DE4234419C2 - Verfahren zum Einbringen von Spundwänden in hindernisreichen Grund - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Spund­ wandelementen, kombinierten Rohr-Spundwandelementen oder mit Spundwandelementen bewehrten Injektionspfählen in größere Tiefen in hindernisreichen Grund, wobei einzelne Hindernisse in Boden­ schichten in geringerer Tiefe liegen.

Spundwände und dergleichen der vorstehend genannten Art werden für Abfangungen und Gründungen jeglicher Art benötigt. Ein be­ sonderer Anwendungsfall liegt beim Bau von Kaianlagen, die auf­ grund zunehmender Schiffsgröße entsprechend größere Tiefen der Spundwände erfordern. Wenn hierbei Steinhindernisse in größerer Tiefe den eingerüttelten oder eingerammten Spundwandelementen im Wege sind, ist ein planmäßiges Einbringen der Spundwandelemente in zueinander paraller Lage nicht mehr sichergestellt. Insbeson­ dere wenn die Elemente mit Profilschlössern miteinander verbun­ den sind, kann ein schadensfreier Einbau beim Auftreffen auf die Steinhindernisse nicht mehr sichergestellt werden.

Steinhindernisse in Tiefenlagen kommen beispielsweise dort vor, wo die Grenze zwischen tertiärem Schluff und eiszeitlichen Abla­ gerungen zu finden ist. Im Hamburger Hafen finden sich derartige Ablagerungsschichten aus Grobkies, Steinen und Geröll in Tiefen z. B. zwischen 15 und 35 m.

Bisher ist hier nur das Ausbaggern der Hindernisse im Wege der Schlitzwandherstellung mit hohen Kosten möglich. Diese Technik ist bei Wasserbaustellen nicht einsetzbar.

Aus der DE 40 35 646 A1 ist ein Verfahren bekannt, das mit dem gegenständlichen Verfahren in folgenden Merkmalen übereinstimmt. Es dient zum Einbringen von Spundwandelementen in größere Tie­ fen, bei dem längs einer zu erstellenden Wand eine Reihe von Bohrlöchern mit Abstand zueinander bis unterhalb der gewünschten Fußpunkttiefe niedergebracht wird, die Spundwandelemente - al­ lerdings gleichzeitig damit und mit Abstand nacheilend - bis zur gewünschten Fußpunkttiefe unter Bildung der Wand niedergebracht werden. Es unterscheidet sich vom gegenständlichen Verfahren dadurch, daß ein Einpumpen einer Flüssigkeit über Austrittsöff­ nungen an der Spitze des Bohrgestänges beim Bohrvorgang statt­ findet, die der Erleichterung des Bohrens durch einen Spülvor­ gang dienen soll. Sollten größere Einzelhindernisse wie größere Steine in Bodenschichten in gegenüber der gewünschten Fußpunkt­ tiefe geringerer Tiefe vorkommen, so müßten diese durch das Bohrgestänge verdrängt werden. Hierbei kann es leicht zu Beschä­ digungen des Bohrgestänges kommen, das als doppeltes Schnecken­ bohrgestänge ausgeführt ist, oder es kann zu einem unerwünschten Auslenken des Bohrgestänges kommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren bereitzustellen, mit dem Spundwände, kombinierte Rohr- Spundwände und mit Spundwandelementen bewehrte Pfahlwände auch in große Tiefe durch Ablagerungsschichten mit Steinhindernissen in geringerer Tiefe hindurch sicher niedergebracht werden kön­ nen.

