DE3106662C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Grundwasserdurchlässen in Dichtungswänden gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 sowie ein zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehenes Dichtungselement.

Durch das gattungsgemäße Verfahren gemäß dem Hauptpatent 30 54 746 ist die vorteilhafte Möglichkeit gegeben, auch sehr hartes Material zu bearbeiten, d. h. also Grundwasserdurchlässe in aus Normalbeton bestehenden Dichtungswänden von Dichtungs­ bauwerken herzustellen. Allerdings erfordert dies den Ein­ satz eines leistungsstarken Pumpenaggregates zur Erzeugung des hochgespannten Flüssigkeitsstrahls von 2000 bar und mehr je nach Druckfestigkeit des Betons. Damit ist ein be­ trächtlicher Energieaufwand verbunden, der auch die Bereit­ stellung einer Antriebsleistung von mehreren 100 kW erfor­ dert. Schließlich ist es auch erforderlich, das Grundwasser nach der Herstellung des Grundwasserdurchlasses fließfertig zu erhalten, d. h. Verstopfungen des Grundwasserdurchlasses durch das Feinstkorn des anstehenden Bodens zu vermeiden.

Es ist zwar schon bekannt (DE-OS 27 37 646), zum Zweck der Ausbildung gezielter Grundwasserdurchlässe bei als Dich­ tungswänden vorgesehenen Bohrpfahlwänden die Anordnung der­ art zu treffen, daß jeweils in vorbestimmten Abständen ein Bohrpfahl aus Beton minderer Betongüte vorgesehen ist. Die­ ser wird nach Errichtung des eigentlichen Tiefbauwerkes durch Ausbohren zerstört, so daß dadurch der Baugrubenab­ schluß durch Entfernen dieser speziellen Bohrpfähle für die Grundwasserbewegung wieder geöffnet wird.

Ein derartiges bekanntes Verfahren bedingt jedoch nicht nur hohe Kosten für die erforderlichen Gerüste zum Durchführen des Ausbohrens, sondern es bringt auch große Gefahren für das Montagepersonal mit sich, da bei der Herstellung der Grundwasserdurchlässe mit unerwartetem Wasserdurchbruch ge­ rechnet werden muß. Dies ist jedoch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vermieden.

Ausgehend hiervon, liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, das gattungsgemäße Verfahren so weiterzubilden, daß die gewünschten Grundwasserdurch­ lässe mit geringem technischen und wirtschaftlichen Aufwand von der sicheren Oberfläche aus ohne Gefahren für das Bedienungspersonal auch an exakt vorgegebenen, örtlich be­ grenzten Stellen hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Dichtungs­ element aus Sonderbeton mit den Merkmalen gemäß dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 6. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 7 bis 10 beschrieben.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist von Vorteil, daß sich die Herstellung der Dichtungselemente aus Sonderbeton grundsätzlich nicht vom Betoniervorgang eines Bohrpfahles oder einer Schlitzwand aus Normalbeton unter­ scheidet, wobei jedoch in dem betreffenden Dichtungselement Führungsrohre nach exakt vorgegebener Achslage vorgesehen werden. Diese Führungsrohre können aus Kunststoff sein und werden beim Herstellen eines Grundwasserdurchlasses vom Düsenstrahl der Strahldüse zerschnitten, oder sie können auch jeweils mit Hilfe eines Stahleinstellrohres hergestellt werden, das nach Beendigung des Abbinde- und Erstarrungsvorganges des Sonderbetons gezogen und wiederverwendet wird.

Im Dichtungselement sind in der Regel zwei rohrförmige Füh­ rungsöffnungen bzw. zwei Führungsrohre angeordnet, wovon das eine nahe der Außenseite und das andere nahe der Innen­ seite des Dichtungselements vorgesehen ist.

Die gezielten Grundwasserdurchlässe im speziellen Dich­ tungselement werden üblicherweise dadurch hergestellt, daß der Düsenstrahl der Strahldüse sowohl im Führungsrohr auf der Außenseite des Dichtungselements in Richtung auf den unbebauten Bereich als auch im Führungsrohr an der Innen­ seite des Dichtungselements in Richtung auf den bebauten Bereich zur Wirkung gebracht und dadurch der Dichtungsmör­ tel des Sonderbetons im Bereich der gezielten Grundwasser­ durchlässe auf der Außen- und Innenseite des Dichtungsele­ ments herausgespült wird, so daß das Grundwasser vom unbe­ bauten Bereich durch das im gesamten Querschnitt des Dichtungselements freigespülte Stützgerüst in den bebauten Bereich übertreten kann.

