DE4011504A1 - Uferschutzwerk, laengswerk, querwerk, wellenbrecher od. dgl. sowie zugehoerige bauelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die bereits im Titel der o. g. Pa­ tentanmeldung genannten Baukonstruktionen des Küstenschutzes sowie andere wellenbeanspruchte Böschungsstrukturen; insbesondere Uferschutzwerke, Längswerke, Querwerke, Wellenbrecher od. dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dieser Zusatzanmeldung sowie zugehörige Bauelemente.

Längswerke, Querwerke und Deckschichten geneigter Wellenbrecher müssen wie die Deckwerke an Deichböschungen auf dynamische Beanspruchungen infolge brechender Meereswellen dimensioniert werden. Da die beim Wellenbrechvorgang am Bauwerk umzusetzende Wellenenergie dem Quadrat der Wellenhöhe proportional ist, stellt die bei gegebenen geometrischen Bedingungen maximal am Bauwerk mögliche Brecherhöhe eine maßgebliche Bemessungsgröße dar. Darüber hinaus sind der Wasserstand, die Brecherform, die Brecherposition relativ zum Bauwerk sowie die Bauwerksgeometrie von besonderer Bedeutung.

Herkömmliche Deckschichten von Wellenbrechern, Längswerke und Querwerke bestehen oft aus unregelmäßig verlegten Betonformkörpern (Tetrapoden, Quadripoden, Dolossen etc.), deren Wirkung in der Energieumwandlung durch turbulente Wasser-Luft- Durchmischungsvorgänge und Stoßvorgänge besteht.

Ferner ist bekannt, daß durch die Gestaltung der Wassertie­ fenverhältnisse vor dem Bauwerk, durch die Formgebung des Bauwerksquerschnittes, durch die Wahl der Baustoffe und durch die konstruktive Gestaltung der Bauwerksoberfläche der Lastübertragungsmechanismus "Welle - Bauwerk" beeinflußt werden kann.

Der darüber hinaus zur Lastentwicklung beitragende Wechsel­ wirkungsprozeß zwischen der oberflächennahen Wasserteilchen­ kinematik der ankommenden Welle und derjenigen des Rücklaufwassers der vorausgegangenen Welle ist bisher nicht gezielt durch konstruktive Maßnahmen im Sinne geringerer wellenerzeugter Bauwerksbelastungen zu beeinflussen versucht worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Baukonstruktionen hinsichtlich ihrer dynamischen Beanspruchung infolge brechender Wasserwellen durch Beeinflussung des betreffenden Wechselwirkungsprozesses zu verbessern.

Diese Aufgabe wird insbesondere bei durchlässig gestalteten Deckschichten von Längswerken, Querwerken und bei geneigten Wellenbrechern durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Während kleinformatige durchströmbare Betonkörper als Elemente von Hohlstrukturen eine weitere Ausführungsform von Deckwerken und Deichaußenböschungen od. dgl. gemäß Patentanmeldung P 39 30 997.5-25 darstellen, kann die entsprechende Wirkung bei wellenbrecherartigen Bauwerken, Längswerken, Querwerken od. dgl. durch großvolumige durchströmbare Betonformkörper erzielt werden. Darüber hinaus sind solche auch geeignet, als die eigentlichen Tragelemente derartiger Baukonstruktionen verwendet zu werden. Beispielsweise können sie als Bausteine des Stützkörpers dammartiger Strukturen in regelmäßiger Stapelung mit geeignetem Material verfüllt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen aber vor allem darin, daß die im Anschluß an das Wellenbrechen über dem Bauwerk vorhandenen Wassermassen in vornehmlich vertikaler Richtung effektiver in das Bauwerk eingeleitet werden und dadurch eine Steuerung des Reflexionsprozesses durch die Wellenauflauf- Rücklauf-Bewegung weitgehend unterbunden wird.

