DE4442475C2 - Herstellung eines horizontalen Dichtschirms gegen drückendes Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines flächigen, insbesondere horizontalen Dichtschirms gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei einem derartigen Verfahren (DE 36 21 019 A1) stets das Problem gege­ ben, daß der herzustellende horizontale Dichtschirm mittels entsprechender Arbeiten im Grundwasserbereich gefertigt werden muß, wobei der Begriff "horizontal" auch eine ent­ sprechende Neigung von bis zu ca. +/-15° gegen die Hori­ zontale einschließt.

Bei derartigen Arbeiten wird der insbesondere horizontale flächige Dichtschirm, der nicht nur zur Abdichtung gegen Grundwasser dienen, sondern auch Sicherungs- und/oder Trag­ funktion aufweisen soll, unterhalb des Grundwasserspiegels durch benachbart angeordnete, sich teilweise überlappende Bodenmörtel-Säulen in weitgehend horizontaler Erstreckung gebildet. Diese Säulen werden nacheinander mittels des sog. Düsenstrahlverfahrens gefertigt, wobei entsprechende Binde­ mittelsuspension, beispielsweise bestehend aus- Zement, Steinmehl, Bentonit usw., zugeführt und das anfallende Überschußmaterial aus dem Säulenbereich abgeführt wird.

Bei dem erwähnten Düsenstrahlverfahren gelangt hierbei in bekannter Weise ein energiereicher Flüssigkeitsstrahl, der Düsenstrahl, zur Anwendung, mittels dem die zu bearbeiten­ den Bodenvolumina in situ geschnitten, suspendiert und ver­ wirbelt werden. Hierbei ist der Düsenstrahl gleichzeitig Träger einer Bindemittelsuspension, so daß im selben Ver­ fahrensgang durch Zumischen der Bindemittelsuspension ein Bodenmörtel oder Bodenbeton in Säulenform hergestellt wird.

Da die Arbeiten zur Ausbildung des Dichtschirms im Grund­ wasserbereich erfolgen und der Bohransatzpunkt unterhalb des Grundwasserspiegels liegt, werden die erwähnten Vor­ gänge von einer vertikalen Abdichtwand aus, beispielsweise einer Baugrubenwand, einer Schacht- oder Trennwand usw., durchgeführt, und zwar unter Verwendung eines Preventers am Bohrlochansatz, um einerseits das durch die Baugrubenwand hindurchgeführte Bohr- und Düsengestänge entsprechend abzu­ dichten und andererseits den Aufbau eines geeigneten Innen­ drucks in der auszubildenden Säule während des gesamten Herstellvorgangs sicherzustellen.

Der sich während der Ausbildung der Säule ergebende Über­ schuß (Boden und Suspension) muß aus dem Säulenbereich ab­ geführt werden, um unerwünschte Hebungen oder Senkungen des darüberliegenden Geländes zu vermeiden. Dies erfolgte bis­ her derart, daß Überschuß an den Bohrlochansatz zurückge­ führt wurde, was jedoch unter dem Grundwasserspiegel erheb­ liche technische Abdichtungsprobleme mit sich brachte und eine kontrollierte Überschußabfuhr äußerst erschwerte.

Aufgrund dieser Schwierigkeiten hat man bisher ent­ sprechende Arbeiten im Grundwasserbereich vermieden und nach Möglichkeit derartige Säulen zur Ausbildung eines flä­ chigen, insbesondere horizontalen Dichtschirms mit Säulen­ durchmesser von ca. 60-80 cm lediglich im grundwasser­ freien Untergrund hergestellt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Besei­ tigung der geschilderten Nachteile das Verfahren der gat­ tungsgemäßen Art derart auszubilden, daß die gegen drücken­ des Wasser erfolgende Herstellung weitgehend horizontaler Säulen bei möglichst großem Säulendurchmesser, d. h. von bis zu 1,20 und mehr, möglich ist und ein kontrollierter Rück­ fluß des Überschußmaterials gewährleistet wird, um un­ erwünschte Hebungen oder Senkungen des darüberliegenden Ge­ ländes zu meiden.

Die Merkmale des zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der wesentliche Ge­ danke zugrunde, die Abfuhr des Überschußmaterials nicht, wie bisher üblich, fluchtend zur Säulenachse durchzuführen, sondern getrennt von der Zufuhr der Bindemittelsuspension zu bewerkstelligen, und zwar derart, daß die Abfuhr des Überschußmaterials quer zur Säulenachse etwa vom Bereich des Säulenscheitels bis zu einem geodätisch höherliegenden Punkt erfolgt.

