EP0822293A1 - Verfahren zum Einbringen von Füllmaterial unter eine feste Fahrbahn und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
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- EP0822293A1 EP0822293A1 EP97110956A EP97110956A EP0822293A1 EP 0822293 A1 EP0822293 A1 EP 0822293A1 EP 97110956 A EP97110956 A EP 97110956A EP 97110956 A EP97110956 A EP 97110956A EP 0822293 A1 EP0822293 A1 EP 0822293A1
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- E01B2204/06—Height or lateral adjustment means or positioning means for slabs, sleepers or rails
Definitions
- the rails do not necessarily have to be laid on sleepers, but can also, attached by means of rail fastenings, run directly on a concrete slab.
- the a solid roadway is usually made up of several layers: located above a frost protection layer a so-called hydraulic base course (HGT) made of lean concrete and above again a layer of hard concrete, which is the sleepers for the rails or directly the Carries rails.
- HHT hydraulic base course
- DE 43 19 470 C1 describes a method in which to compensate for Settlement under an endlessly laid solid carriageway through horizontal in the Concrete slab cast in pipes hardening via roughly vertical outlet openings Grout is pressed between the concrete slab and the substrate.
- the Concrete slab is usually raised by pressing.
- the altitude, especially compliance with the bank of the Concrete slab, although with targeted pressing in, but not with a particularly large one Precision can be controlled even by one-sided pressing.
- a substance is placed under the solid carriageway is introduced, which consists of many small particles that act like force a grain structure behave and the forces from the concrete roadway to the substructure of the solid roadway transmitted.
- a substance that is particularly advantageous is the Roughness of the surface and due to the storage density a high angle of the inner Has friction; this will result in a lateral exit of the particles under the superstructure, the would lead to a further lowering, practically prevented.
- Lowering and appropriate relining on the edge of the solid roadway could an additional sealing of the edge of the solid carriageway against the leakage of Particles may be beneficial, e.g. through a partition with concrete or steel wall.
- Such a deformable substance as relining is also better than one Solid body capable of some damping of the vehicle triggered To cause vibrations.
- Relining is therefore below the concrete slab, below the HGT and / or below the frost protection layer possible.
- Sand is preferably used as the material for the underfill, especially those types of sand that have sharp-edged grain are advantageous Oppose shifts under the influence of forces greater resistance.
- Plastic granules that can come from recycling, or ground Blast furnace slags, finely shredded materials from old bitumen-bound roads or from concrete recycling, fine glass shot, e.g. from picture tube recycling, and other finely grained solid and not or only very slowly biodegradable Materials.
- the sedimentation takes place mainly at the places where the cavity is greatest under the fixed lane, since there is also the smallest Flow velocities prevail.
- the process therefore works by itself without human intervention compensating for differences in the size of the cavities underneath the roadway.
- Settling takes place starting from the inflow opening through the Roadway, in a shape similar to a pancake, on the surface of which is constantly in their position changing, temporary, transport channels with additional supplies Transport the loaded carrier material to the outside, where then due to low flow velocity, separation with another The pancake is enlarged, etc. (see Fig. 3).
- the carrier material which is released again after the filling material has settled is the Possibility to escape under the fixed lane. This is permeable side fill guaranteed.
- the carrier material emerges laterally under the solid Lane and can, in the case of a liquid carrier material, e.g. in gutters, collected and reused for re-mixing with the granular filling material be (see Fig. 1).
- Another possibility is the exit of the fluid carrier material through openings in the solid carriageway upwards where it is also caught and can be reused (see Fig. 2).
- It offers itself as a fluid carrier material preferably water, which is in motion due to its density and Viscosity good wearing properties for most particles up to the grain size of coarse sand (up to approx. 2 mm).
- Air also offers the advantage of cheap Availability, being transportable for heavier sand-like particles Grain size is achieved by a significantly higher speed, so such Particles do not start to settle early before they start on yours Have reached their final storage location. Heavy particles must therefore be more fine-grained than lightweight to increase their surface area relative to the mass and thus their settling behavior to improve in the fluid. Especially plastic is also in because of its lower density normal sand-like grain with swirled air as a carrier material under the solid Separable roadway.
- ⁇ T - ⁇ F For sand in water ( ⁇ T - ⁇ F ) is approximately 1.6 g / cm 3 , for sand in air it is approximately 2.6 g / cm 3 . Since the viscosity ⁇ for air is approximately 50 times lower than that of water, either the air velocity (vortex) must be approximately 2.6 / 1.6 ⁇ 50 ⁇ 80 times greater than that of water, or the diameter of the particles in air must be about 9 times slower than in water at the same speed, or a combination of the above effects can be used.
- the ratio of the masses of fluid carrier material to filler material can vary according to the carrying capacity of the fluid for the particle in question and the viscosity of the formed mixture vary between 1000: 1 and 1: 1, e.g. with sand in Water a ratio of the order of magnitude 3: 1 to 10: 1 was found to be optimal Has.
- gas bubbles By attaching gas bubbles to solid particles of the filling material, their Buoyancy in a liquid carrier material can be greatly increased so that less Flow velocities and lower mass ratios of carrier material too Filling material is possible and also larger particles in the process Can be applied than would otherwise be possible.
