DE4104045A1

DE4104045A1 - Verfahren zur herstellung einer begruenbaren, universellen stuetzwandkonstruktion aus stahlbetonfertigteilen zur stabilisierung von gelaendespruengen

Info

Publication number: DE4104045A1
Application number: DE19914104045
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Quint
Original assignee: TB BERLINER TIEF und VERKEHRSB
Current assignee: TB BERLINER TIEF und VERKEHRSB
Priority date: 1991-02-09
Filing date: 1991-02-09
Publication date: 1991-07-11
Anticipated expiration: 2011-02-10
Also published as: DE4104045C2

Description

Die Erfindung gehört verfahrenstechnisch zum Gebiet des Grund baus, sie ist übertragbar auf den Verkehrs- und Wasserbau und betrifft speziell die Errichtung von Stützmauern aus einem System von Stahlbetonfertigteilen. Der Stand der Technik wird bei der Errichtung von Stützmauern durch Lösungen bestimmt, bei denen Raumgitterwände, Winkelstützwände, Pflanztröge, Formsteine, Vernagelungen und "Bewehrte Erde" dominieren, wo bei international der Trend erkennbar ist, die Stützmauern zu bepflanzen bzw. zu begrünen. Die Erfindung ist angesiedelt im Lösungsbereich zwischen Raumgitterwänden und "Bewehrter Erde". Allen diesen Lösungen ist gemeinsam, die Konstruktionen der Stützwände bzw. Stützmauern mit und ohne Verankerungen auszu führen, wobei die Verankerungen bei der "Bewehrten Erde" aus korrosionsgeschützten Stahlbändern, Kunststoffen oder aus Geo textilien bestehen.

Nachteilig sind bei diesen Lösungen zum einen die Verschieden heit der in einer Konstruktion verwendeten Materialien und zum anderen die aufwendigen Formgebungen bei den einzelnen Fertig teilelementen wie auch aufwendige Injektionsverankerungen. Bei der Verwendung von korrosionsgeschützten Stahlbändern sind da rüber hinaus besondere Forderungen an die Qualität des Ver füllbodens hinsichtlich Kornaufbau und Chemismus des Erdbau stoffes gestellt.

Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde erfindungsgemäß ein Verfahren entwickelt, mit dem die Herstellung einer begrün baren, universellen Stützwandkonstruktion mittels einem ein heitlichen Elementesystem mit einfachsten Formen ohne heraus stehende Anschlußstähle, ohne sonstiger Verbindungsmittel, wie Zuganker, Schrauben und Ösen, sowie mittels einfachster Ver legetechnologie ermöglicht wird.

