DE4100137A1 - Verfahren zum herstellen einer aus pfahlfoermigen elementen bestehenden dichtwand im boden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer zumindest teilweise aus pfahlförmigen Elementen bestehenden Dichtwand im Boden.

Neben Schlitzwänden gehören auch Bohrpfahlwände zu den typischen Baugliedern des Tiefbaus. Sie dienen nicht nur zur Sicherung von Geländesprüngen oder zur Baugrubenumschließung, wobei sie vor allem bei Ausbildung aus Beton oder Stahlbeton auch tragende Funktionen übernehmen, sondern gewinnen in der jüngsten Zeit besondere Bedeutung als Dichtwände zur Umschließung von Deponien.

Bei der Herstellung einer Schlitzwand wird üblicherweise nach der sogenannten klassischen Schlitzwandbauweise gearbeitet, bei der in einem mittels einer Stützflüssigkeit stabilisierten Schlitz einzelne Lamellen jeweils durch Schalungsrohre abgeteilt und in diese Lamellen das Dichtmaterial eingebracht wird. Dies kann entweder ein erhärtendes Material, wie z. B. Beton, oder ein nichterhärtendes Material, wie z. B. eine Mischung aus Tonmineralien wie Montmorillonit, und Wasser, gegebenenfalls unter Zusatz von weiteren Mineralstoffen sein. Eine solche Mischung kann auch in trockenem Zustand eingebaut und die für die Wirksamkeit der Mischung als Dichtmaterial erforderliche Feuchtigkeit nach dem Einbau zugeführt werden (DE 37 17 885 C2). Die trockene Mischung kann auch kontinuierlich eingebaut werden, wobei das Einbringen des Dichtwandmaterials der fortlaufenden Herstellung des Schlitzes entweder unmittelbar oder nach Stabilisierung des Schlitzes durch eine Stützflüssigkeit folgt.

Eine Pfahlwand entsteht durch Aneinanderreihen einzelner Pfähle. Man unterscheidet zwischen aufgelösten Pfahlwänden, bei denen der Achsabstand der Pfähle wesentlich größer ist als der Pfahldurchmesser, so daß Zwischenräume zwischen den Pfählen entstehen, tangierenden Pfahlwänden, bei denen sich die Pfähle berühren und überschnittenen Pfahlwänden, bei denen der Achsabstand kleiner ist als der Pfahldurchmesser, so daß sich benachbarte Pfähle überschneiden. Überschnittene Pfahlwände bestehen aus Primärpfählen, die meist durch Bohren niedergebracht werden, und Sekundärpfählen, die ebenfalls durch Bohren abgeteuft werden, wobei die zuvor niedergebrachten Primärpfähle von beiden Seiten angeschnitten werden. Bei überschnittenen Pfahlwänden aus Beton wechseln unbewehrte mit bewehrten Pfählen ab. Die bewehrten Pfähle besitzen als Sekundärpfähle den vollen Querschnitt, während die unbewehrten (Primär-)Pfähle von beiden Seiten her durch die bewehrten Pfähle angeschnitten werden. Die bewehrten Pfähle bilden die Tragelemente, die unbewehrten wirken als Füllelemente, welche den Erd- und Wasserdruck auf die bewehrten Pfähle überleiten.

Zur Herstellung von Pfahl- und Dichtungswänden ist es auch schon bekannt, zunächst Bohrlöcher in den Baugrund abzuteufen und diese mit einem Steingerüst auszufüllen, das mit kolloidalem Tonschlamm verpreßt wird. Dieser Vorgang wird durch das Niederbringen sich überschneidender Bohrlöcher fortgesetzt, bis eine durchgehende Pfahlwand entstanden ist (DE 16 34 659 A1). Nach Herstellung dieser Wand sollen der Tonschlamm entfernt, das Steingerüst mit Spülwasser durchgespült und die Hohlräume des Steingerüstes mit kolloidalem Mörtel verpreßt werden.

