DE3534655A1

DE3534655A1 - Verfahren zur herstellung einer gegen auftrieb gesicherten betonsohle

Info

Publication number: DE3534655A1
Application number: DE19853534655
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Mayer
Original assignee: Bilfinger und Berger Bau AG
Current assignee: Bilfinger SE
Priority date: 1985-09-28
Filing date: 1985-09-28
Publication date: 1987-04-16
Also published as: DE3534655C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gegen Auftrieb gesicherten Betonsohle.

Zum Stand der Technik gehört die Herstellung einer gegen Auf trieb gesicherten Betonsohle, wobei nach dem Unterwasseraushub in einer beispielsweise mit Spundwänden umgebenen Baugrube unter Wasser eine Betonsohle eingebracht wird, die entweder entsprechend dick ausgebildet ist, so daß das Eigengewicht der Betonsohle größer ist als die ihr entgegengerichtete Auftriebskraft oder wobei die Betonsohle durch Zugelemente mit oder ohne Vorspannung beispiels weise unter Verwendung von Zugpfählen, Zugankern oder Verpreß ankern gegen Auftrieb gesichert wird. Diese Sicherung kann alter nativ vor oder nach der Herstellung der Betonsohle eingebracht werden.

Zum Stand der Technik gehört es ferner, eine gegen Auftrieb ge sicherte Betonsohle in einem Arbeitsraum unter Druckluft herzu stellen und zwar beispielsweise nach der sogenannten Deckelbauweise. Nach Herstellung der Baugrubenumschließung erfolgt hierbei der Aus hub bis zur Unterkante der Decke des zu erstellenden unterirdi schen Bauwerks. Von diesem Niveau aus werden vorläufige oder end gültige Stützen bis unterhalb der später zu erstellenden, gegen Auf trieb gesicherten Betonsohle eingebracht. Sodann wird die Decke des Bauwerks auf dem vorhandenen Planum hergestellt, in die eine Schleuse für Material- und Personentransport eingezogen ist, und die Erdauffüllung bis zur Oberkante des Geländes aufgebracht. Mit Druckluft wird das anstehende Wasser unter der Decke verdrängt, so daß der Aushub bis zur Unterkante der Betonsohle im Trockenen er folgen kann. Nach der Herstellung der Betonsohle ist die Baugrube wasserdicht; der Überdruck im Arbeitsraum wird wieder auf Normal druck reduziert. Die Auftriebskräfte werden nun über die Stützen mit der darüberliegenden Decke zuzüglich Erdauflast kompensiert.

Wenngleich diese Verfahren des Standes der Technik in zahl reichen Fällen durchaus befriedigend arbeiten, so ist doch festzustellen, daß das Einbringen einer Unterwasserbetonsohle sehr viel Erfahrung und eine sehr gute, speziell auf die Bau stellensituation abgestimmte Arbeitsvorbereitung mit entspre chend aufwendigem technischem Einsatz erfordert.

Besonders wichtig und gegebenenfalls auch kritisch ist bei der Herstellung der Betonsohle die ständige Überwachung und Kontrolle mit Taucherhilfe. Erschwerend und verteuernd kommt ferner hinzu, daß der Boden unter Wasser ausgehoben werden muß und hierfür auch ein entsprechend großer Aufwand für die Kontrolle der gleichmäßigen Aushubtiefe zu leisten ist. Ein besonderes Problem ist dabei stets der Anschluß der Unterwasserbetonsohle an die aufgehende Spund wand, Schlitzwand oder Pfahlwand. Hierbei bereitet das Säubern der Spundwandtäler und das Anschneiden von Schlitzwandaussparungen be sondere Schwierigkeiten.

Ein Nachteil der bekannten unter Wasser eingebrachten Betonsohle besteht auch darin, daß der Boden vor der aufgehenden Wand bis zur Unterkante der Unterwasserbetonsohle ausgehoben werden muß und infolgedessen die Stützungsresultierende der Wand aus dem Erdwider stand sehr tief wandert und hohe Wandmomente verursacht, bis die Unterwasserbetonsohle eingebracht ist.

Ein Nachteil der oben gleichfalls zum Stand der Technik erwähnten sogenannten Deckelbauweise in der bisher praktizierten Art besteht darin, daß die Notwendigkeit gegeben ist, mit Druckluft arbeiten zu müssen, was bekanntlich sehr kostenintensiv ist; ein weiterer Nach teil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß die Druckelemente vor der Herstellung der Betonsohle unterhalb dieser gegründet werden müssen, was längere Stützen verlangt; schließlich ist es hierbei auch von Nachteil, daß die statisch günstige Abstützung der Baugrubenum schließung durch die Betonsohle erst nach Fertigstellung des Aushubs und nach dem Betonieren der Sohle zur Wirkung kommt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es nun, die oben genannten Nachteile unter Erreichung von Vorteilen zu überwinden, d. h. es sollen in erster Linie Materialeinsparungen, Zeitgewinne infolge besserer Koordinierungsmöglichkeit und eine leichtere Kontrolle unter Vermeidung der aufwendigen Taucherhilfe erreicht werden.

