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Verfahren zur Herstellung eines eingegrabenen Behälters aus Spannbeton,
insbesondere zur Speicherung von Kohlenwasserstoffeh, und Einzelteile zur Durchführung
des Verfahrens Die Erfindung hat ein Verfahren zur Herstellung eines eingegrabenen
Behälters, insbesondere zur Speicherung von Kohlenwasserstoffeh, unter Ausnutzung
der auf dem Behälter lastenden Erdmassen. zur Erzeugung der Vorspannung des Betons
und die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Einzelteile zum Gegenstand.
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Der einzugrabende Behälter besteht erfindungsgemäß aus zwei aufeinandergesetzten
und in einer waagerechten gemeinsamen Ebene miteinander verbundenen Teilen, von
denen der obere die den Behälter bedeckenden Erdmassen trägt und durch eine vorzugsweise
als Rotationskörper geformte Kuppel aus Beton gebildet ist. Die Kuppel, die verhältnismäßig
dünnwandig sein kann, weist zweckmäßig eine gleichbleibende Dicke in den nach waagerechten
Ebenen gezogenen und bei einem Rotationskörper parallelen Schnitten auf. Auch kann
diese Betonkuppel mit einer einfachen, sehr leichten Baustahlgewebebewehrung versehen
sein, die aber auch fehlen kann.
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Das Profil dieses oberen Teils des einzugrabenden Behälters wird so
bestimmt, daß in jedem Punkt die auf die Belastung durch die Erdmassen zurückzuführenden
Drücke in dem Beton spezifische Druckspannungen von der gleichen Größenordnung in
allen Richtungen erzeugen. In dem Fall einer als Rotationskörper geformten Kuppel
gilt bekanntlieh,
wenn P der Druck auf die Kuppel, d. h.. der Unterschied
zwischen dem äußeren und dem inneren Druck ist, die Formel von Lap 1 ace
in welcher N1 und N2 die Drücke auf den Meter Länge in der Richtung der Meridiane
und der Parallelen und R1 und R2 die Hauptkrümmungshalbmesser sind. Das notwendige
Gleichgewicht der Lasten und der Reaktionskräfte liefert anderseits bei jeder Parallele
eine zweite Gleichung f (Ni, N2' P) = 0-.
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Man kann stets die örtlichen Dicken e derart bestimmen, daß die den
Quotienten e1 und e2 gleichen örtlichen Drücke beliebige Werte erhalten. Wenn man
sich aber lediglich danach riehtet, können die Werte der Drücke P und damit der
Vorspannungen nur ziemlich schlecht bestimmt werden, falls man nicht ganz besondere
Sorgfalt auf die Ausführung der Erdaufschüttung verwendet.
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Nach_dem Verfahren der Erfindung macht man, nachdem man eine gut durchgearbeitete,
vorzugsweise hydraulisch verdichtete Erdmasse, deren unterste Schicht Sand oder
Kies enthalten kann, auf dem Oberteil des einzugrabenden Behälters aufgehäuft hat,
für die Belastung des Betons dieses Behälterteils das ganze Gewicht der den Behälter
bedeckenden Erdmasse und außerdem die zwischen dieser und dem gewachsenen Erdreich
auftretenden Reibungskraft nutzbar und gibt dabei dieser Belastung einen genau bestimmten,
im voraus festgelegten Wert.
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Zu diesem Zweck fügt man erfindungsgemäß zwischen dem oberen Teil
des einzugrabenden Behälters und einem genügend widerstandsfähigen, vorzugsweise
vorgespannten Fundament verbindende Zwischenglieder ein, welche als Druckerzeuger,
vorzugsweise als flache, aufblähbare, metallische Säcke ausgebildet sind und übt
dann nach Fertigstellung des Oberteils des Behälters und nach Ausführung der Erdauflage
einen Druck zwischen dem Fundament und dem auf diesem abgestützten Rand des Behälteroberteils
in einer geeignet gewählten Richtung aus, um eine Verkürzung des Umfanges des Behälteroberteils
durch Zusammendrücken und ein Anheben dieses mit Erdmasse bedeckten Behälterteils
zu .erzielen, um ihn dadurch in bestimmter Weise nicht nur mit dem Gesamtgewicht-dieser
Erdmasse, sondern auch mit der zwischen dieser und dem angrenzenden Erdreich vorhandenen
Reibungswirkung zu belasten.
