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Verfahren zum Herstellen großer Massenbetonbauwerke mit Kontraktionsspalten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen großer Massenbetonbauwerke mit
KontraktionsspaIten in den Betonblöcken.
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Massivbetonbauten und insbesondere Staudämme werden zur Zeit blockweise
hergestellt, wobei die einzelnen Blöcke voneinander durch sogenannte »Kontraktionsspalte«
getrennt sind. Die Aufgabe dieser Kontraktionsspalte ist, die inneren Spannungen
bei der Schrumpfung des Betons, welche sich auf die Begrenzungsflächen der einzelnen
Blöcke übertragen, zu vermindern, indem sich die Spalt beim Abbinden des Betons
öffnen.
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Wenn keine Kontraktionsspalte vorhanden sind, bildet der Beton bei
seiner Schrumpfung Risse, dei dann anschließend durch Injektionen wieder angefüllt
werden müssen. Solche Risse können auch bei der blockweisen Konstruktion entstehen,
wenn die einzelnen Blöcke zu große Abmessungen haben.
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Bei der heute üblichen Bauweise von Massivbetonbauten aus Blöcken
werden die einzelnen Blöcke an ihren vier Seitenwänden eingeschalt. Blöcke, die
zwischen zwei fertigen Blöcken liegen, brauchen lediglich an zwei Seitenwänden verschalt
zu werden, da die benachbarten Blöcke die Schalung für die anderen zwei die Schrumpfungsspalte
begrenzenden Seitenflächen darstellen.
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Bei diesem Verfahren ist vorausgesetzt, daß die an den vier Seitenwänden
eingeschalten Blöcke nach und nach übereinander aufgebaut werden.
Hierdurch
ist bedingt, daß der Beton, die Schalung, die Werkstoffe und Konstruktionsteile
nicht auf horizontalem Wege an jeden Block herangebracht werden können, sondern
während des Schütteis oder Gießens senkrecht nach oben transportiert werden müssen.
Außerdem dauert der Aufbau der für den Bau notwendigen Vorrichtungen sehr lange,
und das Fortschreiten der Arbeiten, die sowieso langsam vonstatten gehen, ist abhängig
vom sicheren Arbeiten der komplizierten und wenig zahlreichen Hebezeuge.
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Die Erfindung bezweckt, diese Unbequemlichkeiten und Nachteile der
augenblicklichen Technik beim Bau von Massivbetonbauten in Blöcken zu beseitigen
und ermöglicht eine Beschickung und Versorgung der Baustellen, die einfacher und
wirtschaftlicher ist und geringere Mengen von Vorrichtungen erfordert.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht das Gießen oder
Schütten des Betons in der ganzen Länge des Staudammes, bei dem gegebenenfalls die
Transportmittel für den Beton und die anderen Baustoffe oder die Werkzeuge auf dem
Staudamm bewegt werden können.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung großer Massenbetonbauwerke
mit Kontraktionsspalten wird das Bauwerk aus aufeinandergesetzten horizontalen Schichten
aufgebaut, in denen nach. dem Gieß- oder Schüttvorgang noch vor Abschluß des Abbindevorganges
des Betons entweder Spalte oder Zonen geschwächten Querschnittes zur Bildung von
mindestens einer Kontraktionsspalte in der Betonmasse geschaffen werden, und diese
Spalte oder Zonen des geschwächten Ouerschnittes werden zum Dichten, zum Verbinden
oder Verkeilen der einzelnen Blöcke oder zum Belüften oder zur Kühlung des eingebrachten
Betons benutzt.
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Die Zerteilung der Betonmasse kann nach der Schüttung unmittelbar
vor dem Abbinden des Betons mit Hilfe eines Sägewerkzeuges durchgeführt werden.
Die Aufteilung der Betonmasse kann aber auch partiell erfolgen, indem nach der Schüttung
unmittelbar vor dem Abbinden des Betons Zonen geringeren Widerstandes in der Betonmasse
geschaffen werden, wobei dann die durch die Volumenänderung des schrumpfenden Betons
hervorgerufenen Spannungen in im Betonbau bekannter Weise Risse in den Zonen verminderten
Widerstandes erzeugen, in welche die Vorrichtungen zum Dichten und zum Verbinden
oder Verkeilen der einzelnen Blöcke angeordnet werden können.