Da eine Verkehrsbehinderung bei Baustellen grundsätzlich stets in Kauf zu nehmen ist, liegt der Erfindung auch die Teilaufgabe zu grunde, eine Beschleunigung des Bauablaufs zu bewirken, um die Behinderung und die mit dieser stets einhergehenden Reduzierung der Verkehrssicherheit, auf ein Minimum zu reduzieren.

Diese vorgenannte Aufgabe bzw. Teilaufgaben werden bei einem Ver fahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Betonsohle vor Fertigstellung des Baugrubenaushubes durch sich überschneidende Hochdruckinjektionssäulen hergestellt wird, deren Länge der statisch erforderlichen Dicke der Betonsohle entspricht, wobei die Sohle durch Zug- und/oder Druckelemente gegen Auftrieb gesichert wird.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Herstellung von Hochdruckinjektionssäulen ist dem Stand der Technik an sich gut bekannt. Hierbei wird zunächst nach üblichen Bohrverfahren, vornehmlich unter Außenspülung gebohrt, wobei das Bohrgerät den herrschenden hohen Drucken angepaßt ist. Nach Errei chen der gewünschten Bohrtiefe, wird durch in der Düsenhaltevorrich tung befindliche Ventile, vom Bohrspülen auf Düseninjektion umge schaltet, wobei dann durch die Düsen im unteren Teil des Gestänges mit hoher Geschwindigkeit beispielsweise eine Zementsuspension, gegebenenfalls auch unter Zugabe von Wasser oder Luft austritt, welche den Boden im Bereich des Düsenstrahls zerschneidet und/oder verwirbelt, insbesondere durch Drehen des Gestänges, bei dessen Zurückziehen, schafft man säulenförmige Injektionskörper, deren Größe und Festigkeit durch die Wahl gewisser Parameter, wie Zurückziehgeschwindigkeit, Pumpendruck und Düsendurchmesser vorbestimmbar ist. Durch die Schaffung von sich überschneidenden Hochdruckinjektionssäulen stellt man die Betonsohle her.

Ein technischer Fortschrittsaspekt vorliegender Erfindung liegt darin, daß vor dem Baugrubenaushub bereits in der Tiefenlage der bekannten Unterwasserbetonsohle eine Sohle aus Erdbeton her stellbar ist, die aufgrund ihrer abdichtenden Wirkung eine Absenkung des Grundwassers innerhalb der Baugrube zuläßt und somit einen Aus hub der Baugrube im Trocknen ermöglicht. Die zur Auftriebssicherung erforderlichen Zug- und/oder Druckelemente können bereits bei der Herstellung der Hochdruckinjektionssäulen eingebaut werden; sie können auch in einem zweiten Arbeitsgang von einem tieferen Aus hubniveau, bei dem die Auftriebssicherheit gerade noch erfüllt ist, eingesetzt bzw. eingebaut werden.

Ein weiterer Vorteilsaspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch das Hochdruckinjektionsverfahren ein guter An schluß an die aufgehenden Wände geschaffen wird. Durch das teilweise Anschneiden dieser Wände mit dem Hochdruckstrahl, was beispielsweise bei Schlitzwänden und Bohrpfahlwänden gegebenenfalls erfolgt, kann sogar ein kraftschlüssiger Verbund zwischen Sohle und Wand herge stellt werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Stützkraftresultierende vor der Wand in Höhe der Erdbetonsohle bereits vor dem Aushub vorhanden ist, wodurch sich die Wandmomente und Wandverformungen deutlich vermindern und außerdem die Wände wesentlich weniger tief geführt werden müssen.

Schließlich ist es auch ein Fortschrittsaspekt des erfindungs gemäßen Verfahrens, daß in Bezug auf den geschilderten nächst kommenden Stand der Technik keine Beeinflussung des allgemeinen Grundwasserhaushalts stattfindet, wobei gleich zeitig alle anderen oben geschilderten Vorteile hinzukommen.

Im folgenden werden nochmals die wesentlichen Fortschrittsele mente zusammengefaßt, die insbesondere zusammengenommen auch eine sprunghafte Verbilligung und Erhöhung der Sicherheit des Verfahrens bedingen:

Es ist kein Unterwasseraushub notwendig, es entfällt die Unterwasser arbeit mit Taucherhilfe, es kann mit einem geringeren Baugrubenaushub ausgekommen werden, es liegt eine geringere Einbindetiefe der Wände vor, es herrschen geringere Biegemomente auf die Wände, wodurch geringere Biegequer schnitte möglich sind; es ist ein geringerer Aufwand bei derAbstützung der Wände notwendig und es besteht die Möglichkeit der Abstützung der Wände durch Verpreßanker, da der Aushub im Trockenen erfolgt.

