DE2131501C3 - Verfahren zum Gründen eines Baukörpers unter Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gründen ines Baukörpers unter Wasser, beispielsweise eines \inneisiucks, Schwirnmksstens od. dgl, durch Auffüllen les Raums unter dem Baukörper mit Sand, indem ein Vasser-Sand-Gemisch an mindestens einer Zufuhrstelle inter dem Baukörper eingespült wird.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der deutschen 'atentschrift 7 01 933 bzw. der britischen Patentschrift 8 43 148 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird pin Wasser-Sand-Gemisch von einer oder mehreren zlhrs dien aus durch Druckrohre unter den Baukör-ZUunrsteiiendu zunächst die am

&«£? ηfern" HeI^n Bereiche und anschließend L rchentsprechendes Versetzen bzw Verschieben der Rohrmündungen aufeinanderfolgend die dichter bei der Zufuhrstelle liegenden Bereiche des Raums unter dem Baukörper mit Sand gefüllt werden; gleichzeitig mit der 7ufuhr des Wasser-Sand-Gemischs wird bei dem " kannten Verfahren aus der Nähe der Zufuhrste.le bzw der Druckrohrmündung etwa die gleiche Menge Wasser abgesaugt. Bei diesem bekannten Verfahren ist Sr Se Suhrstelle außer dem für die Gem.sch-Zufuhr vorgesehenen Druck-injektions-Rohr mindestens e.n zugehöriges Saugrohr mit entsprechendem Saugpumpenaggregat erforderlich; das Druck- und Saugrohraggregat werden von den oberhalb der Wasserflache angeordneten Pumpaggregaten seitlich am Bauwerk erlang bis unter das Bauwerk geführt; hierfür und fur e"ne iteuerbare Veränderung der Zufuhrstele zur Erzeugung einer kontinuierlichen Grundungs-Aufschuttung unterhalb der gesamten Bauwerksbodenflache ,st eine eigene Halterung erforderlich, welche sowohl eine as Längsversctzung des Rohraggregats entlang dem Bauwerk wie auch eine Verschwenkung des Rohraggreeats gestatten _muß, um durch eine hin- und hergehende Schwenkbewegung in aufeinanderfolgenden Bögen aneinander anschließende Sandwälle unter dem Bauwerk auszulegen, welche aufeinanderfolgend den gesamten Untergrund unter dem Bauwerk ausfüllen sollen Die Steuerung des bekannten Verfahrens, d. h. die Versetzung des Rohraggregats entlang dem Bauwerk wie auch die Verschwenkbewegung entlang dem Kreisbogen, erfolgt dabei in Abhängigkeit von der überwachung der Sandkonzentration in dem über das Saugrohraggiegat aus dem Bereich der Zufuhrstelle wieder abgesaugten Wasser, d. h. nicht anhand positiver Messungen der Sandzufuhr, sondern indirekt anhand des Sandanteils in dem aus dem Zufuhrbere.ch w.eder abgesaugten Wasser. .

Der Erfindung liegt als Aufgabe eine weitere Verbesserung und Vereinfachung eines Grundungsverfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, das bei geringem apparativem Aufwand und vereinfachter Verfahrensführung eine zuverläss.g vollständige, gleichmäßige Auffüllung des Gründungsbereichs unterhalb dem Bauwerk mit Fundierungssand ermöglicht, wöbe gleichzeitig gewährleistet werden soll, daß eventuell irr Gründungsbereich vorhandener Schlamm nicht in du Gründungssandfüllung eingeschlossen wird um eine Beeinträchtigung der Gleichmäßigkeit und Konsisten: der Sandfüllung in der Gründungsschicht zu vermeiden Die Gefahr einer nennenswerten Senkung des Baukör pers durch unvollständige Sandauffüllung des Raum soll zuverlässig ausgeschlossen werden.

