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Verfahren zum Herstellen und Absenken beliebig geformter Senkkästen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und Absenken beliebig geformter
Senkkästen und hat es sich zur Aufgabe gestellt, die Herstellung derartiger Senkkästen
mit geringsten Abmessungen, Gewichten und Bewehrungen, zu ermöglichen..
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Es ist bekannt, daß das Eindringen eines Senkkastens in den Boden
durch die Reibung des Bodens an den Mantelflächen des Senkkastens ungünstig beeiuflußt
wird; weil diese Reibung das auf die Schneiden wirkende Gewicht verringert.
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Zur Vermeidung dieses Übelstandes ist es bereits bekannt, dem Senkkasten
eine nach oben zu verjüngte Form zu geben. Von dieser Maßnahme ist man aber verschiedentlich
wieder abgekommen, weil dadurch bedenkliche Störungen im Gefüge des Bodens außerhalb
des Senkkastens entstehen. können.
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Man hat weiterhin vorgeschlagen, dem Senkkasten in der Höhe der Schneide
etwas größere Abmessungen als dem Mantel zu geben, um auf diese Weise die Mantelreibung
herabzusetzen. Auch diese Maßnahme führt aber nicht immer zum Ziel, da sich , insbesondere
bei größeren Absenktiefen der Hohlraum- um den Mantel oberhalb der Schneide mit
nachdrängendem Erdreich anfüllen kann.
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Auch das Ausfüllen des Hohlraumes mit bestimmten Stoffen, wie z. B.
Schlacke, ist ohne nennenswerten Erfolg versucht worden.
Bei allen
bekannten Senkkastengründungen ist daher, insbesondere bei unterschiedlichen Bodenschichten,
manchmal nicht zu vermeiden., daß der Senkkasten beim Absenken hängenbleibt, und
man ist genötigt, über das für das endgültige Bauwerk notwendige Senkkas.tengewicht
hinaus Ballast aufzubringen, um ihn überhaupt weiter, absenken zu können..
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Noch unangenehmer wirken sich ungleiche Reibungswerte in derselben
Höhe aus, die vor allem bei Senkkästen, rechteckförmigen Querschnittes eintreten.
Um den hierdurch hervorgerufenen Biegungsspannungen Rechnung zu tragen, müssen die
Wandungen des Senkkastens stark bewehrt werden.. Auch ist in Fällen, in denen zu
befürchten: ist, daß der Senkkasten weit oberhalb seiner Schneide hängenbleibt,
eine starke Zugbewehrung erforderlich, damit die durch das große Gewicht des unteren
Senkkastenteiles hervorgerufenen Zugkräfte in dem betreffenden Querschnitt aufgenommen
werden können.
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Die bei der bisherigen Art der Senkkastengründung unvermeidliche Mantelreibung
führt somit zwangläufig zu einer erheblichen Überbemessung,. zusätzlicher Bewehrung
und damit zu großen Kosten, deren Aufwand für das endgültige Bauwerk statisch unnötig
ist.
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Gemäß der Erfindung lassen sich die geschilderten Nachteile bei der
Gründung beliebig geformter Senkkästen in vollem Umfang vermeiden, ,venn zwischen
den äußeren Wandflächen des Senkkastens und dem Erdreich eine Flüssigkeit mit thixotropen
Eigenschaften eingebracht wird, die nicht in die Poren des Bodens eindringt, sondern
durch Bilden einer abdichtenden Haut dem Erddruck einen Flüssigkeitswiderstand entgegensetzt,
der je nach der Konzentration - der Flüssigkeit größer sein kann als. der hydrostatische
Druck und dadurch. einerseits die Erdwandung gegen. Einsturz sichert und andererseits
auf den Senkkastenmantel rein horizontale, leicht ermittelbare Kräfte und am S.enkkastenmantel
keine durch Reibung bewirkte Vertikadkomponenten erzeugt. ' Unter Thixotropie versteht
man die Eigenschaft kolloidaler Suspensionen, schlagartig vom flüssigen in den.
festen Aggregatzustand überzugehen.. Derartige Flüssigkeiten dringen auch bei 'hohem
äußerem Druck in poröses Gefüge, wie z. B. grobkörnigen Boden, nicht ein. Es bildet
sich an der Berührungsfläche der Flüssigkeit mit dem Erdreich eine wasserundurchlässige
Haut, die ähnlich einer Gummimembran. das weitere Eindringen von Material verhindert.