Das Wesen vorliegender Erfindung wird anhand der Aus führungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren weiter hin erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt eines Erfindungsergebnisses,

Fig. 2 eine Draufsicht gemäß Fig. 1,

Fig. 3 bis 7 die Erläuterung des Beispiels 1,

Fig. 8 bis 14 die Erläuterung des Beispiels 2, und

Fig. 15-18 die Erläuterung des Beispiels 3.

In allen Figuren sind die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen; es darf vorsorglich auf die am Ende der Beschreibung angefügte Bezugszeichenliste verwiesen werden.

Fig. 1 zeigt im einzelnen: Nach dem ausgehend vom vorhandenen Geländeniveau 8 ein Aushubniveau 9 erreicht ist, wird durch das Bohrgerät 12 mit Bohrgestänge 13 unter Einwirkung der Düsen strahlen 14 die Hochdruckinjektionssohle, also die Betonsohle 1 gestellt, die aus sich überschneidenden Hochdruckinjektions säulen 3 besteht. Mit dem Bezugszeichen 2 ist der dann folgende Baugrubenaushub bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 4 a sind die Zugelemente und mit dem Bezugszeichen 5 die tiefgeführten Hoch druckinjektionssäulen bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 6 ist die Baugrubenumschließung gekennzeichnet.

Fig. 2 zeigt im einzelnen: Mit dem Bezugszeichen 6 ist wieder die Baugrubenumschließung und mit 7 der kraftschlüssige Verbund zwischen Sohle und Wand bezeichnet.

Mit dem Bezugszeichen 3 sind die sich überschneidenden Hoch druckinjektionssäulen und mit 4 a die Zugelemente bezeichnet.

Beispiel 1

Das Beispiel 1, das durch die Fig. 3 bis 7 erläutert wird, zeigt den Bauablauf bei durch Zugelemente verankerter Betonsohle.

Fig. 3 zeigt die Herstellung der Baugrubenumschließung (Spundwand, Schlitzwand oder Pfahlwand).

Fig. 4 zeigt den Aushub bis dicht über das Grundwasser, wobei gegebenenfalls Erdanker oder Aussteifung vorhanden sind;

Fig. 5 zeigt die Herstellung der Injektionssohle;

Fig. 6 zeigt die Herstellung der Zugelemente und zwar entweder

a) vor Sohle
b) gleichzeitig mit Sohle
c) nach Sohle;

Fig. 7 zeigt den Restaushub bei gleichzeitigem Abpumpen des Wassers aus der Baugrube und gegebenenfalls Einbau von Erdankern oder Aussteifungen für die Baugrubenwände.

In diesen Fig. 3 bis 7 ist mit dem Bezugszeichen 8 das vorhandene Geländeniveau, mit dem Bezugszeichen 9 das Aus hubniveau, mit 10 die angebrachten Erdanker; mit 11 die Aussteifungen, mit 12 das Bohrgerät mit Bohrgestänge 13 und Düsenstrahlen 14, mit 15 durch Zugelemente aktivierte Erd körper, mit dem Bezugszeichen 16 die Aussteifungsunter stützung und mit dem Bezugszeichen 3 wiederum die Anordnung der sich überschneidenden Hochdruckinjektionssäulen gekennzeichnet, die in ihrer Gesamtheit die Betonsohle 1 darstellen. Mit dem Bezugszeichen 6 ist wieder die Baugrubenumschließung und mit 4 a sind die Zugelemente bezeichnet.

GW bedeutet wieder Grundwasserspiegel.

Beispiel 2

Dieses Beispiel 2, das den Bauablauf gemäß der sogenannten Deckel bauweise mit durch Druckelemente verankerte Betonsohle zum Gegen stand hat, wird durch die Fig. 8 bis 14 erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 8 die Herstellung der Baugrubenumschließung;

Fig. 9 den Aushub bis Unterkante Deckel und die Eventualverwendung von Erdankern oder Aussteifungen nach statischen Erforder nissen;

Fig. 10 die Herstellung der Injektionssohle;

Fig. 11 das Einbauen der Stützen, die als Druckelemente fungieren;

Fig. 12 die Herstellung des Deckels mit Material- und Personen transportschacht;

Fig. 13 der Einbau der Auffüllung auf dem Deckel und

Fig. 14 derAushub unter dem Deckel bei gleichzeitigem Abpumpen des Wassers aus der Baugrube wobei gegebenenfalls der Einbau von Erdankern für die Baugrubenwände stattfindet.