Zu diesem Zweck ist bei einem Verfahren de eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgese hen daß jede Zufuhrstelle in bezug auf den Grundnl des'ßaukörpers stationär ist und das Wasser-Sand-Ge misch mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in de Weise zugeführt wird, daß an der Zufuhrstelle zunächs ein Krater gebildet wird, von dem aus sich der Sand ι Form eines durch Überströmen des Wasser-Sand-Ge mischs nach außen sich verbreiternden, ringförmige Walls absetzt.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung kann vo einer oder mehreren stationären Zufuhrstellen aus, fil

Jie keine besondere bewegliche Halterung erforderlich st, und ohne die Notwendigkeit cnes gleichzeitigen \bsaugens von Wasser aus dem Berexh der Zufuhrstelle, ein sich stetig erweiternder Bereich um die Zufuhrstelle herum sukzessive mit einer gleichmäßigen, von nennenswerten Schlammeinschlüssen weitgehend freigehaltenen Sandschicht aufgefüllt weiden. Die Ausbreitung des ringförmigen Sandwalls um die Zufuhrsielle herum erfolgt dabei selbsttätig laufend wechselnd in solcher Richtung, in welcher der geringste Druckunterschied zu überwinden ist, wodurch in selbsttätiger Weise eine gleichmäßige Verbreiterung des abgesetzten ringförmigen Sandplateaus um die Zufuhrstelle herum mit gleichmäßiger Kontaktierung des Gründungssandes gewährleistet ist. Bei Gründung von Bauwerken mit größerer Flächenerstreckung kann durch gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Zufuhr des Wasser-Sand-Gemischs an mehreren über die Fläche verteilten Stellen der gesamte Zwischenraum zwischen der Bauwerksunterseite und der Gewässersohle mit einer gleichmäßigen, gleichmäßig kompaktierten Sandschicht ausgefüllt werden-, durch weitere fortgesetzte Zufuhr des Wasser-Sand-Gemischs kann sogar auch eine Auffüllung der seitlich des Bauwerks liegenden Teile der Verlegungsrinne erzielt werden. Eine Vermischung des zugeführten Wasser-Sand-Gemischs mit Schlamm oder Schlick, sei es in dem unterhalb dem Bauwerk gelegenen Bereich, Si.'i es in den seitlichen Bereichen, wird dabei zuverlässig vermieden, da wegen der verhältnismäßig langsamen Zufuhrgeschwindigkeit des Wasser-Sand-Gemischs das sich ringförmig ausbreitende, an seinen radial äußeren Grenzen bereits verhältnismäßig konsistente Gemisch sich aufgrund seines größeren spezifischen Gewichts unter eventuell vorhandenen Schlamm bzw. Schlick schiebt und diesen zunächst seitlich und gegebenenfalls nach oben verdrängt, derart daß der gesamte Raum unterhalb des Bauwerks und gegebenenfalls auch seitlich des Bauwerks schließlich mit der gleichmäßig verdichteten Sandschicht einheitlicher Konsistenz und ohne nennenswerte Schlammeinschlüsse ausgefüllt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zur Steuerung des Verfahrens der Druck des zugeführten Wasser-Sand-Gemischs und/oder der Druck an mindestens einer Meßstelle außerhalb des Kraters gemessen wird.

Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, daß zur Ausrichtung des Baukörpers bezüglich einer Referenzlage mehrere Zufuhr bellen vorgesehen sind und die Zufuhr des Wasser-Sand-Gemischs zu den Zuführstern selektiv gesteuert wird, und daß nach dem Ausfüllen des ursprünglichen Raumes unter dem Baukörper dieser wenigstens an einer seiner Seiten angehoben und eine zweite ergänzende Sandschicht über der ersten eingespült wird.

Nach alternativen zweckmäßigen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, daß der Baukörper während des Einspülens des Sandes allmählich angehoben wird, ei daß die Sandschicht zunehmend aufgehöht wird und/oder daß der Baukörper durch den Druck des zugeführten Wasser-Sand-Gemischs angehoben wird.

Bei Anwendung zum Gründen eines Tunnelstücks oder eines geschlossenen Senkkastens kann in bevorzugter Ausführung vorgesehen sein, daß das Wasser- Sand-Gemisch nur durch den Boden des Baukörpers hindurch zugeführt wird.

Die Erfindung wird in der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand einer Zeichnung erläutert.

Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines Tunnels während der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt nach der Linie Il-l! in der Fig. 1,

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt nach der Linie 11I-1II inder F i g. 2.

Fig.4, 5 und 6 Längsschnitte einer Einzelheit eines Tunnelstücks in einem jeweils weiter vorgerückten Stadium des Verfahrens,

F i g. 7,8 und 9 Draufsichten auf die Gründungsschichten unter dem Tunnelstück entsprechend F i g. 4, 5 bzw.

