DE19604523C2 - Hochliegende Abdichtungssohle mit Verdickungen - Google Patents

Description

Die Erfindung beschreibt eine hochliegende Abdichtungssohle und ein zugehöriges Verfahren, bei dem durch Verbesserung der Kraftübertragung vom Zugelement zur Sohlplatte die Anzahl Verankerungselemente einer Auftriebssicherung minimiert werden.

Bei innerstädtischen Baugruben darf der Wasserspiegel um die Baugruben herum in zunehmendem Maße nicht mehr abgesenkt werden, und so werden diese Baugruben als dichte Tröge ausgebildet.

Hierzu sind unterschiedliche Verfahren und Techniken bekannt.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine Ausführung nach dem Stand der Technik, bei der nach Erstellung der Baugrubenumschließung der Boden innerhalb der Baugrube bis zu einem Niveau 14 unter Wasser ausgehoben wurde. Anschließend wurden Auftriebspfähle mit Zugelementen eingebaut, welche entweder über eine Haftlänge oder über Kopfkon­ struktionen die Auftriebskräfte in eine Sohlplatte 9 übertragen.

Die Sohlplatte ist entweder eine Unterwasserbetonsohle, oder es handelt sich um eine nach dem Hochdruckinjektionsverfahren hergestellte Sohle, welche nachträglich durch­ bohrt wird und bei der dann die Zugelemente der Auftriebspfähle über Kopfplatten mit der Sohlplatte verbunden werden. Diese Kopfplatten werden dann von einem Taucher ge­ setzt.

Da die Sohlplatte aus Kostengründen so dünn wie möglich ausgeführt wird, d. h. ca. 1 m stark, können - wenn die Krafteintragung aus den Zugelementen über Verbund erfolgen soll - nur geringe Lasten je Zugelement eingeleitet werden, da die kurze Verbundlänge nicht mehr zuläßt.

So müssen sehr viele Zugelemente eingebaut werden, was zu einer Verteuerung des Verfahrens führt. Alternative ist eine aufwendigere Kopfkonstruktion mit großen Kraftüber­ tragungsplatten. Dies ist jedoch nur bei Unterwasserbetonsohlen möglich.

Fig. 2 zeigt unterschiedliche Verankerungsformen der Zugelemente 4. Einmal über reine Verbundspannungen 15 und als weitere Ausführungsformen über eine Kombination aus Kopfplatten und Muttern 10, welche vor Beginn der Betonierarbeiten für die Unterwasser­ betonsohle 9 montiert werden. Eine weitere Ausführungsvariante nach dem Stand der Technik ist in der Weise möglich, daß der Einbau der Zugelemente 4 erst nach Her­ stellung der Unterwasserbetonsohle 9 erfolgt. In diesem Fall wird nach Beendigung der Aushubarbeiten unter Wasser der Kopf 16 für die Zugelemente gesetzt.

Die Herstellung der Sohlplatte als Unterwasserbetonsohle stellt sich als sehr schwieriges und teueres Verfahren dar, bei dem erhebliche Dichtigkeitsprobleme auftreten am Über­ gang zwischen Baugrubenumschließung und der Sohlplatte. Des weiteren besteht die Gefahr von Schlammeinschlüssen in der Unterwasserbetonsohle.

Die DE-AS 2022787 beschreibt so ein Verfahren, bei dem die Zugelemente, welche zur Auftriebssicherheit eingebaut werden, zusätzlich noch vorgespannt werden, um der Tatsache entgegenzuwirken, daß trotz Aushub unter Wasser bei einer Unterwasser­ betonsohle durch das Entfernen der Bodenlast eine Entspannung des Bodens unmittelbar unterhalb der Sohle auftreten kann. Die Vorspannung wirkt der Entspannung des Bodens entgegen. Der Einsatz von Pontons und aufwendigen Hilfsstützen sowie von Tauchern führt dazu, daß das beschriebene Verfahren sehr kostenintensiv ist.

In der Fig. 3 wird ein anderes Bauverfahren nach dem Stand der Technik dargestellt, bei dem eine Sohlabdichtung in sehr großer Tiefe ausgeführt wird. Diese tiefliegenden Dichtungssohlen bestehen dabei bevorzugt aus einer größeren Anzahl von überschnitte­ nen Weichgel-Injektionskörpern oder aus zahlreichen Hochdruckinjektionssäulen, d. h. Körpern die mit dem Düsenstrahlverfahren hergestellt werden.

