DE19648604C2

DE19648604C2 - Auftriebssichere Sohle für eine Baugrube

Info

Publication number: DE19648604C2
Application number: DE1996148604
Authority: DE
Inventors: Klaus Weber; Christof Saenger
Original assignee: Ed Zueblin AG
Current assignee: Ed Zueblin AG
Priority date: 1996-11-23
Filing date: 1996-11-23
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2016-11-24
Also published as: DE19648604A1

Description

Die Erfindung betrifft eine auftriebssichere Sohle für eine Baugrube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige auftriebssichere Sohle ist aus der DE 35 34 655 A1 bekannt. Die dort gezeigte Sohle bildet eine wasserrückhaltende Dichtschicht, die mit mehreren im Boden unterhalb der Dichtschicht verankerten Verankerungselementen gesichert ist. Dabei werden die auf die Dichtschicht wirkenden Auftriebskräfte von den Verankerungs elementen abgefangen, wozu die Enden der Verankerungselemente in der Dichtschicht selbst festliegen. Der Einbau einer derartigen Dichtschicht - meist durch sich überschneidende Hochdruckinjektionssäulen gebildet - ist aufwendig und teuer.

Die nachveröffentlichte DE 195 25 724 C1 zeigt eine künstliche Dichtschicht, die im Boden unterhalb der Baugrubensohle eingebaut und nicht aus einer natürlichen Bodenschicht gebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auftriebssichere Sohle der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die mit einem geringen konstruktiven Aufwand für eine ausreichende Abdichtung der Baugrube gegen Grundwasser geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Kern der Erfindung ist die Ausnutzung einer natürlichen Bodenschicht als Dichtschicht. Da eine derartige natürliche Dichtschicht meist mechanisch nicht stabil ist, überträgt die Dichtschicht die auf sie wirkenden Auftriebskräfte auf eine Deckschicht, die über Verankerungselemente die auftretenden Auftriebskräfte in den Boden unterhalb der Dichtschicht ableitet. Hierzu weisen die Verankerungselemente größere lastaufnehmende Köpfe auf, die oberhalb der Dichtschicht in der Deckschicht liegen und zum Abfangen der Auftriebskräfte dienen.

Das über der dichtenden Schicht befindliche Material selbst muß dabei keine dichtenden Eigenschaften aufweisen.

Es kann entweder das über der dichtenden Schicht natürlich vorhandene Material selbst als Deckschicht eingesetzt werden, indem der Druck, der von der dichtenden Schicht auf dieses über ihr befindliche Material ausgeübt wird, auf Verankerungselemente (z. B. Pfähle, Anker, Nägel, Dübel) übertragen wird, die nach unten durch die dichtende Schicht hindurch, im Untergrund verankert sind.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, oberhalb der dichtenden Schicht eine künstliche feste Deckschicht zu schaffen, z. B. mittels Düsenstrahlverfahren (Soil-Jet, HDI, Soilcrete), die mittels Verankerungselementen im Untergrund befestigt wird.

Größere Körper/Plomben/Kopfelemente können von der dichtenden Schicht bis zur Baugrubensohle reichen oder sich auch nur über einen Bereich davon erstrecken. Die einzelnen lastaufnehmenden Teile des Verankerungselementes haben bevorzugt einen Durchmesser von größenordnungsmäßig 1,5 Metern und können teilweise untereinander zu größeren Konglomeraten verknüpft sein. Die künstliche durchgehende Deckschicht ist als ein besonders geordneter Spezialfall vollständig konglomerierter Elemente einer bestimmten Form anzusehen.

Der Durchstoß der verankernden Elemente durch die Dichtschicht erfordert keine zusätzliche Dichtmasse, wenn das die dichtende Schicht durchsetzende Element aus nachträglich aushärtender Masse, z. B. Betonsuspension, besteht, die sich von selbst der Öffnung des Durchstoßes durch die dichtende Schicht anpaßt.