Zu diesem Zweck ist wenigstens eine separate Entlastungs­ bohrung vorgesehen, die unverrohrt oder verrohrt ausgebil­ det sein kann und durch die hindurch die Abfuhr des Über­ schußmaterials erfolgt. Diese Entlastungsbohrung bzw. die­ ses Entlastungsrohr verläuft vom Säulenbereich wenigstens bis zum Grundwasserhorizont, ist jedoch vorzugsweise bis zur Geländeoberkante (GOK) geführt.

Das Entlastungsrohr verläuft weitgehend senkrecht, kann je­ doch selbstverständlich auch, falls dies die Verhältnisse vor Ort erforderlich machen, schräg bzw. entsprechend zur Vertikalen geneigt verlaufen. Dies kann im Bedarfsfall auch einen Verlauf des Entlastungsrohres schräg durch die Bau­ grubenwand beinhalten.

Bei der Anwendung eines derartigen Verfahrens gemäß der Er­ findung ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß aufgrund der vorgesehenen gesonderten Entlastungsbohrung der notwen­ dige hydrostatische Druck zur Stabilisierung der Säule er­ zielt wird. Außerdem läßt sich stets ein kontrollierter Rückfluß des Überschußmaterials gewährleisten, so daß keine unerwünschte Hebung des darüberliegenden Bodens bzw. eines darüber angeordneten Gebäudes zu befürchten ist.

Das Entlastungsrohr ist vorzugsweise am Anfang der Säule kurz hinter einer senkrechten oder geneigten Baugrubenwand, von der aus die Säule in den abzudichtenden Boden hinein ausgebildet wird, angeordnet. Das Entlastungsrohr kann aber auch an jeder anderen Stelle der zu bildenden Säule, beisp. an oder nahe dem Ende angeordnet sein.

Der kontinuierliche Rückfluß des Überschußmaterials durch das Entlastungsrohr kann noch zusätzlich gesichert bzw. un­ terstützt werden entweder durch entsprechende pneumatische Beaufschlagung oder vorzugsweise durch Einsatz eines mecha­ nischen Transportmittels, beisp. einer Bohrschnecke, die in dem Entlastungsrohr angeordnet ist.

Falls die kontinuierliche Abfuhr des Überschußmaterials durch das Entlastungsrohr mittels pneumatischer Beaufschla­ gungen unterstützt wird, kann zu diesem Zweck eine Luftlei­ tung zur Anwendung gelangen, die in das Entlastungsrohr ge­ führt ist, so daß aufgrund der durch diese Luftleitung ein­ geführten Druckluft die Abfuhr des Überschußmaterials durch das Entlastungsrohr begünstigt wird.

Die Ausbildung der jeweiligen Säulen erfolgt, wie erwähnt, mittels des Düsenstrahlverfahrens, wobei ein kombiniertes Bohr- und Düsengestänge zur Anwendung gelangt, das an sei­ nem vorderen Ende mit einer Bohrkrone versehen ist. Im Ab­ stand hierzu ist ein Düsenträger angeordnet, aus dem unter entsprechend hohem Druck die Bindemittelsuspension aus­ tritt. Es erfolgen somit der Vorgang des Bohrens und des Düsens im Abstand voneinander, jedoch gleichzeitig, wobei aufgrund eines zwischen Bohrkrone und Düsenträger vorgese­ henen Verbindungsrohres eine entsprechend vorteilhafte Auf­ lagerwirkung erzielt wird.

Wenn das Entlastungsrohr, wie vorzugsweise vorgesehen, kurz hinter der Baugrubenwand angeordnet ist, dient das vorer­ wähnte Verbindungsrohr zwischen Bohrkrone und Düsenträger gleichsam als Führungsrohr zur Stabilisierung der Bohrrich­ tung. Wenn demgegenüber das Entlastungsrohr an oder nahe dem Ende der zu bildenden Säule angeordnet wird, wird übli­ cherweise mittels des Bohr- und Düsengestänges zuerst der Bohrvorgang durchgeführt, worauf sodann erst beim Rückzie­ hen des Bohr- und Düsengestänges gedüst wird. Bei einem derartigen Vorgehen kann das Führungsrohr zwischen Bohr­ krone und Düsenträger entfallen. Bei einer Anordnung des Entlastungsrohres an einer Stelle zwischen Anfang und Ende der Säule werden die Bohr- und Düsvorgänge entsprechend dem vorher Gesagten aufeinander abgestimmt.

