DE4203493A1 - Gruendung mit setzungsausgleich fuer bauwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gründung für Bauwerke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß Bauwerksgründungen die Aufgabe haben, die Bauwerkskräfte sicher und ohne schädigende Setzungen in den Baugrund überzuleiten. Dabei wird in der Regel ein nachträglicher Setzungsausgleich nicht vorgesehen. Die Gründung muß dann so bemessen werden, daß insbesondere der ungleichmäßige Anteil der Setzungen klein bleibt. Besondere Sorgfalt verdienen schwere Bauten, das sind solche, deren Lasten erheblich größer sind als das Gewicht der ausgehobenen, bzw. dem Grundbruch entgegenwirkenden, oberhalb der Grün­ dungssohle anstehenden Erdmasse. Dazu gehören insbesondere die Fahrbahnen mit ihren Flachgründungen, bei denen die zulässigen Bodenpressungen am geringsten sind.

Die in Normen angegebenen zulässigen Bodenpressungen können er­ heblich überschritten werden, wenn eine Setzungsberechnung ge­ macht wird, insbesondere dann, wenn ein nachträglicher Set­ zungsausgleich am Bauwerk planmäßig vorgesehen wird.

Die Oberbauten von Eisenbahnen stellen extreme Flachgründungen dar. Hier werden Oberbauten mit Bettung aus Schotter und solche mit schotterloser, fester Fahrbahn, bzw. mit Fahrbahnplatte un­ terschieden. Bei den Oberbauten auf Schotterbettung erfolgt der Setzungsausgleich durch Nachstopfen des Schotters unter den Querschwellen, die zusammen mit den Schienen das Gleisrost bil­ den, das sich unter der Belastung durch die Fahrzeuge allmäh­ lich und ungleichmäßig in der Bettung absenkt. Trotz dieses Ab­ senkens ist dieser Oberbau bei allen Eisenbahnen als Regelober­ bau eingeführt, weil bei ihm der Setzungsausgleich durchführbar ist, bei der festen Fahrbahn dagegen nicht oder nur mit großem Aufwand.
Literatur:
Hettwer, H.: Versuche zur Entwicklung des Oberbaus in fester Fahrbahnausführung. Bauingenieur 56 (1981) 423-430.
Naue, K-H. und W. Neuhöfer: Die Konzeption der DB zur Fortentwicklung schotterloser Oberbaukonstruktionen für künftige Neubaustrecken. DB-Report 1989.

Um die Belange der Tragfähigkeit von Gründungen bei stark ein­ geschränkten Setzungen zu erfüllen, ist es nötig, die erforder­ lichen Einzel-, Streifen- und Flächengründungen als Tiefgrün­ dungen auszuführen, deren Einbringung ein entsprechend großer Erdaushub vorausgeht. Sie verursachen erhebliche Baukosten und erfordern lange Bauzeiten für die Gründung, bevor mit der Mon­ tage des Bauwerks begonnen werden kann. Entsprechend verzögert sich der Nutzungsbeginn der Bauwerke.

Die Gründungen und Fundamente werden also nach Maßgabe der einzuschränkenden Setzungen dimensioniert. Sie sind dadurch er­ heblich aufwendiger als nach den Erfordernissen der Tragfä­ higkeit oder wenn die Setzungen planmäßig ausgeglichen werden könnten. Durch aufwendigen Bodenaustausch oder durch Bodenver­ besserung in verschiedener Art können die Setzungseigenschaften des Baugrundes verbessert werden.

