DE4002457C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine wasserdichte Bohrschachtgründung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei nach dem Gefrierverfahren hergestellten Schächten sind verschiedene Lösungen für abbauunempfindliche Gründungen bekannt. Diese Lösungen können jedoch nicht auf Bohrschächte übertragen werden, weil dort der Gründungsbereich nicht zugänglich ist.

Die bislang für Bohrschächte bekannten Gründungen sind ge­ birgsverbunden und deshalb abbauempfindlich. Hierbei wird nach dem Fertigstellen der Schachtbohrung der außen dichte Schachtausbau als Schwimmkörper mittels Ballastwasser und Eigengewicht abgesenkt, bis die vorgesehene Endposition erreicht ist. In dieser Endposition wird das untere Ende des Schachtausbaus mit einem Fundament eingeschuht, das aus zwischen dem Gebirge und dem Schachtausbau eingebrachtem Unterwasserbeton besteht. Der Ringraum zwischen dem Schacht­ ausbau und dem Gebirge oberhalb des Fundaments wird nach dem Aushärten des Unterwasserbetons mit weichem Asphalt verfüllt, das die in diesem Ringraum anstehende Bohrflüssigkeit ver­ drängt. Nachteilig an einer solchen Bohrschachtgründung ist der Sachverhalt, daß das untere Ende des Schachtausbaus starr eingefaßt wird, so daß Abbaubewegungen des Gebirges - ggf. verbunden mit Neigungen des Schachtausbaus gegenüber der Schachtachse - die Bohrschachtgründung irreparabel schädigen und damit undicht werden lassen können.

Aus der DE-OS 36 29 555 ist ein Bohrschachtausbau bekannt, bei welchem vor dem Einschwimmen der Schachtausbausäule ein Fundamentkörper eingebracht, mit Unterwasserbeton hinter­ füllt und anschließend auf eine Gegendichtfläche des Fun­ damentkörpers eine Dichtfläche des Fußschusses der Schacht­ ausbausäule aufgesetzt wird. Durch diese Verfahrensweise können vom Bohrlochmund aus zunächst der Fundamentkörper eingebracht und unabhängig davon die Schachtausbausäule nach ihrer Fertigstellung dichtend aufgesetzt werden.

In der Zeitschrift "Glückauf" 100 (1964), Heft 25, S. 1476, wird das Abteufen und Ausbauen von Gefrierschächten beschrie­ ben. Hierbei handelt es sich nicht um Bohrschächte. Aller­ dings ist zwischen einer Fußplatte des zur Anwendung gelan­ genden Stahl-Beton-Verbundausbaus und dem Fundament eine Kreisringplatte aus Blei vorgesehen. Diese hat die Aufgabe, die Last vom Schachtrohr gleichmäßig auf das Fundament zu verteilen und Querkräfte abzubauen. Sie soll wie ein Gelenk wirken.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine wasserdichte Bohrschachtgründung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend auszubilden, daß Abbaubewegungen des Gebirges keinen negativen Einfluß mehr auf die wasserdichte Qualität der Bohrschachtgründung ausüben können, und zwar auch nicht bei größeren Krümmungen der Schachtachse bis zu Neigungen des Schachtausbaus von etwa 2%.

Die Lösung dieses Problems besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merk­ malen.

Danach steht der Schachtausbau mit seinem unteren Ende nun­ mehr auf einer Flüssigkeit und ist außen vollständig von Flüssigkeit umgeben. Das hydraulische Axialdrucklager nimmt die vertikalen Belastungen auf, während der umfangsseitige hydraulische Ringzylinder die Nachgiebigkeits- und Dicht­ funktionen wahrnimmt. Diese beiden Elemente bilden eine Gelenkanordnung, die es dem Schachtausbau erlaubt, um bis zu 2% Neigungsänderung gegenüber dem Fundament zu kippen, ohne daß die Wasserdichtheit der Bohrschachtgründung beeinträch­ tigt wird. Außerdem bleibt die Bohrschachtgründung frei von Kraftumlagerungen.

