DE4133661A1 - Verfahren und ruettel-verpresskopf zur tragfaehigkeitserhoehung des unterbaus einer gleisfahrbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sofort wirkenden Tragfähigkeitserhöhung des Unterbaus einer Gleisfahrbahn ohne Abtrag gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie bein­ haltet auch einen Rüttel-Verpreßkopf zur Verfahrensdurchfüh­ rung, welcher einzeln oder im Verbund mit einer an sich bekann­ ten Gleisbaumaschine koppelbar ist, sowie einen speziell ein­ setzbaren Betonpfahl. Allgemein sind Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung im Bau- und Verkehrsbauwesen bei notwendiger Tragfähigkeitserhöhung des Unterbaus gegeben.

Eine Gleisfahrbahn besteht im wesentlichen aus dem Oberbau mit Schienen, Schwellen und -feldern und der Bettung sowie dem Unterbau aus geschüttetem oder natürlichem Untergrund und meistens darauf einer Schutzschicht zur Frostsicherung, Last­ verteilung und zur Vermeidung des Eindringens der Bettungsstoffe in das Erdplanum. Dieser Aufbau wird als einheitliches Trag­ system einer Gleisfahrbahn aufgefaßt, welches durch zunehmende Verkehrslasten sowie wechselnde Klima- und Witterungseinflüsse großen Beanspruchungen und im Laufe der Zeit meistens elasti­ schen und plastischen Verformungen unterliegt. Damit es nicht erst zu Überbeanspruchungen des Oberbaumaterials und damit beispielsweise zu Gleislagefehlern kommen kann, muß laufend auf die Einhaltung der Verformungsgrenzwerte geachtet werden. Bisher wurde allerdings nur unzureichend erkannt, daß in vielen Fällen eine vollständige Erneuerung sanierungsbedürftiger Gleis­ fahrbahnen nur dann erforderlich ist, wenn entsprechende Maß­ nahmen zur Erhaltung bzw. Erhöhung der Stabilität und Trag­ fähigkeit des Unterbaus allein nicht die gewünschten Ergebnisse bringen.

Bekannte Standardmethoden zur Sicherung des Unterbaus, nämlich der Einbau ungebundener Schutzschichten aus Kies oder Brechsand bzw. Kalk führen unter anderem aufgrund schwer zu bemessender hydrologischer Verhältnisse, die jahreszeitlich bedingten Schwankungen unterliegen, selten zu einer dauerhaften Trag­ fähigkeitserhöhung. Die aus der Reihe Eisenbahnbau/Eisenbahn­ unterbau (transpress-Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1988, S. 164 ff., Verfasser: C. Göbel, F. Richter) bekannte elektro­ chemische Stabilisierung, bei der sich unter Einwirkung eines elektrischen Gleichstromfeldes ein Teil des Wassers im Erdstoff in Richtung zur eingebrachten Kathode bewegt und anschließend in das entwässerte Lockergestein ein Chemikal eingebracht wird, ist nur für die operative Sanierung relativ kurzer Schadstellen von gefährdeten Abschnitten geeignet. Nachteilig ist auch, daß das so stabilisierte Planum sehr ungleichmäßige Tragfähigkeit aufweist. Durch zusätzliches Einbringen künstlicher Trennschich­ ten, wie Kunststofftextilien und Geotextilien, mit bereits er­ heblich größerem Aufwand, ist zwar ein verbessertes Tragverhal­ ten gegeben; aber diese Lösung stellt ebenfalls nur eine opera­ tive Maßnahme, selten eine dauerhafte Sanierung dar und ist mit langwierigen Streckensperrungen verbunden.

