DE102009007931A1

DE102009007931A1 - Unterbau für Bauwerke

Info

Publication number: DE102009007931A1
Application number: DE102009007931A
Authority: DE
Original assignee: Soiltec GmbH
Current assignee: Soiltec GmbH
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-12
Also published as: AU2009339390B2; US20120020743A1; MX2011008259A; EP2393993B1; CA2751809A1; WO2010088929A1; US8790043B2; PL2393993T3; EP2393993A1; CA2751809C; AU2009339390A1; MY159948A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Unterbau für Bauwerke, mit einer Kombination aus pfahlartigen Tragelementen (11) und einer darüber angeordneten Lastverteilungsschicht (12) mit integrierter dreidimensionaler Wabenstruktur.

Description

Die Erfindung betrifft einen Unterbau für Bauwerke.
Auf weichem Untergrund zu errichtende Bauwerke können durch Pfahlgründungen abgestützt und gegen Setzbewegungen gesichert werden. Zwischen den Pfählen (unten) und den Bauwerken (oben) ist regelmäßig eine Lastverteilungsschicht anzuordnen, um so die aus dem Bauwerk herrührenden Lasten in die Pfähle einleiten zu können. Die Lastverteilungsschicht muss zur Erfüllung dieser Aufgabe eine bestimmte Dicke aufweisen und aus bestimmtem Material bestehen. Bekannt sind Lastverteilungsschichten aus Sand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Veränderung der Lastverteilungsschicht derart, dass der Unterbau insgesamt kostengünstiger, stabiler und/oder schneller aufgebaut werden kann.
Der erfindungsgemäße Unterbau ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach weist der Unterbau für Bauwerke eine Kombination aus pfahlartigen Tragelementen und einer darüber angeordneten Lastverteilungsschicht auf, wobei in die Lastverteilungsschicht eine dreidimensionale matrixartige Struktur integriert ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Lastverteilungsschicht hier generell um eine Kombination aus einem schüttfähigen Stoff, wie beispielsweise Sand, mit einer integrierten Wabenstruktur. Letztere soll insbesondere Querbewegungen des schüttfähigen Stoffes, nämlich ein Ausweichen des schüttfähigen Stoffes zur Seite aufgrund der statischen Lasten der Bauwerke verhindern bzw. begrenzen. Der schüttfähige Stoff hat in der Lastverteilungsschicht vorteilhafterweise dieselbe Höhe wie die Wabenstruktur. Abweichungen sind möglich.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tragelemente auf oder in einem tragfähigen Untergrund stehen und sich durch eine nicht ausreichend tragfähige Schicht bis an die Lastverteilungsschicht erstrecken.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung weist die Wabenstruktur überwiegend, insbesondere ausschließlich aufrechte Wandungen auf. ”Aufrecht” bedeutet in diesem Fall eine Ausrichtung auch parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Tragelemente. Auf diese Weise werden Querbewegungen des schüttfähigen Stoffes in der Lastverteilungsschicht wirksam verhindert.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wabenstruktur überwiegend, insbesondere ausschließlich Wandungen aufweist, die senkrecht zur Erstreckung der Lastverteilungsschicht gerichtet sind. Bei horizontal ausgerichteter Lastverteilungsschicht ergeben sich so aufrecht stehende Wandungen der Wabenstruktur.
Vorzugsweise ist die Wabenstruktur nach oben hin – in Richtung auf das Bauwerk – und nach unten hin – in Richtung auf die Tragelemente – offen ausgebildet. Wasseraufnahme und -durchlässigkeit sind dadurch optimiert.