DE19836818A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abdichtung von Kanalsohlen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Abdichtung von Bodenflächen, insbesondere von Kanalsohlen und Böschungen unter Wasser beim Ausbau von Binnenwasserstraßen, wird eine tonartige Dichtungsmasse zur Homogenisierung zunächst aufbereitet und anschließend auf das Unterwasser-Rohplanum aufgebracht. Um eine besonders homogene Tonschicht auf der Kanalsohle zu bilden, wird die aufbereitete tonige Erdstoffmasse in eine Vielzahl dreidimensionaler Körper zerteilt, wird die Vielzahl der so hergestellten Körper auf die Bodenfläche aufgebracht und werden die sich auf der Bodenfläche befindlichen Tonkörper so bearbeitet, daß aus der Vielzahl dreidimensionaler Tonkörper eine homogene und dichte Tonschicht entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abdichtung von Bodenflächen, insbesondere von Sohlen und Böschungen von Kanälen oder dergleichen, bei dem eine tonige Erdstoffmasse zur Homogenisierung zunächst aufbereitet und anschließend auf die Bodenfläche aufgebracht wird.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 36 22 133 C1 bekannt, bei dem aus der aufbereiteten Dichtungs­ masse mit Hilfe einer Ausstechform Platten ausgestochen werden, die dann gezielt auf die abzudichtende Bodenfläche abgesenkt werden, so daß die dann aneinander angrenzenden Platten eine Schicht bilden. Bei diesem Verfahren ist problematisch, daß verfahrensbedingt zwischen den Platten der auf der Kanalsohle gebildeten Schicht Fugen entstehen, die gegenüber den Platten selbst eine Schwachstelle der Dichtungsschicht darstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Ver­ fahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine be­ sonders gleichmäßige Schicht aus einer Erdstoffmasse erzeugt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt verfahrensmäßig mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nach einem Grundgedanken der Erfindung wird ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren die aufbereitete tonige Erd­ stoffmasse in eine Vielzahl dreidimensionaler Körper zerteilt. Diese werden auf die Bodenfläche aufgebracht, wobei sie eine Art Schüttung bilden. Die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper werden dann so bearbeitet, daß sich die Vielzahl dreidimensionaler Körper aus der aufbereiteten tonigen Erdstoffmasse zu einer dichten und geschlossenen Schicht verformen und verbinden.

Auf diese Weise wird eine Abdichtung von Bodenflächen, mit einer durchgängigen Schicht aus der tonigen Erdstoffmasse er­ reicht, die insbesondere zum Abdichten von Kanalsohlen und Bö­ schungen geeignet ist. Durch die in allen Bereichen gleichmä­ ßige Bearbeitung entsteht eine durchgängige Schicht, die kei­ nerlei Fugen oder andere strukturelle Ungleichmäßigkeiten auf­ weist. Mit einem solchen Verfahren kann insbesondere eine Ton­ dichtung auch in wasserführenden Kanälen und in Wasserstraßen im laufenden Betrieb erstellt werden. Die hier und im Folgenden beschriebene Bodenfläche befindet sich also üblicherweise unter Wasser. Die abzudichtende Bodenfläche in den Wasserstraßen wird auch als Unterwasser-Rohplanum bezeichnet.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die aufbereitete tonige Erdstoffmasse in eine Vielzahl kubischer Körper zerteilt. Die dreidimensionalen Körper sind bevorzugt solche, deren Abmessungen in allen drei Dimensionen etwa die gleiche Größenordnung haben. Insbesondere ist es günstig, die aufbereitete tonige Erdstoffmasse in dreidimensionale Körper mit Abmessungen im Zentimeterbereich von 3 bis 10 oder 15 cm zu zerteilen, wobei es sich gezeigt hat, daß kubische Körper mit Kantenlängen von 5 bis 6 cm mit besonderem Vorteil einsetzbar sind. Derartige kubische Körper können insbesondere durch ein Ausstechen oder Auspressen und Schneiden oder Abschlagen aus einer größeren Masse leicht hergestellt werden. Alternativ kön­ nen auch zylinderförmige Körper eingesetzt werden, die bei­ spielsweise durch Strangpressen und Zerteilung der hergestell­ ten Stränge hergestellt werden. Bei der Herstellung der dreidi­ mensionalen Körper bleibt die Struktur des aufbereiteten Tons, oder allgemeiner die Struktur der aufbereiteten tonigen Erd­ stoffmasse, erhalten.