Dies hat zur Folge, daß die für die Bemessung relevante Bela­ stungscharakteristik insgesamt günstig beeinflußt wird. Insbesondere kann eine geringere Bemessungswellenhöhe zugrun­ degelegt werden mit der Folge, daß Herstellungs- und Unter­ haltungskosten eingespart werden.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 16 den Vertikalschnitt durch eine etwa böschungsparallele Hohlkörperstruktur, die prinzipiell durch die Stapelung von durchströmbaren Formkörpern (vorzugsweise etwa gemäß Fig. 17a bis Fig. 20e) zu einem Verband an einem Stützkörper entsteht,

Fig. 17a die Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Formkörpers mit 4 Öffnungen an seiner Oberseite und 2 Öffnungen an seiner Unterseite, vergl. Fig. 16,

Fig. 17b eine Seitenansicht des Formkörpers gemäß Fig. 17a,

Fig. 17c den Vertikalschnitt A-A des Formkörpers gemäß Fig. 17a,

Fig. 17d den Vertikalschnitt B-B des Formkörpers gemäß Fig. 17a,

Fig. 17e eine Vorderansicht des Formkörpers gemäß Fig. 17a,

Fig. 17f den Vertikalschnitt C-C des Formkörpers gemäß Fig. 17a,

Fig. 17g den Vertikalschnitt D-D des Formkörpers gemäß Fig. 17a,

Fig. 18a die Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Formkörpers mit 2 Öffnungen an seiner Oberseite und einer Öffnung an seiner Unterseite,

Fig. 18b eine Seitenansicht des Formkörpers gemäß Fig. 18a,

Fig. 18c den Vertikalschnitt A-A des Formkörpers gemäß Fig. 18a,

Fig. 18d eine Vorderansicht des Formkörpers gemäß Fig. 18a,

Fig. 18e den Vertikalschnitt B-B des Formkörpers gemäß Fig. 18a,

Fig. 19a die Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Formkörpers mit 4 Öffnungen an seiner Oberseite und 2 Öffnungen an seiner Unterseite,

Fig. 19b eine Seitenansicht des Formkörpers gemäß Fig. 19a,

Fig. 19c den Vertikalschnitt A-A des Formkörpers gemäß Fig. 19a,

Fig. 19d eine Vorderansicht des Formkörpers gemäß Fig. 19a,

Fig. 19e den Vertikalschnitt B-B des Formkörpers gemäß Fig. 19a,

Fig. 19f den Vertikalschnitt C-C des Formkörpers gemäß Fig. 19a,

Fig. 20a die Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Formkörpers mit 2 Öffnungen an seiner Oberseite und einer Öffnung an seiner Unterseite,

Fig. 20b eine Seitenansicht des Formkörpers gemäß Fig. 20a,

Fig. 20c den Vertikalschnitt A-A des Formkörpers gemäß Fig. 20a,

Fig. 20d eine Vorderansicht des Formkörpers gemäß Fig. 20a,

Fig. 20e den Vertikalschnitt B-B des Formkörpers gemäß Fig. 20a,

Fig. 21 den Vertikalschnitt durch eine Dammstruktur, die prinzipiell durch einen Verband von Formkörpern (vorzugsweise gemäß Fig. 23a bis 24f) gebildet wird,

Fig. 22 die Draufsicht auf die Endausbildung einer aus Formkörpern gemäß Fig. 23a bis 23e oder gemäß Fig. 24a bis 24f gebildeten Dammstruktur,

Fig. 23a die Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Formkörpers mit 4 Öffnungen an seiner Oberseite und einer Öffnung an seiner Unterseite,

Fig. 23b eine Seitenansicht des Formkörpers gemäß Fig. 23a,

Fig. 23c den Vertikalschnitt A-A des Formkörpers gemäß Fig. 23a,

Fig. 23d eine Vorderansicht des Formkörpers gemäß Fig. 23a,

Fig. 23e den Vertikalschnitt B-B des Formkörpers gemäß Fig. 23a,

Fig. 24a die Draufsicht auf eine Formkörperkombination, die aus 2 Teilstrukturen zu einem der Fig. 23a bis 23e entsprechenden Formkörper mit 4 Öffnungen an der Oberseite und einer Öffnung an der Unterseite zusammengesetzt wird,

Fig. 24b eine Draufsicht auf das Unterteil der Formkörperkombination gemäß Fig. 24a,

Fig. 24c eine Draufsicht auf das Oberteil der Formkörperkombination gemäß Fig. 24a,

Fig. 24d eine Vorderansicht der Formkörperkombination gemäß Fig. 24a,

Fig. 24e eine Vorderansicht des Unterteils der Formkörperkombination gemäß Fig. 24a,

Fig. 24f eine Vorderansicht des Oberteils der Formkörperkombination gemäß Fig. 24a,

Fig. 25 den Vertikalschnitt durch die Dammstruktur gemäß Fig. 21 ergänzt durch strömungsleitende Fertigteil-Paßkörper.

