DE3733537A1 - Verfahren zur sanierung von betonfundamenten an masten u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von Betonfundamenten an Masten für elektrische Hochspannungs­ leitungen, Eisenbahnoberleitungen, Skiliften od.dgl. mit zumindest einem im Fundament eingebetteten, etwa vertikalen Stahlprofil, welches einen Maststiel haltert bzw. fortsetzt und auf der Oberseite des Fundamentes bzw. eines das Fundament oberirdisch fortsetzenden Sockel­ bereiches austritt.

Die Fundamente von Masten an Hochspannungsleitungen u.dgl. weisen oft bereits nach relativ kurzer Zeit Risse auf, welche vergleichsweise schnell weiterwachsen. Gleichzeitig dringt Feuchtigkeit in die Bereiche des im Fundament eingebetteten Stahlprofiles, welches dementsprechend einer hohen Korrosionsgefahr unterliegt. Aus diesem Grunde müssen die Fundamente regelmäßig inspiziert werden.

Um einen vorzeitigen Verfall der Fundamente bzw. eine vorzeitige Korrosion der Stahlprofile zu vermeiden, werden die Fundamente und insbesondere deren Oberseiten mit Schutz­ anstrichen oder sonstigen Abdeckungen versehen, die verhin­ dern sollen, daß Wasser von oben her in die Fundamente bzw. bereits gebildete Spalte eindringt. Außerdem werden im Bereich der Austrittstelle der Stahlprofile Manschetten od.dgl. aus dauerelastischem Kunststoff angeordnet, welche verhindern sollen, daß Wasser entlang der Stahlprofile in die Fundamente eindringen kann.

Alle diese Maßnahmen haben jedoch keine wirklich nachhaltige Wirkung.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Betonfundamente an Masten elektrischer Hochspannungsleitungen u.dgl. gründlich saniert und eine erheblich verlängerte Lebensdauer der für die Standfestig­ keit der Masten wesentlichen Stahlprofile in den Fundamenten gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß am Stahlprofil gebildete Spalträume durch in das Fundament eingebrachte, bis zum Stahlprofil erstreckte Bohrungen mit einem auch bei Feuchtigkeit aushärtenden, noch in flüssigem Zustand befindlichen Kunststoff unter Druck und Verdrängung von Wasser verfüllt werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß auch in äußer­ lich gut erhaltenen bzw. unbeschädigten Fundamenten an den Stahlprofilen relativ große Spalträume vorhanden sein können. Die Bildung dieser Spalträume dürfte unter anderem auf mecha­ nische Wechselbelastungen der Stahlprofile zurückzuführen sein. Jedenfalls scheinen derartige Spalträume gehäuft bei besonders großen Hochspannungsmasten aufzutreten, deren Mast­ stiele im Bereich des Mastfußes stark gespreizt sind. Beim Einhängen der Hochspannungsleitungen sowie aufgrund von Wind­ einflüssen werden die Maststiele und die damit verbundenen Stahlprofile in den Fundamenten teils auf Druck und teils auf Zug wechselweise belastet. Dementsprechend müssen im Übergangsbereich zwischen den Stahlprofilen und dem angren­ zenden Beton der Fundamente wechselnde Scherbelastungen auftreten, die offensichtlich zu Brüchen in der Betongrenz­ schicht an den Stahlprofilen führen. Hier ist zu berück­ sichtigen, daß die Stahlprofile ohne Zugvorspannung im Fundament verankert sind, so daß bei wechselnden Belastungen der Stahlprofile nicht nur die Fundamentbereiche in der Umgebung unterschiedlich belastet werden, sondern auch aufgrund der unterschiedlichen Elastizität von Stahl und Beton Relativbewegungen zwischen der Oberfläche der Stahl­ profile und der benachbarten Grenzschicht des Betonfunda­ mentes auftreten können. Damit können sich Risse bilden, welche das Verbindungsgefüge zwischen dem Beton und den Stahlprofilen lockern.