Bei der Aufbringung der so hergestellten Körper auf die Bodenfläche ist es bevorzugt, die dreidimensionalen Körper gleichmäßig verteilt auf die Bodenfläche aufzubringen, da so die Herstellung einer gleichmäßigen Schicht erleichtert wird. Die dreidimensionalen Körper bilden auf der Bodenfläche eine Art Schüttung aus würfel-, quader-, kugel- oder zylinderför­ migen Körpern. Bevorzugt beträgt die Höhe der Schüttung das Doppelte oder Mehrfache der zu erstellenden Schicht, die auch als Dichtungsschicht bezeichnet wird. Es werden also so viele dreidimensionale Körper auf die Bodenfläche aufgebracht, daß diese eine Schüttung bilden, die etwa zweimal so hoch ist, wie die zu erstellende Schicht. Bei einer zu erstellenden Schicht auf der Bodenfläche von 20 bis 30 cm muß die Schüttung also eine Höhe von etwa 40 bis 60 cm betragen. Die Schüttung wird auf 45 bis 50% der ursprünglichen Höhe verdichtet, wobei eine Dichtungsschicht ohne Hohlräume erzeugt wird. Bevorzugt werden die dreidimensionale Körper auf ein Schüttgerüst auf die Bo­ denfläche aufgebracht, da so eine besonders gleichmäßige Ver­ teilung der dreidimensionalen Körper möglich ist. Zur Erzielung der vorgenannten Schütthöhe wird das Schüttgerüst also an jedem Einsatzort wenigstens zweimal beladen und dann versetzt, um auf den angrenzenden Bereich weitere dreidimensionale Körper auf zu­ bringen. Beim Versetzen des Schüttgerüstes ist es vorteilhaft, dieses so zu versetzen, daß jeweils ein geringer Überlapp zu der bereits vorher bedeckten Bodenfläche erfaßt wird. In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung hierzu werden die dreidimensionalen Körper einem verfahrbaren Schüttaggregat zu­ geführt, das in Abhängigkeit von der Durchsatzmenge und der Fahrgeschwindigkeit über die Bodenfläche bewegt wird. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige und exakt kontrollierbare Schütt­ menge bei einer gleichmäßigen Verteilung erreicht. Dabei kann ein Zerkleinerungsaggregat, das die dreidimensionalen Körper aus der aufbereiteten Dichtungsmasse erstellt, an einem von dem Schüttaggregat entfernten Ort angeordnet sein, so daß eine flexible Zuführung der dreidimensionalen Körper zu dem Schüttaggregat durchgeführt werden muß. Bevorzugt ist es jedoch, das Zerkleinerungsaggregat mit dem Schüttaggregat zu koppeln, so daß beide verfahrbar sind und zusammen in Ab­ hängigkeit von der Durchsatzmenge und der Fahrgeschwindigkeit über die Bodenfläche bewegt werden.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper mit einem Bearbeitungsgerät beaufschlagt, das eine Vibration oder ein Rütteln durchführt. Günstig ist es ferner, daß das Verar­ beitungsgerät die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper mit einem mechanischen Druck beaufschlagt. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Bearbeitungsgerätes, das einerseits eine Vibration oder ein Rütteln oder Stampfen durchführt und gleichzeitig einen mechanischen Druck ausübt. Die Vibrations­ energie wird bevorzugt durch ein Rüttelelement erzeugt, das zum einen bereits ein relativ hohes Eigengewicht aufweist und zum anderen noch zusätzlich beschwert werden kann, um gleichzeitig eine mechanische Druckausübung zu erreichen. Die Bearbeitung wird bevorzugt mit einem Bearbeitungsgerät durchgeführt, das eine untere Verdichterplatte aufweist, deren Fläche etwa um den Faktor 25 bis 50 größer ist als die Fläche einer Seite eines der dreidimensionalen Körper. Mit einem derartigen Bearbei­ tungsgerät läßt sich besonders gut eine Umformung und Ver­ dichtung der Vielzahl dreidimensionaler Körper zu einer durch­ gängigen homogenen Schicht erreichen.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper in zwei Schritten bearbei­ tet, wobei in einem ersten Bearbeitungsschritt die Oberfläche leicht anvibriert wird und in einem zweiten Bearbeitungsschritt ein unter der Oberfläche liegendes Kernfeld voll verdichtet wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß das Material an der vorgesehenen Stelle verbleibt und nicht weggespült wird. Zur Durchführung dieser Bearbeitungsschritte wird günstiger­ weise die Tiefenposition des Gerätes sensorisch erfaßt und wer­ den dem ersten und dem zweiten Bearbeitungsschritt jeweils eine Solltiefe zugeordnet. Der erste Bearbeitungsvorgang und der zweite Bearbeitungsvorgang werden dann jeweils bis zum Errei­ chen dieser Solltiefen durchgeführt. Die Solltiefen und die tatsächliche Position werden dem Bediener des Bearbeitungsgerä­ tes mit Hilfe einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage angezeigt.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Bearbeitung der auf die Bodenfläche aufgebrachten Körper ein Randbereich zunächst nicht bearbeitet und der zunächst nicht bearbeitete Randbereich erst nach der Aufbringung weite­ rer dreidimensionaler Körper; die unmittelbar benachbart zu dem Randbereich aufgebracht sind, bearbeitet. Dadurch wird auch si­ chergestellt, daß zwischen mehreren Schüttbereichen keine Fugen oder Inhomogenitäten in der zu erstellenden Schicht auf der Bo­ denfläche entstehen.

