DE102017003251A1

DE102017003251A1 - Verfahren zur nachträglichen Bodenverfestigung

Info

Publication number: DE102017003251A1
Application number: DE102017003251.3A
Authority: DE
Inventors: Joachim Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-04
Also published as: AT519819A3; CH713699A2; AT519819B1; AT519819A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nachträglichen Bodenverfestigung, insbesondere bei überlasteten Brückenbauwerken mit Winkelstützwänden 1, welche die Brückenbauwerke gegenüber dem Erdreich des Uferbereiches abstützen. Um horizontale Querkräfte von dem Brückenbauwerk fernzuhalten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zusätzlich zu den vorhandenen Winkelstützwänden 1 eine Schwergewichtswand geschaffen wird, die die horizontalen Kräfte zunächst teilweise abfangen können, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:- Einpressen von mehreren Rohren (2) in das Erdreich hinter den Winkelstützwänden (1)- Anordnung der Rohre (2) in zumindest zwei Reihen (5), wobei die Rohre (2) einer Reihe annähernd parallel zur Winkelstützwand (1) angeordnet werden und einen geringstmöglichen Abstand zueinander aufweisen,- Anordnung der Rohre (2) in zumindest einer zweiten Reihe (5) mit einem Versatz von annähernd 50% zur benachbarten Reihe,- Verpressen des Erdreiches innerhalb der Rohre (2) mit einem Zement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nachträglichen Bodenverfestigung, insbesondere bei überlasteten Brückenbauwerken mit Winkelstützwänden, welche die Brückenbauwerke gegenüber dem Erdreich des Uferbereiches abstützen.
Sehr viele Brücken in Deutschland wurden in den 70er Jahren hergestellt, um Flüsse und Gewässer zu überbrücken. Daneben existieren sehr viele Brücken, die mit großen Spannweiten über Fahrbahntrassen oder Eisenbahntrassen gebaut worden sind. Die statischen Anforderungen in den 70er Jahren wurden grundsätzlich eingehalten, jedoch entsprechen diese nicht mehr den heutigen Normen, insbesondere nicht der Euro 2 Norm, sodass beim Renovieren der Brückenbauwerke in der Regel auch statische Überprüfungen stattfinden und entsprechende Maßnahmen zur Stabilisierung der Brückenbauwerke eingeleitet werden müssen. Hiervon betroffen sind alleine in NRW einige hundert Brücken, deren Neubau zur Erfüllung der heutigen Anforderungen aus Zeit- und Kostengründen nicht möglich ist. Es besteht vielmehr die Notwendigkeit Renovierungsmaßnahmen an den Brückenbauwerken vorzunehmen und die statischen Belastungen entsprechend zu erhöhen. Durchzuführende Arbeiten an den vorhandenen Brücken sollen nach Möglichkeit nicht oder nur teilweise zur Sperrung führen, um den fließenden Verkehr aufrecht zu erhalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren aufzuzeigen, mit dem die statischen Anforderungen bestehender Brückenbauwerke, insbesondere der Winkelstützwände, erhöht werden können.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung ein neues Verfahren zur nachträglichen Bodenverfestigung aufgezeigt, welches folgende Einzelschritte umfasst:

- Einpressen von mehreren Rohren in das Erdreich hinter den Winkelstützwänden
- Anordnung der Rohre in zumindest zwei Reihen, wobei die Rohre einer Reihe annähernd parallel zur Winkelstützwand angeordnet werden und einen geringstmöglichen Abstand zueinander aufweisen,
- Anordnung der Rohre in zumindest einer zweiten Reihe mit einem Versatz von annähernd 50% zur benachbarten Reihe,
- Verpressen des Erdreiches innerhalb der Rohre mit einem Zement.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Überlastung der vorhandenen Brückenbauwerke mit Winkelstützwänden besteht im Wesentlichen aufgrund von auftretenden Horizontalkräften, welche durch den Erddruck und den Fahrzeugverkehr entstehen. Durch den zunehmenden Straßenverkehr durch Lastkraftwagen mit einem hohen Transportgewicht wird beim Befahren der Brückenbauwerke durch die vorhandenen Zufahrten ein erheblicher Druck auf das befahrene Erdreich und damit auf die Winkelstützwände ausgeübt, welcher zu einer horizontalen Überlastung der Brückenbauwerke führen kann. Es besteht daher die Notwendigkeit durch entsprechende Absicherungsmaßnahmen den Horizontaldruck zumindest teilweise von dem Brückenbauwerk bzw. den Winkelstützwänden zu nehmen. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, dass hinter den Winkelstützwänden eine Schwergewichtswand errichtet wird, welche die Winkelstützwände und damit das gesamte Brückenbauwerk vor den Horizontalkräften schützt. Die Horizontalkräfte werden hierbei fast vollständig durch die Schwergewichtswand aufgefangen und in das Erdreich abgeleitet. Zu diesem Zweck werden mehrere Rohre in das Erdreich hinter den Winkelstützwänden eingepresst, wobei die Rohre in zumindest zwei Reihen angeordnet werden und in einer Reihe annährend parallel zur Winkelstützwand verlaufen. Hierbei sollen die Einzelrohre einen geringstmöglichen Abstand zueinander aufweisen. Eine zweite Reihe von Rohren sieht hierbei einen Versatz von annährend 50% des Rohrdurchmessers vor, sodass aufgrund einer erzielbaren höheren Packungsdichte der einzelnen Rohre eine stabile Schwergewichtswand geschaffen werden kann. Die eingepressten Rohre werden mit einem Zement verpresst, sodass die im Erdreich vorhandenen Materialien, beispielsweise eine Kies- oder Sandfüllung, mit dem Zement eine äußerst stabile Verbindung innerhalb des Erdreiches eingehen. Hierbei besteht die Möglichkeit, den Zement auch unterhalb der Rohre in das Erdreich einzupressen.
Je nach Größe des Brückenbauwerks können hierbei mehrere Reihen von Rohren nebeneinander angeordnet werden, beispielsweise 2 bis 6 Reihen, die jeweils versetzt zueinander angeordnet sind, um die Horizontalkräfte aufzunehmen. Durch die Schwergewichtswand wird erreicht, dass die Horizontalkräfte nicht gegen die Winkelstützwände drücken, sondern von der Schwergewichtswand aufgenommen und in das Erdreich abgeleitet werden. Durch den Versatz der Reihen zueinander kann hierbei eine durchgehende Schwergewichtswand erstellt werden, wobei das enge Raster der Rohre nach der Auffüllung mit Zement wie eine Betonarmierung wirken und die Horizontalkräfte sicher aufnehmen. Nach Fertigstellung derartiger Schwergewichtswände wurde durch Analysen festgestellt, dass die Druckfestigkeit bis zu 25,6 N/mm² beträgt und damit die auftretenden Horizontalkräfte ausreichend abgefangen werden können.
Bei diesem Verfahren besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dass die Brückenzufahrt nur halbseitig im Bereich der Baustelle gesperrt werden muss, weil nur eine Straßenhälfte zur Ausführung der Arbeiten benötigt wird. Der Verkehr kann somit über den anderen Straßenbereich geführt werden, wobei nach Fertigstellung der einseitigen Schwergewichtswand durch Änderung der Verkehrsführung der weitere Abschnitt der Fahrbahnbreite in ähnlicher Weise verfestigt werden kann. Umfangreiche Erdarbeiten sind nicht erforderlich, da die notwendigen Rohre unmittelbar in das Erdreich hinter den Winkelstützwänden eingepresst werden.
