DE2160874C3 - Bituminöse Kerndichtung in Wasserstaudämmen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf bituminöse *ierndichtungen in Wasserstaudämmen, die sich in Gestalt einer lotrechten oder einer nach der Luftseite des Dammes hin unter einer steileren Neigung als dem natürlichen Böschungswinkel des Dammschüttgutes verlaufenden Dichtungswand über den gesamten Längsschnitt des

1* Staudammes in dessen Innerem erstreckt und deren Mineralmasse vorzugsweise betonartig zusammengesetzt und in ihrer Korngröße so ausgebildet ist daß sie sich mit den angrenzenden, luft- und wasserseitigen Dammaufschüttungen innig verzahnt

Solche Kerndichtungen, z. B. nach der deutschen Patentschrift 11 08 620. haben sich bei Staudämmen bis zu Höhen von etwa 35 m bewährt Sie werden nach dem in der deutschen Patentschrift 11 70 329 offenbarten Verfahren hergestellt das durch den lagenweisen Einbau des Kerndichtungsbausloffes und der angrenzenden Dammaufschüttung und gleichzeitiges Verdichten der Lagen eim· gute gegenseitige Verspannung der Kerndichtungen mit den angrenzenden Dammschüttungen gewährleistet

Beobachtungen und Messungen an hohen Dammkörpern aus Lockergestein im letzten Jahrzehnt haben ergeben, daß die Schüttmassen des Dammes neben den im wesentlichen senkrechten Setzbewegungen auch Querbewegungen ausführen, die insbesondere durch den wachsenden Aufstau im mittleren und oberen Drittel des Dammes steigend nach der Wasserseite tendieren und erst im Zuge des Erreichens des Vollstaues der Luftseite sich zuwenden.

Diese Querbewegungen werde" durch die größeren Setzbewegungen des wasserseitigen Stützkörpers gegenüber denen des luftseitigen ausgelöst, bedingt durch die Wasserspiegelschwankungen im Stauraum. Diese Querbewegungen verursachen im Kronenbereich des Dammes um so größere Auflockerungen, je höher der Damm und je geringer seine l-agerungsdichte ist. Sie können hier zu Ausweitungen und Auflockerungen führen, die Risse verursachen, die zum Teil mehrere Meter tief ins Damminncre reichen können.

Bituminöse K^rndichtungen werden nach dem eingangs genannten Einbauverfahren senkrecht oder schräg im Damminneren angeordnet Die senkrechte Kerndichtung bedingt einen optimal geringen Baustoffaufwand. Sie erfährt nur geringe Zug- und Bie^ebeanspruchungen unter den in der Dammschüttung auftre-[enden Setzbewegungen. Die senkrechte Kerndichtung verlangt allerdings eine feste Finspannung zwischen der luftseitigen und der wasserseitigen Dammschüttung, um seitliches Ausbauchen derselben unter ihrem Eigengewicht mit Sicherheit auszuschließen.

Diese durch nachhaltige Verdichtung der Schüttlagen des Dammes erzeugte feste Einspannung wird jedoch bei höheren Dämmen im oberen Drittel derselben durch die beschriebene Auflockerung urn so mehr wieder gelöst, je höher der Damm¹ ist Während bei Dammhöhen bis zu 35 m erfahrungsgemäß kaum eine die Einspannüngder Kerndichtung gefährdende Auflokkerung zu beobachten ist« isl die Einspannung bei höheren Dämmen zunehmend gefährdet Bei diesen

muß damit gerechnet werden, daß die feste Einspannung der senkrechten Kerndichtung durch die Auflolckerung besonders der wasserseitigen Dammschüttung so weit verlorengeht, daß deren Stabilität beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die erläuterte Auflockerung im oberen Drittel der Dammaufschüttung bedingte Lockerung der Einspannung der Kerndichtung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kerndichtung mindestens im Bereich des oberen Drifteis der Dammhöhe eine nach der Luftseite des Dammes hin gerichtete Schräglage aufweist, deren Neigung etwa in Richtung der dort zu erwartenden, durch unterschiedliche Setzbewegungen der luft- und is wasserseitigen Dammaufschüttung verursachten Querbewegungen letzterer verläuft Hierdurch wird erreicht, daß sich die Dammschüttung beim Auflockern nicht von der Kerndichtung abzuheben vermag und daß eine ausreichende Einspannung der Kerndichtung durch das Gewicht der auf dem schrägen Kerndichtungsteil aufliegenden, wasserseitigen Dammschüttung aufrechterhalten wird.

