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Die
Erfindung betrifft eine Gründungsvorrichtung
für einen
transportablen, temporären
Hochwasserschutz.
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In
der Nähe
von Flüssen
und Seen besteht für
die Anwohner in vielen Fällen
die Gefahr von Hochwasserschäden.
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Um
diese zu vermeiden, gibt es unterschiedliche Schutzsysteme, welche
kurzfristig errichtet werden können,
um ein Eindringen des Wassers ins Hinterland zu verhindern.
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So
werden beispielsweise lange Schläuche mit
Durchmesser von 1 m und mehr verlegt, welche mit Wasser aufgefüllt werden
und auf diese Weise eine Wassersperre bilden.
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Andere
Konstruktionen bestehen darin, dass geneigte Platten oder Paletten,
welche durch Stützen schräg abgestützt werden
können,
mit Folien überzogen
werden und somit eine Abdichtung gegen das Hochwasser darstellen.
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Bei
diesen verhältnismäßig leichten
Vorrichtungen besteht jedoch eine große Gefahr darin, dass Treibgut
im Wasser zu gefährlichen
Verletzungen dieser Schutzwälle
führen
kann. Das bringt in der Regel einen plötzlichen Zusammenbruch des
gesamten Systems mit sich.
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Wenn
bereits eine stabile Uferbefestigung vorhanden ist, gibt es sehr
sichere Schutzmaßnahmen,
bei denen an der Ufermauer nachträglich Säulen befestigt werden, deren
Zwischenräume
mit Dammbalken verschlossen werden.
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Fehlen
solche Uferbefestigungen oder Ufermauern, so werden für die Erstellung
solcher Schutzmaßnahmen
teure Gründungsbauwerke
notwendig (z. B.
FR
2 736 948 A1 ).
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Die
Erfindung hat die Aufgabe, mit einfachen und preisgünstigen
Gründungsmaßnahmen
den wirtschaftlichen Einsatz von sicheren, transportablen Hochwasserschutzwänden zu
ermöglichen.
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Die
Lösung
erfolgt entsprechend den Merkmalen in den Patentansprüchen.
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Die
Erläuterung
der Erfindung erfolgt anhand der Figuren.
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1 zeigt
einen vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. In einer unbewehrten
Mixed-in-Place-Wand 21 befinden sich im Abstand 16 Trägerelemente 22,
welche über
die Oberfläche 26 der
Mixed-in-Place-Wand 21 herausragen.
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Über der
Mixed-in-Place-Wand 21 befindet sich ein durchgehender
Kopfbalken 23 aus Beton, der aus einem Bewehrungskorb 27 besteht
und in den Verbindungselemente 24 integriert sind.
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An
diese Verbindungselemente 24 können im Falle eines Hochwassers
Säulen 25 kraftschlüssig befestigt
werden, zwischen die Dammbalken 28 eingehängt werden
können.
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2 zeigt
einen um 90° verdreht
zur 1 geführten,
vertikalen Schnitt.
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3 bis 5 zeigen
eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante
von Einbauelementen 14, aus denen die Trägerelemente 22 gebildet
werden können.
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6 bis 8 zeigen
horizontale Schnitte durch die Mixed-in-Place-Wand 21,
in denen unterschiedliche ausgebildete Trägerelemente 22 eingestellt
sind, welche wiederum aus Kombinationen des Einbauelementes 14 bestehen.
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9 zeigt
eine Ausführungsvariante,
bei der die Mixed-in-Place-Wand 21 im Wesentlichen aus
einzelnen Schlitzen 31 für die Trägerelemente 22 besteht.
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In
vielen hochwassergefährdeten
Gebieten, bei denen keine spezielle Hochwassersicherung oder kein
besonderer Uferverbau vorhanden ist, wäre ein temporärer Hochwasserschutz
mit einer Bauhöhe
von ca. 1–2
m sehr wünschenswert.
