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Verfahren und Bodenanker zum Vorspannen von Fahrbahnen aus Beton Die
Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zum Vorspannen von Fahrbahnen aus
Beton, z. B. von Straßen oder Startbahnen, im Spannbett unter Verwendung von unabhängig
von der Fahrbahn betonierten Spannbettwiderlagern, z. B. Querfugenschwellen, die
zur Aufnahme der beim Spannen auftretenden Reaktionskräfte dienen.
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Bei einem bekannten Verfahren dieser Art werden die bei der Spannbettvorspannung
auftretenden Horizontalkräfte im wesentlichen durch den Erdwiderstand aufgenommen.
Die bekannten Spannbettwiderlager sind dementsprechend durch verhältnismäßig tief
gegründete massive Betonkörper gebildet. Bei diesen bekannten Spannbettwiderlagern
werden aus Gründen der Wirtschaftlichkeit meist geringe Verschiebungen bis zur Erzielung
eines optimalen Erdwiderstandes zugelassen. Diese Verschiebungen haben, soweit sie
während des Spannens der Fahrbahnspannglieder auftreten, keinen Einfluß auf die
Größe der Spannkraft.
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Zum Vorspannen von Fahrbahnen sind die bekannten Spannbettwiderlager
wegen des für ihre Herstellung erforderlichen Aufwands erst bei größeren Spannbettlängen
eine wirtschaftliche Lösung gegenüber der Vorspannung mit nachträglichem Verbund.
Sie werden daher bei Fahrbahnen nur für die Längsvorspannung bei Spannbettlängen
über etwa 200 m angewendet, wobei die Spannbettlängen mitunter zwischen 600 und
1000 m betragen.
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Die Quervorspannung von Fahrbahnen aus Beton wurde deshalb bisher
nicht im Spannbett, sondern grundsätzlich unter Anwendung von Hüllrohren und nachträglichem
Verbund durchgeführt. Hiermit ist der Nachteil verbunden, daß die Hüllrohre das
Minimum der Dicke der Fahrbahnplatte bestimmen. So ist im Entwurf der »Richtlinien
für den Bau von Spannbetondecken auf Flugplätzen« für längs und quer in Hüllrohren
vorgespannte Decken eine Mindestplattendicke von 14 cm vorgeschrieben.
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Kennzeichnend für die Größe der erforderlichen Vorspannung ist die
Tatsache, daß hierfür nicht die ungünstigste Kombination im Gebrauchslastenzustand
maßgebend ist - für sie wird eine 1,25fache Sicherheit gegenüber der Biegezugfestigkeit
des Betons gefordert -,sondern daß in den überwiegenden Fällen die Vorspanngröße
durch die Forderung einer Vorspannungsreserve von mindestens 3 kw/cm2 in Plattenmitte
unter der erhöhten Reibung bei der ersten Plattenbewegung bestimmt wird. Der Reibungsbeiwert
der ersten Plattenbewegung (Vorspannen) wird mit dem bis zu 12/sfachen Betrag des
Reibungsbeiwertes im Gebrauchszustand angegeben. Wenn man berücksichtigt, daß die
Reibungszugspannungen von der Plattendicke unabhängig sind und die Gesamtreibungszugkraft
und somit der erforderliche Spannstahlbedarf für ihre Überbrückung linear mit der
Plattendicke sinkt, so treten die Vorteile einer Verringerung der Plattendicke hervor,
zumal die Spannungen infolge klimatischer Beanspruchungen nach den derzeitigen Berechnungsmethoden
linear mit der Plattendicke abnehmen, die Spannungen infolge Verkehrslast unter
Berücksichtigung des elastischen Verhaltens des Unterbaues aber nichtlinear mit
der Reduzierung der Plattendicke zunehmen.
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Unter gewissen Voraussetzungen (Plattenlänge, Reibungsbeiwert, Verkehrslast
(P, co) bleibt daher die Reibungszugkraft der ersten Plattenbewegung maßgebend für
die Größe der Vorspannung. Setzt man der Plattendicke eine konsruktive Grenze (Fertigungstechnik,
Korrosionsschutz der Spanndrähte), so wird das Spannstahlminimum bei der Plattenlänge
erreicht, für die im ungünstigsten Bereich, d. h. in Plattenmitte, einerseits die
geforderte Sicherheit im Gebrauchslastenzustand eingehalten wird und zum anderen
die geforderte Vorspannreserve bei der ersten Plattenbewegung vorhanden ist. Das
wirtschaftliche Optimum dürfte in vielen Fällen nicht unbedingt dem Spannstahhninium
entsprechen; es ist vielmehr eine Funktion der Kosten für die Spannbewehrung einschließlich
der Kosten der Fugenkonstruktionen, die das Spannbett in Einzelplatten unterteilt.