Neben dem Verfahren wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist und die eine Einrichtung zur Zerteilung der aufbereiteten tonigen Erdstoffmasse in eine Vielzahl dreidimensionaler Körper aufweist, die eine weitere Einrichtung zur Aufbringung der so hergestellten Körper auf die Bodenfläche aufweist und die ein Bearbeitungsgerät aufweist, mit dem die Vielzahl dreidimensionaler Körper zu einer dichten Schicht verformbar sind.

Mit einer solchen Vorrichtung ist eine dichte und homogene Schicht auch in einem wasserführenden Kanal herstellbar.

Bevorzugt ist das Bearbeitungsgerät dieser Vorrichtung so ausgebildet, daß es eine Vibration auf die dreidimensionalen Körper ausüben kann. Weiterhin ist es günstig, wenn das Bearbeitungsgerät so ausgebildet ist, daß es auch oder ergänzend einen mechanischen Druck auf die dreidimensionalen Körper ausüben kann, so daß diese sich besonders gut zu einer dichten Schicht verformen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich auch aus der übrigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei­ spielsweise folgendermaßen:
Zunächst wird eine tonige Erdstoffmasse, insbesondere Ton, auf­ bereitet, so daß der Ton homogenisiert ist. Dadurch ist dieser gleichmäßig plastisch und verfügt über ein gleichmäßiges Gefüge bzw. eine gleichmäßige Struktur. Diese Aufbereitung erfolgt in an sich bekannter Weise, wobei jedoch beachtet werden sollte, daß eine tonige Erdstoffmasse mit einer Scherfestigkeit von 15 bis 20 verwendet wird, da die spätere Bearbeitung eines Ma­ terials mit einer höheren Scherfestigkeit zu Problemen führen könnte.