Versuche haben gezeigt, daß auch bei grobporigem Boden, wie Kies und Geröll, diese
Eigenschaft voll erhalten bleibt.
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Eine solche Flüssigkeit kann beispielsweise durch eine Suspension
von reinem Betonit in Wasser hergestellt werden. Versuche ergaben, daß die thixotropeWirkung
einer solchen. Suspension. bei einer Konzentration von etwa ioo g Betonit je Liter
Wasser aufzutreten beginnt. Das spezifische Gewicht dieser Suspension ist zunächst
nur wenig größer als i g/cm3. Wenn es z. B. in Anpassung an die vorhandenen. BOdenverhältnlSSe
notwendig ist, das spezifische Gewicht zu vergrößern, besteht die Möglichkeit, feinst
gemahlenen Schwerspat zuzusetzen, der aus der Suspension nicht absedimentiert, weil
er durch die thixotropen Eigenschaften der Flüssigkeit auch bei langem Stehen am
Absinken. verhindert wird. Das spezifische Gewicht der mit Schwerspat versetzten
Suspension bleibt somit auf lange Zeit erhalten, und kann bis auf etwa 3 g/cm3 gesteigert
werden.
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Es ist zwar bereits bekannt, in der Tiefbohrtechnik und im Schachtbau
zum Offenhalten von Bohrlöchern und kreisförmigen Schächten Dickspülungen zu verwenden.
Diese Dickspülungen, die meist aus Aufschlemmungen von an Ort und Stelle vorhandenem
Tonmaterial bestehen, aber auch aus thixotropen Flüssigkeiten: gebildet werden können,
nutzen die Möglichkeit wirklich thixotroper Flüssigkeiten aus Betonft nur in geringem
Ausmaß aus. Dies ist bei den gegebenen. kreisförmigen Querschnitten. für das Offenhalten
der Bohrlöcher und kreisförmigen Schächte auch nicht nötig, da durch Gewölbewirkung
schon ein geringer Gegendruck zur Standsicherheit der Erdwandung genügt. Viel ungünstiger
stellen sich aber die statischen Verhältnisse bei ebenen b.zw. beliebig gestalteten,
gegebenenfalls auch überhängenden Erdwandungen größerer Abmessungen dar, wie sie
bei Senkkästen von z. B. rechteckigem Querschnitt und bei der Schrägabsenkung von
Senkkästen auftreten. Hier kann die Standsicherheit der Erdwände nur bei bewußter
Ausnutzung aller Eigenschaften thixotroper Flüssigkeiten, die sich hydrostatisch
nicht wie Wasser verhalten, erreicht werden. Aber auch bei Senkkästen runden Querschnittes.
wird. der Zweck der Erfindung, Abmessungen und Bewehrung auf dasjenige Maß zu reduzieren,
das für die endgültige Beanspruchung des Gründungsbauwerkes statisch notwendig ist,
nur bei voller bewußter Ausnutzung aller Eigenschaften. der thixotropen Flüssigkeit
erreicht.
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Durch das Einbringe einer Flüssigkeit mit thixotropen Eigenschaften
zwischen die Senkkastenwandungen und das. Erdreich wird nun aber nicht nur ein Nachstürzen
des Erdreiches in den Hohlraum zwischen Senkkaltem, und Erdreich vermieden, sondern
es tritt auch an der Wandungsfläche keine Reibung auf, so daß die Wandung des Senkkastens
nur den hydrostatischen Druck der eingebrachten Flüssigkeit aufzunehmen hat. Dieser
Druck ist in jeder Tiefe in, einfachster Weise zu berechnen, so daß jede Überdimensionierung
des Senkkastens, wie sie bisher sowohl zur übvrwindung der Reibungswiderstände als
auch zur Berücksichtigung der Unsicherheit in den Erddruckannahmen notwendig und
üblich war, ausgeschaltet wird. Es kommt hinzu,- daß der Flüssigkeitsdruck unter
allen Umständen, im horizontalen. Schnitt betrachtet, gleiche Werte aufweist. Die
Spannungen in der Senkkastenwandung werden demzufolge Ringspannungen, die leicht
und mit geringsten Querschnitten. aufgenommen. werden können. Die nicht vorhandene
Führung des. Senkkastens durch
das Erdreich kann dabei in einfacher
Weise durch eine Rollenführung, beispielsweise an der Geländeoberfläche, bewirkt
werden.
