DE10228784C1 - Anordnung zur Verringerung von Schnee- und Eisauflasten auf einem von Schnee vollständig umgebenen Bauwerk - Google Patents

Abstract

Vollständig von Schnee umgebene Bauwerke in Dauerfrostgebieten versinken mit der Zeit im Schnee, wodurch der Druck auf das Bauwerk durch zunehmende Schneeauflasten steigt. Insbesondere an Schwachstellen im Bauwerk bezüglich der Stabilität kann es hier zu Beschädigungen kommen, die die Nutzungsdauer des Bauwerks erheblich verringern. Eingebrachte Stützen im Bauwerk stellen ein logistisches Problem und nach der endgültigen Aufgabe des Bauwerks auch ein umweltbelastendes Entsorgungsproblem dar. Mit der Anordnung nach der Erfindung können die Schneeauflasten durch Luftkissen (3), die oberhalb des zu entlastenden Bauwerks (2) eingebracht und mit einer verfestigten Schneeschicht (5) überdeckt werden, bedeutend verringert werden. Bei großen Bauwerken können mehrere Luftkissen nebeneinander angeordnet werden. Beim weiteren Einsinken des Bauwerks können weitere Luftkissen nachgelegt werden. Dabei wird die Stabilität der zwischen liegenden Schneeschicht berücksichtigt, die im gefrorenen Pulverschnee gut zu erreichen ist. Die Erfindung stellt damit eine umweltschonende Anordnung dar, die trotz hoher Einsatzflexibilität auch bezüglich Logistik, Handhabung und Wartung keine Probleme bereitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verringerung von Schnee- und Eisauflasten auf einem von Schnee vollständig umgebenen Bauwerk in einem Dauerfrostgebiet.

Bauwerke in Dauerfrostgebieten haben infolge ständig zunehmender Schnee­ auflasten nur eine begrenzte Lebens- und damit Nutzungsdauer. Insbesondere die unterirdischen Bauwerke in den polaren Gebieten versinken durch den beträchtlichen jährlichen Schneezutrag im Laufe der Nutzungszeit im Schnee. Dabei können ganze Bauwerke oder zumindest Teile davon von den auflagernden Schneemassen verformt oder sogar zerdrückt werden. Der auflagernde Schnee ist hier also der begrenzende Faktor für die Sicherheit, Stabilität und Nutzbarkeit der Bauwerke. Bei diesen handelt es sich beispiels­ weise um Rampen, Verbindungsgänge, Tunnel, Vorratsräume, Lager, Garagen, Röhrenkonstruktionen, die in den Schnee eingebaut und von Schnee vollständig umgeben sind. Aus diesen Komponenten werden in polaren Gebieten insbesondere komplette Forschungsstationen mit allen zugehörigen infrastrukturellen Einrichtungen und Nebengebäuden errichtet. Derartige Bauwerke im Schnee, beispielsweise Röhrenbauwerke aus Stahl, haben von der Statik her gesehen kritische Schwachstellen. Dies sind im Allgemeinen Kreuzungsbereiche zweier aufeinander stoßender Röhren, die Röhrenenden und Röhrenabschnitte an Brand- oder Rauchschotts. Während normalerweise die in den Schnee eingebettete Röhrenkonstruktion durch den auch seitlich anliegenden Schnee genügend Widerlagerung erfährt, werden die oben genannten Schwachstellen mit zunehmender Schneeauflagerung durch das Gewicht des Schnees bzw. des Eises, das bei ca. 10 m-12 m Schichtstärke ein Gewicht von bis zu 8 t pro m² Grundfläche aufweisen kann, zuerst eingedrückt.

Die Folgen sind Röhrenverformungen an diesen Schwachstellen bis hin zu Zerstörungen mit allen Konsequenzen für eine verkürzte Lebensdauer des Bauwerks.

Um der Zerstörung der unterirdischen Gebäude durch Schneelasten entgegen zu wirken, ist es allgemein bekannt, nachträgliche Stützkonstruktionen, wie beispielsweise Stempel, Stützen, Tragwerke oder Aussteifungen, in die betroffenen Bauwerke einzubauen. Diese sind aber kostenintensiv und erfordern einen erheblichen logistischen Aufwand, der insbesondere in den Polargebieten schwer zu realisieren ist. Außerdem verringern sie den Freiraum in den Gebäuden und können deren Funktionalität einschränken. Außerdem sind sie bei einem Verbleiben in einem aufgegebenen Gebäude umwelt­ belastend oder müssen bei Rückbau aufwändig entsorgt werden.