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Auf
eine solche temporäre
Hochwasserschutzwand wirken bei Hochwasser Kräfte von 10–20 kN/Ifm Wandfläche, die
aus dem Wasserdruck herrühren.
Zudem sollten die Schutzwände
mit einem Zuschlag für
Lasten aus Treibgut bemessen werden.
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Diese
Belastung bewirkt erhebliche Druckkräfte und Biegemomente auf die
Hochwasserschutzwand, welche wiederum durch besondere Gründungsmaßnahmen
aufgenommen werden müssen.
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Zusätzlich muss
eine Unterspülung
der transportablen Hochwasserschutzwände verhindert werden.
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Geeignete
Gründungsmaßnahmen
für solche
Hochwasserschutzwände
wären Winkelstützmauern, überschnittene
Bohrpfahlwände,
Betonschlitzwände
oder durchgehend eingebrachte Spundwände.
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An
diesen Gründungsmaßnahmen
könnten temporäre Schutzwände sicher
befestigt werden.
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Dass
man solche Gründungsmaßnahmen einfach
einige Meter über
das Gelände
hochführt,
ist in den meisten Fällen
aus touristischen sowie aus Gründen
des Landschaftsschutzes nicht wünschenswert
und durchführbar.
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Die
beschriebenen Gründungsmaßnahmen erweisen
sich zudem als sehr arbeitsaufwendig und teuer.
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Die
Erfindung beschreibt deshalb ein sowohl wirtschaftliches als auch
sicheres System, mit dem temporäre
Hochwasserschutzwände
errichtet werden können.
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Die
Befestigung der temporären
Hochwasserschutzwände
erfolgt in der Weise, dass zunächst als
Gründungs-
und Abdichtungswand eine unbewehrte Mixed-in-Place-Wand 21 nach
dem Mixed-in-Place-Verfahren hergestellt wird.
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Beim
Mixed-in-Place-Verfahren wird der anstehende Boden durch eine oder
mehrere stangenförmige
Rührwerkzeuge
oder durch schlitzwandfräsenähnliche
Vorrichtungen im Boden zu einem Bodenmörtel umgewandelt.
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Dabei
wird über
die Rührwerkzeuge
oder Fräsen
Wasser, Bindemittel und ggf. Zusatzmittel oder Bentonit zugegeben
und auf diese Weise der anstehende Boden zu einem Bodenmörtel vermischt.
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Vorteil
dieses Mixed-in-Place-Verfahrens ist unter anderem, dass man sich
das Wegfahren des Aushubs sparen kann und des Weiteren ist der Bodenmörtel wesentlich
preiswerter als der Beton, wie er in Schlitzwänden eingebaut wird.
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Insbesondere
in nichtbindigen Böden
kann man durch Zugabe von geeigneten Bindemitteln die bevorzugterweise
auf Zementbasis sind, beim Mixed-in-Place-Verfahren Druckfestigkeiten
erreichen, die zwischen 5 und 15 N/mm2 liegen.
Somit können
solche Wände
auch statisch belastet werden.
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In
den frischen Mörtel
werden Trägerelemente 22 im
Abstand 16 eingedrückt
oder eingerüttelt.
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Diese
Trägerelemente 22 sind
so ausgebildet, dass sie vertikale Kräfte, horizontale Kräfte und Biegemomente
aufnehmen können
und über
die Mixed-in-Place-Wand 21 in den Baugrund abtragen können.
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Als
Trägerelemente 22 werden
bevorzugterweise Walzträger
wie IPB-Träger,
Doppel-U-Träger, Rohre,
Spundwände,
Stäbe,
Bleche oder Kombinationen aus diesen Mitteln verwendet.
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Ebenso
sind für
die Trägerelemente 22 Bewehrungskörbe mit
rundem und eckigem Querschnitt denkbar, wie sie aus Bohrpfählen oder
Schlitzwänden
bekannt sind.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Variante
werden in den mit Bodenmörtel
gefüllten
Schlitz Fertigbetonsäulen
oder Fertigbetonrammpfähle
eingebracht, die an der Luftseite eine freie Anschlussbewehrung
besitzen.
