DE2248326A1

DE2248326A1 - Verfahren zur verdichtung der umbettung erdverlegter kunststoffrohre

Info

Publication number: DE2248326A1
Application number: DE19722248326
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl-Ing Rueede
Original assignee: ROLLMAPLAST AG
Current assignee: ROLLMAPLAST AG
Priority date: 1972-05-31
Filing date: 1972-10-02
Publication date: 1973-11-29
Also published as: CH539741A; FR2184788A1; NL7306647A; BE799483A; ATA421173A; SE401540B; AT334295B; GB1434096A

Description

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ROLLMAPLAST AG, . Gerlafingen (Schweiz)

Verfahren zur Verdichtung der Umbettung erdverlegter

Kunststoffrohre

Die Funktionssicherheit erdverlegter Rohrleitungen für drucklosen oder druckarmen Betrieb hängt in hohem Mass von deren Verhalten unter Aussenlast ab. Letztere wird bei erdverlegten Rohren durch das Gewicht des über der Leitung liegenden Erdreiches und allfällige zusätzliche Auflast (Verkehrslast etc.) verursacht. Da sich Erddrücke im -Gegensatz zu hydrostatischen Drücken nicht gleichmässig nach allen Richtungen fortpflanzen, resultiert selbst bei homogener Umbettung eine über dem Rohrumfang variable' Lastverteilung. Die Abhängigkeit der Erddruckausbreitung von der Art des Erdreiches und dessen Verdichtungsgrad

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sowie die reibungsbedingte Behinderung ausgleichender innerer Materialverlagerungen wirken sich unter praxisnahen Bettungsbedingungen als zusätzliche Beeinflussung der Lastverteilung aus. Die Tragfähigkeit erdverlegter Rohrleitungen hängt also nicht nur von deren Eigensteifigkeit, sondern

j auch von der Qualität der Umbettung ab.

Bei Rohrdeformationen baut sich als Folge von Rohrwandverschiebungen ein sogenannter passiver Erddruck auf, v/elcher sich dem eingangs erwähnten (aktiven) Erddruck überlagert und dadurch seinerseits die Lastverteilung über dem Rohrumfang beeinflusst. Der passive Erddruck wirkt über die Behinderung der Rohrdeformation dem aktiven Erddruck entgegen und erhöht damit die Tragfähigkeit der Rohrleitung. Dieser Versteifungseffekt entfällt selbstverständlich für Rohre aus verformungsarmen Werkstoffen, wie zum Beispiel Steinzeug und Beton. Solche Rohre, die in der Vergangenheit für erdverlegte Leitungen mit geringer Innendruckbeanspruchung die Regel v/aren, müssen so querschnittssteif dimensioniert werden, dass sie im Erdreich als starre, selbsttragende Bauwerke wirken. Seit einigen Jahren gelangen nun aber für erdverlegte, druckarm oder drucklos betriebene Rohrleitungen auch Kunststoffrohre zum Einsatz. Rohre aus Kunststoff, speziell solche aus Polyäthylen, zeichnen sich durch eine relativ grosse Deformierbarkeit aus, verfugen aber wegen ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer Neigung zu kaltem Fluss nur über eine bescheidene und zudem zeitabhängige Eigensteifigkeit. Sie müssten deshalb unwirtschaftlich dickwandig ausgeführt werden, um als selbsttragende Bauwerke gelten zu können. Aus diesem Grund drängt sich die Ausnützung der versteifenden Wirkung des passiven Erddruckes durch Tolerierung einer gewissen Querschnittsdeformation auf. Es liegt auf der Hand, dass eine Verlegungstechnik, welche

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mindestens- teilweise auf die Stützwirkung der Rohrumgebung abstellt, noch weit stärker von der Qualität der Umbettung, abhängt, als dies bei starren, selbsttragenden Rohren der Fall ist. Das bedeutet, dass der erdbauliche Aufwand über das für die,Einbettung starrer Rohre Uebliche hinausgehen muss, sofern nach den herkömmlichen Bauregeln gearbeitet wird.' Letztere haben sich aufgrund jahrzehntelanger Erfahrungen mit starren Rohren herauskristallisiert und sind in zahlreichen ähnlich lautenden Vorschriften und Merkblättern fachtechnischer und nationaler Gremien festgehalten, zum Beispiel:

Normblatt SNV 40535 (Strassehentwässerung, Ausführungsvorschriften für Grab-'· arbeiten)