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Die Zonen geringeren Widerstandes können z. B. erzeugt werden, indem
die Betonmasse angebohrt wird, wobei durch die Bohrungen Flächen festgelegt werden,
in denen die Risse ihren Ursprung nehmen können, unter der Voraussetzung, daß in
den Zonen, in denen die Kontraktionsspalte vorgesehen sind, der Abstand von einem
Bohrloch zum nächsten klein ist gegenüber der Breite der Betonmasse. Um das Aufbrechen
dieser Risse, welche die Kontraktionsspalte bilden, zu -erleichtern, können Kanäle
vorgesehen sein, die in den Zwischenschichten entlang den Zonen geringeren Widerstandes
verlaufen.
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Die einzelnen Bohrlöcher können aber auch untereinander durch Rinnen
verbunden werden, die dazu dienen, Injektionsrohre einzuführen oder fest eingebaute
Injektionsrohre für nachträgliche Einspritzungen zur Verkeilung aufzunehmen.
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Die Anbohrung der verschiedenen übereinander angeordneten Schichten
kann in gleichen Ebenen erfolgen, wobei die Bohrlöcher einer Schicht in der Verlängerung
der anderen Schicht liegen. Jedes Bohrloch einer Schicht kann an seinem oberen Ende
auf einen. größeren Durchmesser aufgebohrt werden, wobei die Bohrungsaufweitung
mit einer zerbrechlichen Platte, z. B. aus gehärtetem Glas, verschlossen wird. Ein
solcher Verschluß aus einer zerbrechlichen Platte läßt sich dann bei der entsprechenden
Bohrung der nachfolgenden Schicht zerstören.
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Die Rinnen zur Aufnahme der Injektionsrohre können an ihrem oberen
Ende durch Schalungsbänder, z. B. aus Gummi, verschlossen «erden, so daß sich darüber
die oberen Schichten gießen oder schütten lassen.
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Auf diese Art und Weise kann die Zone geringeren Widerstandes, welche
den Kontraktionsspalt bilden und sich über die gesamte Höhe des Bauwerkes erstrecken
soll, von einer Anzahl von voneinander unabhängigen Rinnen- und Bohrungsnetzen gebildet
werden, die in senkrechter Richtung voneinander durch -die zuvor genannten Bänder
getrennt sind. Diese Netze sind auch besonders günstig, um alle Teile der Verbindungsspalte
mit den Injektionen erreichen zu können.
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Des weiteren kann man noch, um die Bildung der Kontraktionsspalte
durch Aufreißen der Betonmasse an den Stellen der Perforationsebenen zu erleichtern,
die Rinnen und Bohrungen während des Abbindens des Betons belüften und die inneren
Teile der von den Außenwänden und den Zonen geringeren Widerstandes begrenzten Bauwerksabschnitte
abkühlen.
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Diese Unterkühlung kann mit Hilfe von Gefrierflüssigkeit, welche man
durch eine im Beton geschaffene Kanalisation hindurchschickt, erfolgen.
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Das Belüften der Zonen geringeren Widerstandes und,das Abkühlen des
Inneren der Betonmasse hat die Wirkung, daß beim Abbinden im Inneren der Betonmasse
die Spannungen vermindert und in den Zonen geringeren Widerstandes die Spannungen
erhöht werden, wobei die Anordnung der quer durch das Bauwerk gehenden Bohrlöcher
und die Anordnung der Ventilation das Anreißen der Risse an den gewünschten Punkten
der Teilungsebene ermöglicht.
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Nachfolgend wird die Erfindung als Beispiel bei einem Verfahren zur
Herstellung von Kontraktionsspalten in einem Staudamm erläutert.