Die Lösung besteht darin, daß abweichend vom Stand der Technik in Einzelschritten eine Reihe von Bohrlöchern bis unterhalb der gewünschten Fußpunkttiefe der Wand niedergebracht wird, daß danach wenigstens im Bereich zwischen der Hindernislage bis unterhalb der gewünschten Fußpunkttiefe sich überschneidende Erosionsbereiche mittels eines Düsenstrahlverfahrens unter Ein­ satz von Schneidmedium hergestellt werden, in denen die Hinder­ nisse bis unterhalb der gewünschten Fußpunktlage der Wand ab­ sinken können, und daß abschließend die Spundwandelemente, kom­ binierten Rohr- und Spundwandelemente oder mit Spundwandelemen­ ten bewehrten Pfähle bis zur gewünschten Fußpunkttiefe unter Bildung der Wand niedergebracht werden.

Das Düsenstrahlverfahren kann hierbei mit Wasser als Schneidme­ dium durchgeführt werden. Es ist die Zugabe vorübergehend stabi­ lisierender Zusätze möglich, die im Erosionsbereich als Stütz­ flüssigkeit wirken. Bei der Erstellung von Injektionspfählen wird aushärtende Bindemittelsuspension als Schneidmedium ver­ wendet. Gemeinsam mit dem Schneidmedium kann jeweils Druckluft zugeführt werden.

Das Bodenmaterial unterhalb der Hindernislage ist weitgehend auszuspülen. Hierzu wird ein Ringraum zwischen Bohrlochwand und Düsengestänge herangezogen. Das Düsengestänge kann mit einer Bohrkrone versehen sein, so daß sowohl das Niederbringen der Bohrungen als auch das Erodieren der Erosionsräume mit den gleichen Mitteln durchgeführt werden kann.

Das Erodieren erfolgt bevorzugt in einer Aufwärtsbewegung von der tiefsten Lage des Erosionsbereiches nach oben bis an die Hindernislage heran und in diese hinein, wobei mehrfache Auf- und Abbewegungen des Gestänges und damit des Düsenstrahlkopfes zum Erodieren erfolgen können. Der Erosionsvorgang kann hiermit abgeschlossen werden, er kann zusammenhängend bis zur Bodenoberfläche fortgesetzt werden oder er kann von der Bodenoberfläche ausgehend bis hier ergänzt werden.

Das Einbringen der Spundwandelemente kann nach dem Be­ seitigen der Hindernislage aus ihrer ursprünglichen Position mit bekannten Techniken erfolgen, insbesondere können die Spundwandelemente oder kombinierten Rohr- und Spundwandelemente eingerüttelt werden oder eingeschlagen werden. Alternativ dazu ist es auch möglich, mit einem Düsenstrahlgestänge verspannte Spundwandelemente mit diesem nach unten zu ziehen, wobei über das Düsenstrahl­ gestänge entweder nur Schneidflüssigkeit ausgebracht wird oder auch bodenverfestigende Suspensionen zugegeben werden können. Hierbei können sich überschneidende Säulenkörper erstellt werden, die etwa dem Durchmesser der erodierten Bereiche entsprechen, so daß eine Dichtwand mit einer Bewehrung durch Spundwandelemente entsteht.

Nach einer besonderen Weiterbildung kann der Durchmesser eines Erosionsbereiches von der Abmessung eines Spundwand­ elementes oder kombinierten Rohr-Spundwandelementes in Wandrichtung abweichen. Üblicherweise kann die Zahl der Bohrungen und dementsprechend der Durchmesser der ero­ dierten Bereiche geringer sein als ein einzelnes Spund­ wand- oder Rohr-Spundwandelement in Richtung der Wand gemessen. Der Durchmesser eines Erosionsbereiches kann je nach Bodenqualität unterhalb der ursprünglichen Hindernis­ lage zwischen 0,60 und 3,0 m betragen.

Die Mittellängsachsen der einzelnen Spundwandelemente oder dergleichen müssen mit den Achsen der zunächst niederge­ brachten Bohrungen nicht übereinstimmen, wenn der Durch­ messer der Erosionsbereiche wie zuvor erwähnt nicht mit den Abmessungen der Elemente übereinstimmt.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, daß die Mittelebene der Spundwand und die Ebene durch die Mittellängsachsen der Erosionsbereiche bzw. die Bohrlochachsen der Erosionsbe­ reiche nicht übereinstimmen und insbesondere parallel zueinander liegen.

