DE3035060C2 - Verfahren zur Herstellung einer temporär wasserdichten Baugrubenumschließung sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer temporär wasserdichten Baugrubenumschließung, die von grundwasserführenden Bodenschichten umgeben ist, mittels einer Schlitz- oder Bohrpfahlwand, in der mindestens eine den Grundwasserstrom sperrende Ausnehmung angeordnet wird, welche während der Bauarbeiten durch ein wasserundurchlässiges Material und zur Freigabe des Grundwasserstromes durch ein wasserdurchlässiges Material ausgefüllt wird.

Dieses Verfahren wird überall dort angewendet, wo durch eine weiträumige Grundwasserabsenkung während der Bauausführung eine nachteilige Veränderung

des Grundwassers auftritt. Daher ist bei der Anwendung der offenen oder der Deckelbauweise einem Bauvorhaben der Vorzug zu geben, welches durch eine wasserdichte Baugrubenumschließung mit Bohrpfahloder Schlitzwänden — als sogenannten Trog — ohne Grundwasserabsenkung auskommt. Nach Beendigung des Bauvorhabens muß jedoch die Baugrube für die Grundwasserströmung freigegeben werden. Zu diesem Zweck werden in der Baugrubenwand Ausnehmungen angeordnet Die ie Ausnehmungen müssen wählend der Durchführung der Bauarbeiten wasserdicht und nach Beendigung der Bauarbeiten wasserdurchlässig ausgebildet sein, wobei jedwede Hohlräume nach Beendigung der Bauausführung zur Vermeidung von Bodensenkungen mit belastungsfähigen, jedoch wasserdurchlässigen Schichten auszufüllen sind.

Nach einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (Heft 23, Mai 1980, Seite 112-120 aus der Zeitschrift »Forschung + Praxis — U-Verkehr und unterirdisches Bauen«) werden die Bodenschichten in Höhe der Ausnehmungen durch Vereisungskörper zum Trog geschlossen. Diese Ausnehmungen werden in der vorgenannten Druckschrift zwar Fenster genannt, jedoch sind damit nicht solche mit Umfassungsflächen im herkömmlichen Begriffsinhalt, sondern durchgehende Schlitze gemeint und auch als solche offenbart. In Höhe dieser Schlitze müssen diese Vereisungskörper, z. B. in bestimmter Anordnung und Ausbildung im Boden angeordnete Gefrierrohre, die von einem Kältemittel durchströmt werden (s. beispielsweise die DE-AS 14 84 426 und die DE-OS 20 52 184), während der gesamten Bauzeit aufrechterhalten werden. Eine derartige Verfahrensweise ist sowohl hinsichtlich der Vorarbeiten, der Investitionen, der Betriebsmittel und der Wartung äußerst kostenintensiv. Die gewünschte Umläufigkeit für das Grundwasser wird nach Abschluß der Bauarbeiten durch Fortfall der Vereisungskörper durch die dann wieder wasserdurchlässigen Schlitze. Ausnehmungen oder dgl. erreicht.

