
des Baukörpers
liegenden Pegel abgesenkt und über
den Zeitraum der unmittelbaren Abdichtungsarbeiten gehalten.
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Hierzu
wird entsprechend der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass
die Grundwasserabsenkung erfolgt, indem in einem Abstand von 1 bis
5 m vorzugsweise 2 m zum Baukörper
(1) Vakuumlanzen (2) bis zur Tiefe des für die Arbeiten
benötigten Grundwasserpegels
in den Untergrund eingebracht werden.
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Über einen
im Untergrund ausgebildeten elliptoidischen Vakuumkörper (6)
wird dabei das anstehende Grundwasser gefasst und über eine Pump-Anlage
einer Vorflut zugeführt.
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In
die Wände
des Baukörpers
werden bis in den Bodenraum durchdringende Bohrlöcher zur Infiltration des Untergrundes
eingebracht. Zum Einbringen des Porenbefüllmaterials wird der am Baukörper anstehende
Erdstoff mit Unterdruck beaufschlagt.
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Für eine sichere
Prozessführung
ist es sinnvoll, hierfür
einen zweiten, separaten Vakuumkreis zu verwenden. Um den Vakuumkörper an
den vertikalen Außenflächen des
Baukörpers
(1) zu erzeugen, werden weitere Vakuumlanzen (3)
zwischen den für
die Grundwasserabsenkung verwendeten Vakuumlanzen (2) und
den Außenflächen des
Baukörpers,
vorzugsweise in einem Abstand von 1 m zur Außenfläche des Baukörpers so
in den Untergrund eingebracht, dass diese während des Einfüllens des
Porenbefüllmaterials
in der Höhe
verschoben werden können,
so dass der durch sie gebildete elliptoidische Vakuumkörper (6) über die
Außenfläche des
Baukörpers
(1) geführt
werden kann.
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Unterhalb
der Bauwerkssole wird der Vakuumkörper aufgebaut, indem durch
einzelne für
die Einleitung des Porenbefüllmaterials
vorgesehene Bohrlöcher
(4) Vakuumlanzen (5) in den Untergrund eingebracht
werden. Um eine Sandführung
in die Vakuumanlage zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, Brunnenfilter
zu verwenden.
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Es
ist aber auch möglich,
dass hierfür
die zur Einleitung des Porenbefüllmaterials
vorgesehenen Bohrlöcher
(4) verwendet werden, indem das Vakuum über Anschlussschläuche, die
zur Einleitung des Porenbefüllmaterials
genutzt werden, in den Untergrund eingeleitet wird. In diesem Falle
ist es jedoch sinnvoll, Vorkehrungen zu treffen, die in einen Austrag
des Erdstoffes über
die Bohrlöcher
(4) verhindern.
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Nach
dem Anlegen des Vakuums wird über Bohrlöcher, die
mit bekannten Injektionspackern versehen sind, in den vakuumbeaufschlagten
Bodenraum hinein ein Porenbefüllmaterial
eingefüllt.
Dabei saugt das Vakuum das als viskose Flüssigkeit vorliegende Porenbefüllmaterial
in die Kornzwischenräume
des Erdstoffes, wo es wasserundurchlässig aushärtet und zur Ausbildung von
Injektionskörpern
(7) führt.
Die Einleitung des Porenbefüllmaterials
erfolgt am besten abschnittsweise, von der Mitte des Baukörpers (1)
aus.
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Als
Porenbefüllmaterial
werden verzögert aushärtende Gele
vorgeschlagen. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, ein Zweikomponenten-Acrylat-Gel
zu verwenden.
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Als
technologisch günstig
hat sich in Versuchen erwiesen, dass als Porenbefüllmaterial
eingesetzte Gel nach 20 bis 60 Minuten vorzugsweise nach 30 bis
40 Minuten verzögert
aushärtet.