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Eine
besondere erfindungsgemäße Ausführungsvariante
besteht darin, dass für
die Trägerelemente 22 Einbauelemente 14 und
Kombinationen aus diesen Einbauelementen 14 verwendet werden (3 bis 8).
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Solche
Einbauelemente 14 sind besonders preisgünstig gegenüber Walzträgern und komplizierten Schweißvorrichtungen.
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Die
Elemente 14 bestehen aus im Wesentlichen parallel zueinander
liegenden Längsstäben 1, 1', 1'' ..., welche durch zick-zack-förmige oder
wellenförmig
angeordnete Diagonalstäbe 2 kraftschlüssig miteinander
verbunden sind.
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Für die Diagonalstäbe 2 kann
ein Stahlstab über
einen längeren
Bereich zickzackförmig
oder wellenförmig
ausgebildet werden (3) oder es werden einzelne Diagonalstäbe 2' oder einzelne
im Wesentlichen dreiecksförmige
gebogene Stäbe 2'' verwendet (4 und 5).
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Statische
Erfordernisse können
es notwendig machen, dass die Längsstäbe zu beiden
Seiten oder durch mehrere Lagen Diagonalstäbe miteinander verbunden werden
(8).
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Diese
Verbindung erfolgt über
statisch wirksame und bemessene Schweißnähte 4.
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Diese
Schweißnähte 4 werden
bevorzugterweise in den Bögen
oder Spitzen der Diagonalstäbe 2 angeordnet
und die Dimensionen der Diagonalstäbe 2 sind so gewählt, dass
die Längsstäbe 1, 1' ... möglichst
weit außen
in der Wand liegen und somit größere Biegemomente
aufgenommen werden können.
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Die
Neigungswinkel β, β', mit denen die Diagonalstäbe 2 auf
die Längseisen
zulaufen, liegen bevorzugterweise in Bereichen zwischen 30° und 60°.
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Aus
Gründen
des Kräfteflusses
sollten dabei die Diagonalstäbe 2 zwischen
den Längsstäben 1, 1' ... möglichst
geradlinig verlaufen.
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5 zeigt
eine Ausführungsvariante,
in der auf der linken Seite Elemente 14 dreiecksförmig zueinander
angeordnet sind.
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Auf
der rechten Seite sind 2 Elemente 14 zu einem dreieckigen
Element 19 zusammengefasst, bei dem ein Längsstab 20 und
Längsstäbe 1' über zwei
oder mehrere Diagonalstäbe
durch Schweißnähte 4, 4' kraftschlüssig und
statisch wirksam miteinander verschweißt sind. Es kann zweckmäßig sein,
dass in diesem Fall die Größe der Querschnittsfläche des
Längsstabes 20 anders
ist als die Querschnittsfläche
der Längsstäbe 1'.
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Die
Längsstäbe 1, 1' ... und die
Diagonalstäbe 2 bestehen
bevorzugterweise aus profilierten oder gerippten Baustählen mit
kreisförmigen
Querschnitten. Prinzipiell sind jedoch alle Querschnittsformen denkbar.
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Die
Ausführung
der Elemente 14 kann sowohl aus glatten Stählen erfolgen,
bevorzugt jedoch aus Stählen,
die durch mechanische Bearbeitung oder Beschichtung eine gewisse
Rauhigkeit aufweisen, was höhere
Haftspannungen im Bodenmörtel bewirkt.
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Zur
Erhöhung
der Nutzungsdauer der Verbauwand kann es sinnvoll sein, die Elemente 14 mit Korrosionsschutzbeschichtungen
zu versehen.
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Bevorzugterweise
werden an jedem Element 14 nur ein erdseitiger Stab 1 und
ein luftseitiger Stab 1' angeordnet,
deren Querschnittsflächen
auch variieren können.
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Werden
die später
aufgesetzten Hochwasserschutzwände
höher,
kann es zweckmäßig sein, die
Elemente 14 aus statischen Gründen mit mehreren Längsstäben 1, 1', 1''... auszustatten (8).