Weiterhin ist es möglich, daß die Erosionsbereiche einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt haben, nämlich daß diese nur Halbkreisen oder Kreissektoren entsprechen.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Niederbringen von Bohrungen gemäß dem Verfahren;

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Herstellen von Ero­ sionsbereichen gemäß dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren;

Fig. 3 zeigt das Absinken der Bodenhindernisse gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 4 zeigt das Niederbringen der Spundwandelemente gemäß dem Verfahren in einer ersten Ausführungs­ form;

Fig. 5 zeigt das Erstellen der Erosionsbereiche und Niederbringen von Spundwandelementen als Bewehrungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer zweiten Ausführung;

Fig. 6 zeigt das Erstellen der Erosionsbereiche und Niederbringen von Spundwandelementen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer dritten Aus­ führung.

In den Fig. 1 bis 6 werden einander entsprechende Teile mit den gleichen Ziffern bezeichnet. Sofern Einzelheiten zu den Figuren nicht im einzelnen erwähnt sind, wird auf die vorherige Figurenbeschreibung Bezug genommen.

In Fig. 1 ist ein Bohrgerät 1 dargestellt, an dessen Mäkler 2 ein Bohrgestänge 3 geführt ist. Das Bohrgestänge 3 wird über einen heb- und senkbaren Drehbohrkopf 4 ange­ trieben. An seinem unteren Ende befindet sich ein Bohr­ meißel 5. Das Bohrgerät 1 steht im vorliegenden Fall der Darstellung einer Landbaustelle auf der Arbeitsebene oder Bodenoberfläche 6 auf. Dies ist jedoch nicht erforderlich, z. B. bei einer Wasserbaustelle. Unterhalb der Bodenober­ fläche befindet sich in einem Abstand x eine Hindernislage 7 mit Steinhindernissen, die einem Eintreiben von Spund­ wandelementen im Wege sind. Mit einem größeren Abstand y von der Bodenoberfläche ist die gewünschte Fußpunktebene 9 der einzubringenden Wand gekennzeichnet. Der Bohrmeißel 5 des Bohrgestänges 3 hat in der gezeigten Darstellung nach Herstellen eines Bohrloches 8 diese Fußpunktlage 9 min­ destens in der Schichtmächtigkeit der Hindernisse unter­ fahren. Wie in Fig. 1a zu erkennen, werden mehrere Bohr­ löcher 8 entlang einer Linie, die die Mittellinie des späteren Wandelementes darstellt, mit größerem Abstand zueinander hergestellt.

In Fig. 2 ist anstelle des Bohrgeräts ein Traggerät 11 für ein Düsengestänge vorgesehen, das ein Düsengestänge 13 mit einem sogenannten Swivel 14 trägt, der über symbolisch dargestellte Zuführungsleitungen 12 mit Schneidwasser und/oder Suspension und mit Luft versorgt wird. Das Düsen­ gestänge 13 wird mit seinem Düsenkopf 15 zunächst durch das bestehende Bohrloch 8 bis unter die Fußpunktebene 9 geführt und anschließend unter drehender Bewegung bei Ausbringen eines Düsenstrahls nach oben gezogen. Es ent­ steht hierbei ein Erosionsbereich 16, der im Durchmesser wesentlich größer als das Bohrloch 8 ist und der mit Stützflüssigkeit 17 gefüllt werden kann. Das Bodenmaterial wird aus dem Erosionsbereich 16 über den Ringraum 10 nach außen abgeführt. Wie in Fig. 2a zu erkennen, ist der Durchmesser der Erosionsbereiche 16 wesentlich größer als der Durchmesser der Bohrlöcher 8. Die aus den einzelnen Bohrlöchern 8 erstellten Erosionsbereiche 16 durchdringen sich. Es können auch Bohr- und Düsengestänge und damit auch die Traggeräte identisch sein.