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist unterhalb der Lastverteilungsschicht eine Ausgleichsschicht vorgesehen, in die sich die Tragelemente hineinerstrecken. Die Ausgleichsschicht dient als Höhenausgleich für die Tragelemente. Letztere enden mit ihren oberen Abschlussflächen ungefähr in derselben Höhe. Genau gleiche Höhen sind konstruktionsbedingt in den meisten Fällen nicht möglich. Die Differenzen können durch die Ausgleichsschicht ausgeglichen werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Ausgleichsschicht 1 cm bis 10 cm. Je dicker die Ausgleichsschicht ist, umso größer ist auch deren zusätzliche lastverteilende Wirkung. Im Idealfall ist keine Ausgleichsschicht vorgesehen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung weist die Wabenstruktur Hohlräume auf mit einem Durchmesser von 25 cm oder mehr. Der Durchmesser ist dabei zu messen in Richtung parallel zur Erstreckung der Lastverteilungsschicht. Die Hohlräume sind möglichst alle annähernd” gleich groß. Entsprechend weisen die Hohlräume keinen kreisrunden Querschnitt auf. Vorzugsweise bezieht sich die Durchmesserangabe auf den kleinsten Durchmesser innerhalb eines Hohlraumes. Je nach Messrichtung kann sich auch ein größerer Durchmesser ergeben.
Erfindungsgemäß kann die Wabenstruktur Wandungen und/oder Hohlräume mit 5 cm bis 15 cm Höhe aufweisen. Die Höhe erstreckt sich dabei vorzugsweise in Richtung senkrecht zur Erstreckung der Lastverteilungsschicht. Versuche haben überraschenderweise ergeben, dass gerade bei größeren Hohlräumen von 25 cm Durchmesser oder mehr Wandungen mit einer Höhe von nur 5 cm bis 15 cm für bestimmte Anwendungsfälle ausreichen. Dadurch kann die Lastverteilungsschicht insgesamt relativ dünn ausgebildet werden. Entsprechend verringert sich der Materialeinsatz. Zugleich wird die Bauzeit verkürzt.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wabenstruktur perforierte Wandungen aufweist mit einer Perforierung von 5% bis 40% der gesamten Wandungsfläche. Die Perforierung, beispielsweise in Form von mit gleichen Abständen zueinander angeordneten Bohrungen oder anderen Öffnungen, ermöglicht eine Durchlässigkeit für Wasser und Feinkorn.
Erfindungsgemäß kann die Wabenstruktur aus wellenförmig gebogenen Streifen gebildet sein, wobei die Streifen im Bereich von Wellenbergen und Wellentälern miteinander verbunden sind. Bei aufrechter Anordnung der Wandungen liegen die Wellenberge und -täler nicht oben und unten, sondern seitlich zueinander versetzt. Durch die beschriebenen Streifen lassen sich großflächige Wabenstrukturen schnell und einfach ausbilden.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung weist die Wabenstruktur aneinander angrenzende Zellen oder Hohlräume auf mit einer Fläche von 400 cm² oder mehr. Die Fläche ist dabei vorzugsweise parallel zur Erstreckung der Lastverteilungsschicht zu messen.
Erfindungsgemäß kann die Wabenstruktur aneinander angrenzende Zellen aufweisen, deren Wandungen mit Wandungen anderer und/oder derselben Zellen verbunden sind, wobei kraftschlüssige Verbindungen zwischen den Wandungen für eine Belastung von vorzugsweise etwa jeweils 1 kN ausgelegt sind. Derart belastbare Verbindungen verhindern wirksam ein Abtrennen der miteinander verbundenen Wandungen bzw. eine Fehlfunktion der Wabenstruktur insgesamt und zwar für die meisten Anwendungen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wabenstruktur Wandungen aus HDPE oder anderen Polymerwerkstoffen aufweist. HDPE (High Density Polyethylene) ist ein langlebiger, hoch belastbarer und je nach Dicke flexibler Werkstoff.
Die Wabenstruktur weist insbesondere Wandungen von 1 mm bis 3 mm Dicke auf. Vorzugsweise sind Wandungen mit einer Dicke von 1 mm bis 2 mm vorgesehen. Tendenziell sind die Wandungen um so dicker ausgebildet, je mehr Perforationen vorgesehen sind.
Die Tragelemente sind vorteilhafterweise Säulen mit 40 cm bis 80 cm Durchmesser und können beispielsweise aus Beton gegossen sein. Bevorzugt ist eine Rasteranordnung der Tragelemente mit einem Abstand von 2 m bis 3,50 m zueinander.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Verwendung des Unterbaus mit einem oder mehreren der voranstehend genannten Merkmale für