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Die
Längsstäbe 1, 1' können auf
der gleichen Seite der zick-zack- oder wellenförmigen angeordneten Diagonalstäbe 2 liegen
oder auf unterschiedlichen Seiten. Diese Variante ist auf der rechten
Seite der 8 dargestellt.
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Ebenso
können
die Diagonalstäbe
auch zwischen den Längsstäben eingeschweißt werden (5).
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Die
Elemente 14 werden bevorzugterweise lotrecht und so ausgerichtet
eingebaut, dass ihre größere Ausdehnungsfläche quer
zur Ebene der Mixed-in-Place-Wand zum Liegen kommt.
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Die
Winkel α und α' dieser Flächen zur Wandnormalen
liegen bevorzugterweise in einem Bereich zwischen –45° und +45°.
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Zum
optimalen Kräftefluss
werden an den Orten der konzentrierten Krafteinleitung mindestens zwei
oder mehr Elemente 14 miteinander kombiniert.
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Da
die Elemente 14 erst nach Herstellung der Mixed-in-Place-Wand 21 in
den frisch hergestellten Mörtel
eingebracht werden, was durch reines Eindrücken oder leichtes Einvibrieren
erfolgt, müssen die
Elemente 14 durch geeignete Bindebleche 3, 3', 5 in
ihrer Anordnung zueinander fixiert werden.
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Dabei
werden die Elemente 14 durch konstruktive Schweißnähte oder
durch Bindedraht mit den Bindeblechen verbunden.
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Die
Bindebleche können
dabei auch durch Stäbe
ersetzt werden.
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Bevorzugterweise
werden die Bindebleche 3, 3', 5 in Abständen von
ca. 0,5–2
m angeordnet.
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Die
Abmessungen der Elemente 14 werden so gewählt, dass
sie innerhalb der Mixed-in-Place-Wand 21 eine
ausreichende Stahlüberdeckung
durch den Bodenmörtel
besitzen. Sie liegt im Zentimeterbereich.
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Die
richtige Lage der Kombination mehrerer Elemente 14 in der
Mixed-in-Place-Wand kann durch zusätzliche Abstandhalter erfolgen,
die in den Zeichnungen nicht extra dargestellt sind.
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Nach
dem Abbinden des Bodenmörtels
in der unbewehrten Mixed-in-Place-Wand 21 wird im Kopfbereich 29 der
Trägerelemente 22 ein
Bewehrungskorb 27 angeordnet, welcher die einzelnen Köpfe der
Tragelemente 22 so verbindet, dass nach dem Betonieren
des Kopfbalkens 23 Vertikalkräfte, Horizontalkräfte, Biegemomente
und Torsionsmomente von diesen aufgenommen werden können.
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In
diesen Bewehrungskorb 27 binden Verankerungselemente 30 ein,
die wiederum an Verbindungselementen 24 befestigt sind.
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Die
Köpfe 29 der
Trägerelemente 22,
die Bewehrung 27 und die Verbindungselemente 24 werden
in den Beton des Kopfbalkens 23 einbetoniert, wobei der
Kopfbalkenbeton im Wesentlichen wasserdicht an die Oberfläche 26 der
MIP-Wand anbetoniert ist.
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Der
Bewehrungskorb 27 ist in der Ausbildung der Längseisen
und Bügel
so ausgebildet, dass er Kräfte,
die an den Verbindungselementen 24 eingeleitet werden, über Torsion
in die Köpfe 29 der
Trägerelemente 22 weiterleiten
kann.
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Die
Verbindungselemente 24 bestehen bevorzugt aus Schrauben,
Gewindemuffen, Absteckbolzen, Absteckhülsen oder aus bajonettschlussartigen
Elementen, welche direkt oder indirekt mit Zug- oder Druckverankerungselementen
nach dem Stand der Verankerungstechnik verbunden sind, wie sie aus
dem Stahlbeton-Verbundbau bekannt sind.