In Fig. 16 (in Verbindung mit Fig. 17a bis 18e) wird die Hohlkörperstruktur prinzipiell aus der äußeren geneigten Schicht in räumlichem Verband bzw. Verbund angeordneter Formkörper 16.1, 16.2 und 16.9 gebildet. Dabei geben die untersten Formkörper 16.2 ihre vertikalen Auflagerkräfte insgesamt an den Untergrund (Planum) ab. Die darüber befindlichen Formkörper stützen sich einerseits auf die jeweils darunter liegenden Formkörper derselben (äußeren) Schicht und andererseits auf die zu letzteren parallel verlegten der stützkörperseitigen geneigten (inneren) Schicht 16.3 derart ab, daß zwischen beiden Schichten eine räumliche Verband- bzw. Verbundwirkung entsteht.

Die Formkörper der inneren Schicht können im Sinne einer verbesserten Strömungsführung im Zusammenhang mit der Erstellung des Stützkörpers mit geeignetem Material verfüllt oder mit Fertigteil-Paßkörpern (hier nicht dargestellt; vergl. Fig. 25) abgedeckt werden. Die an der rechten Seite der Formkörper jeweils vorhandenen Auflagerkräfte werden in den Stützkörper 16.4 abgetragen.

Die sich entlang des Bezugswasserspiegels 16.5 auf das Bauwerk zu bewegenden Wellen (an der Luvseite) und das durch diese beim Wellenbrechvorgang am Bauwerk oberhalb des Bezugswasserspiegels transportierte Wasservolumen des Wellenauflaufschwalles sind nicht dargestellt. Letzteres wird nach Bewegungsumkehr vollständig oder teilweise durch die Einlaufquerschnitte 16.6, den strukturierten Hohlraum 16.7 und die Austrittsquerschnitte 16.8 dem vor dem Bauwerk vorhandenen Wasservolumen unterhalb des Bezugswasserspiegels 16.5 wieder zugeleitet. Die Bauwerkshöhe und die damit zusammenhängende Position der obersten Formkörper 16.9 ist vom Zweck des Gesamtbauwerkes und der Auslegungswellencharakteristik abhängig und muß durch hydraulische Modelluntersuchungen bestimmt werden.

Der als Strukturelement für den in Fig. 16 dargestellten Querschnitt verwendete Betonformkörper ist in seinen Einzelheiten der Fig. 17a bis 17g bzw. der Fig. 18a bis 18e zu entnehmen. In Fig. 17a bis 17g ist erkennbar, daß die angestrebte zweiachsig horizontale Verbundwirkung dadurch zustandekommt, daß ein Formkörper mit seinen 4 an den Ecken seiner Unterseite vorspringenden Eckauflagerkanten 17.1 und T-förmigen Zwischenauflagerkanten 17.2 in korrespondierend geformte Aussparungen 17.3 bzw. 17.4 in den Kopfflächen von jeweils 4 über einer rechteckigen Grundfläche angeordneten darunterliegenden Formkörpern eingreift.

Der Formkörper enthält eine durchgehende Zwischenwand 17.5, die ihn in zwei Hauptkammern 17.6 teilt. Eine in Kammerlängsrichtung von der Vertikalen abweichende Durchströmung der Hauptkammern ist dadurch gewährleistet, daß Zwischenwände 17.7 quer zur Kammerlängsrichtung in den Hauptkammern nur im oberen Bereich des Formkörpers vorhanden sind.

In Fig. 18a bis 18e ist ein der Fig. 17a bis 17g ähnlicher Formkörper dargestellt, jedoch mit nur einer Hauptkammer. Wird dieser Formkörper als alleiniges Bauelement einer Hohlstruktur verwendet, so kann ein Verbund in einachsig horizontaler Richtung dadurch erreicht werden, daß ein Formkörper mit seinen 4 an der Unterseite vorspringenden Eckauflagerkanten 18.1 in korrespondierend geformte Aussparungen 18.2 in den Kopfflächen von jeweils 2 versetzt darunterliegenden gleichartigen Formkörpern eingreift. Eine Verbundwirkung quer zur Kammerlängsrichtung ist demnach in diesem Falle nicht erreichbar.

Andererseits kann dieser Formkörper aber auch im Verbund mit dem Formkörper gemäß Fig. 17a bis 17g verwendet werden, insbesondere zur Komplettierung des Verbandes im Endbereich einer Hohlkörperstruktur oder im Bereich des Anschlusses an andere Böschungsstrukturen.

