Verfahren zur Herstellung einer wasserdichten Baugrube mit einer unterhalb des anstehenden Grundwasserspiegels befindlichen Sohle Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung einer wasserdichten Baugrube mit einer un terhalb des anstehenden Grundwasserspiegels befind lichen Sohle.
Die Gründung von Bauwerken unterhalb des Grundwasserspiegels in wasserfreier Baugrube erfolgt im allgemeinen im Schutze einer Grundwasserabsen- kung oder offenen Wasserhaltung. Bei sehr schwieri gen Grundwasserverhältnissen bedient man sich der Druckluftgründung und bei sehr grossen Tiefen schliesslich der Gefriergründung. Es sind auch Ver fahren zur Gründung von Bauwerken unterhalb des Grundwasserspiegels in wasserfreier Baugrube ohne Wasserhaltung durch Herstellung einer dichten Umschliessung und einer dichten Baugrubensohle bekannt.
So ist es bereits bekannt, als dichte Baugrubensohle eine Unterwasserbetonsohle her zustellen. Jedoch musste bisher eine solche Sohle, wenn es sich nicht um eine sehr schmale Baugrube handelte, immer als Schwergewichtssohle dimensioniert werden. In einigen Fällen gestatten die anstehenden Bodenarten auch die Herstellung einer wasserfreien Baugrube durch Injizieren des wasser durchlässigen Bodens. Durchgeführte Injektionen mit Chemikalien zur Herstellung einer dichten Baugru- bensohle ergaben aber bisher eine zu geringe mecha nische Festigkeit des injizierten Bodens.
Injizierung durch Zement setzt ausserdem eine grosse und gleich zeitig eine gleichmässige Durchlässigkeit des Bodens voraus, damit das verhältnismässig grobe Zement korn in die Hohlräume des Bodens eindringen kann, ohne dass anderseits das Injektionsgut durch Boden schichten grösserer Durchlässigkeit unkontrolliert ab fliessen kann. Ausserdem ist bei der Herstellung einer wasserdichten Sohle durch Injektionen eine grosse Bodenüberlagerung notwendig, damit der erforder liche Einpressdruck bei der Injektion ausgeübt werden kann.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es ein Ziel der Erfindung, eine dichte Baugrube unterhalb des Grundwasserspiegels herzustellen, ohne dabei eine Grundwasserabsenkung oder Bodeneinfrierungen vor nehmen oder die Grubensohle als Schwergewichts sohle ausführen zu müssen.
Das Verfahren zur Herstellung einer wasserdich ten Baugrube mit einer unterhalb des anstehenden Grundwasserspiegels befindlichen Sohle und inner halb eines durchlässigen Bodenmateriales ist erfin dungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass man zu nächst Teile zur Bildung von dichten Umfassungs- wänden in den Boden einbringt und erst anschliessend den eingeschlossenen Boden aushebt und hierauf An ker im durchlässigen Boden befestigt, mit denen der die Sohle bildende Beton verbunden wird und dass man nach dessen Verfestigung die Baugrube leer pumpt.
Durch das vorliegende Verfahren sollen zweck mässig bei der Herstellung der Baugrube unkontrol lierbare Injektionen zur Herstellung einer dichten Baugrubensohle vermieden und solche Injektionen gegebenenfalls nur zur Ausfüllung von Spalten zwi schen der Sohle der ausgehobenen Grube und der darauf eingebrachten Betonsohle vorgenommen wer den.
Eine auf die Baugrubensohle unter Wasser ein gebrachte Betonsohle, in die die Sohlenanker zur Aufnahme des auf der Betonsohle wirkenden Auf triebes einbinden, verhindert nach Erhärtung des Betons und anschliessendem Leerpumpen des in der Baugrube angesammelten Grundwassers zusammen mit der wasserdichten Umschliessung das Eindringen von weiterem Wasser in die Baugrube, so dass dann die Ausführung der eigentlichen Bauarbeiten in was serfreier Baugrube erfolgen kann.
Soweit nach Leerpumpen der Baugrube durch den dann auftretenden Auftrieb auf die Betonsohle, etwa infolge elastischer Formänderung der Sohlen anker, sich zwischen Beton- und Baugrubensohle ein Spalt bildet, kann dieser durch Injektionen durch die Betonsohle hindurch, vornehmlich mittels Zement milch, geschlossen werden.