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Nach
Abschluss der Einleitung des Porenbefüllmaterials werden die hierfür benutzten
Bohrlöcher (4)
bis in eine Tiefe von 5 bis 20 cm vorzugsweise 15 cm mechanisch
gesäubert
und mit einem dem Baukörper
(1) angepassten Material wie beispielsweise Beton oder
Mörtel
gefüllt.
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Schließlich werden
die Packer abgebaut, die Bohrlöcher
verschlossen und die Wasserhaltung zurückgenommen.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen 1 in
Form eines Ausführungsbeispiels
beschrieben werden.
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Dabei
zeigt
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1 einen
Querschnitt durch eine Gebäudeecke 1 mit
anliegenden Vakuumlanzen 2/3 und Bohrlöchern 4.
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Um
die Schwachstelle im Bauwerk und Baugrund bearbeiten zu können, die
durch Anstieg des Grundwassers auf den mit WS 1 gekennzeichneten Pegel
entstanden ist, wird in einem ersten Arbeitsschritt eine Grundwasserabsenkung
unter Vakuumeinfluss hergestellt.
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Durch
die installierte Anlage muss die Haltung des abgesenkten Wasserspiegels über den
Zeitraum der unmittelbaren Abdichtungsarbeiten ständig störungsfrei
gewährleistet
sein.
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Bei
den durchgeführten
Versuchen wurden die Vakuumlanzen aus handelsüblichem 32 mm starken PE-Rohr 1,
abgelängt
auf 6,00 m hergestellt.
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Das
Ende des Rohres wurde angeschrägt, um
den bei anstehendem Unterdruck zu erwartenden Verschluss der Rohröffnung gegen
die Bodenverschlusskappe des 2'' starken Brunnenfilters 2a zu verhindern.
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Der
Brunnenfilter 2a hat die Aufgabe, eine Sandführung in
die Vakuumanlage zu vermeiden.
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Über dem
sich bildenden elliptoidischen Vakuumkörper 6 wird das anstehende
Grundwasser gefasst und über
die Anlage einer Vorflut zugeführt.
Da diese Unterdruckbeaufschlagung von ihrer Wirkungsweise her ausschließlich von
der Wasserförderung
beansprucht wird, kann dieser Vakuumkreislauf nicht für die Unterdruckkomponente
der Erdstoffdichtungsausbildung verwendet werden. Ausschlaggebend
dafür ist
die Einhaltung eines Abstandes von mindestens 1,00 m zwischen dem
höchsten
Punkt der Absenkkurve und dem Baukörper.
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Als
günstigster
Abstand der Vakuumlanzen 2 zur Wasserfassung in sandigen
Böden hat
sich die mittlere Entfernung von 2,00 m erwiesen.
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Über einen
zweiten, separaten Vakuumkreis, wird der unmittelbar an der Schwachstelle
anstehende Erdstoff mit Unterdruck beaufschlagt.
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Im
vorliegenden Fall wurden die Vakuumlanzen 3, wie zuvor
beschrieben, hergestellt, wobei jedoch der Filterteil 2a so
lang dimensioniert wurde, dass ein Herausziehen des Rohres 2 dazu
führt,
dass der elliptoidische Vakuumkörper
an der vertikalen Außenfläche der
Schwachstelle im Abstand von ca. 1,00 m entlang geführt werden
kann.
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Dieser
Abstand sollte nicht wesentlich unterschritten werden, da sonst
bei lang eingestellter Reaktionszeit des Befüllmaterials ein Ansaugen in
den zweiten Vakuumkreis einsetzen kann.
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Die
Unterdruckbeaufschlagung der horizontalen Bodenschicht unterhalb
der Bauwerkssohle kann über
die für
die Niederdruckinjektion vorgesehenen Bohrlöcher vorgenommen werden.
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Dazu
wurden allerdings speziell angefertigte Vakuumlanzen 5 mit
Außendurchmessern
bis 15,00 mm und einer Eintauchtiefe von ca. 0,50 m unterhalb der
Außensohle
verwendet.