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Bei einer Gründung mit Senkkästen, die in. an sich bekannter Weise
mit einem oberhalb der Arbeitskammerdecke zurückgesetzten aufgehenden Senkkastenmantel
hergestellt werden, wird gemäß der Erfindung die thixotrope Flüssigkeit in den beim
Absenken des Senkkastens zwischen dem aufgehenden. Mantel und dem Erdreich entstehenden
Raum über dem vorzugsweise horizontalen Absatz eingebracht. In der Anwendung dieses
Verfahrens auf Senkkastengründungen im offenen Wasser wird die thixotrope Flüssigkeit
erst eingebracht, wenn der horizontale Absatz über der Senkkastenschneide in die
Gewässersohle eingedrungen ist, wobei das höhere spezifische Gewicht und die kolloidalen
Eigenschaften die Flüssigkeit im Raume zwischen Senkkastenmantel und Erdreich festhalten
und dadurch ihr Aufsteigen sowie Entmischen und. Eindringen. in den. Boden verhindern.
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Zur weiteren Herabsetzung der Reibung können auch die Seitenflächen
des die Arbeitskammer enthaltenden Baukörpers oberhalb der Schneide zurückspringend
angeordnet und auch der Raum zwischen diesen zurückspringendem. Seitenflächen und
dem Erdreich mit thixotroper Flüssigkeit angefüllt werden.
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Das neue Verfahren läßt sich auch erfindungsgemäß auf einen Senkkasten
ohne Mantel anwenden. In diesem Fall wird der mit Schneiden versehene, eine Arbeitskammer
umschließende Baukörper allein in das Erdreich abgesenkt, wobei der not-,vendige
Druck auf die Arbeitskammerdecke durch das Gewicht der auflastenden thixotropen
Flüssigkeit bewirkt wird. Das gleichmäßigeAbsenkenwird dabei durch eine nachstellbare
Aufhängung des Baukörpers an Trägern oder Schwimmkörpern sichergestellt. Nach endgültigem
Absenken wird der Raum oberhalb der Arbeitskammerdecke von unten nach oben ganz
oder teilweise ausbetoniert oder auf das geschaffene Fundament ein anderer Baukörper
beliebiger Art aufgesetzt.
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In der Zeichnung sind mehrere Anwendungsbeispiele für das neue Verfahren
veranschaulicht. Es zeigen Fig. i bis 3 einen, Senkkasten in verschiedenem Absenkstufen
im Vertikalschnitt und Fig.4 einen horizontalen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig.
3, Fig. 5 bis 7 eine Senkkastengründung im offenen Wasser, wiederum in verschiedenen.
Ab-senkstufen im Vertikalschnitt, und Fig.8 einen waagerechten Schnitt nach Linie
VIII-VIII der Fig.7. Fig.9 und io eine Senkkastengrün.dung, bei der der Senkkasten
keinen Mantel besitzt, in zwei Absenkstufen im Vertikalschnitt.
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Bei der Senkkastengründung nach Fig. i bis q. wird eine thixotrope
Flüssigkeit i geeigneter Konzentration zwischen dem Senkkastenmantel2 und dem Erdreich
3 eingebracht. Die Schneide des Senkkastens 4 berührt das Erdreich und verhindert
das Eindringen der Flüssigkeit i in, die Arbeitskammer 5. Durch eine Rollenführung
6 an der Geländeoberfläche wird ein Schiefstellen des Senkkastens während des Absenkens
verhindert.
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Die anfängliche Absenkung erfolgt in üblicher Weise. Sobald der oberhalb:
der Schneide vorhandene Absatz 7 unter die Geländeoberfläche absinkt, wird der zwischen
dem Senkkastenmantel2 und dem Erdreich 3 entstehende Hohlraum mit thixotro#per Flüssigkeit
gefüllt und diese Füllung beim weiteren Absenken so weit ergänzt, daß die Flüssigkeit
stets bis zur Geländehöhe ansteht. Nach Absenken auf die endgültige Tiefe ist die
eingebrachte thixotrope Flüssigkeit nicht mehr erforderlich.. Sie wird in der Weise
beseitigt und gegebenenfalls wiedergewonnen, daß durch eingebrachte Rohre der Raum
zwischen. Mantel und Erdreich ausbetoniert und gleichzeitig die oben austretende
Flüssigkeit abgepumpt wird.