In diesen Fig. 8 bis 14 ist mit Bezugszeichen 3 wiederum die Anordnung der sich überschneidenden Hochdruckinjektionssäulen gekennzeichnet, die in ihrer Gesamtheit die Betonsohle 1 darstellen; mit 8 ist wieder das vorhandene Geländeniveau, mit 9 das Aushubniveau, mit 10 die Erdanker, mit 11 die Aussteifung, mit 12 das Bohrgerät mit Bohrgestänge 13 und Düsenstrahlen 14, mit dem Bezugszeichen 4 b die Druckelemente, mit dem Bezugszeichen 17 der Deckel und mit 18 der Schacht bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 19 ist die Auffüllung oberhalb des Deckels 17 und mit 20 eine Belastung in Form eines Kraftfahrzeuges gekennzeichnet. Mit dem Bezugszeichen 2 ist der Baugrubenaushub bezeichnet.

GW bedeutet Grundwasserspiegel.

Beispiel 3

Dieses Beispiel 3, das durch die Fig. 15 bis 18 erläutert wird, zeigt die erfindungsgemäße Herstellung der Betonsohle ohne Zug- und Druckelemente für schmale Baugrubenbreiten, beispielsweise für Baugruben einer Breite von 3 bis 5 m, wobei die Auftriebs kräfte durch die Baugrubenumschließung aufgenommen werden; diese Verfahrensweise ist insbesondere beispielsweise für den Rohr leitungsbau geeignet.

Fig. 15 zeigt die Herstellung der Baugrubenumschließung;

Fig. 16 den Aushub bis dicht über das Grundwasser, wobei gegebenen falls Erdanker zum Einsatz gelangen oder eine Ausstei fung stattfindet;

Fig. 17 zeigt die Herstellung der Injektionssohle und

Fig. 18 zeigt den Restaushub, das Abpumpen des Wassers, gegebenenfalls unter Verwendung von Erdankern oder Aussteifungen.

In diesen Fig. 15 bis 18 ist mit Bezugszeichen 3 wiederum die Anordnung der sich überschneidenden Hochdruckinjektionssäulen gekennzeichnet, die in ihrer Gesamtheit die Betonsohle 1 darstellen; mit 8 ist wieder das vorhandene Geländeniveau, mit 9 das Aushub niveau, mit 6 die Baugrubenumschließung, mit 11 die Aussteifung, mit 2 den Baugrubenaushub. Mit dem Bezugszeichen 21 ist die Gewölbestützlinie in der dicken Sohle 1 und mit dem Bezugszeichen 22 die Rückverankerung gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 23 bedeutet die Reibungskräfte.

GW bedeutet wieder Grundwasserspiegel.

Bezugszeichenliste 1 Betonsohle
2 Baugrubenaushub
3 Hochdruckinjektionssäule
4 a Zugelemente
4 b Druckelemente
5 tiefgeführte Hochdruckinjektionssäule
6 Baugrubenumschließung
7 kraftschlüssiger Verbund zwischen Sohle und Wand
8 vorhandenes Geländeniveau
9 Aushubniveau
10 Erdanker
11 Aussteifung
12 Bohrgerät
13 Bohrgestänge
14 Düsenstrahlen
15 durch Zugelemente aktivierte Erdkörper
16 Aussteifungsunterstützung
17 Deckel
18 Schacht
19 Auffüllung
20 Belastung (Kraftfahrzeug)
21 Gewölbe-Stützlinie in der dicken Sohle
22 Rückverankerung
23 Reibungskräfte
GW Grundwasserspiegel

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer gegen Auftrieb gesicherten Betonsohle, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonsohle (1) vor Fertigstellung des Baugrubenaushubes (2) durch sich überschneidende Hochdruckinjektionssäulen (3) hergestellt wird, deren Länge der statisch erforderlichen Dicke der Betonsohle (1) entspricht, wobei die Sohle durch Zugelemente (4 a) und/oder Druckelemente (4 b) gegen Auftrieb gesichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (4 a) und/oder die Druckelemente (4 b) in einem Arbeitsgang zusammen mit der Hochdruckinjektionssohle eingebaut werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (4 a) und/oder die Druckelemente (4 b) vor der Erstellung der Hochdruckinjektionssohle eingebaut werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (4 a) und/oder die Druckelemente (4 b) nach der Erstellung der Hochdruckinjektionssohle eingebaut werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (4 a) und/oder die Druckelemente (4 b) in ent sprechend tiefgeführte Hochdruckinjektionssäulen (3) eingebaut werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zugelemente Zugpfähle und/oder Zuganker und/oder Ver preßanker eingebaut werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskräfte über ein Gewölbe auf die Bau grubenumschließung (6) übertragen werden, wobei die Auf triebskräfte zumindest teilweise durch das Eigenge wicht der Baugrubenumschließung und/oder über Reibungskräfte (23) und/oder Rückverankerung (22) durch den Baugrund aufgenommen werden.