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Die so im Beton des Behälteroberteils hervorgerufene Vorspannung wird
in dem endgültig fertiggestellten Behälter dadurch dauernd aufrechterhalten, daß
sein Oberteil nach dem Anheben, z. B. mit Hilfe von in Lücken zwischen je zwei Druckerzeugern
im Verlauf des Anhebens eingeschlagenen Keilen, festgelegt wird, worauf die Druckerzeuger
entfernt werden können. Statt Keile in dieser Weise zu verwenden, kann man auch
in die aufgeblähten Druckerzeuger eine erhärtende Flüssigkeit einspritzen, die sie
dauernd wirksam und dadurch den Behälteroberteil angehoben hält.
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Die Zeichnung zeigt einen nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten
eingegrabenen Behälter beispielsweise in einer Ausführungsform und läßt auch das
Verfahren näher im einzelnen erkennen.
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Fig. i ist ein senkrechter Teilschnitt durch den Behälter; Fig. 2
zeigt in einem gegenüber Fig. i maßstäblieh vergrößerten Schnitt die Verbindung
des Behälterteils mit dem vorgespannten Fundament; Fig. 3, 4 und 5 zeigen weitere
Einzelheiten. des Behälters.
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Gemäß der Zeichnung ist sowohl der Oberteil A und der Unterteil B
des herzustellenden Behälters als Rotationskörper um eine senkrechte Achse X-X ausgebildet,
durch welche die Schnittebenen von Fig. i und 2 gehen. Die beiden Behälterteile
A und B
haben die Gestalt von Kugelkalotten, können aber auch eine
andere Formgebung aufweisen. Der untere Behälterteil B ruht auf dem Boden der für
den Einbau des Behälters ausgehobenen und seitlich durch die Schrägwand begrenzten
Grube und wird an seinem äußeren Rand von einem ringförmigen Fundament :2 umfaßt.
Auf diesem Fundament :2 ist auch der als Kuppel ausgebildete Behälteroberteil A,
der - mit einem Zugangsschacht 3 versehen ist, mit seinem unteren verdickten Rand
abgestützt.
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Das kreisrunde Fundament 2 kann aus Spannbeton bestehen, und vorteilhafterweise
erzeugt man eine ringförmige Vorspannung mit Hilfe von in zwei, drei, vier oder
mehr radial gerichteten Zwischenräumen angeordneten Druckerzeugern. Gemäß Fig. 2
ist angenommen, daß einer dieser radialen Zwischenräume in der Zeichnungsebene liegt
und vier aufblähbare sackförmige, aus je zwei kreisrunden Platten und je einer diese
verbindenden hohlen Ringwulst bestehende Druckerzeuger 4 .enthält. Außerdem ist
nach Fig.2 das ringförmige Fundament 2 in der Querrichtung durch Drahtschleifen
6 vorgespannt, die mit einem Gleitmittel und einer Umspinnung zur Vermeidung des
Haftens am Beton bedeckt sind und nach dem Abbinden des Betons gespannt und an ihren
Enden (vgl. die einen Teil des Fundaments 2 in Abwicklung zeigende Fig.3) beispielsweise
mit Hilfe von Keilen verankert werden.
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Wenn der Erdboden schlecht ist, kann man das ringförmige Fundament
:2 verbreitern oder durch leichte Pfähle aus Sand, Holz oder Beton verstärken. Auf
diesem eine entsprechend breite Ringplatte darstellenden Fundament 2 oder, genauer
gesagt, auf einem ringförmigen, auf dem Fundament 2 aufruhenden Bett von durch Keile
8 getrennten aufblähbaren sackförmigen Druckerzeugern 7 (vgl. Fig. 4) wird nunmehr
die den Oberteil des Behälters bildende Kuppel A aufgebaut. Jeder Druckerzeuger
7 besteht beispielsweise aus zwei parallelen kreisrunden Stahlplatten, die an ihrem
Rand durch einen kreisrunden hohlen Wulst 9 ver bunden sind, der einen Einspritzfortsatz
aufweist. Auch sind die einzelnen Druckerzeuger 7 vorzugsweise
je
in eine prismatische Betonmasse 711 eingebettet und durch Zwischenräume voneinander
getrennt. In diesen Zwischenräumen sind die Keile 8 angeordnet, die auf Grund ihres
sich nach der Kuppel A hin verjüngenden senkrechten Querschnittes zwischen dem Fundament
2 und dem Behälteroberteil A als diesen abstützende Körper während des Aufblähens
der Druckerzeuger 7 eingetrieben werden können und sich dabei gegen die in dem unteren
Ende der Kuppel A ausgesparten Schrägflächen io von entsprechendem Neigungswinkel
quetschen.
