DE102017129705A1

DE102017129705A1 - Verfahren zur Herstellung einer Befestigung eines Geländesprungs mittels eines Stützkörpers, Stützkörper und seine Verwendung

Info

Publication number: DE102017129705A1
Application number: DE102017129705.7A
Authority: DE
Inventors: Roland Langnaese; Siegfried Neu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2037-12-14
Also published as: DE102017129705B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigung eines Geländesprungs mittels eines Stützkörpers, einen erfindungsgemäßen Stützkörper und seine Verwendung. Ein Stützkörper (Schwergewichtswand) wird für die Hinterfüllung von Spundwänden oder anderen Baukörpern im Wasserbau und an Land angewendet und wird aus dem vorhandenen oder beigestellten Boden und oder anderen beigestellten Materialien, die hydraulisch gebunden werden, hergestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Dazu soll die Herstellung einer Befestigung eines Geländesprungs mittels eines Stützkörpers ermöglicht werden, welcher vor Ort mit den vorhandenen Materialien oder anderen geeigneten Materialien hergestellt werden soll. Der Stützkörper soll homogen und dauerhaft sein und soll vielfältig eingesetzt werden können. Die Befestigung eines Geländesprungs soll für Wassertiefen bis mindestens 20m möglich sein.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigung eines Geländesprungs mittels eines Stützkörpers, einer Abwandlung des Verfahrens mit weiteren Schritten für die Sanierung einer Pfahlgründung und den Stützkörper selbst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigung eines Geländesprungs an Land und/oder in Wasserbaustellen mittels eines Stützkörpers, einen erfindungsgemäßen Stützkörper und seine Verwendung. Ein Stützkörper (Schwergewichtswand) wird für die Hinterfüllung von Spundwänden oder anderen Baukörpern im Wasserbau und an Land angewendet und wird aus dem vorhandenen oder beigestellten Boden und oder anderen beigestellten Materialien, die hydraulisch gebunden werden, hergestellt.
Schon seit vielen Jahrhunderten werden im Wasserbau und auch an Land unterschiedliche Bauwerke errichtet, die durch nachstehende Konstruktionen, wie Spundwände aus Holz, Spundwände aus Stahl, Spundwände aus Kunststoff, Uferbefestigungen aus Natursteinmauern, Uferbefestigungen aus Beton, Uferbefestigungen aus Ziegelstein, Bauwerke wie Fangedamm oder Kofferdamm, Kreiszellen, Drahtschotterkästen, Pfahlgründunen aus Beton und Stahl oder Pfahlgründunen aus Holz, gesichert bzw. getragen werden.
Diese Konstruktionen haben sich über die vielen Anwendungsfälle bewährt. Der Hafenbau und die unterschiedlichen Anwendungen an Land sind kaum denkbar ohne diese Konstruktionen. Die Bauwerke werden nach der Erstellung, wenn der Druck von einer Seite höher ist, mit Ankern gesichert und wenn notwendig mit Sand hinterfüllt (Aufspülung).
Viele im Stand der Technik aufgeführte Konstruktionen haben den Nachteil, dass sie, wenn erhebliche Druck, Zug und oder Schubkräfte auftreten, verankert werden müssen. Diese Anker sind aufwendig herzustellen und somit kostspielig. Die Hinterfüllung der Bauwerke mit Sand (Aufspülung) führt oft dazu, dass bei einer Schlosssprengung in der Spundwand der Sand durch die anstehende Strömung im Flussbett, im Meer oder bei Ebbe und Flut (Gezeiten) ausgespült werden. Da die Uferbefestigungen oft überbaut wurden, ist es sehr aufwendig diese Bereiche instand zu setzen.
Die Holzpfahlgründungen beispielsweise wurden im Wasserbau viele hundert Jahre eingesetzt. Die Langlebigkeit von Holz unter Wasser hat sich bewährt. Die Holzpfähle wurden so tief in den Boden getrieben, dass sie im tragfähigen Boden eingebunden waren. Die Holzpfähle wurden oben (Kopfende) mit Holzbohlen belegt, dann mit Sand aufgeschüttet. Auf die Holzkonstruktion wurde meist eine Mauer aus Naturstein oder Ziegel errichtet, die dann sichtbar war. Es ist allgemein bekannt, dass die Holzpfähle heute nicht mehr gänzlich unter Wasser stehen. Die Ursache dafür ist die über die Jahre andauernde Vertiefung der Gewässer. Dies wurde wegen der immer größer werdenden Schiffe notwendig. Das hat dazu geführt, dass z.B. in Hamburg das Niedrigwasser um 1,0m niedriger ist als noch 1950. Die Holzpfähle sind aber schon viel älter als 100 Jahre. Das immer wieder Trockenfallen der Holzkonstruktionen hat über die Zeit zu Zersetzungen im Kopfbereich geführt. Die Instandhaltung der Holzpfahlgründung ist nach heutigem Stand der Technik sehr aufwendig.
Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, Spundwände temporär einzusetzen. Beispielsweise wird in NL 92013568 A ein temporärer Einsatz von Spundwänden offenbart. Hier wird eine Dammwandstabilisierung beschrieben.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Dazu soll die Herstellung einer Befestigung eines Geländesprungs mittels eines Stützkörpers ermöglicht werden, welcher vor Ort aus dem vorhandenen Baggergut und/oder anderen beigestellten Materialien hergestellt werden soll. Der Stützkörper soll homogen und dauerhaft sein und soll vielfältig eingesetzt werden können. Die Befestigung eines Geländesprungs soll für Wassertiefen bis mindestens 20m möglich sein.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigung eines Geländesprungs mittels eines Stützkörpers mit den Schritten:

a) Ausbaggern des Geländesprungs, wobei ein Aushub entsteht, welcher aus Auffüllung und Erdreich besteht. Ein Geländesprung im Sinne der Erfindung ist eine abrupte Höhenänderung der Geländeoberkante. Mit einem Geländesprung wird die Höhe zwischen Baugrubensohle und Geländeoberkante bezeichnet und kann an Land oder, wenn es sich um eine Wasserbaustelle handelt, auch im Uferbereich vokommen.
b) Zwischenlagern des Aushubs, wobei bei Baustellen an Land und bei Wasserbaustellen unterschiedliche Anforderungen gestellt sind. Ein Zwischenlagern des Baggergutes (Aushub) bei Baustellen an Land erfolgt im Baustellenbereich. Die Zwischenlagerung des Baggergutes (Aushub) in Wasserbaustellen erfolgt in geeigneten Schuten. In den Zwischenlagern wird wenn notwendig, das Material für den Mischprozess vorbereitet. In der Regel werden Unrat oder Überkorn mit Separatoren aus dem Baggergut entfernt.
c) Anlegen einer Böschung im Erdreich und in der Auffüllung.
d) Einsetzen einer Spundwand in einem definierten Abstand zur angelegten Böschung, wobei die Spundwand als Schalung und Kolkschutz dient.
e) Stabilisieren der Spundwand mit einer aufgelegen Aussteifung, welche an Land mit Erdankern gesichert ist,
f) Analysieren von Bestandteilen des Aushubs und Berechnung von weiteren Materialien bestehend aus geeigneten Zuschlagstoffen und notwendigen hydraulischen Bindemitteln, welche dem Aushub hinzugefügt werden müssen, um definierte Kerneigenschaften des Stützkörpers entsprechend einer gewünschten Statik zu erreichen,
g) Rezeptieren der weiteren geeigneten Zuschlagstoffe und notwendigen hydraulischen Bindemittel für den Aushub und Mischen der Materialien für den Stützkörper,
h) Einbau des Stützkörpers, welcher aus dem Aushub der vorhergehenden Ausbaggerung und den zugemischten Materialien besteht, lagenweise frisch in frisch, bis ca. einem Meter unterhalb einer Einbauhöhe eines Totmannankers,
i) Einbau eines Todmannankers und weiterer Einbau des Stützkörpers lagenweise frisch in frisch,
j) Aushärten des Stützkörpers,
k) Entfernen der Aussteifung.

In einem weiteren Schritt wird nach dem Aushärten des Stützkörpers eine Stahlbetonfläche auf dem Stützkörper aufgebaut.
In einer Abwandlung des Verfahrens wird mit weiteren Schritten eine Pfahlgründung saniert.

a-1) Freilegung eines geschädigten Tragwerks aus Pfählen und Tragwerksbohlen, wobei ein Aushub entsteht oder Schlick zur Wasserseite nach außen gespült wird, wobei ein freigelegter Bereich entsteht, und Zwischenlagern des Aushubs.
a-2) Analysieren eines Istzustands des Tragwerks und Auswertung der Daten zur Einschätzung einer noch vorhandenen Belastbarkeit des Tragwerks.
a-3) Reinigung der Pfähle.
a-4) kraftschlüssiges Verbinden der Pfähle mit einer Tragkonstruktion, welche eine ausreichende Auflagefläche für den Stützkörper darstellt.
d) Einsetzen einer Abdichtung für das Einfügen und zum Schutz des Stützkörpers. Der Stützkörper wird durch die Abdichtung gegen mechanische Beschädigung, Witterungseinflüsse und Eisgang geschützt.
f) Analysieren von Bestandteilen des Aushubs und Berechnung von weiteren Materialien bestehend aus geeigneten Zuschlagstoffen und notwendigen hydraulischen Bindemitteln, um definierte Kerneigenschaften des Stützkörpers entsprechend einer gewünschten Statik zu erzeugen.
g) Rezeptieren der weiteren geeigneten Zuschlagstoffe und notwendigen hydraulischen Bindemittel und Vermischen der Materialien für den Stützkörper.
h) Einbau des Stützkörpers, welcher lagenweise frisch in frisch eingebaut wird. Der Einbau erfolgt im Kontraktorverfahren.
i) Herstellen einer festen Verbindung des Stützkörpers mit den Pfählen und der Tragkonstruktion im gesunden Bereich der Pfähle.
j) Aushärten des Stützkörpers.

