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Verfahren und Vorrichtung zum Betonieren von
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Unterwasserbauwerken, vorzugsweise Tunneln Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Betonieren von Unterwasserbauwerken, vorzugsweise Tunneln, bei
dem eine Baugrube ausgehoben, eine Sohlplatte aus Unterwasserbeton gegossen und
ein Senkkasten aus Stahl mit seinem unteren Bereich dichtend mit der Sohlplatte
verbunden wird und bei dem anschließend der Senkkasten leergepumpt und auf der Sohlplatte
mittels eingebrachter Schalungen das Bauwerk betoniert wird.
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Bei einem aus der Zeitschrift "Geotechnik", Heft 3, 1981, S. 113,
bekannten Verfahren dieser Art zum Betonieren des Gründungsblocks von Fjordpfeilern
wird über einer gerammten Pfahlgruppe ein Stahlsenkkasten abgesenkt, der die
Seitenwände
einer Baugrube bildet. Anschließend wird mit Unterwasserbeton in dem Senkkasten
eine Dichtungsplatte um die überragenden Pfahlköpfe betoniert. Nach dem Leerpumpen
des Senkkastens wird im Trocknen innerhalb des Senkkastens die Bewehrung und Schalung
für den Gründungsblock eingebaut, der anschließend als unterster Teil des Pfeilerschaftes
als Massivkonstruktion betoniert wird. Der Senkkasten kann anschließend ausgeschwommen
werden, um für die nächste Pfeilergründung verwendet zu werden. Bei dem bekannten
Verfahren bilden die Wände des allseitig geschlossenen Senkkastens lediglich die
Wandungen einer Baugrube, um die Bewehrungs-und Schalungsarbeiten im Trockenen ausführen
zu können. Dabei wird der Senkkasten für Arbeiten in Gewässern verwendet.
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Sollen hingegen Bauwerke unterhalb oder bis unterhalb des Grundwasserspiegels
ausgeführt werden, ist es üblich, die auszuhebende Baugrube mit einer Baugrubenverbauwand,
die aus Schlitz-, Spund- oder Bohrpfahlwänden bestehen kann, zu umschließen, um
sodann bei offener Wasserhaltung ohne Absenken des Wasserspiegels innerhalb der
umgebenden Baugrubenverbauwände die Baugrube beispielsweise mit einem Bagger ausschachten
zu können. Dabei müssen die Baugrubenverbauwände so tief niedergebracht werden,
daß sie gegen eine wasserdichte Schicht abgedichtet sind, oder daß die Umströmung
der Wände durch das Grundwasser vernachlässigbar ist, so daß gleichsam im Trockenen
innerhalb der Verbauwände auf die Baugrubensohle eine Betonplatte gegossen werden
kann.
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Bei dieser Bauweise mit Baugrubenverbauwänden kann zwar auf eine Grundwasserabsenkung
verzichtet werden, die in vielen Fällen wegen eines zu starken Eingriffs in den
Grundwasserhaushalt nicht mehr zugelassen wird, es müssen häufig aber besondere
Maßnahmen getroffen werden, um den natürlichen
Grundwasserfluß aufrecht
zu erhalten, was beispielsweise durch den Einbau von die Baugrube überbrückenden
Dükern geschehen kann.
