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Verfahren und Vorrichtung zum Schütten von Sand unter Wasser Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Schütten von Sand unter Wasser, bei dem in bekannter
Weise ein Gemisch von Sand und Wasser durch Druckrohre eingespült wird.
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Einfachheitshalber wird hier und weiterhin in der Beschreibung und
in den Ansprüchen nur von Sand gesprochen. Die Erfindung ist aber auch bei Verwendung
von anderen 1,ohäsionsfreien Stoffen, wie Kiesel und kleineren oder größeren Steinen
oder Schottersteinen, anwendbar. Ferner ist der Beschreibung und den Ansprüchen
dem Ausführungsbeispiel entsprechend ein Rohrsystem, bestehend aus einem Druckrohr
und zwei Saugrohren, zugrunde gelegt. Selbstverständlich kann aber die Zahl der
Druck- bzw. Saugrohre ganz beliebig sein. -Die Schwierigkeiten, die sich im allgemeinen
beim Schütten von Sand unter Wasser ergeben. bestehen darin, daB man nicht imstande
ist, den Sand in einer bestimmten Ausdehnung und in einer vorausbestimmten Form
ablagern zu lassen.
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Die Erfindung bezweckt nun, diesen Schwierigkeiten zu begegnen, und
besteht darin, da(3 ein Gemisch von Sand und Wasser in bekannter Weise durch Druckrohre
eingespült wird und zu gleicher Zeit durch andere Rohre eine Saugströmung erzeugt
wird. Die Mündungen der Saugrohre sind dabei im Verhältnis zur 'Mündung des Druckrohres
derart angeordnet, daß die Saugströmungen für die Bewegungsbahnen der aus dem Druckrohr
austretenden Sandkörner mitbestimmend sind.
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Hierdurch wird es ermöglicht, die unkontrollierbare wirbelnde Bewegung
der Sandkörner zu regeln und die Ausdehnung sowie die Dichte des abgelagerten Sandes
vollkommen zu überwachen.
Man kann dabei auch eine Ablagerun;; von
geometrisch bestimmter Form erhalten, wie aus den vorgenommenen Versuchen hervorgeht.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Druck- und Saugströmungen
vorzugsweise parallel oderannähernd parallel zu der Gewässersohle gerichtet, auf
welcher der Sand abgelagert werden soll.
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Gemäß der Erfindung kann ferner das Schütten bzw. .die Ablagerung
stufenweise oder auch fortlaufend mit geringer Geschwindigkeit vorgenommen werden,
und zwar dadurch, daß man die Rohrmündungen in dem. Maße, wie die Ablagerung des
Sandes stattfindet, langsam verschiebt.
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Der Zeitpunkt bzw. die Geschwindigkeit der Verschiebung der Rohrmündungen
wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig in Abhängigkeit von dem
Verhältnis zwischen dem Sandgehalt des abgesaugten bzw. des aus den Saugrohren austretenden
Gemisches und dem Sandgehalt des eingespülten Gemisches gewählt. Praktisch wird
man das Verfahren in der Regel so ausführen, daß man anfangs den Sand bei nicht
bewegten Rohrmündungen ablagert. Während dieses 'Vorganges wird zum Beginn ausschließlich
Wasser durch die Saugrohre abgeführt werden. Nach und nach wird sich jedoch nicht
mehr der gesamte zugeführte Sand ablagern, sondern ein Teil desselben wird durch
die Saugrohre wieder zurückgeführt.
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Wenn das Verhältnis von Sand zu Wasser in dem durch die Saugrohre
abfließenden Gemisch schließlich das gleiche geworden ist wie das beim eingespülten
Gemisch, so ist dies ein Beweis dafür, daß keine Sandablagerung mehr stattfindet.
Dann wird das Druckrohr zusammen mit den Saugrohren etwas zurückgezogen, worauf
von neuem Ablagerung stattfindet und das Verhältnis von Sand zu Wasser im abfließenden
Gemisch entsprechend vermindert wird.
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Aus den vorgenommenen Versuchen geht hervor, daß die Ablagerung des
Sandes unter dem natürlichen Böschungswinkel stattfindet und die Breite der Ablagerung
von den Durchflußgeschwindigkeiten in den Rohren abhängt.
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Im Rahmen der Erfindung können bei den ihrer Durchführung dienenden
Vorrichtungen die Mündungen des Druckrohres und der Saugrohre in einem gemeinsamen
Spülkopf vereinigt werden.
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Da der Durchmesser der Rohre für die Breite der Ablagerung mitbestimmend
ist, stehen die Abmessungen der Ablagerung also in einem bestimmten Verhältnis zu
den Durchflußgeschwindigkeiten in den Rohren und den Durchmessern der Rohre. Dadurch
wird es ermönliclit, auch in engen, von außen nicht wahrnehmbaren Räumen eine (lichte
Einfüllung von Sand zu erreichen.
