DE19930701A1 - Wannenkonstruktion für eine Unterführung eines Verkehrsweges - Google Patents
Wannenkonstruktion für eine Unterführung eines VerkehrswegesInfo
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Abstract
Eine im Erdreich gebettete Wannenkonstruktion für die Unterführung eines Verkehrsweges, die zumindest teilweise unterhalb des Grundwasserspiegels liegt, umfasst oberhalb einer die Oberfläche der wannenförmigen Baugrube überdeckenden Dichtungsschicht eine Ballastschicht aus festem Material, oberhalb dieser eine als Schüttung angeordnete Ballastschicht als Unterlage für eine Fahrwegkonstruktion sowie weitere, entlang der geböschten Seitenwände verlaufende Ballastschichten. Sowohl die feste Ballastschicht als auch die als Schüttung ausgebildeten Ballastschichten enthalten Elektroofenschlacke bzw. bestehen ganz oder teilweise hieraus. Da zur Herstellung dieser Wannenkonstruktion weitgehend Arbeitstechniken des Erdbaus eingesetzt werden können, führt dies zu kürzeren Herstellungszeiten und reduziert die Kosten für Baugrubensicherung und Wasserhaltung. Da Elektroofenschlacken eine höhere Einbaudichte als mineralische Materialien besitzen, lassen sich die für die Ballastierung erforderlichen Aushubmengen reduzieren.
Description
Die Anmeldung bezieht sich auf eine Wannenkonstruktion für eine Unterführung
eines Verkehrsweges, der streckenweise im Grundwasser liegt, unter Verwendung
von Geomembranen.
Die Erfindung zeichnet sich durch erhebliche Einsparungen in der Bauzeit, bei den
Nebenarbeiten, wie der Umschließung der Baugrube und der Absenkung des
Grundwassers und in der Bauausführung aus. Zur Verringerung der erforderlichen
Aushubtiefen werden als Ballastschüttung oberhalb der Abdichtung
Elektroofenschlacken aus der Stahlerzeugung mit einer höheren Wichte als
herkömmliche Schüttmaterialien verwendet. Damit wird gleichzeitig eine sinnvolle
Verwendung dieser Reststoffe gefunden.
Straßen und Wege, die andere Verkehrswege kreuzen, müssen oftmals zur
Vermeidung einer Anhebung der überführten Straße oder Bahnlinie tief in den
Untergrund abgesenkt werden. Dabei liegen in Gegenden mit hohem
Grundwasserstand regelmäßig Teile der Strecke unter dem Grundwasserspiegel.
Um eine Überschwemmung der Fahrbahnen zu vermeiden, muss eine
abgedichtete Wanne überwiegend aus Beton hergestellt werden.
Die Herstellung solcher Grundwasserwannen ist Zeit- und kostenaufwendig, da
zum Bau spezielle wasserdichte Betonbauweisen erforderlich sind, welche neben
einem speziellen Beton zusätzliche Stahlbewehrungen notwendig machen. Die
Fugen zwischen den einzelnen Segmenten, den sogenannten Bauwerksblöcken,
werden mit Fugenbändern gesondert abgedichtet. Die Vielzahl spezieller
Arbeitsschritte birgt die Gefahr von Fehlern und späteren Mehrkosten bei der
Beseitigung von Sickerwasser durch die Pumpanlage.
Eine Ausführung mit einer außen an den Betonflächen anliegenden Abdichtung
erfordert auch einen erheblichen Arbeitsaufwand. Durch die Vielzahl der
Arbeitsschritte ist auch hier die Wahrscheinlichkeit auf Herstellungsfehler
erheblich.
Um die Arbeiten beginnen zu können, muss meist eine annähernd wasserdichte
Umschließung der Baugrube für das Betonbauwerk hergestellt werden. Dies
geschieht mit Stahlspundwänden oder durch Bodenverfestigungen im
Düsenstrahlverfahren.