Das Dichtungselement aus Sonderbeton bietet aufgrund der vorteilhaften Anordnung der beiden Führungsrohre aber auch eine zusätzliche Anwendungsmöglichkeit, nämlich die ge­ trennte Absenkung des Grundwassers nur auf der Innenseite bzw. nur auf der Außenseite des Dichtungselements. Zu die­ sem Zweck wird der Düsenstrahl der Strahldüse entweder nur im äußeren Führungsrohr oder nur im inneren Führungsrohr zur Wirkung gebracht, um dadurch eine Außenabsenkung oder Innenabsenkung des Grundwassers zu erzielen.

Es ist nicht erforderlich, daß das Dichtungselement in sei­ ner gesamten Länge aus Sonderbeton besteht, sondern es ge­ nügt, daß nur ein Teilstück daraus gefertigt ist. Somit kann bei bekannter Höhe der vorgesehenen Grundwas­ serdurchlässe und des Gesteinsfilters nur in diesem Bereich das Dichtungselement aus Sonderbeton, im übrigen Bereich jedoch aus Normalbeton hergestellt werden, wobei sich der Betoniervorgang mit Sonderbeton nicht vom Vorgang zur Her­ stellung einer Dichtungswand aus Normalbeton unterscheidet, da der Sonderbeton als Fertigbeton angeliefert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den besonderen Vorteil, daß es vielseitig anwendbar ist, da sich der Druck des in das Düsenrohr eingeleiteten Spülmediums der erforderlichen Einwirkzone des Düsenstrahls in den anstehenden Boden und der darin angestrebten Kornumlagerung anpassen läßt. Der Umfang der angestrebten Kornumlagerung hängt weitgehend von der Beschaffenheit des anstehenden Bodens ab, d. h. ob sich der Düsenstrahl in Lockerböden, in klüftigem Felsgestein, in Feinsanden und/oder in sandigen Schluffen auswirkt.

Das spezielle Dichtungselement kann in seiner ganzen Länge oder in einem gezielten Bereich aus einem Hohlzylinder aus Sonderbeton bestehen, dessen zylindrischer Hohlraum als er­ weiterte Führungsöffnung dient.

Da das erfindungsgemäße Verfahren von der Oberfläche aus durchgeführt wird, sind die vom Düsenstrahl bewirkten Vorgänge nicht sichtbar. Es besteht somit der Wunsch, die Vorgänge des Ausspülens des Dichtungsmörtels aus dem Stützkorngerüst und dessen Anschluß an den grundwasserführenden, angrenzen­ den Boden überprüfbar, steuerbar und nachweisbar ablaufen zu lassen, d. h. auch durch bestimmte Indikatoren erkennbar zu machen. Dies ist dann möglich, wenn der für die Her­ stellung des Dichtungselements aus Sonderbeton verwendete Dichtungsmörtel eingefärbt ist, beispielsweise mit Eosin oder Uranin. Dadurch ist die Menge des ausgespülten, gefärbten und durch die Führungsrohre zur Oberfläche geför­ derten Dichtungsmörtels quantitativ durch Wiegen meßbar und qualitativ, d. h. optisch an der Einfärbesubstanz, erkenn­ bar. Somit sind die Zeitpunkte für den Beginn des Anschlus­ ses an den grundwasserführenden Boden feststellbar. Weiter­ hin kann auch die Funktion und Wirksamkeit der Filterung des Grundwassers durch den Gesteinsfilter mit Hilfe von abwechselnd durchgeführten Versickerungs- und Pumpenversu­ chen nachgewiesen bzw. überprüft werden.

Schließlich besteht nach der Herstellung der Grund­ wasserdurchlässe das begründete Interesse zu wissen, wie sich dieser Vorgang ausgewirkt hat. Zu diesem Zweck kann nach Fertigstellung des eigentlichen Bauwerks und nach Her­ stellung der Grundwasserdurchlässe in den Dichtungswänden des Dichtungsbauwerkes, d. h. nach Wiederherstellung des ur­ sprünglichen Grundwasserhaushaltes mit seinen natürlichen Grundwasserfließbewegungen, die Durchströmung des gesamten Dichtungsbauwerkes mit Grundwasser und dessen Verlauf mit Hilfe von Isotopenversuchen und Grundwassereinfärbungen nachgewiesen werden.