Die sich nach unten zum Fuß des Dammes vermindernde Querbewegung ist im unteren Bereich der Dammhöhe so gering, daß sie dort die Einspannung der Kerndichtung zwischen der luft- und wasserseitigen Dammschüttung nicht mehr gefährden kann. Die Kerndichtung kann deshalb in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Anschluß an ihren geneigten Abschnitt im oberen Drittel des Dammes weitere nach der Luftseite hin geneigt verlaufende DichtungsabschnitlJ aufweisen, deren Schräglagen das Maß der Schräglage im oberen Dammdrittel nicht unterschreiten. Für die günstigsten Größen dieser weiteren Abwinkelung der Kerndichtung können Setzungsberechnungen und -Untersuchungen und Modellversuche wertvolle Richtwerte erbringen.

Die Abwinkelung der Kerndichtung in die Senkrechte ergibt ein=n optimal geringen Kerndichtungsbaustoffaufwand, nicht nur weil die senkrechte Kerndichtung ohnehin das kleinste Bauvolumen aufweist, sondern weil auch ihre Dicke im Hinblick auf ihre oben angedeutete, günstige Beanspruchung verhältnismäßig klein bemessen werden kann.

Die Abwinkelung in die genannt "n anderen Schräglagen erlaubt es, den Verlauf der Kerndichtung den an den Hang· und Sohlflächen der Staustelle vorhandenen, geologischen und topographischen Verhältnissen weitgehend anzupassen. Anch die Dammstatik kann eine Schräglage der Dichtung zur wirtschaftlichsten Ausnutzung de« Dammquerschnitts wünschenswert erscheinen lassen. Hierbei können sowohl einfache als auch mehrfache Abwinkelungen der Kerndichtung in den unteren beiden Dritteln der Dammhöhe in Betracht kommen

Die ein- oder mehrfache Abwinkelung der Kerndichtung ergibt eine nach der Wasserseite des Dammes hin gerichtete Vorwölbung, die den besonderen Vorteil hat. daß die Kerndichtung unter dem Wasserdruck im wesentlichen nur Druekbeanspruehungen erfährt. Diese Vorwölbung wird erfiridungsgemäß durch Wahl der Neigungswinkel der Schrägabschnitte in ihrer Scheitel· höhe mindestens so groß bemessen, daß sie unter den zu erwartenden Setzbewegungen der Darnmaufschüttungen und dem Wasserdruck keine Durchwölbung nach der Luftseite des Dammes hin annehmen kann.

Der Neigungswinkel der Kerndichtung im Bereich des oberen Drittels d^er Dammhöhe liegt nach einem weiteren Erfindungsmerkmal etwa zwischen 55 bis 75°. Ein solcher Neigungswinkel gewährleistet dort, trotz der beschriebenen Auflockerung der Dammschüttung, eine ausreichende Einspannung der Kerndichtung zwischen der luft- und wasserseitigen Dammaufschüttung durch die Auflast letzterer.

Die Höhenlage der Abwinkelung der Kerndichtung im Bereich des oberen Drittels der Dammhöhe aus der erfindungsgemäßen Schräglage in die Senkrechte oder in andere Schräglagen richtet sich im wesentlichen nach dem Setzverhalten der Dammschüttung, das durch die Beschaffenheit des zur Verfugung stehenden Dammschüttgutes nach Korngröße, Kornform und Kornzusammensetzung und Verdichtbarkeit bestimmt ist So ist die zu erwartende Setzung der Dammschüttung um so geringer, je stetiger ihre Kornzusammensetzung und damit je'geringer ihr Hohlraumvolumen im verdichteten Zustand ist. Das unterschiedliche Setzverhalten des zum Einbau gelangenden Dammschüttgutes in trockenem Zustand und unter Wasser läli. sich durch Versuche mit ausreichender Genauigkeit bestimmen. Der Abstand der Abwinkelung von der Dammkrone sollte auch bei Dammschüttgütern mit geringer Setzbewepung den Betrag von 8 bis 12 m nicht unterschreiten.

