DE19726240C1

DE19726240C1 - Unterfangung und/oder Abdichtung von im Grundwasser stehenden Behältern

Info

Publication number: DE19726240C1
Application number: DE1997126240
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Trunk
Original assignee: Keller Grundbau GmbH
Current assignee: Keller Grundbau GmbH
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2017-06-21
Also published as: AT409983B; ATA98398A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Bodenbearbeitung unterhalb eines im Grundwasser stehenden Bauwerkes über ein Bohrloch gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1 sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.

Bei bestehenden Bauwerken ist es aus verschiedensten Anläs sen notwendig, Bodenverbesserungen des Bodens unter oder neben diesen Bauwerken auszuführen. Hierzu zählen bei spielsweise Gründungen, Fundamentsanierungen, Unterfangun gen oder das Anbringen von Wandelementen oder Stützgewöl ben. Auch das Abdichten und Anbringen von Dichtungswänden oder Dichtungssohlen ist gelegentlich erforderlich. Hierbei ist es häufig notwendig, den Boden unmittelbar unter dem Bauwerk zu bearbeiten, d. h. beispielsweise mit im Düsen strahlverfahren hergestellten Bodenverbundsäulen zu verse hen.

Insbesondere bei flüssigkeitsgefüllten Bauwerken bzw. Becken, wie beispielsweise Nachklärbecken, ist es problema tisch, daß die Becken aufgrund des fortlaufenden Betriebes oder aufgrund der Erhaltung einer Auftriebssicherheit ge genüber dem umgebenden Grundwasser nicht entleert werden können. Doch selbst bei entleertem Becken besteht das Problem, daß bei Ausfüh rung einer Bohrung durch den Beckenboden unkontrolliert Wasser und Boden zu strömen würde und dies zu einer Zerstörung der Gründung führen könnte.

Die DE-PS 333 051 beschreibt ein Verfahren zur Ausführung von Arbeiten an ei nem Mauerwerk, welches auf einer Seite unter Wasserdruck steht. Hierbei wird auf der freien Seite des Mauerwerks eine Druckglocke aufgestellt und unter einen dem entgegenstehenden Wasserdruck entsprechenden oder höheren Luftdruck gesetzt. Da diese Druckglocke jedoch einen abgeschlossenen Raum erfordert, welcher über einer Bearbeitungsstelle aufgebaut wird, können in dem Druckraum lediglich kleinere manuelle Arbeiten von einem Werker ausgeführt werden. Arbei ten mit großen Werkzeugen sind wegen des begrenzten Volumens des Druck raumes nicht möglich. Ferner ist die Anwendung dieser Druckglocke nicht in ei nem mit beispielsweise Wasser gefüllten Bauwerk möglich, da der Auftrieb der unter Luftdruck gesetzten Glocke deren Abdichtung bezüglich des Mauerwerks nur schwer zuläßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vor richtung zu schaffen, mittels denen eine Bodenbearbeitung unterhalb eines Bau werks durch eine Bohrung im Bauwerksboden trotz umgebenden Grundwassers möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und von einer Vorrichtung der o. g. Art mit den in Anspruch 16 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen be schrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind folgende Schritte vorgesehen:

a) Einbringen eines Behälters in das Bauwerk,
b) Anordnen wenigstens eines Rohres im Behälter derart, daß das Rohr eine Ver längerung des späteren Bohrloches ist,
c) Einführen eines Bodenbearbeitungswerkzeuges in das Rohr und Ausbilden des Bohrloches unter Durchbrechen des Bauwerksbodens,
d) Nivellieren einer dem Bohrloch zugeführten Suspension im Rohr derart, daß das Niveau oberhalb des Grundwasserspiegels liegt,
e) Durchführen der Bodenbearbeitung unter Beibehaltung des in Schritt d) einge stellten Niveaus und
f) Abdichten des Bohrloches sowie Entfernen von Bodenbearbeitungswerkzeug, Rohr und Behälter aus dem Bauwerk.

Dies hat den Vorteil, daß die Bodenbearbeitung durch den Bauwerkboden hindurch ohne Beeinträchtigung des Inhalts des Bauwerks und ohne Unterbrechung eines etwaigen im Bauwerk ablaufenden Betriebsablaufes erfolgen kann.