Aus der DD-PS 2 56 347 ist ein Verfahren zur Unterbausanierung von Eisenbahngleisen bekannt. Dabei werden mit einem riesigen Maschinenkomplex, bestehend aus Grabenräumeinheit, Schüttgut­ transportwagen, Schotterbettreinigungsmaschinen für Schotter­ vollaushub und Planumabtrag, Gleisrückmaschinen mit Bodenver­ dichtern, Gleisstopf- und -richtmaschinen und Selbstentlade­ wagen mit Schotterverteilern folgende Verfahrensschritte durch­ geführt:

• - Fräsen eines Bahngrabens
• - Abfräsen der Bettungsschultern
• - Schieben eines Randweges in den Bahngraben
• - Schottervollaushub
• - Planumabtrag, Kalkstabilisierung, Verdichten des Planums
• - dosiertes Ablegen von Kiessand und Schotter und Verdich­ ten der einzeln abgelegten Schichten
• - Stopfen des Gleises
• - Abtransport der zwischengelagerten Aushubmassen
• - Verfüllen und Planieren des Randweges.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist der unübersehbar hohe tech­ nische und technologische Aufwand verbunden mit extrem hohen Kosten und Sperrpausen, welche zu langfristigen Unterbrechungen bzw. Einschränkungen des Verkehrsflusses führen. Damit kommt dieses für eine Unterbausanierung ausgelegte Verfahren dem Neubau einer Gleisfahrbahn gleich, was aufgrund zunehmender Verkehrsdichte praktisch kaum noch durchführbar ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Rüttel-Verpreßkopf der eingangs genannten Art anzugeben, womit bei minimalem Material- und Zeitaufwand sowie nur geringen Sperrpausen kein grundhafter Ausbau und kein Bettungsausbau und damit kein Verkippen von Aushubmassen (Pro­ blemmüll) erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird beim Verfahren durch die im Anspruch 1 und bei dem dafür einsetzbaren Rüttel-Verpreßkopf durch im Anspruch 4 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Dabei sieht das Verfahren zur Erhöhung der Tragfähigkeit des Unterbaus einer Gleisfahrbahn im wesentlichen erfindungsgemäß vor, in jeweils sanierungsbedürftige Gleisabschnitte in Abhän­ gigkeit von deren Oberbau- und Unterbauzustand vorzugsweise in jedes Schwellenfeld nahe der Schienen von oben her vorgefertigte, mit einer Armierung versehene Betonpfähle unter Rütteln mit dem Rüttel-Verpreßkopf durch die Bettung hindurch schräg oder lot­ recht in den Untergrund einzutreiben. Sofort nach dem Eintrei­ ben werden die aus der oberen Stirnfläche herausragenden Armie­ rungsstäbe der noch in der Klemmhalterung befindlichen Beton­ pfähle mit einem im Rüttel-Verpreßkopf unter Druckbeaufschla­ gung zur Pfahloberseite hin bewegbaren Spreizstempel aufge­ spreizt. Danach wird die Klemmhalterung gelöst und beim lang­ samen Rückbewegen des Rüttel-Verpreßkopfes durch ein mit dem Spreizstempel fest verbundenes Betonpreßrohr soviel und solange Beton oder eine Modifikation dessen dosiert eingepreßt, daß zuvor in die Betonpfähle eingebrachte Aussparungen dicht verfüllt werden. Der Verpreßvorgang wird erst dann beendet, wenn sich ein am Pfahlkopf anhaftender Tragteller ausgebildet hat, welcher durch die bereits aufgespreizten Armierungsstäbe nach dem Aus­ härten der Verpreßmasse stabilisiert ist und in besonders vor­ teilhafter Weise zur Vergrößerung der Kraftübertragungsfläche dient.