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Das gleiche Absenkverfahren ist gemäß Fig. 5 bis 8 auch bei Gründung
im offenen. Wasser anwendbar, wenn es sich um das Absenken eines an anderer Stelle
hergestellten Körpers, z. B. eines Schwirflmkastens, handelt, der zunächst auf die
Gewässersohle abgesetzt wird. Da das spezifische Gewicht der thixotropen Flüssigkeit
i stets größer ist als. das spezifische Gewicht des Wassers, so bleibt die einmal
eingebrachte thixotrope Flüssigkeit in dem Hohlraum zwischen Mantel 2 und. Erdreich
3 und wird wegen. ihrer thixotropen. Eigenschaften weder ausgewaschen, noch dringt
sie in das Erdreich ein.
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Das neue Absenkverfahren ist bei jeder Senkkastengründung anwendbar,
gleichgültig, ob, es sich um offene Senkkästen. oder um Druckluftgrün.dungen handelt.
Die Fig. i bis 4 zeigen, als Beispiel eine Druckluftgründung, die Fig.5 bis 8 einen
offenen Senkkasten.
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Die Menge der einzubringenden thixotrope@n Flüssigkeit ist verhältnismäßig
gering, und, es sind auch die Herstellungskosten einer solchen. Flüssigkeit niedrig.
Es entstehen erhebliche Ersparnisse durch Verringerung des Querschnittes des Senkkastenmantels,
der nur zur Aufnahme des horizontalen hydrostatischen Druckes zu dienen hat. Des
weiteren werden auch die Arbeitskammerwände und -decke wesentlich leichter, weil
der zum Absenken nötige vertikale, hydrostatische Druck unmittelbar über den Schneiden
angreift.
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Eine Weiterentwicklung des neuen Verfahrens veranschaulichen die Fig.9
und io. Hierbei werden wieder in Geländehöhe die Schneide 4 und die Arbeitskammer
5 hergestellt. Durch Ausbaggern des Bodens in der Arbeitskammer wird die Schneide
so weit abgesenkt, bis der Absatz der Schneide unterhalb des Geländes liegt. Beim
weiteren Absenken wird in den entstehenden Hohlraum wiederum die thixo,trope Flüssigkeit
eingebracht. Gegenüber den Gründungen nach Fig. i bis 8 ist bei der Gründung nach
Fig. 9 und io über der Arbeitskammerdecke kein Mantel vorgesehen, sondern es stellt
lediglich ein hochgeführtes Schachtrohr 8 die Verbindung mit der Arbeitskammer her.
Der ganze
Raum 9 oberhalb. der Arbeitskatnmerdecke ist mit thixotroper
Flüssigkeit ausgefüllt, und der hydrostatische Druck dieser Flüssigkeit bewirkt
sowohl eine Sicherung der Schachtwandung gegen Nachfall als auch den notwendigen
Druck auf die Arbeitskanimerdecke zum weiterem Absenken. Um eine gleichmäßige Absenkung
des Senkkastens zu sichern. und ein plötzliches Eindringen etwa beim Antreffen:
weicher Schichten zu vermeiden, wird der Senkkasten an Seilen aufgehängt, die entweder
bei kleineren Ausführungen an Trägern, die über die Schachtöffnungen. gelegt sind,
befestigt werden oder bei größeren Ausführungen z, B. an Schwimmern hängen können.
Ist der Senkkasten in der geplanten Tiefe angekommen, so wird zunächst die Arbeitskammer
und anschließend der ganze mit Flüssigkeit gefüllte Raum von unten nach oben ausbetoniert.
Versuche haben gezeigt, daß im Gegensatz zum Betonieren unter Wasser das Betonieren
in der thixotropen Flüssigkeit ebenso leicht möglich ist wie an, der Luft. Vor allem
werden. Auswaschungen. und Entmischungen des frischen Betons hierbei mit Sicherheit
vermieden.