DE3034746C2

DE3034746C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Grundwasserdurchlässen in Dichtungswänden

Info

Publication number: DE3034746C2
Application number: DE3034746A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 4300 Essen Ester
Original assignee: GKN Keller GmbH
Current assignee: Keller Grundbau GmbH
Priority date: 1980-09-15
Filing date: 1980-09-15
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE3034746A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Grundwasserdurchlässen in Dichtungswänden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung.

Tiefbauwerke, die unterhalb des Grundwasserspie gels hergestellt werden, können zur Vermeidung einer vorübergehenden Grundwasserabsenkung zwischen wasserdichten Dichtungswänden errichtet werden, die in tiefe, wasserundurchlässige Schichten eingebunden werden und evtL zusätzlich mit einer dichten Unterwassersohle versehen werden. Dadurch entsteht für das eigentliche Bauwerk eine Art Trog, der zur Durchführung der Baumaßnahme im Trockenen leergepumpt wird. Die Dichtungswände eines solchen Dichtungsbauwerks bilden, insbesondere bei langgestreckten Baugruben, wie sie bei unterirdischen Verkehrswegen zur Ausführung kommen, ein erhebliches Hindernis für die Grundwasserfließbewegungen. Damit ergibt sich nach Fertigstellung des eigentlichen Bauwerkes die Notwendigkeit, die Dichtungsfunktion des Dichtungsbauwerks wieder soweit aufzuheben, daß für den Grundwasserhaushalt keine Nachteile zurückbleiben.

Zu diesem Zweck sind verschiedene Maßnahmen bekannt. So wird beispielsweise bei dichten Spundwänden ein Teil der Dichtungswand wieder gezogen oder man setzt wiederzuziehende Spundwandteile in Dichtungswände ein, die als Schlitzwände in Stahlbetonkonstruktion hergestellt werden. Auch ist es gebräuchlich, für die Dauer der Bauzeit in den Dichtungswänden durch Vereisung Frostfenster zu schaffen, die nach Beendigung des eigentlichen Bauwerkes abtauen und damit dem Grundwasser den Durchtritt durch das Dichtungsbauwerk ermöglichen.

Schließlich erfolgt bei einem bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art (DE-OS 27 37 646) die zum Zweck der Ausbildung gezielter Grundwasserdurchlässe vorgesehene Zerstörung eines Teils der als Dichtungswände vorgesehenen Bohrpfahlwände dadurch, daß jeweils in vorbestimmten Abständen ein Bohrpfahl aus Beton minderer Betongüte vorgesehen ist, der nach Errichtung des eigentlichen Tiefbauwerkes durch Ausbohren zerstört wird, so daß dadurch dann der Baugrubenabschluß durch Entfernen dieser speziellen Bohrpfähle für die Grundwasserbewegung wieder geöffnet wird. Ein derartiges Aufbrechen der Dichtungswände mit Bohrwerkzeugen ist jedoch deswegen sehr aufwendig, selbst wenn die Dichtungswände aus minderwertigem Beton bestehen, weil dazu kostspielige Gerüste erstellt werden müssen, um den Grundwasserdurchlaß an einer gezielten Stelle durch Aufbohren von zwei sich gegenüberliegenden Wänden herzustellen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mittels denen die gewünschten Grundwasserdurchlässe mit geringem technischem und wirtschaftlichem Aufwand von der sicheren Oberfläche aus ohne Gefahren für das Bedienungspersonal auch an exakt vorgegebenen, örtlich begrenzten Stellen ausgebildet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Anwendung hochgespannter Wasserstrahlen zum Schneiden von Wänden, Fundamenten oder dgl. ist zwar schon grundsätzlich bekannt, wobei beispielsweise ein bekanntes Hochdruck-Wasserstrahlverfahren (Zeitschrift »Tiefbau« 1975, Heft 7, Seite 455) nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe arbeitet und als Schneidmittel, beispielsweise zum Zerschneiden einer

Stahlbetonkellerwand zu Abbruchzwecken, einen Quarzsand der Körnung 0,5 bis 1,5 mm verwendet Ein derartiges Verfahren eignet sich jedoch deswegen nicht im Sinn der Erfindung, weil die Anwendung von Quarzsand als Schneidmittel bei der Erfindung die Durchlässe zustopfen würde, so daß die Erzielung einer Drainagewirkung für das Grundwasser praktisch unmöglich wäre.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren richtet srch die erforderliche Intensität des Flüssigkeitsstrahles, d. h. der Druck des Mediums vor der Strahldüse und dessen Austrittsgeschwindigkeit beim Verlassen der Düse, nach der Härte und der Konsistenz des Materials der Dichtungswände. Die genannten Kenngrößen des Strahles werden hierbei dem jeweiligen Härtegrad und der Konsistenz des Dichtungsmaterials mittels Regelung des Erzeugers der hochgespannten Flüssigkeit angepaßt. Dadurch ist es möglich, einerseits den Gruridwasserdurchlaß auch in sehr hartem und zähem Dichtungsmaterial zu schaffen und andere, seits den Grundwasserdurchlaß in weniger hartem Material mit geringerem Energieaufwand herzustellen.