Die Kontrolle des Rückflusses des überschüssigen Bodenmate­ rials kann nicht nur auf optische Weise am Auslaufende des Entlastungsrohres erfolgen, sondern auch mittels Messen des Suspensionsdruckes in der Säule. Dies erfolgt beispiels­ weise direkt am Bohr- und Düsengestänge mittels einer dort angebrachten Druckmeßeinrichtung. Statt dessen ist es auch möglich, den jeweiligen Suspensionsdruck mittels einer ge­ sondert in die Säule eingebrachten Druckmeßeinrichtung zu ermitteln, wobei dieses Einbringen der Druckmeßeinrichtung beispielsweise über eine zusätzliche Bohrung in der Baugru­ benwand erfolgen kann.

In jedem Fall ermöglicht die Anordnung des erfindungsgemäß vorgesehenen gesonderten Entlastungsrohres den kontrollier­ ten Rückfluß größerer Materialmengen, d. h. des überschüssi­ gen Bodenmaterials sowie der überschüssigen Bindemittelsus­ pension; auf diese Weise können auch mit Vorteil Säulen von erheblich größerem Durchmesser, und zwar bis zu 1,20 m Durchmesser und mehr, hergestellt werden.

Bei Bedarf können die jeweiligen Entlastungsrohre nach der Herstellung der gewünschten Bodenmörtelsäulen auch als Nachfülleinrichtung verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden in Form von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 schematisch in Vorderansicht eine beim Tunnelbau in einer Baugrube errichtete Bohrpfahlwand mit einem über einem Bahntunnel vorgesehenen Dicht­ schirm, der aus mehreren Bodenmörtelsäulen ge­ bildet ist;

Fig. 2 im senkrechten Querschnitt eine von dieser Pfahl­ wand aus herzustellende Säule zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 den Dichtschirm in Draufsicht und

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens im senkrechten Querschnitt.

Wie aus der Zeichnung, insbesondere aus Fig. 1, ersicht­ lich, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Vortrieb zweier U-Bahntunnel 1, 2 vorgesehen, und zwar in einem Boden 3, der bis zu dem mit dem Bezugszeichen 4 ange­ deuteten Wasserspiegel grundwasserführend ist.

Zur Absicherung gegen dieses Grundwasser 4 sind daher die oberen Bereiche der Bahntunnel 1, 2 vor ihrer Ausbildung mit einem flächigen, insbesondere horizontalen Dichtschirm 5 zu schützen, der außer der Funktion des Abdichtens gegen das Grundwasser 4 auch noch eine Sicherungs- und/oder Trag­ funktion erfüllt und durch benachbart angeordnete, sich teilweise überlappende Bodenmörtelsäulen 6 gebildet ist.

Die senkrechte Abdichtung der Baugrube gegen Grundwasser 4 ist mittels einer vertikalen Baugrubenwand 7 in Form einer üblichen Bohrpfahlwand gebildet, wobei sich die einzelnen Säulen 6 von dieser Baugrubenwand 7 aus weitgehend horizon­ tal erstrecken.

Wie im einzelnen aus Fig. 2 ersichtlich, werden die sich überlappenden Bodenmörtelsäulen 6 des Dichtschirms 5 nach­ einander mittels des sog. Düsenstrahlverfahrens durch Zu­ fuhr entsprechender Bindemittelsuspension gebildet, wobei das anfallende Überschußmaterial 8, das aus überschüssigem Boden und überschüssiger Bindemittelsuspension besteht, aus dem Säulenbereich abgeführt wird.

Zur Herstellung der jeweiligen Säule 6 ist ein Bohr- und Düsengestänge 9 vorgesehen, das an seinem vorderen Ende eine Bohrkrone 10 sowie im Abstand hierzu einen Düsenträger 11 aufweist. Bohrkrone 10 und Düsenträger 11 sind im Ab­ stand voneinander, beispielsweise im Abstand von 0,5 bis 2 m, angeordnet und mittels eines Rohres 12 verbunden. Das Bohr- und Düsengestänge 9 ist durch eine in der Baugruben­ wand 7 vorgesehene horizontale Bohrung 13 hindurchgeführt, wobei diese Bohrung 13 mittels eines an sich bekannten Pre­ venters 14 nach außen abgedichtet ist.