Diese Rißbildung wird noch durch Temperatureinflüsse unter­ stützt. Insbesondere muß in diesem Zusammenhang berücksich­ tigt werden, daß das Wärmeleitvermögen von Stahl und Beton unterschiedlich ist. Dementsprechend kann die Temperatur der mit den Maststielen verbundenen Stahlprofile innerhalb des Fundamentes etwas von der Temperatur des umgebenden Betons abweichen. Diese Temperaturunterschiede führen zu zusätz­ lichen mechanischen Spannungen, welche die Rißbildung fördern.

Des weiteren berücksichtigt die Erfindung die neue Erkenntnis, daß in die genannten Risse auch dann Wasser eindringt, wenn die aus dem Erdboden herausragenden Bereiche der Fundamente und insbesondere deren Oberseiten durch wasserdichte Beschich­ tungen, Anstriche od.dgl. abgedeckt sind. Bei dem in die Risse eingedrungenen Wasser handelt es sich offensichtlich nicht in erster Linie um Oberflächenwasser. Vielmehr muß offenbar mit einer erheblichen Dampfdiffusion im Betonfun­ dament gerechnet werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß aus dem umgebenden Erdreich Feuchtigkeit in die Beton­ fundamente eindringen kann. Im übrigen bilden sich auch beim Abbinden des Betons größere Wassermengen, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Prozeß des Abbindens außer­ ordentlich langwierig ist und bis zu einer vollständigen Aushärtung des Betons viele Jahre in Anspruch nimmt.

Im übrigen wird der Flüssigkeitstransport innerhalb des Fundamentes noch durch osmotische Effekte unterstützt. Denn die chemische Zusammensetzung des Fundamentes ist nicht vollständig homogen. So sind insbesondere in der Umgebung der Stahlprofile metallische Komplexe in erhöhter Konzentration vorhanden. Dadurch werden zusätzliche Fluktua­ tionen von Wasser ausgelöst.

Die Spalträume in der Umgebung der Stahlprofile können auch bei äußerlich gut erhaltenen Fundamenten eine überraschend große Ausdehnung besitzen. Jedenfalls können mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren oftmals mehrere Liter des Kunst­ stoffes in die Spalträume eingebracht werden, insbesondere, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit hohem Druck, beispielsweise einem Druck von über 200 bar, gearbeitet wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Wasser aus den Spalträumen verdrängt, gleichzeitig werden die Oberflächen der Stahlprofile mit einer wasserundurchlässigen Kunststoff­ schicht abgedeckt, welche die Oberfläche der Stahlprofile fest, jedoch mit einer gewissen elastischen Nachgiebigkeit, mit dem angrenzenden Beton verbindet.

Im übrigen dringt der Kunststoff auch in Risse ein, welche sich gegebenenfalls im Fundament von den Spalträumen an den Stahlprofilen ausgehend gebildet haben. Damit werden auch brüchige Zonen im Betonfundament verfugt und abgedichtet.

Bei der Erfindung wird also erstmals berücksichtigt, daß Schäden an Betonfundamenten von Masten für elektrische Hochspannungsleitungen u.dgl. vornehmlich zunächst innerhalb der Fundamente an den die Maststiele halternden Stahlprofilen auftreten und erst mit erheblicher zeitlicher Verzögerung an den Fundamentaußenseiten sichtbar werden. Aufgrund des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens werden die Fundamente von innen heraus saniert, so daß ein Fortschreiten verborgener Schäden ver­ mieden und eine lange Lebensdauer der Fundamente erreichbar werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können in den Endöffnungen der Bohrungen an der Außenseite des Fundamentes Rückschlagventile angeordnet werden, um einen Rückfluß des in die Bohrungen eingepreßten flüssigen Kunststoffes zu verhindern und eine Aushärtung desselben unter Druck gewährleisten zu können.