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Durch die Erfindung soll unter Verringern des erwähnten Aufwands für
Spannbettwiderlager auch das Quervorspannen von Fahrbahnplatten im Spannbett ermöglicht
werden, um die Plattendicke verringern zu können.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Spannbettwiderlager
vor dem Spannen der Fahrbahnspannglieder durch vorwiegend vertikale, als Bodenanker
dienende Spannglieder in solchem Maße auf den Untergrund aufgepreßt werden, daß
die Horizontalkräfte des Spannbettes durch die erhöhte Reibung zwischen den Spannbettwiderlagern
und dem Untergrund aufgenommen werden.
Die hierdurch für Fahrbahnen
ermöglichte Anwendung der Spannbettvorspannung in Längs- und Querrichtung erbringt
erhebliche konstruktive Verbesserungen und fertigungstechnische Vorteile für Spannbetonplatten.
Es wird hierdurch ermöglicht, die Plattendicke mit minimalem Bedarf an Spannstahl
und Beton .bei unveränderter Sicherheit und erhöhter Qualität auf das äußerste Maß
herabzusetzen. Weiterhin ergibt der Wegfall der Hüllrohrreibung bei wirtschaftlichster
Ausnutzung des Spannstahles einen homogenen Vorspannbeton, bei dem der ohne Hüllrohre
und Einpreßmörtel erreichte Direktverbund einen maximalen Haft- bzw. Scherverbund
und Korzosionsschutz der Spanndrähte bewirkt. In fertigungstechnischer Hinsicht
wird durch die Spannbettausführung in Querrichtung die einen erheblichen Arbeits-und
Materialaufwand erfordernde Herstellung der Quervorspannung mit nachträglichem Verbund
vermieden und durch einen wesentlich einfacheren und wirtschaftlicheren Arbeitsgang
ersetzt. Dabei werden mit der Plattendicke zugleich auch die für die Dimensionierung
der Spännbettwiderlager maßgebenden Horizontalkräfte herabgesetzt. Schließlich besteht
bei dem Verfahren nach der Erfindung noch der wesentliche Vorteil, daß für die Widerlager
meistens keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind, sondern ohnehin erforderliche
Bauteile, z. B. schlaffbewehrte Randstreifenkörper oder Schlitzrinnen oder auch
Querfugenschwellen, verwendet werden, deren Reibung mit dem Untergrund durch das
Vorspannen der in dem betreffenden Bauteil verankerten Spannglieder der Bodenanker
erheblich vergrößert und zur Aufnahme der horizontalen Spannbettkräfte nutzbar gemacht
wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen insbesondere zur Durchführung
.des Verfahrens geeigneten Bodenanker in Form eines Spreizpfahles. Hierbei liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bodenanker zu schaffen, der unter verhältnismäßig
geringem Materialaufwand die Erzeugung großer Verankerungskräfte ermöglicht. Sie
wird dadurch gelöst der Spreizpfahl einen aus hochwertigem Beton bestehenden Pfahlfuß
aufweist, in dem nach oben aus einem Pfahlschaft herausragende Spanndrähte zugfest
verankert sind und,auf den der untere Teil des Pfahlschaftes in Form eines längsgeschlitzten,
die eingezogenen Spreizglieder enthaltenden Rohrstückes aufgesetz ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Spannbettwiderlager
und des Bodenankers dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch einen
als Spannbettwiderlager ausgebildeten Randstreifen einer Fahrbahnplatte, F i g.
2 einen Schnitt durch ein Fugenbankett einer Startbahn, F i g. 3 die Fußausbildung
eines Bodenankers im Längsschnitt, F i g. 4 einen Querschnitt zu F i g. 3 und F
i g. 5 a, 5 b und 5 c aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge beim Herstellen eines
etwa der F i g. 2 entsprechenden Spannbettwiderlagers.