Bei einem anderen Verfahren (Heft 21, 1978, Seite 110—112 au., der Zeitschrift »Forschung + Praxis — U-Verkehr und unterirdisches Bauen«) ist es bekannt, die Grundwasserabsperrung und -durchströrrung durch Düker herzustellen.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches in wassergesättigten Böden in einfacher und betriebskostensparender Weise ohne Kältemittelanlagen oder Düker auskommt und trotzdem eine wasserdichte Baugrubenumschließung gewährleistet, die mindestens eine von der Erdoberfläche rasch zu öffnende und zu verfüllende Ausnehmung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die als Fenster ausgebildete Ausnehmung als wasserundurchlässiges Material ein entropieelastischer Körper eingesetzt wird, der von einem Druckmittel über eine zur Oberfläche geführte Druckmiuelleitung aufgebläht und dichtend gegen die Umfassungsflächen des Fensters gepreßt wird, und daß der von dem Körper ausgefüllte Hohlraum im Fenster mit der Erdoberfläche über eine verschließbare Transportleitung verbunden wird, über welche zur Freigabe des Grundwasserstromes während bzw. nach dem Ablassen des Druckmittels der im Fenster verbleibende Hohlraum mit einem wasserdurchlässige.) Material vcrfüllt wird. Auf diese Weise ist es mittels eines von der Erdoberfläche über eine Druckmittelleitunj. steuerbaren cniropieelasiischen Körpers möglich, das betreffende Fenster in der Schlitz- oder Bohrpfahlwand während der Durchführung der Bauarbeiten druckwasserdicht zu !'.alten und nach Beendigung der Bauarbeiten ebenso rasch und problemlos durch Ablassen des Druckmittels unter vorteilhaft gleichzeitigem Verfüllen des dadurch entstehenden Hohlraumes mit wasserdurchlässigem Material für die Grundwasserumströmung freizugeben. Dabei ist unter einem entropieelastischen Körper als Oberbegriff ein gummielastischer Körper aus Kautschuk, Kunststoff oder einem anderen Stoff mit ähnlichen Eigenschaften zu verstehen. Dieses Verfahren ist trotz der verlorenen Druckmittel- und Transportleitung sowie des verlorenen Körpers äußerst kostensparend und rasch steuerbar. Das gilt insbesondere auch dann, wenn nach Freigabe des Fensters das durch letzteres hindurchströmende Grundwasser infolge von Schlammführung beeinträchtigt werden sollte. In diesem Fall kann das in den Hohlraum des Fensters verfüllte, wasserdurchlässige Material z. B. Kies, über die Transportleitung mittels Wasser unter erhöhtem Druck vor .Jen hemmenden Partikeln gereinigt werden. Selbst bei einer Undichtigkeit des Körpers sind baugefährdende Folgen infolge von Senkungen nicht zu befürchten. In diesem Fall wird das zur Grundwasserdurchströmung beabsichtigte Fenster aufgegeben und der Körper über die Druckmittel-Jeitung oder der verbleibende Hohlraum des Fensters über die Transportleitung mit einer Wasser-Zementinjektion vollgepumpt, wobei wegen der Porosität des Baugrundes ein Dichtungsschleier von erheblichem Umfang eingebaut werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind aus den Ansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.

Nach der DE-PS 5 16 968 ist eine Vorrichtung mit einem entropieelastischen, über eine Druckmittelleitung durch ein Druckmittel aufblähbaren Körper zum Ausfüllen eines Hohlraumes in einer Bodenschicht bekannt. Bei dieser Vorrichtung hat der Körper die Aufgabe, am unteren Ende einer Bohrung zur Herstellung eines Betonpfahles einen über den Durchmesser der Bohrung hinausgehenden Hohlraum in den umgebenden Boden zu drücken, der nach seiner Füllung den Klumpfuß eines Betonpfahles bildet.

Von einer Vorrichtung dieser Art ausgehend ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung eint Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschrieocnen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem Ballon besteht, der von einem Rohrabschnitt umgeben ist, in dessen der Erdoberfläche zugewandten Bereich die Transportleitung einmündet, wohingegen in den etwa diametral gegenüberliegenden Bereich die Druckmittelleitung für den Ballon hindurchgeführt ist. Der Rohrabschnitt besteht aus einem relativ starren Material z. B. aus einem zylindrischen Stahlrohr.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind aus den Ansprüchen 8 bis 16 ersich'üch.

Ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen ScI ,litt durch eine von Schlitzwänden gebildete, iti't Fenstern versehene Baugrubenumschließung,

Fig.2 einen Diametralschnitt durch ein Fenster mit darin angeordnetem Ballon und darin einmündender Druckmittelleitung und Transportleitung.

Fig. 3 eine Schninr.nsich: gemäß der Linie III 4- III von F i g. 2.