Zur Erstellung von dreidimensionalen Körpern, insbesondere Würfeln, aus der aufbereiteten Dichtungsmasse wird durch Pres­ sen des Tons durch eine Öffnung ein Strang erzeugt, der durch eine rotierende Schneideinrichtung in würfel- oder quaderför­ mige Körper zerteilt wird. Bei einen Arbeitsgang können auch parallel eine Vielzahl von Strängen erzeugt werden, aus denen die dreidimensionalen Körper erzeugt werden. Die dreidimensio­ nalen Körper können jedoch auch durch eine Vielzahl anderer Verfahren, beispielsweise durch Ausstechen aus einer größeren Masse oder durch Erzeugung des aufbereiteten Tons in vorgefer­ tigten Formen mit entsprechenden Abmessungen, erzeugt werden. Auf diese Weise werden würfel- oder quaderförmige Körper mit Kantenlängen von 3 bis 15 cm, insbesondere mit Kantenlängen von 5 bis 6 cm, hergestellt. Diese werden dann in der Art einer Schüttung in möglichst gleichmäßiger Weise auf die Bodenfläche aufgebracht. Die Aufbringung der Körper erfolgt bevorzugt mit einem an sich bekannten Schüttgerüst. Das Schüttgerüst wird mehrfach beladen, so daß eine Schüttung mit einer Höhe ent­ steht, die bevorzugt dem Zwei- oder Mehrfachen der zu erstel­ lenden Schicht entspricht, da bei der späteren Bearbeitung und Umformung der Körper die Höhe der Schicht etwa um die Hälfte reduziert wird. Ein Versetzen des Schüttgerüstes erfolgt so, daß eine gewisse Überschneidung zu der vorhergehenden Position gegeben ist, um sicherzustellen, daß keine Lücken entstehen. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Tonwürfel über ein Zuführaggregat auf die Bodenfläche aufzubringen, wobei das Zu­ führaggregat über die zu bedeckende Bodenfläche hin- und herbe­ wegt wird. Die Bewegung des Zuführaggregats muß in ihrer Ge­ schwindigkeit an den Durchsatz mit den aufzubringenden Körpern angepaßt werden, um sicherzustellen, daß eine gleichmäßige und ausreichende Schüttung erfolgt.

Die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper werden dann mit einem Bearbeitungsgerät, insbesondere mit einem Rüttler be­ aufschlagt, so daß Vibrationsenergie und gleichzeitig ein me­ chanischer Druck auf die dreidimensionalen Körper einwirkt. Dazu kann ein Bearbeitungsgerät mit Außenrüttlern verwendet werden, das zusätzlich mit Gewichten beschwert ist. Insbesondere wird ein steuerbares, resonanzfreies Hochfrequenz­ gerät verwendet. Bei der Bearbeitung wird die Oberfläche der Schüttung zunächst nur leicht anvibriert, wobei das Bearbeitungsgerät nur bis zu einer vorbestimmten ersten Solltiefe vordringt. Diese erste Solltiefe entspricht etwa der um 10% verminderten Höhe der Schüttung. In einem zweiten Schritt wird das Kernfeld der Schüttung voll verdichtet, bis die zweite Solltiefe erreicht ist, die etwa 50% der Höhe der ursprünglichen Schüttung entspricht. Das von der so erstellten Schicht eingenommene Volumen entspricht auch dem Volumen der ursprünglichen aufbereiteten tonigen Erdstoffmasse, bevor diese in eine Vielzahl dreidimensionaler Körper zerteilt wurde. Bei der Bearbeitung und Verdichtung der Schüttung aus drei­ dimensionalen Körpern ist zu beachten, daß zunächst ein Rand­ bereich der Schüttung nicht bearbeitet wird. Dieser Randbereich wird erst dann bearbeitet, wenn im Zuge der weiteren Ein­ bringung von dreidimensionalen Körpern an den ursprünglichen Randbereich weitere dreidimensionale Körper angelagert worden sind, so daß die Bearbeitung und Umarbeitung der dreidimen­ sionalen Körper zu einer durchgehenden Schicht nicht in Rand­ bereichen erfolgt. Mit diesem Verfahren wird eine durchgängige homogene Schicht aus toniger Erdstoffmasse, insbesondere aus Ton, erstellt, die zur Abdichtung von Bodenflächen, insbe­ sondere von Sohlen und Böschungen von Kanälen oder dergleichen, geeignet ist.

Die so erstellte Tondichtung wird mit einem Kornfilter oder einem Geotextil abgedeckt, bevor die Schüttsteine aufgebracht werden.