- a pinching of gas bubbles through Gas can be blown in by adding flotation aids, similar to those such as they are used in ore separation to facilitate liquid carrier material will.
- an agent to the water as an auxiliary which reduces the flow resistance of the mixture and facilitates penetration into smaller gaps.
- agents that are effective even in low concentrations are, for example, in the magazine International Water Power and Dam Construction ", Volume 30, No. 6, pp. 53-58 ( Reducing drag by polmers for hydro construction ").
- the most frequently used substances are polyethylene oxide, polyacrylamide and the guar gum obtained from natural substances (guar bean). It is advantageous when using these substances to reduce the flow resistance that they do not, if at all strong, yet noticeable adhesion of the filling material particles, which due to their water solubility is removed when filling is carried out again later.
- Raising the road or reducing the contact force on the ground is possible with a device that mechanically clings to the rail, while stamps with a load distribution plate starting from the device on both sides be pressed onto the ground outside the solid carriageway (see Fig. 1 and Fig. 2).
- the Device can preferably be in the form of one or more wheels running Rail carriages be executed. Instead of mechanically clinging to the rail (s.Fig.4a), the clamping is also with magnetic force on the ferromagnetic rail possible (see Fig. 4b).
- the device preferably also has at least one of the following parts on board: Measuring devices, pumps and mixing devices for carrier material and Filling material, collecting devices for recovered carrier material, possibly with Separation device of non-deposited filling material and / or soil particles, also the necessary connectors between device and slab track as well also stocks of carrier material and filling material.
- the device described is then able to piece by piece the solid road to raise, align and reline.
- the process can be automated, from the surveying to the introduction of the Connectors for the fluid from the transport device to the intended connectors in the concrete slab or other solid carriageway, connecting the Rail vehicle on the rails, lifting and aligning the Concrete slab / solid carriageway, the introduction of the fluid carrier material with the mixed filler and the sedimentation of the filler, and optionally the return of the excess fluid with regeneration, and the subsequent one Place the concrete slab / solid carriageway on the filling material at the desired height.
- the sequence of the automated individual process sections is determined by Sensors monitored and controlled by computer: only when for the characteristic ones Control values in a certain process section target values are commanded the computer switches to the subsequent process section. When occurring It is advantageous if human workers present the Eliminate problems. For this reason, is also only a partially automatic variant of the Process conceivable in which the sequence of most process sections in succession is monitored and triggered by humans.
- Fig. 1 shows schematically the procedure using the example of a ballastless superstructure Type Züblin (Bautechnik 72 (1995), number 1, pages 2 to 10), one of which is not drawn in plastic film between the concrete support plate (2) and hydraulic bound base layer (HGT) (3) reduces the bond so much that later Only lifting the concrete support plate (2) lifts off while the one underneath hydraulically bound base layer (3) remains in its original position.
- HGT (3) and concrete support plate (2) In the emerging cavity (4) between HGT (3) and concrete support plate (2) is then over Feed pipes (5) through filling openings (6) in the concrete support plate (2) a mixture introduced from carrier material and filling material. After stopping most of it
- This page starts in the case of a liquid carrier material a groove (8) this. From there it will be the Fed reuse. The same thing happens on the other side with the in smaller amount of emerging carrier material.
- the channels also serve as Isolation.
- This dimension is therefore also in a modified design by extending the special situation to the left and right of the superstructure adaptable, which also leads to cheaper lever moments.
- the stamp can then in the above example can also be supported on the HGT (3).
- the stamps themselves are designed as channels for collecting liquid Carrier material formed.
- Figure 2 shows the roadway in the above construction of Figure 1 as an example, this time but the carrier material escapes after most of the filling material has settled through openings (12) through the road and through connectors (13) Reused, or else, preferably after separation of Solid content, released into the environment.
- larger cavities (4) between Concrete support plate (2) and HGT (3) are partitions (11) against leakage of filling and Carrier material advantageous, which can either be permanently attached (e.g. from Concrete) or after separating the filling material. It is here too possible to train the stamp in the function of such foreclosures.
- the figures illustrate the procedure using the example of raising the Concrete slab; but it is also possible to use the HGT together with the Lift the concrete slab above it if the bond between the two Layers is strong enough.
- Fig. 3 shows schematically the deposition of the filling material (15) in the form of a Pancakes under the road.
- Always changing, emerging and passing Transport channels (16) lead to steady growth, especially at the points with the lowest flow rate. It's about in the middle of the pancake Location (17) below the fill opening in the lane.
- the shape of the pancake depends from the shape of the cavity (4) under the carriageway and decreases when complete Filling at the end of angular shape.
- Fig.4 shows ways of clipping to the rail (19).
- Fig.4a is a simple one mechanical variant in the form of pliers
- Fig. 4b in a simple manner to hold on the rail (18) by means of magnetic force, only the core (19) of an electromagnet was drawn.
- the brackets and stamps are so along the to be lifted Line section arranged and of such strength that they add forces of can hold several hundred tons.