Je nach Größe des Bauwerkes ist vorgesehen, dass die Rohre in 2 bis 6 Reihen, vorzugsweise in 3 bis 4 Reihen nebeneinander angeordnet werden, wobei jede Reihe um annährend 50% zur benachbarten Reihe versetzt angeordnet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohre mindestens bis zum Sohlepunkt des Brückenbauwerks eingepresst werden. In Einzelfällen können die Rohre aber wesentlich tiefer als bis zum Sohlepunkt eingepresst werden, wobei in weiterer Ausgestaltung die Oberkante der Rohre bis zur Krone der Winkelstützwand oder knapp darunter reichen. Die aus den Rohren gebildeten Reihen reichen hierbei über die gesamte Breite der Winkelstützwand und werden vorzugsweise in zwei Arbeitsschritten hergestellt, die entsprechend der jeweiligen Fahrbahnbreite zu einer Verkehrsumleitung führen, aber keine weiteren Beeinträchtigungen mit sich bringen. Insbesondere sind keine aufwändigen Erarbeiten erforderlich, da das vorhandene Erdreich zum Einpressen der Rohre und zum Verpressen ausreichend ist.
Pro Quadratmeter werden aufgrund der nebeneinanderliegenden Rohre und vorgesehenen Packungsdichte 4 bis 5 Rohre mit einem erforderlichen Durchmesser von ungefähr 20 bis 250 mm Durchmesser auf einem Meter verwendet. Die Reihen in denen die Rohre angeordnet werden beginnen in der Regel kurz hinter der Winkelstützwand und werden in Richtung des Erdreiches hinter der Winkelstützwand angeordnet. Die Winkelstützwand weist hierbei ein Fußelement auf, welches T-förmig ausgebildet ist, wobei das T-förmige Ende in den Boden eingelassen ist und lediglich die senkrecht aufsteigende Winkelstützwand nach oben ragt. Soweit die Rohre unmittelbar neben der Winkelstützwand eingepresst werden, sitzen die einzelnen Rohre unmittelbar auf dem Fußelement der Winkelstützwand auf, während demgegenüber die entfernten Reihen neben den Fußelement tiefer eingepresst werden können.
Zum Verpressen des Erdreichs innerhalb der Rohre wird hierbei vorzugsweise ein Mikrozement mit einer Feinheit von 3500 - 20.000 Blaine (cm² pro Gramm) verwendet. Durch die Feinheit des Zementes bzw. Zementgemisch wird hierbei sichergestellt, dass die durch die Injektionspflanzen angepresste Zementsubstanzen bzw. das Füllmaterial tief in das Erdreich auch unterhalb der Rohre eindringen kann und somit eine feste Verbindung eingeht.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der eingepressten Substanz Feuchtigkeit in ausreichender Menge zugeführt wird, oder dass die Substanz mit einer ausreichenden Feuchtigkeitsmenge angereichert ist, oder dass die eingepresste Substanz mit der Feuchtigkeit des Füllmaterial aus der hinter der Winkelstützwand vorhandenen Aufschüttung zumindest teilweise reagiert und aushärtet.
Die Zementsubstanz kann hierbei in mehreren hintereinander ausgeführten Arbeitsgängen eingepresst werden, wobei zwischen den Arbeitsvorgängen eine zumindest teilweise Aushärtung abgewartet werden kann. Hierdurch besteht die Möglichkeit an den unteren Rohrenden ausgehend eine dichte Verpressung bis zum oberen Rand der Rohre vorzunehmen.
Zur weiteren bevorzugte Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Substanz durch eine Injektionslanze dem Erdreich oder Füllmaterial zugeführt wird, welche in der Tiefe justierbar ist.
In weiterer besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch Qualitätssicherungsmaßnahmen eine laufende oder nachträgliche Kontrolle der erfolgten Substanzeinpressung vorgenommen wird. Hierzu kann beispielsweise ein Georadar verwendet werden, welches während oder nach Abschluss der Injektionsverfahren zu einer Analyse des Bodenbereiches eingesetzt wird und somit eine Kontrolle über die vorhandene Eindringtiefe und Ausbreitung der Substanz in dem Erdreich bzw. Füllmaterial ermöglicht. Alternativ besteht zur Qualitätssicherung die Möglichkeit ein seismisches Verfahren zu verwenden, welches ebenfalls eine Überprüfung der Verpressung ermöglicht.
Das vorliegende Verfahren besitzt insgesamt gesehen die Vorteile, dass ohne große Erdarbeiten eine nachträgliche Stützwand geschaffen werden kann, welche die Horizontalkräfte aufnehmen kann. Auf diese Weise kann somit der Druck ausgehend von dem Erdreich und den Belastungen durch das Verkehrsaufkommen von dem Brückenbauwerk, insbesondere den Winkelstützwänden genommen werden. Hierdurch wird die Eurocode 2 Norm erfüllt und es müssen die Brückenbauwerke nicht vollständig neu aufgebaut werden. Hierbei besteht die Möglichkeit durch die Anordnung von mehreren Rohren nebeneinander in einer Reihe und mehreren nebeneinander angeordneten Reihen eine ausreichend Schwergewichtswand aufzubauen, die durch einen Versatz der einzelnen Rohre zu den benachbarten Reihen eine ausreichende Stabilität aufweist und die auftretenden Querkräfte aufnehmen kann.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt

1 in einer geschnittenen Seitenansicht eine Winkelstützwand mit eingepressten Stahlrohren in mehreren Reihen und
2 in einer geschnittenen Draufsicht die Winkelstützwand mit Anordnung der verpressten Rohre.

1 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht eine Winkelstützwand 1 sowie eingepresste Rohre 2 in mehreren Reihen 5. Die Winkelstützwand 1 gehört zu einem Brückenbauwerk und befindet sich am Ende des Brückenbauwerks vor dem Erdreich des Uferbereiches. Die Winkelstützwand 1 besteht hierbei aus einem Fußelement 3 und einem vertikalen Stützelement 4, welche zum Zeitpunkt der Brückenerstellung aus Beton gegossen werden, um anschließend Erdreich aufzufüllen, wobei sich das Erdreich auf der der Brückenkonstruktion abgewandten Seite befindet. Zur nachträglichen Bodenbefestigung bei überlasteten Brückenbauwerken mit Winkelstützwänden 1 werden nach dem vorliegenden Verfahren Rohre 2 in das Erdreich hinter den Winkelstützwand 1 eingepresst. Vorzugsweise werden hierbei mehreren Reihen 5 von nebeneinanderliegenden Rohren 2 eingesetzt, die zudem, wie insbesondere aus 2 ersichtlich, versetzt zueinander angeordnet werden. Die Rohre 2 werden nach dem Einpressen mit Zement verpresst, wobei in der Regel die vorhandene Auffüllung hinter der Winkelstützwand 1 mit dem Zement oder dem Zementgemisch verpresst wird. Die unmittelbar hinter der Winkelstützwand 1 angeordneten Rohre 2 bzw. Reihe 5 der ersten Rohre 2 sitzt hierbei auf dem Fußelement 3 auf, während weitere benachbarte Reihen 5 tiefer in das Erdreich eingepresst werden können, vorzugsweise bis unterhalb der Sohle des Fußelements ggf. auch darüber hinaus.
2 zeigt eine geschnittene Draufsicht entlang der Schnittlinie A-A auf die Winkelstützwand 1 mit Fußelement 3 und die Rohre 2, welche in vier nebeneinanderliegenden Reihen 5 angeordnet sind. Die einzelnen Rohre 2 einer Reihe 5 sind hierbei dicht benachbart und bilden bereits eine nahezu geschlossene Wand, wobei die Rohre 2 zweier weiterer benachbarten Reihen 5 versetzt zueinander angeordnet sind. Somit liegen die Rohre auf Lücke um jeweils annähernd 50% zur benachbarten Reihe versetzt. Entsprechend der Größe des Brückenbauwerks können die Durchmesser der Rohre 2 und die Anzahl der Reihen 5 festgelegt werden, wobei es hier im Wesentlichen darauf ankommt, welche Horizontalkräfte entstehen können, beispielsweise durch den Fahrzeugverkehr oder aber aufgrund der geografischen Verhältnisse und Anordnung des Brückenbauwerks.
Mit Hilfe der Rohre 2, welche in mehreren Reihen 5 nebeneinander angeordnet sind, wird eine Schwergewichtswand aufgebaut welche erreicht, dass Querkräfte die aus Richtung des Erdreichs gegen die Winkelstützwände 1 drücken zum überwiegenden Prozentsatz aufgefangen und in das Erdreich geleitet werden können, wodurch die Winkelstützwand 1 wesentlich weniger Querkräfte aufnehmen muss.
Bezugszeichenliste

1: Winkelstützwand
2: Rohre
3: Fußelement
4: Stützelement
5: Reihen

Claims

Verfahren zur nachträglichen Bodenverfestigung, insbesondere bei überlasteten Brückenbauwerken mit Winkelstützwänden (1), welche die Brückenbauwerke gegenüber dem Erdreich des Uferbereiches abstützen, gekennzeichnet durch, - Einpressen von mehreren Rohren (2) in das Erdreich hinter den Winkelstützwänden (1) - Anordnung der Rohre (2) in zumindest zwei Reihen (5), wobei die Rohre (2) einer Reihe annähernd parallel zur Winkelstützwand (1) angeordnet werden und einen geringstmöglichen Abstand zueinander aufweisen, - Anordnung der Rohre (2) in zumindest einer zweiten Reihe (5) mit einem Versatz von annähernd 50% zur benachbarten Reihe, - Verpressen des Erdreiches innerhalb der Rohre (2) mit einem Zement.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2) in 2 bis 6 Reihen (5), vorzugsweise in 3 bis 4 Reihen (5) nebeneinander angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Reihe (5) um annähernd 50% zur benachbarten Reihe (5) versetzt angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2) mindestens bis zum Sohlepunkt des Brückenbauwerks eingepresst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante der Rohre (2) bis zur Krone der Winkelstützwand (1) reichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen (5) über die gesamte Breite der Winkelstützwand (1) ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass pro Quadratmeter 4 bis 5 Rohre (2) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die unmittelbar an der Winkelstützwand (1) angeordneten Rohre (2) auf dem Fußelement (3) der Winkelstützwand (1) aufsitzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Zement ein Mikrozement verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der eingepressten Substanz Feuchtigkeit in ausreichender Menge zugeführt wird oder dass die Substanz mit einer ausreichenden Feuchtigkeitsmenge angereichert ist oder dass die eingepresste Substanz mit der im Erdreich beziehungsweise Füllmaterial vorhandenen Feuchtigkeit zumindest teilweise reagiert und aushärtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Substanz ein Zement oder Zementgemisch mit einer Feinheit von 3.500 bis 20.000 Blaine (cm²/g) verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz durch eine Injektionslanze dem Erdreich oder Füllmaterial zugeführt wird, welche in der Tiefe justierbar ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch Qualitätssicherungsmaßnahmen eine laufende und/oder nachträgliche Kontrolle der erfolgten Substanzeipressung vorgenommen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Qualitätssicherungsmaßnahmen beispielsweise ein Georadar verwendet wird, während des Injektionsverfahrens zur Analyse des Bodenbereichs eingesetzt wird.