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Solche
Verankerungselemente 30 sind z. B. Spreizanker, Flachfußanker,
Plattenfußanker
oder Stahlelemente mit Löchern,
durch welche Bewehrungseisen gezogen werden.
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Mit
diesen gewellten Verbindungsmitteln und Verankerungsmitteln ist
es möglich,
die Lasten aus Wasserdruck, welche über die Dammbalken 28 in
die Säulen 25 wirken, über den
Kopfbalken 23 in die Köpfe
der Trägerelemente 22 einzuleiten.
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Die Übertragung
erfolgt dabei im Wesentlichen über
Torsionskräfte
im Kopfbalken.
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Die
Trägerelemente 22 leiten
wiederum die Kräfte
in die unbewehrte Mixed-in-Place-Wand 21 und von dort aus
werden sie ins Erdreich abgetragen.
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Eine
wenn auch aufwendige Befestigungstechnik der Verbindungselemente 24 ist
das maßgenaue
direkte oder indirekte Anschweißen
der Verbindungselemente 24 an die Bewehrungseisen 7 des Kopfbalkens
oder an die Anschlussbewehrung 29 der Trägerelemente 22.
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In
einer bevorzugten Ausführungsart
werden die Verbindungselemente 24 in den Kopfbalken 23 so versenkt
eingebaut, dass sie in hochwasserfreien Zeiten durch Abdeckplatten
geschützt
werden können.
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Die
Säulen 25 werden
mit Schrauben, Muttern oder bajonettartigen Verbindungsmitteln kraftschlüssig an
den Verbindungselementen 24 befestigt.
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Da
die horizontalen Abstände
der später
zu montierenden Säulen 25 wegen
der einzusetzenden Dammbalken 28 auf wenige Zentimeter
genau sein müssen,
kann es zweckmäßig sein,
die Verbindungselemente 24 und ggf. die daran befestigten
Verankerungselemente 30 erst später in den Kopfbalken einzufügen.
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In
diesem Fall werden im Kopfbalken beim Betonieren Aussparungen angeordnet,
in welchen dann später
die Verbindungselemente 24 mit höchster Genauigkeit eingebaut
werden können.
Der Kraftschluss erfolgt dann über
hochfeste Vergussmörtel.
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Um
später
eine dichte Verbindung zwischen dem untersten Dammbalken und der
Betonoberfläche
des Kopfbalkens 23 zu erreichen, ist es empfehlenswert,
die Oberfläche
des Kopfbalkens wenigstens teilweise glatt, eben und horizontal
auszubilden.
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Damit
die Gründung
für den
Hochwasserschutz möglichst
unauffällig
ist und kein Hindernis für Fußgänger darstellt,
wird die Oberkante des Kopfbalkens bevorzugt höhengleich mit dem Gelände angeordnet.
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Die
Mixed-in-Place-Wand 21 kann als eine flächig durchgehende Wand hergestellt
werden oder aus einzelnen Schlitzen 31 bestehen, welche
nur in Bereichen angeordnet werden, wo die Trägerelemente 22 vorgesehen
sind. Hier reichen die Schlitze 31 in größere Tiefen,
damit die Horizontalkräfte
aus dem Wasserdruck ins Erdreich abgetragen werden können.
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Zwischen
diesen tiefen Schlitzen ist entweder keine oder eine weniger tiefe Mixed-in-Place-Wand angeordnet.
Dies ist davon abhängig,
wie groß die
Gefahr der Unterspülung
des Kopfbalkens 23 ist und dies ist im Wesentlichen von den
Eigenschaften des anstehenden Bodens bedingt.
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Gegenüber Gründungen
mit Bohrpfahlwänden,
Schlitzwänden,
Spundwänden
oder Uferschutzmauern, stellt die erfindungsgemäße Gründungsvorrichtung für transportable,
temporäre
Hochwasserschutzwände
eine wirtschaftliche, preiswerte und gleichwertige Lösung dar.