Die Sohlenanker können beispielsweise aus Stahl oder Drahtseil bestehen, wobei das untere Ende der Ankerstange mit einer Ankerplatte in Eisen- oder Betonkonstruktion fest verbunden ist. Zweckmässiger weise ragen die Sohlenanker noch aus der einge brachten Unterwasserbetonsohle heraus, so dass sie später auch in den eigentlichen Konstruktionsbeton einbinden. In diesem Falle braucht bei der Dimen- sionierung des Bauwerkes selbst der Wasserauftrieb so weit nicht mehr in Rechnung gesetzt zu werden, als dieser bereits von den Sohlenankern und der Un- terwasserbetonsohle aufgenommen wird.
Zuweilen kann die Unterwasserbetonsohle bereits so ausgeführt werden, dass sie später einen Teil des zu errichtenden Bauwerkes, wie z. B. die Sohle einer Schleuse, eines Docks oder Tunnels bildet. Die Ober fläche des Unterwasserbetons kann auch als Teil der Baugrube ausgebildet werden, d. h. der Konstruk tionsbeton des Bauwerks besteht in seinem unteren Teil aus Beton oder Stahlbeton, der unter Wasser eingebracht wurde und während des Baues gleich zeitig als Schutz gegen Wassereintritt in die Baugrube diente.
Die Einbringung von senkrechten Sohlenankern in der Baugrubensohle und die Einbindung dieser Anker in den Bauwerksbeton zur Aufnahme des Wasserauftriebs ist zwar bekannt, jedoch musste vor Ankereinbringung als Bauhilfsmassnahme zunächst eine wasserfreie Baugrube, beispielsweise durch Grundwasserabsenkung, hergestellt werden. Nach vorliegender Erfindung ist die Einbringung der Soh lenanker unter Wasser jedoch selbst Hilfsbaumass- nahme, die dem Zweck dient, eine wasserfreie Bau grube an Stelle einer Wasserhaltung oder Druck luftgründung herzustellen.
Naturgemäss erfordert die Einbringung der Soh lenanker unter Wasser die Lösung verschiedener Probleme, denn die Anker müssen an ihrem oberen Ende, also unter Wasser, eine Verbindung besitzen, welche vom Arbeitspodium aus nach Einbringen des Ankers gelöst werden kann. Sie wird zweck mässigerweise so kräftig ausgebildet, dass vor Lösung der Verbindung unter Wasser jeder Anker einer kurzen Probebelastung unterworfen werden kann. Bei Stahlankern kann diese Verbindung z. B. aus einer Stahlmuffe mit Gewinde bestehen, wenn die Verbindung des weiter nach oben zur Arbeitsbühne führenden Hilfsgestänges ein gegen Aufdrehen ge sichertes Gewinde besitzt.
Bei Drahtseilankern endet beispielsweise das obere Seilende in einer sogenannten Seilbirne. Die Seilbirne kann in einem sogenannten Fahrstuhl hängen, wie er in der Tiefbohrtechnik be kannt ist. Die Schliessung des Fahrstuhles, d. h. die Herstellung der Verbindung unter Wasser, geschieht zweckmässig durch einen hydraulischen Kolben, wel cher vom Arbeitspodium aus bedient wird, während die Schliessung durch eine in den Fahrstuhl einge baute Feder bei Wegnahme des Pressdruckes erfolgen kann.
Wenn man sich die bekannten Vorteile einer An kerspannung zunutze machen will, müssen die nach der Einbringung der Anker unter Wasser gelösten oberen Enden der Anker wieder mit kräftigen Zug vorrichtungen von über Tage her verbunden und vor dem Betoniervorgang in Vorspannung versetzt wer den können. Bei Stahlankern enthält z. B. das untere Ende des Zuggestänges eine Führungsglocke, mittels derer der Gewindezapfen in die Muffe des oberen Endes des Ankers eingeführt werden kann. Durch geführte Versuche haben ergeben, dass ein grobes konisches Spritzgewinde sich am besten zu diesem Zweck eignet.
Werden jedoch Seilanker verwendet, so kann man beispielsweise die Seilbirne am oberen Ende des Ankers mit einem leichten Seil verbunden lassen, nachdem der Anker versenkt ist. Vor dem Betonie ren der Sohle wird der Anker durch das an die Seil birne angeschlossene Seil von der Arbeitsbühne aus aufgerichtet. Wenn der Seilanker vorgespannt wer den soll, wird eine entsprechend starke Zugvorrich tung mit der Seilbirne unter Wasser verbunden.
Das erfindungsgemässe Gründungsverfahren er setzt nicht nur in vielen Fällen eine viel teurere Druckluftgründung, sondern bietet z. B. auch in den Fällen Vorteile, in welchen die Herstellung einer wasserfreien Baugrube mittels Grundwasserabsen- kung oder offener Wasserhaltung auf Schwierigkeiten stösst. Diese können in der Bodenbeschaffenheit be gründet sein. Ein sehr durchlässiger Boden ergibt insbesondere bei einer tiefen Absenkung grosse zu pumpende Wassermengen, was bei einer langen Bau zeit zu Unwirtschaftlichkeit führt. Häufig sind auch die Platzverhältnisse auf der Baustelle so beengt, dass die Anlage einer Wasserhaltung räumlich kaum möglich ist.