Normblatt DIN 18300 (Allgemeine technische Vorschriften für Erdarbeiten)

Normblatt DIN 40 33 (Entwässerungskanäle und

-leitungen aus vorgefertigten Rohren)

Merkblatt der Forschungsgesellschaft für (üeber das Zufüllen von das Strassenwesen e.V., ^itungsgräben)

Köln - · -

Die genannten Bauregeln werden heute im allgemeinen auch für Kunststoffrohre als verbindlich betrachtet. In der Praxis wird jedoch sowohl für starre als auch für flexible Rohre oft von diesen Vorschriften abgewichen, weil letztere einen erheblichen Aufwand an teurer Handarbeit verlangen. Die Rechtfertigung wird aus praktischen Erfahrungen mit starren Rohren, die im allgemeinen eine beachtliche Festig-

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keitsreservc: aufweisen, abgeleitet. Die Uebertragung so]eher Praktiken auf Kunststoffrohre kann aber verheerende Folgen haben. Deshalb müssen entweder die Kunststoffrohre so dickwandig ausgeführt werden, dass auch unter praxisüblichen Bedingungen ausreichende Sicherheit gewährleistet ist, oder es sind neue Wege zu beschreiten, die unter Ausnutzung spezifischer Eigenschaften der Kunststoffrohre ohne überdurchschnittlichen erdbaulichen Aufwand zu ausreichend stützungsfähigen Rohrumbettungen führen. Eine Technik in diesem Sinne bildet Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Diese betrifft ein Verfahren zur Verdichtung der Umbettung erdverlegter Kunststoffrohre, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitungszone hierfür geeignetes Verfüllungsmaterial durch Vibration komprimiert wird, indem für den Einsatz von Vibrationsverdichten! die üeberdeckungshöhe über dem Rohrscheitel so limitiert wird, dass die Rohrleitung mit in das Vibrationssystem einbezogen wird, oder indem die Rohrleitung durch einen im Rohrinnern angesetzten Vibrationserzeuger z,u Schwingungen angeregt wird.

Der Begriff Leitungszone umfasst den Grabenbereich ab Sohle bis und mit Schutzschicht, die im verdichteten Zustand üblicherweise etwa eine über den Rohrscheitel hinausgehende Höhe von 20 bis 30 cm aufweist. Es handelt sich also um jene Grabenpartie, die bezüglich Erdarbeiten am anspruchsvollsten ist. Als Verfüllungsmaterial empfiehlt sich nichtbindiges Erdreich, das heisst Sand oder Kies, wobei letzterer eine Korngrösse von ca. 20 mm nicht überschreiten sollte. Kies und Sand setzen ausgleichenden Verlagerungen relativ wenig Reibungswiderstand entgegen und eignen sich vorzüglich für Vibrationsverdichtung. Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass auf die vorschriftsgemässe, mühsame Verdichtung mit Handstampfer unter schichtweiser

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Materialeinbringung in Lagen von- 10 bis 20 cm Höhe verzichtet v/erden kann. Mithilfe von Vibrationsgeräten kann die Leitungszone als Ganzes gründlicher und weniger aufwendig verdichtet werden, sofern die Einsatzhöhe über dem Rohrscheitel so auf die verwendeten Vibrationsverdichter abgestimmt ist, dass der Querschnitt der unmittelbar darunterliegenden Rohrleitungspartie in Schwingung versetzt wird. Dadurch wird die Vibrationswirkung in der Umgebung der Rohrleitung so intensiviert, dass mit Sicherheit allfällig vorhandene Hohlräume aufgefüllt werden. Ausserdem fällt die Verdichtung im allgemeinen regelmässiger aus als nach der herkömmlichen manuellen Methode. Zudem entfällt das gewichtsbedingte Problem des Auftriebes von Kunststoffrohrleitungen beim Unterstopfen. Als Vibrationsverdichter eignen sich vor allem Vibrationsstampfer» Diese haben üblicherweise ein Eigengewicht zwischen 50 und 150 kp und eine Stampf-

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fläche zwischen etwa 1000 und 2000 cm '. Sie lassen sich somit ohne grosse Mühe in Leitungsgräben absenken, haben eine handliche Grösse und eine statische Flächenpressung