Bevorzugt wird der Kunststoff unter einem Druck von mehr als 200 bar, beispielsweise mit ca. 300 bar, in die Bohrungen eingepreßt, und zwar zweckmäßigerweise so lange, bis der noch flüssige Kunststoff aus Rissen im Fundament bzw. auf der Oberseite des Fundamentes am Stahlprofil austritt. Auf diese Weise läßt sich sicher gewährleisten, daß der eingepreßte Kunststoff das gesamte eingedrungene Wasser zumindest aus den Spalträumen an den Stahlprofilen verdrängt und dieselben wirksam gegen einen Angriff weiterer Feuchtigkeit schützt.

In der Regel genügt es, wenn die Bohrungen bis in eine Zone am Stahlprofil geführt werden, welche von der Oberseite des Fundamentes bzw. des Sockelbereiches des Fundamentes einen Abstand in der Größenordnung des Radius des Fundamentes bzw. Sockelbereiches hat. Damit läßt sich der Kunststoff praktisch in sämtliche Spalträume an den Stahlprofilen sowie angren­ zende Fugen einpressen.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Bohrungen tiefer herabzuführen. Dies kann bei stärker beschädigten Fundamenten mit bereits von außen deutlicher sichtbaren Beschädigungen zweckmäßig sein.

Gegebenenfalls kann auch eine bereits marode obere Zone des Fundamentes bzw. des Sockelbereiches an der Austritt­ stelle des Stahlprofiles abgetragen und durch Betonsegmente ersetzt werden, welche voneinander sowie vom Stahlprofil und den nach unten anschließenden Bereichen von Sockel bzw. Fundament von Trennfugen mit nachgiebiger, feuchtigkeits­ dichter Füllung abgeteilt sind bzw. werden. Bei dieser Bauweise wird - wie aus der älteren, nicht vorveröffent­ lichten Patentanmeldung P 37 18 169.6 hervorgeht - berücksichtigt, daß das Fundament in der genannten oberen Zone durch Schwingungen der Maststiele sowie Temperatur- und Wettereinflüsse besonders stark beansprucht wird. Aufgrund der segmentierten Bauweise können mechanische Schwingungen der Stahlprofile bzw. der Maststiele an den Austrittstellen keine Zerstörungen bewirken. Vielmehr werden diese Schwingungen durch die nachgiebige Lagerung der Segmente wirksam gedämpft. Darüber hinaus können auch bei starker Sonneneinstrahlung und damit hervorgerufener starker Erwärmung der von der Sonne beschienenen Oberseite des Fundamentes aufgrund der segmentierten Bauweise keinerlei zerstörerische Wärmespannungen auftreten. Schließlich kann auch eine stärkere Erwärmung bzw. Abkühlung der Segmente zu keinerlei weitreichenden Dampfdiffusionen bzw. Feuchtig­ keitstransporten im Fundament führen, da die Segmente vom übrigen Fundament feuchtigkeitsdicht abgetrennt sind.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt die einzige Figur ein Schnittbild eines Funda­ mentes für den Stiel eines Mastes einer Hochspannungs­ leitung, wobei von der Fundamentoberseite her Bohrungen schräg zu einem den Maststiel halternden Stahlprofil innerhalb des Fundamentes geführt sind, um Hohl- bzw. Spalträume an dem Stahlprofil mit Kunststoff ausfüllen zu können.

Das insgesamt mit 1 bezeichnete Fundament eines Maststieles 2 eines Stahlmastes für Hochspannungsleitungen besteht im wesentlichen aus einer tief im Boden eingebetteten Basis­ platte 3, welche sich einstückig in einen säulenförmigen bzw. gestuften Teil 4 fortsetzt, der seinerseits oberhalb des Erdbodens 5 einen Sockel 6 bildet. Das gesamte Fundament 1 besteht aus armiertem Beton (Armierungen nicht dargestellt).

Innerhalb des Fundamentes 1 ist ein mit dem Maststiel 2 verbundenes bzw. dasselbe fortsetzendes Stahlprofil 7 einge­ bettet, welches auf der Oberseite des Sockels 6 austritt und in den Maststiel 2 übergeht. Das Stahlprofil 7 kann bis zur Basisplatte 3 erstreckt sein. In der Regel endet es jedoch oberhalb der Basisplatte 3.