Die Stützwandkonstruktion besteht aus drei Fertigteilelementen und zwar aus einem Verankerungselement als Reibungsanker, einem Winkelelement als Fassadenelement für die Begrünung und einem Distanzelement für die senkrechte und waagerechte Ein teilung der Ansichtsfläche als Rasterelement. Vorzugsweise wurden folgende Rastermaße gewählt: Höhe = 0,75 m als Abstand von Unterkante Winkelelement zu Unterkante Winkel element und Länge = 2,0 m als horizontaler Achsabstand der Distanzelemente. Als Fundament für die Fassadenelemente wird ein durchlaufender geringbewehrter Balken angeordnet. Auf den selben wird die erste Lage der Verankerungselemente verlegt, wobei der Füllboden zuvor ausreichend verdichtet wird. Darauf folgt das Distanzelement. Zur Vereinfachung der Montage werden Stahldollen in vorgefertigte Aussparungen der drei Fertigteil elemente gesteckt. Danach werden zwei Lagen Erdstoff verfüllt und verdichtet. Im weiteren werden die Winkelelemente auf die Distanzblöcke verlegt. Nach dem Ausgleich und der Verdichtung des Füllbodens, höhengleich mit den Winkelelementen, wird die nächste Lage Verankerungselemente montiert. Diese Montagefolge wiederholt sich im Wechsel mit dem Erdbau bis zur endgültigen Höhe der Stützwand. Vor dem Verlegen der Winkelelemente wird die Böschung des bereits verdichteten Füllbodens auf dem da runterliegenden Winkelelement mit einem Gefälle von 1 zu 1,5 abgeglichen. Die Montage erfolgt lediglich mit einsteckbaren Stahldollen, jedoch ohne Mörtel und ohne anderweitigen metal lischen Verbindungsmitteln, nur mit Reibungsschluß. Die Länge der Verankerungselemente ist differenziert, je nach gewünschter Höhe der Stützwand oder der Stützmauer, sie beträgt bei den gegebenen Abmessungen der Breite von 0,3 m und der Dicke von 0,1 m zwischen 2,0 bis 6,0 m. Größere Längen sind herstellbar mittels Vorspannung. Die Dicke der Verankerungselemente ist im Verhältnis zu deren Breite brettartig gestaltet, um bei der Auflage ungewollte Verformungen bzw. Unebenheiten im verdich teten Füllboden in senkrechter Richtung elastisch schadensfrei auszugleichen wie auch einen hohen Reibungsschluß zwischen Füllboden und Verankerungselementen zu erreichen. Bei größeren Höhen als 12 m kann eine gestaffelte Anordnung der Stützwand mit entsprechend breiten Bermen vorgenommen werden (Fig. 15). Die senkrecht übereinander angeordneten Verankerungselemente bilden zusammen mit dem luftseitigen Abschluß durch die Win kelelemente eine vielfache, beliebige Aneinanderreihung von langgestreckten, nach hinten erdseitig offenen siloartigen Zellen. Dadurch ergibt sich eine wesentlich reduzierte Erd druckbelastung auf die Winkelelemente und demzufolge eine wesentlich geringere Verankerungskraft mit einer entsprechend geringer erforderlichen Bewehrung. Ein weiterer entscheidender Vorteil der Silowirkung ist die geringere erforderliche Reibungslänge für die Verankerungselemente, die zu einer Verkürzung der Verankerungselemente führt. In Fig. 22 ist in räumlicher Darstellung die Wirkung der siloartigen Zel len deutlich gemacht und sowohl die entstehende Gleitfläche nach der Coulombschen Theorie als auch räumlich die Bruch fläche nach der Silotheorie aufgezeichnet. Ebenso wird die An einanderreihung von siloartigen Zellen verdeutlicht - siehe hierzu auch die Fig. 2, 3, 4 und 4a -.

Im Vergleich zu einer Winkelstützwand ergibt sich bei der er findungsgemäßen Ausführung einer Stützwandkonstruktion eine Einsparung an Betonmasse bis zu 75%. Die Einsparung an Be wehrungsstahl beträgt durchschnittlich 35%.

Die universelle Anwendbarkeit des Fertigteilelementesystems bezieht sich auf Verkehrsdämme, Staudämme, Ufer- und Kai mauern, Brückenwiderlager, Lärmschutzwände, Terrassen für die Landschaftsgestaltung und Stirnflächen bei Straßendurch lässen. Darüber hinaus sind Eckausbildungen und Anschlüsse an vorhandene Bauwerke möglich.

Für temporäre Bauten wird beim Abbau der Stützwand die Wieder gewinnung und -verwendung der Fertigteile infolge der ein fachen Montageverbindungen ermöglicht.

Die Ausführung der Erfindung wird durch vier Beispiele näher beschrieben und anhand von Zeichnungen (Fig. 1-23) darge stellt. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Isometrische Darstellung einer montierten Stützwand,

Fig. 2 Querschnitt durch die Wandkonstruktion nach Fig. 1,

Fig. 3 Längsschnitt durch die Wandkonstruktion nach Fig. 1 mit den Verankerungselementen,