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Abstract
Es wird ein Verfahren angegeben und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben, unter Zuhilfenahme dessen eine feste Fahrbahn mittels einer Mischung aus einem Füllmaterial und einem Trägermaterial unterfüttert werden kann, ohne die Fahrbahn dabei aufzutrennen oder zu zerstören <IMAGE>
Description
Seit einigen Jahren haben sich im Eisenbahnoberbau Betonfahrbahnen bewährt. Bei
diesen Betonfahrbahnen, wie sie z.B. in der Zeitschrift Beton 7/95, S. 480-483, oder in
Bautechnik 72 (1995), Heft 1, Seiten 2 bis 10, beschrieben sind, handelt es sich um eine
endlos verlegte Betonplatte, in der die Schwellen fest eingebunden sind oder auf der die
Schienen unmittelbar befestigt werden.
Die Schienen müssen nicht unbedingt auf Schwellen verlegt sein, sondern können auch,
mittels Schienenbefestigungen angebracht, direkt auf einer Betonplatte verlaufen. Die
feste Fahrbahn ist meist mehrschichtig aufgebaut: Über einer Frostschutzschicht befindet
sich eine sogenannte hydraulische Tragschicht (HGT) aus Magerbeton und darüber
wieder eine Schicht aus hartem Beton, der die Schwellen für die Schienen oder direkt die
Schienen trägt.
Beim Betrieb solcher Fahrbahnen, aber auch jeder anderen Art von fester Fahrbahn, sei
es im Gleisbau, im Straßenbau oder im Flugpistenbau, entsteht ein Problem, wenn sich
der Untergrund unter der Fahrbahn setzt. Einer solchen Setzung des Untergrundes folgt
die feste Fahrbahn. Die Folge sind Höhenabweichungen von der planmäßigen Lage, die
z.B. bei der Schienenlage auf Schnellbahnstrecken millimetergenau sein muß. Auch
durch den Einfluß von Bauarbeiten kann es zu Veränderungen der Schienenlage
kommen. Auch könnte es erforderlich sein, einen Abschnitt einer Bahnstrecke
nachträglich über seine anfänglich geplante und ausgeführte Höhe anzuheben (z.B. in
Folge von Planungsänderungen).
Bisher standen Techniken wie im Autobahnbau bei Betonfahrbahnen zur Verfügung.
Dabei wird die Fahrbahnplatte angebohrt und mit aushärtendem Injektionsgut unterpreßt.
Diese Form der Injektion verläuft nicht sehr zielgerichtet, da sie punktförmig aus der
Injektionslanze austritt und die Einhaltung der planmäßigen Querneigung des
Gleisstranges nicht kontrollier- und steuerbar ist. Besser ist es dagegen, das
Injektionsmaterial gezielt und im geeigneten Umfang an den Ort der vorgesehenen
Lageveränderung bzw. Lagestabilisierung (hier bloßes Auffüllen eines Hohlraumes) zu
bringen.
In der DE 43 19 470 C1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zum Ausgleich von
Setzungen unter einer endlos verlegten festen Fahrbahn durch horizontal in der
Betonplatte eingegossene Rohre über ungefähr vertikale Austrittsöffnungen aushärtendes
Verpreßgut zwischen Betonplatte und Untergrund eingepreßt wird. Dabei wird die
Betonplatte in der Regel durch das Einpressen angehoben.
Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Betonplatte wegen der Gefahr von Setzungen auf
ihrer gesamten Länge mit einem umfangreichen Röhrensystem ausgerüstet werden muß,
ganz gleich, ob nun Setzungen eintreten oder nicht.
Außerdem kann die Höhenlage, insbesondere das Einhalten der Querneigung der
Betonplatte, zwar mit gezieltem Einpressen in etwa, nicht aber mit besonders großer
Präzision, selbst durch einseitiges Einpressen, gesteuert werden.
Auch sind nachträgliche, erneute Ausfüllungen an der gleichen Stelle nur dann möglich,
wenn die Verfüllrohre nach der Injektion des Materials gründlich von der aushärtenden
Masse gesäubert wurden.
Daher bestand weiterhin der Bedarf nach einem Verfahren, welches erlaubt, Fahrbahnen,
in denen keine Vorkehrungen in Form eines eingebauten Röhrensystems vorhanden sind,
anzuheben und auch nur dort anzuheben, wo tatsächlich Bedarf besteht. Desweiteren
sollte ein mehrfaches Anheber/Unterfüttern hintereinander in unregelmäßigen
Zeitabständen wegen der oft langandauernden Setzungsvorgänge im Untergrund ohne
Probleme möglich sein. (Setzungen bei höheren Bahndämmen auf weichem Untergrund
können Jahrzehnte dauern.) Und die neu unter die Fahrbahn eingebrachte Schicht sollte
in der Lage sein, flexibel auf weitere Setzungen zu reagieren und damit Lastspitzen
auszugleichen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Substanz unter die feste Fahrbahn
eingebracht wird, die aus vielen kleinen Teilchen besteht, die sich bei Krafteinwirkung wie
ein Korngerüst verhalten und die Kräfte aus der Betonfahrbahn auf den Unterbau der
festen Fahrbahn übertragen. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Substanz, die durch die
Rauhheit der Oberfläche und durch die Lagerungsdichte einen hohen Winkel der inneren
Reibung aufweist; damit wird ein seitlicher Austritt der Teilchen unter dem Oberbau, der
zu einer erneuten Absenkung führen würde, praktisch verhindert. Bei sehr großen
Absenkungen und entspechender Unterfütterung am Rande der festen Fahrbahn könnte
eine zusätzliche Versiegelung des Randes der festen Fahrbahn gegen den Austritt von
Teilchen vorteilhaft sein, z.B. durch eine Abschottung mittels Beton oder Stahlwand.