In Fig. I ist eine Baugrube 1 von Schlitz- oder

Bohrpfahlwänden 2, 3 vollkommen umschlossen. Die Schlitz- oder Bohrpfahlwände 2, J sind bis in wasserundurchlässige Bodenschichten 4 geführt. In jeder Schlitz- oder Bohrpfahlwand 2, 3 ist die erforderliche Anzahl von Fenstern 5, 6 angeordnet, die '■> zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich sind. Von jedem Fenster 5, 6 ist eine Druckmittelleitung 7 und eine Transportleitung 8 unmittelbar nebeneinander zur Erdoberfläche 9 geführt. Bei dem von den Schlitz- oder Bohrpfahlwänden 2, 3 umgebenen Bauwerk 10 soll es sich im vorliegenden Fall beispielsweise um einen Ü-Bahn-Tunnel handeln. Dieser U-Bahn-Tunnel !0 ist an seiner Unterseite 11 ebenso wie die Schlitz- oder Bohrpfahlwände 2, 3 von angrenzenden, wasserführenden Bodenschichten 12 is umgeben. Der Grundwasserspiegel ist mit 13 bezeichnet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die Baugrube 1 während der Fertigstellung des U Bahn-Tunnels 10 in ihrem gesamten Bereich von der 2" Oberfläche 9 bis zu den wasserundurchlässigen Bodenschichten 4 von Grundwasser frei gehalten werden, hingegen nach Beendigung der Bauarbeiten zur Grundwasserdurchströmung wieder freigegeben werden. Zu diesem Zweck werden die Fenster 5, 6 in die >■> Schlitz- oder Bohrpfahlwändc 2,3 eingebaut, von denen eines, z. B. das Fenster 5, in einer gegenüber der F i g. 1 vergrößerten Darstellung in den F i g. 2 und 3 offenbart ist.

Dieses Fenster 5 besteht im wesentlichen aus einem jo von Luft oder Wasser aufblähbaren Ballon 14 und einem diesen korse'tartig umgebenden Rohrabschnitt 15, vorteilhaft aus einem zylindrischen Stahlrohr. Über den Rohrabschnitt 15 ist ein formgebendes Gewebe 16 aus Stahldraht oder Kunststoff gespannt, welches die Ji Flachen an beiden Enden 17, 18 des Rohrabschnittes 15 abdeckt. Außerdem ist über den Rohrabschnitt 15 und das Gewebe 16 ein wasserdichter Ring 19, z. B. ein Gummiring, gezogen, dessen überlappende Enden 20, ₍ 21 unter Eigenspannung zur Zylindermit'e hin abknikken. Das Gewebe 16 ist über die Flächen an beiden Enden 17, 18 gespannt und zum Zylindermiuelpunki zusammengezogen und verknotet, wie dies beispielsweise bei Ballnetzen üblich ist. Das Gewebe 16 ist ebenso wie der Ring 19 mittels zweier Spannbänder 22, 23, z. B. aus Bandeisen, und entsprechender Schraubenverspannung kraft- und/oder formschlüssig mit der äußeren Mantelfläche des Rohrabschnittes 15 verbunden. In den Innenraum 24 des Rohrabschnittes 15 mündet die Transportleitung 8. Die Mündungsoffnung 25 der Transportleitung 8 ist durch ein Ventil 26 verschlossen. Dieses Ventil 26 besteht aus zwei sich gegenseitig überlappenden, einseitig eingespannten Gummiplatten 27, 28, deren eingespanntes Ende, z. B. mittels einer Schraub- oder Nietverbindung, an dem Mantel des Rohrabschnittes 15 befestigt ist, wohingegen die frei federnden Enden die Mündungsoffnung 25 der Transportleitung 8 abdecken und unter der Wirkung des Innendruckes des Ballons 14 verschließen.

Die Transportleitung 8 ist im vorliegenden Fall in dem der Erdoberfläche 9 zugewandten Bereich des Rohrabschnittes 15 angeordnet, wohingegen in den etwa diametral gegenüberliegenden Bereich die Druckmittelleitung 7 für den Ballon !4 hindurchgeführt ist.
Wie insbesondere aus F i g. 3 ersichtlich ist, in welcher gleiche Teile der F i g. 2 mit gleichen Bezugs/iffern versehen sind, führt die Druckmittcllcilung 7 am Außenumfangdes Ringes 19 vorbei bis zur Transportleitung 8, mit der sie gemeinsam durch die Schlitz- oder Bohrpfahlwand 2, 3 zur Erdoberfläche 9 geführt ist.