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Hiervon kann vor allem Gebrauch gemach «erden, wenn Sand unter einen
Gründungskörper, ein Tunnelelement oder ein anderes Bauwerk zu schütten ist, das
in einem bestimmten Abstand über der Gewässersohle angebracht ist.
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In diesem Falle kann die Einrichtung, mit der das Verfahren ausgeführt
wird, gemäß der Erfindung z. B. aus einer auf dem Bauwerk oder oberhalb desselben
fahrbaren Brückenkonstruktion bestehen, auf der ein oder mehrere ebenfalls fahrbare
Spültürme aufgestellt sind. In diesen Spültürmen sind drehbare Rohrsysteme, aus
Druck- und Saugrohren bestehend, aufgehängt. Die Rohrsysteme sind an der Unterkante
des Bauwerkes umgebogen, so daß sie mit ihrer freien Mündung -in den Raum zwischen
der Gewässersohle und dem darüber aufgestellten Bauwerk reichen können.
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Schließlich können noch Vorkehrungen getroffen werden, um dem umgebogenen
Teil des Rohrsystems, wenn es sich im Wasser befindet, einen Auftrieb zu geben,
oder es können solche Führungen für die kohrmündungen eingerichtet werden, daß auch
bei größerer Länge dieses Teiles die richtige Stellung unter dem Bauwerk gewährleistet
wird.
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Wenn Sand unter Wasser, dessen Spiegel frei ist und nicht zu hoch
liegt, eingespült wird, so ist noch zu bemerken, daß die Sandablagerung bis an den
Wasserspiegel, aber nicht darüber hinaus, steigen wird.
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Die Erfindung soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben
werden. Die :ebb. i bis 4. -zeigen eine schematische Darstellung einer fortschreitenden
Sandablagerung.
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' Abb. i stellt eine Ansicht von oben dar, Abb.2 einen senkrechten
Längsschnitt der Linie II-II in Abb. i, #:#d)b.3 zeigt einen Querschnitt nach der
Linie III-III in Abb. i, Abb.4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Abb. i,
Die Abb. 5 bis 7 geben eine schematische Ausführungsform einer Vorrichtung für die
Anwendung der Erfindung wieder.
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Abb. 5 stellt einen senkrechten Querschnitt dar, Abb. 6 eine :Ansicht
von oben in kleinerem Maßstab, Abb.7 einen Querschnitt durch die waagrechten P\.ohren(leti.
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In den Abb. i bis .1 stellt r den Wasserspiegel, 2 die Gewässersohle
dar, auf der der
Sand abgelagert werden soll. Drei nebeneinanderliegendc
Rohre 3, .1. 5 sind unter Wasser waagerecht umgebogen und münden in einen gemeinsamen
Spülkopf 6 aus. Durch das mittlere Rohr 4. wird ein Gemisch von Sand und Wasser
eingespült: die seitlichen Rohre 3 und 5 sind Saugrohre. Im Spülkopf ist die Mündung
des Druckrohres gegenüber derjenigen der beiden Saugrohre 3 und 5 ein wenig vorgezogen.
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Durch das Druckrohr .4 wird nun ein Gemisch von Sand und Wasser
eingespult. und gleichzeitig wird durch die Rohre 3 und 5 gesaugt. Der Spülkopf
6 steht anfangs still. Der Sand in dem eingespülten Gemisch lagert sich ab, und
aus den Rohren 3 und 5 tritt nur Wasser heraus. Nach einiger Zeit beginnen die Saugrohre
auch etwas Sand mitzuführen, und bald wird aus den Saugrohren ein Gemisch treten,
das eine Sandkonzentration zeigt, die mit der des Gemisches im Druckrohr übereinstimmt.
Von diesem Augenblick an findet kein Ablagern des Sandes mehr statt. Der Spülkopf
6 mit den Rohren 3, 4 und 5 wird jetzt ein kurzes Stück in der Richtung des Pfeiles
'7 zurückgezogen, wonach- das Spiel sich -,viederhol.t.
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Versuche haben gezeigt, daß sich auf diese Weise die ganze Höhe zwischen
der Gewässersohle z und dem Wasserspiegel i vollkommen gleichmäßig und dicht mit
Sand auffüllen läßt. Die Breite der Ablagerung ist abhängig von den Durchmessern
der Rohre und den gewählten Durchfiußgeschwindigkeiten. An den beiden Seiten und
gegen den Spülkopf stellt der Sand sich nach dem natürlichen Böschungswinkel ein,
welcher auf der Zeichnung mit Winkel S angegeben ist.