Die Spundwände schließen an dichte, das Grundwasser tragende undurchlässige
Bodenschichten an, um damit eine abgedichtete Baugrube zu erhalten. Innerhalb
dieser provisorischen Grundwasserwanne kann der Boden für das endgültige
Bauwerk ausgehoben werden. Während der Bauzeit wird anfallendes
Sickerwasser abgepumpt.
Die Bodenverfestigung wird überwiegend dann angewandt, wenn bis in größere
Tiefen keine dichte Bodenschicht vorkommt. Mit der Bodenverfestigung wird dann
der stark wasserdurchlässige Untergrund auch nach unten abgedichtet. Damit
wird die erforderliche trockene Baugrube erreicht.
Allein die dazu erforderlichen Kosten mit der ebenfalls erforderlichen Absenkung
des Grundwassers beanspruchen einen erheblichen Teil der Baukosten. Durch die
lange Bauzeit können durch die Grundwasserabsenkung ökologische Schäden
oder Setzungen an benachbarten Gebäuden auftreten.
Die trogartige Ausführung der Wanne muss außerdem ausreichend gegen Auftrieb
gesichert werden. Dies geschieht meist mit auskragenden Enden der Bodenplatte,
auf welche die spätere Wiederauffüllung des Bodens als Ballastschicht wirkt. In
extremen Fällen muss die Grundwasserwanne mit Ankern gegen Auftrieb
gesichert werden.
Die Erfindung hat daher zum Ziel, eine Grundwasserwanne für normale
Anwendungsfälle weitgehend mit den Arbeitstechniken des Erdbaus und der aus
dem Deponiebau erprobten Technik der Kombinationsabdichtung herzustellen.
Diese Abdichtungen können in kürzester Zeit hergestellt werden, was die Kosten
für die Baugrubensicherung und die Wasserhaltung deutlich reduziert. Die
Abdichtung kann vor dem Einbau der weiteren Schichten auf Dichtheit geprüft
werden.
Zur Auftriebssicherung werden innerhalb der Grundwasserwanne Schüttungen mit
Schlacken aufgebracht. Diese Elektroofenschlacken fallen bei der Stahlerzeugung
aus Schrott an. Die Elektroofenschlacken besitzen eine um 50% höhere Wichte,
wodurch die erforderlichen Aushubmengen reduziert werden können. Außerdem
werden die auf den Böschungen eingebauten Elektroofenschlacken zur
Auftriebssicherung herangezogen. Der erste Vorteil des Bauverfahrens der mit
Geomembranen gedichteten Grundwasserwanne besteht in seiner erheblichen
Einsparung an Bauzeit.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Grundwasserwanne nach der Erfindung,
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der Wanne,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 in größerem Maßstab und
Fig. 4 wiederum einen Ausschnitt aus Fig. 3.
Die zum Aushub der Baugrube erforderlichen Maßnahmen zur Kontrolle (60) und
Abführung des anfallenden Grundwassers (30) (Fig. 1) sind entsprechend der
verkürzten Bauzeit vorzubereiten. Bei Grundwasserwannen (4), die nur ein bis
zwei Meter in das Grundwasser (3) eintauchen, kann auf eine vollständige
Baugrubenumschließung (6) verzichtet werden. Das Grundwasser wird dann in
seitlich der Baumaßnahme herstellten Pumpschächten (30) abgesenkt. Die
flächenhaften Abdichtungen zum Untergrund mit Bodenverfestigungen (32)
können bei diesem Verfahren ebenfalls angewandt werden. Der seitliche Zustrom
von Grundwasser kann wegen der kurzen Bauzeit statt der aufwendigen
Spundwände (60) kostengünstig durch Vereisung des Bodens (61) verhindert
werden.
Behindert die künftige Grundwasserwanne den Grundwasserstrom, können
unterhalb der künftigen Dichtungsschicht querverlaufende Gräben ausgehoben
werden. Diese werden mit einem geotextilen Filter ausgekleidet und mit
hohlraumreichem Boden, wie Schotter oder ausgesiebten Kies aufgefüllt. Durch
diese Sickerschichten kann das Grundwasser die den Abflussquerschnitt
sperrende oder verengende Wannenkonstruktion unterqueren.
