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Beschreibung zu der Patentanmeldung betreffend VERFAHREN ZUM BAU
VON WANDKONSTRUKTIONSN, BESONDERS TUNNELWÄNDEN, MIT DAUERNDER, EINER VERANDERUNG
AUSGE-SETZTER BELASTUNG.
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Die Erfindung bezieht sich auf den Bau von Wandkonstruktionen, besorders
Tunnelwänden mit dauernder Veränderung ausgesetzter Belastung.
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Im Hoch- und Tiefbau gibt es eine alte Bestrebung, die zwischen den
einzelnen Bauelementen, Bauteilen auftretenden Druck- und Scherkräfte längs einer
be grösseren Oberfläche, mit einer je geringeren spezifischen Kraft zu übergeben,
so dass die mechanische Beanspruchung der Körper auf einem möglichst kleinen Wert
gehalten werden kann.Die grössere Beanspruchung nämlich - wenn sie sich auch nur
aus
lokaler Spitzenwert ergibt - benötigt ein Material mit besseren mechanischen Eigenschaften}
also ein kostenaufwendigeres Material.
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Diesem Zweck dienten in der Vergangenheit die verschiedenen Mörtel,
weiche die übergebene Kraft vertailen und nach Erhärtung ein lasttragenden Elenent
der Konstruktion bilden. Diesem Zwecke dienten gleichfalls die verschiedenen Unterlagen
und Zwischenschichten, wie Holz, Papier, elastische Schichten z.B. Kunststoffschichten,
usw. Die Mörtel- und Ausfüllschichten sichern in vielen Fällen zugleich auch die
Richtung und Isolierung.
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Wem. jedoch die tage der benachbarten Körper (Elemente, usw.) sich
im Verhältnis zueinander ändert -z.b. infolge von Setzung, Schwinden, Wärmedehnung,
Änderung der dauernden Belastung, usw. - treten scliädliche Erscheinungen auf. Der
veränderten lage entsprechend ändert sich auch das Kräftespiel, es können sich derartige
Spitzenbeanspruchungen ergeben, die weder der Mörtel, noch das Bauelement verträgt,
Beschädigungen treten auf und ausserdem hört auch die Dichtungs-, Isolierungswirkung
auf, Solche Erscheinungen kann man z.B. bei dem Tunnelbau erleben. Infolge der Abmessungstoleranz
bei der Erzeugung war das Zusammenpassen der vorgefertigten Wandteile oft nicht
einwandfrei, deshalb sind sehr viele Fertigteile unter dem auf sie einwirkenden
grossen Druck der Schildpressen zusammengebrochen. Wenn es gelungen ist, die Gleichmässigkeit
der Fugen bei dem Bau zu sichern, dann traten später infolge des mit der Zeit sich
langsam ändernden Erddruckes Verschiebungen ein, die das eingebauto Bindematerial
zerstörten und gleichzeitig die I)ichtungs- und Isolierungswirkung desselben vernichteten.
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Viel Sorgen machte auch der Ufermauerbau in stehenden Gewässer. Auf
die am Ufer erbaute Wand übte das Eia einen grossen Druck aus, es setzte die Verkleidung
in Bewegung,
drückte die Bindeschicht ab, dann unterhöhLe die starke
dynamische- und Saugewirkung des Wellenschlages gänzlich die Ufermauer und richtete
dieselbe zugrunde.
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Sogar bei solchen, lediglich als Wandkonstruktion betrachtbaren BauobJekten,
wie der Strassenbelag, hat die nicht entsprechend vorbereitete, keine gleichmässige
Unterstützung bietende Bettung oder Boden gro- +1 ssen Schaden verursacht, nicht
minder das Verfrosten der Bettung oder des Bodens mit nicht entsprechender Kernverteilung,
was sich als Wirkungskraft eigentlich gleichfalls in der Änderung des Bodendruckes
zeigte.
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Die Zielsetzung der Erfindung ist alle diese ungünstigen Erscheinungen
zu vermeiden. Die Ereindung betrifit also ein Verfahren, bei welchen das angewendete
fugenfüllende Bindematerial seine <lichtenden-isolierenden Eigenschaften beibehält,
die Bewegung der Wandkonstruktion bis zu einem gewissen Masse ermöglicht und hiermit
den schädlichen Brüchen, mechanischen Beschädigungen vorbeugt.