DiL erfindungsgemäße Schräglage der Kerndichiung setzt diese dort größeren Biegezug- und Scherbeanspruchungen aus, die besonders während des Dammaufbaus und der ersten Betriebsjahre durch größere Setzbewegungen im Bereich der Dammdichtung verursacht werden. Die bituminöse Kerndichtung ist mit ihrem Mineralkornaufbau und dem bituminösen Bindemittel so zusammengesetzt, daß ihre Querdehnung mit der Verformung der beiderseitigen Stützkörper auch bei den höchsten Belastungen im unteren Abschnitt im Gleichgewicht stehen muß· ^Die dieser hohen Stabilität entsprechende Verformbarkeit (Plastizität) der Kerndichtung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im oberen Bereich des Dammes, insbesondere in den schrägen Kerndichtungsabschnitten und im Bereich ihrer Abwinkelungen, vergrößert Sie kann mit kleiner werdendem Neigungswinkel von Schrägabschnitt zu Schrägabschnitt gegenüber der Verformbarkeit im unteren Kerndichtungsabschnitt um bis zu etwa 40% vergrößert werden, da ein wachsender Gewichtsanteil der plastischen Dichtung vom luftseitigen Stützkörper aufgenommen und damit auch der Horizontaldruck auf den wasserseitigen Stützkörper entsprechend vermindert wird.

Damit ist eine größere Sicherheit gegen die erhöhten Beanspruchungen gewährleistet, denen die schrägen Kerndichtungsabschnitte durch die Setzbewegun<5en des Dammes ausgeseti-t sind, die erfahrungsgemäß etwa im 8ereich des mittleren bis oberen Drittels der Dammhöhe das Maximum erreichen und nach oben entsprechend der geringeren Auflast wieder abnehmen.

Die größere Verformbarkeit der schrägen Kerndichtungsabschnitte und der Abwinkelungen kann z. B. ohne weiteres durch F.jnbati eines Kerndichtungsbaustoffes erreicht werden, der eine weichere Bitumensorte enthält und/öder' eine veränderte Mineralkornzusanv mensetzung, insbesondere in seinem Mörtelänteil aus Bitumen,Sand und Füli^stoffen aufweist.

Ein zusätzliches Mittel zum Auffangen der erhöhten Biegezug- und Sche.rbeanspruchungen, insbesondere im Bereich des mittleren bis oberen Drittels der Dammhöhe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Kerndichtung dort dicker dimensioniert wird.

Dadurch kann ihr Formänderungsvermögen ohne Einbuße der Wasserundurchlässigkeit nach Bedarf weiter vergrößert werden.

Die erfindungsgemäße Kerndichtung wird vorzugsweise nach dem in der deutschen Patentschrift 11 70 329 offenbarten Verfahren hergestellt, nach dem der KerndichlUngsbäUstöff Und die benachbarten (lufl· Und wasserseitigen) Dammaufschüttungen durch parallele, in Richtung des Staudammes auf dem Planum Voranbewegte Trennwände räumlich voneinander ge^ trennt, gleichzeitig lagenweise aufgeschüttet, auf gleiches Niveau planiert und anschließend hinter den Trennwänden gemeinsam verdichtet werden, wobei die Trennwände zum Erzeugen der schrägen Kerndichtungsabschnitte erfindungsgemäß in einer der Neigung letzterer entsprechenden Querneigung auf dem Planum voranbewegt und von Schüttlage zu Schüttlage seitlich Um einen Betrag versetzt werden, der die glatte, stufenlose Form des Kerndichtungsquerschnitts gewährleistet. Mit dieser Abwandlung des bekannten Einbauverfahrens ist ein optimal geringer Kerndichtungsbaustoffverbrauch gewährleistet. Durch Ändern der Querneigung der Trennwände und gegebenenfalls ihres gegenseitigen Abstandes läßt sich die Kerndichtung mit beliebigen und gegebenenfalls wechselnden Neigungen und Dicken in die Dammschüttung einbauen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Von den dargestellten Figuren zeigt

F i g. 1 einen beispielsweisen Querschnitt des Staudammes mit der erfindungsgemäßen Kerndichtung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Einbauverfahrens an Hand eines Querschnittsteils des Staudammes in dem Bereich der schrägen Kerndichtung.

