DE29623502U1 - Auftriebsichere Sohle, speziell für eine Baugrube im Grundwasser, die die dichtenden Eigenschaften natürlicher Bodenschichten ausnützt - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Für die Herstellung von Baugruben, besonders in Bereichen mit hohem Grundwasserspiegel (z.B. Berlin) oder wechselndem Grundwasserspiegel (z.B. Rheinebene) gibt der Stand der Technik im wesentlichen zwei Konstruktionen einer Sohle an, mittels derer der Einbruch von Grundwasser von unten in die Baugrube verhindert wird:
Einmal sind künstliche Dichtschichten vorhanden, z.B. a.) eine hochliegende Dichtungssohle (Düsenstrahlverfahren, Unterwasserbeton), die über Zugglieder nach unten verankert ist (z.B. beschrieben in der DE-OS 20 22 787, der DE-PS 22 40 935 und der DE 35 34 655 A1), oder

b.) eine tiefliegende Dichtungssohle (Weichgel, Düsenstrahlverfahren, Feinstzement) mit ausreichender Überlagerung und tiefergeführten Baugrubenwänden.

Andermal wirken natürliche, tief liegende, bindige und daher dichtende Schichten, über denen sich so viel Bodenmaterial befindet, daß keine Auftriebsbewegung erfolgt, als Dichtungsschicht.
Vorrichtungen dieser Art sind z.B. bei U. Smoltczyk (Gundbau-Taschenbuch; Ernst und Sohn, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften, Berlin) beschrieben.

Nachteil einer Konstruktion erster Art, wie sie in ähnlicher Form z.B. auch in der DE 22 40 935 angegeben wird, ist der hohe Aufwand, eine mit Sicherheit dichtende Schicht kostengünstig herzustellen. Eventuelle Lecks sind nachträglich nur schwer zu verschließen und noch schwieriger sicher zu erkunden. Nachteil der Konstruktionen zweiter Art ist, daß nur sehr tiefliegende Schichten, über denen genug auftriebsverhinderndes Material liegt, dafür genutzt werden können, was sehr tiefreichende seitliche Dichtungswände erfordert.

Es besteht also auch weiterhin der Bedarf an einer Vorrichtung, die das Eindringen von Grundwasser durch die Sohle der Baugrube zuverlässig unterbindet.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen der Ansprüche angegebenen Mittel gelöst.

Die Erfindung sieht dazu vor, naturgegebene auch höherliegende dichtende Schichten als Dichtungsschichten zu verwenden und diese gegen den unvermeidlichen Auftrieb durch Verankerung des über ihr befindlichen Materials

zu sichern. Das über der dichtenden Schicht befindliche Material selbst muß dabei keine dichtenden Eigenschaften aufweisen. Es kann entweder das über der dichtenden Schicht natürlich vorhandene Material selbst als Deckschicht eingesetzt werden, indem der Druck, der von der dichtenden Schicht auf dieses über ihr befindliche Material ausgeübt wird, auf Verankerungselemente (z.B. Pfähle, Anker, Nägel, Dübel) übertragen wird, die nach unten durch die dichtende Schicht hindurch, im Untergrund verankert sind.
Oder es wird oberhalb der dichtenden Schicht eine künstliche feste Deckschicht geschaffen, z.B. mittels Düsenstrahlverfahren (Soil-Jet, HDI, Soilcre-

te ), die mittels Verankerungselementen im Untergrund befestigt wird.

In einer Variante kann auch eine Möglichkeit realisiert werden, die zwischen den angegebenen Möglichkeiten liegt und bei der einzelne, aber größere Körper/Plomben/Kopfelemente die Last aufnehmen, die von der dichtenden Schicht bis zur Baugrubensohle reichen können oder sich auch nur über einen Bereich davon erstrecken. Die einzelnen lastaufnehmenden Teile des Verankerungselementes haben bevorzugt einen Durchmesser von größenordnungsmäßig 1,5 Metern und können teilweise untereinander zu größeren Konglomeraten verknüpft sein. Die künstliche durchgehende Deckschicht ist als ein besonders geordneter Spezialfall vollständig konglomerierter Elemente einer bestimmten Form anzusehen.

Der Durchstoß der verankernden Elemente durch die Dichtungsschicht erfordert keine zusätzliche Dichtmasse, wenn das die dichtende Schicht durchsetzende Element aus nachträglich aushärtender Masse, z.B. Betonsuspension, besteht, die sich von selbst der öffnung des Durchstoßes durch die dichtende Schicht anpaßt.