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Die Abb. i bis .4 zeigen maßstäblich die Ergebnisse, die mit einer
Versuchseinrichtung; erreicht worden sind.
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In den Abb. 5 und 6 ist eine Vorrichtung wiedergegeben. mit der Sand
zwischen einer ausgebaggerten Flußsohle g und einem Tunnelelement io eingebracht
werden kann. Der höchste Flußwasserstand ist mit i i angegeben.
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Die Vorrichtung besteht aus einer Brückenkonstruktion 1z, die auf
Schienen 13 in der Längsrichtung des Tunnelelements auf diesem fahrbar ist. Auf
dieser Brückenkonstruktion sind die Türme 14 angebracht, die quer zu der Fahrtrichtung
der Brücke 1-2 auf der Brücke selbst fahrbar sind.
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In den Spültürmen i4. sind lotrechte Rohrsysteme 15 aufgehängt. Diese
Rohrsysteme, die als ein Ganzes um eine lotrechfe Achse drehbar sind, bestehen je
aus einem Druckrohr 16 und zwei zu jeder Seite davon befindlichen Saugrohren
17. Die unteren Enden dieser Rohre sind gemeinsam waagerecht umgebogen, so
daß sie in den spaltförmigen Raum t8 zwischen dem Tunnelelement und der Flußsohle
reichen können.
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In der Abb. 7 ist ein Querschnitt der waagerechten Rohrenden angegeben.
An den Außenseiten der Saugrohre 17 sind Luftkammern iy angebracht, so claß
die langen frei au,;krageiiden Rohre einen ausreichenden Auftrieb erhalten, um ihre
waagerechte Lage beibehalten zu können. Auch können die waagerechten Rohrenden mit
Rollen versehen werden (nicht gezeichnet), die als Führung, längs der Unterfläche
des Tunnelelementes io dienen.
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In der Abb.5 ist ein Tunnelelement dargestellt, das waagerecht auf
der Flußsohle ruht. Deshalb wird von lotrechten Rohrsystemen 15 und waagerecht umgebogenen
Enden gesprochen. Wenn das Tunnelelement z. B. bei den Rampenstrecken in Neigung
liegt, so ist es klar, daß die Rohrsysteme dann nicht mehr lotrecht stehen, sondern
senkrecht auf der Unterseite des Tunnelelements. Auch die Achsen, um welche die
Rohrsysteme dann drehbar sind,' verändern entsprechend ihre Lage, ebenso die umgebogenen
Enden der Rohre.
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Die Art, in welcher der Sand in den Raum iS gespült wird, stimmt mit
der bei den Abb. i bis .I beschriebenen überein.
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Der Zeitpunkt, zu welchem die Spültürme jedesmal verschoben werden
müssen, um eine fortlaufende dichte Ablagerung des Sandes zu erhalten, wird durch
die Konzentration des aus den Saugrohren 17 strömenden Wasser-Sand-Gemisches bestimmt.
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Natürlich kann man auch den Spültürmen eine sehr langsame, stetig
zurückgehende Bewegung geben. Wenn nur Wasser aus den Saugrohren Heraustritt, lagert
sich der eingespülte Sand vollständig ab. Wenn - bei gleichen Mengen von eingepreßtem
und abgesaugtem Gemisch - das austretende Gemenge die gleiche Konzentration hat
wie das eingespülte Gemisch, lagert sich im großen und ganzen kein Sand mehr ab.
Verschiebt man die Türme im ersten Falle, ist es zu früh, verschiebt inan sie dagegen
erst, wenn die Sandkonzentrationen gleich sind, hat tnan unnötig lange gewartet.
In der Praxis wird man einen solchen Zeitpunkt wählen, zii dem die Sandkonzentration
des austret-enden Gemisches eine gewisse Größe erreicht hat. Diese Konzentration
wird dann durch Verschiebung beibehalten.
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Die Konzentration kann oben auf den Spültürmen kontrolliert werden,
weit von der unzugänglichen Stelle entfernt. an welcher die Saiirlablagerung erforderlich
ist. Es ist zu empfehlen, durch Abzweigleitungen des Druckrohres und der Saugrohre
den Konzentrationsgrad
des durchfließenden Gemisches zu bestimmen.
Man hat dann mit kleineren Mengen zu tun, die die `Nachprüfung vereinfachen.
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Zum Schluß muß noch bemerkt werden, daß man abweichend von der Zeichnung
das Druckrohr und die Saugrohre auch derart in einem Spülkopf unterbringen kann,
daß ein weiteres Saugrohr konzentrisch um das Druckrohr herum angebracht ist. Auch
andere Anordnungen der Mündungen von Saug- und Druckrohren im Verhältnis zueinander
sind möglich, und zwar sowohl in einem gemeinsamen Spülkopf als auch unabhängig
voneinander.