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Fig. z ist ein. Schnitt durch einen Staudamm an der Stelle, an der
ein Kontraktionsspalt geschaffen werden soll, wobei die Bohrungen zum Zwecke der
Übersichtlichkeit
nur in einem Teil der Teilungsebene dargestellt sind; Fig. 2 ist ein Schnitt durch
eine horizontale Schicht in einer vertikalen Ebene durch die Achse eines Bohrloches;
Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie 111-III der Fig. i durch eine horizontale
Schicht, wobei die nachfolgende Schicht nicht mit dargestellt ist; Fig. q. ist ein
Schnitt entsprechend dem Schnitt der Fig.3, wobei auch die nachfolgende Schicht
mit dargestellt ist; Fig. 5 zeigt eine Bohrmaschine bei der Herstellung einer Bohrung;
Fig.6 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Teil der Betonmasse in einer durch
die Achse eines Bohrloches gehenden Ebene senkrecht zu einer Rinne, in der ein Rohr
für nachträgliche Injektionen eingeführt ist; Fig. 7 ist ein Schnitt entlang der
Linie VII-VII der Fig. i.
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Die Fig. i zeigt schematisch die Gesamtheit der Vorrichtungen zum
Einspritzen und Verkeilen der Kontraktionsspalte, die erfindungsgemäß dadurch geschaffen
werden, daß man den Beton in Zonen geringeren Widerstandes zum Reißen bringt.
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Die Zonen. verminderten Widerstandes werden mit Hilfe von lotrechten
Bohrungen erzeugt, welche in einer senkrecht zur neutralen Faser verlaufenden Ebene
angeordnet sind.
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Die einzelnen horizontalen Schichten werden nacheinander ausgeführt,
indem man im Talgrund in voller Länge des Staudammes beginnt, wobei die Transportmittel
und die verschiedenen Hilfseinrichtungen dabei unmittelbar auf die soeben fertiggestellte
Schicht aufgestellt werden können, nachdem diese eine ausreichende Festigkeit besitzt,
um den Druck der rollenden Transportmittel, wie z. B. Lastkraftwagen oder Kipploren,
auszuhalten.
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Die horizontalen Schichten können unterschiedliche Stärke haben, je
nach der Zeit, die zum Gießen der Schicht und zum Abbinden des Betons erforderlich
ist, und je nach der Art der vorhandenen Bohrwerkzeuge.
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Sobald die fertiggegossene Schicht das Gewicht der Bohrmaschine tragen
kann, z. B. 24. Stunden nach Beendigung des Gießvorganges, werden die Bohrmaschinen
auf den Staudamm gebracht, um die vertikalen Bohrungen in den senkrecht zur neutralen
Faser des Staudammes verlaufenden Ebenen auszuführen.
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Die Bohrungsebenen sind so weit voneinander entfernt, daß die Arbeit
relativ schnell ausgeführt werden kann und der Staudamm auch keine zu große Anzahl
von Kontraktionsspalten erhält. Es ist jedoch erforderlich, da-ß die Ebenen der
Kontraktionsspalte dicht genug bei,einanderliegen, so daß keine Risse zwischen diesen
Ebenen zu befürchten sind. Die optimalen Abstände werden festgelegt je nach der
Größe der Beanspruchung des Staudammes, der Art des Betons und eventuell entsprechend
den vorgesehenen besonderen Anordnungen, die das Aufreißen des Betons in den Zonen
geringeren Widerstandes erleichtern sollen. Andererseits dürfen in diesen Zonen
die Bohrungen nicht zu weit voneinander entfernt werden, damit der Widerstand genügend
vermindert wird und die Risse leicht aufreißen können.
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Der Al:>stand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bohrungen kann z.
B. in der Größenordnung von etwa 2o cm liegen.
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Um die Wahrscheinlichkeit des Anreißens in den Ebenen der Kontraktionsspalte
noch zu erhöhen, kann man an den Berg- und talseitigen Außenflächen des Staudammes
noch Rinnen vorsehen, von denen aus die Risse ihren Ursprung nehmen können.
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Nachdem die Bohrungen quer durch eine Schicht fertiggestellt sind,
versieht man die Bohrlöcher in Richtung der Bohrungsachse :2 mit einer aufgeweiteten
Bohrung i (Fig. 2). Diese vergrößerte Bohrung i wird mit einer Platte 3 aus gehärtetem
Glas abgedeckt und dann mit Sand gefüllt.