Das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete spe­ zielle Dichtungselement besteht aus einem Sonderbeton, der aus Kies in der Körnung von etwa 7 bis 32 mm und aus einem Dichtungsmörtel aus Zement, einem anorganischen Dämmstoff aus glimmerartigem Material, vorzugsweise aus Vermiculit, und aus Flugasche oder Steinmehl als Füllmasse zusammenge­ setzt ist. Dadurch ist im fertigen abgebundenen Sonderbeton ein homogenes Stützkorngerüst vorhanden, dessen Poren von dem schaumartigen Dichtungsmörtel verkittet sind. Der Dichtungsmörtel des Sonderbetons kann einen organischen Dämmstoff, beisp. Styropor, Holzwolle, Holzspäne oder Holzmehl, enthalten.

Durch entsprechende Auswahl der Bestandteile des Son­ derbetons ist es möglich, die Druckfestigkeit des Dich­ tungselements den jeweiligen Belastungsverhältnissen des Dichtungsbauwerkes anzupassen und gleichzeitig zu errei­ chen, daß die Grundwasserdurchlässe mit verhältnismäßig ge­ ringem Energieaufwand herstellbar sind. Dies ist dadurch ermöglicht, daß die Druckfestigkeit des Sonderbetons mit von 1,0% auf 7,0% steigendem Zementanteil und von etwa 25 % auf etwa 20% fallendem Anteil der Flugasche von 30-50 N/cm² auf 100-250 N/cm² ansteigt. Somit ist die für den jeweiligen Zweck günstigste Druckfestigkeit durch entspre­ chende Dosierung der Zementmenge und der Flugaschen- oder Steinmehlmenge einstellbar.

Die Erfindung wird im folgenden in Form mehrerer Aus­ führungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein von einer Bohrpfahldichtungswand gebil­ detes Dichtungsbauwerk bei Verwendung eines Bohrpfahles aus Sonderbeton im Quer­ schnitt und

Fig. 2 im Längsschnitt;

Fig. 3 ein als Hohlpfahl ausgebildetes Dichtungs­ element im Querschnitt;

Fig. 4 einen teilweise aus Normalbeton und teil­ weise aus Sonderbeton gefertigten Bohrpfahl bzw. Schlitzwand im Längsschnitt sowie

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Teilbereich des Bohrpfahles aus Sonderbeton.

Das Dichtungsbauwerk nach Fig. 1 wird von einer Dich­ tungswand aus Bohrpfählen 1 umschlossen. Die Bohrpfähle 1 sind in der Regel aus Normalbeton gefertigt, mit Aus­ nahme eines oder mehrerer Teilstücke, die für die Aus­ bildung von Grundwasserdurchlässen vorgesehen sind. In der Mitte der Fig. 1 ist ein solcher Bohrpfahl aus Son­ derbeton dargestellt. In diesen sind zwei Führungsrohre 18 a, 18 b eingelassen, in welche ein Düsenrohr 6 mit Strahldüse 7 (siehe Fig. 4) einsteckbar ist. Das Füh­ rungsrohr 18 a ist der Außenseite der Dichtungswand 1 und dem anstehenden Boden 4 a im unbebauten Bereich U zugewandt, während das Führungsrohr 18 b sich in der Nähe der Innenseite der Dichtungswand 1 und des an­ stehenden Bodens 4 b im bebauten Bereich B des Dich­ tungsbauwerkes befindet.

Fig. 1 zeigt den Zustand, bei dem der Bohrpfahl aus Sonderbeton von dem Düsenstrahl 9 der Strahldüse 7 der in die Führungs­ rohre 18 a, 18 b einsteckbaren Düsenrohre 6 an gezielter Stelle sowohl an der Außen- als auch an der Innenseite des Dichtungselements aufgeschnitten und ausgewaschen worden ist, so daß Grundwasserdurchlässe entstanden sind. Das Grundwasser 2 fließt durch die beiden an der Außen- und Innenseite der Dichtungswand 1 geschaffenen Durchlässe vom anstehenden Boden 4 a des unbebauten Be­ reichs U in den anstehenden Boden 4 b des bebauten Be­ reichs B. Dies ist dadurch ermöglicht, daß der Düsen­ strahl 9 den Dichtungsmörtel 22 aus dem Sonderbeton herausgespült und über die Führungsrohre 18 a, 18 b zur Oberfläche abgefördert hat. Dadurch ist nur ein Stütz­ korngerüst 21 zurückgeblieben, das als Gesteinsfilter wirkt und dem Grundwasser 2 einen ungehinderten Über­ tritt vom unbebauten zum bebauten Bereich gestattet. Werden die beschriebenen Vorgänge zur Herstellung eines Grundwasserdurchlasses nur einseitig, d. h. entweder nur auf der Außenseite bzw. nur auf der Innenseite, durchgeführt, ergibt sich die Möglichkeit einer Grundwasseraußenabsenkung als Außenbrunnen bzw. einer Grundwasserinnenabsenkung als Innenbrunnen.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt das beschriebene Dich­ tungselement in der Form eines Bohrpfahles oder einer Schlitzwand aus Sonderbeton 1 a mit den Führungsrohren 18 a, 18 b. Dabei tritt das Grundwasser nach Herstellung des Durchlasses auf der Außen- und Innenseite von dem anstehenden Boden 4 a, der in diesem Fall aus klüftigem Gestein besteht, durch das als Gesteinsfilter wirkende Stützkorngerüst 21 und in ein vorher eingebautes Flä­ chenfilter 24 über.