Eine solchermaßen deformierbare Substanz als Unterfütterung ist auch besser als ein
Festkörper in der Lage, eine gewisse Dämpfung der durch Fahrzeuge ausgelösten
Schwingungen zu bewirken.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Unterfütterung im Falle eines mehrschichtigen
Aufbaus der festen Fahrbahn selbstverständlich unter jede dieser Schichten eingebracht
werden kann, wenn der Verbund zwischen diesen Schichten hinreichend schwach genug
ist, oder künstlich, z.B. durch eine dort eingebrachte Folie, geschwächt wurde.
Unterfütterung ist somit unterhalb der Betonplatte, unterhalb der HGT oder/und unterhalb
der Frostschutzschicht möglich.
Als Material für die Unterfüllung findet vorzugsweise Sand Verwendung, wobei besonders
vorteilhaft diejenigen Sandsorten sind, die scharfkantiges Korn aufweisen und daher
Verschiebungen unter Kräfteeinfluß größeren Widerstand entgegensetzen.
Als Material für die Unterfüllungen eignen sich aber auch andere Stoffe, wie z.B.
Kunststoffgranulate, die aus dem Recycling stammen können, oder auch gemahlene
Hochofenschlacken, fein zerkleinerte Stoffe aus alten bitumengebundenen Fahrbahnen
oder aus dem Betonrecycling, feiner Glasschrot, z.B. aus dem Bildröhrenrecycling, und
andere feingekörnte feste und nicht oder nur sehr langsam biologisch abbaubare
Materialien.
Das Einbringen dieser Materialien unter die feste Fahrbahn hat dabei, im Gegensatz zu
den Verfahren gemäß Stand der Technik, so zu erfolgen, daß die fein gekörnte Substanz
in ein Fluid als Trägermaterial eingebracht wird. Durch den Wegfall der Kontaktreibung
zwischen den einzelnen Körnern wird auf diese Weise eine leicht bewegliche Mischung
geschaffen, die unter die feste Fahrbahn gepumpt werden kann, wo schließlich eine
Sedimentation der Körner erfolgt. Ein artverwandtes Einspülen von Sand als Gründung
für Unterwasserbauten wird z.B. in der DE 21 31 501 beschrieben.
Die Sedimentation findet dabei vor allem an den Stellen statt, an denen der Hohlraum
unter der festen Fahrbahn am größten ist, da dort auch die geringsten
Strömungsgeschwindigkeiten herrschen. Das Verfahren wirkt somit von selbst ohne
menschliches Zutun ausgleichend auf Unterschiede in der Größe der Hohlräume unter
der Fahrbahn. Das Absetzen erfolgt dabei, ausgehend von der Einströmöffnung durch die
Fahrbahn, in einer Form ähnlich einem Pfannkuchen, an dessen Oberfläche ständig in
ihrer Lage veränderliche, temporäre, Transportkanäle weiteren Nachschub an mit
Füllmaterial beladenem Trägermaterial nach weiter außen transportieren, wo dann
aufgrund wieder geringer Strömungsgeschwindigkeit eine Abscheidung mit weiterer
Vergrößerung des Pfannkuchens erfolgt usw. (s. Fig.3).
Um die eventuell störenden Transportkanäle am Ende des Unterfütterungsvorganges
größtenteils zu schließen, kann man am Ende die Einströmungsgeschwindigkeit
reduzieren, so daß auch in den engen Kanälen, in denen hohe
Strömungsgeschwindigkeiten (Bernoulli) herrschen, diese so weit abgesenkt werden, daß
eine Abscheidung unter Verringerung der Kanalgröße erfolgt.
Dem nach der Absetzung des Füllmaterials wieder freigesetzten Trägermaterial wird die
Möglichkeit geboten, unter der festen Fahrbahn zu entweichen. Dies ist bei durchlässigen
seitlichen Anschüttungen gewährleistet. Das Trägermaterial tritt seitlich unter der festen
Fahrbahn aus und kann dort, im Falle eines flüssigen Trägermaterials z.B. in Rinnen,
aufgefangen und zur erneuten Mischung mit dem gekörnten Füllmaterial wiederverwendet
werden (s.Fig.1). Eine andere Möglichkeit ist der Austritt des fluiden Trägermaterials
durch Öffnungen in der festen Fahrbahn nach oben, wo es ebenfalls aufgefangen und
wiederverwendet werden kann (s. Fig.2). Als fluides Trägermaterial bietet sich
vorzugsweise Wasser an, welches in bewegtem Zustand aufgrund seiner Dichte und
Viskosität gute Trageeigenschaften für die meisten Partikel bis hinauf zur Körnungsgröße
von Grobsand (bis ca. 2 mm) aufweist. Auch Luft bietet den Vorteil der günstigen
Verfügbarkeit, wobei ihre Transportfähigkeit für schwerere Teilchen sandartiger
Korngröße durch eine erheblich höhere Geschwindigkeit erreicht wird, damit solche
Teilchen sich nicht schon frühzeitig abzulagern beginnen, bevor sie an ihrem
Endablagerungsort angelangt sind. Schwere Teilchen müssen daher feinkörniger sein als
leichte, um ihre Oberfläche relativ zur Masse zu vergrößern und damit ihr Absetzverhalten
im Fluid zu verbessern. Vor allem Kunststoff ist wegen seiner geringeren Dichte auch in
normaler sandähnlicher Körnung mit verwirbelter Luft als Trägermaterial unter der festen
Fahrbahn abscheidbar.