Die Erfindung betrifft auch einen Rüttel-Verpreßkopf zur Durchführung des vorstehend angegebenen Verfahrens, der mit Absenk-, Rüttel- und Betonzuführmechanismen einer herkömmli­ chen Gleisbaumaschine einzeln oder im Verbund koppelbar ist. Die an den Rüttel-Verpreßkopf aufgrund von starken mecha­ nischen - und Schmutzbelastungen während des Betriebes ge­ stellten Anforderungen bezüglich Einfachheit und Robustheit sind dadurch realisiert, daß die Innenwandung des hohlzylinder­ förmigen Rüttel-Verpreßkopfgehäuses als Führungsbahn mit vor­ gegebener Erstreckung zur Auf- und Abwärtsbewegung eines mit einem Betonpreßrohr fest verbundenen becherförmigen Spreiz­ stempels ausgebildet ist. Die Führungsbahn ist im unteren kegelstumpfartigen Gehäuseteilstück entsprechend der Außen­ kontur der in den Untergrund einzubringenden Betonpfähle zur Pfahl-Klemmhalterung aufgeweitet. Außerdem ist die Wandung der Klemmhalterung bis etwa in Höhe des in Bestückungsstellung im oberen Anschlag befindlichen Spreizstempels korrespondie­ rend zu den lotrecht in den Führungskanal hineinragenden Ar­ mierungsstäben mit Biege-Führungsschlitzen versehen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf den zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Betonpfahl selbst, welcher im oberen Teilstück als Hohlzylinder vorgeformt ist und im Pfahlkörper Armierungsstäbe enthält, die parallel zur Pfahlachse aus dem Kopfstück lotrecht herausragen und leicht im Erdreich aufspreiz­ bar sind. Das untere Pfahlstück ist zum besseren Eintreiben durch Bettungen in den Untergrund angespitzt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3 zum Verfahren und aus den Un­ teransprüchen 6 und 7 zum Betonpfahl.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die vereinfachte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rüttel-Verpreßkopfes, der mit einer an sich bekannten modifizierten Gleisbaumaschine koppelbar ist, in sche­ matischer Darstellung,

Fig. 2 bis 5 das sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des Rüttel-Verpreßkopfes gemäß Fig. 1 sich verändernde Kopfteil eines vorge­ fertigten Betonpfahles,

Fig. 6 eine Ausführungsvariante eines Betonpfahles,

Fig. 7 den prinzipiellen Ausschnitt einer sanierten Gleis­ fahrbahn mit in den Unterbau eingebrachten Beton­ pfählen.

Der in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Rüttel-Verpreßkopf ist einzeln oder im Verbund mit Absenk-, Rüttel- und Beton­ zuführmechanismen einer an sich bekannten, zeichnerisch nicht dargestellten Gleisbaumaschine verbunden. Er besteht im we­ sentlichen aus einem hohlzylinderförmigen Rüttel-Verpreßkopf- Gehäuse 2, dessen Innenwandung als Führungsbahn 3 mit einer oberen Ringaussparung 4 als Führungsbegrenzung für einen becherförmigen Spreizstempel 6 ausgebildet ist, welcher fest verbunden mit einem Betonpreßrohr 5 innerhalb einer vorgege­ benen Erstreckung auf- und abwärts beweglich ist. In einer Aufweitung 7 der Führungsbahn 3 im unteren Gehäuseteilstück werden die in einen Untergrund 12 der Gleisfahrbahn einzu­ bringenden Betonpfähle 8 klemmend gehaltert. In der Wandung der Pfahl-Klemmhalterung 9 sind außerdem Biege-Führungsschlitze 10 bis etwa in Höhe des in die Ausgangsstellung eingefahrenen Spreizstempels 6 korrespondierend zu den lotrecht in den Füh­ rungskanal hineinragenden Armierungsstäben 11 der klemmend gehalterten Betonpfähle 8 eingefräst.

Fig. 2 zeigt ausschnittsweise das ausgesparte Kopfstück eines vorgefertigten Betonpfahles 8, aus dem die Armierungsstäbe 11 parallel zur Pfahlachse in der Bestückungsstellung des Rüttel- Verpreßkopfes 1 bei dessen Inbetriebnahme lotrecht herausragen, wie bereits zu Fig. 1 näher ausgeführt. Die gegenüber bekannten Verfahren zur dauerhaften und abtragungsfreien Sanierung des Tragsystems einer aus Oberbau und Unterbau bestehenden Gleis­ fahrbahn wesentlich vereinfachte Schrittfolge wird im Anschluß an die Pfahl-Bestückung des Rüttel-Verpreßkopfes 1 abhängig vom zuvor festgestellten Oberbau- und Unterbauzustand eines in Fig. 7 gezeigten Gleisabschnittes 15 fortgeführt. Dabei werden vorzugsweise in jedes Schwellenfeld 18 zwei Betonpfähle 8 schräg derart eingetrieben, daß sich der Rüttel-Verpreßkopf 1 mit dem darin geklemmten Betonpfahl 8 unter Rüttelbewegun­ gen bis kurz unterhalb der Bettung 13 mitbewegt, so daß sich das Pfahlkopfstück in oder wenig unterhalb einer sogenannten Frostschutz- bzw. Sauberkeitsschicht 14 befindet. Zwar ist auch ein lotrechtes Eintreiben der Betonpfähle 8 in den Unter­ grund 12 vorgesehen, aber eine dauerhaftere Tragfähigkeitser­ höhung ist bei Pfahlschrägeintreibung zu verzeichnen. Als besonders günstig hat sich dabei erwiesen, wenn die Beton­ pfähle 8 von Schwellenfeld 18 zu Schwellenfeld 18 abwechselnd schräg, das heißt, in einem beide nach innen, im darauffolgen­ den beide nach außen und so fort, eingetrieben werden, wobei sie sich im Unterschienenquerschnitt in Gleislängsrichtung gesehen kreuzen.

