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Der Gegenstand des Gebrauchsmusters bezieht sich auf eine Strukturanordnung zur Stabilisierung von linearen Erdarbeiten, d. h. hauptsächlich Eisenbahnkonstruktionen, für die Verhinderung von Bewegungen des Oberbaus infolge der Wirkung von hauptsächlich queren (horizontalen) Kräften in Bezug auf die Richtung der Spurlinie, während der Verkehr zeitweise aufrechterhalten wird. Diese Konstruktion enthält eine lasttragende Stützstruktur, die sich vorzugsweise außerhalb des Eisenbahnlichtraumprofils befindet und den Bewegungen widersteht, die an der Stelle des Auftretens in der Regel auftreten.
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Sowohl im Bau oder während der Renovierung, z. B. der Verstärkung von öffentlichen Verkehrswegen, vor allem aber bei Eisenbahnstrecken, die entlang der Konturlinien auf einem geneigten Gelände, insbesondere bergab oder entlang eines Abhangs, führen, kann die Stabilisierung der Erdarbeiten eine wichtige Aufgabe sein. Dies ist vor allem der Fall, wenn der Querschnitt der Strecke einem Einschnitt auf der ”inneren” (z. B. Hügel-)Seite des Geländes ähnelt und auf der geneigten „äußeren” Seite des Geländes eine Böschungs-Form aufweist.
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Bahnstrecken erfordern besondere Sorgfalt, da in diesem Fall die Bewegung von schwergewichtigen und länglichen Lasten sowie das kombinierte und sich wiederholende Auftreten dynamischer Effekte dieser Lasten beteiligt sind. Genauer gesagt erforden diese Stecken oder die kurvenreichen Abschnitte besondere Aufmerksamkeit, wo zusätzlich zu den einzigartigen Querschnittsformen mehr als eine Spur entlang der Konturlinie nebeneinander auf der Bahnstrecke gebaut wird.
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Im Fall von linearen Erdarbeiten ist es eine Voraussetzung für viele Jahrzehnte gewesen, dass Bahnlinien, die entlang Konturlinien auf einem geneigten Gelände laufen, früher oder später Stabilisierung benötigen. Wie wir gesehen haben, treten die schwierigsten und komplexesten Konstruktionsbedingungen im Fall von Eisenbahnlinien auf, daher gehen die verschiedenen technischen Initiativen und die Erfahrungen in diesem Bereich am weitesten in der Zeit zurück.
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Eine offensichtliche Idee zur Stabilisierung schien es, Spundwände zu verwenden, was sich für die geplante Stabilisierung des Untergrunds in anderen Bereichen gut bewährt hat. Dieses Verfahren bedeutet im Wesentlichen, dass Stahlbleche, die entlang der Längskanten miteinander verbunden sind, in den Boden eingetrieben werden und die Blechabschnitte, die in eine ausreichende Tiefe eingetrieben werden, einen ausreichenden Halt für die nach Art einer Konsole freistehenden Abschnitte bieten, so dass sie in der Lage sind, die Baugrube gegen ein Einrutschen von die Baugrube umgebende Erde sicher zu schützen.
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Allerdings hat sich die Spundwand aus mehreren Gründen als nicht geeignet erwiesen, die vorliegende Aufgabe zu erfüllen. Das Eintreiben der Spundbohlen in die Erde verursacht schädliche Vibrationen; die Pfähle müssen in eine unverhältnismäßig große Tiefe nach unten eingetrieben werden; Wasserableitung verursacht ein Problem; wenn die Arbeit beendet ist und die Spundwände entfernt werden, hat das an deren Stelle sickernde Grundwasser eine schädigende Wirkung auf den gesamten Erdbau. Darüber hinaus bereitet die Verankerung auf der Hügelseite der Erdarbeiten große Schwierigkeiten und es ist meist unmöglich diese zu lösen. Eine weitere Schwierigkeit entsteht bei elektrifizierten Strecken, wo die Freileitungen während der Installation der Spundwand demontiert werden müssen. Während dieser Zeit können nur andere Formen der Traktion verwendet werden (beispielsweise mit Diesellokomotiven), was deutlich höhere Kosten mit sich bringt, und wenn die Arbeit abgeschlossen ist, können die Freileitungen erst dann wieder installiert werden, nachdem die Spundwände entfernt wurden.