Die Aufgabe für die vorliegende Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur Verringerung von Schnee- und Eisauflasten auf einem von Schnee vollständig umgebenen Bauwerk in einem Dauerfrostgebiet anzugeben, die diese Funktion äußerst umweltschonend und mit logistisch einfach zur Verfügung stellbaren Mitteln erfüllt. Dabei soll keine Beeinträchtigung der Funktion des Bauwerks auftreten, die Anordnung aber trotzdem ein hohes Maß an Zuverlässigkeit aufweisen. Sie soll darüber hinaus bei einfacher Handhabung flexibel an die erschwerten Umweltbedingungen anpassbar sein und damit eine maximale Nutzungsdauer des Bauwerks ermöglichen.

Als Lösung für diese Aufgabe ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen, dass oberhalb des Bauwerks zumindest ein aufgeblasenes Luftkissen aus einem kälteresistenten, luftundurchlässigen und flexiblen Material angeordnet ist, das von einer verfestigten Schneeschicht überdeckt ist und einen luftgefüllten Hohlraum in der Schneeschicht oberhalb der Bauwerks bildet, wobei das Luftkissen nach Ablassen der Luftfüllung aus dem Hohlraum wieder entfernbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden Bauwerke in Dauerfrost­ gebieten unkompliziert, besonders umweltschonend und ohne Materialverluste vor überhöhten Schneeauflasten geschützt. Damit trägt die erfindungsgemäße Anordnung zur Stabilitätserhöhung und Verlängerung der Lebensdauer solcher Bauwerke bei. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die natürlichen Bedingungen und Ressourcen in den Dauerfrostgebieten (Frost und Schnee) im Zusammenwirken mit einfachen Ausrüstungsteilen genutzt werden. Oberhalb des zu schützenden Bauwerks wird zumindest ein Hohlraum gebildet, der gegenüber der Schneeschicht kein relevantes Gewicht aufweist. Auf diese Art wird das Schneegesamtgewicht, das von oben auf dem Bauwerk lastet, einfach, aber wirkungsvoll verringert. Dabei ist in besonderer Weise noch die beliebige Wiederverwendbarkeit des Luftkissens, das nach der Verfestigung des Hohlraums und Ablassen der Luftfüllung aus dem Hohlraum wieder entfernt werden kann, als besonders positiver Umweltaspekt zu berücksichtigen.

Aus der US 5.522.181 ist zwar ein aufblasbares Luftkissen aus einem kälteresistenten, luftundurchlässigen und flexiblen Material bekannt, das aber der Erstellung eines kompletten Schneeiglus als kleiner Schutziglu dient. Dazu wird das aufgeblasene, igluähnliche Luftkissen auf die Schneeoberfläche gelegt und mit einer Schneeschicht überzogen. Nach Erreichen einer ausreichenden Schichtstärke und nach deren Verfestigung wird die Luft aus dem Luftkissen abgelassen und das entleerte Kissen aus dem unter der Schneedecke entstandenen Hohlraum herausgezogen. In gefaltetem Zustand kann das Luftkissen dann in einem Rucksack verstaut und von einer einzelnen Person einfach transportiert werden. Ein Hinweis auf eine andere Verwendung des bekannten Luftkissen, insbesondere für eine Anordnung zur Verringerung von Schneeauflasten auf vollständig im Schnee versunkenen Bauwerken, als die Verwendung zur Erstellung eine Schutziglus auf der Schneeoberfläche ist der US 5.522.181 jedoch nicht zu entnehmen. Der Fokus liegt bei dem bekannten Luftkissen auf der schnellen Erstellung eines relativ kleinen Hohlraumes auf der Schneeoberfläche zur schützenden Aufnahme von Menschen und nicht der Gewichtsreduzierung in Schneeschichten.