Nach dem Aushärten des Stützkörpers dient dieser als Überbrückungsbauwerk und ist in der Lage alle Lasten aus der Kaimauer, der Auffüllung, den Verkehrslasten (hier nicht gezeigt) und anderen Bauwerken (hier nicht gezeigt) in den gesunden Teil der Pfähle zu übertragen. Der Stützkörper ist über die Haftreibung an den Pfählen, der Auflage auf der Tragkonstruktion und der rezeptieren Kerneigenschaften in der Lage, die Lasten aufzunehmen und an den gesunden Teil der Pfähle zu übertragen. Die Pfähle leiten die Lasten, wie die ursprünglichen gesunden Pfähle, in den tragfähigen Boden ein.
Für das Verfahren werden als Tragwerk Baustoffe aus Holz, Beton oder Stahl angewendet. Die Abdichtung erfolgt mit einer Stahl- oder Stahlbetonplatte. Als Tragkonstruktion werden einzelne Ringmanschetten aus Stahl oder anderen Materialien, wie beispielsweise Holz oder Kunststoff, insbesondere auch faserverstärkte Kunststoffe, kraftschlüssig um die Pfähle angebracht.
Das Verfahren ist auch gekennzeichnet durch die Kerneigenschaften des Stützkörpers mit

- einer einaxialen Druckfestigkeit von 0,1 bis 20 N/mm²,
- einer Scherfestigkeit 0,1 bis 5,0 N/mm² oder
- einem kf-Wert (Wasserdurchlässigkeit von Boden) kleiner gleich 10^-6

Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Stützkörper für eine Befestigung eines Geländesprungs, wobei der Stützkörper aus einer Zusammensetzung von Aushub des Geländesprungs und notwendigen hydraulischen Bindemitteln und/oder weiteren geeigneten Zuschlagstoffen besteht. Die hydraulischen Bindemittel und/oder weitere geeignete Zuschlagstoffe werden nach einer Analyse des Aushubs berechnet und danach rezeptiert, so dass der Stützkörper die zuvor genannten definierten Kerneigenschaften besitzt.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Stützkörpers für Befestigungen bei Spundwänden aus Holz, Stahl oder Kunststoff, für Befestigungen aus Natursteinmauern, für Befestigungen aus Beton, für Befestigungen aus Ziegelstein, für eine Sanierung von Pfahlgründungen, bei Bauwerken wie Fangedamm oder Kofferdamm, Kreiszellen oder Drahtschotterkästen.
Mit dem Einsatz der vorgeschlagenen Stützkörper werden die Probleme des Standes der Technik gelöst. In der Bauplanung und Statik werden die notwendigen Eigenschaften (wie Druckfestigkeit, Scherfestigkeit, Wasserundurchlässigkeit) vorgegeben. Der Einbau des Stützkörpers kann sowohl an Land als auch unter Wasser erfolgen. Zum Stand der Technik gehören diverse Einbaumöglichkeiten wie z.B. im freien Fall oder mit Pumpen im Kontraktorverfahren.
Der Stützkörper kann aus wirtschaftlicher Betrachtung überall dort eingesetzt werden, wo ein erheblicher Aufwand für die Verankerung des Bauwerks notwendig werden würde.
Der Stützkörper kann überall dort eingesetzt werden, wo die Holzpfahlgründungen im Kopfbereich die geplante Tragfähigkeit verloren hat und die Schaft und Fußbereiche der Holzpfähle intakt sind, und der Stützkörper kann überall dort eingesetzt werden, wo es möglich ist teure Baustoffe wie Beton zu ersetzten.
Der Einsatz der Stützkörper zeichnet sich unter anderem in einer hohen Wirtschaftlichkeit aus. Die Wirtschaftlichkeit entsteht durch den Einsatz der Stützkörper als Hinterfüllungsmaterial. Denn das führt dazu, dass die Verankerungen wesentlich reduziert oder gänzlich wegfallen können.
Die Materialersparnisse bei einer deutlich kürzeren und dünneren erfindungsgemäße Spundwand sind ebenfalls bedeutend.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Stützkörper aus dem vorhandenen Material (Baggergut) gefertigt werden können, welches in herkömmlicher Bauweise entsorgt werden muss. Das Baggergut kann auch dann eingesetzt werden, wenn es kontaminiert ist. In diesem Fall werden über die Nachweisführungen im Labor die entsprechenden Rezepte zum Binden der Kontaminationen entwickelt. Die diesbezüglichen Möglichkeiten und Grenzen sind in den einschlägigen Vorschriften oder Gesetzen geregelt.
Der Einsatz der Stützkörper bei der Holzpfahlgründung hat den Vorteil, dass die alten Konstruktionen so wie ursprünglich gebaut erhalten bleiben können. Der Stützkörper bildet eine Brücke zwischen Auflast und dem tragfähigen Teil der Holzkonstruktion.
Bei einem Schlossbruch kann kein Material ausrieseln, weil der Stützkörper ein dauerhaft fest verbundener Baukörper ist.
Figurenliste
Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt die

1. Stützkörper hinter einer Uferbefestigung am Beispiel einer Stahlspundwand
- 1 Ausgangssituation, die sowohl für die Bauweise nach dem Stand der Technik und für die erfindungsgemäße Bauweise gleich ist,
- 2 ein vorbereitetes Baufeld (Ausbaggerung),
- 3 Stand der Technik,
- 4 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Einbau mit einer Spundwand,
- 5 der Einbau eines Stützkörpers,
- 6 Endzustand nach dem Einbau des Stützkörpers,
2. Stützkörper in Kombination mit einer Holzpfahlgründung
- 7 Pfahlgründungen aus Holz Ausgangssituation
- 8 Freilegung der Holzkonstruktion im Kopfbereich
- 9 Ringmanschetten am gesunden Holz
- 10 Fertigstellung des Stützkörpers in Verbindung mit Holzpfählen.