Die künstliche Deckschicht muß nicht direkt auf der Dichtungsschicht liegen, sondern es darf sich noch anderes Bodenmaterial zwischen dichtender Schicht und Deckschicht befinden, welches als kräfteübertragendes Medium fungiert. Bevorzugt ist dabei eine Schichtdicke dieses Bodenmaterials, die größenordnungsmäßig nicht dicker als 1 Meter ist, weil dann, trotz der bei der Herstellung nicht vorgespannten Ankerelemente, nach dem Entfernen der Auflast beim Ausheben der Bausohle, beim Unterspannungsetzen durch die Auftriebskräfte nur eine geringfügige Anhebung der dichtenden Schicht stattfinden kann.

Das allgemeine Wirkungsprinzip betrachtend, wird durch die Erfindung unter Zuhilfenahme einer natürlich vorhandenen undurchlässigen Schicht Wasserdruck in Bodenspannungen transformiert. Während Wasserdruck zur Ge-

gendruckerzeugung eine dichtende Schicht erfordert, ist als den Bodenspannungen entgegenstehendes Mittel auch eine durchlässige Schicht möglich. Das zwischen dichtender Schicht und Deckschicht befindliche Material, u.U. auch das Material der dichtenden Schicht selbst, wirkt dabei als kraftübertragendes Medium auf die Deckschicht, bzw. das Material, in dem die Lasteinleitung in die Verankerungselemente erfolgt.

Eine künstliche Deckschicht kann z.B. aus sich überschneidenden, nach dem Düsenstrahlverfahren hergestellten Säulen gefertigt werden (siehe Fig. 1 und 2). Der so entstehende Trägerrost kann über Zugglieder in tiefere Bodenschichten rückverhängt werden. Die Säulen müssen nicht unbedingt überall Kontakt haben und einen regelmäßigen Trägerrrost bilden: Es können auch einzeln stehende Säulen verwendet werden oder solche, die nur teilweise untereinander eine Verbindung aufweisen.
Die Kombination einer verankerten Druckaufnahmeschicht mit einer darunterbefindlichen natürlichen dichtenden Schicht hat folgende entscheidenden Vorteile:

• Die natürliche, sehr hochwertige Dichtungsschicht bleibt erhalten und kann genutzt werden. Die bis unter die dichtende Schicht hergestellten Verankerungselemente (z.B. Auftriebspfähle) führen aufgrund der Verformbarkeit dieser Schicht zu keiner Beeinträchtigung ihrer Dichtigkeit.

• Die Anforderungen an den im Beispiel beschriebenen Trägerrost sind gegenüber einer künstlichen Sohle eines herkömmlichen Verfahrens wesentlich geringer, da keine Wasserdichtigkeit erforderlich ist.

· Da bei zunehmender Tiefe der Verbauwand die Abweichungen von der Vertikalen herstellungsbedingt zunehmen, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche die Verwendung im Vergleich zur tiefliegenden Dichtungssohle kürzerer Verbauwände erfordert, die Lagegenauigkeit am Fuße der Wand größer.

• Der Abbau des Strömungsdruckgradienten erfolgt planmäßig nahezu vollständig in der dichtenden Schicht (z.B. Geschiebemergel). Bei eventuell vorhandenen Schwachstellen wirkt der als Beispiel beschriebene, dichtgerasterte Trägerrost zusätzlich erosionsstabilisierend und unterstützt damit den Gradientenabbau.

• Der im Beispiel beschriebene Trägerrost hat eine Doppelfunktion, da er zusätzlich für die Verbauwände ein sehr steifes, horizontales Fußauflager darstellt. Die zu erwartenden, translatorischen Verschiebungen des Verbausystems aus der Aushubentlastung und der Zusammendrückung des Bodens unter der Baugrubensohle werden damit reduziert.

• Durch die zu erwartende hochwertige Abdichtung der Baugrube ist nur eine kleine Restwasserhaltung erforderlich.

• Bei einer tiefliegenden abdichtenden Sohle gemäß herkömmlichen Konstruktionen muß eine Entspannung unterhalb der natürlichen dichtenden Schicht (z.B. Mergel) gewährleistet werden. Diese technisch aufwendige und teilweise auch mit Risiken behaftete Entspannung entfällt bei der neuen Lösung.

• Die Wasserhaltung kann zu einem früheren Zeitpunkt abgeschaltet werden.

Grundsätzlich bestehen bei jeder Herstellung einer künstlichen Dichtungssohle im angewendeten Verfahren (z.B. Düsenstrahlverfahren) implizierte, ausführungstechnische Restrisiken. Diese stellen auch ein Terminrisiko für den Baubetrieb dar, da eventuell zusätzlich erforderliche Abdichtungsmaßnahmen und unvorhersehbare Situationen im Fall einer undichten Sohle zu Störungen des meist engen Bauzeitenplans führen.