Die Bodenbearbeitung ist zweckmäßigerweise eine Boden verbesserung, insbesondere eine Gründung, Fundamentsanie rung, Unterfangung und/oder Anbringung von Wandelementen oder Stützgewölben. Ferner kann die Bodenbearbeitung auch eine Abdichtung, insbesondere eine Anbringung von Dich tungswänden und/oder Dichtungssohlen sein. Selbstverständ lich können auch Kombinationen der vorerwähnten Maßnahmen vorgesehen werden.

Das Bauwerk ist vorzugsweise ein Hohlbauwerk, insbesondere ein Behälter oder ein flüssigkeitsgefülltes Becken, wie beispielsweise ein Klär- oder Nachklärbecken. Der Behälter ist in vorteilhafter Weise ein Stahlbehälter, und das Rohr ist zweckmäßigerweise ein Stahlrohr.

Für eine einfache, effiziente und kostengünstige Bodenver besserung umfaßt die in Schritt e) durchgeführte Bodenbear beitung die Herstellung einer Bodenverbundsäule unterhalb des Bauwerks im Düsenstrahlverfahren vermittels des Boden bearbeitungswerkzeuges.

Um ein Aufschwimmen des im Bauwerk angeordneten Behälters aufgrund beispielsweise einer im Bauwerk enthaltenen Flüs sigkeit zu verhindern, wird nach Schritt a) der Behälter mittels Ballast belastet, beisp. mittels eingebrachter Flüssigkeit, mittels Platten aus Stahl oder Beton o. dgl., usw. usw.

Für eine wirksame Abdichtung des Bohrloches wird zwischen Behälter und Bauwerkboden wenigstens eine umlaufende Dich tung um das künftige Bohrloch und/oder am Rohr an der Ver bindungsstelle mit dem Behälter wenigstens eine umlaufende Dichtung angeordnet.

Für einen optimalen Bodenbearbeitungsvorgang wird während Schritt e) die Überschußsuspension, die aus dem Bohrloch gefördert wird, im Behälter aufgefangen und abgepumpt. Der minimale und maximale Suspensionsstand wird kontrolliert.

Um ein Anheben des Behälters im Bauwerk aufgrund von Auf triebskräften durch die Suspension zu verhindern, wird in Schritt d) das Niveau derart eingestellt, daß es unterhalb eines kritischen Niveaus bleibt, bei dem auf den Behälter eine Auftriebskraft wirkt, die größer als die im Bauwerk resultierende Gewichtskraft des Behälters mit Ballast und Rohr ist.

In besonders vorteilhafter Weise wird in Schritt d) die Ni vellierung durch eine vorbestimmte Höhe des Rohres im Be hälter eingestellt.

Für eine gut dichtende Verbindung wird zweckmäßigerweise das Rohr mit dem Behälter mittels einer mechanischen Ver bindung, insbesondere einer Schraub-, Dübel- oder Bolzen verbindung, verbunden.

Zweckmäßigerweise wird während Schritt e) eine Überschuß suspension in den Behälter geleitet und aus diesem abge pumpt.

Bei der zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ge schaffenen Anordnung gemäß der Erfindung sind ein Behälter und wenigstens ein hierin angeordnetes Rohr zum Einführen des Bodenbearbeitungswerkzeuges derart vorgesehen, daß das Rohr eine Verlängerung des Bohrloches bildet und dieses ge gen den Behälter abdichtet und daß der Behälter das Bohr loch gegen das Bauwerk abdichtet.

Für eine optimale Einstellung des Niveaus einer dem Bohr loch zugeführten Suspension weist das obere Ende des Rohres ein niedrigeres Niveau auf als die obere Öffnung des Behäl ters. Dies hat ferner den Vorteil, daß überschüssige Sus pension nicht in den Bauwerkraum, sondern in den Behälter fließt.