Stützkörper hinter einer Uferbefestigung am Beispiel einer Stahlspundwand
Spundwände können aus Holz, Stahl, Stahlbeton oder Kunststoff bestehen, dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf Stahlspundwände ist aber auch für andere Spundwände anwendbar.
1 zeigt die Ausgangssituation, die sowohl für die Bauweise nach dem Stand der Technik und für die erfindungsgemäße Bauweise gleich ist. Gezeigt wird ein Hafenbecken oder ein Kanal. An der Landseite ist von Ober-Kante-Gelände (OKG) abwärts eine Auffüllung 3, beispielsweise Sand, Mutterboden o.ä. mit Verunreinigungen häufig anzutreffen. Darunter können Schichten von Erdreich 2 in Form von Klei vorkommen. Unter dieser Schicht kann tragfähiger Sand oder Geschiebemergel als tragfähiger Boden 1 auffindbar sein. Die vorhandene Hafensohle 4 soll in den meisten Fällen tiefer gelegt werden. Die Wasserlinie 5 ist in diesem Beispiel fast gleichbleibend (keine Tide).
2 zeigt ein vorbereitetes Baufeld (Ausbaggerung) und ist sowohl für die Bauweise nach dem Stand der Technik als auch nach der erfindungsgemäßen Bauweise gleich. Die Hafensohle 4 ist tiefer gelegt. Die Böschung im Erdreich 2 und in der Auffüllung 3 wird angelegt, indem entsprechend der Bodenart eine steilere Kante erzeugt wird. Bei sandigem Boden wird soweit ausgebaggert, dass der notwendige Platz für den Stützkörper 14 geschaffen wird. Nach der Aushärtung des Stützkörpers 14, wird der Stützkörper 14 böschungsseitig angefüllt. Der Aushub (Baggergut) aus Erdreich 2 und Auffüllung 3 wird, wenn es für den Stützkörper 14 verwendet wird in Schuten (nicht gezeigt) gelagert oder bei herkömmlicher Bauweise auf eine Deponie verbracht. Ein Zwischenlagern des Aushubs aus Erdreich 2 und Auffüllung 3 bei Baustellen an Land erfolgt im Baustellenbereich. Die Zwischenlagerung des Aushubs aus Erdreich 2 und Auffüllung 3 in Wasserbaustellen erfolgt in geeigneten Schuten (hier nicht gezeigt). In den Zwischenlagern wird, wenn notwendig, das Material für den Mischprozess vorbereitet. In der Regel werden Unrat oder Überkorn mit Separatoren aus dem Baggergut entfernt.
In 3 ist der Stand der Technik zu sehen. Es ist der Einbau einer Spundwand 6 aus Stahl nach herkömmlicher Bauweise gezeigt. Der Stand der Technik wird nur insofern im Detail beschrieben, als das es notwendig ist, die Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und dem erfindungsgemäßen Bauen zu erkennen. Jedoch weisen wir darauf hin, dass für den Einbau der Spundwand 6 nach herkömmlicher Bauweise, die Spundwand 6 viel länger und stärker sein muss. Aus diesem Grund ist es oft notwendig, vor dem Einsetzen der Spundwand 6 eine Lockerungsbohrung 11 durchzuführen. Diese Lockerungsbohrung 11 ist kostenaufwendig. Die Spundwand 6 wird tief in den tragfähigen Boden 1 eingebaut. Nachdem die Spundwand 6 gesetzt wurde, werden Anker 8 zur rückwärtigen Befestigung landseitig in den tragfähigen Boden 1 eingebaut. Die Anker 8 werden dann am Ankerkopf 7 gespannt. Danach kann Sand 9 hinter die Spundwand 6 eingespült werden. Der hinter die Spundwand 6 eingespülte Sand 9 muss zugekauft werden, d.h. es wird zusätzliches Grund-Material benötigt. Als Abschluss wird auf den Sand 9 eine Stahlbetonplatte 10 aufgebaut. Wenn es notwendig ist, kann noch eine Tragschicht (nicht in der Zeichnung enthalten) eingebaut werden, bevor die Stahlbetonplatte 10 aufgebaut wird.
4 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für einen Einbau mit einer Spundwand 6. Nach den vorbereitenden Arbeiten, wie sie zu 2 beschrieben werden, wird die Spundwand 6 eingesetzt. Diese Spundwand 6 ist deutlich kürzer und dünner, bezogen auf die Materialstärke, als die aus dem Stand der Technik bekannte Spundwand 6. Die Materialersparnisse an der Spundwandlänge sind bedeutend. Weiterhin generiert sich ein deutliches Einsparungspotential durch die Einkürzung der Spundwände 6, weil für den Stand der Technik oft im tragfähigen Boden 1 vorgebohrt mittels einer Lockerungsbohrung 11 werden muss um die Spundwand 6 fachgerecht und tief einbauen zu können. Die Spundwand 6 in der Erfindung dient nur als Schalung und Kolkschutz. Zur besseren Stabilität der Spundwand 6 während der Bauzeit, wird diese mit einer geeigneten aufgelegen Aussteifung 12, beispielsweise mit Doppel-T-Trägern gesichert. Die Aussteifung 12 wird an Land mit Erdankern 13 gesichert. Die Lockerungsbohrung 11 (aus 3) kann eingespart werden oder verringert sich. Denn die Spundwand 6 ist deutlich kürzer als bei herkömmlicher Bauweise. Weiterhin werden die Anker 8 (aus 3) teilweise oder ganz weise oder ganz eingespart welches ebenso zu einer deutlichen Kostensenkung führt.
Die 5 zeigt den Einbau eines Stützkörpers 14. Der Stützkörper 14 besteht aus dem vorhandenen Baggergut und/oder anderen beigestellten Materialien, die mit hydraulischen Bindemitteln gebunden werden. Entsprechend der durch die Statik vorgegebenen Eigenschaften werden Rezepte erstellt, so dass die gewünschten Kerneigenschaften erzeugt werden. Dies erfolgt durch vorherige Untersuchung der Zusammensetzung des Aushubs und Berechnung der notwendigen hydraulisch Bindemitteln und/oder weiteren geeigneten Zuschlagstoffen. Die Kerneigenschaften des Stützkörpers 14 sind a) Einaxiale Druckfestigkeit von 0,1 bis 20 N/mm², b) Scherfestigkeit 0,1 bis 5,0 N/mm² oder c) der kf Wert (Wasserdurchlässigkeit von Boden) ab 10^-6 und kleiner. Der Einbau des Stützkörpers 14 erfolgt lagenweise frisch in frisch. Durch den lagenweisen Einbau frisch in frisch wird die Drucklast auf die Spundwand 6 gering gehalten und die Verbindung der Lagen gesichert. Es ist darauf zu achten, dass es in der Einbauphase nicht zur Entmischung des Materials kommt. Der Einbau erfolgt im Kontraktorverfahren. Das Kontraktorverfahren ist Stand der Technik und wird hier nicht weiter beschrieben. Der Stützkörper 14 wir bis ca. einem Meter unterhalb der Einbauhöhe eines Totmannankers 15 (auch „Erdanker Toter Mann“ genannt) lagenweise eingebaut. Dann wird der Totmannanker 15 eingebaut und der Stützkörper 14 weiter lagenweise frisch in frisch eingebaut. Der Todmannanker 15 sichert die Spundwand 6 im festen Kontakt zum Stützkörper 14. Nachdem der Totmannanker 15 in den Stützkörper 14 eingebaut wurde und der Stützkörper 14 ausgehärtet ist, wird der Todmannanker 15 gespannt. Danach werden die Erdanker 13 gezogen und die Aussteifung 12 entfernt.
In 6 ist der Endzustand nach dem Einbau des Stützkörpers 14 dargestellt. Auf den Stützkörper 14 ist eine Stahlbetonfläche 16 zu sehen, welche nach dem Aushärten des Stützkörpers 14 aufgebaut wurde. Die Einsparungen gegenüber der Bauweise nach dem Stand der Technik, wie in der 3 gezeigt, sind deutlich zu erkennen:

a) die Spundwand 6 ist wesentlich kürzer,
b) die Spundwand 6 ist wesentlich dünner,
c) das Vorbohren für die Spundwand 6 verringert sich erheblich oder entfällt, da die Spundwand 6 kürzer und dünner ist,
d) die Todmannanker 15 sind mit deutlich geringerem Aufwand zu errichten als die Anker 8 aus 3,
e) der Stützkörper 14 kann in den meisten Fällen aus dem Baggergut der bei der Vertiefung der Hafensohle 4 ohnehin anfällt hergestellt werden,
f) die Deponiekosten verringern sich stark oder entfallen gänzlich, denn das anfallende Baggergut bei der Vertiefung des Hafenbeckens durch die Absenkung der Hafensohle 4 wird wenn möglich in den Stützkörper eingearbeitet
g) die Fremdeinkäufe des Füllsandes werden minimiert oder entfallen.

Stützkörper in Kombination mit einer Holzpfahlgründung
In 7 bis 10 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Einsatz eines Stützkörpers 14 in Verbindung mit einer Holzpfahlgründung gezeigt. Die Erfindung kann ebenso für Bauwerke mit Pfahlgründungen aus Beton und Stahl genutzt werden. Der Stützkörper 14 ist in seiner Zusammensetzung so aufgebaut, um ein Holztragwerk aus Holzpfählen 17 und Holztragwerksbohlen 18 zu ertüchtigen, dass alle Lasten auf dem Holztragwerk aufgenommen und in den tragfähigen Boden 1 eingeleitet werden können. Hier soll das Beispiel der Holzpfahlgründung betrachtet werden. Das Prinzip ist bei Beton und Stahlpfahlgründungen gleich.
Die 7 zeigt die Ausgangssituation von Pfahlgründungen mit einem Tragwerk Pfählen 17 und Tragwerksbohlen 18 aus Holz und den möglichen Istzustand des Holztragwerks, welches durch Zersetzung des Holzes an Tragfähigkeit verloren hat. Die Zersetzung erfolgt in dem Bereich Niedrigwasser (NW). In das Holztragwerk wird ursprünglich die gesamte Last des Bauwerkes mit Kaimauer 19 und Auffüllungen 3 mit einer eventuellen Bebauung und einer Verkehrslast in den tragfähigen Boden 1 über die Pfähle 17 eingeleitet. Durch den unterschiedlichen Wasserstand bei Hochwasser HW und bei Niedrigwasser NW (Tide) fällt das Tragwerk aus Pfählen 17 und Tragwerksbohlen 18 im Kopfbereich trocken. Das führt zur Zersetzung des Holzes in diesem Bereich. Außerdem kommt es zur Ansammlung von Schlick 20 in diesem Bereich. Die Auflast der Kaimauer 19, der Uferbauwerke (nicht gezeigt) und/oder Auffüllungen 3 kann dann nicht mehr von den Pfählen 17 getragen werden. Dies führt zu Setzungen im Bauwerk z.B. der Kaimauer 19, der Uferbauwerke (nicht gezeigt) und der Auffüllungen 3. Die Ertüchtigung der der Tragwerksbohlen 18 und der Pfähle 17 ist sehr aufwendig oder unmöglich. Der Ersatzneubau ist oft die einzige Möglichkeit für eine dauerhafte Nutzung.
8 zeigt die Freilegung der Holzkonstruktion im Kopfbereich. Als erstes wird eine Istzustands-Analyse des Holzes der Holzkonstruktion aus Pfählen 17 und Tragwerksbohlen 18 vorgenommen. Die Einstufung des Holzes in Holzklassen erfolgt nach einer sorgfältigen Auswertung aller Daten. Daraus ergibt sich die mögliche Belastbarkeit der vorhandenen Pfähle 17. In der Regel ist die Zersetzung nur im Kopfbereich (0.5 m von oben) aufgetreten. Der Rest der Pfähle 17 hat in der Regel seine ursprünglichen Eigenschaften beibehalten. In dem Bereich, in dem der Schlick 20 abgelagert ist, erfolgt eine abschnittweise Freilegung der Pfähle 17 mittels Hochdruckspülung oder ähnlichem und es entsteht ein freigelegter Bereich 21 durch die Ausspülung des Schlicks 20 