In Fig. 3 ist bei im wesentlichen gleicher Darstellung wie in Fig. 2 das Erreichen der Hindernislage 7 durch den Erosionsbereich 16 von unten her dargestellt. Die Stein­ hindernisse 18 sind durch den Erosionsbereich 16 abge­ sunken und liegen unterhalb der Fußpunktebene 9 nach dem Sinne der Erfindung. Dies ist ebenfalls in Fig. 3a zu erkennen. Die Stützflüssigkeit kann jetzt durch eine aus­ härtende Suspension 19 ersetzt werden.

In Fig. 4 ist gezeigt, daß das Traggerät für das Düsenge­ stänge durch ein Traggerät 21 für das Einbringen von Spundwänden oder dergleichen ersetzt worden ist. Am Mäkler 22 dieses Traggerätes ist ein Rammgerät 24 oder ein ent­ sprechendes Vortreibgerät angebracht, das ein Spundwand­ element 23 trägt und in den Boden vortreibt, ohne daß dies durch Steinhindernisse behindert wird. Wie in Fig. 4a zu erkennen, entsprechen die Spundwandelemente 23 in dieser Ausgestaltung in ihrer Abmessung in Richtung der Wand etwa dem Durchmesser der Erosionsbereiche 16. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Es muß auch nicht die Mitte eines Bohrloches 8 mit der Position des Rammgeräts 24 in Über­ einstimmung gebracht werden. Im üblichen Fall werden, wie in Fig. 5a erkennbar, mehrere Spundwandelemente 23 im Bereich eines Erosionsbereiches 16 eingetrieben werden, wobei sie in üblicher Weise mit Profilschlössern 25 inein­ andergreifen.

Die Fig. 5 und 5a zeigen ein ähnliches Verfahrenssta­ dium wie die Fig. 4 und 4a. Es ist jedoch der Ver­ fahrensschritt nach Fig. 3 zuvor so weitergeführt worden, daß der Erosionsbereich 16′ bis zur Bodenoberfläche 6 geführt worden ist. Dementsprechend leichter lassen sich die Spundwandelemente ggfs. unter rein statischer Auflast nunmehr bis in die Ebene 9 des Fußpunktes führen.

Die Fig. 6 und 6a zeigen eine weitere Alternative zu den Fig. 4 und 5, nachdem zunächst der Verfahrens­ schritt gemäß Fig. 3 mit dem Erosionsbereich 16 erstellt worden ist. Hierbei ist ein Traggerät 31 für ein Düsenge­ stänge 13 und zum Einbringen eines Spundwandelementes 23 vorgesehen. Das Düsengestänge 13 eilt dem Spundwandelement 23 beim Niederbringen voraus und erleichtert somit dessen Niederbringen. Wie mit gestrichelten Linien dargestellt, entstehen hierdurch ineinander übergehende Erosionsbe­ reiche 16′′ und 16, die im Ergebnis dem Erosionsbereich 16′ nach Fig. 5 entsprechen. Beim Einbringen von Zement­ suspension 19 entstehen nach dem Aushärten mit Spundwand­ elementen bewehrte Pfähle.

Bezugszeichenliste

1 Bohrgerät
2 Mäkler
3 Bohrgestänge
4 Drehkopf
5 Bohrmeißel
6 Erdboden
7 Hindernislage
8 Bohrlochwand
9 Fußpunktebene
10 Ringraum
11, 21, 31 Traggerät
12 Zuführungsleitungen
13 Düsengestänge
14 Swivel
15 Düsenkopf
16′′, 16, 16′ Erosionsbereich
17 Stützflüssigkeit
18 (Stein)hindernisse
19 aushärtende Suspension
21 Traggerät
22 Mäkler
23 Spundwandelement
24 Rammgerät
25 Profilschloß
26 Halterung für Spundwandelement