Fig. 10 einen Querschnitt eines Tunnelstücks in einem noch weiter vorgerückten Stadium als in F i g. 9,

F i g. 11 die Draufsicht auf die Gründungsschicht unter dem Tunnelstück während der Durchführung eines weiterentwickelten Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 12 einen Querschnitt nach der Linie XlI-XlI in der F i g. 11,

Fig. 13 und 14 Querschnitte eines Baukörpers mit der Gründungsschicht in aufeinanderfolgenden Stadien während der Durchführung einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 15 die Draufsicht auf den Baukörper gemäß der Fig. Ί3,

F ig. 16 eine Einzelheit eines Tunnelstücks gemäß den

Fig. T bis 12 und

F i g. 17 einen Schnitt durch ein anderes Ausführuugsbeispiel eines Baukörpers.

In eine Flußsohle 1 wird eine Senkrinne 2 mit einem Rinnenboden 3 gebaggert. In die Senkrinne 2 werden anschließend an offene Ausfahrten 5 Baukörper 4 verlegt, die geschlossene Tunnelstücke bilden. In F i g. 1 ist ein Tunnelstück AA bereits verlegt und mit Sand unterspült. Ein weiteres Tunnelstück Ab ist bereits abgesenkt, auf vorläufigen Abstützungen 6 ausgerichtet und mit seiner Anschlußseite 36 an das erste Tunnelstück 4a angeschlossen. In einem Prahm 7 wird Sand zugeführt und außerhalb der Fahrrinne durch einen schwimmenden Saugbagger 8 aufgesaugt und über eine Druckleitung 9, Zuführungsleitungen 10 und daran angeschlossene Spülöffnungen 11 bis an eine Zufuhrstelle 37 im Raum 35 unterhalb des Tunnelstücks Ab gebracht Die Tunnelstücke Ac, Ad und Ae müssen noch gesenkt werden.

An Fahrzeugen 16 ist erkennbar, daß das Verfahren gemäß der Erfindung die Schiffahrt über dem Tunnel nicht behindert.

jede Spülöffnung 11 ist im Boden 18 jedes Baukörpers 4 angeordnet und ist über ein Ventil 19 an eine durchgehende Zuführungsleitung 10 angeschlossen. Die Zuführungsleitung 10 weist an jedem Ende jedes Baukörpers 4 ein Kupplungsstück 20 auf, das mit einem Ventil 22 versehen ist, und das durch Arbeitskräfte mittels einer flexiblen Leitung 21 an die Kupplungsstükke 20 der beiden benachbarten Baukörper angeschlossen wird. Die Arbeitskräfte gelangen über Mannlöcher 23 in den Kopfschottwänden 24 zu den Kupplungsstükken.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist am klarsten aus den Fig.4 bis 10 ersichtlich. Drei Zufuhrstellen unter einem Baukörpcr 4 wird gleichzeitig odei nacheinander ein Wasser-Sand-Gemisch durch je eine Spülöffnung 11 zugeführt. Der Sand setzt sich aus den Gemisch zuerst wie ein Berg 12 ab (Fig.4 und 7) Anschließend wird durch ständige Zufuhr des Wasser

Sand-Gemischs ein Krater 14 gebildet, von dem aus sich der Sand in Form eines ringförmigen Walls 13 absetzt, der bis an den Boden 18 des Baukörpers 4 reicht. Die Spülöffnungen 11 sind vorzugsweise in Form von Diffusoren ausgebildet, um die Ausströmungsgeschwindigkeit des Wasser-Sand-Gemisch zu vermindern, so daß der Krater 14 möglichst klein ist. Danach wird der Raum 35 rund um den Krater 14 mit Sand aufgefüllt, indem das Wasser-Sand-Gemisch gezwungen wird, über den Wall 13 unter dem boden 18 durchzuströmen; wobei sich der Wall 13 durch den sich absetzenden Sand nach außen verbreitert. Schließlich strömt das Wasser-Sand-Gemisch aus dem Krater 14 durch den Kanal 15, der durch Wegschwemmen von schon abgesetztem Sand durch einen Druckunterschied zwischen dem Druck im Krater und dem Druck außerhalb desselben gebildet wird. Der Kanal 15 entsteht in der Richtung des Kraters 14, in der der Widerstand des schon abgesetzten Sandes am geringsten ist, d. h. an der Seite, an der die Breite der am Bogen 18 anliegenden Sandschicht 17 am geringsten ist. So entstehen scheibenförmige Sandschichten um die Zufuhrstellen 37, wo jeweils eine Sanddüne 55 am Ende des Kanals 15 an die Außenseite der Sandschicht abgesetzt wird. Nachdem der Widerstand in Richtung des Kanals 15 bei Verlängerung dieses Kanals 15 zunimmt, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Kanal ab. Dadurch nimmt die Absetzung in diesem Kanal 15 und damit der Strömungswiderstand noch stärker zu, bis der erforderliche Druckunterschied für die Strömung zwischen dem Krater 14 und dem Raum 35 außerhalb der Sandschicht 117 größer ist, als der erforderliche Druckunterschied zur Bildung eines anderen Kanals 15 in einer anderen Richtung, wo der Radius der Sandschicht in diesem Zekpunkt am kleinsten ist.