Der hochgespannte Flüssigkeitsstrahl kann auch dazu genutzt werden, einen Kornaustrag in dem an die Dichtungswand angrenzenden Bodenbereich zu bewirken, wobei die Grobkörner in der unmittelbaren Druckzone des Strahles verbleiben, während die Feinkornanteile infolge des Spülvorganges ausgetragen werden. Dadurch wird eine Filter- bzw. Drainagezone in diesem Bodenbereich hergestellt, die den angestrebten Grundwasserdurchfluß begünstigt.

Die Grundwasserdurchlässe in den Dichtungswänden können durch einen in der Höhe exakt einstellbaren, frei verfahrbaren Düsenstrahl an der gezielt gewählten Stelle der Dichtungswand ausgebildet werden, lassen sich jedoch auch mit Hilfe eines rotierenden Düsenstrahles herstellen. Dadurch kann die Wirkung des Düsenstrahls als Schneid- und Spülorgan verstärkt werden.

Eine besonders wirkungsvolle Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch erzielt, daß die Grundwasserdurchlässe mit Hilfe eines in einem einstellbaren Winkelbereich radial schwenkenden Düsenstrahles hergestellt werden. Dies hat den besonderen Vorteil, daß der Anstieg des Grundwassers im vorher abgedichteten Bereich nicht dem Zufall überlassen bleibt. Die Herstellung der erforderlichen Grundwasserdurchlässe erfolgt hierbei in Abhängigkeit von dem durch Anzeigeelemente kontrollierbaren Anstieg des Grundwassers im vorher abgedichteten Bereich des Dichtungsbauwerkes.

Die Merkmale der zur Durchführung des Verfahrens bestimmten Vorrichtung sind im Anspruch 4 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen 5 bis 11 angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung haben den weiteren Vorteil, daß die Arbeitsvorbereitungen und -ablaufe zur Herstellung der Grundwasserdurchlässe unabhängig von den sonstigen Arbeiten am eigentlichen Bauwerk und ohne zusätzlich benötigte Baustellenflächen durchgeführt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden in Form zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Dichtungsbauwerk und

Fig.2 einen Längsschnitt durch eine Schlitzwand in perspektivischer Darstellung.

Das Dichtungsbauwerk B nach F i g. 1 wird von Dichtungswänden 1 umschlossen, die aus wasserdichtem Material bestehen. Innerhalb des Dichtungsbauwerkes B wird das Grundwasser vom ungestörten Grundwasserspiegel 2 auf das Niveau 3 abgepumpt, um das eigentliche Bauwerk im Trockenen errichten zu können. Im unbebauten Bereich U bleibt das Grundwasser auf dem ungestörten Grundwasserspiegel 2 stehen. Der grundwasserführende Boden 4 besteht aus Lockergestein, z. B. Kiesen und Sanden. Die Dichtungswand 1 bindet in die tiefliegende geringdurchlässige Bodenschicht 5 ein.

Nach Errichtung des nicht dargestellten eigentlichen Bauwerkes soll der abgesenkte Grundwasserspiegel 3 wieder auf das Niveau des ungestörten Grundwasserspiegels 2 ansteigen. Hierzu muß die Dichtungsfunktion der Dichtungswand 1 soweit aufgehoben werden, daß ein dem natürlich gewachsenen Boden entsprechender Grundwasserdurchtritt möglich ist.

Dies wird dadurch erreicht, daß ein als Bohrgestänge ausgebildetes Düsenrohr 6 in den Boden eingebohrt oder eingespült wird. Das Düsenrohr 6 besitzt am unteren Ende mehrere Strahldüsen 7, die rechtwinklig zur Achse des Düsenrohres 6 oder nach oben bzw. unten geneigt angeordnet sind. In das Düsenrohr 6 wird das auf den Druck von 250 bis 2500 bar hochgespannte Spülmedium 8 gepumpt, das aus den Strahldüsen 7 als

so Düsenstrahl 9 hoher Austrittsgeschwindigkeit austritt und auf die Dichtungswand 1 auftrifft. Dadurch wird die Dichtungswand 1 am Auftreffpunkt des Düsenstrahles 9 zerschnitten und aufgelöst. Das aus der Dichtungswand 1 herausgelöste Material wird zusammen mit dem entspannten Spülmedium 8 über den Ringraum zwischen dem Düsenrohr 6 und dem Bohrloch 10 zutage gefördert.

Um einen möglichst großen Wirkbereich für den Düsenstrahl 9 zu schaffen und dadurch einen entsprechend großen Grundwasserdurchlaß durch die Dichtungswand 1 herzustellen, kann das Düsenrohr 6 durch ein nicht näher dargestelltes, über dem Bohrloch 10 angeordnetes Antriebselement sowohl in einer Drehbzw. Schwenkbewegung 11 als auch in vertikaler

■»5 Richtung 12 und zusätzlich in einer Schraubbewegung 13 bewegt werden.