bis zum Kleihorizont 2. Diese Technik ist vorhanden und allgemein bekannt. Wenn die Freilegung des Bereichs 21 durch die Ausspülung des Schlicks 20 vollzogen ist, werden die freigelegten Pfähle 17 im freigelegten Bereich 21 noch einmal auf Belastbarkeit geprüft und gereinigt. Die Prüfung hat besonders im Kopfbereich der Holzpfähle 17 zu erfolgen. In dem Bereich der Niedrigwasserlinie ist die Zersetzung der Holzpfähle 17 zu vermuten. Denn nur in dem Bereich fallen die Holzpfähle 17 und die Tragbohlen 18 trocken.
Nach positiver Analyse der Pfähle 17 werden diese mit Tragkonstruktionen 22, beispielsweise Ringmanschetten aus Stahl oder anderen Materialien, wie in 9 gezeigt, versehen. Diese Tragkonstruktionen 22 werden um das freigelegte Ende der Pfähle 17 in der Nähe zum Erdreich 2 kraftschlüssig angebracht. Der Abstand zum Erdreich 2 sollte 0,5m betragen. Je nach Örtlichkeit können auch andere Tragkonstruktionen 22 an Stelle der Ringmanschette eingesetzt werden. Die Ringmanschette oder eine andere Tragkonstruktion 22 haben die Aufgabe, eine kraftschlüssige, dauerhafte Verbindung zum Pfahl 17 zu gewährleisten. Die Tragkonstruktion 22 weist ausreichend Auflagefläche für den Stützkörper 14 auf, um die Lasten über den alten Pfahl 17 in den tragfähigen Boden 1 einzuleiten.
Die Fertigstellung des Stützkörpers 14 in Verbindung mit Pfählen 17 aus Holz wird in 10 dargestellt. Für die Vorbereitung der Verfüllung des entstandenen freigelegten Bereichs 21 wird eine Abdichtung 23 geschaffen. Diese Abdichtung 23 kann mittels einer geeigneten Stahl- oder Stahlbetonplatte erfolgen und kann im Bauwerk verbleiben. Die Abdichtung 23 wird in das Erdreich 2 eingesetzt und an die erste Holzpfahlreihe 17 angelehnt und bei Bedarf oben an dem Holzpfahl 17 gegen abkippen befestigt. Der Stützkörper 14 wird in geeigneter Weise in den freigelegten Bereich 21 eingebaut. Der Einbau erfolgt lagenweise und frisch in frisch. Es ist darauf zu achten, dass es in der Einbauphase nicht zur Entmischung des Materials kommt. Der Einbau kann im Kontraktorverfahren im freien Fall von oben senkrecht oder mit einer geeigneten Pumpe von vorn oder von oben erfolgen. Beide Verfahren sind Stand der Technik und werden hier nicht gezeigt. Der Stützkörper 14 geht eine feste Verbindung mit den Pfählen 17 (Haftreibung) und mit der Tragkonstruktion 22 (Auflager), beispielsweise der Ringmanschette, ein. Die gesamte Auflast wird aus dem Bauwerk 19, der Auffüllung 3, der Verkehrslast und anderen Bauwerken (hier nicht gezeigt) von den Pfählen 17 übernommen, da der Stützkörper 14 nach Erhärtung die Kräfte auf den gesunden Teil der Pfähle 17 überträgt. Somit können die Holzpfähle 17 wieder, wie ursprünglich vorgesehen, alle Lasten aus den Bauwerken 19, der Auffüllung 3, der Verkehrslast und anderen Bauwerken (hier nicht gezeigt) in den tragfähigen Boden 1 einleiten. Der Stützkörper 14 schützt die Pfähle 17 und die Tragwerksbohlen 18 gegen weitere Verrottung und Zerfall, da der Stützkörper 14 isolierende und konservierende Eigenschaften hat. Der Stützkörper 14 ist so rezeptiert (siehe auch 5), dass er in der Lage ist, die Lasten zu übernehmen und die Holzpfähle 17 zu konservieren. Die Zersetzung der Pfähle 17 ist dauerhaft gestoppt, da der Stützkörper 14 die Pfähle 17 umschließt und somit kein Sauerstoff aus der Luft an das Holz gelangen kann. Die Kerneigenschaften des Stützkörpers 14 sind