Unter der künftigen Fahrbahn (2) wird mindestens der Regelaufbau (20/22)
(Fig. 3) nach den Vorschriften über Straßenbefestigungen abgegraben. Zusätzlich
wird die zur Auftriebssicherung erforderliche Bodenschicht abgegraben.
Anschließend wird die Oberfläche der Abtragsfläche (10) eingeebnet und
verdichtet.
Zur Reduzierung der erforderlichen Abtragsmengen wird zur späteren
Wiederauffüllung in der wannenartigen Abdichtung (4) Schlacke (37) aus
Elektrostahlwerken, sogenannte Elektroofenschlacke, mit einer Wichte größer
30 Kn/m3 verwendet. Durch die um 50% höhere Wichte des Materials kann im
gleichen Umfang Aushub eingespart werden.
Auf die Abtragsfläche (10) wird eine geotextile Tondichtungsbahn (40) mit einer
Füllung aus Bentonit als erste mineralische Abdichtungsschicht und als untere
Schutzschicht für eine Kunststoffdichtungsbahn (41) verlegt und oberhalb des
höchsten Grundwasserspiegels (3) auf der Böschung befestigt. Unvermeidliche
Durchdringungen von Rohrleitungen, Schächten oder ähnlichem werden durch
zusätzliche Bentonitpaste abgedichtet. Die eigentliche Abdichtung besteht aus
einer bevorzugt 3 mm dicken Kunststoffdichtungsbahn (41) aus Polyethylen oder
thermoplastischen Olefinen.
Als Alternative kann eine aus der Patentanmeldung DE 196 25 245 bekannte
prüfbare Doppeldichtung verwendet werden. In diesem Fall wird auf die
Abtragsfläche eine bevorzugt 500 g/m2 schwere Faservliesmatte aus Polypropylen
als untere Schutzschicht für die Abdichtung ausgelegt. Die Abdichtung besteht aus
zwei 1,5 bis 3 mm dicken Kunststoffdichtungsbahnen aus Polyethylen oder
thermoplastischen Olefinen, welche miteinander kissenartig verschweißt sind.
Zwischen den Kunststoffdichtungsbahnen ist eine Faservliesmatte eingelegt, die
mit einer bei Wasserzutritt nach Beschädigungen stark quellenden Substanz
gefüllt ist. Dieses Quellmittel dichtet Schadstellen selbsttätig ab. Die Kissen der
Doppeldichtung können nach der Verlegung und der Verschweißung zwischen
den einzelnen Kissen durch ein Vakuum auf Dichtheit geprüft werden. Das
Prüfvakuum kann während der gesamten Bauzeit aufrecht erhalten werden.
Die Kunststoffdichtungsbahn (41) wird etwa 30 cm oberhalb des höchsten
Grundwasserstandes (3) waagrecht in eine Abtragsberme in der Böschung
eingebaut und dort befestigt (42) (Fig. 2). Die Kunststoffdichtungsbahn (41) wird
auch an die Brückenwiderlager, Durchdringungen oder Schächte mit den aus der
Deponietechnik bekannten Bauweisen, wie Klemmschienen (73) oder
gleichwertigem dicht angeschlossen.
Zum Schutz vor Beschädigungen wird auf der Kunststoffdichtungsbahn (41) eine
Schutzlage aus einem Schutzvlies (43/44), bevorzugt aus Polypropylen mit einer
Flächenmasse von 1.200 g/m2 verlegt. Eine Oberfläche der Schutzlage auf den
Böschungen (44) ist so ausgeführt, dass ein möglichst geringer Reibungswert
zwischen Kunststoffdichtungsbahn (41) und Geotextil (44) vorhanden ist. Damit
kann ein möglichst großer Anteil des Gewichtes der Böschungsaufschüttung (12)
als Ballast der Sohlplatte (6) angesetzt werden. Auf der Sohle wird zusätzliche
eine 10 cm dicke Sandschicht (45) eingebaut und sorgfältig eingeebnet.
