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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Einsenken einer ein flexibles Flächenmaterial mit im wesentlichen vertikaler
Erstreckung, beispielsweise einer Kunststoffolie, umfassenden Anordnung in einen
mit einer thixotropen Schlemme gefüllten Graben.
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Es ist bekannt, in den Erdboden vertikale Folienwände einzubringen,
um den horizontalen Medienaustausch zu unterbinden, beispielsweise um das Einsickern
von Schadstoffen aus dem Bereich einer Mülldeponie in das Grundwasser der Umgebung
zu verhindern. Es ist jedoch außerordentlich schwierig, eine
flexible
Folie in hinreichende Tiefe von beispielsweise 30 oder 50 m zu bringen. Es wurde
vorgeschlagen (Prospekt Schlegel Lining Technology, Inc. "The Envirowall), einen
Schlitzgraben unter Füllung mit Bentonitschlemme auszuheben und eine Doppelfolie,
die taschenartig am unteren Rand und an den vertikalen Seitenrändern geschlossen
ist, dadurch einzubringen, daß man sie mit Sand füllt, dessen spezifisches Gewicht
größer ist als das der Schlemme, so daß die mit Sand gefüllte Doppelfolie unter
Verdrängung der Schlemme in den Schlitzgraben einsinkt. Das bekannte Verfahren kann
dann auf Schwierigkeiten stoßen, wenn die taschenförmige Doppelfolie an den Wänden
des Schlitzgrabens starken Reibungswiderstand vorfindet, weil die Sandfüllung der
Tasche diese nicht nur nach unten zieht, sondern die Folien auch gegen die senkrechten
Seitenwände drückt. Außerdem ist schwer kontrollierbar, ob die Tasche während der
Absenkung tatsächlich die gewünschte Tiefe in ordnungsgemäßer Lage erreicht hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, die das leichtere und kontrollierbare Absenken einer Anordnung gestattet,
die ein flexibles Flächenmaterial, beispielsweise eine Kunststofffolie, umfaßt.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Unterrand der abzusenkenden
Anordnung einer im wesentlichen vertikal ziehenden Kraft und zusätzlich einer ständigen
Relativbewegung in bezug auf die Schlemme unterworfen wird.
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Durch die ständige Relativbewegung des Unterrands der Anordnung gegenüber
der ihn umfassenden Schlemme wird diese
in dem begrenzten Einwirkungsbereich
der Relativbewegung aus dem quasi festen Zustand in den flüssigen Zustand überführt,
so daß sie dem Einsenken der Anordnung keinen wesentliche Widerstand entgegensetzt.
Dadurch gelingt es - in Kcmbination mit der ziehenden Kraftausübung auf die einzusenkende
Anordnung - diese ohne wesentlichen Reibungswiderstand in die vorgesehene Lage hinabzuziehen.
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Die Relativbewegung des unteren Rands der Anordnung kann von jeglicher
Art sein, sofern dadurch das Ziel der Verflüssigung der th,ixotropen Schlemme erreicht
wird. Bevorzugt ist eine Vibrationsbewegung, die zweckmäßigerweise eine quer zur
Erstreckungsebene des Flächenmaterials verlaufende Komponente umfaßt. Auch eine
in vertikaler Richtung verlaufende Vibrationsbewegung hat sich bewährt, wobei diese
insbesondere mit einer horizontalen Vibrationsbewegung verbunden sein kann, beispielsweise
in der Form einer rotativen Vibration um eine zur Richtung des Randes parallele
Rotationsachse.
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Auch eine Vibration in Richtung des Unterrandes der Anordnung kann
in manchen Fällen zweckmäßig sein. Schließlich besteht auch die Möglichkeit einer
Schwell-Vibration, wenn der besagte Rand von einem flexiblen Schlauch gebildet ist,
der mit wechselndem Druck beaufschlagt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsweise der Erfindung wird statt der Vibrationsbewegung
eine Rotationsbewegung vorgesehen, und zwar mittels walzenförmiger Bauelemente,
die längs des Unterrandes der Anordnung um parallel dazu verlaufende Drehachsen
drehbar und angetrieben sind.