Die Gewichtsentlastung über dem Bauwerk erfolgt in Abhängigkeit vom durch das eingebrachte Luftkissen erzeugten Hohlraum. Dabei ist es für den Fachmann ohne Weiteres möglich, entsprechende Stabilitätsaspekte unter Berücksichtigung des plastischen Verhaltens von Schnee und Eis, des Auftriebsverhaltens im Eis und der Porenbildung in Schnee- und Eisschichten, aus Erfahrungswerten einzubeziehen. Durch die Bedeckung des neu einge­ brachten Luftkissens mit pulverisiertem Schnee, der entweder durch natür­ lichen Neufall oder mittels einer Schneefräse aufgebracht wird, wird eine sehr hohe Homogenität in der aufgebrachten Schneeschicht erreicht, die nach dem Zusammenfrieren innerhalb sehr kurzer Zeit eine hohe mechanische Festigkeit sicher gewährleistet. Derartige Schneeauftragsverfahren werden in den polaren Stationen seit Langem eingesetzt, beispielsweise, um Verbindungsgänge zwischen einzelnen Kammern im Schnee herzustellen. Aus der DE 100 07 714 C1 ist es bekannt, derartige Gänge durch aufgeblasene Luftkissen in Paneelform zu errichten, die in eingefräste Absätze in Schneekammern nebeneinander eingesteckt und dann mit pulverisiertem Schnee überdeckt werden. Die Festigkeit der gefrorenen Schneeschicht ist dann ohne Weiteres zum Begehen ausreichend. Ab einer bestimmten Mindeststärke ist sogar ein Befahren möglich. Somit ist keine Gefährdung für Menschen durch solcherart künstlich angelegte Hohlräume unter der Schneeschicht gegeben.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist in ihrer Flexibilität zu sehen. Zum einen können die Luftkissen in Größe und Form unterschiedlich ausgeführt sein. Es eignen sich beispielsweise Luftkissen, wie sie aus der US 5.522.181 bekannt sind und der Herstellung von Iglus dienen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können mehrere Luftkissen nebeneinander angeordnet sein, wobei zwischen den einzelnen Luftkissen eine Schneeschicht liegt. In Abhängigkeit von der Größe des zu entlastenden Bauwerks können über dessen Dachfläche mehrere Luftkissen verteilt sein. Es können aber auch anstelle eines großen Luftkissen mehrere kleine Luftkissen eingesetzt werden. Diese werden dann nebeneinander oberhalb des zu entlastenden Bauwerks ausgelegt. Dabei ist wiederum für die Stabilität ein ausreichender Abstand und damit eine ausreichende Schichtstärke zwischen den einzelnen Luftkissen zu berücksichtigen. Insgesamt ist die mechanische Stabilität der Schneeschicht über einer Vielzahl von kleineren Hohlräumen mit entsprechendem Abstand höher als über einem großen Hohlraum. Dabei entspricht die erreichte Gewichtsentlastung immer jeweils dem gesamten Hohlraumvolumen multi­ pliziert mit der Dichte von Schnee bzw. Eis. Die erfindungsgemäße Anordnung weist jedoch nicht nur eine horizontale, sondern auch ein vertikale Flexibilität durch Verwendung mehrerer Luftkissen oder Wiederverwendung eines Luftkissens, das nach Verwendung jeweils wieder aus dem Hohlraum entfernt wird, auf. Es ist bekannt, dass die Bauwerke in den Dauerfrostgebieten durch jährlichen Schneezutrag allmählich im Schnee versinken. Somit wird die darüber liegende Schneeschicht immer größer. Gemäß einer Weiterbildung der Anordnung nach der Erfindung ist es deshalb besonders vorteilhaft, wenn mehrere Luftkissen übereinander angeordnet sind, wobei zwischen den einzel­ nen Luftkissen eine Schneeschicht liegt. Somit kann im Laufe der Jahre oberhalb des zu entlastenden Bauwerks ein mehrlagiges Luftkammersystem gebildet wird, das die Schneeentlastung des Gebäudes gewährleistet. Dabei ist aus Stabilitätsgründen ein vertikaler Versatz der Hohlräume zueinander sinnvoll. Somit können auch relativ tief in den Schnee eingesunkene Bauwerke noch entlastet werden, wodurch deren Nutzungsdauer beträchtlich verlängert werden kann. Sowohl bei der horizontalen Anordnung von mehreren Luftkissen gleichzeitig als auch der vertikalen Anordnung eines oder mehrerer Luftkissen nacheinander ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Schneeschicht zwischen und/oder oberhalb jedes Luftkissens aus mehreren Lagen, nacheinander maschinell aufgebrachtem Pulverschnee besteht. Damit kann eine optimale Festigkeit der Schneeschicht und somit ein höchster Sicherheitsstandard bei einer optimalen Nutzungsdauer erreicht werden.

Ausbildungsformen der Erfindung werden zu deren weiterem Verständnis nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Kreuzungspunkt eines Röhrenbauwerks mit einem eingebauten Luftkissen,

Fig. 2 ein Luftkissen im Detail und

Fig. 3 einen Röhrenquerschnitt mit mehreren neben- und übereinander angeordneten Luftkammern.