Fig. 4 Horizontaler Schnitt durch die Wandkonstruktion nach Fig. 1 (Grundriß),

Fig. 4a Grundriß mit Eintrag der Silokräfte,

Fig. 5 Querschnitt mit der Schräge 7, 5 zu 1, entspricht Winkel α = 7,6 Grad,

Fig. 6 Querschnitt ohne Schräge,

Fig. 7 Querschnitt mit der Schräge 5 zu 1, entspricht Winkel α = 11,3 Grad,

Fig. 8 Querschnitt ohne Schräge mit versetztem Anker,

Fig. 9 Ecklösung, innen,

Fig. 10 Ecklösung, außen,

Fig. 11 Querschnitt, senkrecht mit versetztem Anker,

Fig. 12 Querschnitt, senkrecht mit Füllkörper bündig,

Fig. 13 Perspektive einer Innenecke mit versetzten Winkelelementen,

Fig. 14 Wie vor, Grundriß,

Fig. 15 Gestaffelter Querschnitt einer Stützwand bei großer Höhe,

Fig. 16 Stützwandansicht mit Anschluß an senkrechte Wand und Ecklösung,

Fig. 17 Uferwand mit aufgesetzter Fertigteilwand,

Fig. 18 Querschnitt durch Brückenwiderlager,

Fig. 19 Ansicht Brückenwiderlager,

Fig. 20 Querschnitt durch eine Lärmschutzwand,

Fig. 21 Grundriß zur Lärmschutzwand,

Fig. 22 Isometrie mit vereinfachter Darstellung der Bruchfiguren nach Coulomb und nach der Silotheorie,

Fig. 23 Stützwand mit aufgesetzter Lärmschutzwand.

Ausführungsbeispiel 1 (Grundsystem)

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt einer fertig montierten Stütz wand. Die Errichtung der Stützwand als Stützwandkonstruktion erfolgte aus einem System von vorgefertigten Stahlbetonele menten 1, 2, 3. Die Winkelelemente 2 und die Distanzelemente 3 bilden mit den dazwischenliegenden Füllboden-Böschungen die sichtbare Vorderfront der Stützwand. Das Füllelement 4 wird überall dort zur Ausfachung eingesetzt, wo keine Begrünung möglich ist Fig. 17 oder gestalterische Gründe dem entgegen stehen Fig. 16. Das Verankerungselement 1 wird waagerecht, lagenweise auf verdichtetem Füllboden aufliegend und senkrecht übereinander geführt zur Vorderfront angeordnet und zwischen Winkelelement 2 und Distanzelement 3 eingespannt. Im Gegen satz zur "Bewehrten Erde" mit dünnen Stahlbändern oder Geo textilien verhindert die Quersteifigkeit der Verankerungsele mente 1 die Ausbildung einer durchgehenden Gleitfläche 9 ent sprechend der Coulombschen Erddruck-Theorie. Die Verankerungs elemente 1 bilden hier, ähnlich den Raumgitter-Stützwandkon struktionen, siloartige Zellen mit wesentlich günstigeren Ver hältnissen zur inneren Stabilität. Es entstehen räumliche Gleitflächen 10 entsprechend der Silotheorie Fig. 22. Durch den Fundamentbalken 6 werden die senkrechten Lasten aus den Distanzblöcken 3 gleichmäßig auf den Baugrund verteilt. Für die äußere Stabilität wird die Gesamtkonstruktion bis Hin terkante der Verankerungselemente 1 als Quasi-Monolith be trachtet Fig. 1.

Bedingt durch die Abmessungen der Winkelelemente 2 ergibt sich in der Regel eine Wandschräge von α = 7,6 Grad Fig. 5, es sind aber auch Wandschrägen mit α = 0 Grad Fig. 6, Fig. 8 bzw. α = 11,3 Grad mit geringfügigen Änderungen am Distanzblock 3 möglich Fig. 7. Eine weitere Anwendung ist die Uferbefesti gung an Flüssen bzw. Kanälen in städtischen Bereichen Fig. 17. Auf Uferwänden aus Spundbohlen, mit und ohne Verankerungen 8, werden oberhalb des Wasserspiegels begrünbare Stützwandkon struktionen aufgesetzt.

Der Anschluß an benachbarte senkrechte Wandteile erfolgt durch Einrücken der Distanzblöcke 3. Die Winkelelemente 2 behalten dabei ihre einheitliche Rasterlänge Fig. 16.

Höhere Stützwände können durch abschnittsweise Staffelung in der Höhe sowohl funktionell als auch gestalterisch günstiger aufgebaut werden Fig. 15.