Besonders vorteilhaft sind eben gerade Absetzgeschwindigkeiten in derjenigen
Größenordnung, wie sie bei einer Mischung aus Sand und Wasser auftreten, da ein zu
langsames Absetzen wiederum zu einem Austritt von nicht abgesetzter Substanz unter
der Fahrbahn hervor, oder aus Öffnungen in der Fahrbahn heraus, führte.
Das Absetzverhalten der Körner in den Zuleitungen bis zum Austritt unter der festen
Fahrbahn wird dabei näherungsweise durch das Stokes'sche Reibungsgesetz
wiedergegeben:
FReibung, Stokes = 6 π η r v
mit FReibung, Stokes als der Reibungskraft, die auf ein Körperchen des Radius r wirkt, welches
sich relativ zu einem Fluid der Viskosität η mit einer Geschwindigkeit v bewegt. An
Stellen, an denen ein Wirbel in der Zuleitung eine der Schwerkraft entgegengesetzte
Geschwindigkeitskomponente aufweist, die größer als v ist, wird sich daher das Sandkorn
nicht absetzen. Dies bedeutet auch, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Fluides in
der Zuleitung von der gleichen Größenordnung sein muß, wie die Sinkgeschwindigkeit
der Füllmaterialpartikel in ruhendem Fluid, oder aber darüber liegen muß. Da im
dynamischen Gleichgewichtszustand des Sinkens Reibungskraft und Gewichtskraft
einander gleich sind, und die Gewichtskraft gleich dem Teilchenvolumen mal
Teilchendichte ρT minus Auftrieb (Teilchenvolumen mal Fluiddichte ρF) ist, gilt für ein als
Kugel angenommenes Teilchen (für kompliziertere Teilchenformen muß man noch mit
einem Oberflächenfaktor multiplizieren, doch ändert dies bei unserer Relativbetrachtung
nicht viel):
v = 2/9 · (ρT - ρF )/η · r2
Für Sand in Wasser ist (ρT - ρF) ungefähr 1,6 g/cm3, für Sand in Luft ungefähr
2,6 g/cm3. Da die Viskosität η für Luft ungefähr 50 mal geringer ist, als die von Wasser,
muß also entweder die Luftgeschwindigkeit (Wirbel) ungefähr 2,6/1,6 · 50 ≈ 80 mal größer
sein als die von Wasser, oder der Durchmesser der Teilchen in Luft muß ungefähr 9 mal
geringer sein, als in Wasser der gleichen Geschwindigkeit, oder man wendet eine
Kombination der genannten Effekte an.
Genauere Abschätzungen der benötigten Strömungsgeschwindigkeiten bei Verwendung
unterschiedlicher fluider Trägermaterialien und Füllmaterialien sind durch Berechnungen
unter Verwendung der Navier-Stokes-Gleichung erhältlich.
Will man diesen rechnerischen Aufwand nicht treiben, so kann man für eine Abschätzung
der Teilchengeschwindigkeit noch das Newtonsche Widerstandsgesetz, welches für
schneller bewegte größere Körper gilt, heranziehen:
FReibung. Newton = ½ · cw · ρ · A · v2
mit cw als formabhängigem Widerstandsbeiwert (für Kugelform ist cw= 0,35), ρ als Dichte
und A als senkrechter, der Strömung entgegenstehender Fläche.
Der wahre Wert wird dann in den allermeisten Fällen zwischen dem durch das Stokes-Gesetz
und dem durch das Newton-Gesetz beschriebenen Fall liegen.
Das Mengenverhältnis der Massen von fluidem Trägermaterial zu Füllmaterial kann je
nach Tragfähigkeit des Fluides für das betreffende Teilchen und der Viskosität der
gebildeten Mischung zwischen 1000:1 und 1:1 variieren, wobei sich z.B. bei Sand in
Wasser ein Verhältnis von größenordnungsmäßig 3:1 bis 10:1 als optimal herausgestellt
hat. Durch Anheften von Gasblasen an feste Partikel des Füllmaterials kann deren
Auftrieb in einem flüssigen Trägermaterial stark erhöht werden, so daß geringere
Strömungsgeschwindigkeiten und niedrigere Massenverhältnisse von Trägermaterial zu
Füllmaterial möglich sind und zudem auch größere Partikel bei dem Verfahren
Anwendung finden können, als sonst möglich wären. Ein Anheften von Gasblasen durch
Einblasen von Gas kann dabei durch Zusatz von Flotationshilfsmitteln, ähnlich denen, wie
sie in der Erzabtrennung verwendet werden, zum flüssigen Trägermaterial erleichtert
werden.
