DE3717885A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer dichtungsschicht aus mineralischen dichtungsmaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsschicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zum Einbringen des eine Dichtwand bildenden Materials.

Dichtungen auf mineralischer Basis, insbesondere unter Verwendung von Tonmineralien, wie z.B. Bentonit, werden im Erdbau vielfältig verwendet; eine besondere Bedeutung erlangen solche Dichtungen im Zusammenhang mit der Ummantelung von Deponien.

Bei der Herstellung solcher Dichtungen treten je nach Anwendungsart unterschiedliche Probleme auf. Bei horizontal verlaufenden Dichtungsschichten besteht das Problem, die Materialien mit einem richtigen Wassergehalt und in homogener Zusammensetzung mit entsprechenden Verdichtungsgeräten unter wechselnden Witterungsbedingungen mit einem vorgegebenen Durchlässigkeitsbeiwert einzubauen. Da die Randbedingungen gerade bei Witterungseinflüssen ungeschützt ausgesetzten Arbeiten sehr wechseln, kommt es immer wieder zu großen Qualitätsschwankungen.

Bei vertikalen Dichtungen, wie z.B. Dichtwänden, werden aus verarbeitungstechnischen Gründen Dichtmassen in flüssiger oder halbflüssiger Form verwendet, deren Feststoffanteil in der Größenordnung von 10 bis 15% liegt; der überwiegende Teil dieser Massen besteht somit aus Wasser. Um überhaupt eine nennenswerte Festigkeit zu erreichen, ist der Zusatz hydraulischer Bindemittel, insbesondere Zement, erforderlich, was aber wieder den Nachteil hat, daß die Massen verspröden. Trotz des Zusatzes hydraulischer Bindemittel ist die Dauerbeständigkeit solcher Dichtwände allein aufgrund des hohen Wasseranteils von 90 bis 85% umstritten.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zum Einbau von Dichtungen auf mineralischer Basis zu schaffen, bei der die Dichtungsmassen einen hohen Feststoffanteil aufweisen und die vor allem auf die geringe Dichte zurückzuführenden Qualitätsmängel vermieden werden.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß die wesentlichen Probleme bei der Verarbeitung von mineralischen Dichtungsmaterialien von deren Feuchtigkeitsgehalt abhängen, der die Verarbeitbarkeit der Dichtmassen im jeweiligen Anwendungsfall sehr stark bestimmt. Vor allem bei Dichtwänden kann schon aus verarbeitungstechnischen Gründen der sehr hohe Wasseranteil der Mischung nicht gesenkt werden.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist, auf das bislang bei der Verarbeitung für notwendig gehaltene Wasser ganz zu verzichten, die Mischung also trocken einzubauen und das für die Funktionsfähigkeit der Dichtungsschicht notwendige Wasser nachträglich zuzuführen und über Diffusion in der Schicht zu verteilen. Dies kann entweder aus der natürlichen Bodenfeuchtigkeit heraus erfolgen, beispielsweise über das Grundwasser, oder durch technische Maßnahmen, z.B. über in die Dichtungsschicht eingebaute Rohrleitungen zur Einleitung von Oberflächenwasser. Der Aufbau bzw. die Zusammensetzung der Dichtmassen kann auf diese Weise den jeweiligen Randbedingungen sehr leicht angepaßt werden.

Der Vorteil der Erfindung ist zum einen darin zu sehen, daß bei leichter Verarbeitbarkeit der - trockenen - Mischung eine deutlich verbesserte Dauerbeständigkeit erreicht wird, die ebenso aus der höheren Dichte infolge größeren Feststoffanteils der Mischung folgt, wie eine Verringerung der Durchlässigkeit der jeweiligen Schicht. Die jeweilige Zusammensetzung beeinträchtigt die Einbaubarkeit der Mischung nicht; sie ist immer trocken.

Die Zugabe von hydraulischen Bindemitteln, wie z.B. Zement, ist aufgrund der erreichbaren hohen Dichte nicht unbedingt notwendig, so daß, sofern gewünscht, auch eine gewisse Flexibilität der Dichtungsschicht vorgegeben werden kann, wie sie z.B. im Bergsenkungsgebiet oft erforderlich ist. Gleichwohl können im Einzelfall auch hydraulische Bindemittel beigegeben werden. Da die Ausgangsstoffe der Dichtungsmassen trocken vorgemischt werden, kann deren Zusammensetzung sehr gezielt erfolgen, etwa mit dem gleichen Qualitätsstandard wie eine Betonmischung.