Das hydraulische Axialdrucklager dient der dauerhaften Über­ tragung des Eigengewichts des Schachtausbaus über das Funda­ ment bis ins Gebirge. Das hydraulische Medium im Axialdruck­ lager wird mit dem dem Eigengewicht des Schachtausbaus ent­ sprechenden Druck beaufschlagt, und zwar unabhängig vom jeweiligen Kippzustand des Schachtausbaus, der bei Abbauein­ wirkungen eintreten kann. Folglich werden in jedem Kippzu­ stand gleichmäßig über den Umfang verteilte senkrechte Drücke ins Gebirge abgeleitet. Auf diese Weise werden sowohl das Gebirge als auch der Schachtausbau so denkbar gering wie nur möglich belastet. Der den unteren Höhenbereich des Schacht­ ausbaus umhüllende hydraulische Ringzylinder dichtet den Bohrschacht nachgiebig gegen das Fundament ab. Hierbei ist es von Bedeutung, daß sich der Ringzylinder ausreichend hoch entlang des Schachtausbaus vom Axialdrucklager nach oben bis in den Ringraum mit dem weichen Asphalt erstreckt. Damit kann dieser Asphalt seinen hydraulischen Druck ständig auf das hydraulische Medium des Ringzylinders übertragen.

Mit den Merkmalen der Erfindung gelingt es, einen Schacht­ ausbau für einen Bohrschacht im wasserdichten Teil vollstän­ dig gleitend zu gründen. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß evtl. Schäden im nicht wasserdichten gebirgsverbundenen Schachtausbau unterhalb der Kippgelenkanordnung vergleichs­ weise problemlos vom Hohlraum des Bohrschachts aus repariert werden können. Ein derartig abbauunempfindlich gegründeter wasserdichter gleitender Schachtausbau für Bohrschächte gestattet es mithin, Bohrschächte auch in Abbaubereichen mit starken Abbaueinwirkungen anzuordnen, um diese Abbaubetriebe mit frischen Wettern zu versorgen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Axialdrucklagers wird in den Merkmalen des Anspruchs 2 gesehen. Dieses Kissen hat einen bevorzugt ovalen Querschnitt mit einer flachen Ober­ seite, die mit der unteren Stirnseite des Schachtausbaus in Kontakt steht und mit einer flachen Unterseite, die an dem Fundament zur Anlage kommt. Die Breite dieses ovalen Kissens ist der Wanddicke des Schachtausbaus angepaßt. Seine Höhe liegt zwischen 100 und 200 mm. Die Wände des Kissens können statisch ausreichend dick ausgelegt werden. Das Kissen ist mit einem nicht korrosiven Medium gefüllt, wo­ durch eine Korrosion der Stahlhaut des Kissens ausgeschlos­ sen werden kann.

Wie vorstehend bereits dargelegt, werden vertikale Drücke aus dem Eigengewicht des Schachtausbaus gleichmäßig über das Axialdrucklager und das Fundament in das Gebirge abgeleitet. Aus der Krümmung der Schachtachse entstehende horizontale Querkräfte werden durch Reibung und Haftung von dem Schacht­ ausbau auf die flache Oberseite des Kissens übertragen, durch Schubspannungen von der Oberseite über die radial innen- und außenliegenden gekrümmten Verbindungsbereiche in die flache Unterseite des Kissens geleitet und von dort weiter ins Gebirge abgetragen. Das Kissen ist so ausgelegt, daß es ständig Ringzugspannungen aus dem Druck des hydrau­ lischen Mediums aufnehmen kann. Wird das Kissen aus diversen Blechen zusammengeschweißt, müssen die Schweißnähte diesen Ringzugspannungen angepaßt werden.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 kann das Axialdrucklager mit der unteren Stirnseite des Schachtausbaus verbunden sein.

Was den umfangsseitigen Ringzylinder der hydraulischen Kipp­ gelenkanordnung anlangt, besteht eine vorteilhafte Ausfüh­ rungsform in den Merkmalen des Anspruchs 4. Auch bei diesem Ringzylinder handelt es sich wie bei dem Axialdrucklager um einen allseitig geschlossenen mit Flüssigkeit gefüllten Stahlhohlkörper. Der im Horizontalschnitt kreisringförmige Ringzylinder hat eine radiale Dicke von etwa 100 mm bis 200 mm und braucht nur wenige Meter hoch ausgebildet und mit einem relativ dünnen äußeren Stahlmantel versehen werden, der an die Außenwand des Schachtausbaus dicht angeschlossen ist. Der Ringzylinder ragt so weit über den kreisringförmig den Schachtausbau umgebenden Abschnitt des Fundaments in den darüberliegenden weichen Asphalt hinein, mindestens aber 1 m, daß der hydraulische Druck des Asphalts im Ringraum zwischen dem Gebirge und dem Schachtausbau über den relativ dünnen Stahlmantel des Ringzylinders auf das hydraulische Medium im Ringzylinder übertragen wird. Ein Kippen des Schachtausbaus führt folglich auch zu einem Kippen der Außen­ wand des Ringzylinders und damit zu einem entsprechenden Fließen des hydraulischen Mediums im Ringzylinder.