Die künstliche Deckschicht muß nicht direkt auf der Dichtschicht liegen, sondern es darf sich noch anderes Bodenmaterial zwischen dichtender Schicht und Deckschicht befinden, welches als kräfteübertragendes Medium fungiert. Bevorzugt ist dabei eine Schichtdicke dieses Bodenmaterials, die größenordnungsmäßig nicht dicker als 1 Meter ist, weil dann, trotz der bei der Herstellung nicht vorgespannten Ankerelemente, nach dem Entfernen der Auflast beim Ausheben der Bausohle, beim Unterspannungsetzen durch die Auftriebskräfte nur eine geringfügige Anhebung der dichtenden Schicht stattfinden kann.

Das allgemeine Wirkungsprinzip betrachtend wird durch die Erfindung unter Zuhilfenahme einer natürlich vorhandenen undurchlässigen Schicht Wasserdruck in Bodenspannungen transformiert. Während Wasserdruck zur Gegendruckerzeugung eine dichtende Schicht erfordert, ist, als den Bodenspannungen entgegenstehendes Mittel, auch eine durchlässige Schicht möglich. Das zwischen dichtender Schicht und Deckschicht befindliche Material, u. U. auch das Material der dichtenden Schicht selbst, wirkt dabei als kraftübertragendes Medium auf die Deckschicht, bzw. das Material, in dem die Lasteinleitung in die Verankerungselemente erfolgt.

Eine künstliche Deckschicht kann z. B. aus sich überschneidenden, nach dem Düsenstrahlverfahren hergestellten Säulen gefertigt werden (siehe Abb. 1 und 2). Der so entstehende Trägerrost kann über Zugglieder in tiefere Bodenschichten rückverhängt werden. Die Säulen müssen nicht unbedingt überall Kontakt haben und einen regelmäßigen Trägerrost bilden; es können auch einzeln stehende Säulen verwendet werden oder solche, die nur teilweise untereinander eine Verbindung aufweisen.

Die Kombination einer verankerten Druckaufnahmeschicht mit einer darunter befindlichen natürlichen dichtenden Schicht hat folgende entscheidenden Vorteile:

- Die natürliche, sehr hochwertige Dichtschicht bleibt erhalten und kann genutzt werden. Die bis unter die dichtende Schicht hergestellten Verankerungselemente (z. B. Auftriebspfähle) führen aufgrund der Verformbarkeit dieser Schicht zu keiner Beeinträchtigung ihrer Dichtigkeit.
- Die Anforderungen an den im Beispiel beschriebenen Trägerrost sind gegenüber einer künstlichen Sohle eines herkömmlichen Verfahrens wesentlich geringer, da keine Wasserdichtigkeit erforderlich ist.
- Da bei zunehmender Tiefe der Verbauwand die Abweichungen von der Vertikalen herstellungsbedingt zunehmen, ist bei der erfindungsgemäßen Sohle, welche die Verwendung im Vergleich zur tiefliegenden Dichtungssohle kürzere Verbauwände erfordert, die Lagegenauigkeit am Fuße der Wand größer.
- Der Abbau des Strömungsdruckgradienten erfolgt planmäßig nahezu vollständig in der dichtenden Schicht (z. B. Geschiebemergel). Bei eventuell vorhandenen Schwachstellen wirkt der als Beispiel beschriebene, dicht gerasterte Trägerrost zusätzlich erosionsstabilisierend und unterstützt damit den Gradientenabbau.
- Der im Beispiel beschriebene Trägerrost hat eine Doppelfunktion, da er zusätzlich für die Verbauwände ein sehr steifes, horizontales Fußauflager darstellt. Die zu erwartenden, translatorischen Verschiebungen des Verbausystems aus der Aushubentlastung und der Zusammendrückung des Bodens unter der Baugrubensohle werden damit reduziert.
- Durch die zu erwartende hochwertige Abdichtung der Baugrube ist nur eine kleine Restwasserhaltung erforderlich.
- Bei einer tiefliegenden abdichtenden Sohle gemäß herkömmlichen Verfahren muß eine Entspannung unterhalb der natürlichen dichtenden Schicht (z. B. Mergel) gewährleistet werden. Diese technisch aufwendige und teilweise auch mit Risiken behaftete Entspannung entfällt bei der Erfindung.
- Die Wasserhaltung kann zu einem früheren Zeitpunkt abgeschaltet werden.