Oft bringt auch eine Wasserhaltung in der näheren und weiteren Umgebung der Baugrube die Gefahr mit sich, dass Bodensetzungen auftreten, wie beispielsweise bei U-Bahn-Bauten im Stadtgebiet.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Unterwasserbetonsohle nach einer oder mehreren Sei ten geneigt sein, wie beispielsweise bei einer Helling. An den Stellen, wo diese geneigte Betonsohle selbst aus dem Grundwasser oder offenem Wasser heraus ragt, erübrigt sich naturgemäss eine dichte Umschlies- sung.
Die Zeichnung zeigt als Beispiel schematisch zwei verschiedene Bauzustände, und zwar zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine mit Grund wasser angefüllte Baugrube, welche nach Herstellung einer dichten Umschliessung unter Wasser ausgehoben wurde. In die Baugrubensohle werden von schwim menden Pontons aus Sohlenanker unter Wasser nach dem Rütteldruckverfahren versenkt.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die gleiche Baugrube. Die Sohlenanker sind fertig eingebracht. Es wird der Betoniervorgang der Betonsohle unter Wasser von den schwimmenden Pontons aus gezeigt.
Fig. 3 zeigt eine Ausbildung einer Hilfseinrich tung für die Ankereinbringung und die Vorspannung unter Wasser, wenn der Ankerschaft aus einer Stahl stange besteht, Fig. 4 eine Ausbildung einer Hilfsvorrichtung für die Ankereinbringung und die Vorspannung unter Wasser, wenn der Ankerschaft aus einem Stahlseil besteht.
In Fig. 1 ist die Baugrube 1 mit dem Grund wasserstand 1 unter Wasser ausgehoben, nachdem zuvor die wasserdichte Baugrubenumschliessung 3 hergestellt wurde. Von schwimmenden Pontons 4 aus werden die Sohlenanker 5 mittels zweier Tiefenrüttler 6 versenkt.
Fig.2 zeigt den Querschnitt der gleichen Bau grube. Die Sohlenanker 5 sind fertig versenkt. Von den schwimmenden Pontons 4 aus geschieht die Ein bringung des Sohlenbetons 7 durch den Einfülltrich- ter 8 und die Rohrleitung 9. Aus der unter Wasser eingebrachten Betonsohle 7 ragen die oberen Enden 10 der Sohlenanker 5 zwecks Verbindung mit dem später nach Leerpumpen der Baugrube einzubringen den Bauwerksbeton heraus.
Fig.3 zeigt den Stahlanker 5 mit den beiden Betonankerplatten 11. Der konische Gewindezapfen 12 am oberen Ende des Stahlankers kann unter Wasser von der Arbeitsbühne aus gelöst werden. Eine etwaige Gewindeverbindung 13 des Gestänges 14 ist gegen Verdrehen gesichert. Am unteren Ende des Gestänges 14 befindet sich die Gewindemuffe 15 mit konischem Spitzgewinde. An die Gewindemuffe 15 ist die Glocke 16 befestigt, die zur etwaigen Wiederherstellung der Verbindung unter Wasser dient, wie beispielsweise beim späteren Vorspannen der Anker.
Fig. 4 zeigt das Stahlseil 17 mit den beiden Be- tonankerplatten 11. Am oberen Ende des Stahlseiles befindet sich die Seilbirne 18. An der Seilbirne 18 ist ein Hilfsseil 19 befestigt. Mit diesem Hilfsseil 19 wird vor dem Betonieren unter Wasser der Seilanker 17 aufgerichtet. Die Seilbirne 18 hängt während sei ner Einbringung und seiner eventuellen Vorspannung in einem Fahrstuhl 20.
Der Fahrstuhl 20 kann unter Wasser von der Arbeitsbühne aus geschlossen wer den mit Hilfe einer eingebauten kleinen hydraulischen Presse mit Kolben 21 und dem Pressschlauch 22. Durch Wegnahme des Druckes wird der Fahrstuhl 20 durch die eingebaute Feder 23 wieder geöffnet. Soll der Seilanker 17 vorgespannt werden, kann das Hilfs seil 19 als Leitseil dienen, um den Fahrstuhl 20 mit dem Gestänge 24 unter Wasser genau über die Seilbirne 18 zu führen.