Obwohl das Axialdrucklager und der umfangsseitige Ringzylinder mit verschiedenen hydraulischen Medien befüllt sein können, besteht eine bevorzugte Lösung in den Merkmalen des An­ spruchs 5, wonach das Axialdrucklager und der Ringzylinder mit einem dickflüssigen Gemisch aus Kalkmehl, Feinsand und Bitumen befüllt sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnun­ gen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 im vertikalen Querschnitt verschiedene Stadien bei der Herstellung einer Bohrschachtgründung und

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung im vertikalen Querschnitt den wasserdichten Bereich einer Bohrschachtgründung.

In der Fig. 1 ist mit 1 das untere Ende eines Bohrschachts bezeichnet, der mit Bohrflüssigkeit 2 gefüllt ist.

In diesen Bohrschacht 1 wird ein außen dichter Schachtausbau 3 gemäß Fig. 2 eingeschwommen. Zu diesem Zweck ist stirn­ seitig des Schachtausbaus 3 ein Stahlzylinder 4 axial ange­ setzt und mit einem Schwimmboden 5 sowie einer Schwimmboden­ ergänzung 6, insbesondere aus Beton, versehen. Stahlzylinder 4, Schwimmboden 5 und Schwimmbodenergänzung 6 bilden einen Ballastkörper, der durch Aufhängeorgane 7 mit dem Schacht­ ausbau 3 verbunden ist. Oberhalb dieses Ballastkörpers ist der Raum innerhalb des Schachtausbaus 3 mit Ballastwasser 8 gefüllt.

Hat der Schachtausbau 3 entsprechend der Darstellung der Fig. 2 seine vorgesehene Endposition erreicht (siehe jetzt auch Fig. 3 und 4), wird der Bohrschacht 1 bodenseitig mit Sand 9 verfüllt und der Raum zwischen dem Sand 9 und dem Schwimmboden 5, der Raum umfangsseitig des Stahlzylinders 4 sowie der Raum umfangsseitig des Schachtausbaus 3 bis zu einer Höhe von etwa 2 bis 5 m oberhalb der Stirnseite 11 des Schachtausbaus 3 an gesehen, mit Unterwasserbeton als Fundament 10 unter Verdrängung der Bohrflüssigkeit 2 ausge­ füllt.

Der Ringraum zwischen dem Schachtausbau 3 und dem Gebirge 12 oberhalb des Fundaments 10 wird unter Verdrängung der Bohr­ flüssigkeit 2 mit weichem Asphalt 13 verfüllt.

Wie insbesondere die Fig. 4 erkennen läßt, ist am oberen Ende des Stahlzylinders 4 umfangsseitig ein Stahlbetonring 14 angesetzt, dessen Höhe etwa gleich seiner Breite gewählt wird. Auf dem Stahlbetonring 14 ist ein Axialdrucklager 15 aus einem allseitig geschlossenen ringförmigen stählernen Kissen angeordnet. Das Axialdrucklager 15 hat einen weitge­ hend ovalen Querschnitt mit einer flachen Oberseite 16 und einer flachen Unterseite 17, die am radial innenliegenden und am radial außenliegenden Umfang durch bogenförmige Ab­ schnitte 18 miteinander verbunden sind. Dieses Axialdruck­ lager 15 ist mit einem nicht korrosiven flüssigen Medium 19 aus einem dickflüssigen Gemisch aus Kalkmehl, Feinsand und Bitumen gefüllt. Die Breite des Axialdrucklagers 15 ist auf die Wanddicke des Schachtausbaus 3 abgestellt. Seine Höhe bewegt sich etwa zwischen 100 und 200 mm.