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Bauweisen mit Baugrubenverbauwänden weisen nicht nur den Nachteil
auf, daß häufig besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, um zu starke Eingriffe
in den Grundwasserhaushalt zu vermeiden, die Kosten der Erstellung der Baugrube
sind zudem auch sehr hoch und können etwa bis zu einem Drittel der Gesamtkosten
betragen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein weniger aufwendiges und daher
kostengünstigeres Verfahren zum Herstellen von Unterwasserbauwerken vorzuschlagen,
das die Grundwasserführung im wesentlichen unbeeinträchtigt läßt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs
angegebenen Art dadurch gelöst, daß der geflutete Senkkasten auf die vorbetonierte
Sohlplatte aufgesetzt und dessen untere Stirnseite gegen die Sohlplatte abgedichtet
wird und daß nach dem Lenzen des Senkkastens die Innenschalung eingebracht und zwischen
dieser und der Innenwandung des Senkkastens als Außenschalung das Bauwerk betoniert
wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst in üblicher Weise ohne Verbauwände
eine Baugrube mit dem notwendigen Böschungswinkel ausgehoben. Die Baugrube kann
eine Tiefe von beispielsweise 10 bis 20 Meter aufweisen. Auf die Baugrubensohle
wird sodann in bekannter Weise eine Sohlplatte aus Unterwasserbeton gegossen. Auf
diese Sohlplatte wird anschließend der Senkkasten aufgesetzt. Die Seitenwände des
Senkkastens sind mit flutbaren Tanks versehen, so daß er insgesamt schwimmfähig
ist und eingeschwommen werden kann. Nach dem Einschwimmen oder Einheben des Senkkastens
werden die Tanks geflutet und der
Senkkasten lagerichtig auf die
Sohlplatte abgesetzt. Die unteren Stirnseiten des Senkkastens, der aus diesen rundum
einschließenden Wandungen bestehen kann, werden gegen die Sohlplatte abgedichtet,
so daß der Raum innerhalb des Senkkastens leergepumpt werden kann.
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Erfindungsgemäß sind nun zumindest zwei gegenüberliegende Seitenwandungen
des Senkkastens der äußeren Form des zu erstellenden Bauwerks angepaßte, so daß
diese Innenwandungen beim Betonieren des Bauwerks die Außenschalung bilden. Nach
dem Leerpumpen des Senkkastens ist es lediglich noch erforderlich, die Innenschalung
einzubringen, die bereits schwenkbar mit dem Senkkasten verbunden sein oder auch
besonders eingebaut werden kann. Nach dem Betonieren kann der Senkkasten gelenzt
und aufgeschwommen oder in sonstiger Weise zu seiner Wiederverwendung versetzt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere zum Betonieren
eines Tunnels oder tunnelartiger Bauwerke vorgesehen, daß der jeweils fertiggestellte
Tunnelabschnitt durch eine abschottende Querwand abgedichtet und der an seiner vorderen
Stirnseite abgedichtete Senkkasten abschnittweise nach vorn in Vorbaurichtung versetzt
wird und daß jeweils nach Lenzen des Raums zwischen der Stirnseite des Senkkastens
und der Querwand die Seitenwände des Tunnels zwischen den seitlichen Innenwänden
des Senkkastens und der eingebrachten Innenschalung betoniert werden. Auf die betonierten
Seitenwände können sodann Deckplatten betoniert werden. Die Verwendung des Senkkastens
ermöglicht es auch, die Seitenwände innerhalb des Senkkastens und unterhalb des
Grundwasserspiegels zu betonieren.
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Durch das Lenzen des Raums innerhalb des Senkkastens werden erhebliche
Auftriebskräfte wirksam. Um diese Auftrebskräfte
in besonders einfacher
Weise beherrschen zu können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
daß der Senkkasten im Bereich seines oberen Randes oberhalb des Wasserspiegels durch
Füllen von mit diesem verbundenen Tanks mit Wasser beschwert wird. Da Wasser vorhanden
ist, kann die notwendige Beschwerung nur durch Füllen der Tanks erfolgen.
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Natürlich wirkt auch die vorbetonierte Sohlplatte den Auftriebskräften
entgegen. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß bei einem Betongewicht von etwa
2,5 t/m3 die Bodenplatte nur mit einem Gewicht von 1,5 t/m3 gegen den Auftrieb wirkt.
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Um diese Last wirksam nutzen zu können, sind die Seitenwände des Senkkastens
mit der Sohlplatte verspannt. Werden jedoch gegenüberliegende Seitenwände des Senkkastens
mit der Sohlplatte verspannt, so ergibt sich ein den Auftriebskräften entgegenwirkendes
Kräftepaar, wobei die Sohlplatte zwischen den Schalungswandungen durch die Auftriebskräfte
von unten her in entgegengesetzter Richtung belastet wird, so daß sich eine Biegemomentlinie
ergibt, die sich in dem mittleren Bereich der Sohlplatte zwischen den Seitenwänden
des Senkkastens Zugkräften näheren kann. Um hier einen entsprechenden Ausgleich
zu schaffen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Ballasttanks
im mittleren Bereich des Senkkastens über Stützen auf der Sohlplatte abgestützt
sind.
