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Sturzbett unterhalb von Wehren Die Erfindung bezweckt, der natürlich
angestrebten Kol'kbildung des sich über .den Wehrverschluß ergießenden oder unter
dem Wehrverschluß hindurchtretenden Wassers in bautechnisch einfachster Weise Rechnung
zu tragen und dem abfließenden Wasser durch Ausbildung des Sturzbettes in der von
ihm erstrebten Kolkform entgegenzukommen.
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Nach dem Stand der Technik wird bekanntlich bei der Anlage eines Sturzbettes
unterhalb von Wehren davon ausgegangen, der natürlich angestrebten Koll:bildung
entgegenzuwirken. Dabei werden die Baumaßnahmen so getroffen, daß die Kolkbildung
verhütet oder zumindest abgeschwächt wird. Es ist bekannt, daß bei diesen Baumaßnahmen,
die gewöhnlich recht umfangreich und kostspielig sind, als Baumaterialien Beton,
Stahlbeton, Stahl, Holz und Naturstein Verwendung finden. Bekanntlieh werden mit
diesen Baumaterialien Sturzbetten als Kolkverhütungsbauwerke erstellt, die, bautechnisch
gesehen, fest und massiv sind und oft mit Schwellen, Zähnen, Höckern oder sogenannten
Schikanen versehen werden. Zur Verhinderung oder Abschwächung des Auftriebes und
zur Vermeidung eines Grundbruches werden diese KolkverhütungSbau"verke meistens
durch Holz-, Stahlbeton- oder Stahlspundwände eingefaßt. Bei schwierigen Baugrundverhältnissen
kommen für die Sturzbetten bekannte Gründungsmaßnahmen, wie z. B. Rammpfähle, Brunnen,
Senkkästen, Caissons, zur Anwendung. Es ist außerdem bekannt, daß oft zur Führung
.des sich ausbildenden Sohlstrahles als Übergangsbauwerk zwischen dem Wehrkörper
und dem Sturzbett ein sogenannter Schußboden angeordnet wird. Die Ausführung dieser
Sturzbetten
erfordern in der Regel offene Baugruben mit Wasserhaltung.
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Gemäß experimentell durchgeführter Untersuchungen mittels Druckverteilungsmessung
besteht bekanntlich ein ursächlicher Zusammenhang zwischen .der Kolkbil.dung unterhalb
von Wehren und der Normaldruckverteilung auf der Sohle im Kolkbereich. Das sich
über den Wehrkörper ergießende oder unter .dem Wehrkörper hindurchtretende Wasser
strebt bekanntlich mit der Kolkbildung unterhalb von Wehren in gesetzmäßiger Regelmäßigkeit
einen optimalen Druckangleich zwischen dem Normaldruck auf der Sohle im Kolkbereich
und dem Normaldruck auf der Sohle des ungestörten Unterwasserbettes an. Dieser optimale
Druckangleich ist mit dem jeweiligen Beharrungszustand erreicht. Im Beharrungszustand
werden bekanntlich relative Unterdruckgebiete weitgehends t ausgeschaltet. Als Voraussetzung
für diesen Vorgang entwickelt sich im Bereich des Kolkkessels eine relative, positive
Druckreserve zur Aufrechterhaltung der Materialbewegung, innerhalb des Kolkkessels.
Die Materialbewegung innerhalb des Kolkkessels ist demnach eine wesentliche Begleiterscheinung
bei der Bemühung, mit Hilfe der Kol'lcbildung- als Endziel .den optimalen - Druckangleich
.zwischen dem Normaldruck auf der Sohle im Kolkbereich und dem Normaldruck auf der
Sohle des ungestörten Unterwasserbettes zu erreichen.
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Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die vorbeschriebenen,
bekannten Erkenntnisse in bautechnisch einfachster Weise für die Praxis auszuwerten,
um dem unterhalb von Wehren abfließenden Wasser die Möglichkeit zu geben, seine
kinetische Energie weitgehendst so abzuwandeln, wie es natürlicherweise diese Umformung,
im Bestreben, den optimalen Sohlendruckangleich zum ungestörten Unterwasserbett
zu erreichen, - vornimmt.