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Die in den letzten Jahrzehnten entwickelten neuen Lösungen sind ebenfalls nicht besonders erfolgreich gewesen. Ein Beispiel findet sich im Patentdokument
JPH 05125739 von 1991 für den Bau einer selbsttragenden Stützkonstruktion ohne Schalung. Sie erreicht eine Stabilisierung durch den Bau einer geneigten Stützwand aus Betonblöcken entlang der in Form einer Böschung geneigten Erdoberfläche mit einer Basis, die in das Innere der Böschung eindringt. Aufgrund des letztgenannten Merkmals ist diese Lösung für unsere Zwecke nicht geeignet, da die wiederholte Belastung mit seiner dynamischen Wirkung zur Verschiebung dieser stabilisierenden Basis führen kann.
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Die in der Patentschrift
JPH 11293648 aus dem Jahr 1998 präsentierte Konstruktion ist mehr oder weniger ähnlich: Es wurde zum Abdecken einer geneigten Böschung am Rande eines Flussufers entwickelt. In diesem Fall wird eine weitere Schicht auf der Oberfläche einer vorhandenen Betonwand auf Flussseite befestigt, die für den Anbau von Pflanzen geeignet ist. Sein Nachteil – aus unserer Sicht – ist, dass die neue Schicht keine stabilisierende Wirkung hat, um die ursprüngliche Wand zu verstärken, und die U-förmigen Verbindungsstücke, die die Wand umgreifen, die Wand sogar lokal schwächen.
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Die
ungarische Veröffentlichung vom Dokument P 0003768 aus dem Jahr 2000 stellt ein Verfahren vor, das speziell auf die Stabilisierung von aus vorgefertigten Oberflächenelementen aufgebauten Erdarbeiten abzielt. Gemäß dieser zweifellos klugen Idee werden mit Stahlbetonbefestigung verstärkte Halterungen, z. B. betonierte Stahlrohre, in der Nähe der Struktur in die Erde eingetrieben, um die Erdarbeiten an der Böschung zu stützen, und mit der tragenden Struktur der Erdarbeiten mit Hilfe von Spannseilen verbunden. Diese Methode kann für die Lösung unserer Aufgabe ebenfalls nicht in Betracht gezogen werden, zum Teil wegen seiner hohen Kosten und teilweise, weil die Greifköpfe der Zugseile aufgrund der sich wiederholenden dynamischen Effekte, die in unserem Fall auftreten, von Zeit zu Zeit gewartet werden müssen, was technisch nicht möglich ist.
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Die Veröffentlichung
KR 2003/0097085 aus dem Jahr 2003 ist interessant, aber für unsere Zwecke nicht geeignet. Ihr Gegenstand ist eine Stützwand, die in Schritten von oben nach unten aufgebaut werden kann. Es ist zweifellos wahr, dass sie theoretisch zum Abstützen der geneigten Seite eines Erdbaus verwendet werden kann, sie wird aber an der Stelle errichtet, wo die stabilisierende Verstärkungsstruktur wegen der dynamischen Effekte zugleich der Gefahr des Abrutschens unterliegt.
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Das neuere Dokument
CN 102733354 aus dem Jahr 2012 schlägt die Kombination aus schweren Anti-Rutsch-Konstruktionen mit Spundwänden vor, deren Ziel es ist, die Unbeweglichkeit der Konstruktion durch Hinzufügen eines Oberbaus mit einem hohen Gewicht zu erreichen. Aufgrund seiner Komplexität und Kostspieligkeit ist es unwahrscheinlich, dass sich dieses Verfahren durchsetzen wird. Dies gilt umso mehr in unserem Fall, weil für die Errichtung der Konstruktion Pfähle nach unten getrieben werden müssen, um den Bau zu schaffen, was auf die Stabilität des natürlichen Bodens (innere Reibung) einen ungünstigen Einfluss hat.