Weiterhin ist es möglich, dem Wasser als Hilfsstoff ein Mittel zuzufügen, welches den
Strömungswiderstand des Gemisches verringert und ein Eindringen in kleinere Spalten
erleichtert. Solche Mittel, die schon in geringen Konzentrationen wirksam sind, sind z.B. in
der Zeitschrift 
International Water Power and Dam Construction",Jahrgang 30, Nr.6, S.
53-58 beschrieben ( Reducing drag by polmers for hydro construction"). Die am
häufigsten verwendeten Stoffe sind Polyethylenoxid, Polyacrylamid und der aus
Naturstoffen (Guar-Bohne) gewonnene Guar-Gummi. Vorteilhaft bei Verwendung dieser
Stoffe zur Erniedrigung des Strömungwiderstandes ist, daß sie eine wenn auch nicht
starke, so doch spürbare Verklebung der Füllmaterialteilchen bewirken, die aufgrund ihrer
Wasserlöslichkeit bei einer nachträglichen erneuten Verfüllung wieder aufgehoben wird.
Im Falle des Guar-Gummis kann jedoch auch, wie es in der Erdölförderung üblich ist, dem
Guar-Gummi ein Enzym beigefügt werden, welches den Guar-Gummi zersetzt, so daß nur
das Füllmaterial verbleibt. (In der Erdölförderung werden Wasser/Guar-Gummi/Sand-Gemische
nach unterirdisch gezündeten Explosionen in die entstandenen feinen Risse
eingepreßt, um dem Öl Fließwege zu schaffen. Der später störende, da den Öl-Durchfluß
behindernde Guar-Gummi wird daher durch beigemengte Enzyme nachträglich
abgebaut.)
Da die sich absetzende Masse sich nicht oder nur geringfügig mit der Betonplatte
verbindet, ist ein wiederholtes Unterfüttern der festen Fahrbahn mit dem Füllmaterial nach
dem beschriebenen Verfahren ausführbar. Obwohl es möglich ist, das
füllmaterialenthaltende Trägermaterial direkt unter die Fahrbahn zu pressen, ist es
vorteilhaft, diese so weit vom Untergrund abzuheben, daß die feste Fahrbahn nach dem
Ablassen in Sollage kommt (s. Fig.1 und Fig.2). Bei größeren Abweichungen der festen
Fahrbahn von der Sollage ist dieser Vorgang abschnittsweise durchzuführen bis die
Sollage erreicht wird. Beim Anheben der Fahrbahn auf die endgültige Höhe ist zu
berücksichtigen, daß durch geringfügiges Zusammendrücken des Füllmaterials durch den
Druck der aufliegenden Fahrbahn noch eine geringfügige Absenkung erfolgt, die durch
vorheriges geringfügig höheres Anheben der Fahrbahn über den Sollwert hinaus
kompensiert werden kann, oder noch nachträglich bei einer Feinjustierung der Höhe der
Fahrbahn erfolgen kann.
Das Anheben der Fahrbahn bzw. die Verringerung der Auflagekraft auf dem Untergrund
ist dabei durch ein Gerät möglich, welches sich an der Schiene mechanisch festklammert,
während Stempel mit einer Lastverteilungsplatte ausgehend vom Gerät beidseitig
außerhalb der festen Fahrbahn auf den Boden gepreßt werden (s. Fig.1 und Fig.2). Das
Gerät kann dabei bevorzugt in der Form eines oder mehrerer auf Rädern laufender
Schienenwagen ausgeführt sein. Anstatt sich mechanisch an der Schiene festzuklammern
(s.Fig.4a), ist das Festklammern auch mit Magnetkraft an der ferromagnetischen Schiene
möglich (s. Fig.4b).
Das Gerät hat vorzugsweise auch gleich mindestens eines der folgenden Teile an Bord:
Vermessungseinrichtungen, Pumpen und Mischvorrichtungen für Trägermaterial und
Füllmaterial, Auffangvorrichtungen für wiedergewonnenes Trägermaterial, eventuell mit
Separiereinrichtung von nicht abgeschiedenem Füllmaterial und/oder Bodenteilchen,
außerdem die nötigen Verbindungsstücke zwischen Gerät und fester Fahrbahn sowie
auch Vorräte an Trägermaterial und Füllmaterial.
Das beschriebene Gerät ist dann in der Lage, Stück um Stück die feste Fahrbahn
anzuheben, auszurichten und zu unterfüttern.
Der Vorgang kann automatisiert ablaufen, von der Vermessung, zur Einführung der
Anschlußstücke für das Fluid vom Transportgerät zu vorhergesehenen Anschlußstücken
in der Betonplatte bzw. anderweitigen festen Fahrbahn, dem Anklemmen des
Schienenfahrzeugs an den Schienen, dem Anheben und Ausrichten der
Betonplatte/festen Fahrbahn, dem Einbringen des fluiden Trägermaterials mit dem
eingemischten Füllmaterial und der Sedimentation des Füllmaterials, und gegebenenfalls
dem Rückführen des Überschußfluides mit Regenerierung, und dem anschließenden
Absetzen der Betonplatte/festen Fahrbahn auf das Füllmaterial in Sollhöhe.