Die Abfuhr des bei der Bildung der Säule 6 anfallenden Überschußmaterials 8 erfolgt nicht, wie bisher üblich, fluchtend zur Säulenachse durch die Bohrung 13 der Baugru­ benwand 7 und den Preventer 14 hindurch, sondern statt des­ sen getrennt von der Zufuhr der Bindemittelsuspension durch ein gesondertes Entlastungsrohr 15 hindurch. Dieses Entla­ stungsrohr 15 ist quer zur Säulenachse etwa vom Bereich des Säulenscheitels bis zu einem geodätisch höherliegenden Punkt geführt, und zwar beim dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel etwa bis zur Geländeoberkante GOK, an der es in einer Auffanggrube 16 endet.

Das jeder auszubildenden Säule 6 zuzuordnende Entlastungs­ rohr 15 wird kurz hinter der Baugrubenwand 7 von der Gelän­ deoberkante GOK aus eingebohrt, und zwar so weit, bis sein unteres Ende etwa in den oberen Bereich der auszubildenden Säule ragt (siehe Fig. 2).

Zur Ausbildung der Säule 6 wird dann das Bohr- und Düsenge­ stänge 9 von der Baugrubenseite her in die Bohrung 13 der Baugrubenwand 7 eingeführt, wobei mittels der Bohrkrone 10 gebohrt wird. Es wird dann der Düsenträger 11 in Betrieb gesetzt, so daß aus ihm ein in vertikaler Ebene rotierender Schneidstrahl aus Wasser oder Suspension mit und ohne Luft­ zusatz bei einem Pumpendruck von 100 bis 600 bar austritt. Hierdurch wird der anstehende Boden aufgeschnitten und aus­ gefräst. Der ausgefräste Boden wird über die Entlastungs­ bohrung 15 nach oben gespült. Mittels der Bohrkrone 10 wird weitergebohrt und gleichzeitig mittels des Düsenträgers 11 Bindemittelsuspension in den Boden eingebracht. Hierbei wird gleichzeitig mit dem Fräsen der gelöste Boden mit der Suspension aus Zement oder Ton-Zement usw. vermischt, so daß bei der intensiven Vermischung ein homogener Bodenmör­ tel in Form der Säule 6 entsteht.

Gleichzeitig mit dieser fortlaufenden Ausbildung der Bo­ denmörtelsäule 6 wird kontinuierlich das Überschußmaterial 8 über das - im vorliegenden Ausführungsbeispiel senkrecht nach oben verlaufende - gesonderte Entlastungsrohr 15 abge­ führt, so daß ein kontrollierter Rückfluß des Überschußma­ terials 8 möglich ist.

Die Kontrolle des jeweiligen Suspensionsdruckes in der Säule 6 erfolgt mittels einer Druckmeßeinrichtung 17 in Form eines Druckgebers, der am Bohr- und Düsengestänge 9 angeordnet ist. Dieser Druckgeber 17 kann derart geschaltet sein, daß bei einem in der Säule 6 auftretenden zu hohen Überdruck die Zufuhr von Bindemittelsuspension über den Dü­ senträger 11 automatisch abgeschaltet wird.

Um den kontinuierlichen Abtransport des Überschußmaterials 8 aus dem Entlastungsrohr 15 zu unterstützen, ist eine pneumatische Beaufschlagung des Entlastungsrohrs 15 vorge­ sehen. Zu diesem Zweck ist von oben durch das Entla­ stungsrohr 15 eine Luftleitung 18 geführt, die dem Entla­ stungsrohr 15 in der dargestellten Weise Druckluft zuführt und auf diese Weise den Abtransport des Überschußmaterials 8 in die Auffanggrube 16 unterstützt.

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist statt der Luftleitung 18 eine Bohrschnecke 19 vorgesehen, die im Entlastungsrohr 15 angeordnet ist und auf mechani­ sche Weise die kontinuierliche Abfuhr des Überschußmateri­ als 8 durch das Entlastungsrohr 15 unterstützt.

Bei Wunsch ist es möglich, im Entlastungsrohr 15 eine Kom­ bination aus Luftleitung 18 und Bohrschnecke 19 anzuwenden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird gleichfalls die Abfuhr des Überschußmaterials 8 über das Entlastungs­ rohr 15 mittels Messen des Suspensionsdruckes in der Säule 6 kontrolliert, und zwar mittels einer gesonderten Druck­ meßeinrichtung 20, die an einem Gestänge 21 angebracht ist. Dieses Gestänge 21 durchsetzt eine zusätzliche Bohrung 22 in der Baugrubenwand 7 und ragt in der dargestellten Weise ins Innere der Säule 6 hinein, so daß auch hierdurch eine stetige Kontrolle des Suspensionsdruckes in der Säule 6 möglich ist.