a) Einaxiale Druckfestigkeit von 0,1 bis 20 N/mm²,
b) Scherfestigkeit 0,1 bis 5,0 N/mm² oder auch
c) der kf Wert (Wasserdurchlässigkeit von Boden) ab 10^-6 und kleiner.

Die Einsatzmöglichkeiten des Stützkörpers 14 sind vielfältig. Im Folgenden werden dazu einige weitere Beispiele ausgeführt, ohne den Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben. So kann, neben den beschriebenen Anwendungen des Stützkörpers 14 bei Spundwänden aus Holz, Stahl oder Kunststoff (1 bis 6) oder bei Holzpfahlgründungen (7 bis 10), der Stützkörper 14 auch bei Befestigungen aus Natursteinmauern, Befestigungen aus Beton, Befestigungen aus Ziegelstein, Bauwerke wie Fangedamm oder Kofferdamm, Kreiszellen oder Drahtschotterkästen angewendet werden.
Befestigungen aus Natursteinmauern, Beton oder Ziegelstein:

Die Verankerungen können minimiert werden oder gänzlich wegfallen, da der Stützkörper 14 die durch die Statik ermittelten Lasten aufnehmen kann. Die Verfüllung wird lagenweise vorgenommen so dass der Druck auf die Wand zu vernachlässigen ist. Die Natursteinwand, Betonwand oder Ziegelwand dient als Schalung.

Bauwerke wie Fangedamm oder Kofferdamm:

Die Verankerungen können minimiert werden, da der Stützkörper 14 die durch die Statik ermittelten Lasten aufnehmen kann. Die Verfüllung wird lagenweise vorgenommen so dass der Druck auf den Fangedamm zu vernachlässigen ist.

Kreiszellen:

Die Verfüllung der Zellen kann gänzlich mit dem Stützkörper 14 erfolgen, sodass Wasserbausteine nicht benötigt werden. Die Verfüllung wird lagenweise vorgenommen. Die lagenweise Höhe der Verfüllung ist jedoch so zu wählen, dass der Druck auf die Kreiszellen ausreichend ist um diese aktiv zu stabilisieren. Die Außenwand dient als Schalung.

Drahtschotterkästen oder Gabionen:

Die Verankerungen können minimiert werden oder gänzlich wegfallen, da der Stützkörper 14 die durch die Statik ermittelten Lasten aufnehmen kann. Die Verfüllung wird lagenweise vorgenommen so dass der Druck auf den Drahtschotterkasten zu vernachlässigen ist. Die Gabionen,
ausgeschlagen mit Geotextilien, dienen als Schalung. Die eingesetzten Geotextilien oder andere Dichtbahnen werden so angebracht, dass der beim Einbau noch flexible Baustoff am vorgesehenen Ort verbleibt. Weiterhin ist es möglich, das an der Baubreite der Gabionen gespart werden kann, da der Stützkörper 14 die Lasten aufnehmen kann und die Gabionen nur noch aus optischen Gründen verwendet werden.

Pfahlgründunen aus Beton und Stahl:

Eine Pfahlgründung aus Beton und Stahl kann durch den Stützkörper 14 ersetzt werden, da die Lasten durch diesen aufgenommen werden. Die Kräfte werden über die Fläche des Stützkörpers 14 abgetragen. Die Pfahlgründungen können aber auch vollständig aus dem Stützkörper 14 hergestellt werden. In diesem Fall ist davon auszugehen, dass sich die Anzahl der Pfähle erhöhen, was durch statische Berechnungen ermittelt werden muss. Die Stützkörper 14 können aus vorhandenem Boden oder aus Recyclingmaterial hergestellt werden.