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(ca. 0,05 bis 0,07 kp/cm )■, die selbst Rohren mit bescheidener Ringsteifigkeit bei nur lose aufgeschütteter Hinterfüllung ohne weiteres zugemutet werden kann. Dank der schnellen Schlagfolge von ca. 400 bis 600 Schlägen pro Minute ergibt sich eine Stampfverdichtung mit einer der Rüttelverdichtung ähnlichen Wirkung» Die Tiefenwirkung liegt bei unverdichteten Schüttlagen etwa zwischen 40 und 60 cm. Durch die Verdichtung reduziert sich die Anfangshöhe je nach Bodenart um ungefähr 15 bis 25 %. Um den durch Schwingungen des Rohrquerschnittes gegebenen Verdichtungseffekt möglichst wirkungsvoll zur Geltung bringen zu können, sollte die als Ausgangslage für den Stampfereinsatz massgebende Höhe der losen Schüttung' über dem Rohrscheitel nur

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so gross gewählt werden, dass nach erfolgter Verdichtung lediglich noch eine minimale Schutzschichthöhe bestehen bleibt. Diese Schutzschicht hat im vorliegenden Fall nur die Aufgabe, ein direktes Aufschlagen des Stampfers auf Rohr oder Rohrleitungsteile zu vermeiden. Unter Berücksichtigung der über das glatte Rohr hinausragenden Verbindungsteile und der maximalen Korngrösse des Verfüllungsmaterials ergibt sich beispielsweise für Rohre bis ₍400 mm Aussendurchmesser eine minimal einzuhaltende Schutzschichtdicke von etwa 10 cm, was in loser Schüttung einer Rohrscheitelüberdeckung von ca. 20 bis 30 cm entspricht. Damit kommen die Rohre - selbst bei noch grösseren Durchmessern - auf alle Fälle in den Wirkungsbereich der beschriebenen Vibrationsstampfer zu liegen. Nach herkömmlichen Bauregeln muss beim Einsatz gleichartiger Verdichtungsgeräte je nach Rohrart eine minimale (verdichtete) Schutzschicht von 40 bis 80 cm Höhe über dem Rohrscheiteι eingehalten werden. Das bedeutet, dass bis zu einer im verdichteten Zustand gemessenen Rohrscheitelüberdeckung von etwa 30 bis 50 cm von Hand gearbeitet werden muss, während sich nach der vorliegenden Erfindung diese Handarbeit erübrigt. Der dadurch gegebene wirtschaftliche Vorteil ist offensichtlich.

Das Ansetzen eines Vibrationserzeugers im Innern der Rohrleitung erfordert gegenüber der erstbeschriebenen Variante einen weiteren Arbeitsgang und einen zusätzlichen apparativen Aufwand. Daher ist die Beschreitung dieses Weges im allgemeinen nur sinnvoll, wenn sich aufgrund spezieller Verlegungsbedingungen keine ausreichende Vibrationsenergie auf die Rohrleitung übertragen lässt. Dies kann vor allem bei Rohrleitungen grossen Durchmessers zutreffen.

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Die GrabenverfüHurg oberhalb der Schutzschicht ist für die Rohrleitung selbst von 'sekundärer Bedeutung. Deshalb kann dieser Teil der Arbeit nach den üblichen Bauregeln ausgeführt werden. ■ Der erforderliche Aufwand hängt davon ab, inwieweit spätere "Setzungen der Grabenverfüllung toleriert werden können.

Nach.dem Verfahren gemäss vorliegender Erfindung lässt sich eine so hohe Verdichtung erzielen, dass nach der Verdichtungsoperation in der Leitungszone selbst unter der Wirkung grosser Verkehrslasten höchstens noch unbedeutende Setzungsvorgänge zu erwarten sind. Dies hat den Vorteil, dass die effektiv wirksame Eigensteifigkeit der Rohre von einem verhältnismässig hohen Kriechmodul (= zeitabhängiges Verhältnis von Werkstoffspannung zu relativer Dehnung) profitieren kann, indem als massgebende Zeitspanne nicht die gesamte Einsatzdauer der Rohre, sondern lediglich der zeitliche Aufwand für die Verdichtungscperation ins Gewicht fällt.

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zur Verdichtung der Umbettung erdverlegter Kunststoffrohre, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitungszone hierfür geeignetes Verf üllungsinaterial durch Vibration komprimiert wird, indem für den Einsatz von VibrationsVerdichtern die üeberdeckungshöhe über dem Rohrscheitel so limitiert wird, dass die Rohrleitung mit in das .Vibrationssystem einbezogen wird, oder indem die Rohrleitung durch einen im Rohrinnern angesetzten Vibrationserzeuger zu Schwingungen angeregt wird.

26.9.1972
My/li /

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