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Das in F i g. 1 dargestellte Spannbettwiderlager 8 ist ,als Randstreifenkörper
einer Fahrbahn 10 aus Beton ausgebildet -und dient als Widerlager zum Spannen
der Ouerspannglieder 9. Der Randstreifenkörper selbst ist. in üblicher Weise mit
schlaffer Bewehrung 11 versehen und durch den gestrichelt dargestellten Bodenanker
2 im Untergrund 6 unter Aufbringung einer erheblichen Spannung in dem Bodenanker
verankert. Die Platten der Fahrbahn 10 sind auch in ihrer Längsrichtung unter Anwendung
von nicht dargestellten, querverlaufenden Spannbettwiderlagern vorgespannt. Diese
querverlaufenden Spannbettwiderlager können z. B. .als Querfugenschwellen nach dem
Beispiel der F i g. 2 ausgebildet sein. Die Fahrbahn 10 kann, wie es vielfach üblich
ist, auf eine Zementvermörtelung 7 aufgelegt sein. Wenn diese Vermörtelung vor dem
Einbau des Randstreifenkörpers durchgeführt wird, so kann sie als Druckplatte zur
Aufnahme eines Teiles der beim Querspannen der Fahrbahn auftretenden Horizontalkräfte
ausgenutzt werden. Die Querspannglieder 9
sind im Bereich des Spannbettwiderlagers
8 durch Hüllrohre 12 hindurchgeführt und durch Ankerkörper 13 in an sich
bekannter Art an dem Spannbettwiderlager verankert.
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Die Bodenanker 2 können an sich in jeder beliebigen Weise ausgebildet
sein, die sich dazu eignet, das Spannbettwiderlager 8 mit solcher Vorspannung auf
den Untergrund 6 aufzupressen, daß zwischen dem Widerlager und dem Untergrund eine
große Reibung erzeugt wird, die in der Lage ist, die beim Spannen der Querspannglieder
9 .auftretenden Horizontalkräfte aufzunehmen. Bei der dargestellten bevorzugten
Ausführungsform weist der Bodenanker einen aus hochwertigem Beton hergestellten
Pfahlfuß 14 auf, in dem Spanndrähte 15 durch eine sogenannte Fächerverankerung
verankert sind. Der Umlenkring 16 nimmt die Umlenkkräfte der Spanndrähte auf. Über
dem Pfahlfuß 14 sind die Spanndrähte von einem längs in drei gleiche Teile aufgeschlitzten
Rohrstück umgeben, dessen Teile um einen unteren Zugring 18 nach außen aufklappbar
sind und als Spreizglieder 17 zur Vergrößerung der Verankerungsfläche im Boden ausgebildet
sind. Beim Einbringen des Bodenankers sind die Spreizglieder 17 oben durch ein Außenrohr
19 und einen mit einem Innenrohr 20 verschweißten Konus 21 gefaßt.
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Durch eine innere Montagevorspannung ist der ge= Samte Ankerkörper
stabilisiert. Dabei drückt der Konus 21 die an den Spreizgliedern 17 befestigten
Rundstähle 22 gegen die Innenfläche des Außenrohres 19 an. Die Spanndrähte 15 ragen,
wie aus F i g. 5 a bis 5 c ersichtlich ist, nach oben aus dem Außenrohr
19 und dem Innenrohr 20 heraus und sind dort durch eine Spannplatte 23 und
eine Klemmverankerung 24 verankert.
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Auf diese Weise ist ein den Bodenanker bildender, zum Einbringen in
den Untergrund in sich gespannter Pfahl gebildet, der vorzugsweise mittels eines
an dem Außenrohr 19 angebrachten Schwingrüttelgerätes 25 (F i g. 5 a) in den Untergrund
eingerüttelt wird. Nachdem hierbei eine ausreichende Tiefe erreicht ist, wird die
innere Spannung gelöst und nach Entfernung der Verankerungsteile 23, 24 das
äußere Rohr unter Rüttelbewegung gezogen. Sodann werden die Spannplatte 23 und die
Klemmverankerung 24
.auf das obere Ende des Innenrohres 20 aufgesetzt und
die Spanndrähte 15 gespannt. Hierdurch wird der Konus 21 in den Raum zwischen den
Spreizgliedern 17 hineingedrückt (F i g. 5 b), so daß diese nach außen in den Untergrund
eingepreßt werden. Nach nochmaliger Entfernung der Vorspannung wird nunmehr auch
das Innenrohr 20 bei gleichzeitiger Vibration und Bodennachfüllung gezogen.