Nach der Ausbildung einer Säule 6 wird das Bohr- und Düsen­ gestänge 9 durch die Bohrung 13 der Baugrubenwand 7 zurück­ gezogen und sodann mittels Wasser freigespült, so daß es zur Ausbildung einer nächsten Bodenmörtelsäule 6 bereit ist.

Es ist selbstverständlich auch möglich, entlang einer aus­ zubildenden Säule 6 mehrere Entlastungsrohre 15 vorzusehen.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuter­ ter Merkmale der Erfindung wird ausdrücklich auf die An­ sprüche sowie die Zeichnung verwiesen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines flächigen, insbe­ sondere horizontalen Dichtschirms (5) zur Abdichtung gegen Grundwasser (4) mit Sicherungs- und/oder Tragfunktion, wo­ bei unterhalb des Grundwasserspiegels der Dichtschirm (5) durch benachbart angeordnete, sich teilweise überlappende Bodenmörtel-Säulen (6) in weitgehend horizontaler Er­ streckung gebildet wird, indem die Säulen (6) nacheinander mit­ tels des Düsenstrahlverfahrens durch Zufuhr entsprechender Bindemittelsuspension gebildet werden und das anfallende Überschußmaterial (8) aus dem Säulenbereich abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhr des Überschußmaterials (8) getrennt von der Zufuhr der Bindemittelsuspension durchgeführt wird und quer zur Säulenachse etwa vom Bereich des Säulenscheitels bis zu einem geodätisch höherliegenden Punkt erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abfuhr,des Überschußmaterials (8) über wenig­ stens eine gesonderte Entlastungsbohrung (15) erfolgt, die vom Säulenbereich wenigstens bis zum Grundwasserhorizont (4) verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Entlastungsbohrung (15) bis zur Geländeober­ kante (GOK) verläuft.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Überschußmaterial (8) über eine verrohrte Entlastungsbohrung (15) abgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Überschußmaterial (8) über ein weitgehend senkrecht verlaufendes Entlastungsrohr (15) abgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Überschußmaterial (8) über ein am Anfang der Säule (6) kurz hinter einer insbe­ sondere senkrechten Baugrubenwand (7), von der aus die Säule (6) in den abzudichtenden Boden (3) hinein ausgebil­ det wird, angeordnetes Entlastungsrohr (15) abgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Überschußmaterial (8) über ein an oder nahe dem Ende der jeweils zu bildenden Säule (6) angeordnetes Entlastungsrohr (15) abgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Überschußmaterial über ein an einer Stelle zwischen Anfang und Ende der zu bildenden Säule, vorzugsweise etwa in der Mitte hiervon, angeordnetes Entlastungsrohr (15) abgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Abfuhr des Überschußmaterials (8) durch das Entlastungsrohr (15) mit­ tels pneumatischer Beaufschlagung unterstützt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Beaufschlagung mittels Druckluft er­ folgt, die dem Entlastungsrohr (15) über eine in dieses eingeführte Luftleitung (18) zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Abfuhr des Über­ schußmaterials (8) durch das Entlastungsrohr (15) mecha­ nisch unterstützt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Unterstützung der kontinuierlichen Ab­ fuhr des Überschußmaterials (8) durch eine im Entlastungs­ rohr (15) angeordnete Bohrschnecke (19) erfolgt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem zur Ausbildung der je­ weiligen Säule (6) zur Anwendung gelangenden Düsenstrahl­ verfahren die Vorgänge des Bohrens und des Düsens im örtli­ chen Abstand voneinander durchgeführt werden, wobei Bohr­ krone (10) und Düsenträger (11) durch ein Führungsrohr (12) verbunden sind.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhr des Überschuß­ materials (8) über das Entlastungsrohr (15) mittels Messen des Suspensionsdruckes in der Säule (6) kontrolliert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Messen des jeweiligen Suspensionsdruckes in der Säule (6) eine direkt am Bohr- und Düsengestänge (9) angebrachte Druckmeßeinrichtung (17) verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Messen des jeweiligen Suspensionsdruckes eine gesondert, insbesondere über eine zusätzliche Bohrung (22) in der Baugrubenwand (7), in die Säule (6) eingebrachte Druckmeßeinrichtung (20) verwendet wird.