Die in Fig. 19a bis 19f dargestellte Ausführungsform für einen Betonformkörper unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 17a bis 17g im wesentlichen durch eine andere Ausbildung der an den Auflagerecken vorspringenden Verriegelungselemente 19.1 bzw. 19.2 und den entsprechenden Aussparungen 19.3 bzw. 19.4 in den Kopfflächen.

Ähnliches gilt bezüglich der Unterschiede zwischen den vorspringenden Verriegelungselementen 20.1 und korrespondierenden Aussparungen 20.2 des Formkörpers gemäß Fig. 20a bis 20e im Vergleich zu Fig. 18a bis 18e.

Fig. 21 (in Verbindung mit Fig. 22 und Fig. 23a bis 24f) zeigt ein wellenbrecherartiges Bauwerk oder ein Längswerk, das in seiner eigentlichen Tragstruktur aus Formkörpern besteht.

Es ist der in Fig. 22 mit A-A gekennzeichnete Querschnitt dargestellt.

Zur Unterbindung der wellenerzeugten Durchströmung von der Luv- nach der Leeseite sind die Formkörper im Kernbereich 21.1 und - je nach Zweck des Bauwerks - auch an der Leeseite 21.2 des Bauwerkes mit geeignetem Material verfüllt, während das Bauwerk an der dem Wellenangriff ausgesetzten Luvseite eine der Fig. 16 ähnliche Hohlkörperstruktur 21.3 mit der dort beschriebenen Wirkung aufweist.

In Fig. 22 ist eine zu Fig. 21 passende Draufsicht dargestellt. Insbesondere ist erkennbar, daß die angestrebte Abführung des Rücklaufwassers konstruktiv unter Verwendung der gleichen Betonformkörper auch am Ende der dargestellten Dammstruktur erreicht wird.

Der als Strukturelement für den in Fig. 21 dargestellten Querschnitt verwendete Betonformkörper ist in seinen Einzelheiten der Fig. 23a bis 23e bzw. Fig. 24a bis 24f zu entnehmen.

In Fig. 23a bis 23e ist erkennbar, daß hier die angestrebte zweiachsig horizontale Verbundwirkung innerhalb des aus Form­ körpern gebildeten räumlichen Verbandes dadurch erreicht wird, daß der einzelne Formkörper jeweils mit seiner unteren pyramidenstupfartig vorspringenden Öffnung 23.1 in eine kor­ respondierende Öffnung eingreift, deren abgeschrägte Kanten 23.2 durch die Formation der Kopfflächen von 4 darunterliegenden jeweils über einer rechteckigen Grundfläche angeordneten gleichen Formkörper gebildet werden.

Die Kopffläche des einzelnen Formkörpers weist dementsprechend im Grundriß eine kreuzförmige Struktur 23.3 auf, die auf den Oberteil des Formkörpers beschränkt ist. Das Unterteil des Formkörpers besteht aus einem im Grundriß rechteckigen Rahmen 23.4, der in seinem Innenraum keine Zwischenwände aufweist. Dementsprechend kann sich hier eine von der Vertikalen abweichende, vorzugsweise böschungsparallele Strömung ausbilden, wenn der Formkörper - im räumlichen Verband verlegt - ein Element der durchströmbaren Hohlkörperstruktur darstellt.

In Fig. 24a bis 24f ist dargestellt, wie die Gesamtstruktur 24.1 des Formkörpers gemäß Fig. 23a bis 23e aus 2 separaten Teilelementen aufgebaut werden kann. Demnach besteht das Unterteil als separates Teilelement aus einem im Grundriß rechteckigen Rahmen 24.2, auf den das separate kreuzförmige Oberteil 24.3 aufgelegt werden kann. Im Sinne eines Verbundes sind im Bereich der Stoßflächen am Unterteil keilförmige Ausnehmungen 24.4 vorgesehen, in die die im Querschnitt sechseckig ausgebildeten Sprossen des Oberteils mit ihren geneigten Unterkanten 24.5 formschlüssig eingreifen.

In Fig. 25 ist beispielhaft die Anordnung von strömungsleitenden Fertigteil-Paßkörpern im Vertikalschnitt eines wellen­ brecherartigen Bauwerks oder eines Längswerkes dargestellt. Aus dem Vertikalschnitt 25.1 durch den einzelnen Paßkörper ist erkennbar, daß dieser in vertikaler Richtung über beide Teilelemente des Formkörpers gemäß Fig. 24a bis 24f übergreift. Andererseits zeigt die Draufsicht 25.2 auf den einzelnen Paßkörper, daß dieser vorteilhaft auch ein horizontales Verbundelement zwischen zwei nebeneinander angeordneten Formkörpern darstellen kann.