Das erfinduniL'sgcmäiSe Verfahren arbeitet folgendermaßen:

In die Schlitz- oder Bohrpfahlwände 2, 3 wird die erforderliche Anzahl der vorbeschriebenen Fenster 5, 6 eingebaut. Sodann werden die Fenster 5, 6 geschlossen. Zu diesem Zweck wird über die Druckmittclleitung 7 in den Ballon 14 der I" i f.. 2 und 3 ein Druckmittel. /.. B. I.uft oder Wasser, geprellt. Der Ballon 14 bläht sich auf und legt sich dichtend an die Innenwand 29 des Kohrabschnittes 15 an. An den beiden Enden 17, 18 des Rohrabschnittes 15 wird der Ballon 14 durch das formgebende Gewebe 16 gehalten. Unter entsprechendem Innendruck wölbt der Ballon 14 das Gewebe 16 nach außen in die gestrichelte Lage 30 aus. bis letzteres mit den angrenzenden, wasserführenden Bodenschichten 12 in Kontakt gelangt. Ganz entsprechend wölbt sich auch der Ring 19 mit seinen überlappenden F.ndcn 20, 21 in die gestrichelte Lage 31 nach außen und legt sich schützend und dichtend über das ausgewölbte Teil des Gewebes 16 und des Ballons 14. Auf diese Weise wird der gesamte Hohlraum 32,33 und 34 der Fenster 5, 6 von dem Ballon 14 ausgefüllt. Zugleich verschließt der Ballon 14 durch Anpressen der Gummiplatten 27, 28 die Mündungsöffnung 25 der Transportleitung 8.

Hiernach wird der Bodenschlitz der Schiitwand bzw. die Bohrung der Bohrpfahiwand mit Beton ausgefüllt. Dabei bleibt der vom Ballon ausgefüllte Hohlraum 32, 33, 34 frei von Füllungsmaterial. Durch den strammen Andruck des Ballons 14 an die Innenwand 29 des Rohrabschnittes 15 wird auch der Zulau' von geringster Zementschlämme verhindert. Zugleich wird über das an der Erdoberfläche 9 befindliche Manometer 35 der Druck innerhalb der Druckmittelleitung 7 und damit innerhalb des Ballons 14 angezeigt.

Sobald das Fenster 5, 6 nach Beendigung des Bauvorhabens seine Funktion als Wasserdurchlauf

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14 abgelassen und über die Transportleitung 8 Filterkies unter Wasserdruck in den durch Zusammendrucken des Ballons 14 frei werdenden Hohlraum 32,33,34 gedruckt, wobei die Gummiplaf.en 27, 28 unter dem Druck schon der Materiallast zurückfedern und die Mündungsoffnung 25 freigeben. Infolge von Schlammführung der Grundwasserströmung kann eine Durchflußreduzierung durch den eingefüllten Kies auftreten. Mit Hilfe der Transportleitung 8 kann sodann mit einem starken Wasserstrahl die Schlammablagerung wieder in Bewegung gesetzt und der Grundwasserumlauf wieder hergestellt werden.