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Das Wesentliche des Verfahrens gemäss der Erfindung ist, dass zum
Ausfüllen der Fugen zwischen den Wandelementen und auch zw@chmässigerweise zwischen
der Wand und dem Material, das auf die Wand angreifend wirkt und eine dauernde Belastung
ergibt (z.3. Erde, Felsen, usw.) ein rheologkonsolidierendes Material untergebracht
wird, z.B. mit körnigem und/oder faserigem Material gemischtes Bitumen (Asphalt)
Bentonitsuspension-Steinsplittmißchung, usw. und hiernach bei Ermöglichung einer
relativen Bewegung der Bauelemente abwarten, bis der Oberbau in einen annähernden
Gleichgewichtszusta'nd gelangt, danach Jedoch die Fugen an ihren offenen Enden durch
die eigene Konsolidierung der rheolog konsolidierender Schicht oder
mittels
besonderer Abschlussteile, usw. abschliessen.
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Die rheolog konsolidierenden Materialien sind im allgemeinen Konglomerate,
die aus körnigen und/oder faserigen Teilchen bestehen und die Lücken zwischen den
festen Teilchen durch halbflüssiges, flüssiges oder gasartiges Material ausgefüllt
werden.
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Das rheolog konsolidierende Material weicht dem Weg des Druckes bei
einem höheren als ein gewisser Druck aus, ist also formänderungsfähig; gleichzeitig
konsolidiert es sich bei einer Dicke, die geringer als ein gewisser Grenz wert ist,
wobei der hier auftretendo Druck eine gewisse Grente überschreitet und ist in diesem
Zustand auch- für die Aufnahme eines grösseren Druckes geeignet.
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Wem der Tunnel auf obige Weise aus Wandelementen erbaut wird, so
drückt sich das z.B. aus Asphalt bestehende Fugenfüllmaterial so lange durch die
Fugen der Tunnelwand heraus, bis der annähernde Gleichgewichtszustand sich einstellt;
da können die Fugen so dünn werden, dass die dünnere Asphaltschicht sich unter dem
Druck konsolidiert: sie wird dazu fähig einen grdsseren Druck aufzunehmen, bildet
eventuell in diesem Zustand eine Abschlusschicht in der Fuge - oder wenn die Abmessung
der Fuge eine solche war, dass dieser Fall nicht eintreten konnte, wurden die Fugen
mit besonderen Abdeckelementen vom Tunnellinneren abgeschlossen um in dieser Weise
das weitere Herausquellen des Asphalts zu verhindern.
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Im Falle einer Uferwand wird hinter der Anschlussfuge der Bauelemente,
welche die äussere Oberfläche der Wand bilden, z.B. auf einen Grundkörper mit auswärts
neigender Ebene ein separates Kernelement, dessen horizontale Gewichtskomponentenach
aussen wirkt, gebaut, und das Kernelement wird mit einem rhoolog konsolidierendem
Material überzogen.
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Die Erfindung wird anhand einer beispielsweise beschriebenen Ausführungsmethode
für Tunnelbau und einer für Ufermauerbau unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
eingehender beschrieben.
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An den Abbildungen la - le wird das Verhalten der Fugen und des fugenfüllenden
rheolog konsolidierenden Materials dargestellt, an den Abb. 2a - 2d das Beispiel
eines Tunnelbaues und an den Abbildungen 3a-3b das Beispiel einer Ufermauerbaues.
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Aus der Abbildung la ist die anlässlich des Baues zustandegekommene
regelmässige Anordnung der Wandkonstruktionselemente I, II und III ersichtlich.
Die Pfeile mit Strichellinie stellen die Resultanten der Kraftwirkungen dar, während
mit kurzen Pfeilen die verteilte Belastung bezeichnet wurde.
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Auf der Abbildung 1b sind die Bauelemente im Verhältnis zueinander
verschoben. Da das Material l, welches die Fuge ausgefüllt, rheologen Charakters
ist, gibt es der Bewegung nach und gruppiert sich in seiner Masse der neuen lage
entsprechend um: es dringt von dem engeren Raum in die weiteren Räume; es vermittelt
den Druck auch jetzt gleichmässig. Ein Teil des Püllmaterials dringt Epa Ende der
Fuge gegen den freien Raum nach aussen. An der Abbildung 1c zwischen dem Bauelement
I und II wird die Fugo so dünn, dass das Ausfülliraterial sich im Abschnitt "k"
konsolidiert: das konsolidierte Material schliesst selbst den Weg vor dem noch nicht
konsolidierten, rheologen Teil des Ausfüllmaterials 2 ab, sodass dieser Teil nicht
mehr aus der Fuge in den freien Raum dringen kann. Wenn die Fuge - wie auf Abbildung
ld sichtbar - mit zwei separate Abschlusselemeuten - z.B. Metalleisten -abgeschlossen
wird, verhindert das nicht eine gewisse weitere Bewegung der Elemente, sondern ausschliesslich
nur das Ausdringen
des Ausfüllmaterials l. Natürlich kann - wie
aus Abbildung le ersichtlich - in gewissen Fällen sich auch hier der Abschnitt "K"
bilden, an welchen die Konsolidierung des Ausfüllmaterials 1 erfolgt.