Diese Verfahren haben den Nachteil, daß sehr hohe Anforderungen an die Bohrgenau­ igkeit der zahlreichen Bohrungen gestellt werden müssen, damit man sicher sein kann, daß in den großen Tiefen durch Bohrabweichungen keine Fehlstellen entstehen, welche später zu einer undichten Sohle führen würden.

Aufgrund der notwendigen Bodenauflast über der Dichtungssohle müssen auch die Baugrubenumschließungswände sehr tief geführt werden, was zu einer erheblichen Verteuerung und Erschwerung des Verfahrens führt, da auch diese wasserdicht ausge­ führt werden müssen und das Risiko dabei mit zunehmender Tiefe wächst.

Entsprechend Fig. 3 beschreibt die Patentanmeldung DE 195 25 724.3 ein Verfahren, bei dem die für den Grundbruch notwendige Bodenauflast 7 weniger hoch ausgeführt werden muß, da die als Auflast wirkende Bodenschicht oberhalb der Dichtsohle 11 über Zug­ pfähle 17 mit Zugelementen 4 mit der darunterliegenden Bodenschicht verankert ist. Auf diese Weise kann die Einbindetiefe der Baugrubenumschließung 13 zwar vermindert werden, aber dennoch bleibt das Verfahren relativ teuer.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei einer hochliegenden Abdichtungssohle mit Baugrubenumschließungswänden von geringerer Tiefe die Anzahl der Zugelemente gegenüber den bisher üblichen Verfahren deutlich zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nach dem Herstellen der Baugrubenumschließung wird von Bereichen oberhalb des Grundwasserspiegels aus nach bekanntem Verfahren eine Abdichtungssohle hergestellt. Bevorzugterweise wird diese Abdichtungssohle nach dem Düsenstrahlverfahren oder dem Hochdruckinjektionsverfahren hergestellt. Die Oberkante dieser Abdichtungssohle liegt nicht auf dem gleichen Niveau wie die spätere Baugrubensohle wie es beispielsweise beim Einsatz einer Unterwasserbetonsohle der Fall wäre, und sie liegt auch nicht so tief wie bei einer tiefliegenden Abdichtungssohle mit Bodenauflast gegen Auftrieb, sondern sie liegt mit ihrer Oberkante in einem verhältnismäßig geringen Abstand unterhalb der geplanten Baugrubensohle. Auf diese Weise ist über der Abdichtungssohle eine Boden­ überdeckung vorhanden, die den Vorteil hat, daß bei Undichtigkeiten in der Abdichtungs­ sohle sich der unterhalb der Sohle anstehende Wasserdruck durch die Bodenüberdec­ kung bis zur Baugrubensohle nach oben so weit abbauen kann, daß keine Gefahr mehr besteht, daß Bodenmaterial unterhalb der Abdichtungssohle nach oben in die Baugrube gefördert werden kann. Dies setzt voraus, daß der oberhalb der Abdichtungssohle liegen­ de Boden wasserdurchlässig ist.

Durch den Abbau des Strömungsdruckes ist auch bei Fehlstellen in der Abdichtungssohle die Gefahr eines hydraulischen Grundbruches durch die planmäßige Bodenauflage, welche bevorzugterweise aus dem anstehenden Sand der Baugrube besteht, nicht mehr gegeben. Je nach Aushubtiefe liegt diese Überdeckungsschicht des Bodens zweck­ mäßigerweise in einer Dicke von mehr als 60 cm.

Die Überdeckungsschicht dient gleichzeitig dazu, örtliche Verdickungen in der Abdich­ tungssohle zu ermöglichen. Diese Verdickungen werden aus Wirtschaftlichkeitsgründen nur an Stellen durchgeführt, an denen Zugelemente später ihre Kräfte in die Abdichtungs­ sohle einleiten sollen. Die Verdickungen der Abdichtungssohle werden notwendig, um aus einem Zugelement höhere Lasten in die Abdichtungssohle einzutragen als es nach den bisherigen Techniken möglich war. Dies gilt besonders dann, wenn die Zugelemente ihre Kräfte in die Abdichtungssohle vorwiegend über reine Verbundspannungen übertragen.