Die Abfolge der automatisierten einzelnen Verfahrensabschnitte wird dabei durch
Sensoren überwacht und durch Computer gesteuert: Erst, wenn für die kennzeichnenden
Steuergrößen in einem bestimmten Verfahrensabschnitt Sollwerte erreicht sind, befiehlt
der Rechner den Wechsel zum darauffolgenden Verfahrensabschnitt. Bei auftretenden
Schwierigkeiten ist es vorteilhaft, wenn anwesende menschliche Arbeitskräfte die
Probleme beseitigen. Aus diesem Grunde ist auch eine nur teilautomatische Variante des
Verfahrens denkbar, bei der die Abfolge der meisten Verfahrensabschnitte hintereinander
durch den Menschen überwacht und ausgelöst wird.
Fig.1 zeigt schematisch das Vorgehen am Beispiel eines schotterlosen Oberbaus der
Bauart Züblin (Bautechnik 72 (1995), Heft 1, Seiten 2 bis 10), bei dem eine nicht
eingezeichnete eingelegte Kunststoffolie zwischen Betontrageplatte (2) und hydraulisch
gebundener Trageschicht (HGT) (3) den Verbund so stark verringert, daß beim späteren
Anheben lediglich die Betontrageplatte (2) abhebt, während die darunter befindliche
hydraulisch gebundene Tragschicht (3) in ihrer ursprünglichen Lage verbleibt. In den
entstehenden Hohlraum (4) zwischen HGT (3) und Betontrageplatte (2) wird dann über
Zuleitungsrohre (5) durch Einfüllöffnungen (6) in der Betontrageplatte (2) eine Mischung
aus Trägermaterial und Füllmaterial eingebracht. Das nach Absetzen des größten Teiles
des Füllmaterials wieder entstandene Trägermaterial entweicht dabei hauptsächlich durch
den Spalt (7) an der Seite der größten Anhebung. Auf dieser Seite fängt im Falle eines
flüssigen Trägermaterials eine Rinne (8) dieses auf. Von dort wird es der
Wiederverwendung zugeführt. Das gleiche geschieht auf der anderen Seite mit dem in
geringerer Menge austretenden Trägermaterial. Die Rinnen dienen gleichzeitig als
Abschottung.
In Fig.1 und Fig.2 sind die Stempel (9) mit ihren anpassungsfähigen
Lastverteilungsplatten (10) zum Andrücken an den Boden (14) so ausgeführt, daß deren
seitliche Lage zum schienenbeweglichen Wagen (20) und damit auch relativ zum
Oberbau nicht veränderbar ist. In einer abgewandelten Bauart ist daher auch dieses Maß
durch seitliches Ausfahren der speziellen Situation links und rechts des Oberbaus
anpaßbar, was auch zu günstigeren Hebelmomenten führt. Die Stempel können dann im
obigen Beispiel auch auf der HGT (3) abgestützt werden. In einer anderen
Ausführungsart sind die Stempel selbst als Rinnen für das Auffangen von flüssigem
Trägermaterial ausgebildet.
Fig.2 zeigt als Beispiel wieder die Fahrbahn in der obigen Bauweise von Fig.1, diesmal
aber entweicht das Trägermaterial nach Absetzen des größten Teils des Füllmaterials
durch Öffnungen (12) durch die Fahrbahn und wird durch Verbindungsstücke (13) der
Wiederverwendung zugeführt, oder aber auch, bevorzugt nach Abscheiden von
Feststoffanteilen, in die Umwelt entlassen. Bei größeren Hohlräumen (4) zwischen
Betontrageplatte (2) und HGT (3) sind Abschottungen (11) gegen Austritt von Füll- und
Trägermaterial vorteilhaft, die entweder dauerhaft angebracht werden können (z.B. aus
Beton) oder nach Abscheiden des Füllmaterials wieder entfernt werden. Auch hier ist es
möglich, die Stempel in der Funktion solcher Abschottungen auszubilden.
Wie bereits erwähnt, stellen die Figuren das Verfahren am Beispiel der Anhebung der
Betontragplatte dar; es ist aber auch möglich, stattdessen die HGT samt der
darüberbefindlichen Betontragplatte anzuheben, wenn der Verbund zwischen den beiden
Schichten stark genug ist.
Fig. 3 zeigt schematisch die Abscheidung des Füllmaterials (15) in Form eines
Pfannkuchens unter der Fahrbahn. Stets sich ändernde, entstehende und vergehende
Transportkanäle (16) führen zu einem stetigen Wachstum vor allem an den Stellen mit der
geringsten Strömungsgeschwindigkeit. Ungefähr in der Mitte des Pfannkuchens ist der
Ort (17) unterhalb der Einfüllöffnung in der Fahrbahn. Die Form des Pfannkuchens hängt
von der Form des Hohlraums (4) unter der Fahrbahn ab und nimmt bei vollständiger
Füllung am Ende eckige Gestalt an.
Fig.4 zeigt Möglichkeiten des Anklammerns an die Schiene (19). Fig.4a ist eine einfache
mechanische Variante in Zangenform, Fig. 4b stellt in einfacher Weise das Festhalten an
der Schiene (18) mittels Magnetkraft dar, wobei nur der Kern (19) eines Elektromagneten
gezeichnet wurde. Die Klammern und Stempel sind dermaßen entlang des anzuhebenden
Streckenabschnitts angeordnet und von solcher Stärke, daß sie in Summe Kräfte von
mehreren hundert Tonnen aufnehmen können.