Die Stahlprofile 7 bzw. die Maststiele 2 werden unter Umständen stark wechselnd und ungleichförmig belastet, beispielsweise wenn die Hochspannungsleitungen an den Masten aufgehängt werden bzw. wenn die Hochspannungsleitungen bei stärkerem Wind zu pendeln beginnen. Dabei können die Mast­ stiele 2 bzw. die Stahlprofile 7 wechselnd auf Zug und Druck beansprucht werden, gleichzeitig treten mehr oder weniger starke Biegebeanspruchungen auf. Außerdem können noch mechanische Schwingungen angeregt werden. Dies hat zur Folge, daß die dem Stahlprofil 7 benachbarte Grenzschicht des Betons mechanisch außerordentlich stark beansprucht wird.

Hinzu kommt noch, daß die Oberseite des Sockels 6 bei Sonneneinstrahlung im Vergleich zum übrigen Fundament 1 stark erwärmt wird, so daß oberhalb des Erdbodens 5 innerhalb des Fundamentes starke Wärmespannungen auftreten können. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Maststiele 2 in der Regel eine andere Temperatur als die Oberseite des Sockels haben. Aufgrund des vom Beton abweichenden Wärmeleitvermögens von Stahl muß dann auch das den jeweiligen Maststiel 2 fort­ setzende Stahlprofil eine vom umgebenden Beton abweichende Temperatur aufweisen. Aufgrund dieser Einflüsse wird die das Stahlprofil 7 umgebende Grenzschicht des Betons im oberen Bereich des Fundamentes 1 noch zusätzlich mechanisch belastet.

Die beschriebenen Belastungen führen zu Rissen im Fundament 1. Dies ist zwar grundsätzlich bekannt. Jedoch wurde bislang nicht bemerkt, daß sich dabei auch in der Umgebung der Stahlprofile 7 relativ ausgedehnte Spalträume bilden können.

Des weiteren wurde bisher nicht ausreichend berücksichtigt, daß die Stahlprofile 7 innerhalb des Fundamentes 1 einer relativen großen Korrosionsgefahr unterworfen sind. Trotz der an sich bekannten Rißbildung wurde nämlich davon ausge­ gangen, daß die Stahlprofile 7 hinreichend vor Feuchtigkeit geschützt seien, wenn ein Eindringen von Wasser auf der Oberseite des Fundamentes 1 und insbesondere im Bereich der Austrittstelle des Stahlprofiles 7 verhindert wird. Dazu werden oberseitig des Fundamentes an den Maststielen 2 bzw. den Stahlprofilen 7 Manschetten 10 aus Kunststoff angeordnet, welche die Austrittstelle vollständig gegen Wasser von oben abdichten. Darüber hinaus wird die Ober­ seite des Fundamentes 1 durch Schutzanstriche oder sonstige Maßnahmen völlig wasserdicht ausgebildet.

Die Erfindung berücksichtigt nun die neue Erkenntnis, daß trotz dieser Maßnahmen erhebliche Wassermengen im Fundament 1 auftreten können. Dies dürfte einerseits darauf beruhen, daß das Fundament 1 zumindest bereichsweise Feuchtigkeit aus dem Erdboden aufnimmt. Außerdem bilden sich beim Abbin­ den des Betons größere Wassermengen, die zumindest dann, wenn der das Fundament 1 umgebende Erdboden relativ feucht ist, nicht in das umgebende Erdreich diffundieren können und dementsprechend im Fundament verbleiben und sich in eventuellen Rissen u.dgl. ansammeln.

Damit können auch die im Fundament 1 eingebetteten Stahlprofile 7 durch Feuchtigkeit verstärkt angegriffen werden, wenn die die Stahlprofile 7 umgebende Beton- Grenzschicht brüchig geworden ist. In der Figur sind entsprechende brüchige Bereiche mit 11 bezeichnet.