Zur Verkürzung der Bauzeit werden auf der Sandschicht (45) vorgefertigte Platten
(6) als Fundament verlegt. Diese werden aus Beton mit Elektroofenschlacke als
Zuschlagstoff hergestellt oder aus Schlacke gegossen. Die Platten besitzen an
zwei Seiten überstehende Flächen (48), welche auf den, auf den anderen zwei
Seiten zurückspringenden Flächen (49) benachbarter Platten so aufliegen, dass
Auftriebskräfte, insbesondere bei Aufgrabungen für Ausbesserungsarbeiten, vom
Fundament (6) gleichmäßig aufgenommen werden. Damit werden schädliche
Überdehnungen der Kunststoffdichtungsbahn (41) vermieden.
Auf das aus Einzelplatten (46/47) geschaffene Fundament (6) wird abgestufte
Elektroofenschlacke (37), welche eine hohlraumarme Schüttung ergibt, geschüttet,
verteilt und verdichtet. In diese Schicht werden auch die zur Ableitung des auf die
Grundwasserwanne fallenden Niederschlagswassers erforderlichen Schächte (82)
und Rohrleitungen (83) eingebaut.
Auf die profilgerecht eingebaute Planumsschicht aus Elektroofenschlacke wird im
Straßen- oder Wegebereich die Befestigung (20) aus Kies- und Asphaltschichten,
Beton oder Plattenbelägen (23) eingebaut.
Außerhalb der Fahrbahnflächen werden beidseitig ab der Höhe der
Planumsschicht Stützwände (8) aus Betonwinkelsteinen oder geotextilbewehrte
Steilböschungen mit Füllmaterial aus Elektroofenschlacke (12) hergestellt. Die
Bodenmassen (12) der Steilböschung wirken durch die geringe Reibung der
Schutzlage (44) auf der glatten Kunststoffdichtungsbahn (41) weitgehend als
Ballast für die Sohlplatte (6).
Die Stützwände (8) oder Steilböschungen nehmen die Horizontalkräfte aus
Wasserdruck und der horizontalen Komponente der Ballastschicht (12) auf den
Böschungen auf.
Um Auslaugungen von Schwermetallen aus der Elektroofenschlacke zu
vermeiden, werden die offenen Böschungsflächen gegen einsickerndes
Regenwasser mit einer Abdichtung aus geotextilen Tondichtungsbahnen (50), den
sogenannten Bentonitmatten, belegt und anschließend mit Humus abgedeckt und
begrünt. An den Tiefpunkten der beidseitig herzustellenden Entwässerungsmulden
(81) werden Einlaufschächte (82) für das Oberflächenwasser hergestellt und an
die Fahrbahnentwässerung (83) angeschlossen. Anfallendes Wasser wird über
Rohrleitungen (83) in ein Pumpwerk (84) geleitet und von dort über eine
Druckleitung (85) in Gräben oder Versickereinrichtungen oberhalb des
Grundwasserspiegels (3) gepumpt.
Bei nicht ausreichend tragfähigem Untergrund werden zur Gründung der Brücke
(7) für die überführte Straße (2) oder Bahnlinie bis zum Grundwasserspiegel (3)
Bohrpfähle (71) oder Bodenverfestigungen (70) im Düsenstrahlverfahren
hergestellt. Auf diesen werden niedrige Widerlager (72) in konventioneller
Betonbauweise hergestellt. Durch diese Art der Ausführung kann auch für die
zeitaufwendige Betonbauweise auf eine Grundwasserabsenkung (30) verzichtet
werden.
Der Überbau (74) der Brücke kann in herkömmlicher Bauweise, bevorzugt aus
Beton oder Stahl, aber auch aus Holz hergestellt.