Diese vereinzelt angeordneten Verdickungen in der Sohlplatte können auf unterschiedli­ che Weise hergestellt werden.

Eine Herstellmöglichkeit ist, daß bei der Herstellung der Abdichtungssohle mit dem Hochdruckinjektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren an den Stellen, wo später die Zugelemente der Auftriebssicherung angeordnet werden, nach Erreichen der Dicke, welche im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Fläche der Abdichtungssohle vorhanden ist, die entsprechende Säule in den Bereich der Bodenauflage hinein verlän­ gert wird. Dabei ist es möglich, den Säulendurchmesser so beizubehalten, wie er in der Gesamtfläche ausgeführt wird, aber es ist auch möglich, den Durchmesser der Hoch­ druckinjektionssäule zu verkleinern, um Baustoffe wie beispielsweise Zement, wie er zur Herstellung von Hochdruckinjektionssäulen notwendig ist, einzusparen.

Eine weitere Variante zur Erreichung einer örtlichen Verdickung besteht darin, daß die Sohle 1 an einigen Stellen mit Hilfe eines Pfahlbohrgerätes durchbohrt wird.

Diese Durchbohrungen werden zweckmäßigerweise in einem wesentlich größeren Durchmesser durchgeführt als der Durchmesser der Bohrungen für die Zugelemente. So ist es auch bei kleiner Druckfestigkeit und Schubfestigkeit des Sohlmateriales möglich, je Zugelement größere Gesamtlasten in die Sohlplatte einleiten zu können.

Diese Erhöhung der übertragbaren Lasten je Zugelement führt zu einer Einsparung der Gesamtanzahl an Bohrungen für die Zugelemente, was wiederum zur Reduzierung der Kosten für die Auftriebssicherung führt.

Für den Fall, daß die Verdickungen nachträglich mit einem Pfahlbohrgerät hergestellt werden, ist es zweckmäßig, daß in die Verdickungsbereiche zusätzlich Bewehrungskörbe eingesetzt werden, um die Übertragung der Zugkräfte in die Sohlplatte zu verbessern.

Figurenbeschreibung:
Fig. 1 zeigt einen Schnitt und einen Grundriß der erfindungsgemäßen hochliegenden Abdichtungssohle. Innerhalb einer Baugrubenumschließung 13, welche aus Bohrpfählen, Schlitzwänden oder Spundwänden bestehen kann, befindet sich eine hochliegende Abdichtungssohle 1. In der dargestellten Ausführungsvariante wird die Abdichtungssohle 1 nach dem Hochdruckinjektionsverfahren hergestellt. Dabei besteht die Abdichtungssohle 1 aus zahlreichen sich überschneidenden Injektionssäulen. Einige dieser Säulen ragen als Verdickungen 2 über die Abdichtungssohle 1 um einen Betrag 19 nach oben hinaus. Durch diese Verdickungen 2 werden die Bohrungen für die Zugele­ mente 4 durchgeführt.

Die erfindungsgemäßen Verdickungen 2 sind im vorgestellten Anwendungsbeispiel einmal im Zuge des Hochdruckinjektionsverfahrens hergestellt, und in weiteren Anwendungsbei­ spielen ist die Verdickung durch nachträgliche Herstellung von Bohrungen erfolgt. Einmal schneidet die Bohrung nur einen Teil der Abdichtungssohle 1 an und bindet dabei über eine Mantelfläche 26 in die Abdichtungssohle 1 ein.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine nachträgliche Bohrung dargestellt, welche die Abdichtungssohle 1 vollständig durchdringt und eine Kontaktfläche 22 herstellt, welche die Kräfte aus den Zugelementen 4 rein über Haftspannungen in die Abdichtungs­ sohle 1 einträgt.

Die Bohrungen 21 für die Zugelemente 4 sind mit einem selbsterhärtenden Baustoff 5 aufgefüllt.

Werden die Verdickungen 2 nachträglich durch Bohrungen hergestellt, so kann es zweck­ mäßig sein, zur Verbesserung des Verbundes zwischen Verdickung 2 und Abdichtungs­ sohle 1 zusätzlich eine Bewehrung 23 einzubauen.