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Zum Aufbringen der Zugkräfte und der Relativbewegung dient ein Zug-
und Bewegungsapparat, der in der abzusenkenden Anordnung mit dem Unterrand des flexiblen
Flächenmaterials
verbunden ist. Er kann beispielsweise von außen
mit dem Rand des Flächenmaterials verbunden, beispielsweise an diesen angeklemmt,
sein. Bei einer anderen Ausführungsform der Anordnung ist er in eine den Unterrand
des Flächenmaterials bildende Tasche eingelegt, wobei es nicht darauf ankommt, ob
diese nur als Saum vorgesehen ist oder das untere Ende einer insgesamt taschenförmig
geschlossenen Doppelfolie darstellt. Die Anordnung des Apparats in aner Tasche hat
den Vorteil, daß die vertikal nach unten gerichteten Kräfte nicht durch zusätzliche
Verbindungsmittel von dem Apparat auf den Folienrand übertragen werden müssen.
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Der mit dem Unterrand des Flächenmaterials verbundene Zug-und Bewegungsapparat
kann als solcher mit dem die Bewegung hervorrufenden Mechanismus, beispielsweise
mit Unwucht-Vibratoren, versehen sein oder solche Mechanismen enthalten.
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Wenn er schwer genug ist, kann er durch sein Eigengewicht die erwünschte
Zugkraft auf das Flächenmaterial ausüben.
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Im allgemeinen einfacher und deshalb vorzuziehen ist eine Anordnung,
in welcher der Unterrand von einem mit dem flexiblen Flächenmaterial verbindbaren,
langgestreckten Träger gebildet ist, der mit wenigstens einer vertikalen Tragstange
verbunden oder verbindbar ist, wobei der die Bewegung hervorrufende Mechanismus
(beispielsweise Vibrator) mit der Tragstange in deren über die Erdoberfläche hinausragenden
Teil verbunden ist und die Tragstange die Bewegung auf den langgestreckten Träger
überträgt. Auch die Einsenkkraft kann über die Tragstange auf den Träger übertragen
werden. Bei großer Länge der Träger können mehrere Tragstangen mit entsprechend
mehreren Vibratoren vorgesehen sein.
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An der Tragstange bzw. den Tragstangen kann der Träger
nach
Beendigung des Einsenkens und nach dem Lösen der Verbindung vom Flächenmaterial
aus dem Graben wieder gehoben werden. In manchen Fällen kann es auch einfacher sein,
eine unlösbare Verbindung zwischen dem Träger und dem Unterrand des Flächenmaterials
vorzusehen, den Träger im Graben zu belassen und lediglich die Tragstange bzw. Tragstangen
nach Lösung vom Träger wieder zu heben.
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Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor, daß der sogenannte
Unter rand der Anordnung in manchen Fällen von dem unteren Rand des Flächenmaterials
gebildet ist, nämlich dann, wenn dieses Material als solches die nach unten vorangehende,
relativ zur Schlemme bewegte Kante bildet. Dies ist dann der Fall, wenn der Zug-
und Bewegungsapparat innerhalb einer den Unterrand des Flächenmaterials bildenden
Tasche untergebracht ist. In anderen Fällen wird der Unterrand der Anordnung von
dem Zug- und Bewegungsapparat selbst gebildet, beispielsweise dem langgestreckten,
mit dem Unterrand des Flächenmaterials verbundenen Träger.
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Wenn die Relativbewegung als Vibration ausgeübt wird, liegt sie zweckmäßigerweise
in einem Frequenzbereich von etwa 1-300 Hz.
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Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung im Zusammenhang
mit solchen Sperrfolienabschnitten, die an ihren vertikalen Rändern mit Profilen
versehen sind, die formschlüssig mit komplementären Profilen benachbarter Abschnitte
zusammenwirken, da in diesem Fall die in derartigen Profilen zu erwartende Reibung
durch die Relativbewegung, insbesondere im Falle einer Vibration, herabgesetzt wird.
