DE19834060A1

DE19834060A1 - Sanierung des Untergrundes von festen Fahrbahnen

Info

Publication number: DE19834060A1
Application number: DE1998134060
Authority: DE
Inventors: Eberhard Glaeser
Original assignee: Ed Zueblin AG
Current assignee: Ed Zueblin AG
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 1999-04-29

Description

Technisches Gebiet

Um den Schienenverkehr attraktiver zu machen, werden die Geschwindigkei ten der Züge ständig erhöht. Der klassische Schottergleisbau stößt dabei an seine Grenzen, denn bei der Auslegung auf Hochgeschwindigkeitszüge wer den die Wartungsintervalle aufgrund der hohen Belastungen auf den Schot ter und der geforderten genauen Lage der Gleise kurz. Seit einigen Jahr zehnten geht daher die Tendenz zu sogenannten schotterlosen Oberbauten oder Festen Fahrbahnen, die längere Wartungsintervalle aufweisen. Schwierigkeiten bereitet dabei aber immer noch die zwar seltene, aber doch erforderliche Sanierung der Festen Fahrbahnen bei ungewollten Setzungen des Untergrundes.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sanierung von Festen Fahrbahnen durch Einbringen ausgleichenden Materials unter den zu sanierenden Fahrbahnkörper.

Stand der Technik

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, Absenkungen Fester Fahrbahnen zu beseitigen und entstandene Hohlräume unter Festen Fahrbahnen wieder aufzufüllen.

Bei diesen Verfahren wird z. B. die Feste Fahrbahn oder auch nur die Trag platte angehoben und der darunter entstehende Spalt von der Seite verfüllt. (Feste Fahrbahnen weisen einen schichtartigen Aufbau auf, z. B. den folgen den: auf Erdreich folgt eine kaum zusammenhängende Frostschutzschicht, dann eine sogenannte hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT), darüber dann ein armiertes Betonband, die Tragplatte, auf dem sich Schwellen mit Schienen befinden können oder auf entsprechenden Auflagern direkt die Schienen. Gemeinhin wird der Begriff Feste Fahrbahn für die Gesamtheit der Schichten von der HGT ab aufwärts verwendet.)

So ist z. B. aus der DE 42 01 108 C2 ein Verfahren bekannt, welches es er laubt, eine endlose Betonfahrbahn aufgrund ihrer hinreichenden Elastizität in einem zu sanierenden Bereich anzuheben und dort zu unterfüllen. Für diesen Zweck weist die Betonfahrbahn entweder Aussparungskammern auf, in die hydraulische Pressen eingesetzt werden, oder die Anhebung erfolgt mittels Quertraversen.

Eine vollständige direkte Verfüllung der nur schmalen und verwundenen Hohlräume unter der Festen Fahrbahn, wie sie beim Anheben oder Einpres sen des Verfüllgutes entstehen, ist nun aus physikalischen Gründen nachtei lig: So kann man für die Füllgeschwindigkeit V/t (Volumen pro Zeit) der schmalen Hohlräume in erster Näherung das Hagen-Poiseuille'sche Gesetz heranziehen:

Dabei ist V/t der Volumenfluß einer Flüssigkeit mit der Viskosität η pro Zeiteinheit (Stromstärke), und Δp der Druckabfall über die Länge I eines Roh res mit Radius R. Bei Abnahme des Radius auf 1/10 des Anfangswertes ver ringert sich somit die Fließgeschwindigkeit auf 1/10000!

Erschwerend für den Füllvorgang kommt noch hinzu, daß die meisten Ver füllgüter (z. B. Beton) thixotrop sind, d. h., ihre Viskosität hängt stark von der Fließgeschwindigkeit ab! Das bedeutet, daß bei enger werdendem Quer schnitt des Verfüllraumes die abnehmende Fließgeschwindigkeit die Viskosi tät exponentiell emporschnellen läßt, sobald eine bestimmte Geschwindigkeit unterschritten wird. Feinste Räume sind somit so gut wie nicht verfüllbar und wirken nur wie ein Sieb, in das noch Wasser eindringen kann, wohingegen die festen Bestandteile früh steckenbleiben. Diese feinen nicht verfüllten Räume bilden wiederum Schwachstellen für künftige Ausspülungen und Senkungen.

In einem "soil-fracturing" genannten Verfahren wird dünnflüssige aushärtende Masse mit Gewalt in den Untergrund unter der Frostschutzschicht eingepreßt, wobei der Boden aufreißt und die Ritzen verfüllt werden. Die Volumenzu nahme hebt die darüberbefindliche Feste Fahrbahn an, allerdings unkontrol liert.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten Füllprobleme, die beim Ein bringen von Material unter die Feste Fahrbahn zum Zwecke der Sanierung auftreten, zu umgehen und auf einfache Weise ein kontrolliertes Anheben und Justieren der Festen Fahrbahn zu erreichen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebe nen Merkmale gelöst.