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Das Ziel des vorliegenden Gebrauchsmusters ist die zuverlässige Stabilisierung von Eisenbahnlinien, die über geneigtes Gelände führen, charakteristischerweise entlang einer Konturlinie, und in erster Linie von Eisenbahnstrecken mit einem Querschnitt, der einen Ausschnitt auf der Bergseite und eine Böschung auf der Talseite aufweist. In diesem Rahmen ist es ein weiteres Ziel des Gebrauchsmusters, die schädigende Wirkung sowohl von Oberflächenwasser, das von den Leitungsabschnitten direkt zurückgehalten wird, als auch von Wasser, das indirekt durch die Neigung des Geländes auf diese auftrifft, zu verhindern.
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Die Aufgabe des Gebrauchsmusters ist, im Fall von zweigleisigen Bahnstrecken sicherzustellen, dass der Verkehr in der Innenspur auf der Hügelseite, – wenn auch nur zeitweise – ohne Störung aufrechterhalten werden kann, während auf der Talseite in der äußeren Spur Verstärkungsarbeiten laufen, auch im Spezialfall, wenn in den gegebenen Abschnitten ein Bodenaustausch durchgeführt werden muss.
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Das Gebrauchsmuster basiert auf der Erkenntnis, dass die Stabilisierung am wirksamsten durchgeführt werden kann, wenn das Schotterbett, das ein Teil des Oberbaus bildet, so hergestellt werden kann, dass die Bewegungen, die als Ergebnis der Querkräfte entstehen, und gleichzeitig die destabilisierende Wirkung von Oberflächenwasser verhindert werden können. Wird dies erreicht, so kann die Aufgabe gelöst werden.
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Die Erkenntnis beinhaltet auch, dass die hochfesten Schottersteine im Schotterbett durch starke Reibung miteinander verbunden sind und übereinander geschichtet liegen. Diese innere Reibung ist in der Lage, einen solchen Widerstand auszuüben, dass bis zu einem bestimmten Punkt den Bewegungen infolge der quer zur Streckenrichtung erzeugten Kräfte widerstanden werden konnte. Aus unserer Sicht kann dieser Widerstand stark erhöht werden, wenn wir es verhindern, dass die einzelnen Elemente und Schichten des Schotterbettes übereinander rutschen, wenn wir also – mit anderen Worten-Klebematerial dazwischen einsetzen. Das Klebematerial füllt den Raum zwischen den Steinen (das so genannte Hohlvolumen) nicht, sondern es lässt einen erheblichen Teil davon frei, so dass die wasserdurchlässige ”Gitterstruktur” des Schotters dank dieser Lösung intakt bleibt.
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In Übereinstimmung mit dem ursprünglich festgelegten Ziel enthält die Strukturanordnung gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster zur Stabilisierung von linearen Erdarbeiten und vor allem von Eisenbahnoberbauten zur Verhinderung von Bewegungen des Oberbaus, die hauptsächlich aufgrund der Wirkung von Querkräften in Bezug auf die Richtung der Spurlinie auftreten, während der Verkehr zeitweise aufrechterhalten wird, eine lasttragende Stützstruktur, die sich vorzugsweise außerhalb des Bahnlichtraumprofils befindet und widerstandsfähig gegen Bewegungen ist, die in der Regel in dem Abschnitt auftreten, wo die Bewegungen auftreten, und so aufgebaut ist, dass die lasttragende Stützstruktur gebildet wird durch einen Stützträger, der entlang der Eisenbahnlinie zwecks Stabilisierung des Schotterbettes an der Schwellenseite angeordnet ist, wo die Bewegungen in der Regel auftreten, eine Stützwand, die sich vom Oberbau in Richtung des Untergrunds erstreckt und auf der Seite des Stützträgers gegenüber den Schwellen installiert wird, und eine Schutzdecke für die Stützträger (Tragbalken) und die Stützwand, die gleichzeitig die dem Stützträger zugewandten Schwellenenden einfasst.
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Ein weiteres Merkmal der Anordnung ist, dass die Decke etwa bis zu der Schiene, die sich näher an der Tragkonstruktion befindet, zwischen die Schwellen hineinragt. Der Stützträger, die Stützwand und die Decke enthalten hochfeste zerkleinerte Steine, vorzugsweise verdichtete zerkleinerte Steine, sowie Klebematerial, z. B. Kunstharz, das die Steine von oben abdeckt und einen minimalen Teil des Hohlraumvolumens füllt.