– Straßendecken, Verkehrswege, Logistikflächen,
– Deiche, Dämme,
– Brücken und/oder
– Hochbauten.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Unterbau,
2 eine perspektivische Darstellung eines Teils des Unterbaus,
3 einen Querschnitt zu 2.
Ein nicht gezeigtes Bauwerk soll auf einem nicht tragfähigen Untergrund, nämlich einer Weichschicht 10 errichtet werden. Um das Bauwerk sicher errichten zu können ist ein spezieller Unterbau vorgesehen. Dieser weist hier säulenartige Tragelemente 11 und eine darüber angeordnete Lastverteilungsschicht 12 auf.
Die Tragelemente 11 sind hier als Betonsäulen ausgeführt, die aufrecht stehen und sich durch die gesamte Weichschicht 10 hindurcherstrecken bis in einen tragfähigen Untergrund 13 unterhalb der Weichschicht 10. Obere Enden der Tragelemente 11 ragen bis in eine Ausgleichsschicht 14 aus verdichtetem Sand hinein. Durch die Ausgleichsschicht 14 werden ggf. vorhandene Höhenunterschiede der Tragelemente ausgeglichen. Zugleich kann die Ausgleichsschicht 14 bei der Verteilung von Traglasten mitwirken.
Die Ausgleichsschicht 14 ist abgedeckt durch eine wasserdurchlässige Textillage, ein Vlies 15. Unmittelbar auf dem Vlies 15 ist die Lastverteilungsschicht 12 angeordnet, auf welcher beispielsweise eine Frostschutzschicht und eine Straßendecke liegen können (nicht gezeigt) oder ein Deichbauwerk.
Die Lastverteilungsschicht 12 weist vorzugsweise eine integrierte, dreidimensionale Wabenstruktur auf. Die Wabenstruktur ist mit verdichtetem Sand gefüllt. Auf der Lastverteilungsschicht 12 ruhende Lasten werden durch den Sand und die Wabenstruktur in die Tragelemente 11 eingeleitet.
Die dreidimensionale Wabenstruktur der Lastverteilungsschicht 12 besteht aus mäanderförmig angeordneten Kunststoffstreifen 16 mit aufrechten Wandungen. Durch die Mäanderform ergibt sich für jeden Kunststoffstreifen 16 der Eindruck eines nahezu sinusförmigen Verlaufs. Zueinander benachbarte Kunststoffstreifen 16 sind – im Sinne einer Sinuskurve – um 180° zueinander verschoben, sodass nach oben und nach unten offene Hohlräume 17 bzw. Waben entstehen.
Für die Montage der Wabenstruktur auf der Baustelle sind mehrere Kunststoffstreifen 16 vorab zu einer Wabeneinheit 18 miteinander verbunden. Auf der Baustelle werden dann mehrere Wabeneinheiten 18 im Bereich äußerer Bögen 19 und vorstehender Flossen 20 kraftschlüssig miteinander verbunden. Hierzu werden nicht gezeigte Verbindungsmittel verwendet, etwa mechanischer Art oder auch durch Kleben oder Schweißen. Die Flossen 20 sind gebildet durch miteinander verbundene Enden benachbarter Kunststoffstreifen 16.
In den 2 und 3 sind zur Vereinfachung die Weichschicht 10 und der tragfähige Untergrund 13 nicht eingezeichnet, auch nicht der in der Wabenstruktur vorhandene verdichtete Sand.
Die Höhe der Wabenstruktur und entsprechend auch der perforierten Kunststoffstreifen 16 und der Lastverteilungsschicht 12 beträgt etwa 5 cm bis 15 cm mit einem Durchmesser der einzelnen Hohlräume 17 bzw. Waben von mehr als 25 cm und/oder einer von den Hohlräumen 17 bedeckten Fläche von jeweils mehr als 400 cm². Die Ausgleichsschicht 14 sollte so dünn wie möglich sein und weist eine Dicke von etwa 1 cm bis 20 cm auf. Im Idealfall ist keine Ausgleichsschicht vorgesehen.
Die Tragelemente 11 sind hier als Betonsäulen mit einem Durchmesser von etwa 40 cm bis 80 cm ausgebildet. Dabei weisen die einzelnen Säulen im Raster einen Abstand von etwa 2 m bis 3,50 m auf.
Die Verbindungen zwischen den benachbarten bzw. aufeinanderfolgenden Kunststoffstreifen 16 sind ausgelegt auf eine Zugkraft von etwa 1 kN. Als Material wird vorzugsweise HDPE mit einer Wandstärke von 1 mm bis 2 mm Dicke verwendet.