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Um beliebige Profile einer Tunnelröhre oder dergleichen erstellen
zu können, kann der Senkkasten durch einschaltbare Elemente in seinen Abmessungen
veränderbar sein.
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Der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete absenkbare
Senkkasten besteht erfindungsgemäß aus einem durch die Ballasttanks gebildeten oberen
Tragrahmen, an den die Seitenwandungen des Senkkastens angelenkt sind,
die
durch flutbare Kammern schwimmfähig ausgebildet sind.
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8elbstvexstAndlich können die Ballasttanks auch auf einen aus Trägern
bestehenden Tragrahmen aufgesetzt sein. Durch die gelenkige Verbindung der Seitenwandungen
mit dem oberen Tragrahmen können beim Ein- und Aus schwimmen auftretende Verschiebungen
verspannungsfrei aufgenommen werden. Zum Festlegen des Senkkastens in seiner endgültigen
Lage können zusätzliche Verstrebungen oder gelenkige Stützen vorgesehen werden.
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an weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß mit dem
oberen Tragrahmen oder den Seitenwänden des Senkkastens einschwenkbare Innenschalungen
gelenkig verbunden sind. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für die Erstellung
von Tunneln zweakm§ßig, bei der gleichartige Abschnitte wiederholt betoniert werden
müssen.
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Zur Erstellung unterschiedlicher Profile können die Seitenwände durch
Ein- und Ausbau von Zwischenstücken verlängerbar oder verktrzbar sein. Auch der
Tragrahmen ist zweckmäßigerweise in entsprechender Weise in seinen Abmessungen.
veränderbar.
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Zur Herstellung von Tunnelprofilen weist der Senkkasten ebenfalls
ein brückenartiges Profil auf, wobei die Seitenwände in Vorschubrichtung an ihrer
vorderen Seite durch eine Wand verschließbar sind.
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Zweckmäßigerweise ist der Tragrahmen mittig geteilt, wobei dessen
Teile gelenkig an gegenüberliegenden Seitenwänden befestigt sind, so daß diese relativ
zu den Seitenwänden hochgeklappt werden können, um beim Aufschwimmen des Senkkastens
und dessen Versetzen genügend Freiraum für die am oberen Ende des Betonbauwerks
heraus stehenden Anschlußarmierungen zu haben.
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In den Stirnseiten der Seitenwände des Senkkastens können in Nuten
aufblasbare Schläuche gehaltert sein, die der Abdichtung des Senkkastens gegen die
Grundplatte dienen. Nach dem Aufblasen der Schläuche kann in den Raum zwischen diesen
eine plastische Masse oder tixotrope Flüssigkeit eingedrückt werden.
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Der erfindungsgemäße Senkkasten kann dem Profil des zu erstellenden
Bauwerks in beliebiger Weise angepaßt werden. Beispielsweise ist es möglich, einen
mittig geteilten Tunnel zu erstellen, dessen beiden Teile Fahrbahnen oder beim U-Bahn-Bau
zwei getrennte Gleisführungen bilden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Baugrube
mit Sohlplatte und auf dieser erstellter, oben noch offener Tunnelröhre mit der
durch den Senkkasten gebildeten Schalung in schematischer Darstellung und Fig. 2
eine Draufsicht auf das Bauwerk und die Schalung nach Fig. 1.
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Zur Erstellung beispielsweise des unteren, U-förmigen Profils 1 einer
Tunnelröhre wird fortschreitend eine Baugrube 2 bis unterhalb des angezeigten Grundwasserspiegels
mit dem erforderlichen Böschungswinkel ausgehoben. Auf die Sohle der Baugrube wird
in bekannter Weise mit Unterwasserbeton die Sohlplatte 3 betoniert. Auf die Sohlplatte
3 wird sodann durch Aufschwimmen oder anheben der Senkkasten 4 lagerichtig aufgesetzt.