Die Erfindung sieht hierzu vor, Material in die Frostschutzschicht einzubrin gen. Das eingebrachte Material darf dabei die Eigenschaften der Frost schutzschicht nicht verändern, bevorzugt ist daher das Einbringen von Frost schutzschichtmaterial selbst.

Das Material kann dabei entweder auf die Frostschutzschicht aufgebracht werden, oder in sie hinein, oder direkt unter sie.

Bevorzugt ist das Einbringen an der Oberfläche oder auf die Oberfläche, d. h. in die Grenzschicht zur HGT.

In einem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt das Einbringen des Materials durch Zuführrohre (z. B. mittels einer Schnecke oder durch Stampfen) entwe der, wenn möglich, von der Seite her, oder durch in der Tragplatte und HGT herzustellende Öffnungen. Da es sich bei dem einzubringenden Material um wenig fließfähiges Gut handelt, bildet sich ohne gleichzeitiges Einbringen von Schwingungsenergie an den Austrittsöffnungen für das Material unter der HGT ein Haufen. Die HGT liegt dann erhöht "punktuell" durch mehrere Hau fen gestützt und ausgerichtet. Wenn nun Schwingungsenergie eingebracht wird, finden durch Überwindung der Oberflächenhaftung Kornumlagerungen statt, wodurch die Fahrbahn wieder absinkt. Anschließend wird erneut Mate rial an den erforderlichen Stellen eingebracht usf., bis die Feste Fahrbahn auf Sollhöhe liegt.

Anstatt alternierend einzupressen und dann zu rütteln, ist es auch bevorzugt möglich, während des Einpressens zu Rütteln, so daß nie Haufen entstehen, sondern das Material am Ende des Einführrohres nur zu einer Verdichtung führt, die ständig aufgrund des Rüttelns zu Kornumlagerungen führt, die dann die Fahrbahn anheben. Es werden bevorzugt Rüttelschnecken verwen det, die mittels eines Gerätes sowohl einzupressen als auch zu rütteln erlau ben.

Anstatt die Fahrbahn durch das Einpressen selbst anzuheben, ist es auch möglich, die Fahrbahn vorher durch externe Maßnahmen (seitliche Abstüt zung am Untergrund) auf Sollhöhe anzuheben und erst dann rüttelnd zu un terpressen.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen ein Spalt mit einer Masse verfüllt werden soll, die eine geringere Viskosität als das spaltbildende Material selbst aufweist, wird im erfindungsgemäßen Verfahren Material der gleichen mechanischen Eigenschaften verwendet. Dies bedeutet aber, daß ein Spalt zwischen HGT und Frostschutzschicht sich nicht allein dadurch füllt, daß ein eingepreßter Haufen breitfließt, sondern und vor allem dadurch, daß im Material an der Einpressstelle eine Verdichtung vor sich geht, die zu Korn umlagerungen führt. Diese Umlagerungen finden nun nicht nur seitwärts in den Spalt hinein statt, sondern es breitet sich die Verlagerung, so als ob die Frostschutzschicht eine Flüssigkeit wäre, im gesamten Material der Frost schutzschicht aus. Die von den einzelnen Körnern ausgeführten Verschie bungen sind dabei gering. Die Bewegung der der Einpressöffnung nahen Körner wird jedoch auf die fernen Körner weiterübertragen und diese fernen Körner sind es dann, die sich unterhalb des Spaltes anheben und den Spalt schließen. Es findet gewissermaßen eine großräumige "Konvektionsbewegung" des Materials der Frostschutzschicht statt und nicht nur eine Bewegung seitwärts in den Spalt hinein. Das Problem der schlech ten Verfüllung schmaler Spalte, wie es beschrieben wurde, wird daher durch das erfindungsgemäße Verfahren völlig umgangen, denn es gibt an sich gar keine seitwärts zu verfüllenden langen und engen im wesentlichen horizontal verlaufenden Spalten und Kanäle in Fremdmaterial mehr, durch die Ver füllmaterial seitwärts langsam kriechen muß! Vielmehr gibt es jetzt nur noch einen sehr weiten und extrem kurzen in etwa senkrecht stehenden Spalt, der von unten her verfüllt wird. Die Grundfläche des horizontalen Spaltes wird zur Querschnittsfläche des senkrechten Spaltes! Es sind nur noch Bewegungen des Materials im Millimeter oder Zentimeterbereich nötig um den Spalt zu verfüllen. Dies verringert die aufzuwendenden Kräfte und Zeiten beträchtlich!

Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht folgendes Vorgehen vor: Es wird an mehreren Stellen Material durch die Fe ste Fahrbahn hindurch in (bevorzugt auf) die Frostschutzschicht eingebracht und gleichzeitig oder erst hernach wird von der Seite her die Frostschutz schicht unter Einbringung von Schwingungsenergie unter die Feste Fahrbahn gestopft. Dabei füllt sie den durch das eingepreßte Material entstandenen Spalt von unten her auf, bzw. es kommt durch zügiges Stopfen gar nicht erst zur Ausbildung eines Spaltes. Für das nachher am Rande fehlende Material, welches nach innen gewandert ist, wird anschließend neues Material ange fügt.

Wenn genügend Energie (Schwingungs-, Klopf-, Einpreßenergie) in die Frostschutzschicht eingebracht wird, um die Oberflächenhaftreibung der Kör ner auch im Inneren der Frostschutzschicht zu überwinden, ist es auch mög lich, auf das Einpressen von Material durch Rohre unter die Feste Fahrbahn zu verzichten. Um die Frostschutzschicht hierzu hinreichend zu fluidisieren ist es sinnvoll, hierzu von der Seite (prinzipiell möglich ist dies natürlich auch von oben durch die Fahrbahn hindurch) Rüttler in die Frostschutzschicht einzu bringen, oder die Fahrbahn selbst so stark zu rütteln, daß durch ihre Oberflä che hindurch die Energie in die Frostschutzschicht übertragen wird, und dann seitlich zu klopfen/pressen, bis die Sollhöhe erreicht ist. Das Pressen oder Klopfen sollte auf beiden Seiten zur gleichen Zeit erfolgen, um die dadurch verursachten Kornumlagerungen nach oben gegen die HGT umzulenken, ohne daß Energie dafür vergeudet wird, daß Material lediglich in Richtung der anderen Fahrbahnseite geschoben wird, auf der gerade keine Kräfte einwir ken.

Bevorzugt ist bei dem Verfahren ein Anheben der Fahrbahn und das seitliche Anbringen von Rüttlern.

Um die Korn-zu-Korn Reibung der Teilchen der Frostschutzschicht während des Kornumlagerungsvorganges weiter zu verringern, ist es möglich, wäh rend dieser Zeit ein Schmiermittel zwischen die Körner, bzw. auf die Korno berfläche ein-/aufzubringen. Als einfachstes solches Schmiermittel, welches nachher rückstandslos verschwindet, läßt sich Wasser verwenden. Die feuchten Körner können dann besser rotieren und wandern, wenn Klopf oder Schwingungsenergie an sie übertragen wird.

Die Fig. 1 zeigt schematisch das seitliche Einbringen von Material durch Rüttelschnecken die Frostschutzschicht bei gleichzeitigem Stopfen von der Seite her. Das Einpressen geschieht solange, bis die Fahrbahn auf Sollhöhe liegt und beginnt erst wieder, wenn sie an den Einpreßpunkten durch die Er schütterungen des Stopfens unter das Sollmaß absinkt.

Bezugszeichenliste

1

Tragplatte

2

Hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT)

3

Frostschutzschicht

4

Erdreich

5

Rüttelschnecke

6

Stopfgerät

7

Schwingungsenergie in der Frostschutzschicht, als Wellen veranschaulicht

Claims

1. Verfahren zur Korrektur der Lage von Festen Fahrbahnen durch Einbrin gen von Material unter die Feste Fahrbahn, dadurch gekennzeichnet, daß Material, welches die gleichen oder ähnliche mechanische Eigenschaften wie die Frostschutzschicht hat, direkt auf, di rekt in oder direkt unter die Frostschutzschicht eingebracht wird.

2. Verfahren zur Korrektur der Lage von Festen Fahrbahnen durch Einbrin gen von Material unter die Feste Fahrbahn dadurch gekennzeichnet, daß das Material, welches unter der Fahrbahn fehlt, um sie wieder auf Sollhöhe zu bringen, durch Stopfen der Frost schutzschicht von der Seite her unter die Fahrbahn geschoben wird, und das dann an der Seite fehlende Material wieder ergänzt wird, wenn es die Statik der Fahrbahn erfordert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen des Materials durch Rohre erfolgt, die durch herzustellende Löcher in der Festen Fahrbahn bis zur Frostschutzschicht führen, oder durch von der Seite her in die Frost schutzschicht eingeführte Rohre.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frostschutzschicht durch Einbringen von Schwingungsenergie, wie sie z. B. beim Rütteln oder Klopfen entsteht, in Grenzen fließfähig und verformbar gemacht wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner der Frostschutzschicht durch Einbringen eines Schmiermittels, bevorzugt Wasser, fließfähiger gemacht werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feste Fahrbahn vor Beginn des Einbrin gens des Materials, bzw. vor Beginn des seitlichen Stopfens der Frost schutzschicht durch seitliche Abstützung auf dem Untergrund in etwa auf Sollhöhe angehoben wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahn durch das Einbringen des Materials selbst auf die Sollhöhe angehoben wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd Füllmaterial eingepreßt und dann gerüttelt wird, und diese Schritte wiederholt werden, bis die Sollage erreicht ist.