Um ein Rückströmen von Grundwasser über das Bohrloch selbst in den Behälter bzw. in das Bauwerk zu verhindern, hat das obere Ende des Rohres vorteilhafterweise ein höheres Niveau als der das Bauwerk umgebende Grundwasserspiegel.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur zur Herstel lung von Bohrungen in Behälterböden geeignet, sondern kann mit Vorteil auch zur Fertigung von Kleinbohrpfählen oder dgl. genutzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung im Schnitt und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung beim Einsatz mit einem Bodenbearbeitungsgerät gleichfalls im Schnitt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt die dargestellte Anord nung einen Stahlbehälter 10 mit einem Zusatzballast 12 und einer Öffnung 14. Oberhalb der Öffnung 14 ist im Stahlbe hälter 10 ein Stahlrohr 16 angeordnet. Das Stahlrohr 16 um schließt die Öffnung 14 und dichtet diese gegen den Stahl behälter 10 ab.

Der Stahlbehälter 10 ist im Volumen eines Bauwerkes 18, vorliegend eines Flüssigkeitsbehälters, angeordnet. Im Flüssigkeitsbehälter 18 findet sich eine Flüssigkeit 20 mit einem Pegel 22, wobei die Flüssigkeit 20 den Stahlbehälter 10 umgibt.

Der Flüssigkeitsbehälter 18 ist in einem Erdreich 24 mit Grundwasserspiegel 26 angeordnet. Da der Grundwasserspiegel 26 höher ist als der Boden des Flüssigkeitsbehälters 18, umgibt das Grundwasser teilweise den Flüssigkeitsbehälter 18.

Ein oberes Ende des Rohres 16 bildet für eine über dieses zugeführte Suspension 52 ein oberes Niveau 48, welches oberhalb des Grundwasserspiegels 26 angeordnet ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, dient die Anordnung aus Stahlbe hälter 10, Stahlrohr 16 und Öffnung 14 dazu, ein Bodenbear beitungsgerät 28 durch das Stahlrohr 16 und Öffnung 14 ein zuführen.

Mit den Bodenbearbeitungsgerät 28 wird eine Öffnung 30 im Boden 32 des Flüssigkeitsbehälters 18 ausgebildet und wei terhin ein Bohrloch 34 in den Boden unterhalb des Bauwerkes 18 abgeteuft. Das Bodenbearbeitungsgerät 28 wird in ge eigneter Weise angetrieben und erzeugt dabei unterhalb des Flüssigkeitsbehälters 18 eine an sich bekannte Bodenver bundsäule 36. Hierzu wird von oben beispielsweise durch das Bodenbearbeitungsgerät 28 eine entsprechende Suspension zu geführt, die in Verbindung mit dem Bodenmaterial die Boden verbundsäule 36 ausbildet.

Ein Suspensionsüberschuß wird über das Bohrloch 34 und das Stahlrohr 16 gehoben bzw. nach oben gefördert und läuft in den Stahlbehälter 10 über. Die Höhe des Stahlrohres 16 ist zum Ausbilden eines geeigneten Niveaus für die Suspension derart gewählt, daß ein ausreichender Überdruck der Suspen sion gegenüber dem Grundwasser vorhanden ist. Ferner ist die Höhe des Stahlrohres 16 derart zu wählen, daß eine Auftriebssicherheit des Behälters 10 infolge des Suspensi onsdruckes gewährleistet ist. Gegebenenfalls erfolgt eine zusätzliche Ballastierung 12 des Stahlbehälters 10.

Das Überlaufen der Suspension ist mit einem Pfeil 38 ange deutet. Die Überschußsuspension wird durch eine Pumpe 40 aus dem Stahlbehälter 10 abgepumpt.

Wie im einzelnen aus Fig. 2 zu erkennen, sind zwei Dich tungsringe 42 vorgesehen, welche zwischen dem Stahlbehälter 10 und dem Boden 32 des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind. Diese Dichtungen 42 dichten das Bohrloch 34 bzw. die Öffnung 30 gegen den Innenraum des Flüssigkeitsbehälters 18 ab. Ferner ist eine umlaufende Dichtung 44 zwischen dem Stahlrohr 16 und der Auflagefläche des Stahlrohrs 16 im Stahlbehälter 10 vorgesehen.

Eine ausreichende Abdichtung zwischen Flüssigkeitsbehälter 18 und Stahlbehälter 10 wird durch die Gewichtskraft des Zusatzballastes 12 im Stahlbehälter 10 gewährleistet. Fer ner wird vorzugsweise eine ausreichende Dichtwirkung zwi schen Stahlrohr 16 und Stahlbehälter 10 dadurch gewährlei stet, daß diese mittels einer Schraub- oder Dübelverbindung 46 miteinander fest verbunden sind.