Anschließend werden die Armierungsstäbe 11 des jeweils noch in der Klemmhalterung 9 befindlichen Betonpfahles 8 durch lang­ sames Abwärtsbewegen unter Druckbeaufschlagung des mit dem Betonpreßrohr 5 verbundenen Spreizstempels 6 entsprechend Fig. 3 unter Fixierung in den Biege-Führungsschlitzen 10 aus­ einandergedrückt, bis sie - wie in Fig. 4 gezeigt - völlig aufgespreizt sind und seitlich aus dem Rüttel-Verpreßkopf 1 herausragen.

Danach wird die Klemmhalterung 9 gelöst und der Rüttel-Ver­ preßkopf 1 erst langsam, dann schneller zurückgezogen. Während des langsamen Rückbewegens wird durch das Betonpreßrohr 5 so­ viel und solange Beton dosiert eingepreßt, bis sämtliche Aus­ sparungen im Betonpfahl 8 dicht verfüllt sind. Darüber hinaus wird am Pfahlkopf noch ein Tragteller 17 ausgebildet, in wel­ chem nach dem Aushärten der Betonmasse die Armierungsstäbe 11 allseitig fest eingebettet sind (siehe Fig. 5). Zur zusätzlichen Verankerung können in die Pfahlwandung eines jeden vorgefer­ tigten Betonpfahles 8 im oberen, hohlzylindrischen Teilstück regelmäßig verteilte Bohrungen 19 gemäß Fig. 6 eingebracht sein, in denen gleichzeitig beim Verfüllen der Aushöhlung während des Beton-Verpreßvorganges bis in das Erdreich des Unterbaus ragende Verankerungsdornen geformt werden. Der prinzipielle Ausschnitt eines sanierten Gleisabschnittes 15 mit in den Untergrund 12 erfindungsgemäß durch die Bettung 13 eingetriebenen, sich unterhalb jeweils des Querschnitts der Schienen 16 in Gleislängsrichtung gesehen kreuzenden, Beton­ pfähle 8 einschließlich Tragtellern 17 ist durch Fig. 7 noch­ mals verdeutlicht.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

 1 Rüttel-Verpreßkopf
 2 Rüttel-Verpreßkopf-Gehäuse
 3 Führungsbahn
 4 Ringaussparung
 5 Betonpreßrohr
 6 Spreizstempel
 7 Aufweitung
 8 Betonpfähle
 9 Pfahl-Klemmhalterung
10 Biege-Führungsschlitze
11 Armierungsstäbe
12 Untergrund
13 Bettung
14 Frontschutz- bzw. Sauberkeitsschicht
15 Gleisabschnitte
16 Schiene
17 Tragteller
18 Schwellenfeld
19 Bohrung

Claims (7)