Claims (6)
1. Wannenkonstruktion (4) aus einer zweilagigen Kombinationsabdichtung (40/
41), welche auf einer nach genauen Profilangaben ausgehobenen Baugrube
(10) hergestellt wird. Eine darüber verlegte geotextile Schutzlage (43/44) aus
einem Vliesstoff dient dem Schutz der Abdichtung (41) vor Beschädigung
durch die Ballastschüttung (12/ 37).
Auf die Sohle der Wannenkonstruktion wird eine Fundamentplatte (6) aus Betonelementen, die aus Schwerbeton mit Elektroofenschlacke oder aus gegossenem Schlackenmaterial hergestellt werden. Das damit geschaffene Fundament (6) dient der Verteilung der Lasten der Ballastschüttung und verhindert eine schädliche Verformung der unter dem Wasserdruck stehenden Abdichtung (41). Die Schüttmassen unter den Fahrbahnflächen (37) und auf den Böschungsflächen (12) bestehen ebenfalls aus Elektroofenschlacke.
Auf die Sohle der Wannenkonstruktion wird eine Fundamentplatte (6) aus Betonelementen, die aus Schwerbeton mit Elektroofenschlacke oder aus gegossenem Schlackenmaterial hergestellt werden. Das damit geschaffene Fundament (6) dient der Verteilung der Lasten der Ballastschüttung und verhindert eine schädliche Verformung der unter dem Wasserdruck stehenden Abdichtung (41). Die Schüttmassen unter den Fahrbahnflächen (37) und auf den Böschungsflächen (12) bestehen ebenfalls aus Elektroofenschlacke.
2. Wannenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als
Schutzschicht und erste Abdichtung eine geotextile Tondichtungsbahn (40)
und darüber eine Kunststoffdichtungsbahn (41) von 1,5 bis 5 mm, bevorzugt
3 mm Dicke verlegt wird. Die Abdichtung wird oberhalb des
Grundwasserspiegels durch Klemmschienen (73) an Bauwerke
angeschlossen.
3. Wannenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als
untere Schutzschicht eine 400 bis 1.000 g/m2, bevorzugt jedoch 500 g/2
schwere Faservliesmatte verlegt wird. Die Abdichtung besteht aus zwei
kissenartig verschweißten von 1,5 bis 3 mm, bevorzugt 2 mm dicken
Kunststoffdichtungsbahnen, zwischen die eine Faservliesmatte mit einer bei
Wasserzutritt stark quellenden Substanz eingebracht ist. Die Dichtheit der
Kissen kann während der Bauzeit durch Vakuum kontrolliert werden.
4. Wannenkonstruktion nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzschichten auf der Böschungsfläche (44) eine glatte Oberfläche
besitzen, um Kräfte aus den Ballastschichten der Elektroofenschlacke (12) auf
das Fundament (6) abzuleiten.
5. Wannenkonstruktion nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Auffüllböden (37) oberhalb der Abdichtungsschichten (4) aus schweren
Bodenstoffen, bevorzugt aus Elektroofenschlacken bestehen. Um
Auslaugungen von Bestandteilen der Elektroofenschlacken durch
Regenwasser zu vermeiden, werden alle nicht von befestigten, weitgehend
dichten Fahrbahnen (20) bedeckten Flächen der Grundwasserwanne (4) mit
geotextilen Tondichtungsbahnen (50) abgedichtet. Die Tiefpunkte (81) werden
an die Entwässerungsleitungen (83) der Grundwasserwanne (4)
angeschlossen.
6. Wannenkonstruktion nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die zur Entwässerung (80) notwendigen Einrichtungen einschließlich der zur
Ableitung des Wassers notwendigen Pumpanlage (84) innerhalb der
Wannenkonstruktion (4) errichtet werden. Die zur Ableitung notwendigen
Rohrleitungen (83) werden oberhalb der Dichtung (41) und über dem höchsten
Grundwasserspiegel (3) verlegt, um damit Durchdringungen der Dichtung (40 /
s 41) zu vermeiden.
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