Um gleichzeitig mehrere Grundwasserdurchlässe in einer langgestreckten Dichtungswand 1 zu schaffen, können beliebig viele Düsenrohre 6 im Abstand

"'" zueinander angeordnet sein.

Fig.2 zeigt die Anwendung des beschriebenen Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung, um Grundwasserdurchlässe in Schlitzwänden 11 herzustellen, die in eine tiefliegende wasserdichte bzw. geringdurchlässige Bodenschicht 5 eingebunden sind.

Der ungestörte Grundwasserspiegel 2 ist durch Abpumpen innerhalb des von Schlitzwänden 14 umschlossenen Dichtungsbauwerks B bis auf des tiefere Niveau 3 abgesenkt. Das von der Schlitzwand 14

^b0 abgeschirmte Erdreich ist nur im Bereich zwischen der Dichtungssohle 15 und der Bodenschicht 5 grundwasserführend. Dieser Bereich der Schlitzwand 14 ist mit Durchtrittsfenstern 16 versehen, die jeweils mit einem Abdiciitungskörper 17, z. B. aus Kunststoffen, ausgefüllt

^b5 sind.

Nach Fertigstellung des nicht dargestellten eigentlichen Bauwerks sollen die Abdichtungskörper 17 wieder aus der Schlitzwand 14 herausgelöst werden, um für das

Grundwasser einen Durchlaß zu schaffen. Zu diesem Zweck sind in der Schlitzwand 14 zwei Reihen von im Abstand zueinander vorgesehenen Führungsrohren 18 angeordnet, in welche die am unteren Ende mit einer oder mehreren Strahldüsen 7 versehenen Düsenrohre 6 eingesteckt sind. Das mit hohem Druck in die Düsenrohre 6 eingepumpte Spülmedium 8 tritt durch die Strahldüsen 7 als Düsenstrahl 9 hoher Austrittsgeschwindigkeit aus, trifft auf die Abdichtungskörper 17 auf und löst sie aus dem jeweiligen Durchtrittsfenster 16 heraus. Dadurch wird der angestrebte Durchlaß für das Grundwasser geschaffen. Das ausgelöste Material der Abdichtungskörper 17 wird mit dem entspannten Spülmedium 8 über die Führungsrohre 18 zutage gefördert.

Die Düsenrohre 6 können auch bei diesem Ausführungsbeispiel in einer rotierenden Bewegung 11, einer vertikalen Bewegung 12 oder einer Schraubbewegung 13 geführt werden.

Der Düsenstrahl 9 wirkt sich außerdem in dem Bodenbereich zwischen der Dichtungssohle 15 und der Bodenschicht 5 insofern günstig aus, als er durch Feinkornaustrag eine Filterschicht auf beiden Seiten der Schlitzwand 14 ausbildet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Gnindwasserdurchlässen in Dichtungswänden aus Beton von wasserdichten Umschließungsbauwerken für im Trocknen zu errichtende Tiefbauwerke durch Zerstören der Dichtungswand im Bereich des geplanten Durchlasses, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstörung der Dichtungswand (1) im Bereich des geplanten Durchlasses >o durch Zerschneiden, Auflösen und Ausspulen des abdichtenden Materials mit Hilfe eines hochgespannten Flüssigkeitsstrahls (9) von 250 bis 2500 bar und Austrittsgeschwindigkeiten bis zu 600 m/s mittels wenigstens einer von der Oberfläche des Umschließungsbauwerks her höheneinstellbaren und frei verfahrbaren Strahldüse (7) erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwasserdurchlässe mit Hilfe eines rotierenden Flüssigkeitsstrahles (9) hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwasserdurchlässe mit Hilfe eines in einem einstellbaren Winkelbereich radial schwenkenden Flüssigkeitsstrahles hergestellt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Düsenrohr (6), an dessen unterem Ende mindestens eine für hohe Drücke von 250 bis » 2500 bar und für Austrittsgeschwindigkeiten bis zu 600 m/s geeignete Strahldüse (7) auswechselbar befestigt ist und das mittels einer über der Dichtungswand (1) angeordneten Antriebsvorrichtung in radialer Richtung (11) sowie in vertikaler Richtung (12) heb- und senkbar geführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (6) in einer Schraubbewegung (13) geführt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Düsenrohres (6) mehrere Strahldüsen (7) im Abstand voneinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (7) rechtwinklig zur Achse des Düsenrohres (6) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen nach oben oder nach unten geneigt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (6) von einem Schwenkantrieb angetrieben und in einem einstellbaren Bereich schwenkbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Dichtungswänden, vorzugsweise Schlitzwänden (14), eine oder mehrere Reihen von im Abstand zueinander vorgesehenen Führungsrohren (18) angeordnet sind, worin die Düsenrohre (6) einsteckbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (6) als Bohrgestänge ausgebildet ist.