1. Verfahren zur sofort wirkenden Tragfähigkeitserhöhung eines den Oberbau, bestehend aus Bettung und Gleis, tragenden Un­ terbaus ohne Abtrag, insbesondere für innerstädtische Bahnen, durch Nutzung der tragfähigeren Schichten unter Einsatz mo­ difizierter Gleisbautechnik in Kopplung mit mindestens einem Rüttel-Verpreßkopf, dadurch gekennzeichnet, daß in jeweils sanierungsbedürftige Gleisabschnitte (15) in Abhängigkeit von deren Oberbau- und Unterbauzustand vorzugsweise in jedes Schwellenfeld (18) nahe der Schienen (16) vorgefertigte, mit einer Armierung versehene Betonpfähle (8) unter Rütteln mit Hilfe des Rüttel-Verpreßkopfes (1) durch die Bettung (13) hindurch schräg oder lotrecht in den Untergrund (12) einge­ trieben werden, wobei sofort nach dem Eintreiben eines jeden noch klemmend festgehaltenen Betonpfahles (8) dessen aus der oberen Stirnfläche herausragende Armierungsstäbe (11) mit einem im Rüttel-Verpreßkopf (1) zum Pfahlkopf unter Druck­ beaufschlagung hin bewegbaren Spreizstempel (6) aufgespreizt werden, daß weiterhin nach Lösen einer Klemmhalterung (9) und der sich anschließenden langsamen Rückbewegung des Rüt­ tel-Verpreßkopfes (1) durch ein mit dem Spreizstempel (6) fest verbundenes Betonpreßrohr (5) soviel und solange Beton oder eine Modifikation dessen dosiert eingepreßt wird, daß im Betonpfahl (8) vorhandene Aushöhlungen und/oder Ausspa­ rungen dicht verfüllt werden und darüber hinaus ein am Pfahl­ kopf anhaftender Tragteller (17) ausgebildet wird, in welchem nach dem Aushärten der Verpreßmasse die Armierungsstäbe (11) allseitig fest eingebettet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des zumindest im oberen Drittel als Hohlkörper vor­ gefertigten Betonpfahles (8) regelmäßig verteilte Bohrungen (19) enthält, in denen gleichzeitig beim Verfüllen des hohl­ zylindrischen Teilstücks während des Verpreßvorganges bis in das Erdreich des Unterbaus ragende Verankerungsdornen geformt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonpfähle (8) von Schwellenfeld (18) zu Schwel­ lenfeld (18) abwechselnd schräg, das heißt, in einem Schwellenfeld (18) beide nach innen, im darauffolgenden Schwellenfeld (18) beide nach außen geneigt und so fort, eingetrieben werden, so daß sie sich im Untergrund (12) unterhalb des Schienenquerschnitts in Gleislängsrichtung gesehen kreuzen.

4. Rüttel-Verpreßkopf, insbesondere zur Durchführung des Ver­ fahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, der mit Absenk-, Rüttel- und Betonzuführmechanismen einer Gleisbaumaschine einzeln oder im Verbund koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des hohlzylin­ derförmigen Rüttel-Verpreßkopfgehäuses (2) als Führungsbahn (3) mit vorgegebener Erstreckung zur Auf- und Abwärtsbewe­ gung eines mit einem Betonpreßrohr (5) fest verbundenen becherförmigen Spreizstempels (6) ausgebildet ist, daß des weiteren deren im unteren Gehäuseteilstück - entsprechend der Außenkontur des jeweils in den Untergrund (12) einzu­ bringenden Betonpfahles (8) - eingearbeitete Aufweitung als Pfahl-Klemmhalterung (9) dient, und daß dieses Gehäuse­ endstück bis etwa in Höhe des in Bestückungsstellung im oberen Anschlag befindlichen Spreizstempels (6) korrespon­ dierend zu den lotrecht in den Führungskanal hineinragen­ den Armierungsstäben (11) der klemmend gehalterten Beton­ pfähle (8) mit Biegeführungsschlitzen (10) versehen ist.

5. Betonpfahl, welcher zumindest im oberen Teilstück als Hohl­ zylinder vorgeformt ist, insbesondere zur Verwendung für das Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfahlkörper Armierungsstäbe (11) enthält, welche parallel zur Pfahlachse angeordnet sind und aus dem hohlzylindrischen Kopfstück lotrecht herausragen und insbesondere im Erdreich leicht aufspreizbar sind und daß der Pfahlfuß angespitzt ist.

6. Betonpfahl nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pfahlwandung mindestens im oberen Teilstück regelmäßig verteilte Bohrungen (19) eingebracht sind, die in der Aus­ höhlung münden.

7. Betonpfahl nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Pfahlkopf ein, mittels der aufgespreizten Armierungs­ stäbe (11) stabilisierter, Tragteller (17) aus Beton aufge­ preßt ist und bei Vorhandensein von Bohrungen (19) aus diesen betoneingepreßte Verankerungsdornen herausragen.