Ausführungsbeispiel 2 (Eckausbildungen)

Die Möglichkeit der Eckenausbildungen wird zum Bsp. durch die Außenecke nach Fig. 10 gezeigt. Dazu erhält das Winkelelement 2′ einen Diagonalschnitt. Das Distanzelement 3′′ wird ent sprechend diagonal gestellt. Eventuelle Füllelemente 4′′′, 4′′′′ erhalten ebenfalls einen Diagonalschnitt. Die sich kreu zenden Verankerungselemente 1 werden in zwei verschiedenen Ebenen verlegt, jeweils über bzw. unter dem Winkelelement 2, Fig. 11. Dazu ist das Distanzelement 3′ erforderlich. Auf ein Verankerungselement 1 kann verzichtet werden. Für die Innen ecke gilt Fig. 9. Der Diagonalschnitt am Winkelelement 2′′ er folgt entgegengesetzt. Dabei wird wie vor das Rastermaß des Winkelelementes 2 beibehalten. Das Distanzelement 3′′ wird ebenfalls diagonal gestellt.

Bei der Innenecke können die Verankerungselemente 1 in einer Ebene bleiben.

Eine einfache Ausbildung für die Innenecke zeigt Fig. 13, Fig. 14. Hierbei können unverändert im Original die Stahlbe tonelemente 1, 2, 3 verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 3 (Brückenwiderlager)

Eine wichtige Lösungsvariante ist die Herstellung von Brücken widerlagern für kleine und mittlere Brücken. Neben Veranke rungselementen 1, Winkelelementen 2 und Distanzelementen 3 als Grundelemente wird hierzu noch das Füllelement 4 benötigt. Wegen der Eckausbildung werden die Stützwände der Brückenwi derlager senkrecht ausgeführt Fig. 18, Fig. 19. Über der obersten Lage der Verankerungselemente 1 wird ein Auflager balken 11 für die Brückenkonstruktion angeordnet Fig. 18.

Ausführungsbeispiel 4 (Lärmschutzwand)

Unter Verwendung der kürzesten Verankerungselemente 1 sind entsprechend Fig. 20, Fig. 21 auch Lärmschutzwände herstell bar. Um ein Übergreifen der Verankerungselemente 1 zu vermei den, wird die senkrechte Rasterteilung auf beiden Seiten ver setzt angeordnet.

Die Lärmschutzwand kann entsprechend Fig. 22 auch auf eine Stützwand einseitig aufgesetzt werden.

Vorteile der Erfindung

- Verwendung eines einheitlichen Elementesystems, bestehend aus nur 3 Grundelementen
- einfachste Formen der Stahlbetonfertigteile
- geringe Betonmasse, weniger Bewehrungsstahl
- einfachste Montage und Montageverbindungen
- keine metallischen Verbindungsmittel, Kunststoffe oder Geotextilien im Baukörper
- hohe innere Stabilität des Baukörpers
- Wiedergewinnung und -verwendung der Fertigteile bei temporären Bauten

Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht zu ziehende Patentschriften
DE-OS 39 02 145
DE-OS 30 04 983
DE-OS 25 19 232
DE-AS 24 41 216
DE-OS 24 20 173
DE-OS 23 60 104
DE-AS 18 11 932
DE-OS 24 29 949
DE-OS 29 21 489
DE-OS 39 13 325
DD-WP 32 466
DD-WP 97 909.

Verzeichnis der Bezugszeichen

1 Verankerungselement, Stahlbetonbrett, Reibungsanker
2 Winkelelement, Fassadenelement
3 Distanzelement, Distanzblock, Rasterelement
4 Füllelement, Ausfachungselement
5 Stahldollen
6 Streifenfundament, Balken
7 Erdstoff als Verfüllmaterial
8 Rundstahlanker
9 Gleitfläche nach Coulomb
10 Gleitfläche nach der Silotheorie
11 Auflagerbalken Brückenüberbau