Bei der abgewandelten Ausführungsform des Dichtungs­ elements aus Sonderbeton gemäß Fig. 3 ist der Bohrpfahl als Hohlpfahl mit einem zentralen Führungsrohr 18 c ausgebildet, in welches das Düsenrohr 6 einsteckbar ist. Der Düsenstrahl 9 spült den Dichtungsmörtel 22 entweder einseitig auf der Außenseite nahe dem anstehenden Boden 4 a bzw. einseitig auf der Innenseite nahe dem anstehenden Boden 4 b oder beidseitig zum anstehenden Boden 4 a, 4 b aus dem Stützkorngerüst 21 heraus.

Durch die Möglichkeit, den Hohlpfahl nur einseitig auf­ zuschneiden, ergibt sich gerade bei dieser Ausführungs­ form je nach Bedarf eine Grundwasseraußenabsenkung als Außenbrunnen bzw. eine Grundwasserinnenabsenkung als Innenbrunnen. Der als Führungsrohr 18 c dienende Innen­ zylinder des Hohlpfahles hat den Vorteil, daß darin eine leistungsfähige Unterwasserpumpe untergebracht werden kann.

Bei der weiteren Ausführungsform des Dichtungselements gemäß Fig. 4 und 5 ist ein kombinierter Bohrpfahl oder Schlitzwandausschnitt vorgesehen, bei dem nur der Be­ reich, in welchem der Grundwasserdurchlaß ausgebildet werden soll, aus Sonderbeton 1 a gefertigt ist, während der übrige Bereich aus Normalbeton 1 b hergestellt ist. Hierbei besitzt der Bohrpfahl 1 zwei Führungsrohre 18 a, 18 b, in welche jeweils ein Düsenrohr 6 mit Strahldüse 7 einsteckbar ist. Diese schneidet mittels ihres Düsen­ strahles 9 einen Grundwasserdurchlaß aus dem Sonder­ beton 1 a dadurch heraus, daß er im Drehkreisbereich der Strahldüse 7 den Dichtungsmörtel 22 aus dem Sonderbeton 1 a herausspült und über das Führungsrohr 18 a zur Ober­ fläche abfördert, so daß nur das als Gesteinsfilter wirkende Stützkorngerüst 21 zurückbleibt. Der Düsenstrahl 9 bewirkt in dem anstehenden Boden 4 a des unbebauten Bereiches U eine Kornumlagerung. Damit sind auch bei dieser Ausführungsform die Vorraussetzungen zu einer unbehinderten Grundwasseraußenabsenkung als Außenbrunnen geschaffen. Dieser Vorgang kann auch auf der Innenseite in Richtung auf den anstehenden Boden 4 b ablaufen und ermöglicht eine Grundwasserinnenabsenkung im bebauten Bereich B, d. h. zu einem Innenbrunnen mit Abförderung des Grundwassers im Führungsrohr 18 b zur Oberfläche. Die beidseitige Anwendung des Verfahrens führt wieder zu einem ungehinderten Übertritt des Grundwassers vom unbebauten Bereich U in den bebauten Bereich B.