Claims (20)

1. Verfahren zur Abdichtung von Bodenflächen, insbesondere von Sohlen und Böschungen von Kanälen oder dergleichen, bei dem eine tonige Erdstoffmasse zur Homogenisierung zunächst aufbereitet und anschließend auf die Bodenfläche aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die aufbereitete tonige Erdstoffmasse in eine Vielzahl dreidimensionaler Körper zerteilt wird,
daß die so hergestellten Körper auf die Bodenfläche aufgebracht werden und
daß die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper so bear­ beitet werden, daß sich die Vielzahl dreidimensionaler Körper zu einer dichten Schicht verformen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbereitete tonige Erdstoffmasse in kubische Körper zerteilt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbereitete Erdstoffmasse in dreidimensionale Körper zerteilt werden, die Abmessungen zwischen 3 und 10 cm aufwei­ sen

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionalen Körper erzeugt werden, indem zunächst Stränge aus tonige Erdstoffmasse erstellt werden, die zerteilt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der so hergestellten dreidimensionalen Körper gleichmäßig auf der Bodenfläche verteilt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß so viele dreidimensionale Körper auf die Bodenfläche aufge­ bracht werden, daß diese eine Schüttung bilden, die etwa zwei­ mal so hoch wie die zu erstellende Schicht ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionalen Körper über ein Schüttgerüst auf die Bodenfläche aufgebracht werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionalen Körper einem Schüttaggregat zugeführt werden, das in Abhängigkeit von der Durchsatzmenge und der Fahrgeschwindigkeit über die Bodenfläche bewegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionalen Körper in einem verfahrbaren Zerklei­ nerungsaggregat hergestellt werden, das in Abhängigkeit von der Durchsatzmenge und der Fahrgeschwindigkeit über die Bodenfläche bewegt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper mit einem Bearbeitungsgerät zu einer Schicht verdichtet werden, das eine Vibration durchführt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper mit einem Bearbeitungsgerät zu einer Schicht verdichtet werden, das einen mechanischen Druck ausübt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung mit einem Bearbeitungsgerät durchgeführt wird, das eine untere Verdichterplatte aufweist, deren Fläche etwa um den Faktor 25 bis 50 größer ist als die Fläche einer Seite der dreidimensionalen Körper.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper in zwei Bearbeitungsschritten bearbeitet werden, wobei in einem ersten Bearbeitungsschritt die Oberfläche der Vielzahl dreidimen­ sionaler Körper leicht anvibriert wird und in einem zweiten Be­ arbeitungsschritt ein unter der Oberfläche liegendes Kernfeld voll verdichtet wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tiefenposition des Bearbeitungsgerätes sensorisch er­ faßt wird, daß dem ersten und dem zweiten Bearbeitungsschritt jeweils eine Solltiefe zugeordnet wird und daß der Bearbeitungsvorgang jeweils bis zum Erreichen der Soll­ tiefen durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung der auf die Bodenfläche aufgebrachten Körper ein Randbereich zunächst nicht bearbeitet wird und daß der zunächst nicht bearbeitete Randbereich erst nach Auf­ bringung weiterer dreidimensionaler Körper, die unmittelbar be­ nachbart zu dem Randbereich aufgebracht sind, bearbeitet wird.

16. Vorrichtung zur Abdichtung von Bodenflächen, insbe­ sondere von Sohlen und Böschungen von Kanälen und dergleichen, mit der eine tonige Erdstoffmasse, die zunächst aufbereitet worden ist, auf die Bodenfläche aufbringbar ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung zur Zerteilung der tonigen Erdstoffmasse in eine Vielzahl dreidimensionaler Körper vorgesehen ist,
daß eine weitere Einrichtung zur Aufbringung der hergestellten Körper auf die Bodenfläche vorgesehen ist und
daß ein Bearbeitungsgerät vorgesehen ist, daß die sich auf der Bodenfläche befindlichen Körper so bearbeitet, daß die Vielzahl dreidimensionaler Körper zu einer dichten Schicht verformbar sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsgerät zur Ausübung einer Vibration auf die dreidimensionalen Körper ausgelegt ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsgerät zur Ausübung eines mechanischen Druckes auf die dreidimensionalen Körper ausgelegt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsgerät eine untere Verdichterplatte aufweist, deren Fläche etwa um den Faktor 25 bis 50 größer ist als die Fläche einer Seite der dreidimensionalen Körper.