Der Prozeß des gleichmäßigen Auffüllens des Raums 35 setzt sich auch fort, wenn benachbarte Sandschichten 17 einander berühren. Wie Fig. 10 zeigt, kann die Senkrinne 2 neben den Baukörpern 4 sogar durch Zufuhr des Wasser-Sand-Gemischs aus dem Krater 14 durch einen ausgespülten Kanal 15, der sich sowohl unterhalb wie seitlich des Baukörpers 4 erstreckt, mit Sand aufgefüllt werden.

Sowohl während des Bildens eines; Berges 12, des Legens eines Walls 13, des Auf füllens des Raums 35 unter dem Baukörper 4 als auch des Auffüllens des Raumes 39 der Senkrinne 2 neben dem Baukörper 4 treibt das schwere Wasser-Sand-Gemisch, das unter den vorhandenen leichteren Schlamm 40 dringt, diesen Schlamm 40 vor sich her.

Sobald genügend Sand, z. B. mit Peilstöcken 29, im Raum 39 festgestellt wird, wird das Ventil 19 der Spülöffnung 11 verschlossen. Danach werden die Spülöffnungen sowie die sich daran anschließenden Krater 14 über Einpreßrohrc 31 mit wasserdichtem, erhärtendem Mörtel gefüllt.

Nach Beendigung des Unterspülens bei allen Tunnelstücken werden die ZufUhrungsleitungcn 10 unterhalb der Ventile 19 abgeschnitten und entfernt.

Die vorläufige Abstützung 6 begeht aus je einer Fußplatte 34 und einem darauf stehenden, durch den Boden 18 hindurchgeführten Stellfuß 33, auf dem der Baukörper 4 mittels eines Kraftgcrätrc 32 lagert.

Während des Unterspülens wird dafür gesorgt, daß die Baukörper 4 ι »it genügendem Ballast auf ihren vorläufigen Abstützungen 6 gehalten werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es möglich, die Haukörper 4,

z. B. das Tunnelstück 4b in bezug auf das Tunnelstück 4b auszurichten. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Zum Beispiel dadurch, daß Ballast in der Ecke 41 des Baukörpers 4, die zu niedrig steht, vermindert wird (Fig. 11 und 12). Dann drückt das über die

ίο Sandschichten 17 strömende Wasser-Sand-Gemisch den Baukörper 4 im Bereich der Ecke 41 nach oben, so daß ergänzende Sandschichten 25 entstehen. Auch dabei wird das Wasser-Sand-Gemisch in die Richtung getrieben, die am meisten Anfüllung von Sand erfordert Der schräge Raum 30 wird so trotz seiner symmetrischen Form in bezug auf die Zufuhrstellen 37 doch gleichmäßig mit Sand aufgefüllt.

Das Ausrichten des Baukörpers kann ohne Änderung der Ballastverteilung einfacher dadurch erfolgen, daß der Druck und/oder die Konzentration des den Zufuhrstellen 37 zugeführten Wasser-Sand-Gemischs selektiv geregelt wird. An der Zufuhrstelle 37 des Baukörpers 4, an der der Baukörper angehoben werden soll, wird dann das Wasser-Sand-Gemisch mit einem höheren Druck und/oder einem größeren Anteil an Sand zugeführt als an den anderen Zufuhrstellen 37.