Zur Sanierung des Fundamentes 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, von der Fundamentoberseite aus Bohrungen 12 schräg in Richtung der Stahlprofile 7 zu führen, und zwar bis in die brüchigen Bereiche 11. An den nach außen führen­ den Endöffnungen der Bohrungen 12 werden sodann Rückschlag­ ventile 13 dübelartig befestigt. Sodann wird mittels nicht dargestellter Pumpen ein in feuchter Umgebung aushärtendes Kunststoffmaterial in noch flüssigem Zustand unter hohem Druck in die Bohrungen 12 eingepreßt, derart, daß auch die brüchigen Bereiche 11 mit dem flüssigen Kunststoff verfüllt werden und in den brüchigen Bereichen 11 angesammeltes Wasser verdrängt wird. Das Einpressen des Kunststoffes erfolgt unter hohem Druck, beispielsweise 300 bar.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß auch in äußerlich gut erhaltene Fundamente 1 mehrere Liter Kunst­ stoffmaterial eingepreßt werden können, bevor das Kunst­ stoffmaterial an Oberflächenrissen des Fundamentes 1 bzw. an der Austrittstelle der Stahlprofile 7 herausquillt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Stahlprofile 7 nachträglich mit Kunststoff ummantelt, welcher gleichzeitig eine elastisch nachgiebige Verbindung zwischen den Stahl­ profilen 7 und dem umgebenden Beton sicherstellt.

Als Kunststoffmaterial sind beispielsweise Kunstharze besonders gut geeignet.

Gegebenenfalls können die Bohrungen 12 auch von der vertikalen Mantelfläche des Sockels 6 aus zum Stahl­ profil 7 geführt werden. Darüber hinaus können die Bohrungen 12 zu unterschiedlich tiefen Zonen am Stahl­ profil 7 führen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Sanierung von Betonfundamenten an Masten für elektrische Hochspannungsleitungen, Eisenbahnoberleitungen, Skiliften od.dgl. mit zumindest einem im Fundament eingebetteten, etwa vertikalen Stahlprofil, welches einen Maststiel haltert bzw. fortsetzt und auf der Oberseite des Fundamentes bzw. eines das Fundament oberirdisch fortsetzenden Sockelbereiches austritt, dadurch gekennzeichnet, daß am Stahlprofil (7) gebildete Spalträume (11) durch in das Fundament (1) eingebrachte, bis zum Stahlprofil (7) erstreckte Bohrungen (12) mit einem auch bei Feuchtigkeit aushärtenden, noch in flüssigem Zustand befindlichen Kunststoff unter Druck und Verdrängung von Wasser verfüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Endöffnungen der Bohrungen (12) an der Außenseite des Fundamentes (1) Rückschlagventile (13) angeordnet sind bzw. werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (12) bis in eine Zone am Stahlprofil (7) geführt werden, welche von der Oberseite des Fundamentes (1) bzw. des Sockelbereiches (6) einen Abstand in der Größen­ ordnung des Radius des Fundamentes (1) bzw. Sockel­ bereiches (6) hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der noch flüssige Kunststoff mit einem Druck von mehr als 200 bar in die Bohrungen (12) eingedrückt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der noch flüssige Kunststoff so lange eingepreßt wird, bis er aus Rissen im Fundament (1) bzw. auf der Oberseite des Fundamentes (1) am Stahlprofil (7) austritt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein Kunstharzsystem verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegebenenfalls marode obere Zone des Fundamentes (1) bzw. des Sockelbereiches (6) an der Austrittstelle des Stahlprofiles (7) abgetragen und durch Betonsegmente ersetzt wird, welche voneinander sowie vom Stahlprofil und den nach unten anschließenden Bereichen von Sockel bzw. Fundament durch Trennfugen mit nachgiebiger, feuchtigkeitsdichter Füllung abgeteilt sind bzw. werden.