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Danach läßt sich dann die nächste horizontale Schicht gießen, ohne
daß der Beton die Eingänge der darunterliegenden Bohrungen verstopfen kann.
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Je nach dem Fortschreiten des Baues des Staudammes schafft man z.
B. alle zwei oder drei Schichten in jeder Flucht von Bohrlöchern eine Rinne q..
Diese Rinne ist oberhalb der Reihe von Platten aus gehärtetem Glas 3, welche die
Bohrlöcher abdecken, mit Sand angefüllt (Fig. 3).
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Die Fig.4 zeigt, daß man anschließend eine horizontale Schicht 5 aufgießen
kann., ohne daß der Beton die Rinne q. ausfüllt.
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Wenn die Schicht 5 genügend hart geworden ist, um die Werkzeuge 6
zur Erzeugung der Bohrlöcher zu tragen, werden die Bohrmaschinen auf die Schicht
5 aufgebracht und in Verlängerung der Bohrungsachsen :2 der darunterliegenden Schicht
Löcher gebohrt. Der Bohrer 7 durchquert die Schicht 5, erreicht die Sandschicht
q., und der Schneidkopf 8 des Bohrers kommt letztlich auf die Platte aus gehärtetem
Glas 3 und kann diese zerstören.
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Auf diese Art und Weise werden Serien vom Bohrlöchern in Art eines
Kanalisationssystems geschaffen, welche die einzelnen Staudammabschnitte von oben
bis unten durchqueren.
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In die Rinnen q. können nachträglich Injektionsrohre mit Klappenventilen
9 eingefügt werden, mit deren Hilfe nach Fertigstellung des Staudammes die Kontraktionsspalte
noch einmal ausgefüllt werden können.
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Schließlich, nachdem eine gewisse Höhe des Staudammes erreicht ist,
z. B. nach jeweils acht oder zehn horizontalen Schichten, sieht man eine Rinne io
vor, die in der Ebene der später entstehenden Kontraktionsspalte die oberen Enden
der Bohrlöcher :2 verbindet. Diese Rinne io ist mit einem oder mehreren Bändern
i i aus einem dehnbaren und undurchlässigen Stoff, wie z. B. Gummi, abgedeckt. Diese
Bänder ruhen auf der Deckfläche der Schicht auf einer Zwischenlage aus Blech. Die
nachfolgende Schicht 12 wird anschließend auf die Bänder aus Gummi i i aufgegossen.
Diese Schicht i2 wird wie die vorausgehenden Schichten durchbohrt,
jedoch
gehen in diesem Fall die Bohrungen 13 nicht bis auf dieBänder aus Gummi i i herunter.
Somit findet also eine vollständige Unterbrechung der Kanalisation zwischen der
oberen Schicht eines vertikalen Staudammabschnittes und der darüberliegenden Schicht
12 statt.
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Der soweit fertiggestellte Staudamm enthält somit Bohrungen, die in
Ebenen senkrecht zur neutralen Faser des Staudammes verlaufen, wobei die Bohrungen
einer Ebene mit Bohrungen anderer Ebenen nur an einzelnen Stellen in Verbindung
stehen. Durch die Anordnung der Bänder aus Gummi i i sind die Kontraktionsspalte
in vertikaler Richtung bis zur Bildung der Risse verschlossen.
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Die Kontraktionsspalte sind darüber hinaus noch mit Dichtungsmitteln
versehen. In der Fig. i ist in der Betonmasse ein Kupferblech 17 vorgesehen, welches
die bergseitige Abdichtung bewirkt. Das Kupferblech läßt sich an den bergseitigen
Flächen, an denen Spalte eingesägt sind, mit plastischer Masse abdecken und schützen.
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Sowie der Beton abgebunden und geschrumpft ist und in den Zonen verminderten
Widerstandes Risse aufgetreten sind, die die Kontraktionsspalte selbsttätig bewirken,
führt man unterhalb der Gummibänder 1i in jeder Rinne io über die öffnung an der
Talseite des Staudammes ein Injektionsrohr 15 ein. Dieses Injektionsrohr 15 wird
zunächst bis an das andere Ende der Rinne io vorgeschoben, damit die Injektionen
bei den am weitesten vom Anfang der Rinne io entfernten Bohrungen 2 beginnen. Die
Injektionsmasse fließt dann in Richtung der Pfeile 16 und füllt die Bohrungen 2
und auch die Rinnen 4 aus, in welchen sie die mit Ventilklappen versehenen Injektionsrohre
9 umgibt, ohne in das Innere dieser Rohre eindringen zu können.