Claims (14)

1. Bauwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, der Anmeldung P 39 30 997.5-25, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserdurchströmbare Hohlkörper (16.7, 21.3) insbesondere bei Längswerken, Querwerken, Wellenbrechern od. dgl. aus im räumlichen Verband regelmäßig gestapelten von Wasser eher regelmäßig durch- oder umströmbaren Formkörpern besteht. (Fig. 16, Fig. 21, Fig. 22)

2. Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper im Bereich ihrer Stoßflächen mit formschlüssigen, einen Verbund gewährleistenden Verriegelungselementen versehen sind, denen an den gegenüberliegenden Stoßflächen im Bereich von deren Enden korrespondierend ausgebildete Verriegelungselemente zugeordnet sind. (Fig. 17a bis 20e; Fig. 23a bis 24f)

3. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 2 (dieser Zusatzanmeldung) und 1 bis 3 der Anmeldung P 39 30 997.5-25, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verband gestapelten bzw. im Verbund angeordneten Formkörper insgesamt einen regelmäßig strukturierten Hohlkörper (16.7, 21.3) darstellen, von dem das nach dem Wellenbrechvorgang auf der Baukonstruktion vorhandene Rücklaufwasser zunächst in vornehmlich vertikaler Richtung aufgenommen wird und durch den dieses anschließend unterhalb eines Bezugswasserspiegels dem angrenzenden Wasserpolster zugeleitet wird.

4. Bauelement zur Erstellung von Uferschutzwerken, Längswerken, Querwerken, Wellenbrechern od. dgl. (Bauwerk), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen von Wasser eher regelmäßig durchströmbaren, im Horizontalschnitt polygonalen, vorzugsweise rechteckigen, im Verband bzw. Verbund zu einer räumlichen Schutzstruktur stapelbaren Formkörper mit oben und unten liegenden, je nach relativer Lage zum Wasserstand im Gesamtbauwerk unterschiedlich durchströmten Öffnungen.

5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper im Horizontalschnitt zumindest teilweise Kreisring- oder Bogenelemente aufweist.

6. Bauelement zur Erstellung von Uferschutzwerken, Längswerken, Querwerken, Wellenbrechern od. dgl. (Bauwerk) insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen von Wasser eher regelmäßig durchströmbaren, ein- oder mehrkammerig strukturierten, im Verband bzw. Verbund zu einer räumlichen Schutzstruktur stapelbaren Formkörper (Fig. 17a bis 20e sowie Fig. 23a bis 24f) mit oben und unten liegenden, je nach relativer Lage zum Wasserstand im Gesamtbauwerk unterschiedlich durchströmten Kammeröffnungen und vertikal derart gegeneinander versetzten inneren und äußeren Kammerwänden, daß örtlich auch eine etwa regelmäßige, von der Vertikalen abweichende, vorzugsweise böschungsparallele Durchströmrichtung erzeugt wird.

7. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durchströmbare Formkörper im Sinne einer verbesserten Strömungsführung mit strömungsleitenden vorgefertigten Paßkörpern versehen sind.

8. Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsleitenden Paßkörper als formkörperübergreifende Teilstrukturen (25.1, 25.2) ausgebildet sind.

9. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innere Kammerwände etwa gitterartige (24.3) und äußere Kammerwände etwa rahmenartige separate Teilstrukturen (24.4) darstellen, die im Verbund jeweils übereinander angeordnet, ein Element eines räumlichen Verbandes bilden. (Fig. 24a bis 24f).

10. Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wände im Sinne einer günstigen Strömungsführung zumindest teilweise geneigt ausgebildet sind.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wände zumindest teilweise mit Wasserdurchtrittsöffnungen ausgeführt sind.

12. Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßflächen zwischen den Formkörpern, bzw. zwischen den Teilstrukturen bzw. zwischen den Formkörpern und Teilstrukturen mit Verriegelungselementen versehen sind.

13. Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungselemente als pyramidenstupfartige Aussparungen (23.2) bzw. dazu korrespondierende Vorsprünge (23.1, 24.5) im Bereich der Formkörperöffnungen bzw. an den Stoßflächen der Teilstrukturen ausgebildet sind.

14. Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungselemente im Bereich der Stoßflächen als nasenförmige Vorsprünge bzw. Ausnehmungen ausgeführt sind.