Die Dichtmassen selbst sind filterstabil aufgebaut. Eventuell unbeabsichtigte Lockerzonen heilen durch den bei der Wasseraufnahme entstehenden Quelldruck selbst aus; diese Drücke können Größenordnungen von 20 bis 30 kN/qm erreichen.

Nach der Erfindung können sowohl horizontal, wie auch schräg oder vertikal verlaufende Dichtungsschichten ausgeführt werden. Horizontale Flächendichtungen können beispielsweise mit Fertigern hergestellt werden, wie sie im Straßenbau eingesetzt werden. Dabei sind die in Bearbeitung befindlichen Flächen vor Niederschlag zu schützen. Die Kontaktbereiche zum natürlichen Untergrund oder auch zu einem etwaigen Deponiekörper hin können mit Filterschichten, z.B. mit Filtervliesmatten abgedeckt werden.

Bei der Herstellung von vertikalen Dichtwänden muß die wasserfreie Dichtungsmasse in die Stützflüssigkeit eingebracht werden. Dies kann ähnlich wie bei einem Unterwasserbeton erfolgen, jedoch mit dem Unterschied, daß sich die eingebrachte Dichtmasse infolge ihrer inneren Reibung und bedingt durch den sich beim Kontakt mit der Stützflüssigkeit bildenden Filterkuchen wie ein Festkörper mit begrenzter Festigkeit verhält. Beim abschnittsweisen Einbringen der Dichtmasse in einzelnen Lamellen bleiben diese stabil, solange der Wanddruck in der jeweiligen Lamelle kleiner ist als der Flüssigkeitsdruck der Stützflüssigkeit. Diese Bedingung ist im allgemeinen dann erfüllt, wenn der Winkel der inneren Reibung der trockenen Dichtmasse größer ist als 15 Grad. Wenn der Winkel z.B. aufgrund eines hohen Tonmineralanteils unter 15 Grad absinken sollte, können unter einem bestimmten Winkel zur Vertikalen geneigte Lamellen hergestellt werden.

Es ist aber auch möglich, nach der klassischen Schlitzwandbauweise zu arbeiten, bei der einzelne Lamellen jeweils durch Schalungsrohre abgeteilt werden. Hier hat das erfindungsgemäße trockene Einbringen des Materials gegenüber einem Unterwasserbeton den Vorteil, daß das Schalungsrohr unmittelbar nach dem Einbringen des Materials gezogen werden kann, daß also kein Erhärten abgewartet werden muß.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Herstellung einer Dichtwand mit vertikalen Lamellen,

Fig. 2 die Herstellung einer Dichtwand mit vertikalen Lamellen und Schalungsrohr und

Fig. 3 die Herstellung einer Dichtwand mit schrägen Lamellen.

In Fig. 1 ist dargestellt, wie in einem mit einer thixotropen Stützflüssigkeit 1, z.B. einer Bentonit-Suspension gefüllten Schlitz 2 eine Dichtwand hergestellt wird. Diesem Zweck dient eine Vorrichtung mit einem Teleskoprohr 3, das auf der Geländeoberfläche 4 an einem Führungswagen 5 abgestützt ist und an dessen unterem Ende sich ein trichterförmiges Gehäuse 6 befindet. In das Teleskoprohr 3 mündet ein Füllschlauch 7, der über eine fahrbare Pumpe 8 mit der trockenen Dichtmasse beschickt wird. Das Teleskoprohr 3 mit dem Gehäuse 6 ist mittels eines Hubseils 9 heb- und senkbar, das über einen Ausleger 10 zu einem Kran 11 führt. Der Kran 11 ist seinerseits über ein Zugseil 12 mit dem Führungswagen 5 und der Pumpe 8 verbunden, so daß mittels des Krans 11 nicht nur eine Vertikalbewegung des Teleskoprohrs 3 mit dem Gehäuse 6, sondern auch dessen Fortbewegung in horizontaler Richtung erfolgen kann.

Nach dem Absenken des Teleskoprohrs 3 mit dem Gehäuse 6 auf die Sohle 13 des Schlitzes 2 wird mittels der Pumpe 8 über den Füllschlauch 7 die trockene Dichtmasse in den Schlitz 2 eingebracht. Um sicherzustellen, daß die Innenwandungen des Teleskoprohrs 3 und des Gehäuses 6 beim Absenken in die thixotrope Flüssigkeit trocken bleiben, kann die untere Öffnung des Gehäuses 6 z.B. durch eine Klappe, einen Schieber oder dergleichen verschlossen sein. Nach Öffnen des Verschlusses kann die Dichtmasse austreten. Im Zuge des Einbringens der Dichtmasse 14 wird das Gehäuse 6 gehoben und das Teleskoprohr 3 entsprechend verkürzt; zugleich wird der dem Volumen der eingebrachten Dichtungsmasse entsprechende Teil der Stützflüssigkeit verdrängt. Eine Verdichtung der trockenen Dichtmasse erscheint nicht erforderlich. Ihre Dichte ist mit 1,8 bis 2,0 bedeutend größer als die der Stützflüssigkeit von etwa 1,08, so daß sich das trockene Pulver von selbst dicht lagert. Einer eventuellen Brückenbildung könnte durch den Einbau eines Schneckenförderers oder dergleichen begegnet werden.