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Die Stützwand wird aus mindestens einer, aber vorzugsweise mehreren übereinander angeordneten Schichten konstruiert. Im Falle einer mehrlagigen Stützwand ist die Festigkeit der einzelnen Schichten unterschiedlich und entspricht der Höhe der auf sie wirkenden Last. Die Festigkeit der Schichten ist proportional zu dem Verhältnis aus der Menge des Klebematerials zu der Masse des Schotterbettes. Die Menge des Klebematerials für die höherfesten Schichten die Stützwand übersteigt die Menge des Klebematerials, das für die Schichten mit niedrigerer Festigkeit verwendet wird.
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Eine Drainage zum Ableiten von übertragener Nässe, insbesondere Regenwasser, wird entlang der Ebene der Stützwand eingebaut, die von der Spurebene am weitesten entfernt ist. Die Drainage befindet sich an der Unterseite der untersten Schicht der Stützwand.
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Der Stützträger und die Stützwand liegen lückenlos aneinander an. Die Enden der in der Nähe des Stützträgers angeordneten Schwellen liegen lückenlos an der Decke an.
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Im Falle einer möglichen Ausfürungsform der Konstruktion wird die obere Schicht des natürlichen Bodens, die einen Teil der Unterkonstruktion bildet, die mit der Außenseite der am weitesten von der Spurlinie entfernten Stützwand verbunden ist, mit einem Verstärkungsadditiv oder einer Injektion zur Verbindung behandelt. Im Falle einer anderen Ausführungsform wird, wenn die Stützwand entlang einer Böschung ausgeführt wird, die geneigte Seitenfläche der Böschung auf einer oder mehreren Ebenen mit ergänzenden Strukturen verstärkt, um die Unterkonstruktion zu stabilisieren.
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Die Strukturanordnung gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster weist zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften im Vergleich zu früheren Erdbaustabilisierungsverfahren auf. Die wichtigste davon ist, dass die Kombination aus hochfestem Schottermaterial und hochfestem Klebematerial zu einem günstigen Baustoff führt, der, wenn er mit einem Stützträger und einer Stützwand, die außerdem Beton und Klebematerial enthalten, kombiniert ist, komplett sicher ist und alle anderen Verfahren der Erdbaustabilisierung übertrifft. Im Falle von gewissen mechanischen Belastungen ist es möglich, die Festigkeit (Beständigkeit gegen Biegen) der geklebten Schotterdecke oder des Stützträgers mit Stahlbewehrung (bei der Decke mit Stahlbewehrungsmatten) zu erhöhen. All dies führt zu einer langen Lebensdauer und wird mit einfacher Technik und durch Einsatz von im Bahnbau üblichen Materialien erreicht.
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Günstig ist es auch, dass keine Transport- oder Lagerungsprobleme während der Arbeiten entstehen. Da das Verfahren keine Bauteile erfordert, die zu einem späteren Zeitpunkt demontiert werden müssen, kann es schneller als andere bisherige Lösungen realisiert werden, und gewährleistet neben der vollständigen Erfüllung der Festigkeitsanforderungen außerdem die Möglichkeit einer optimalen Wasserableitung. Es ist auch wichtig, dass die Konstruktion kontinuierlich überwacht und während der gesamten Betriebszeit überprüft werden kann.
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Es ist auch bemerkenswert, dass die zahlreichen Nebenwirkungen der herkömmlichen Spundwand-Stabilisierungsmethode vermieden werden, was enorme finanzielle Einsparungen möglich macht. Nach unseren Berechnungen entsteht nur ein Drittel der Kosten im Vergleich zum Verfahren mit der Spundwand.
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Das Gebrauchsmuster wird detaillierter durch Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen dargestellt. In den beigefügten Zeichnungen zeigt
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den Querschnitt eines Eisenbahnstreckenabschnittes,
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den Grundriss des gleichen Bahnlinienabschnittes,
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einen kleinen Ausschnitt des Schotterbettes.