Auf dem Axialdrucklager 15 stützt sich der Schachtausbau 3 vertikal ab. Schachtausbau 3 und Axialdrucklager 15 können miteinander verbunden sein.

Umfangsseitig des Schachtausbaus 3 ist ein kreisringförmiger Ringzylinder 20 mit einem Stahlmantel angeordnet, der mit einem flüssigen Medium gefüllt ist. Der Ringzylinder 20 erstreckt sich vom Axialdrucklager 15 aus entlang des den Schachtausbau 3 kreisringförmig umgebenden Abschnitts 21 des Fundaments 10 wenige Meter hoch bis in den Ringraum mit dem weichen Asphalt 13 hinein. Die Oberkante 22 des Ringzy­ linders 20 endet etwa 1 m oberhalb der Stirnfläche 23 des kreisringförmigen Abschnitts 21 des Fundaments 10.

Der Ringzylinder 20 ist in Verbindung mit dem außen dichten Schachtausbau 3 allseitig geschlossen. Er ist ebenfalls mit einem nicht korrosiven Medium 19, und zwar einem dickflüs­ sigen Gemisch aus Kalkmehl, Feinsand und Bitumen gefüllt. Die radiale Dicke des Ringzylinders 20 beträgt etwa 100 bis 200 mm.

Das Axialdrucklager 15 und der Ringzylinder 20 bilden eine hydraulische Kippgelenkanordnung, welche es dem Schachtaus­ bau 3 erlaubt, um etwa 1 bis 2% gegenüber dem Fundament 10 zu kippen, ohne daß zu befürchten ist, daß die durch solche Kippbewegungen hervorgerufenen Beanspruchungen sich negativ auf die Wasserdichtheit der Bohrschachtgründung auswirken. Der Schachtausbau 3 steht mit seinem unteren Ende auf einem hydraulischen Kissen und ist außen vollständig von Flüssigkeit umgeben.

Claims (5)

1. Wasserdichte Bohrschachtgründung, insbesondere für star­ ken Abbaueinwirkungen ausgesetzte Bohrschächte, die sich aus einem nach dem Einschwimmen eines außen dichten Schachtaus­ baus (3) aus Unterwasserbeton hergestellten Fundament (10) für den Schachtausbau (3) und aus in den Ringraum zwischen dem Schachtausbau (3) und dem Gebirge (12) oberhalb des Fundaments (10) unter Verdrängung der Bohrflüssigkeit (2) eingebrachten weichen Asphalt (13) zusammensetzt, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fundament (10) und dem Schachtausbau (3) eine hydraulische Kippgelenkanordnung (15, 20) vorgesehen ist, die aus einem stirnseitig des Schachtausbaus (3) angeordneten, mit einem hydraulischen Medium (19) befüllten Axialdrucklager (15) und aus einem umfangsseitig außen am unteren Abschnitt des Schachtausbaus (3) anliegenden Ringzylinder (20), gebildet aus einem Stahlmantel, der ebenfalls mit einem hydraulischen Medium (19) befüllt ist, besteht, und daß der Ringzylinder (20) sich vom Axialdrucklager (15) aus nach oben über die Stirnfläche (23) eines den Schachtausbau (3) kreisringförmig umgebenden Abschnitts (21) des Fundaments (10) hinaus bis in den Ringraum mit dem weichen Asphalt (13) erstreckt.

2. Bohrschachtgründung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Axialdrucklager (15) aus einem allseitig geschlossenen ringförmigen stählernen Kissen gebildet ist, das mit einem nicht korrosiven hydraulischen Medium (19) gefüllt ist.

3. Bohrschachtgründung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialdrucklager (15) mit dem Schachtausbau (3) verbunden ist.

4. Bohrschachtgründung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ringzylinder (20) aus einem allseitig geschlossenen und mit einem nicht korrosiven hy­ draulischen Medium (19) gefüllten, einen kreisringförmigen Horizontalschnitt aufweisenden Stahlzylinder gebildet ist, der mit dem Schachtausbau (3) verbunden ist.

5. Bohrschachtgründung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Axial­ drucklager (15) und der Ringzylinder (20) mit einem dick­ flüssigen Gemisch aus Kalkmehl, Feinsand befüllt sind.