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer begrünbaren, universellen Stützwandkonstruktion aus Stahlbetonfertigteilen zur Stabi lisierung von Geländesprüngen, das aus einem einheitlichen Elementesystem mit einfachsten Formen ohne herausstehende Anschlußstähle besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) als Fundament für die Winkelelemente bzw. Fassadenele mente (2) einen durchlaufenden geringbewehrten Balken (6) anordnet,
b) dann auf denselben die erste Lage der Verankerungsele mente als Reibungsanker (1) verlegt, wobei der Füllboden (7) zuvor ausreichend verdichtet wird
c) dann die Distanzelemente (3) verlegt, zwei Lagen Erd stoff (7) verfüllt und verdichtet,
d) dann die Winkelelemente (2) auf die Distanzblöcke (3) verlegt und nach dem Ausgleich und der Verdichtung des Füllbodens (7), höhengleich mit den Winkelelementen (2), die nächste Lage Verankerungselemente (1) verlegt und die Montagefolge im Wechsel mit dem Erdbau bis zur end gültigen Höhe der Stützwand wiederholt, jedoch vor der Verlegung der Winkelelemente (2) die Böschung des bereits verdichteten Füllbodens (7) auf dem darunterliegenden Winkelelement (2) mit einem Gefälle von 1 zu 1,5 ab gleicht,
e) das Verankerungselement (1) waagerecht, lagenweise auf verdichteten Füllboden (7) aufliegend und senkrecht übereinander geführt, zur Vorderfront der Stützwand an ordnet und zwischen Winkelelement (2) und Distanzelement (3) einspannt, wobei in vorgefertigte Aussparungen der Verankerungs-, Winkel- und Distanzelemente (1, 2, 3) Stahldollen (5) eingesteckt werden, und
f) bei temporären Bauten beim Abbau der Stützwand infolge der einfachen Montageverbindung die Fertigteile wieder gewinnen und wiederverwenden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

g) die im Verfahrensschritt b und e verlegten Verankerungs elemente (1) durch ihre übereinander und senkrecht ver laufende Anordnung zusammen mit den luftseitigen Ab schluß durch die Winkelelemente, in vielfach beliebige aneinandergereihte, langgestreckte, nach hinten erdsei tig offene siloartige Zellen überführt, und
h) mit den siloartigen Zellen eine Reduzierung der Erd druckbelastung auf die Winkelelemente (2) erreicht, die eine geringere Bewehrung und eine geringere Reibungs länge für die Verankerungselemente (1) erforderlich macht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

i) die im Verfahrensschritt d und e verlegten Verankerungs elemente (1) entsprechend ihres Dicken- Breiten- und Längenverhältnisses als Betonbretter elastisch in senk rechter Richtung zum Ausgleich von ungewollten Verfor mungen oder Unebenheiten im verdichteten Füllboden (7) schadensfrei und mit hohem Reibungsschluß zwischen Ver ankerungselement (1) und Füllboden (7) anordnet, und
j) die Länge der Verankerungselemente (1) je nach ge wünschter Höhe der Stützwand oder Stützmauer bei einer Dicke von 0,1 m und einer Breite von 0,3 m zwischen 2,0 bis 6,0 m differenziert, wobei größere Längen mittels Vorspannung herstellbar sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

k) die im Verfahrensschritt d hergestellte Stützwand bei größerer Höhe als 12,0 m in einer gestaffelten Anord nung mit entsprechend breiten Bermen ausgeführt,
l) den Freiraum der Winkelelemente (2) zur Begrünung nutzen oder mit einem Füllelement (4) ausfachen kann,
m) bedingt durch die Abmessungen der Winkelelemente (2) in der Regel eine Wandschräge von α = 7,6 Grad, aber auch Wandschrägen mit α = Null Grad und mit geringen Änderungen am Distanzblock (3) durch Versatz eine Wand schräge von 11,3 Grad erreicht, und
n) den Anschluß an benachbarte senkrechte Wandteile durch ein Einrücken der Distanzblöcke (3) herstellt, wobei die Winkelelemente (2) ihre einheitliche Rasterlänge beibe halten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

o) für Eckausbildungen als Außen- und Innenecken das Win kelelement (2′) diagonal schneidet, das Distanzelement (3′′) diagonal stellt, erforderliche Füllelemente (4′′′), (4′′′′) diagonal schneidet, die sich kreuzenden Ver ankerungselemente (1) in zwei verschiedenen Ebenen jeweils über bzw. unter die Winkelelemente (2) verlegt, wobei ein Distanzelement (3) erforderlich ist, und für Innenecken den Diagonalschnitt am Winkelelement (2′′) entgegengesetzt vornimmt sowie - wie vor - als Raster maß der Winkelelemente (2) beibehält und das Distanzele ment (3) ebenfalls diagonal stellt.