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Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulicht.
Darin zeigen: Fig. 1 eine seitliche Flächenansicht der Anordnung, Fig. 2 eine seitliche
Stirnansicht der Anordnung und Fig. 3 bis 6 weitere Ausführungsformen des Zug-und
Bewegungsapparats.
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In den Erdboden 1, dessen Oberfläche bei 2 dargestellt ist, ist ein
Schlitzgraben 3 eingebracht, der mit einer thixotropen Schlemme 4 gefüllt ist, die
punktiert angedeutet ist und aus einer Bentonit-Aufschlemmung, ggf. mit Zementzusätzen,
bestehen mag.
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In den Graben ist bereits ein Abschnitt 5 eines flexiblen Flächenmaterials
eingebracht, beispielsweise von der in der deutschen Patentanmeldung P 34 16 568
beschriebenen Art, die aus einer Polyethylenfolie von einigen Millimeter Dicke besteht
und an den vertikalen Kanten Verbindungsprofile 6 aufweist.
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Ein weiterer Abschnitt 5 solcher Art ist im Anfangsstadium des Einsenkens
dargestellt. Er hängt über eine Tragstange 7, die mit seinem oberen Rand verbunden
ist, an Kranseilen 8, während sein unterer Randstreifen bereits in den Graben eingedrungen
ist, und zwar unter entsprechendem Ineinandergreifen der Verbindungsprofile 6 des
ein zusenk enden Abschnitts und des bereits im Graben befindlichen Abschnitts.
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Mit dem unteren Rand 9 des Flächenmaterials ist ein Träger 10 in nicht
näher dargestellter Weise verbunden.
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Die den Träger 10 bildende Stange kann beispielsweise an einer Vielzahl
von Stellen mit dem Rand des Flächenmaterials fest oder lösbar verklemmt sein. Der
Träger 10 ist mit einer Tragstange 11 starr verbunden, die oben aus dem Graben 3
herausragt und ihrerseits starr mit einem Vibrator 12 verbunden ist. Mit dem Fortschritt
des Einsenkungsvorgangs kann die Tragstange 11 schrittweise verlängert werden, wie
das bei 11' angedeutet ist, bis die aus dem Flächenmaterial 5, dem Träger 10 und
der Tragstange 11 bestehende Anordnung bis zur gewünschten Tiefe in den Graben 3
eingesenkt ist.
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Es können nicht dargestellte Einrichtungen vorgesehen sein, die eine
seitliche Halterung für die Tragstange 11 und/oder den Vibrator 12 bilden.
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Aufgabe des Trägers 10 ist es, auf das Flächenmaterial 5 vom unteren
Rand her eine Zugkraft nach unten aufzubringen, um es nach unten in den Graben hineinzuziehen.
In manchen Fällen kann zur Erzeugung der Zugkraft das Gewicht der Anordnung und
des Vibrators 12 ausreichen. In anderen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine zusätzliche,
nach unten gerichtete Kraft auf die Tragstange 11 oder den Vibrator 12 aufzubringen,
wie dies mit einem großen Pfeil 13 in Fig. 2 angedeutet ist. Außerdem ist es Aufgabe
des Vibrators, dem Träger 10 über die Vermittlung der Zugstange 11 eine Relativbewegung
gegenüber der Schlemme 4 solcher Art zu erteilen, daß durch diese Relativbewegung
die thixotrope und ansonsten quasi feste Schlemme im Bereich des Trägers 10 in einen
hinreichend flüssigen Zustand überführt wird,
um dem Senken der
Anordnung weniger Widerstand entgegenzusetzen. Oberhalb des Trägers 10 schadet es
nichts, wenn die Schlemme sich wieder verfestigt, weil dadurch die Reibung an dem
glatten und querschnitts-konstanten Material 5 nicht wesentlich beeinflußt wird.