10: Weichschicht
11: Tragelemente
12: Lastverteilungsschicht
13: tragfähiger Untergrund
14: Ausgleichsschicht
15: Vlies
16: Kunststoffstreifen
17: Hohlräume
18: Wabeneinheiten
19: Bögen
20: Flossen

Claims

Unterbau für Bauwerke, mit einer Kombination aus pfahlartigen Tragelementen (11) und einer darüber angeordneten Lastverteilungsschicht (12) mit integrierter dreidimensionaler, matrixartiger Struktur oder Wabenstruktur.
Unterbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelemente (11) auf oder in einem tragfähigen Untergrund (13) stehen und sich durch eine nicht ausreichend tragfähige Schicht (Weichschicht 10) bis an die Lastverteilungsschicht (12) erstrecken.
Unterbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur überwiegend, insbesondere ausschließlich aufrechte Wandungen aufweist.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur überwiegend, insbesondere ausschließlich Wandungen aufweist, die senkrecht zur Erstreckung der Lastverteilungsschicht (12) gerichtet sind.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Lastverteilungsschicht (12) eine Ausgleichsschicht (14) vorgesehen ist, in die sich die Tragelemente (11) hineinerstrecken.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur Hohlräume (17) aufweist mit einem Durchmesser von jeweils 25 cm oder mehr.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur Wandungen (Kunststoffstreifen 16) und/oder Hohlräume (17) aufweist mit 5 cm bis 15 cm Höhe.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur perforierte Wandungen aufweist mit einer Perforierung von 5% bis 40% der gesamten Wandungsfläche.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur aus wellenförmig oder mäanderförmig gebogenen Streifen (Kunststoffstreifen 16) gebildet ist, wobei die Streifen im Bereich von Wellenbergen und Wellentälern oder Bögen miteinander verbunden sind.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur aneinander angrenzende Zellen oder Hohlräume aufweist mit einer Fläche von jeweils 400 cm² oder mehr.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur einander angrenzende Zellen aufweist, deren Wandungen mit Wandungen anderer und/oder derselben Zellen verbunden sind, wobei die kraftschlüssigen Verbindungen zwischen den Wandungen für eine Belastung von vorzugsweise etwa 1 kN ausgelegt sind.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur Wandungen aus HDPE oder anderen Polymerwerkstoffen aufweist.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur Wandungen von 1 mm bis 3 mm Dicke aufweist, vorzugsweise 1 mm bis 2 mm Dicke.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelemente (11) Säulen mit 40 cm bis 80 cm Durchmesser sind.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelemente (11) aus Beton gegossen sind.
Unterbau nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelemente (11) mit einem Abstand von 2 m bis 3,50 m zueinander angeordnet sind.
Verwendung des Unterbaus nach einem der voranstehenden Ansprüche als Unterbau für: – Straßendecken, Verkehrswege, Logistikflächen, – Deiche, Dämme, – Brücken und/oder – Hochbauten.