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Die Abbildung 2a stellt den Querschnitt eines im Bau befindlichen
Tunnels dar, die Abbildung 2c zeigt vergrössert den in der Abbildung 2a mit "A"
bezeichnete Bereich des Tunnels und die Abbildung 2d den n der Abbildung 2b mit
"B" bezeichneten Bereich desselben.
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In der Fuge des Bauelementes 3 und dem Ausfüllmaterial 4 - z.B. Beton
- das zwischen den Felsen und das Bauelement injiziert wurde, ist Asphalt I untergebracht.
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Auf die Konstruktion wirken während des Bauvorganges die in der Abbildung
2b mit Pfeilen bezeichneten Schilddruckkräfte und die an den Abbildungen 2c und
2d mit Pfeilen bezeichneten Injektionskräfte te und dann später der Gesteindruck
ähnlicher Richtung ein, dessen Grösse und Verteilung sich Jedoch in der Zeit ändert.
Die Baufertigtei le 3, welche die Konstruktion bilden, ändern ihre relative Lage
infolge der Krafteinwirkungen in der Zeit, infolgedessen sich auch die ursprungliche
Fomn und Schichtendicke des Asphaltes 1 ändert. Nachdem wir - nach ein-zwei Monaten
-feststellon, dass der annähernde Gleichgewichtszustand zustandekam, schliessen
wir die zwischen den Bauelementen 3 bestehenden Pulsen von innen mit den Abschliessplatten
2 ab.
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Abbildung 3a stellt beispielsweise den Querschnitt einer Ufermauer
am Balaton dar, die Abbildung 3b den bezeichneten Schnitt der Abbildung 3a ohne
die in der Abbildung 3a skizziert angeführten Erdauffüllung 5.
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Hinter den Yerkleidungselement 3 des Anschlussabschnittes I und II
ist das Kernstück 6 untergebracht, das
im vorhinein mit dor Asphaltschichte
1 überzogen wurde; vor diesem, hinter diesem, sowie unter den Schalenelementen 3
an den Teilen nebem dem Kernstück 6 ist im vollon Schnitt der Ausfüllbeton 4 eingebaut.
Nach Fertigstellung der Konstruktion wird der Boden 5 aufgefüllt. Das Kernstück
6 wird durch sein eigenes Gewicht an der schiefen Oberfläche und ausserdem auch
durch den Druck des Bodens 5 nach aussen gedrückt. Als Resultat der Anfangsbe wegungen
reisst das Ausfüllbeton 4 in der Linie der Schalenelementen 3, der infolge der Bewegung
sich deformierende rheologe Asphalt dringt hier ein und sichert auch hier die Wasserdichtheit.
Das Kernstück 6 erzeugt die Verbindung bei einer jeden Verschiebung der Schalenelemente
3 und das gerissenen Ausfüllbetons 4 und zwingt den Asphalt 1 zu einer entsprechenden
Formveränderung und sichert stets die zuverlässige Wasserdichtheit.
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Wenn die Fuge über einem gewissen Mass dünner wird, konsolidiert
sich der Asphalt 1 und kann auch einen grösseren Druck aufnehmen und sperrt hier
gleichzeitig den Weg des noch im rheologen Zustand befindlichen Asphalts 1 ab.
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Das Verfahren haben wir bei Tunnelbau versuchsweise ausprobiert und
festgestellt, dass infolge seiner Anwendung der Bruch einzelner Bauelemente der
früher oft vorgekommen ist, praktisch vollkommen aufhört, die Konsolidierung des
rheolog konsolidierenden Materials in den Fugen in den meisten Fällen erfolgte und
die volle Wasserdichtigkeit der Konstruktion bei allen messbaren Form veränderungen
bestehen blieb.