Im übrigen pflanzt sich die auf den Träger 10 ausgeübte Vibration auch dem Flächenmaterial
5 in einem gewissen Maß mit, so daß die an das Flächenmaterial angrenzende Schlemme
ebenfalls bis zu einem gewissen Grade verflüssigt sein kann.
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Über die Art und Größe der Relativbewegung, die zur Verflüssigung
der Schlemme im Bereich des Trägers 10 verursacht werden soll, brauchen keine detaillierten
Angaben gemacht zu werden, weil sich diese nach der Erfahrung und durch Versuch
leicht ermitteln lassen. Wenn die Relativbewegung des Trägers zur Schlemme eine
Vibrationsbewegung ist, soll deren Frequenz möglichst groß und die Amplitude klein
sein, damit sich die Verflüssigungswirkung nach Möglichkeit auf den dem Träger unmittelbar
benachbarten Bereich der Schlemme beschränkt. Grenzen für die Höhe der Frequenz
sind durch die Ubertragungseigenschaften des Trägers 10 und der Tragstange 11 gezogen.
In anderen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, mit niedrigen Frequenzen zu arbeiten,
um dadurch den Energiebedarf und den mechanischen Aufwand für den Vibrator gering
zu halten.
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Es ist ersichtlich, daß es mit dieser Anordnung gelingt, einerseits
die für die Erhaltung der Grabenform notwendige thixotrope, quasi feste Eigenschaft
der Schlemme zu nutzen, während diese andererseits am vorlaufenden Ende der einzusenkenden
Anordnung so verflüssigt wird, daß sie der Senkbewegung der Anordnung keinen zu
großen Widerstand entgegensetzt.
Die Relativbewegung der Anordnung
hat auch den Vorteil, daß die Reibung der ineinander zu schiebenden Verbindungsprofile
6 herabgesetzt wird. Dadurch, daß die Anordnung vom unteren Ende her in den Graben
eingezogen wird, wird gewährleistet, daß sie im wesentlichen eben ausgespannt bleibt
und demzufolge nicht mit großer Reibung sich an den Grabenwänden anlegen kann. Das
gilt auch dann, wenn das Flächenmaterial nicht wie mit durchgezogenen Linien in
Fig. 1 angedeutet am oberen Rand durch einen Kran getragen wird, sondern wie in
Fig. 2 strichpunktiert angedeutet, vom Grabenrand her auf dem Erdboden liegend eingezogen
wird. Schließlich hat die Verwendung der vom unteren Rand her das 'Flächenmaterial
in den Graben einziehenden Vorrichtung den Vorteil, daß Gewähr dafür gegeben ist,
daß der untere Folienrand die vorgesehene Tiefenlage im Graben tatsächlich erreicht.
Im Falle eines zuverlässigen Grundwasserschutzes ist dies von entscheidender Bedeutung,
zumal die Tiefen von Grundwasserschutzwänden beträchtlich sein können. Entsprechend
groß sind auch die Maße der in der beschriebenen Weise in den Graben einzubringenden
Folienabschnitte. Bei einer Breite von etwa 10 m haben sie eine Länge von beispielsweise
30-50 m.
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Der Träger 10 kann mit der Tragstange 11 bleibend verbunden sein.
In diesem Fall kann entweder vorgesehen sein, daß die Einrichtungen 15 zur Verbindung
des Trägers 10 mit dem unteren Rand 9 des flexiblen Flächenmaterials 5 durch nicht
dargestellte Einrichtungen vom oberen Ende der Tragstange 11 her lösbar sind, sobald
die Anordnung die vorgesehene Einsenklage erreicht hat, oder der Träger 10 und die
unlösbar damit verbundenen Teile der Tragstange 11 verbleiben mit der Anordnung
im Graben.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Anordnung dargestellt.