Pfahlwände lassen sich durch Bohren mit Bodenaushub in aller Regel kostengünstiger und sicherer herstellen als durch Rammen von Pfahlelementen oder nach der Schlitzwandtechnik. Bohrpfahlwände haben aber den Nachteil einer großen Anzahl von Arbeitsfugen, nämlich im Bereich der Überschneidungen. Fugen sind immer Schwachstellen, für die keine Kontrollmöglichkeit besteht, da sie in der Tiefe liegen und nicht zugänglich sind. Besondere Schwierigkeiten entstehen dann, wenn Dichtwände in kontaminiertem Boden herzustellen sind und der dazu erforderliche Aushub mit in der Regel hohen Kosten entsorgt werden muß.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um eine Dichtwand vor allem in kontaminiertem Boden sicherer und zuverlässiger herstellen zu können als bisher, ohne den Aufwand hierfür zu vergrößern.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zum Aufbau einer Dichtwand pfahlförmige Elemente aus nichterhärtenden Dichtmaterialien mit starren Dichtwandelementen derart zu kombinieren, daß die Zwischenräume zwischen den starren Dichtwandelementen, z. B. Stoßfugen, jeweils innerhalb eines Dichtpfahls liegen, also von nichterhärtendem Dichtmaterial umgeben sind.

Dies gelingt zum einen mit einer überschnittenen Pfahlwand, bei der als Primärpfähle die Dichtpfähle und als Sekundärpfähle sich mit diesen überschneidende Pfähle aus Beton oder Stahlbeton hergestellt werden. Die Sekundärpfähle geben dieser Dichtwand eine tragende Wirkung, vor allem dann, wenn sie am Kopf durch einen Kopfbalken miteinander verbunden werden. Die Zwischenräume zwischen den tragenden Sekundärpfählen werden durch die Primärpfähle aus Dichtmaterial geschlossen. Wenn zwischen den Primärpfählen die diese überschneidenden Sekundärpfähle gebohrt werden, dann paßt sich der beim Einbringen erdfeuchte und somit plastische Beton der Kontur des Dichtmaterials gut an, so daß Kontaktflächen erzielt werden. Das plastische Verformungsvermögen macht eine solche Dichtwand besonders geeignet für den Einsatz in Bergsenkungsgebieten oder in Bereichen tektonischer Störungen, weil im Vergleich zu anderen Dichtwandkonstruktionen bei Bodenbewegungen keine Rißgefahr besteht und somit keine Qualitätsminderung zu befürchten ist.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die als Primärpfähle hergestellten Dichtpfähle durch starre Dichtwandelemente, wie z. B. Schlitz- oder Spundwandelemente oder dergleichen zu verbinden, die durch Rammen, Rütteln oder dergleichen mit und/oder ohne Bodenaushub in den Boden eingebracht werden. Da erfindungsgemäß die starren Dichtwandelemente jeweils in einem Dichtpfahl enden, liegen auch hier die Zwischenräume bzw. die Stoßfugen in Dichtmaterial eingebettet, so daß es keine Rolle spielt, ob die starren Dichtelemente etwa an den Enden miteinander verbunden sind, wie z. B. durch Spundwandschlösser oder dergleichen, oder ob sie stumpf in die Dichtpfähle münden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß es eine völlig aushubfreie Herstellung einer Dichtwand ermöglicht. Dies gelingt dann, wenn für die Herstellung der Primärpfähle, also der Dichtpfähle, ein mit Bodenverdrängung, also aushublos arbeitendes Verfahren, z. B. das Franki-Verfahren angewendet wird und die starren Dichtwandelemente durch Rammen oder Rütteln, also ebenfalls aushubfrei in den Boden eingebaut werden.

Von besonderem Vorteil ist es für die Erfindung, wenn als Material für die Dichtpfähle eine trockene Mischung aus mineralischen Dichtstoffen, insbesondere Tonmineralien, wie z. B. Montmorillonit, gegebenenfalls unter Zusatz von weiteren mineralischen Füllstoffen verwendet (DE 38 23 874 C1) und diese Mischung auch in trockenem Zustand eingebaut wird (DE 37 17 885 C1). Gerade bei der Anwendung des mit Bodenverdrängung, also aushublos, arbeitenden Franki-Verfahrens ist ein trockenes Dichtmaterial besonders gut einzubringen und zu verdichten und gewährleistet durch seinen hohen Feststoffgehalt eine besonders gute Dichtwirkung gegenüber Wasser und Schadstoffen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Dichtwand nach der Erfindung,