Grundsätzlich bestehen bei jeder Herstellung einer künstlichen Dichtungssohle im angewendeten Verfahren (z. B. Düsenstrahlverfahren) implizierte, ausführungstechnische Restrisiken. Diese stellen auch ein Terminrisiko für den Baubetrieb dar, da eventuell zusätzlich erforderliche Abdichtungsmaßnahmen und unvorhersehbare Situationen im Fall einer undichten Sohle zu Störungen des meist engen Bauzeitenplans führen.

Eine Risikoabschätzung bei der durch einen Trägerrost gesicherten, natürlichen Dichtsohle ergibt vor diesem Hintergrund auch den baubetrieblichen Vorteil einer Erhöhung der Terminsicherheit.

Die gleiche Argumentation gilt bei der Ausführung von sehr tiefen Verbauwänden. Innerhalb der Toleranz liegende Abweichungen von der Vertikalen haben bei kurzen Wänden nur geringere Auswirkungen auf die Wandfußlage.

Bei der Herstellung der beschriebenen, alternativen Auftriebssicherung entstehen im Vergleich zur tiefliegenden künstlichen Dichtsohle keine Zusatzkosten.

Ein Ausführungsbeispiel für eine große Baugrube ist im folgenden als eine der möglichen Varianten aufgeführt:

1. Aufschlußbohrungen zur Überprüfung einer ausreichend vorhandenen dichten Mergelschicht.
2. Herstellung einer Stahlbetonschlitzwand und der Dichtwand mit eingestellter Spundwand bis 1 m unter Unterkante Mergel bzw. maximal 3 m unter Oberkante Mergel. Die Mergelschicht befindet sich in 18 bis 20 Metern Tiefe, der Grundwasserspiegel ist ungefähr 3 Meter unter der Geländeoberfläche. Das übrige Bodenmaterial ist Sand, obenauf liegt eine Schicht Trümmerschutt aus dem 2. Weltkrieg.
3. Pumpversuch zur Verifizierung der vorhandenen dichten Mergelschicht und zeitlich paralleler Voraushub des Trümmerschutts.
4. Herstellung der mitteltief liegenden Sohle im Düsenstrahlverfahren (Soil-Jet, HDI) als steifer Trägerrost und Einbau der Verankerungselemente. Die Verankerungselemente sind dabei nicht vorgespannt. Sie geraten erst beim Verringern der Auflast auf der dichtenden Schicht beim Ausheben der Baugrube unter Spannung.
5. Grundwasserabsenkung in der Baugrube und Ausführung der Restwasserhaltung mit zwei Brunnen und Drainagegräben, über die ein stetiges Absenkziel zu erreichen ist. Nach Bedarf können für lokal tiefere Aushubbereiche Vakuumlanzen eingesetzt werden.
6. Baugrubenaushub mit Rückverankerungen und Aussteifungen der Baugrubenwände.
7. Bodenplatte und Rohbau Untergeschoß.
8. Restwasserhaltung einstellen und Brunnentöpfe verschließen.

Die Zeichnung zeigt in

Abb. 1 eine erfindungsgemäße Baugrube am Beispiel eines Bauvorhabens in Berlin im Querschnitt. Es sind nicht alle Verankerungselemente explizit ausgeführt.

Abb. 2 für das gleiche Beispiel den Ausschnitt aus dem Grundriß eines im Düsenstrahlverfahren hergestellten Trägerrostes mit Durchlässen.

Abb. 3 beispielhaft, wie ohne eine feste Deckschicht der Auftrieb der Sohle verhindert wird. Es sind wieder nicht alle Verankerungselemente ausgeführt.

Es sind auch Kombinationen aus Abb. 1 und Abb. 3 möglich, bei denen sich das Verankerungselement oberhalb der Deckschicht fortsetzt, u. U. bis in die Bodenplatte des späteren Bauwerks. In diesem Falle können die Verankerungselemente zudem noch zur klassischen Auftriebssicherung des späteren Bauwerks verwendet werden.