Die Ausbildung der Kernbohrung 30 und des Bohrloches 34 er folgt vorzugsweise mit einem üblichen Bohrgerät. Gerät und Personal stehen dabei zweckmäßigerweise auf einer geeigne ten Ebene. Im Stahlbehälter 10 können auch mehrerer Rohre 16 vorgesehen sein.

Der Arbeitsablauf gestaltet sich dabei vorzugsweise folgen dermaßen:

Nach dem Aufbau einer Bohrebene wird der Stahlbehälter 10 eingehoben und eingeschwommen. Anschließend erfolgt eine Ballastierung 12 des Behälters 10 und ggf. eine Fixierung mit Schrauben o. ä. Die Kernbohrung 30 wird durch die Öff nung 14 hindurch eingebracht. Nach dem Durchbohren des Bo dens 32 des Flüssigkeitsbehälters 18 steigt der Wasserstand im Stahlrohr 16 bis auf dem Spiegel 26 des das Bauwerk 18 umgebenden Grundwassers an. Danach erfolgt das Abteufen der Bohrung 34. Die Überschußsuspension wird kontrolliert und abgepumpt. Nach Fertigstellung der Säule 36 wird die Kern bohrung 30 im Behälterboden 32 abgedichtet. Stahlrohr 16 und Stahlbehälter 10 werden leergepumpt und schließlich aus dem Bauwerk 18 entfernt.

Ist der Flüssigkeitsbehälter 18 beispielsweise ein Klär- oder Nachklärbecken, kann das beschriebene Verfahren wäh rend des normalen Betriebs im Flüssigkeitsbehälter 18 durchgeführt werden, weil durch die spezielle Ausgestaltung der erläuterten Anordnung die im Bauwerk 18 enthaltene Flüssigkeit in keiner Weise beeinträchtigt wird.

Besonderes Augenmerk ist auf das Niveau der Suspension im Stahlrohr 16 zu richten. Dieses Niveau muß einerseits hoch genug sein, damit der Suspensionsdruck im Stahlrohr 16 größer ist als der entgegengesetzte Wasserdruck des umge benden Grundwassers, so daß ein Eindringen von Grundwasser über das Stahlrohr 16 im Behälter 10 oder das Bauwerk 18 wirksam verhindert ist. Andererseits darf das Niveau der Suspension und mit anderen Worten die Länge des Stahlrohres 16 nicht zu hoch gewählt werden, damit der Suspensionsdruck nicht den Stahlbehälter 10 entgegen der Gewichtskraft des Zusatzballastes 12 abhebt.

Claims

1. Verfahren zum Durchführen einer Bodenbearbeitung un terhalb eines im Grundwasser stehenden Bauwerkes über ein Bohrloch, gekennzeichnet durch folgende Schritte,