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An Stelle des natürlichen Wasserlaufbettes, soweit es feinkörniges
oder bindiges Bodenmaterial ist, läßt sich Steinschlag in experimentell zu ermittelnder
Korngröße so einbauen, .daß die Kolkbildung für den Wehrkörper ungefährlich wird
und der Wehrkörpergründungsmöglichkeit entspricht. Dne experimentell zu ermittelnde
Korngröße des Steinschlages muß einer kleineren als der ohne Eingriff sich ausprägenden.Kolkbildüng
und,der erforderlichen Materialbewegung im Kollekessel gerecht werden. Dieses Steinschlagbett
muß den Raum des zu erwartenden ungünstigsten Kolkkessels einnehmen. Da sich bestimmte
Rückschlüsse aus der vor der Kolkbildung mittels fester, naturnah rauher Sphlplatte
experimentell ermittelten Druckverteilung in bezug auf die zu erwartende Kolkbildung
ziehen lassen, können die benötigten . Rohabmessungen des zu erwartenden ungünstigsten
Kolkkessels im Wasserlaufbett so festgelegt werden, daß die Kolkbildung im Wasserlaufbett
in vorherbestimmbaren Grenzen bleibt. Der Raum des Steinschlagbettes bzw. des zu
erwartenden ungiinstigsten Kofkkessels wird durch Holzspundwände eingefaßt. Naturbedingte
Schwankungen der Ergußwassermenge oder der Wehrverschlußstellung wirken sich nicht
ungünstig aus, da die sich ergebende Verformung des beweglichen Sturzbettes im ungünstigsten
Fall dem vorbestimmten Beharrungszustand entspricht. Geschiebezuführ aus dem Oberwasser
ist für dieses bewegliche Sturzbett nicht nachteilig, sondern im Gegenteil aus den
bereits oben angeführten Gründen sogar sehr erwünscht.
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Durch die unaufhörliche Materialbewegung im Kolkkessel wird bekanntlich
eine natürliche Auslese vorgenommen, und demzufolge wandert beständig überschüssiges
Material über die Kolkbank in das Unterwasser ab. Die Geschiebebe-,vegung, die für
den Geschiebehaushalt eines Wasserlaufes von großer Bedeutung ist, wird mit dem
beweglichen Sturzbett vorzüglich aufrechterhalten.
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Ein wesentlicher Fortschritt der Erfindung gegenüber den bekannten
Sturzbettausführungen unterhalb von Wehren liegt darin, daß als Baumaterialien kein
Beton und kein Stahl, sondern lediglich Steinschlag und Holzspundwände zum Einbau
kommen. Hierbei dürfte als Steinschlag der Natursteinschlag in groben Körnungen
,zur wesentlichen Verbilligung dieses Wasserbauwerkes beitragen. Da die Holzspundwände
lediglich zur Einfassung des einzubringenden Steinschlagbettes und dessen Abgrenzung
zum natürlichen Flußbett dienen und außerdem ständig unter Wasser liegen, sind in
statischer Beziehung verhältnismäßig kleine Holzabmessungen für diese Holzspundwände
ausreichend. Dieser Umstand wird die Kostenfrage eines solchen Wasserbauwerkes ebenfalls
sehr günstig beeinflussen.
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Ein anderer wesentlicher Fortschritt der Erfindung gegenüber den bekannten
Sturzbettausführungen unterhalb von Wehren ist darin zu erblicken, daß in keinem
Fall eine offene Baugrube mit Wasserhaltung erforderlich ist. Nach Schlagen der
oben erläuterten Holzspundwände wird der Raum für das einzubringende Steinschlagbett
unter Wasser ausgebäggert und danach Steinschlag an die Stelle des ausgebaggerten
Raumes ohne Wasserhaltung geschüttet. Diese bautechnische Vereinfachung gegenüber
den bekannten üblichen Bauverfahren wirkt sich ebenfalls verbilligend auf die gesamte
Bauausführung eines Sturzbettes unterhalb von Wehren aus.