Zur Setzungseinschränkung erfordert auch der Bau von festen Fahrbahnen große Bodenbewegungen und eine frostfreie Unter­ grundausbildung und Entwässerung, bevor die Fahrbahn aufbe­ toniert oder aus Fertigteilen aufgelegt werden kann. Die Stüt­ zung der Gleise von Eisenbahnen und sonstigen Gleisbahnen auf Schwellen, die wiederum von einem Schotter- oder Kiesbett auf einer Planungsschutzschicht gestützt werden, ist als eine hand­ werkliche Konstruktion zu bewerten, die sich seit der Einfüh­ rung der Eisenbahn vor 150 Jahren prinzipiell nicht verändert hat. Diese Flachgründungen können aus der Sicht der Bau­ grundmechanik ihrer Aufgabe von vornherein nur mangelhaft und nur unter ständiger Sanierung gerecht werden, weil das Bet­ tungsmaterial unter der Belastung seitlich herausquellen kann, am seitlichen Ausweichen nur durch die innere Reibung der kohäsionslosen Schüttung behindert wird.

Diese Umstände sind für eine beständige Gründung unzureichend. Die Gründung befindet sich naturgemäß unter den Fahrbelastungen ständig in Auflösung, verstärkt durch die Dynamik wiederholter Lasteintragungen. Sie weicht der Stützfunktion aus und bedarf - neben den Bauaufwendungen für die Bereitstellung und den Einbau der Planumsschutzschicht und des Schotters - einer ständigen Wiederherstellung mit aufwendiger handwerklicher und maschineller Technik.

Unzureichende Zustände sind dabei unvermeidbar. Sie können Eisenbahnunfälle verursachen, zurückzuführen auf Gleisbrüche und Gleisverwerfungen. Trotzdem stellt der Oberbau mit Schot­ terbett die Regelausführung dar, weil er die Setzungsregulier­ barkeit besitzt.

Viele Bemühungen mit aufwendigen Musterbauten fester Fahrbahnen führten zu keinem bleibenden Erfolg, weil die mangelhafte Kon­ struktion einer Flachgründung dabei nicht aufgegeben und eine Setzungsregulierbarkeit nicht eingebaut wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gründung anzuge­ ben, durch die die erwähnten Nachteile vermieden, der Bauauf­ wand verringert, und die Bauzeit für die Gründung erheblich verkürzt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung ist einer Pfahlgründung verwandt, deren Tragfähigkeit, bezogen auf den Gründungsquerschnitt, größer ist als diejenige einer regulären Flächengründung, die aber darüber hinaus den Setzungsausgleich auf einfache Weise ermöglicht.

Für eine Anwendung der erfindungsgemäßen Gründung auch als Lagerung auf Brücken oder anderen Stützkonstruktionen und zur Anpassung an die statischen Systemen der Tragwerke sind weitere kennzeichnende Merkmale der gattungsgemäßen Einrichtung in den Unteransprüchen 2 bis 4 aufgeführt.

Bei einer Gründung im Erdreich wird der geringste Bodenaushub dadurch erreicht, daß das Erdreich im Bereich des Stützraumes nicht oder nur teilweise durch ringförmiges Vorbohren ausgehoben wird. Bei schlechtem Baugrund kann es zweckmäßig werden, am unteren Rand des Mantels eine Sohlenplatte verschieblich einzufügen oder fest an den Mantel anzuschließen, welche die Stützfüllung vom Untergrund trennt. Die gattungsgemäße Einrichtung, bei der der Mantel durch einen Boden zu einem Topf ergänzt ist, könnte Topfgründung bzw. Topflagerung genannt werden.

Für die im Anspruch 3 erwähnten zusätzlichen Bauteile, die der Stützfüllung zugeordnet werden können, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die im Anwendungsfall erprobt werden soll­ ten, auf die hier nicht besonders eingegangen werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß hierbei auch das Prinzip des Stoß­ dämpfers zur Schwingungsdämpfung realisiert werden kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß

• - die Konstruktion der Gründung der ingenieurmäßigen Kon­ struktion von Tragwerken angeglichen ist, wobei eine höhere zulässige Bodenpressung der Gründung in der Größen­ ordnung einer Verzehnfachung gegenüber einer Flachgründung und damit eine umgekehrt proportionale Verkleinerung der Gründungssohlflächen erreicht wird, wodurch die Setzungsbelange den Gründungsaufwand in geringem Maße bestimmen, weil unzulässige Setzungen nachträglich ausgeglichen werden können,
• - der Bauaufwand erheblich verringert, die Bauzeit verkürzt wird und das Bauwerk kurzfristiger zur Nutzung übergeben werden kann, weil ein Aushub der Baugrube, Einbringen der Fundamente, Verzögerungen aus Abbindezeiten des Betons entfallen, die Montage des Aufbaus praktisch mit dem Baubeginn der Gründung einsetzen kann, der mögliche Mechanisierungsgrad erhöht und erforderliche Bauleistungen vereinheitlicht werden, indem beispielsweise mit dem glei­ chen Gerät die Baustraßen und die Bauwerke gegründet werden können,
• - dem ökologischen Naturprinzip - Naturprodukte werden schadlos nach ihrem Ableben in den Kreislauf der Natur zu­ rückgeführt - dadurch zu entsprechen ist, daß die Belange einer Demontage der Bauwerke mit möglichst geringem Auf­ wand und geringen bleibenden Veränderungen im Erdreich be­ reits beim Entwurf der Bauwerke berücksichtigt werden und einer zu erwartenden gesetzlichen Forderung des Nachweises solcher Umweltverträglichkeit entsprochen wird.

Bei Fahrbahnen bestehen die durch die Erfindung entstehenden Vorteile darin, daß die Gründung mit Setzungsausgleich auch auf einem wenig tragfähigen Boden ohne einen Bodenaushub der Boden­ oberfläche ausgeführt und/oder die Gründungssohle ohne wesentlichen Bodenauschub auf tragfähige Bodenschichten herabgeführt werden kann. In größerem Umfange kann eine Aufständerung der Fahrbahnen vorgesehen werden um die anstehenden Bodenflächen unbeschädigt zu lassen, was eine weitergehende Nutzung der Bodenflächen ermöglicht, wodurch den Bodenpflanzen und Tieren der Lebensraum weniger beschädigt und eingeengt wird.

Beim Eisenbahnbau mit der erfindungsgemäßen Einrichtung können die aufwendigen Maßnahmen zu frostfreien Gründung, die großen Bodenbewegungen dafür, die Planumsschutzschicht und die Be­ schotterung in Gewinnung, Ab- und Antransport, Einbringung und Wartung eingespart werden. Zusätzlich wird die Lage- und Verwerfungssicherheit der Gleise, bei Einsparung des Schotter­ bettes und der Planumsschutzschicht heutiger Regelausführungen und unter Verwendung örtlich anstehender Sande und Kiese als Stützfüllung, wesentlich verbessert.

Beim Hochbau können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung not­ wendige Erdarbeiten im Unterbau und in den Randzonen des Bau­ werks, beispielsweise Dienstleistungsräume im Keller- und Erd­ geschoß, Gräben und Gruben der Versorgungs- und Entsorgungs­ technik während und nach der Montage, im Eigenheimbau auch in Eigenleistung nach dem Bezug des Gebäudes ausgeführt werden.

Auch für schwieriges Baugelände, beispielsweise Sandwüsten, soll eine kostengünstige Gründung für Bauwerke aufgezeigt wer­ den.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt. Sie sind im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 die Draufsicht auf die Fahrbahnplatte eines Eisen­ bahngleises mit Ausschichten durch die Gründung in den Schnitten B-B und C-C,

Fig. 2 den Schnitt A-A nach Fig. 1 mit prinzipieller Dar­ stellung der angreifenden Kräfte,

Fig. 3 den Schnitt durch eine Fahrbahnplatte gemäß Fig. 2, deren Gründung mit einer losen Sohlenplatte ausge­ stattet ist,

Fig. 4 den Schnitt durch eine Fahrbahnplatte gemäß Fig. 2, deren Gründung mit einer am Mantel angeschlossenen Sohlenplatte ausgestattet ist,

Fig. 5 Querschnitte durch eine Eisenbahn-Blechträgerbrücke, bei der die Gründung als Topfgründung auf der Brücke durchgeführt ist,

Fig. 6 den Schnitt durch eine Stütze, die durch den heraus­ ragenden Mantel gebildet wird,

Fig. 7 den Schnitt durch eine Rahmenstütze, die vom ver­ längerten Stützkolben gebildet wird.