Anschließend
wird der als Spannbettwiderlager 8 dienende Randstreifenkörper hergestellt (F i
g. 5 c), durch den die Spanndrähte mit Hilfe eines Hüllrohres 26 hindurchgeführt
werden. Wenn der Beton der Randstreifenkörper erhärtet ist, werden die Spanndrähte
15 unter Benutzung des Randstreifenkörpers zur Aufnahme der Bodenankerkraft gespannt,
wodurch die Spreizglieder 17 des Bodenankers weiter nach außen in den Untergrund
gepreßt werden, bis die volle Zugkraft des Bodenankers erreicht ist. Zugleich werden
hierbei die Spanndrähte 15 in dem Maße gespannt, das notwendig ist, um das Spannbettwiderlager
8 mit der gewünschten Kraft von oben gegen den Untergrund zu pressen.
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Das Spannbettwiderlager ist dann fertiggestellt, so daß die zu spannenden
Querspannglieder 9 durch die in den Randstreifenkörper einbetonierten Hüllrohre
12 hindurchgezogen, gespannt und mittels der Ankerkörper 13 gespannt gehalten werden
können. Damit ist das Spannbett zur Herstellung der Fahrbahnplatte 10 bereit, die
nunmehr in bekannter Weise in direktem Verbund mit den Ouerspanngliedern 9 und den
in F i g. 1 bei 5 angedeuteten, ebenfalls gespannten Längsgliedern betoniert werden
kann.
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Da die Spannbettwiderlager nur so lange zur Aufnahme von horizontalen
Spannkräften wirksam zu sein brauchen, bis der die Querspannglieder 9 umhüllende
Beton der Fahrbahn genügend erhärtet ist und die Spannbettvorspannung gelöst wird,
erübrigt sich für die Spanndrähte 15 der Bodenanker ein aufwendiger Korrosionsschutz.
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Der Bodenanker nach der Erfindung und die beschriebene Art seiner
Einbringung bieten unter anderem den Vorteil, daß das Außenrohr 19 und das Innenrohr
20 bei bzw. gleich nach dem Einbringen des Pfahles wiedergewonnen und zur Herstellung
anderer Bodenanker verwendet werden können. Die Ankerkörper 13 sowie die Spannplatte
23 und die Klemmverankerung 24 werden nach dem Wegnehmen der Spannbettspannung ebenfalls
wiedergewonnen.
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In F i g. 2 ist dargestellt, wie das Verfahren und der Bodenanker
nach der Erfindung für das Längsvorspannen von Fahrbahnen angewendet werden können.
Bei diesem Ausführungsbeispiel dient als Spannbettwiderlager eine Querfugenschwelle
1, wie sie beispielsweise im Mittelbereich eines Startbahnabschnittes ausgeführt
wird. Im Gegensatz zu den Spannbettwiderlagern am Ende einer Startbahn, die nur
in einer Richtung wirksam sind, müssen die Spannbettwiderlager im Mittelbereich
in beiden Richtungen die Horizontalkräfte aufnehmen können, die in den zueinander
angrenzenden Spannfeldern nacheinander wirksam werden.
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Die dargestellte Querfugenschwelle 1 ist gleichfalls mit einer schlaffen
Bewehrung 11 versehen und wird durch Bodenanker 2 unter Erzeugung einer großen Reibung
fest gegen den Untergrund 6 gepreßt. rüber die vorübergehend einbetonierten Widerlagerbleche
3 und die Fugenkonstruktion 4 wird die Spannkraft der Längsspanndrähte 5
durch das Fugenbankett mit Hilfe der erhöhten Bodenreibung .auf den Untergrund
6 übertragen.
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Auch hier kann wiederum ein Teil der im Spannbett beim Spannen der
Längsspannglieder auf das Spannbettwiderlager 1 ausgeübten Horizontalkräfte durch
eine unter der Fahrbahn 10 angeordnete Bodenvermörtelung 7 aufgenommen werden.