Der Staudamm besteht nach F i g. 1 aus der wasserseitigen Dammaufschüttung 1, der luftseitigen Dammaufschüttung 2 und der die beiden Aufschüttungen voneinander trennenden wasserdichten Kerndichtung 3 aus bituminösem Mineralkorn, die sich in Gestalt einer Schürze über den gesamten Längsschnitt des Staudammes in dessen Innerem erstreckt. Die Kern-

oberen Teil, etwa im Bereich des oberen Drittels h 3 der Dammhöhe, eine nach der Luftseite des Dammes hin gerichtete Schräglage auf, deren Neigung β gegen die Horizontale etwa in Richtung der dort zu erwartenden, durch unterschiedliche Setzbewegungen der luft- und wasserseitigen Dammaufschüttung verursachten, durch den Pfeil 4 angedeuteten Querbewegung der Dammaufschüttung verläuft Der Neigungswinkel β beträgt meistens 55 bis 75". Im Anschluß an die Schräglage β ist die Kerndichtung nach unten, wie in dicker Linie dargestellt, in eine oder mehrere Schräglagen abgewin^r kelt,' deren Neigungswinkel y, 6 jedoch den Neigungswinkel β der Schräglage im oberen Drittel der Dammhöhe nicht unterschreiten. Diese Ausgestaltung ergibt, wie Fig. 1 ohne weiteres erkennen läßt, insgesamt eine Vorwötbung der Kerndichtung 3 nach

der Wasserseite hin, die den Vorteil hat, daß die Kerndichtung unter dem Wasserdruck Und den Setzbewegungen der Dammschüttungen im wesenlll· chen nur Druckbeanspruchungen erfährt Die Scheitelhöhe V der Vorwölbung wird durch Wahl der Neigungswinkel ß, y₍ <5 mindestens so groß bemessen, daß sie unter der zu erwartenden Setzbewegung der Dammaufschüttungen und dem Wasserdruck keine Durchwölbung nach der Luftseitc des Dammes hin annehmen kann. Die zu erwartende Setzbewegung läßt sich aus Messungen des Setzverhaltens der Dammaufschüttung in trockenem Zustand und unter Wasser mit ausreichender Genauigkeit bestimmen.

Im oberen Bereich hy des Dammes is. die Verformbarkeit der Kerndichtung 3 und ihrer Abwinkelungen K gegenüber ihrer Verformbarkeit im unteren Dammbereich Λχ durch den Einbau von Kerndichtungsbaustoff von größerer Plastizität vergrößert. Der mittlere Teil hz dieses Bereiches der Kerndichtung, etwa im mittleren bis oberen Drittel der Dammhöhe, in dem erfahrungsgemäß die größten Verformungen der Kerndirhtung durch die Setzbewegungen der Dammaufschüttungen zu erwarten sind, erhält vorzugsweise eine größere Dicke 5 2 als die Dicke s3 des oberen und die Dicke s 1 des unteren Kerndichtungsabschnitts, wie es in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist Die größere Dicke läßt auch größere Verformungen der Kerndichtung zu, ohne daß das Auftreten von Undichtheiten befürchtet werden muß.

Das Einbauen des unteren senkrechten Abschnitts der Kerndichtung erfolgt, wie in Fig.2 dargestellt, nach dem in der deutschen Patentschrift 11 70 329 offenbarten Verfahren, nach dem der Kerndichtungsbaustoff 3 und die benachbarten, luft- und wasserseitigen Dammaufschüttungen 1, 2 durch parallele, in Richtung des Staudammes auf dem Planum voranbewegte Trennwände 5, 5' räumlich voneinander getrennt, gleichzeitig in