Bei allen gezeigten Möglichkeiten zur Verankerung ist gemeinsam, daß die Kraftüber­ tragung zwischen Zugelement 4 und der Abdichtungssohle 1 mit Verdickungen 2 im wesentlichen über Verankerungslängen 3 erfolgt, welche bevorzugt Haftverbundspannun­ gen übertragen. Damit die Verdickungen 2 oberhalb der Abdichtungssohle 1 ausgeführt werden können, muß die Tiefenlage der Abdichtungssohle 1 so gewählt werden, daß darüber noch ein Bodenpaket 6 stehen bleibt.

Wenn diese Bodenschicht 6 aus durchlässigem Bodenmaterial besteht, so bedeutet dies als weiteren Vorteil, daß bei Undichtigkeitsstellen in der Abdichtungssohle 1 eine Schutz­ wirkung gegen hydraulischen Grundbruch erreicht wird. Wenn sich in der Abdichtungs­ sohle 1 Schadstellen mit größerer Durchlässigkeit befinden, so wird durch die durch­ lässige Bodenschicht 6 verhindert, daß Bodenpartikel aus Bereichen, die unterhalb der Abdichtungssohle 1 liegen, in die Baugrube ausgewaschen werden.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei die Verdickungen 2 nicht oberhalb der Abdichtungssohle 1 sondern unterhalb angeordnet sind. Dadurch wird die Verwendung einer Bewehrung 23 für die Verdickungsbereiche notwendig. Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform der Einsatz einer Endverankerung 24 gezeigt, durch deren Einsatz die Verankerungslänge 3 verkürzt werden kann.

Claims (14)

1. Hochliegende Abdichtungssohle, hergestellt nach dem Hochdruckinjektionsverfahren oder nach dem Unterwasserbetonverfahren, mit Zugelementen als Auftriebssiche­ rung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungssohle (1) auf weniger als 50% ihrer Fläche örtliche Verdickun­ gen (2) besitzt, welche um einen Betrag (19) über die durchschnittliche Dicke der Abdichtungssohle (1) nach oben hinausragen und/oder um einen Betrag (25) in den Bereich unterhalb der Abdichtungssohle (1) ragen, und daß durch diese Verdickun­ gen (2) die Zugelemente (4) derart hindurchgeführt sind, daß die Kräfte der Zug­ elemente (4) über eine Haftverbundstrecke (3) in die Abdichtungssohle (1) einleitbar sind.

2. Hochliegende Abdichtungssohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen (2) aus dem gleichen Material wie die Abdichtungssohle (1) bestehen.

3. Hochliegende Abdichtungssohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen (2) aus einem hinsichtlich der Druck- und Scherfestigkeit besseren Material bestehen als die Abdichtungssohle (1).

4. Hochliegende Abdichtungssohle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verdickungen (2) teilweise oder auf ihre gesamte Länge mit einer Beweh­ rung (23) versehen sind.

5. Hochliegende Abdichtungssohle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in der Abdichtungssohle (1) sowie den Verdickungen (2) verankerten Zug­ elemente (4) mit einem Gewinde oder Baustahlrippen versehen sind.

6. Hochliegende Abdichtungssohle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (4) zusätzlich zu den Gewinden oder Rippen noch mit einer Endverankerung (24) oder Verdickungen (27) versehen sind.

7. Hochliegende Abdichtungssohle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zugelemente (4) aus Stahl, Kunststoff, Glasfasern oder faserbe­ wehrten Kunststoffen bestehen.

8. Verfahren zur Herstellung einer hochliegenden Abdichtungssohle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen (2) in einem Arbeitsgang mit der Herstellung der Abdichtungs­ sohle (1) hergestellt werden.

9. Verfahren zur Herstellung einer hochliegenden Abdichtungssohle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungssohle (1) und die Verdickungen (2) mit Hilfe des Hochdruckinjek­ tionsverfahrens hergestellt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Verdickungen (2) nach der Herstellung der gesamten oder teilflächigen Abdichtungssohle (1) erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen (2) durch Eindrehen eines Bohrwerkzeuges in die Abdich­ tungssohle (1) und Verfüllen der Bohrungen hergestellt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrwerkzeug die Abdichtungssohle (1) anbohrt.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung mit dem Bohrwerkzeug bis zur Unterseite der Abdichtungssohle (1) oder bis in Bereiche unterhalb der Abdichtungssohle (1) durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen im Bereich der Verdickungen (2) mit einem selbsterhärtenden Baustoff verfüllt werden.