Die Fahrbahnplatten nach den Fig. 1 bis 5 mit der erfin­ dungsgemäßen Stützung oder Lagerung sind in gleicher Weise für Autobahnen, Straßen, Flugplätze, aber auch für Eisenbahnen, Straßenbahnen, Kranbahnen usw. geeignet. Im Vergleich mit dem Schellen-Oberbau sind hier jeweils zwei Schwellen zu einer Platte zusammengefaßt. Die ganze Fahrbahn entsteht durch Rei­ hung der Einzelplatten, wobei die Fugen zwischen den Einzel­ platten mit einer Stoßdichtung versehen werden können. Das Ein­ dringen von Regenwasser in den Stützraum 2 soll konstruktiv verhindert werden.

Die einzelne Platte der Fahrbahn ist hier mit vier Stützungen ausgestattet, bestehend aus dem Mantel 1, der den Stützraum 2 umschließt, welcher mit der Stützfüllung 3 ausgefüllt ist und auf welcher der Stützkolben 4 aufliegt. Die Stützfüllung 3 wird in der Regel aus Kies bestehen. Ihre Elastizitätseigenschaften zur Schall-, Stoß- und Schwingungsdämpfung können durch beson­ dere Einlagen den Erfordernissen angepaßt werden.

Nach Fig. 2 werden über die Stützkolben 4 die Vertikalkräfte V in die Stützfüllung eingetragen, über die sie bei einer Gründung in den Untergrund geleitet werden. Bei einer Lagerung mit der erfindungsgemäßen Stützung nach Fig. 5 werden die Vertikal­ kräfte V über die Mantelböden 9 und die Mäntel 1 an die Trag­ konstruktion abgegeben, an der die Mäntel 1 angeschlossen sind. Die Horizontalkraft H wird über die Stützkolben in die Mäntel und von dort in den seitlich anstehenden Untergrund, bzw. in die angrenzende Tragkonstruktion übergeleitet, wobei alle Stützkolben 4 der Einzelplatte mitwirken.

Jeden Stützkolben 4, ausnahmsweise auch den Mantel 1 unterhalb des Stützkolbens 4, durchdringt ein Stutzen 5, durch den die Stützfüllung 3 auch nach der Verlegung der Platten und während ihres Einsatzes aufgefüllt oder entleert, die Fahrbahnplatte also höher gestellt oder abgesenkt werden kann. Der Stutzen 5 ist mit einem Stopfen 6 verschlossen. Bei Eisenbahngleisen wird erwartet, daß durch das elastische Heben und Senken der Gleise unter den Zugfahrten ein in den Füllstutzen eingegebenes Stütz­ füllungsmaterial selbsttätig unter den Füllstutzen fließt und diesen auf eine höhere Lage einstellt. Dagegen ist ein Heraus­ drücken der Stützfüllung 3 durch den Stutzen 5 nach oben nicht zu erwarten.

Im Schnitt B-B der Fig. 1 und 2 ist der Fall dargestellt, bei dem das anstehende Erdreich im Bereich des Stützraumes nur teilweise, ringförmig ausgehoben, bzw. ausgebohrt worden ist, die Stützfüllung also nur in diesem ausgehobenen Volumen in­ nerhalb und außerhalb des Mantels aufzufüllen ist.

Im Schnitt C-C in der Fig. 1 und 2 ist der Fall dargestellt, bei dem das Loch für das Einsetzen des Mantels 1 ganz ausgeho­ ben ist.