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zeigt den Erdbau von Unterbauten der Bahnlinie sowie die den Eisenbahnoberbau bildende Schiene. Der Oberbau 2 befindet sich auf der Unterkonstruktion 1 und umfasst das Schotterbett 21, die darauf angeordneten Schwellen 22 und die auf diesen verankerten Schienen 23.
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Der Grundriss in zeigt einen kurzen Teil der Strecke – nur eine Länge von zwei Schwellen 22. Wir haben auch die Spurlinie 25 markiert, die zu der vorherrschenden Gleisachse identisch ist. Der Stützträger 3, der die Schwellen 22 – und mit ihnen den gesamten Oberbau 2 – gegen Querkräfte stützt und ihre Bewegung in „Talrichtung” verhindert, befindet sich entlang der Enden der Schwellen 22 in Richtung Talseite. Der Stützträger 3 erstreckt sich von der Linien-Ebene 24, die die Oberfläche der Schwellen 22 darstellt, nach unten, und die daneben liegende Stützwand 4 erstreckt sich nicht nur bis auf den Boden des Schotterbetts 21, sondern dringt vorzugsweise in die obere Schicht 11a des darunterliegenden natürlichen Bodens 11 ein.
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Die Stützwand 4, die sich nach unten erstreckt und ebenfalls aus mindestens einer, vorzugsweise aber aus mehr als einer Schicht konstruiert ist, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind, stellt sicher, dass der sich ebenfalls nach unten erstreckende Stützbalken 3 sich nicht bewegt. Das vorliegende Beispiel zeigt die tiefstliegende untere Schicht 41, darüber angeordnet die Zwischenschicht 42 und dann die oberste Schicht 43. Die Oberfläche dieser Schicht 43 entspricht der oberen Ebene des Schotterbettes 21.
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Der Teil des Schotterbettes 21 außerhalb der Schwellen 22 ist durch die als Betonplatte ausgebildete Decke 5 abgedeckt, in die die Enden 22a der Schwellen 22 hineinragen. Bei Bedarf kann die Decke 5 auch den Stützträger 3 und/oder die Stützwand 4 abdecken. Sollten die Wasserablaufbedingungen es fordern, so kann die unterste Schicht 41 der Stützwand 4 mit einer Drainage 7 kombiniert werden, die vor Ausbreiten des Schotters der untersten Schicht 41 installiert wird.
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zeigt ein Detail der Schotterbettung 21. Es zeigt, dass die zerkleinerten Steinelemente 21a als Ergebnis des zwischen ihnen eingebrachten Klebematerials 6 in einer Kraftübertragungsverbindung miteinander stehen. Das hochfeste Klebematerial 6 ist an den Berührungsflächen vorhanden; jedoch füllt es nicht das Hohlraumvolumen zwischen den Schottersteinelementen 21a. Als Ergebnis bleibt die „Gitterstruktur” des Schotterbettes 21 intakt, so dass in dieses eindringendes Wasser in den Boden des Unterbaus 1 sickern kann. Darüber hinaus werden die ”groben” Bruchflächen der zerkleinerten Steinelemente 21a durch das Klebematerial 6 vorteilhaft glatt, wodurch das Wasser leichter hindurchfließen kann. Daher wird das Klebematerial 6 in einem hochfließfähigen Zustand verwendet, so dass das Schotterbett 21, obwohl es vorzugsweise Schicht für Schicht verdichtet ist, es dem Klebematerial 6 ermöglicht, in geeigneter Weise hindurch zu fließen.
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Die Bedeutung der Strukturanordnung gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster liegt darin, dass sie neben ihrer zuverlässigen Wirkung, der schnellen Einbaumethode und Wirtschaftlichkeit zu einem weitreichenden Einsatz im Bau von stabilisierenden Stützstrukturen von Erdbauten, zur Verhinderung von Querbewegungen von gekrümmten Bahnschienen infolge von thermischen Krafteinwirkungen, und im Allgemeinen zur Erhöhung der Tragfähigkeit aller Arten von Schotterbett, beispielsweise durch Erhöhung der Menge des Klebematerials und/oder durch Erhöhung dessen Festigkeit, verwendet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 05125739 [0007]
- JP 11293648 [0008]
- HU 0003768 [0009]
- KR 2003/0097085 [0010]
- CN 102733354 [0011]