a) Einbringen eines Behälters in das Bauwerk,
b) Anordnen wenigstens eines Rohres im Behälter derart, daß das Rohr eine Verlängerung des späteren Bohrloches ist,
c) Einführen eines Bodenbearbeitungswerkzeuges in das Rohr und Ausbilden des Bohrloches unter Durchbrechen des Bau werksbodens,
d) Nivellieren einer dem Bohrloch zugeführten Suspension im Rohr derart, daß das Niveau oberhalb des Grundwasserspie gels liegt,
e) Durchführen der Bodenbearbeitung unter Beibehaltung des in Schritt d) eingestellten Niveaus und
f) Abdichten des Bohrloches sowie Entfernen von Bodenbear beitungswerkzeug, Rohr und Behälter aus dem Bauwerk.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bodenbearbeitung eine Bodenverbesserung, insbeson dere eine Gründung, Fundamentsanierung, Unterfangung und/oder Anbringung von Wandelementen oder Stützgewölben durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Bodenbearbeitung eine Abdichtung, insbe sondere eine Anbringung von Dichtungswänden und/oder Dich tungssohlen, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es unterhalb eines Bauwerkes in Form eines Hohlbauwerkes, insbesondere eines Behälters oder eines flüssigkeitsgefüllten Beckens, wie beispielsweise eines Klär- oder Nachklärbeckens, durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Behälter ein Stahlbehälter verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Rohr ein Stahlrohr verwen det wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt e) durchgeführte Bodenbearbeitung die Herstellung einer Bodenverbundsäule unterhalb des Bauwerkes in Düsenstrahlverfahren mittels des Bodenbearbeitungswerkzeuges umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schritt a) der Behälter mittels Ballast, insbesondere eingebrachter Flüssigkeit, belastet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Behälter und Bauwerksboden im Bereich des zu schaffenden Bohrlochs abge dichtet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Rohr an der Verbindungs stelle mit dem Behälter wenigstens eine umlaufende Dichtung angeordnet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während Schritt e) die Über schußsuspension kontrolliert und abgepumpt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt d) das Niveau derart eingestellt wird, daß es unterhalb eines kritischen Niveaus bleibt, bei dem aus dem Behälter eine Auftriebskraft wirkt, die größer als die im Bauwerk resultierende Gewichtskraft des Behälters mit Ballast und Rohr ist.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt d) die Nivellierung durch eine vorbestimmte Höhe des Rohres am Behälter einge stellt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in dem Behälter mit tels einer mechanischen Verbindung, insbesondere einer Schraub-, Dübel- oder Bolzenverbindung, verbunden wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während Schritt e) eine Über schußsuspension in den Behälter geleitet und aus diesem ab gepumpt wird.

16. Anordnung zum Durchführen einer Bodenbearbeitung unterhalb eines im Grundwasser (26) stehenden Bauwerkes (18) mit einem ein Bohrloch (30, 34) erzeugendes Bodenbear beitungswerkzeug (28), dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (10) und wenigstens ein hierin angeordne tes Rohr (16) zum Einführen des Bodenbearbeitungswerkzeuges (28) derart vorgesehen sind, daß das Rohr (16) eine Verlän gerung des Bohrloches (30, 34) bildet und dieses gegen den Behälter (10) abdichtet und daß der Behälter (10) das Bohr loch (30, 34) gegen das Bauwerk (18) abdichtet.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenbearbeitung eine Bodenverbesserung, insbeson dere eine Gründung, Fundamentsanierung, Unterfangung und/oder Anbringung von Wandelementen oder Stützgewölben ist.

18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bodenbearbeitung eine Abdichtung, insbe sondere eine Anbringung von Dichtungswänden und/oder Dich tungssohlen ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, da durch gekennzeichnet, daß das Bauwerk (18) ein Hohlbauwerk, insbesondere ein Behälter oder ein flüssigkeitsgefülltes Becken, wie beispielsweise eine Klär- oder Nachklärbecken, ist.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, da durch gekennzeichnet, daß der Behälter ein Stahlbehälter (10) ist.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, da durch gekennzeichnet, daß das Rohr ein Stahlrohr (16) ist.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, da durch gekennzeichnet, daß die Bodenbearbeitung die Herstel lung einer Bodenverbundsäule (36) unterhalb des Bauwerkes (18) im Düsenstrahlverfahren mittels des Bodenbearbeitungs werkzeuges (28) umfaßt.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, da durch gekennzeichnet, daß im Behälter (10) ein Ballast (12), insbesondere eingebrachte Flüssigkeit, vorgesehen ist.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, da durch gekennzeichnet, daß zwischen Behälter (10) und Bau werkboden (32) wenigstens eine umlaufende Dichtung (42) um das zukünftige Bohrloch (30, 34) vorgesehen ist.

25. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch ge kennzeichnet, daß am Rohr (16) an der Verbindungsstelle mit dem Behälter (10) wenigstens eine umlaufende Dichtung (44) vorgesehen ist.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mit dem Behälter (10) mittels einer mechanischen Verbin dung (46), insbesondere einer Schraub-, Dübel- oder Bolzenverbindung, verbunden ist.

27. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Rohres (16) ein niedrigeres Niveau (48) als die obere Öffnung des Behälters (10) aufweist.

28. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Rohres (16) ein höheres Niveau (48) als der das Bauwerk (18) umgebende Grundwasserspiegel (26) hat.

29. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 28, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Herstellung von Kleinbohrpfählen.