Eine Risikoabschätzung bei der durch einen Trägerrost gesicherten, natürlichen Dichtsohle ergibt vor diesem Hintergrund auch den baubetrieblichen Vorteil einer Erhöhung der Terminsicherheit.

Die gleiche Argumentation gilt bei der Ausführung von sehr tiefen Verbauwänden. Innerhalb der Toleranz liegende Abweichungen von der Vertikalen haben bei kurzen Wänden nur geringere Auswirkungen auf die Wandfußlage.

Bei der Herstellung der beschriebenen, alternativen Auftriebssicherung entstehen im Vergleich zur tiefliegenden künstlichen Dichtsohle keine Zusatzkosten.

Die Herstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung , wie sie nun an einer der großen Baugruben in Berlin durchgeführt werden soll, ist im folgenden als eine der möglichen Varianten ohne Beschränkung der Allgemeinheit aufgeführt:

1. Aufschlußbohrungen zur Überprüfung einer ausreichend vorhandenen dichten Mergelschicht.

2. Herstellung einer Stahlbetonschlitzwand und der Dichtwand mit eingestellter Spundwand bis 1 m unter Unterkante Mergel bzw. maximal 3 m unter Oberkante Mergel. Die Mergelschicht befindet sich in 18 bis 20 Metern Tiefe, der Grundwasserspiegel ist ungefähr 3 Meter unter der Geländeoberfläche. Das übrige Bodenmaterial ist Sand, obenauf liegt eine Schicht Trümmerschutt aus dem 2.Weltkrieg.

3. Pumpversuch zur Verifizierung der vorhandenen dichten Mergelschicht und zeitlich paralleler Voraushub des Trümmerschutts.

4. Herstellung der mitteltiefliegenden Sohle im Düsenstrahlverfahren (Soil-Jet, HDI) als steifer Trägerrost und Einbau der Verankerungselemente. Die Verankerungselemente sind

dabei nicht vorgespannt. Sie geraten erst beim Verringern der Auflast auf der dichtenden Schicht beim Ausheben der Baugrube unter Spannung.

5. Grundwasserabsenkung in der Baugrube und Ausführung der Restwasserhaltung mit zwei Brunnen und Drainagegräben, über die ein stetiges Absenkziel zu erreichen ist. Nach Bedarf können für lokal tiefere Aushubbereiche Vakuumlanzen eingesetzt werden.

6. Baugrubenaushub mit Rückverankerungen und Aussteifungen der Baugrubenwände.

7. Bodenplatte und Rohbau Untergeschoß.

8. Restwasserhaltung einstellen und Brunnentöpfe verschließen.

Abb.1 zeigt eine erfindungsgemäße Baugrube am Beispiel eines Bauvorhabens in Berlin im Querschnitt. Es sind nicht alle Verankerungselemente explizit ausgeführt.

Abb.2 zeigt für das gleiche Beispiel den Ausschnitt aus dem Grundriß eines im Düsenstrahlverfahren hergestelltenTrägerrostes mit Durchlässen

Abb. 3 zeigt beispielhaft, wie bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne eine feste Deckschicht der Auftrieb der Sohle verhindert wird. Es sind wieder nicht alle Verankerungselemente ausgeführt.

Es sind auch Kombinationen aus Fig. 1 und Fig. 3 möglich, bei denen sich das Verankerungselement oberhalb der Deckschicht fortsetzt, u.U. bis in die Bodenplatte des späteren Bauwerks. In diesem Falle können die Verankerungselemente zudem noch zur klassischen Auftriebssicherung des späteren Bauwerks verwendet werden.

Die künstliche Deckschicht, bzw. in der nicht geschlossenen Ausführung der Trägerrost oder die einzelnen lastaufnehmenden Elemente müssen selbstverständlich nicht in der Horizontalen Hegen, sondern können auch geneigt sein, oder einer vorhandenen unregelmäßigen Bodenformation angepaßt sein.

Legende

• · 4

1 Verbauwand (z.B. Schlitzwand, Spundwand, überschnittene Pfahl wand)

2 Baugrubensohle

3 Deckschicht

4a säulenförmiger Teil des Trägerrostes (nach Düsenstrahlverfahren hergestellt) mit

Verankerungselementen

4b. säulenförmiger Teil des Trägerrostes (nach Düsenstrahlverfahren hergestellt) ohne Verankerungselemente)

5 Durchlaß in der Deckschicht

6 natürlich vorhandene dichtende Schicht (z.B. Geschiebemergel)

7 Verankerungselement (z.B. GEWI®-Pfähle, Zugpfähle, Anker)

8 Geländeoberfläche

9 Grundwasserspiegel

10a Einleitungsbereich des Hauptteils der Auftriebslast in das Verankerungselement