Im Falle einer Undichtigkeit des Ballons 14 und/oder der Druckmittelleitung 7 ist diese am Manometer 35 durch einen Druckabfall ablesbar. Dann wird das Fenster 5, 6 aufgegeben. Zu diesem Zweck werden der Ballon 14 über die Druckmittelleitung 7 oder der Hohlraum 32, 33, 34 über die Transportleitung 8 unter Druck mit einer Wasser-Zementinjektion vollgepumpt, wobei wegen der Porosität des Baugrundes ein Dichtungsschleier von erheblichem Umfang eingebaut werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung einer temporär wasserdichten Baugrubenumschlisßung, die von grundwasserführenden Bodenschichten umgeben ist, s mittels einer Schlitz- oder Bohrpfahlwand, in der mindestens eine den Grundwasserstrom sperrende Ausnehmung angeordnet wird, welche während der Bauarbeiten durch ein wasserundurchlässiges Material und zur Freigabe des Grundwasserstromes durch ein wasserdurchlässiges Material ausgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die als Fenster ausgebildete Ausnehmung als wasserundurchlässiges Material ein entropieelastischer Körper eingesetzt wird, der von einem Druckmittel über eine zur Oberfläche geführte Druckmittelleitung aufgebläht und dichtend gegen die Umfassungsflächen des Fensters gepreßt wird und daß der von dem Körper ausgefüllte Hohlraum im Fenster mit der Erdoberfläche über eine verschließbare Transportleitung verbunden wird, über welche zur Freigabe des Grundwasserstromes während bzw. nach dem Ablassen des Druckmittels der im Fenster verbleibende Hohlraum mit einem wasserdurchlässigen Material verfüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruen 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper mit der Bewehrung der Schlitz oder Bohrpfahlwand eingebaut und mit dieser in einen Bodenschlitz herabgelassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitz- oder Bohrpfahlwand bis in eine v-asseru;.durchlässige Schicht geführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprü hen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum im Fenster unter 3s gleichzeitigem Zusammendrücken des Körpers über die Transportleitung mit dem wasserdurchlässigen Material, ζ. Β. Kies, verfüllt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Hohlraum des Fensters befindliche, wasserdurchlässige Material über die Transportleitung mittels Wasser unter erhöhtem Druck von das Durchströmen des Grundwassers hemmenden Partikeln gereinigt wird.

6. Vorrichtung mit einem entropieelastischen, über eine Druckmittelleitung durch ein Druckmittel aufblähbaren Körper zum Ausfüllen eines Hohlraumes in einer Bodenschicht zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem BaIIo 1 (14) besteht, der von einem Rohrabschnitt (15) umgeben ist. in dessen der Erdoberfläche (9) zugewandten Bereich die Transportleitung (8) einmündet, wohingegen in den etwa diametral gegenüberliegenden Bereich die Druckmittelleitung (7) für den Ballon (14) hindurchgeführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (15) aus einem zylindrischen Stahlrohr besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (25) der Transportleitung (8) in den Rohrabschnitt (15) durch ein an dessen Innenseite (29) angeordnetes Ventil (26) unter Wirkung des Druckes des Ballons (14) verschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (26) aus zwei sich gegenseitig überlappenden, einseitig eingespannten Gummiplatten (27,28) besteht, deren eingespanntes Ende, z. B. durch eine Schraub- oder Nietverbindung, am Mantel des Rohrabschnittes (15) befestigt ist, wohingegen die frei federnden Enden die Mündungsöffnung (25) der Transportleitung (8) abdekken.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabsci nitt (15) an beiden Enden (17,18) von einem wasserdurchlässigen, formgebenden Gewebe (16) abgedeckt ist, dessen Elastizität geringer als die Entropieelastizität des Ballons (14) ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (16) aus einem etwa zylindrischen Drahtnetz besteht, welches an seinen beiden Enden ballnetzartig zusammengezogen ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (16) aus einem schlag- und reißfesten Kunststoffnetz, z. B. aus einem Polyacrylnitril, besteht

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (17, 18) des Rohrabschnittes (15) von einem wasserdichten Ring (19) aus einem entropieelastischen Werkstoff ζ. B. aus Gummi oder Kunststoff, umgeben und überlappt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (16) und der letzteres überlappende Ring (19) mittels einer Spannvorrichtung, ζ. Β. eines Spannbandes (22, 23), kraft- und/oder formschlüssig mit dem den Ballon (14) umgebenden Rohrabschnitt (15) verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballon (14) in nichtaufgeblähtem Zustand ebenso wie das formgebende Gewebe (16). der Ring (19) und der Rohrabschnitt (15) eine Länge aufweisen, die kleiner als die Dicke der Schlitz- oder Bohrpfahlwand (2, 3) ist, hingegen in aufgeblähtem Zustand des Ballons (14) dieser mitsamt dem Gewebe (16) und dem Ring (19) eine Breite einnehmen, die mindestens so dick wie die Schlitz- oder Bohrpfahlwand (2,3) ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelleitung (7) und die Transportleitung (8) unmittelbar nebeneinanderliegend von dem Rohrabschnitt (15) zur Erdoberfläche (9) geführt sind, wo die Druckmittelleitung (7) mit einem Manometer (35) verbunden ist.