Die Fig. 1 zeigt den Kreuzungspunkt 1 eines Röhrenbauwerks 2, das in einer Polarregion vollständig im Schnee liegt. Oberhalb des Kreuzungspunktes 1, der bezüglich der mechanischen Stabilität eine Schwachstelle des Röhren­ bauwerks 2 darstellt, wurden mittels eines Schneeräumgeräts (Planierschild) die oberen weicheren Schneelagen bis ca. 1 bis 2 m Tiefe abgeschoben, um Baufreiheit zu schaffen. Danach wird ein Luftkissen 3 in die ausgehobene Grube eingelegt und mittels Kompressor über ein Ventil 4 mit Luft bis zur vollständigen Füllung befüllt. Danach wird mit einer Schneefräse eine Schneeschicht 5 in Form von pulverisiertem Schnee in erforderlicher Schichtdicke aufgebracht, die bei den herrschenden Minustemperaturen in ca. 24 Stunden gefriert. Nach dem Ausfrieren kann durch eine im Schnee belassene oder nachträglich eingebrachte kleine Öffnung über das Ventil 4 die Luft aus dem Luftkissen 3 abgelassen und das zusammenfallenden Luftkissen 3 aus der Schneeöffnung herausgezogen werden. Die Öffnung wird danach wieder mit Schnee abgedeckt. Das Luftkissen 3 wird entweder zur Erstellung des nächsten Hohlraumes weiter verwendet oder in zusammen gefaltetem Zustand verstaut. An Stellen mit einer besonders hohen Belastung der Schneeoberfläche, beispielsweise durch starken Fahrverkehr, kann das Luftkissen 3 zu zusätzlichen Stabilisierung der Schneeschicht auch in dieser belassen werden.

In der Fig. 2 ist ein Luftkissen 6 dargestellt, wie es beispielsweise in der Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet werden kann. Es besteht aus einem kälteresistenten, luftundurchlässigen und flexiblen Material, ist im Wesent­ lichen zylindrisch und weist gewölbte Bodenflächen auf. Über ein Ventil 7 kann es mit Luft - oder einem anderen geeigneten Medium - befüllt und entleert werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung nach der Erfindung unter Verwendung einer Vielzahl von Luftkissen über einem Röhrenbauwerk 8. Dieses ist bereits relativ tief in den Schnee eingesunken. Zur Schneeentlastung wurden oberhalb des Röhrenbauwerks zunächst zwei Luftkissen 9, 10 (gestrichelt angedeutet) nebeneinander angeordnet und mit Schnee verfestigt. Nach Entfernung der beiden Luftkissen 9, 10 entstanden Hohlräume. Nach dem nächsten größeren natürlichen Schneezutrag wurde ein weiteres Luftkissen 11 (gestrichelt angedeutet) in einer darüber liegenden Schneeschicht eingebracht und ein Hohlraum gebildet. Im Laufe der Jahre wurden je nach Schneezutrag dann in derselben Weise noch weitere Hohlräume 12, 13, 14 gebildet, sodass das Röhrenbauwerk 8 insgesamt um die Schneemasse mit dem Volumen aller Hohlräume entlastet wurde. Dabei wurden die erforderlichen Stärken der horizontalen und vertikalen Schneeschichten 15, 16 zwischen den einzelnen Hohlräumen und deren Verfestigung zu Erreichung einer ausreichenden mechanischen Stabilität der Schneedecke oberhalb des Röhrenbauwerks 8 berücksichtigt. Die gezeigte Anordnung zur Entlastung von im Schnee versunkenen Bauwerken in Dauerfrostgebieten ist besonders umwelt­ freundlich, logistisch unproblematisch und trägt zu einer bedeutenden Erhöhung der Nutzungsdauer solcher Bauwerke bei.

Bezugszeichenliste

1

Kreuzungspunkt

2

Röhrenbauwerk

3

Luftkissen

4

Ventil

5

Schneeschicht

6

Luftkissen

7

Ventil

8

Röhrenbauwerk

9

Luftkissen

10

Luftkissen

11

Luftkissen

12

Hohlraum

13

Hohlraum

14

Hohlraum

15

Schneeschicht, horizontal

16

Schneeschicht, vertikal

Claims (4)

1. Anordnung zur Verringerung von Schnee- und Eisauflasten auf einem von Schnee vollständig umgebenen Bauwerk in einem Dauerfrostgebiet, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Bauwerks (2; 8) zumindest ein aufgeblasenes Luftkissen (3; 9, 10, 11) aus einem kälteresistenten, luftundurchlässigen und flexiblen Material angeordnet ist, das von einer verfestigten Schneeschicht (5) überdeckt ist und einen luftgefüllten Hohlraum in der Schneeschicht oberhalb der Bauwerks (2; 8) bildet, wobei das Luftkissen (3; 9, 10, 11) nach Ablassen der Luftfüllung aus dem Hohlraum wieder entfernbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Luftkissen (9, 10) nebeneinander angeordnet sind, wobei zwischen den einzelnen Luftkissen (9, 10) eine Schneeschicht (16) liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Luftkissen (10, 11) übereinander angeordnet sind, wobei zwischen den einzelnen Luftkissen eine (10, 11) Schneeschicht (15) liegt.

4. Anordnung nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneeschicht (5; 15, 16) zwischen und/oder oberhalb jedes Luftkissens (3; 9, 10, 11) aus mehreren Lagen, nacheinander maschinell aufgebrachtem Pulverschnee besteht.