(z.B. einen Pfahl)

10b Lasteinleitungsbereich des Verankerungselementes (z.B. nach Düsenstrahlverfahren hergestellter Pfahl)
11 Lastabtragungsbereich des Verankerungselementes (z.B. GEWI®-Pfahl)

Claims (16)

Ed. Züblin AG P1272 Albstadtweg 3 DW/Brosig 70567 Stuttgart 08.06.98 ANSPRÜCHE 5

1. Auftriebssichere Sohle,

dadurch gekennzeichnet, daß sie aus folgenden Komponenten besteht:

- einer dichtenden Schicht,

- einer darüber befindlichen Schicht, die die Auftriebskraft, den die dichtende Schicht durch den Wasserdruck erfährt, von der dichtenden Schicht aufnimmt, und

- verankernden Elementen, die den Auftrieb der beiden Schichten verhindern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das über der dichtenden Schicht befindliche Material, in welchem die verankernden Elemente wenigstens teilweise sitzen, eine feste Deckschicht ist, die direkt oder mit Abstand zur dichtenden Schicht liegt, und auf die die Kräfte von unten entweder direkt über die dichtende Schicht, oder indirekt über zwischen dichtender Schicht und Deckschicht befindliches Material einwirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß verankernde Elemente, z.B. Pfähle, Anker, Nägel, Dübel im natürlich vorhandenen Material über der dichtenden Schicht die Auftriebskräfte über Mantelreibung oder andere geeignete

Lasteinleitungskonstruktionen, wie z.B. breite Kopfelemente, aufnehmen und die verankernden Elemente im Untergrund unterhalb der dichtenden Schicht verankert sind, das heißt, dorthin die von den Lasteinleitungskonstruktionen aufgenommenen Auftriebskräfte übertragen. 5

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Bodenmaterials, welches oberhalb der dichtenden Schicht und unterhalb desjenigen Teils der Verankerungselemente liegt, das den größten Teil der Auftriebskräfte aufnimmt, größenordnungsmäßig maximal ein Meter ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die über der dichtenden Schicht liegende Schicht, die die Auftriebskräfte aufnimmt, selbst nicht oder nur in geringerem Maße dichtend ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die ausgenützte dichtende Schicht aus einem natürlich anstehenden, als undurchlässig zu bezeichnenden Wasserstauer besteht (z.B. Geschiebemergel).

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1,2,4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auftriebskräfte aufnehmende Schicht eine feste Deckschicht ist, die die Form eines Trägerrostes mit Durchbrüchen hat.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1,2, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Deckschicht enthält, die durch ein Düsenstrahlverfahren hergestellt wurde.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Auftriebskräfte aufnehmende Deckschicht, aus nur teilweise oder gar nicht miteinander verbundenen

Einzelelmenten besteht.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht gegenüber der Horizontalen geneigt ist oder der Oberflächenform der dichtenden Schicht ange-

paßt ist oder eine sonstige von der horizontal planaren Grundform abgewandelte zweckdienliche im wesentlichen horizontal verkaufende Gestalt einnimmt.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht die spätere Gründung des zu erstellenden Bauwerkes darstellt.

12. Verfahren zur Erstellung einer Vorrichtung nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß unplanmäßige Öffnungen in der natürlichen dichtenden Schicht durch eine künstliche dichtende Schicht bzw.
Auffüllung der Öffnungen durch Injektionsverfahren geschlossen werden.

13. Deckschicht nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß der den größten Teil der Auftriebskraft aufnehmende Teil der Verankerungselemente, das sind im Falle unverknüpfter Verankerungselemente die Kopfelemente derselben bzw. beim Trägerrost
dessen Elementarzellen, größenordnungsmäßig einen horizontalen Durchmesser von 1,5 Metern aufweist und daß der die Auftriebskräfte

im Untergrund unter der dichtenden Schicht abtragende Teil der Verankerungselemente einen horizontalen Durchmesser von größenordnungsmäßig 0,25 Metern hat.

14. Verankerungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß es in seinem unteren, die Auftriebskraft an , den Untergrund abtragenden Teil, mindestens eine Verdickung aufweist, die einen horizontalen Durchmesser von größenordnungsmäßig 1,5 Metern nicht übersteigt.
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15. Verankerungselemente nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen mehrerer Verankerungselemente untereinander Verknüpfungen aufweisen.

16. Verankerungselemente nach mindestens einem der Ansprüche 14 und 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungselemente nicht senkrecht, sondern um einen Winkel so geneigt sind, daß sie einen größeren Erdkörper aktivieren.