Diese besteht aus dem taschenförmig unten geschlossenen flexiblen Flächenmaterial
16 und dem darin angeordneten Zug- und Bewegungsapparat 17, der als langgestrecktes
Rohr oder als Folge von Rohrabschnitten ausgebildet ist, in welchem/welchen ein
bei 18 schematisch angedeuteter Unwucht-Vibrator angeordnet ist. Der Apparat 17
liegt im unteren Ende der Tasche und zieht aufgrund seines Gewichts diese nach unten,
während er durch die Unwucht-Vibration die im Umkreis befindliche Schlemme verflüssigt.
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Wenn das Gewicht des ?apparats 17 für den Zug nicht ausreicht, kann
über die Tragstange 11 eine weitere Senkkraft (Pfeil) ausgeübt werden. Nach dem
Absenken kann der Apparat 17 mittels der Stange 11 aus der Tasche wieder gehoben
werden.
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Bei den Ausführungsformen des Zug- und Bewegungsapparates gemäß Fig.
4-6 ist vorausgesetzt, daß ein Träger 10 der unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschriebenen
Art von außen am unteren Rand 9 des Flächenmaterials befestigt wird.
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Die Befestigungsmittel sind in diesen Figuren nicht näher dargestellt.
Sie sind vorzugsweise von einer von fern lösbaren Art, so daß der Zug- und Bewegungsapparat
nach dem Einsenken des Flächenmaterials von diesem gelöst und zurückgewonnen werden
kann. Unter dem Träger 10 ist jeweils ein Bewegungsapparat angeordnet, der im Beispiel
von Fig. 4 von einem an den Enden geschlossenen, mit einer Druckquelle verbindbaren,
dehnbaren Schlauch 19 gebildet ist, der im entspannten Zustand die mit durchgezogenen
Linien gezeigte Querschnittsgestalt hat und bei Druckbeaufschlagung sich in die
strichpunktierte Lage dehnen kann. Von einer Druckmediumsquelle her wird er periodisch
mit Druckmedium beaufschlagt und entspannt, so daß seine Form wechselt zwischen
der
durchgezogen und strichpunktiert gezeichneten. Die wechselnde Schwellbewegung kann
je nach gewählter Frequenz und Amplitude zu einer Verflüssigung der Schlemme im
angrenzenden Bereich führen. Außerdem hat sie die Wirkung, daß bei der Dehnbewegung
des Schlauchs die umgebende Schlemme verdrängt wird und dabei Platz geschaffen wird
für die Senkbewegung der Vorrichtung bei der nachfolgenden Schrumpfung des Schlauchs.
Selbst bei nicht vollständiger Verflüssigung der Schlemme wird dabei mit geringem
Energieaufwand ein schrittweiser Senkvorschub der Anordnung ermöglicht.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 ist unterhalb des Trägers 10 an diesem
über nicht dargestellte Lagereinrichtungen eine Folge von fluchtenden Walzen 20
gelagert, die um eine parallel zur Längsrichtung des Trägers 10 verlaufende Achse
drehend antreibbar sind. Durch die Drehbewegung und die von der Oberfläche der Walzen
auf die umgebende Schlemme ausgeübten Schubkräfte wird die Schlemme verflüssigt
und dadurch die Voraussetzung für die Senkbewegung der Anordnung geschaffen. In
vielen Fällen genügt es, wenn die Walzen 20 nur in einem Richtungssinn gedreht werden,
wobei zur Vermeidung des Schieflaufens der Anordnung vorgesehen sein kann, daß benachbarte
Walzen jeweils in entgegengesetztem Richtungssinn umlaufen. Statt dessen kann auch
ein Drehantrieb mit wechselnder Richtung vorgesehen sein.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 weist unterhalb des Trägers 10
zwei Walzen 21 auf, die in umgekehrtem Drehsinn umlaufen, derart, daß ihre Außenseite
sich von unten nach oben bewegt, um gleichzeitig mit der die Verflüssigung der Schlemme
bewirkenden Bewegung eine Förderkraft auf die Schlemme von unten nach oben auszuüben.