F i g. 13 bis 15 zeigen die Anwendung dies Verfahrens gemäß der Erfindung zum Anlegen eines Sanddeiches unter Wasser. Zu diesem Zweck wird ein Baukörper 43 in Form einer Betonplatte auf den Boden des Gewässers 45 hinabgelassen. In regelmäßigen Abständen voneinander wechselweise außerhalb der Längsmittelebene 46 sind Spülöffnungen U zum Zuführen des Wasser-Sand-Gemischs zu jeder Zuliuhrstelle 37 vorgesehen. Jede Spülöffnung 11 ist mittels einer flexiblen Zuführungsleitung 47 über ein Ventil 48 an eine Druckleitung 49 eines Saugbaggers 50 angeschlossen, der Sand aus einem Prahm 51 aufsaugt.
Durch selektives Regeln des Druckes des den Zufuhrstellen 37 zugeführten Wasser-Sand-Gemischs ist die Betonplatte horizontal zu halten. Die Betonplatte wird fortwährend und gleichmäßig durch den Druck des zugeführten Wasser-Sand-Gemischs angehoben. Auf diese Weise wächst die Sandschicht 44 zu einem Sanddeich.

Bei dem weiterentwickelten Verfahren gemäß der Erfindung (F ig. 16) wird, insbesondere für das Ausrichten des Bodens 18 des Elaukörpers 4, bei der Zufuhrstelle 37 ein Druckaufnehmer 55, der den Druck im Krater 14

so aufnimmt, und außerhalb des Kraters 14 ein Druckaufnehmer 52 angeordnet. Der Druckaufncihmer 55 an der Zufuhrstelle 37 und eventuell eine größere Anzahl von Druckaufnehmern 52 im äußeren Eiereich können nützliche Auskunft über die Auffüllung von Sand im Raum 35 unter dem Baukörper 4 geben.

Der Boden des Baukörpers braucht nicht eben zu sein. Es ist sogar möglich, jedes Tunneleloment als einen rohrförmigen Baukörper 54 auszubilden (Fig. 17), der unter Anwendung des Verfahrens gemikß der Erfindung mittels an einer Zufuhrstelle 57 durch eine Spülöffnung 58 zugeführtem Wasser-Sand-Gemisch in einer Senkrinne 56 gegründet wild, indem der unter und der neben dem Baukörper 54 befindliche Raum 50 mit Sand gefüllt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gründen eines Baukörpers unter Wasser, beispielsweise eines Tunnelstücks, Schwimmkastens od. dgl., durch Auffüllen des Raums unter dem Baukörper mit Sand, indem ein Wasser-Sand-Gemisch an mindestens einer Zufuhrstelle unter dem Baukörper eingespielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zufuhrstelle (37; 57) in bezug auf den Grundriß des Baukörpers (4; 43; 54) stationär ist und das Wasser-Sand-Gemisch mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in der Weise zuge^rührt wird, daß an der Zufuhrsteiie (37; 57) zunächst ein Kratei (14) gebildet wird, von dem aus sich der Sand in Form eines durch Überströmen des Wasser-Sand-Gemischs nach außen sich verbreiternden ringförmigen Walls (13) absetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Verfahrens der Druck des zugeführten Wasser-Sand-Gernischs und/oder der Druck an mindestens einer Meßstelle außerhalb des Kraters (14) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der neben dem Baukörper (4; 43; 54) befindliche Raum (39; 59) mit Sand aufgefüllt wird, indem die Zufuhr des Wasser-Sand-Gemischs aus dem Krater (14) über den Kraterrand entsprechend fortgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrichtung des Baukörpers bezüglich einer Referenzlage mehrere Zufuhrstellen (37) vorgesehen sind und die Zufuhr des Wasser-Sand-Gemischs zu den Zufuhrstellen (37) selektiv gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Anwendung zum Gründen eines Tunnelstücks oder eines mit einer Decke geschlossenen Schwimmkastens, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser-Sand-Gemisch nur durch den Boden (18) des Baukörpers (4; 54) hindurchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausfüllen des ursprünglichen Raumes (35) unter dem Baukörper (4; 43; 54) dieser wenigstens an einer seiner Seiten angehoben und eine zweite ergänzende Sandschicht (25) über der ersten eingespült wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (43) während des Einspülens des Sandes allmählich angehoben wird, so daß die Sandschicht (44) zunehmend aufgehöht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (43) durch den Druck des zugeführten Wasser-Sand-Gemischs angehoben wird.