Bezugszeichenliste

1. Stützkörper hinter einer Uferbefestigung am Beispiel einer Stahlspundwand

1

tragfähiger Boden

2

Erdreich

3

Auffüllung

4

Hafensohle

5

Wasserlinie

6

Spundwand

7

Ankerkopf

8

Anker

9

Sand

10

Stahlbetonplatte

11

Lockerungsbohrung

12

Aussteifung

13

Erdanker

14

Stützkörper

15

Totmannanker

16

Stahlbetonfläche
2. Stützkörper in Kombination mit einer Holzpfahlgründung

HW

Hochwasser

NW

Niedrigwasser

1

tragfähiger Boden

2

Erdreich

3

Auffüllung

14

Stützkörper

17

Pfähle

18

Tragwerksbohlen

19

Kaimauer

20

Schlick

21

freigelegter Bereich

22

Tragkonstruktionen

23

Abdichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

NL 92013568 A [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Befestigung eines Geländesprungs mittels eines Stützkörpers (14) mit den Schritten: a) Ausbaggern des Geländesprungs, wobei ein Aushub entsteht, welcher aus Auffüllung (3) und Erdreich (2) besteht, b) Zwischenlagern des Aushubs, c) Anlegen einer Böschung im Erdreich (2) und in der Auffüllung (3), d) Einsetzen einer Spundwand (6) in einem definierten Abstand zur angelegten Böschung, wobei die Spundwand (6) als Schalung und Kolkschutz dient, e) Stabilisieren der Spundwand (6) mit einer aufgelegen Aussteifung (7), welche an Land mit Erdankern (13) gesichert ist, f) Analysieren von Bestandteilen des Aushubs und Berechnung von weiteren Materialien bestehend aus geeigneten Zuschlagstoffen und notwendigen hydraulischen Bindemitteln, welche dem Aushub hinzugefügt werden müssen, um definierte Kerneigenschaften des Stützkörpers (14) entsprechend einer gewünschten Statik zu erreichen, g) Rezeptieren der weiteren geeigneten Zuschlagstoffe und notwendigen hydraulischen Bindemittel für den Aushub und Mischen der Materialien für den Stützkörper (14), h) Einbau des Stützkörpers (14), welcher aus dem Aushub der vorhergehenden Ausbaggerung und den zugemischten Materialien besteht, lagenweise frisch in frisch, bis ca. einem Meter unterhalb einer Einbauhöhe eines Totmannankers (15), i) Einbau eines Todmannankers (15) und weiterer Einbau des Stützkörpers (14) lagenweise frisch in frisch, j) Aushärten des Stützkörpers (14), k) Entfernen der Aussteifung (7).
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem weiteren Schritt nach dem Aushärten des Stützkörpers (14): Aufbau einer Stahlbetonfläche (16) auf dem Stützkörper (14).
Verfahren nach Anspruch 1 mit weiteren Schritten für eine Pfahlgründung: a-1) Freilegung eines geschädigten Tragwerks aus Pfählen (17) und Tragwerksbohlen (18), wobei ein Aushub entsteht oder Schlick (20) zur Wasserseite nach außen gespült wird, wobei ein freigelegter Bereich (21) entsteht, und Zwischenlagern des Aushubs, a-2) Analysieren eines Istzustands des Tragwerks und Auswertung der Daten zur Einschätzung einer noch vorhandenen Belastbarkeit des Tragwerks, a-3) Reinigung der Pfähle (17), a-4) kraftschlüssiges Verbinden der Pfähle (17) mit einer Tragkonstruktion (22), welche eine ausreichende Auflagefläche für den Stützkörper (14) darstellt, d) Einsetzen einer Abdichtung (23) für das Einfügen und zum Schutz des Stützkörpers (14), f) Analysieren von Bestandteilen des Aushubs und Berechnung von weiteren Materialien bestehend aus geeigneten Zuschlagstoffen und notwendigen hydraulisch Bindemitteln, um definierte Kerneigenschaften des Stützkörpers (14) entsprechend einer gewünschten Statik zu erzeugen, g) Rezeptieren der weiteren geeigneten Zuschlagstoffe und notwendigen hydraulischen Bindemittel und Vermischen der Materialien für den Stützkörper (14), h) Einbau des Stützkörpers (14), welcher lagenweise frisch in frisch eingebaut wird, i) Herstellen einer festen Verbindung des Stützkörpers (14) mit den Pfählen (17) und der Tragkonstruktion (22) im gesunden Bereich der Pfähle (17), j) Aushärten des Stützkörpers (14).
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass als Tragwerk Baustoffe aus Holz, Beton oder Stahl angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (23) mit einer Stahl- oder Stahlbetonplatte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass als Tragkonstruktion (22) einzelne Ringmanschetten aus Stahl, Holz oder Kunststoff um die Pfähle (17) kraftschlüssig angebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kerneigenschaften des Stützkörpers (14) mit - einer einaxialen Druckfestigkeit von 0,1 bis 20 N/mm², - einer Scherfestigkeit 0,1 bis 5,0 N/mm² oder - einem kf-Wert (Wasserdurchlässigkeit von Boden) kleiner gleich 10^-6 definiert sind.
Stützkörper für eine Befestigung eines Geländesprungs, wobei der Stützkörper (14) aus einer Zusammensetzung von Aushub des Geländesprungs und notwendigen hydraulischen Bindemitteln und/oder weiteren geeigneten Zuschlagstoffen besteht, wobei die hydraulischen Bindemittel und/oder weitere geeignete Zuschlagstoffe nach einer Analyse des Aushubs berechnet und rezeptiert werden, so dass der Stützkörper (14) definierte Kerneigenschaften von - einer einaxialen Druckfestigkeit von 0,1 bis 20 N/mm², - einer Scherfestigkeit 0,1 bis 5,0 N/mm² oder - einem kf-Wert (Wasserdurchlässigkeit von Boden) kleiner gleich 10^-6 besitzt.
Verwendung eines Stützkörpers nach Anspruch 7 für Befestigungen bei Spundwänden aus Holz, Stahl, Beton oder Kunststoff, für Befestigungen aus Natursteinmauern, für Befestigungen aus Beton, für Befestigungen aus Ziegelstein, für eine Sanierung von Pfahlgründungen, bei Bauwerken wie Fangedamm oder Kofferdamm, Kreiszellen oder Drahtschotterkästen.