Der Senkkasten 4 besteht aus zwei oberen Rahmenteilen 5, 6, die im Bereich ihrer
Trennfuge 7 in nicht näher dargestellter
Weise miteinander verbunden
sind. Die Rahmenteile 5, 6 bestehen aus einer Tragkonstruktion mit aufgesetzten
oder in diese integrierten Ballasttanks, in die eine zur Kompensation der Auftriebskräfte
erforderliche Menge von Wasser hineingepumpt werden kann. Die Rahmenteile 5, 6 lassen
sich in der Weise starr miteinander verbinden, daß sie einen einheitlichen Rahmen
bilden.
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An jeden der beiden Rahmenteile 5, 6 sind spiegelbildlich um senkrecht
auf der Papierebene stehende Achsen 8, 9 schwenkbar die Seitenwände 10, 11 des Senkkastens
4 angelenkt. Die Seitenwände weisen ebenfalls eine Hohlbauweise auf und bestehen
aus flutbaren Tanks, so daß nach Lenzen der Tanks der gesamte Senkkasten 4 aufgeschwommen
werden kann. Die Seitenwände 10, 11 weisen in ihrem oberen Bereich Knaggen 12, 13
auf, an denen Seile oder Zugstangen 14, 15 befestigt sind, über die die Seitenwände
10, 11 mit der Sohlplatte 3 verspannt und verankert sind. Weiterhin sind an den
Knaggen 12, 13 Verstrebungen 16, 17 befestigt, über die diese gegen die Rahmenteile
5, 6 abgespannt sind.
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Auf ihren unteren Stirnflächen weisen die Seitenwände 10, 11 zueinander
parallel laufende Nuten 18 auf, in denen aufblasbare Schläuche 19 gehaltert sind.
Zur Abdichtung der Seitenwände 10, 11 gegen die Unterwasserbetonsohlplatte 3 werden
die Schläuche 19 aufgeblasen und in den Raum zwischen den Schläuchen 19 wird eine
Dichtungsmasse eingepreßt.
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Um die senkrecht auf der Papierebene stehenden Achsen 20, 21 sind
mit den Rahmenteilen 5, 6 schwenkbar die Innenschalungen 22, 23 verbunden. Im eingeschwenkten
Zustand sind die Innenschalungen 22, 23 durch Spanneinrichtungen 24 gegeneinander
verspannt.
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Die Innenwandungen der Seitenwände 10, 11 des Senkkastens 4 bilden
die Außenschalungen, so daß zwischen diesen und den Innenschalungen 22, 23 in der
dargestellten Weise der U-förmige Basisteil einer Tunnelröhre gegossen werden kann.
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Im mittleren Bereich des Bauwerks 1 ist eine köcherartige Aussparung
25 vorgesehen, in der sich eine Stütze 26 auf die Sohlplatte 3 abstützt, die von
den Ballasttanks der oberen Rahmenteile 5, 6 belastet ist.
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Zum Aufschwimmen der aus dem Senkkasten 4 bestehenden Schalung lassen
sich nach Lösen der gegenseitigen Verspannung und nach Entfernung der Verspannungen
16, 17 die Rahmenteile 5, 6 um die Schwenkachsen 8, 9 abklappen.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird der die Schalung bildende Senkkasten
4 zur Erstellung einer Tunnelröhre abschnittweise nach vorne versetzt. Zum Betonieren
jeweils eines Abschnitts weisen die Seitenwandungen, die die Außenschalungen bilden,
eine abdichtende Stirnwand 27 auf. Der jeweils erstellte Tunnelabschnitt wird durch
eine der Abschottung dienende Querwand 28 abgedichtet, so daß der Raum zwischen
den Wänden 27, 28 jeweils zum Betonieren leergepumpt werden kann.
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