Aus Fig. 5 ist deutlich der Zustand der Grundwasser­ absenkung auf der Innenseite als Innenbrunnen erkenn­ bar. Hierbei hat die Strahldüse 7 des Düsenrohres 6 im Drehkreisbereich des Düsenstrahles 9 den Dichtungsmör­ tel 22 aus dem Stützkorngerüst 21 herausgespült und über das Führungsrohr 18 b zur Oberfläche abgefördert. Das Grundwasser wird ungehindert aus dem bebauten Be­ reich B über die Kornumlagerungszone im anstehenden Bo­ den 4 b und das Stützkorngerüst 21 im Führungsrohr 18 b als Innenbrunnen zur Oberfläche abgefördert.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Grundwasserdurchlässen in Dichtungswänden aus Beton von wasserdichten Umschlie­ ßungsbauwerken für im Trockenen zu errichtende Tiefbau­ werke, wobei ein Zerstören der Dichtungswand im Bereich des geplanten Durchlasses durch Zerschneiden, Auflösen und Ausspülen des abdichtenden Materials mit Hilfe ei­ nes hochgespannten Flüssigkeitsstrahls von 250 bis 2500 bar und Austrittsgeschwindigkeiten bis zu 600 m/s mit­ tels wenigstens einer von der Oberfläche des Umschlie­ ßungsbauwerks her höheneinstellbaren und frei verfahr­ baren Strahldüse erfolgt, gemäß Patent 30 34 746, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des geplanten Durchlasses der Dichtungswand (1) ein Dichtungselement aus Sonderbeton (1 a) mit einem Stützkorngerüst (21) aus Kies in der Körnung von etwa 7 bis 32 mm hergestellt wird und die Poren mit einem Dichtungsmörtel (22) aus Zement und Dämmstoffen homogen ausgefüllt werden, wobei in dem Dichtungselement wenigstens ein ein mit der Strahldüse (7) ausgestattetes Düsenrohr (6) aufnehmendes Führungs­ rohr (18 a, b, c) angeordnet wird, und daß der aus der Strahldüse (7) austretende Düsenstrahl (9) den Dich­ tungsmörtel (22) aus dem Sonderbeton (1 a) herausspült und zusammen mit dem Spülmedium durch das Führungsrohr (18 a, b, c) an die Oberfläche abfördert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Kunststoff gebildete Führungsrohr (18 a, b) beim Herstellen des Grundwasserdurchlasses vom Düsen­ strahl (9) der Strahldüse (7) zerschnitten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (18 c) im Dichtungselement mit Hilfe eines Stahleinstellrohres hergestellt wird, das nach dem Abbinden und Erstarren des Sonderbetons (1 a) gezogen und wiederverwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstrahl (9) der Strahldüse (7) des Düsen­ rohres (6) nur in dem einen Führungsrohr (18 a) auf der Außenseite des Dichtungselements in Richtung auf den unbebauten Bereich (U) oder nur in dem anderen Füh­ rungsrohr (18 b) an der Innenseite des Dichtungselements in Richtung auf den bebauten Bereich (B) zur Wirkung gebracht und dadurch der Dichtungsmörtel (22) des Son­ derbetons (1 a) im Bereich der gezielten Grund­ wasserdurchlässe nur auf der Außen- oder Innenseite des Dichtungselements herausgespült wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des in das Düsenrohr (6) eingeleiteten Spülmediums der erforderlichen Einwirkzone des Düsen­ strahls (9) in den anstehenden Boden (4) und der darin angestrebten Kornumlagerung angepaßt wird.

6. Dichtungselement aus Sonderbeton zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonderbeton (1 a) des Dichtungselements aus Kies in der Körnung von etwa 7 bis 32 mm und aus einem Dich­ tungsmörtel (22) aus Zement, einem anorganischen Dämm­ stoff aus glimmerartigem Material, vorzugsweise Vermi­ culit, sowie aus Flugasche oder Steinmehl als Füllmasse zusammengesetzt ist, wobei im fertigen, abgebundenen Sonderbeton (1 a) ein homogenes Stützkorngerüst (21) ge­ bildet ist, dessen Poren von dem schaumartigen Dich­ tungsmörtel (22) verkittet sind.

7. Dichtungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement in seiner ganzen Länge oder in einem gezielten Bereich aus einem Hohlzylinder aus Son­ derbeton (1 a) besteht, dessen zylindrischer Hohlraum als Führungsrohr (18 c) dient.

8. Dichtungselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Herstellung des Dichtungselements aus Sonderbeton (1 a) verwendete Dichtungsmörtel (22) einge­ färbt ist, beispielsweise mit Eosin oder Uranin.

9. Dichtungselement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsmörtel (22) des Sonderbetons (1 a) einen organischen Dämmstoff, wie beispielsweise Sty­ ropor, Holzwolle, Holzspäne oder Holzmehl, enthält.

10. Dichtungselement nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfestigkeit des Sonderbetons (1 a) mit von 1,0% auf 7,0% steigendem Zementanteil und von etwa 25% auf etwa 20% fallendem Flugascheanteil von 30-50 N/cm² auf 100-250 N/cm² ansteigt und daß die für den jeweiligen Zweck günstigste Druckfestigkeit durch entsprechende Dosierung der Zementmenge und der Flugaschen- oder Steinmehlmenge eingestellt ist.