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Nachdem dieser Arbeitsgang beendet ist, kann der Staudamm unter Wasser
gesetzt werden.
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Es ist noch bemerkenswert, daß das Verkeilen der Kontraktionsspalte
dadurch erleichtert wird, daß die durch die Risse gebildeten Flächen, zwischen denen
die Injektionen durchgeführt werden, eine unregelmäßige Oberfläche haben, an der
das Anhaften der Injektionsmasse begünstigt wird.
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Eine gewisse Zeit nach dem Unterwassersetzei des Staudammes können
durch die Belastung erneut Risse auftreten. Diese Risse an den Kontraktionsspalten
können dann ein oder mehrere Male erneut durch Einspritzen ausgefüllt werden mit
Hilfe der mit Ventilklappen 9 versehenen Injektionsrohre, die zur Talseite des Staudammes
hin geöffnet sind. Hierdurch werden dann die Kontraktionsspalte gleichzeitig gedichtet
und vollständig verkeilt.
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Es lassen sich noch weitere Vorsichtsmaßnahmen treffen, um sicherzustellen,
daß die Kontraktionsspalte tatsächlich in den Zonen geringeren Widerstandes auftreten,
welche man mit Hilfe der Bohrungen 2 vorbereitet hat.
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Zunächst einmal kann man in der Mitte der Betonmasse, welche von den
Berg- und talseitigen Außenwänden und den Zonen verminderten Widerstandes begrenzt
ist, einen Kreislauf für Gefrierflüssigkeit mit Hilfe von in die Betonmasse eingebetteten
Rohren vorsehen. Ein solcher Kreislauf von Gefrierflüssigkeit bewirkt, daß der Beton
während des Abbindens gekühlt wird und seine inneren Spannungen an den Stellen,
an denen das Auftreten von Rissen unerwünscht ist, vermindert wird.
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Des weiteren kann Luft in die Bohrungen eingeblasen werden, um in
den Zonen verminderten Widerstandes die Verdampfung des Wassers aus dem Beton und
damit auch die Spannungen zu erhöhen.
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Das soweit beschriebene Verfahren, welches an Hand der Konstruktion
eines Staudammes erläutert wurde, läßt sich gleichfalls für jedes andere Bauvorhaben
aus Massivbeton anwenden.
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Darüber hinaus lassen sich aber auch die Kon, traktionsspalte mit
Hilfe eines Verfahrens schaffen, welches von dem bisher beschriebenen, bei dem Bohrungen
zur Erzeugung verminderten Widerstandes an den Stellen, an denen der Beton reißen
soll, vorgesehen sind, abweicht.
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So kann z. B. nach dem Gießen einer horizontalen Schicht die soeben
gegossene Schicht durchgesägt werden, wodurch der Kontraktionsspalt unmittelbar
verwirklicht wird.
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Das Sägen kann z. B. mit Hilfe von Trennmaschinen erfolgen, die mit
Zahnketten oder mit Kreissägen arbeiten, wobei die Zähne mit Plättchen aus Wolframkarbiden
gepanzert sind. Das Sägen wird ausgeführt, sobald die horizontale Schicht das Gewicht
der Sägemaschine tragen kann und bevor die Betonmasse noch nicht zu hart geworden
ist.
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Bei der Herstellung von Massivbetonbauten in horizontalen Schichten,
welche vom natürlichen Boden, von dem aus das Bauwerk seinen Ausgang nimmt, zugänglich
sind, vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren in weitem Maße die Probleme der
Verteilung des Betons und des Transportes der Baustoffe und der sonstigen Bauelemente,
so daß eine große Einsparung an Installationen und Hebezeugen erfolgt und das Voranschreiten
der Arbeit stark beschleunigt werden kann.