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Da
augenscheinlich die Durchlässigkeit
der Böden
in vertikaler Richtung geringer ist als in horizontaler Ausrichtung,
kann hierbei näher
an die Konstruktionsaußenseite
herangegangen werden.
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Die
Vakuumeinleitung kann selbstverständlich auch über die
Injektionsbohrungen 4 ohne Vakuumlanzen vorgenommen werden,
wobei dann allerdings mit geeigneten Mitteln eine Bodenkornmitführung in
die Vakuumanlage zu vermeiden ist.
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Die
Porenraumbefüllung
erfolgt abschnittsweise aus der Mitte der Schwachstelle heraus.
Im Interesse eines optimalen Materialeinsatzes und der gegenseitigen
Abstützung
der durch einstufige Injektion entstehenden Bodenkörper muss
der zweite Vakuumkreis nicht ständig
in seiner erforderlichen Gesamtheit ausgeführt werden. In zeitlicher Abfolge muss
lediglich immer dort ein Umgebungsvakuum im Erdstoff vorhanden sein,
der unmittelbar mit dem Porendichtmaterial befüllt wird.
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In
den vakuumbeaufschlagten Bodenraum hinein wird über die mit handelsüblichen
Injektionspackern mit Flachkopfnippeln ausgebauten Bohrungen 4 die
Injektion über
eine Pumpe vorgenommen.
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Sinnvollerweise
verwendet man eine 2-Komponentenpumpe, bei der die beiden Komponenten des
verwendeten Acrylat-Gels unmittelbar in der Pumpe gemischt werden.
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Die
Einpressung der mit 7 mPas festgestellten Viskosität des Porenbefüllmaterials
wird solange durchgeführt,
bis ein Materialaustritt in den benachbarten Bohrlöchern 4 zu
beobachten ist.
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Der
anzustrebende Bohrloch- und Reihenabstand kann nur subjektiv und
auf der Basis von gesammelten Erfahrungen festgelegt werden.
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Nach
den vorgenommenen Feldversuchen liegt das geeignete Rastermaß für einen
versetzten Bohrloch- und Reihenabstand bei sandigen Böden zwischen
50 ... 100 mm, wobei eine vertikale Arbeitsrichtung von innen nach
außen
und eine horizontale Arbeitsrichtung von unten nach oben eingehalten wurde.
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Nach
Abschluss der Befüllungen
werden die Bohrlöcher 4 bis
in eine Tiefe von ca. 15,00 cm vom verwendeten Injektionsmaterial
mechanisch gesäubert,
mit Wasser gereinigt und mit einem dem Baukörper 1 angepassten
Material verfüllt.
Im Allgemeinen erfüllen
Beton oder Maurermörtel
die Anforderungen.
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Dann
wird der zweite Vakuumkreislauf abgebaut, und auch hierbei entstandene
Löcher
und Öffnungen
müssen
materialgerecht wieder verfüllt
werden.
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Die
Wasserhaltung kann nun langsam zurückgenommen werden. Dazu sollte
das Vakuum über
einen längeren
Zeitraum gegen Null gefahren werden, damit das langsam ansteigende
Wasser im Falle einer Fehlstelle in der entstandenen Kornskelett-integrierten-Erdstoffdichtung
diesen Fehler unmittelbar mit dem wiederansteigenden Wasserspiegel
durch sichtbare Feuchtigkeitserscheinungen an den Innenseiten der
Konstruktionsteile signalisieren kann.
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In
diesen Fällen
kann sofort eine Nachinjektion an der entsprechenden Stelle auch
ohne Vakuumeinfluss vorgenommen werden, da davon auszugehen ist,
dass es sich um eine räumlich
sehr begrenzte Schadstelle handelt.
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Erst
nachdem die Dichtheit in der gesamten Höhe der von außen drückenden
Wassermenge nachgewiesen ist, kann dann auch der erste Vakuumkreislauf
abmontiert werden. Die verbleibenden Bodenlöcher an den Stellen der gezogenen
Vakuumlanzen 2 werden höhen-
und lagengerecht verfüllt.