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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Fugenelement für eine Stahlbetonschlitzwand.
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Stand der Technik
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Eine Schlitzwand ist eine im Boden hergestellte Wand. Sie wird beispielsweise zu Umschließung von Baugruben, zur Abdichtung im Boden und als Gründungselement eingesetzt. Häufig werden Schlitzwände in An- oder Ausfahrbaugruben im Tunnelbau angeordnet – als Anschlagwand für die Anfahrt der Tunnelbohrmaschine oder an der Einfahrt in den Zielschacht.
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Die Herstellung von Stahlbetonschlitzwänden erfolgt üblicherweise mittels eines Greifers oder einer Schlitzwandfräse. Der so im Boden hergestellte Schlitz ist dabei suspensionsgestützt, d. h. in der Regel wirkt der hydraulische Druck eines thixotropen Fluides – meist Bentonit – stützend dem Erddruck und Wasserdruck entgegen. Nach dem optionalen Einbau einer Bewehrung, die gegebenenfalls in die Suspension eingestellt wird, erfolgt mit der Verdrängung der Suspension durch ein aushärtendes Material – meist Beton – die Fertigstellung der einzenen Schlitzwandlamelle.
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Die Herstellung der Schlitzwände erfolgt in der Regel abschnittsweise. Dies ist unter anderem deshalb erforderlich, da abhängig von den Baugrundeigenschaften und anderen Randbedingungen die Standsicherheit des offenen Schlitzes nur für begrenzte Schlitzlängen gegeben ist.
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Durch die abschnittsweise Herstellung der Lamellen-Elemente entstehen Fugen an den Stirnseiten der einzelnen Abschnitte, die abzuschalen sind um diese Fugen definiert auszubilden.
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Um einen kontrollierten Aushub des anschließenden Abschnittes und dessen dichten Anschluss zu gewährleisten, werden im Schlitzwandbauwerk verbleibende oder wieder gewinnbare Fugenelemente eingesetzt. Diese werden nach der Herstellung des Schlitzes – wie auch ein möglicher Bewehrungskorb – in die Primärlamelle abgehängt bzw. abgesetzt. Im Regelfall kommen hierbei Abschal-Elemente aus Stahl oder Stahlbeton zum Einsatz. Die geometrische Form dieser Elemente ist sehr breit gefächert und reicht von rechteckig über polygonal bis rund.
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Im Bauwerk verbleibende Fugenelemente aus Stahl bzw. Stahlbeton stellen im weiteren Bauablauf oftmals ein Hindernis dar.
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Bei wieder gewinnbaren Fugenelementen kann es zu Problemen beim Ausbau der Fuge kommen. Das Ziehen von Fugenabschalungen ist häufig problematisch, weil es zu Anhaftungen am Beton der Primärlamelle kommt; besonders wenn der Beton das Fugenelement umfließt erhöht sich der Verbund erheblich. Bei langen Wänden stellt sich ein hoher Widerstand ein: Dies kann zum kompletten oder teilweisen Verbleiben des Fugenelementes in der Schlitzwand und damit zu Behinderungen im weiteren Bauablauf führen.
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Eine Durchörterung von Stahleinlagen im Beton durch maschinelle Tunnelvortriebe ist nicht oder nur mit hohem Aufwand und Werkzeugverschleiß möglich. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen erfolgt die Bewehrung in diesen Bereichen in der Regel mittels glasfaserverstärkter Kunststoff-(GFK)-Bewehrung.
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Werden Schlitzwände als Dauerbauwerke verwendet, ist bei der Verwendung von verbleibenden Stahlfugenkonstruktionen die Korrosionsbeständigkeit vor allem im Randbereich nicht gewährleistet. Es kommt zu Rostfahnenbildung an der Oberfläche; mit der Stahlkorrosion gehen Volumenvergrößerungen einher, die zu Abplatzungen im Randbereich führen.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein in der Schlitzwand verbleibendes Fugenelement zu schaffen, das ein problemloses Durchfahren, beispielsweise von Schildfahrten, durch die hergestellte Schlitzwand im Fugenbereich ermöglicht. Weiterhin wird eine Variante zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit im Fugenbereich bei Schlitzwänden als Dauerbauwerk dargestellt.
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Darstellung der Erfindung
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein Fugenelement für eine Stahlbetonschlitzwand herzustellen, das aus einem zerspanbaren Material hergestellt wird. Dieses kann in der Schlitzwand verbleiben – kritische Ausbauvorgänge sind somit nicht erforderlich. Damit im weiteren Bauablauf ein problemloses Durchörtern beispielsweise durch maschinelle Tunnelvortriebe möglich ist, wird das Abschalelement aus einem Material hergestellt, das zwar die Anforderungen an die Fugenherstellung leistet, das aber von üblichen Baumaschinen durchtrennt werden kann. Als zerspanbare Materialien kommen dabei nichtmetallische Werkstoffe und Nichteisenmetalle in Frage. Vorzugsweise kommen Kunststoffe und Verbundstoffe zum Einsatz, bei Kunststoffen sind dies beispielsweise Polyethylen (PE) und Polyvinylchlorid (PVC). Geeignete Verbundstoffe sind z. B.
- – Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK)
- – Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK)
- – Aramidfaserverstärkte Kunststoffe (SFK)
- – Kunststoffe mit Verstärkung aus natürlichen Fasern wie z. B. Bambus und -Hanf
- – Faserbeton
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Die Verstärkungsfasern können dabei als Matten, Gewebe, Gelege und lose Fasern ausgebildet sein. Da das Fugenelement beim Betonieren mit dem Frischbeton in Kontakt kommt, ist eine zumindest temporäre Beständigkeit der Kunststoffe oder Verbundstoffe zu fordern. Beim Einsatz von GFK kann dies vorzugsweise durch die Verwendung von alkaliresistenten Fasern (AR) gewährleistet werden.
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Als Nichteisenmetalle kommen vorzugsweise Aluminium und Kupfer zum Einsatz. Die Resistenz gegen den Chemismus des Betons kann durch eine entsprechende Beschichtung erzielt werden.
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Die Form des Fugenelementes kann verschiedene Formen aufweisen. Vorzugsweise erfolgt die Ausbildung als sogenannte Flachfuge, bei der die Fuge im Querschnitt ein nockenförmiges Profil aufweist.
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Das Fugenelement kann über die gesamte Höhe oder nur in Teilbereichen (z. B. der späteren Durchfahrt) aus dem zerspanbaren bzw. korrosions- und witterungsbeständigem Material ausgeführt werden. Wird das Fugenelement nur in Teilbereichen angeordnet, so erfolgt eine Kopplung mit den konventionellen Fugenelementen über spezielle Kopplungen. Dazu werden sowohl in dem zerspanbaren bzw. korrosions- und witterungsbeständigem Element als auch im konventionellen Element geeignete Koppelpunkte vorgesehen.
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Zur Erhöhung der Steifigkeit des Fugenelementes ist es auch möglich das Element als Sandwich-Element auszubilden. Dabei wird ein ebenfalls zerspanbarer leichter Kern (beispielsweise Hartschaum, Holz oder dergleichen) mit den oben genannten Materialien ummantelt.
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Wird die Schlitzwand als Dauerbauwerk eingesetzt, treten im nicht alkalisch geschützten Randbereich von verbleibenden Stahl-Fugenelementen Korrosionsprobleme auf. Es kommt zu Rostfahnenbildung an der Oberfläche; mit der Stahlkorrosion gehen Volumenvergrößerungen einher, die zu Abplatzungen im Randbereich führen. Dem kann begegnet werden, wenn die Randbereiche mit oben erwähnten korrosionsbeständigen Materialen ausgebildet werden.
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Die Figuren zeigen schematisch Ausführungsformen der Erfindung – grundsätzlich sind alle üblichen Geometrien der Fugenkonstruktion mit der Innovation umsetzbar.
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In 1 dargestellt ist eine herkömmliche Geometrie eine Abschalelementes einer Flachfuge. Die Vertiefung (3) im mittleren Bereich ergibt eine gute Verzahnung zwischen Primärlamelle (1) und Sekundärlamelle (2). Die Abkantung (5) definiert eine ordentliche Ausbildung der Kante (4) und damit des sichtbaren Fugenverlaufes. Die Basisgeometrie des erfindungsgemäßen Fugenelementes entspricht herkömmlichen Ausbildungen, die neue Werkstoffauswahl beeinflusst möglicherweise die Abmessung.
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In 2 ist alternativ dargestellt die Ansicht eines Fugenelementes in der Ausführung mit a.) zerspanbarem Material (6) und in gemischter Ausführung b.): zerspanbares Material (6) in Kombination mit herkömmlichem Stahl (7). Dargestellt sind auch spezielle Koppelelemente (8), die beide Werkstoffbereiche miteinander verbinden. Die Durchörterung mit Baumaschinen erfolgt im Bereich der zerspanbaren Fugenabschalung (6).
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3 zeigt ein Fugenabschalelement, das im Randbereich (4, 5) mit korrosionsbeständigen Material (10) ausgeführt ist. Im mittleren Bereich, zu dem auch die Verzahnungsvertiefung (3) gehört, wird herkömmlicher Stahl (7) verwendet.
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4 stellt ein Sandwichelement dar, bei dem ein weicher Kern aus Füllmaterial (9) von zerspanbarem Material (6) umfasst ist. Mit dieser Ausbildung kann eine höhere Stabilität des Fugenelementes erzielt werden, ohne dass der werkstoffbedingte Vorteil des einfachen Durchfahrens entfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Primärlamelle
- 2
- Sekundärlamelle
- 3
- Vertiefung
- 4
- Kante
- 5
- Abkantung
- 6
- zerspanbares Material
- 7
- herkömmlicher Stahl
- 8
- Koppelelemente
- 9
- Kern aus Füllmaterial
- 10
- korrosions- und witterungsbeständiges Material