Das Gehäuse 6 besitzt auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten Schürzen 15, einerseits um eine Führung an der vorher hergestellten Lamelle 16 zu erreichen, andererseits um den oberen Bereich der jeweils herzustellenden Lamelle 17 sauber gegen die Stützflüssigkeit 1 abzutrennen.

Wie Fig. 2 zeigt, kann beim Einbringen der trockenen Mischung für die Dichtwand auch mit einem Schalungsrohr 20 gearbeitet werden, das, wie bei der Schlitzwandbauweise an sich bekannt, zur Abgrenzung jeweils einer Lamelle gegen den mit Stützflüssigkeit gefüllten Schlitz dient. Das Schalungsrohr kann nach Fertigstellung der Lamelle gezogen werden, ohne daß, wie bei Schlitzwänden aus Beton, zuvor das Erhärten der jeweiligen Lamelle abgewartet werden muß.

Solange der Wanddruck in der jeweils zuletzt hergestellten Lamelle kleiner ist als der Flüssigkeitsdruck der Stützflüssigkeit, bleibt die Lamelle stabil; dies ist in den Zeichnungen durch Pfeilpaare angedeutet. Diese Bedingungen sind im allgemeinen dann erfüllt, wenn der Winkel der inneren Reibung des trockenen Gemisches größer ist als 15 Grad.

Wenn der Winkel der inneren Reibung z.B. wegen eines sehr hohen Bentonitanteils unter 15 Grad absinken sollte, sind vertikal verlaufende Lamellen nicht standfest; sie müssen dann mit einer bestimmten Neigung hergestellt werden. Dies ist in Fig. 3 angedeutet.

Hier ist das Teleskoprohr 3′, an dessen unterem Ende wieder das Gehäuse 6′ angebracht ist, in einem Ausleger 18 eines Schrägführungsgerätes 19 gehalten, das auf der Geländeoberfläche 4 verfahrbar ist und seinerseits die Pumpe 8 für die trockene Füllmasse zieht, die durch einen Füllschlauch 7′ dem Teleskoprohr 3′ und dem Gehäuse 6′ zugeführt wird.

Die Neigung der einzelnen Lamellen 16′ und 17′ verläuft unter dem Winkel Phi; in der Richtung der Neigung verlaufen auch die Schürzen 15′ an dem Gehäuse 6′.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsschicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien, wie z.B. Bentonit, gegebenenfalls unter Zusatz von Mineralstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dichtungsschicht bildenden Materialien trocken vorgemischt und als trockenes Gemisch eingebaut werden und daß die für die Wirksamkeit des Gemisches als Dichtungsschicht erforderliche Feuchtigkeit nach dem Einbau zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit in Form der natürlich vorkommenden Bodenfeuchtigkeit, z.B. Grundwasser, zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit z.B. in Form von Oberflächenwasser durch technische Maßnahmen zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch hydraulische Bindemittel, wie z.B. Zement zugegeben werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen einer Dichtwand in einem durch eine Stützflüssigkeit stabilisierten Schlitz (2) im Boden das Gemisch (14) in sich jeweils über die gesamte Höhe der Wand erstreckenden Lamellen (16) von unten nach oben fortschreitend in den Schlitz eingebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der der Stützflüssigkeit zugekehrten und durch diese stabilisierten freien Stirnflächen der Lamellen zur Vertikalen in Abhängigkeit von dem Winkel der inneren Reibung des Gemisches gewählt wird.

7. Vorrichtung zum Einbringen des die Dichtwand bildenden Materials bei dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch ein in den mit Stützflüssigkeit (1) gefüllten Schlitz (2) absenkbares, an seiner Unterseite mit einer verschließbaren Öffnung versehenes Gehäuse (6), das mit dem trockenen Gemisch beschickbar und im Zuge des Einbringens des Gemisches anhebbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) trichterförmig ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) am unteren Rand zumindest an der der Stützflüssigkeit (1) zugekehrten Seite eine Schürze (15) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) zur Beschickung mit dem Gemisch mit einer Leitung (7) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung als teleskopierbares Rohr (3) ausgebildet ist.