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und in Bewegungsrichtung hinter den Trennwänden gemeinsam verdichtet werden. Zum Einbauen der schrägen Kerndichtungsabschnitte β, γ, δ werden die Trennwände 5, 5', wie in vollen Linien dargestellt, in einer den Neigungswinkeln β, γ, δ entsprechenden Querneigung auf dem Planum voranbewegt und von Schüttlage czu Schüttlage d seitlich um einen Betrag ζ versetzt, der die stufenlose Form des schrägen Kerndichtungsabschnitts gewährleistet Die VerdicKong s 2 kann dabei durch Vergrößern des gegenseitigen Abstandes der Trennwände 5,5' erzeugt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Bituminöse Kerndichtung in Wasserstaudämmen, die sich in Gestalt einer lotrechten oder einer nach der Luftseite hin unter einer steileren Neigung als dem natürlichen Böschungswinkel des Dammschüttgutes verlaufenden Dichtungswand über den gesamten Längsschnitt des Staudammes in dessen innerem erstreckt und deren Mineralmasse vorzugsweise betonartig zusammengesetzt und in ihrer Korngröße so ausgebildet ist, daß sie sich mit den angrenzenden, luft- und wasserseitigen Dammaufschüttungen innig verzahnt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerndichtung (3) wenigstens im Bereich des oberen Drittels der Dammhöhe eine nach der Luftseite (2) des Dammes hin gerichtete Schräglage (ß) aufweist, deren Neigung etwa in Richtung der dort zu erwartenden, durch unterschiedliche Setzbewegungen der luft- und wasserseitigen Dit/nmaufschüttung verursachten Bewegung (4) letzterer verläuft

2. Bituminöse Kerndichtung nach Anspruch 1 mit im Anschluß an ihren geneigten Abschnitt im oberen Drittel nach der Luftseite hin geneigt verlaufenden weiteren Dichtungsabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräglagen (γ, ö ...) der weiteren Dichtungsabschnitte das Maß der Schräglage (ß) im oberen Drittel des Dammes nicht unterschreiten.

3. Bituminöse Kerndichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Abwinkelungen {β, γ, <5) bedingte, nach der Wasserseite des Dammes hin gerich\ete Vo tvölbung der Kerndichtung (3) durch Wahl der Winkel (β. γ. ό) in ihrer Scheitelhöhe (V) mindestens ,o groß bemessen ist, daß sie unter den zu erwartenden Setzbewegungen der Dammaufschüttungen (1, 2) und dem Wasserdruck keine Durchwölbung nach der Luftseite des Dammes hin annehmen kann.

4. Bituminöse Kerndichtung nach Anspruch 1. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (J?) der Kerndichtung im Bereich des oberen Drittels der Dammhöhe etwa 55 bis 75" beträgt.

5. Bituminöse Kerndichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformbarkeit (Plastizität) der Kerndichtung (3) im oberen Bereich (hy) des Dammes, insbesondere in den schrägen Kerndichtungsabschnitien (β. γ. Λ ...) und im Bereich der Abwinkelungen (K) gegenüber ihrer Verformbarkeit im unteren Bereich (hx) des Dammes vergrößert ist

6. Bituminöse Kerndichtung nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe P) ciwa im Hcrcith (h/) des mittleren bis oberen Drittels der l)ammh"hc cmc größere Dicke (s 3) aufweist iils oben und unten

7 Vi-rf-threri /um laKcnwciscn Einbauen der Κ'ΓΓίΊκ M'iny ii.h h den Ansprüchen 1 bis 6. nach Ί'-ffp 'Irr K" mti» httiriysbausKiff und die benachbart'-ii (IuI' 'iri'l w.issiT'.tiiiKcn) Dammaufschüttungen 'lufüi jiafalklti, iii Kiehlung des Staudammes auf fiffii l'i;iriiit(i voradbewegiü Trennwände räumlich 7'ifiK)fi;ifiil<:f K'iirefiril, gleich/eilig lagenweise aüfge^ ν Mifirii, au/ y,li;i(;hüs Niveau planiert Und verdichtet •//".f/lRfi,i(ai|iiri:ii jjekcnnzcichneOdaß zum Erzeugen 'Irr VUiAy₁VM Kcrndichlüngsleile (β, γ, δ) die 'if.tittwAtuiii (5, V) in einer der gewünschten f Indian lel/.iüruf entsprechenden Querneigung auf dem Planum voranbewegt und von Schüttlage zu Schüttlage seitlich um einen Betrag (z) versetzt werden, der die stufenlose Form des schrägen Kerndichtungsquerschnittes gewährleistet