- 1
- Betonschwelle
- 2
- Betontrageplatte
- 3
- hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT)
- 4
- Hohlraum
- 5
- Zuleitungsrohr
- 6
- Einfüllöffnung in Betontrageplatte
- 7
- Spalt zwischen Betontrageplatte und HGT
- 8
- Auffangrinne
- 9
- Stempel
- 10
- Lastverteilungsplatte
- 11
- Abschottung
- 12
- Austrittsöffnungen für Trägermaterial
- 13
- Verbindungsstück
- 14
- Boden
- 15
- Füllmaterial
- 16
- temporäre Transportkanäle
- 17
- Ort unterhalb der Einfüllöffnung
- 18
- Schiene
- 19
- Kern eines Elektromagneten
- 20
- schienenbeweglicher Wagen
Claims (16)
- Verfahren zum Einbringen von Füllmaterial unter eine feste Fahrbahn, bzw. zwischen die einzelnen Schichten, aus denen diese aufgebaut sein kann, um diese in gewünschten Bereichen anzuheben, auszurichten oder auch nur zu unterfüttern,
dadurch gekennzeichnet, daß das einzubringende Füllmaterial in einem fluiden Trägermaterial verteilt ist und durch in der festen Fahrbahn befindliche Öffnungen an der Stelle der beabsichtigten Lageänderung eingespeist oder eingepreßt wird, wobei dem nach Absetzen des meisten Füllmaterials freigewordenen Trägermaterial durch Öffnungen in der festen Fahrbahn oder seitlich zwischen fester Fahrbahn und Untergrund die Möglichkeit geboten wird zu entweichen. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß alle oder die meisten Einfüllöffnungen bereits beim Herstellen der frisch verlegten festen Fahrbahn eingebaut werden, bevorzugt als ungefähr senkrechte Durchführungen runden oder polygonalen Querschnitts, die bevorzugt durch Kunststoff- oder Metallrohre ausgekleidet sein können. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß alle oder die meisten Einfüllöffnungen erst zur Durchführung des Verfahrens z.B. durch Bohren angebracht werden. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die feste Fahrbahn Öffnungen aufweist, die bereits bei der frisch verlegten Fahrbahn vorhanden sind, oder später angebracht werden, durch die das vom Füllmaterial größtenteils befreite fluide Trägermaterial austreten kann. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das seitlich an der festen Fahrbahn oder durch Öffnungen in der festen Fahrbahn austretende, vom Füllmaterial größtenteils befreite Trägermaterial aufgefangen und nach eventueller Abscheidung von sonstigen Beimengungen nach Zusatz und Vermischung mit neuem Füllmaterial erneut unter die feste Fahrbahn gepumpt wird. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial so stark bewegt wird, daß die Absinkgeschwindigkeit des Füllmaterials im bewegten Trägermaterial größenordnungsmäßig der von Sand in bewegtem Wasser entspricht, oder geringer als diese ist. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmaterial feinkörnige Substanzen, deren Körner stark aneinander haften oder reiben, eingesetzt werden. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmaterial Sand verwendet wird, der einer besonders geeigneten Korngrößengruppe, wie z.B. Mittel- bis Grobsand, angehört, oder aber auch Recyclingglaskörner, Recyclingbetonkörner, Recyclingasphaltkörner, Recyclingkunststoffkörner, grob zermahlene Hochofenschlacke oder eine Mischung aus diesen Komponenten. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Wasser ist. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial ein Gas, bevorzugt Luft, ist. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Trägermaterial mindestens ein Flotationshilfsmittel enthält, welches, im Verein mit eingeblasenem Gas, bevorzugt Luft, hilft, das Füllmaterial durch das an dieses angebundene Gas im bewegten Trägermaterial länger in der Schwebe zu halten. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 und 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Trägermaterial mindestens einen Zusatzstoff enthält, welcher den Strömungswiderstand der gesamten Mischung herabsetzt und ein Einströmen in kleinste Ritzen ermöglicht. - Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff ein Polymer ist, welches nach Abfluß des Trägerfluids eine wasserlösliche Verklebung des Füllmaterials bewirkt, bzw. die Haftung zwischen den Partikeln des Füllmaterials hinreichend erhöht um einer Verschiebung bei Belastung durch fahrende Züge nur langsam nachzugeben. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein auf Rädern auf den Schienen beweglicher Wagen mindestens eine der Vorrichtungen Vermessungsgerät, Pumpe, Mischaggregat, Verbindungsstück zu einer oder mehreren Füllöffnungen in der festen Fahrbahn, Verbindungsstück zu mindestens einer der Austrittsöffnungen des Trägermaterials in der festen Fahrbahn oder zu längs der anzuhebenden Fahrbahn befindlichen Auffangrinnen für austretendes Trägermaterial, Abscheider zum Wiedergewinnen des Trägermaterials, Halter zum Festhalten an den Gleisen, horizontal und /oder vertikal ausfahrbare Anpreßstempel zum Anpressen auf den Boden neben der anzuhebenden Fahrbahn aufweist. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Festhalten an den Gleisen durch an- und abschaltbare Magneten erfolgt. - Verfahren unter Zuhilfenahme der Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines Füllmaterials in Trägermaterial ein aushärtbares oder konsolidierbares Füllmaterial verwendet wird.
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