Fig. 2 in einem Horizontalschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 einige Phasen der Herstellung einer Dichtwand als überschnittene Schalwand und

Fig. 3 ebenfalls in einem Horizontalschnitt einige Phasen und Möglichkeiten der Herstellung einer Dichtwand aus Dichtpfählen und starren Dichtwandelementen.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Dichtwand 1, die von der Geländeoberfläche 2 her durch einen durchlässigen Boden 3 hindurch - ein Grundwasserhorizont ist bei 4 angedeutet - bis in eine undurchlässige Schicht 5 hineinreicht. Eine solche Situation ist beispielsweise bei der - nachträglichen - Umschließung einer Altlast, einer Deponie oder dergleichen gegeben.

In den Fig. 2a und b ist die Herstellung einer solchen Dichtwand 1 als überschnittene Pfahlwand dargestellt. Hierbei werden zunächst von der Geländeoberfläche 2 aus nacheinander in Achsabständen a voneinander Bohrungen mit dem Durchmesser D niedergebracht und im Zuge des Ziehens des Bohrrohres mit Dichtmaterial gefüllt; dadurch entstehen Dichtpfähle als Primärpfähle 6.

Mit besonderem Vorteil wird als Dichtmaterial eine trockene Mischung aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien, wie z. B. Montmorillonit, gegebenenfalls unter Zusatz von weiteren mineralischen Füllstoffen verwendet, die auch in trockenem Zustand in die Bohrungen eingebracht und verdichtet wird, während das Bohrrohr kontinuierlich gezogen wird; die für die Dichtigkeit des Materials erforderliche Feuchtigkeit wird nach dem Einbau zugeführt, z. B. in Form der natürlichen Bodenfeuchtigkeit, wie z. B. aus dem Grundwasser.

Die Verwendung einer trockenen Mischung als Dichtmaterial hat den Vorteil einer bei leichter Verarbeitbarkeit deutlich verbesserten Dauerbeständigkeit, die ebenso aus der höheren Dichte infolge größeren Feststoffanteils der Mischung folgt, wie eine Verringerung der Durchlässigkeit des Materials gegen Wasser und Schadstoffe. Das Dichtmaterial ist zweckmäßig filterstabil aufgebaut. Eventuell unbeabsichtigte Lockerzonen heilen durch den bei der späteren Wasseraufnahme entstehenden Quelldruck selbst aus; diese Drücke können Größenordnungen von 20 bis 30 kN/qm erreichen.

Zwischen diesen Primärpfählen 6 aus Dichtmaterial werden dann in einem nachfolgenden Schritt Sekundärpfähle 7 gebohrt und mit erhärtendem Material, z. B. Beton, gefüllt; dabei werden die Primärpfähle 6 angeschnitten (Fig. 2b). Der Achsabstand zwischen den Primärpfählen 6 und den Sekundärpfählen 7 beträgt in diesem Fall a/2; dieser Abstand ist geringer als der Durchmesser D der Pfähle.

Der besondere Vorteil einer solchen für temporären und dauerhaften Einsatz gleichermaßen geeigneten Dichtwand 1 liegt in der zuverlässigen Ausbildung der Stoßbereiche zwischen Primär- und Sekundärpfählen infolge der Kombination unterschiedlicher Dichtwandtechniken. Da beim Niederbringen der Sekundärpfähle 7 als tragende Beton- oder Stahlbetonpfähle die Primärpfähle 6 angeschnitten werden, hat der Beton für die Sekundärpfähle 7 die Möglichkeit, sich den beim Bohren etwa entstandenen Wandunebenheiten gut anzupassen. Die Dichtfähigkeit und somit Zuverlässigkeit der Wand folgt aber vor allem aus der Kombination von Primärpfählen 6 aus einem nichterhärtenden Dichtmaterial, z. B. aus Tonmineralien, mit starren Dichtelementen, hier Sekundärpfählen 7 aus Beton oder Stahlbeton, woraus eine gewisse Flexibilität der gesamten Wand ohne Beeinträchtigung der Dichtwirkung folgt.

Soll in einem besonderen Fall die Dichtwirkung nachträglich aufgehoben werden, so besteht, wie Fig. 2c zeigt, die Möglichkeit, aus den aus nichterhärtendem Dichtmaterial bestehenden Primärpfählen 6 die Feinbestandteile nachträglich auszuspülen. Dies ermöglicht auch einen temporären Einsatz einer solchen Dichtwand.