Nach Fig. 3 ist an der Sohle des Stützraumes 2 innerhalb des Mantels 1 eine Sohlplatte 7 verschieblich eingefügt, welche die Stützfüllung 3 vom Untergrund trennt. Eine solche Trennung kann bei bindigem und/oder lockerem Untergrund zweckmäßig sein.

Nach Fig. 4 ist die Sohlenplatte 7 fest an den Mantel 1 ange­ schlossen und als Boden 8 ausgebildet, der den Mantel zu einem Topf ergänzt. In dieser Ausführung kann die Gründung auch eine Topfgründung genannt werden. Der Mantelboden ermöglicht bei ei­ ner Demontage der Gründung die Stützfüllung 3 mit herauszuheben und wiederzuverwenden.

Nach Fig. 5 kann die Gründung in der Ausführung der Topfgrün­ dung mit einem tragfähigen Boden 9 zur Auflagerung der Fahr­ bahnplatten über Brücken durchgeführt werden, wobei die Töpfe an die Brückenkonstruktion angeschlossen bzw. auf Zwischenträ­ gern aufgelagert werden. Durch die zweckmäßige Wahl von Stütz­ füllung 3 und Länge des Mantels 1 kann die Bettungselastizität dieser Lagerung derjenigen der Strecke auf dem Untergrund ange­ paßt werden.

Nach Fig. 6 ragt der Mantel 1 der Gründung so über das Planum hinaus, daß er zur Stütze eines Bauwerks verlängert ist. In dieser Ausführung können große Anfangssetzungen, die laufend kontrolliert und korrigiert werden, für das Bauwerk zugelassen werden. Nach Abklingen der Setzungen kann die Stützfüllung für eine höhere Sicherung des Dauerbestandes verfestigt werden.

Nach Fig. 7 ist der Stützkolben 4 der Bodenplatte zum Stiel ei­ nes Rahmens verlängert. Seine Höhenlage kann ebenfalls in der beschriebenen Weise erfindungsgemäß durch eine Korrektur der Stützfüllung 3 über den Stutzen nachträglich justiert werden.

Claims (4)

1. Gründung mit Setzungsausgleich für Bauwerke insbesondere für feste Fahrbahnen von Eisenbahnen, Straßenbahnen, Auto­ bahnen, Straßen und befahrenen Plätzen, aber auch für Hochbauten, Maschinenfundamente u. a., dadurch gekennzeichnet, daß die Gründung aus einem Mantel (1) besteht, der einen Stützraum (2) seitlich umschließt und der mit einer Stützfüllung (3) ausgefüllt ist, auf welcher ein Stützkolben (4) aufliegt, der längsverschieblich im Mantel (1) eingefügt ist, wobei ein verschließbarer Stutzen (5) den Stützkolben (4) oder den Mantel (1) durchdringt, durch den die Stützfüllung (3) zum Heben oder Senken des Stützkolbens (4) aufgefüllt oder verringert werden kann.

2. Gründung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gattungsgemäße Einrichtung zur Lagerung der Fahrbahnplatten auch auf Brücken oder an­ deren Tragkonstruktionen ausgeführt wird, wobei der Mantel (1), mit einem tragfähigen Boden (9) ausgestattet, den Stützraum (2) auch unten umschließt und an die Tragkon­ struktion der Brücke angeschlossen ist.

3. Gründung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfüllung (3), die im allgemeinen aus Kies besteht, durch zusätzliche Bauteile ergänzt wird, mit denen die elastischen Bettungseigen­ schaften der Stützfüllung (3) im Hinblick auf die Schall-, Stoß- und Schwingungsdämpfung den Erfordernissen besonders angepaßt werden.

4. Gründung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) mit der Stütz­ füllung (3) über das Planum des Geländes herausragt oder daß der Stützkolben (4) zur Stütze eines Bauwerks, bzw. zum Stiel eines Rahmens verlängert ist.