Claims (14)

1. Verfahren zum Einbringen von Spundwandelementen, kombinier­ ten Rohr-Spundwandelementen oder mit Spundwandelementen bewehrten Pfählen in größere Tiefe in hindernisreichen Grund, wobei einzelne Hindernisse in Bodenschichten in geringerer Tiefe liegen,
bei dem längs einer zu erstellenden Wand eine Reihe von Bohrlöchern (8) mit Abstand zueinander bis unterhalb der gewünschten Fußpunkttiefe (9) der Wand niedergebracht wird, wenigstens im Bereich zwischen der Hindernislage (7) bis unterhalb der gewünschten Fußpunkttiefe (9) mittels eines Düsenstrahlverfahrens unter Einsatz von Schneidmedium sich überschneidende Erosionsbereiche (16) hergestellt werden, in denen die Hindernisse (18) bis unterhalb der gewünschten Fußpunktlage (9) der Wand absinken können, und
abschließend die Spundwandelemente (23), kombinierten Rohr- Spundwandelemente oder mit Spundwandelementen bewehrten Pfähle bis zur gewünschten Fußpunkttiefe (9) unter Bildung der Wand niedergebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsbereiche (16) auf den Bereich von unterhalb der Fußpunkttiefe (9) bis knapp oberhalb der Hindernislage (7) beschränkt bleiben.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsbereiche (16′) von unterhalb der Fuß­ punkttiefe (9) aus zusammenhängend bis zur Bodenober­ fläche (6) hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste Erosionsbereiche (16) auf den Bereich von unterhalb der Fußpunkttiefe (9) bis knapp oberhalb der Hindernislage (7) beschränkt werden und zweite er­ gänzende Erosionsbereiche (16′′) von der Bodenober­ fläche aus unter Mitnahme der Spundwandelemente (23) oder kombinierten Rohr-Spundwandelemente ergänzend an die ersten herangeführt werden und die Spundwand­ elemente (23) oder kombinierten Rohr-Spundwandelemente bis zur Fußpunkttiefe abgesenkt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spundwandelemente (23) oder die kombinierten Rohr-Spundwandelemente mit statischer oder rüttelnder oder schlagender Auflast niedergebracht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spundwandelemente (23) oder kombinierte Rohr-Spundwandelemente in einem Verfahrensschritt unter gleichzeitiger Mitnahme derselben gemeinsam mit einem Düsengestänge, aus dem Schneidflüssigkeit ausge­ bracht wird, niedergebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spundwandelemente (23) oder kombinierten Rohr-Spundwandelemente in einem Verfahrensschritt unter gleichzeitiger Mitnahme derselben mit einem Düsengestänge (13), aus dem Bindemittelsuspension ausgebracht wird, niedergebracht werden, um mit Spund­ wandelementen bewehrte Pfähle zu erzeugen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser eines Erosionsbereiches (16) von der Abmessung eines Spundwandelementes (23) oder kom­ binierten Rohr-Spundwandelementes in Wandrichtung abweicht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsbereiche (16) ausschließlich unter Einsatz von Wasser als Schneidmedium erstellt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsbereiche (16) unter Einsatz von ver­ festigender Suspension (19) als Schneidmedium erstellt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsbereiche (16) unter Einsatz von Stütz­ flüssigkeit (17) erstellt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsbereiche (16, 16′, 16′′) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt haben.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachsen der einzelnen Spundwandele­ mente (23) oder kombinierten Rohr-Spundwandelemente mit den Achsen der zuvor niedergebrachten Bohrlöcher (8) nicht übereinstimmen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene der Spundwand und die Ebene durch die Mittellängsachsen der Erosionsbereiche bzw. die Bohrlochachsen der Erosionsbereiche nicht überein­ stimmen und insbesondere parallel zueinander liegen.