Die Fig. 3a bis d zeigen die Kombination von als Dichtpfähle ausgebildeten Primärpfählen 8 mit dazwischengeschalteten starren Dichtwandelementen 9. Auch hier werden im ersten Schritt in Abständen a voneinander die Primärpfähle 8 niedergebracht, z. B. durch Bohren oder nach einem aushublosen Verfahren, z. B. dem Franki-Verfahren. Die Zwischenräume zwischen den Primärpfählen 8 werden dann durch starre Dichtwandelemente 9 geschlossen, die von der Geländeoberfläche her durch Rammen oder Rütteln in den Boden eingetrieben werden. Die Dichtwandelemente 9 bestehen im Beispiel der Fig. 3b aus einfachen Blechen 9′, die stumpf in das Dichtmaterial der Primärpfähle 8 münden; im Beispiel der Fig. 3c sind die starren Dichtwandelemente 9′′ mit Schlössern 10 verbunden, wie sie z. B. bei Spundwänden bekannt und üblich sind. In beiden Fällen liegen die Stoßbereiche zwischen den starren Dichtelementen 9′ bzw. 9′′ jeweils innerhalb der Primärpfähle 8 aus Dichtmaterial, so daß die Stoßfugen zuverlässig gedichtet sind.

Fig. 3d zeigt noch eine weitere Möglichkeit der Ausbildung einer Dichtwand nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Hier sind zwischen die Primärpfähle 8 aus Dichtmaterial Sekundärpfähle 11 ebenfalls aus Dichtmaterial gesetzt, so daß sich eine insgesamt aus Dichtmaterial bestehende überschnittene Wand ergibt. Da dennoch die Bereiche, in denen sich Primär- und Sekundärpfähle überschneiden, Auflockerungszonen bilden können, sind auch hier zusätzliche starre Dichtwandelemente 12 eingesetzt, die innerhalb der Primärpfähle 8 bzw. Sekundärpfähle 11 gestoßen sind.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer zumindest teilweise aus pfahlförmigen Elementen bestehenden Dichtwand im Boden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in gegenseitigen Abständen voneinander Pfähle (6, 8) aus nichterhärtenden Dichtmaterialien, wie z. B. Mischungen aus Tonmineralien, gelbildenden Mischungen oder dergleichen niedergebracht werden und daß danach zur Überbrückung der Zwischenräume zwischen den Dichtpfählen (6 bzw. 8) starre Dichtwandelemente (7 bzw. 9 bzw. 11) derart eingebaut werden, daß ihre Stoßfugen jeweils innerhalb eines Dichtpfahls (6 bzw. 8) liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als starre Dichtwandelemente Bauteile aus erhärtenden Materialien, wie Beton oder Stahlbeton, z. B. Pfähle verwendet werden, die an Ort und Stelle hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtwand (1) als überschnittene Pfahlwand hergestellt wird, bei der als Primärpfähle die Dichtpfähle (8) aus nichterhärtendem Dichtmaterial und als Sekundärpfähle sich mit diesen überschneidende Pfähle (7) aus erhärtenden Materialien, wie Beton oder Stahlbeton, hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als starre Dichtwandelemente vorgefertigte Bauteile (9, 11) aus Stahl oder Stahlbeton, wie z. B. Schlitzwandelemente, Spundwandelemente, Kastenprofile oder dergleichen dienen, die von der Geländeoberfläche aus in den Boden eingetrieben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtwand als überschnittene Pfahlwand hergestellt wird, bei der sowohl die Primärpfähle (8), als auch die Sekundärpfähle (11) als Dichtpfähle aus nichterhärtenden Dichtmaterialien bestehen und daß danach die starren Dichtwandelemente (12) eingetrieben werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtmaterial eine trockene Mischung aus mineralischen Dichtstoffen, insbesondere Tonmineralien wie z. B. Montmorillonit, gegebenenfalls unter Zusatz von weiteren Mineralstoffen verwendet wird, daß diese Mischung trocken eingebaut wird und daß die für die Wirksamkeit der Mischung als Dichtmaterial erforderliche Feuchtigkeit nach dem Einbau zugeführt wird.