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Wenn die Kuppel A fertiggestellt ist, füllt man ringsherum die Grube
i aus und belastet dadurch die Kuppel mit Erdmasse bis zu der beabsichtigten Höhe.
Nach Aufschüttung und hydraulischer Verdichtung der Erdmasse beginnt man mit dem
Aufblähen der sackförmigen Druckerzeuger 7, um einen Druck zwischen dem Fundament
:2 und dem aufruhenden Rand der Kuppel A zu erzeugen. Die Oberfläche des ringförmigen
Fundaments--, und die Abstützfläche des unteren verbreiterten Randes der Kuppel
A sind derart ausgerichtet, daß durch die Wirkung der Druckerzeuger 7 eine Verkürzung
des Umfanges der Kuppel A hervorgerufen wird, die gleich dem Druck ist, den man
als Vorspannung in dem Beton der Kuppel erreichen will.
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Man kann die Druckerzeuger 7, statt sie unmittelbar zwischen der Kuppel
A und dem Fundament 2 einzufügen, nach Fig. 5 auch zwischen dem unteren Rand der
Kuppel A und besonderen, mit Kugelschalenlagerung 12 auf dem Fundament 2 aufruhenden
Abstützgliedern i i einbauen, was die. Formänderungen der Grundparallelen der Kuppel
unabhängig von dem Hub der Druckerzeuger macht. Ferner ist es, da die Keile 8 zwischen
der Kuppel A und dem Fundament 2 im Maße der Aufblähung der Druckerzeuger 7 eingetrieben
werden, im Falle einer Störung an einem Druckerzeuger ohne weiteres vom Innern der
Kuppel A aus möglich, in diesem den Druck nachzulassen und ihn durch einen anderen
Druckerzeuger zu ersetzen, da das Aufblähen der Druckerzeuger 7 gemeinsam mit dem
Eintreiben der Keile 8 im Hohlraum des Behälters vorgenommen wird.
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Die Wirkung der Druckerzeuger 7 ruft nicht nur Druckspannungen in
dem Beton der Kuppel A durch Verkürzung ihres Umfanges hervor, sondern liebt auch
die mit den aufgeschütteten Erdmassen bedeckte Kuppel an und zieht so diese Erdmassen
zur Belastung der Kuppel in bestimmter und gleichmäßiger Weise mit heran. Außerdem
reibt sich die gleichzeitig mit der Kuppel A angehobene Erdmasse an: dem angrenzenden
Erdreich i. Daher ist die Kuppel schließlich nicht nur durch das Gesamtgewicht der
von ihr getragenen Erdmassen, sondern zu einem wesentlichen Teil auch durch diese
Reibungswirkung belastet, und dabei wird diese ganze Belastung durch die meßbare
Wirkung der Druckerzeuger 7 begrenzt. Beispielsweise genügt eine Erdmasse mit einer
Höhe von 3 m an der Spitze einer Kalotte mit einem Durchmesser von 25 m und einer
Bogenhöhe von ungefähr 6 m, um Vorspannungen in. der Größenordnung von 6o kg/cm2
in einer 12 cm dicken Betonwand der Kalotte zu erzeugen, selbst wenn der Druck der
Flüssigkeit in dem Behälter dem maximalen Druck des vollen Behälters um mehrere
,Meter übersteigt.