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Ein weiterer wesentlicher Fortschritt der Erfindung gegenüber den
bekannten Sturzbettausführungen unterhalb von Wehren besteht darin, daß dieWehrschwellenvonderkante
des Wehrkörpers mit dem Wehrverschluß fluchtig gelegt werden kann. Es erübrigt sich
demzufolge ein in das Unterwasser vorgezogener sogenannter Schußboden, der bei vielen
W°hrbauten üblich ist, sofern diese so eingerichtet sind, daß bei angehobenem Wehrverschluß
der Sohlstrahl ungehindert in das Unterwasser gelangen kann. Die Wehrschwelle ist
dann zur Gewährleistung einer ungehinderten Geschiebezufuhr gegenüber der Wasserlaufsohle
im Oberwasser nicht erhöht. Mit dem Fortfall des
Schußbodens wird
.die bekannte übliche Wehrkörpergestaltung wesentlich vereinfacht und dementsprechend
verbilligt.
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Noch ein wesentlicher Fortschritt der Erfindung gegenüber den bekannten
Sturzbettausführungen unterhalb von Wehren ist darin zu erblicken, :daß keine Maßnahmen
zur Verhinderung oder Abschwächung des Auftriebes erforderlich werden. Diese Maßnahmen
sind bekanntlich dadurch gekennzeichnet, daß entweder tief in den Baugrund hinabreichende
Spundwände oder sogenannte Zugpfähle geschlagen werden müssen. Durch Fortfall dieser
Maßnahmen ist mit der bautechnischen Vereinfachung eine Verbilligung verbunden.
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Schließlich besteht ein wesentlicher Fortschritt der Erfindung gegenüber
den bekannten Sturzbettausführungen unterhalb von Wehren insofern, als die bekannten,
bei schwierigen Baugrundverhältnissen beispielsweise oben angeführten Gründungsmaßnahmen
keine Anwendung zu finden brauchen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt im Längsschnitt das eingespundete Steinschlagbett vor
der Verformung ,zum beweglichen Sturzbett und das sich in bekannter Weise ohne besondere
Eingriffe ausbildende Kolkprofil im Beharrungszustand bei angehobenemWehrverschluß
Fig. 2 zeigt im Längsschnitt die Wirkungsweise des beweglichen Sturzbettes bei angehobenem
Wehrverschluß; Fit-'- 3 zeigt im Längsschnitt das eingespundete Steinschlagbett
vor der Verformung zum beweglichen Sturzbett und das sich ohne besondere Eingriffe
ausbildende Kolltprofil im Beharrungszustand bei vollkommenem Überfall; Fig. 4.
zeigt im Längsschnitt die Wirkungsweise des beweglichen Sturzbettes bei vollkommenem
Überfall.
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In Fig. i ist mit i i die Lage des Oberwasserspiegels über der Wehrschwelle
12 und mit 13 die Lage des Unterwasserspiegels über der ungestörten, natürlichen
Wasserlaufsohle 1.4 bezeichnet. Die allgemeine Strömungsrichtung bei dem angehobenen
Wehrverschluß 15 wird durch den Pfeil 16 gekennzeichnet. Ohne besondere Eingriffe
würde sich bei bedingten Verhältnissen in bezug auf die Wassermenge, die Spiegeldifferenz
zwischen den Spiegellagen i i und 13, die Stellung und Ausgestaltung des Wehrverschlusses
15, das nicht näher bezeichnete Geschiebe und die Beschaffenheit der natürlichen
Wasserlaufsohle 14 das Kolkprofil 17 mit dem Kolkkessel 18 und der Kolkbank ig ausbilden.