Die künstliche Deckschicht, bzw. in der nicht geschlossenen Ausführung der Trägerrost oder die einzelnen lastaufnehmenden Elemente müssen selbstverständlich nicht in der Horizontalen liegen, sondern können auch geneigt sein, oder einer vorhandenen unregelmäßigen Bodenformation angepaßt sein.

Bezugszeichenliste

1

Verbauwand (z. B. Schlitzwand, Spundwand, überschnittene Pfahlwand)

2

Baugrubensohle

3

Deckschicht

4

a säulenförmiger Teil des Trägerrostes (nach Düsenstrahlverfahren hergestellt) mit Verankerungselement

4

b säulenförmiger Teil des Trägerrostes (nach Düsenstrahlverfahren hergestellt) ohne Verankerungselement

5

Durchlaß in der Deckschicht

6

natürlich vorhandene Dichtschicht (z. B. Geschiebemergel)

7

Verankerungselement (z. B. GEWI-Pfähle, Zugpfähle, Anker)

8

Geländeoberfläche

9

Grundwasserspiegel

10

a Einleitungsbereich des Hauptteils der Auftriebslast in das Verankerungselement (z. B. ein nach dem Düsenstrahlverfahren hergestellter Pfahl)

10

b Lasteinleitungsbereich des Verankerungselementes (z. B. nach Düsenstrahlverfahren hergestellter Pfahl)

11

Lastabtragungsbereich des Verankerungselementes (z. B. GEWI-Pfahl)

Claims

1. Auftriebssichere Sohle für eine Baugrube, bestehend aus einer wasserrückhaltenden Dichtschicht (6) und mehreren im Boden unterhalb der Dichtschicht (6) verankerten Verankerungselementen (7), über die auf die Dicht schicht (6) wirkende Auftriebskräfte in den Boden ge leitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschicht (6) eine natürliche Bodenschicht ist, die unterhalb der Bau grubensohle (2) liegt, daß zwischen der Baugrubensohle (2) und der Dichtschicht (6) eine Deckschicht (3) vor gesehen ist und die Dichtschicht (6) die auf sie wir kenden Auftriebskräfte auf die Deckschicht (3) über trägt, und daß die Verankerungselemente (7) größere lastaufnehmende Köpfe (4a) aufweisen, die oberhalb der Dichtschicht (6) in der Deckschicht (3) liegen und die Verankerungselemente (7) selbst die Dichtschicht (6) durchstoßen und die von der Deckschicht (3) aufge nommenen Auftriebskräfte in den Boden unterhalb der Dichtschicht (6) ableiten.

2. Sohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3) eine natürliche Bodenschicht ist.

3. Sohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3) eine im Düsenstrahlverfahren hergestellte künstliche Deck schicht ist.

4. Sohle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe (4a) der Ver ankerungselemente (7) miteinander verknüpft sind.

5. Sohle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verknüpften Köpfe (4a) der Verankerungselemente (7) einen Gitter rost bilden.

6. Sohle nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verknüpften Köpfe (4a) der Verankerungselemente (7) eine ge schlossene Deckschicht bilden.

7. Sohle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3) auf der Dichtschicht (6) aufliegt.

8. Sohle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Dichtschicht (6) und der Deckschicht (3) eine Zwischenschicht vorge sehen ist.

9. Sohle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einem gewachsenen Bodenmaterial besteht.

10. Sohle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht etwa einen Meter dick ist.

11. Sohle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3) zur Horizontalen geneigt liegt.

12. Sohle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe (4a) der Ver ankerungselemente (7) einen Durchmesser von etwa 150 cm aufweisen und die Verankerungselemente im Bereich unterhalb der Dichtschicht (6) einen Durchmesser von etwa 25 cm aufweisen.

13. Sohle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungselemente (7) zur Senkrechten geneigt liegen.

14. Sohle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement (7) unterhalb der Dichtschicht (6) eine Verdickung von bis zu 150 cm im Durchmesser aufweist.

15. Sohle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen mitein ander verknüpft sind.