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Der untere Teil B des Behälters kann auf beliebige Weise hergestellt
werden. Bei einem mehr oder weniger tief eingegrabenen Behälter tritt aber häufig
der Fall auf, daß der Behälter Unterdrücke aushalten muß, die man im übrigen dadurch
begrenzen kann, daß man den Unterteil B des Behälters mit einer Entwässerungsmasse,
z. B. einer Kiesmasse, umgibt, welche eine Wasserabführung unter Beibehaltung eines
bestimmten Spiegels ermöglicht. Vorzugsweise erhält der untere Behälterteil B die
Gestalt einer Schale, die gemäß Fig. i als Kugelkalotte ausgebildet oder in sonst
einer in der Abstützzone der Kuppel A kleinste waagerechte Beanspruchungen erzeugenden
Form ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann der Behälterunterteil B als Kalotte
mit einem von der Mitte nach dem Umfang abnehmenden Halbmesser gestaltet sein und
sich (vgl. Fig. i und 2) vorzugsweise an, dem unteren Ende der Kuppel A abstützen.
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Es ist möglich und vorteilhaft, die Kalotte B ebenfalls vorzuspannen.
Zu diesem Zweck muß die Anordnung so getroffen werden, daß der Beton der Kalotte
B sich, obwohl diese auf dem Boden der Grube i aufliegt, elastisch verkürzen kann.
Man kann damit beginnen, nach der für den i\ :eridian der Kalotte gewählten Form
auf den Boden der Grube i eine diesen sauber abdeckende Betonauflage 15 aufzutragen,
welche jede Formunregelmäßigkeit insbesondere nach dem Fundament :2 hin zum Verschwinden
bringt und die man mit einer plastischen Masse, wie z. B. Bitumen, überzieht. Auf
diesen Bitumenüberzug gießt man die vorzuspannende Betonschicht 16 auf, die einen
ringförmigen Spalt 17 nahe dem unteren Ende der Kuppel A erhält. In diesen durch
parallele Seiten begrenzten Spalt 17 fügt man einen sackförmigen Druckerzeuger 18
ein, der aus einem flachgedrückten ausweitbaren Blechrohr besteht, das durch Mörteleinlagen
an dem Beton 16 zu beiden Seiten des Spaltes 17 abgestützt ist.
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Nunmehr wird das Röhr 18 durch Einleiten von Flüssigkeit, z. B. Wasser
oder Öl, unter Druck aufgebläht, so daß es den bei der Kugelkalotte B den arbeitenden
Teil bildenden Beton 16 verdichtet, worauf man in ihm die Flüssigkeit durch :einen
abbindefähigen Körper, z. B. Zementmilch, Kunstharz oder sonst einem Stoff, ersetzt.
Die so in dem Spalt 17 gebildete Dichtung wird durch Ausfüllung des oberen Spaltteils
und durch Einspritzung in den unzugänglichen unteren Spaltteil vervollständigt.
Der an dem unteren Ende der Kuppel A durch die Wirkung des Druckerzeugers 18 erzeugte
Umfangsdruck hat eine Ablenkung des von der Kuppel A auf das Fundament 2 ausgeübten
Druckes zur Folge. Man kann dem durch die Bauart des ringförmigen Fundaments 2 Rechnung
tragen, indem man es (vgl. Fig. 2) beispielsweise an der Außenseite durch eine Umkleidung
2a aus
Magerbeton vor dem Ausfüllen der Grube i und vor dem Verdichten
der Kuppel A verlängert. Durch Reibung an der umgebenden Erdmasse liefert diese
Verlängerung 2a des Fundaments 2 die notwendige Ergänzung der von diesem auszuübenden
Gegenkraft.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man vorgespannte Behälter
in äußerst einfacher und wirtschaftlicher Bauart ausführen. Der Vorspannungswert
ist dabei um so größer, je dünner die Behälterwandung ist. Auch kann diese Art von
Behälter allen Erdmassen angepaßt und sie kann auch in allen Abmessungen gebaut
werden. Ein solcher Behälter kann sogar in großer Tiefe unterirdisch hergestellt
werden, indem man einen Schacht bohrt, den man an seinem Grund ausweitet. In dem
so gebildeten Hohlraum baut man die Teile des Behälters erfindungsgemäß auf, und
zur Vorspannung der oberen Kuppel kann man zwischen. ihr und der sie überdachenden
Hohlraumwandung eine aus Sand und Ton gebildete Zwischenschicht von bestimmter Dicke
einfügen, Welche dazu dient, den Druck gleichmäßig zu verteilen. Diese Zwischenschicht
wird zwischen der Kuppel und der Wandung des Hohlraumes verdichtet, wenn die Kuppel
vorgespannt wird.