Der Kol'hkessel 18 kann in seinen Rohabmessungen mittels Druckverteilungsmessung
experimentell vorbestimmt werden. Mit 2o wird das einzubringende Steinschlagbett
bezeichnet, wobei die Korngröße des Steinschlages experimentell so zu ermitteln
ist, daß sie einer kleineren als der ohne Eingriff sich ausprägenden bekannten Kolkbildung
und der bekannten erforderlichen Materialbewegung im Kolkkessel gerecht wird. Das
Steinschlagbett 20 wird durch eine Holzspundwand 21 gegen das natürliche @Vasserlaufbett
22 abgegrenzt. In Fig.2 ist mit 11 die Lage des Oberwasser-s p ie-els g über
der Wehrschwelle 12 und mit 13 die Lage des Unterwasserspiegels über der ungestörten,
natürlichen Flußsohle 14. bezeichnet. Die allgemeine Strömungsrichtung bei dem angehobenen
Wehrverschluß 15 wird durch den Pfeil 16 gekennzeichnet. Das mit 20 in Fig. i bezeichnete
künstlich eingebrachte und durch die Holzspundwand 21 gegen das natürliche Wasserlaufbett
22 abgegrenzte Steinschlagbett hat sich mit Hilfe des in allgemeiner Strömungsrichtung
16 unter dem Wehrverschluß 15 hindurchtretenden Wassers so verformt, daß sich gegenüber
der Kolkbank ig der Fig. i eine kleinere Kolkbank 23 gebildet hat und der ursprünglich
in Fi.g. i von dem Steinschlagbett 2o eingenommene Raum nunmehr von dem Restbestand
2,4 des ursprünglichen Steinschlagbettes 2o der Fig. i und dem gegenüber dem mit
18 in: Fig. i bezeichneten Kolkkessel kleineren Kolkkessel 25 beansprucht wird.
Die erforderliche ;Materialbewegung im Kolkkessel 25 erfolgt unaufhörlich im Drehsinn
des mit 26 angedeuteten Pfeilbündels.
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In Fig. 3 ist mit i i die Lage des Oberwasserspiegels über der Wehrschwelle
12 und mit 13 die Lage des Unterwasserspiegels über der ungestörten, natürlichen
Wasserlaufsohle 14. bezeichnet. Die allgemeine Strömungsrichtung des im vollkommenen
Überfall über den voll abgesenkten Wehrverschluß 15 sich ergießenden Wassers wird
durch den Pfeil 16 gekennzeichnet. Ohne besondere Eingriffe würde sich bei bedingten
Verhältnissen in bezug auf die Wassermenge, die Spiegeldifferenz zwischen den Spiegellagen
i i und 13, die Ausgestaltung des Wehrverschlusses 15, das nicht näher bezeichnete
Geschiebe und die Beschaffenheit der natürlichen Wasserlaufsohle 14 das Kolkprofil
17 mit dem Kolkkessel 18 und der Kolkbank ig ausbilden. Der Kolkkessel 18 kann in
seinen Rohabmessungen mittels Druckverteilungsmessung experimentell vorbestimmt
werden. Mit 2o wird das einzubringende Steinschlagbett bezeichnet, wobei die Korngröße
des Steinschlages experimentell so zu ermitteln ist, daß sie einer 'kleineren als
der ohne Eingriff sich ausprägenden bekannten Kolkbildung und der bekannten erforderlichen
Materialbewegung im Kolkkesel gerecht wird. Das Steinschlagbett 2o wird durch eine
Holzspundwand 21 gegen das natürliche Wasserlaufbett 22 abgegrenzt.
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In Fig. q. ist mit i i .die Lage des Oberwasserspiegels über der Wehrschwelle
12 und mit 13 die Lage des Unterwasserspiegels über der ungestörten, natürlichen
Wasserlaufsohle 14 bezeichnet. Die allgemeine Strömungsrichtung des im vollkommenen
Überfall über den voll abgesenkten Wehrverschluß 15 sich ergießenden Wassers wird
durch den Pfeil 16 gekennzeichnet. Das mit 2o in Fig. 3 bezeichnete, künstlich eingebrachte
und durch die Holzspundwand 21 gegen das natürliche Wasserlaufbett 22 abgegrenzte
Steinschlagbett hat sich mit Hilfe des in allgemeiner Strömungsrichtung 16 im vollkommenen
Überfall über den voll abgesenkten Wehrverschluß 15 sich ergießenden Wassers so
verformt, daß sich gegenüber der Kolkbank ig
der Pig. 3 eine kleinere
Kolkbank 23 gebildet und .der ursprünglich in Fig. 3 von dem Steinschlagbett 2o
eingenommene Raum nunmehr von dem Restbestand 24 des ursprünglichen Steinschlagbettes
20 .der Fig. 3 und dem gegenüber,dem mit 18 in Fig. 3 bezeichneten Kolk'kessel kleineren
Kolkkessel 25 beansprucht wird. Die erforderliche Materialbewegung im KoIkkesse125
erfolgt unaufhörlich im Drehsinn des mit 26 angedeuteten Pfeilbündels.