DE3717885C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Dichtungsschicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Dichtungsschicht aus mineralischen DichtungsmaterialienInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
einer flächigen Dichtungsschicht aus mineralischen
Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung
zum Einbringen des eine Dichtwand bildenden Materials.
Dichtungen auf mineralischer Basis, insbesondere unter
Verwendung von Tonmineralien, wie z. B. Bentonit, werden im
Erdbau vielfältig verwendet; eine besondere Bedeutung
erlangen solche Dichtungen im Zusammenhang mit der
Ummantelung von Deponien.
Bei der Herstellung solcher Dichtungen treten je nach
Anwendungsart unterschiedliche Probleme auf. Bei horizontal
verlaufenden Dichtungsschichten besteht das Problem, die
Materialien mit einem richtigen Wassergehalt und in
homogener Zusammensetzung mit entsprechenden
Verdichtungsgeräten unter wechselnden Witterungsbedingungen
mit einem vorgegebenen Durchlässigkeitsbeiwert einzubauen.
Da die Randbedingungen gerade bei Witterungseinflüssen
ungeschützt ausgesetzten Arbeiten sehr wechseln, kommt es
immer wieder zu großen Qualitätsschwankungen.
Bei vertikalen Dichtungen, wie z. B. Dichtwänden, werden aus
verarbeitungstechnischen Gründen Dichtmassen in flüssiger
oder halbflüssiger Form verwendet, deren Feststoffanteil in
der Größenordnung von 10 bis 15% liegt; der überwiegende
Teil dieser Massen besteht somit aus Wasser. Um überhaupt
eine nennenswerte Festigkeit zu erreichen, ist der Zusatz
hydraulischer Bindemittel, insbesondere Zement,
erforderlich, was aber wieder den Nachteil hat, daß die
Massen verspröden. Trotz des Zusatzes hydraulischer
Bindemittel ist die Dauerbeständigkeit solcher Dichtwände
allein aufgrund des hohen Wasseranteils von 90 bis 85%
umstritten.
Um eine Kerndichtung aus Tonmineralien in einem Erdstaudamm
mit üblichen Erdbaumaschinen und Verdichtungsgeräten so
einbringen und verdichten zu können, daß das Material für
die Dichtungsschicht einen günstigen Wassergehalt hat, ist
es bereits bekannt, das Dichtungsmaterial unter Einsatz von
Blasversatzmaschinen oder ähnlichen pneumatischen
Fördergeräten an den Einbauort zu fördern und dem
Dichtungsmaterial beim Austreten aus der Förderleitung
Wasser in fein verteilter Form und in der dem optimalen
Wassergehalt entsprechenden Menge zuzusetzen (DE-AS
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daß bei Verwendung von pneumatischen Förderern für das
Aufbringen des Dichtungsmaterials dieses aus der
Förderleitung mit einer so hohen Endgeschwindigkeit
austritt, daß die erforderliche Verdichtung schon beim
Aufbringen erreicht wird, das Schüttgut also weder zum
Aufbringen, noch zwecks Verdichtens nachträglich befahren zu
werden braucht, was auch gar nicht möglich wäre.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Möglichkeit zum Einbau von Dichtungen auf
mineralischer Basis zu schaffen, wobei die Dichtungsmassen
einen hohen Feststoffanteil aufweisen und die vor allem auf
die geringe Dichte zurückzuführenden Qualitätsmängel
vermieden werden.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß die
wesentlichen Probleme bei der Verarbeitung von mineralischen
Dichtungsmaterialien von deren Feuchtigkeitsgehalt abhängen,
der die Verarbeitbarkeit der Dichtmassen im jeweiligen
Anwendungsfall sehr stark bestimmt. Vor allem bei
Dichtwänden kann schon aus verarbeitungstechnischen Gründen
der sehr hohe Wasseranteil der Mischung nicht gesenkt
werden.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde,
daß es möglich ist, auf das bislang bei der Verarbeitung für
notwendig gehaltene Wasser ganz zu verzichten, die Mischung
also trocken einzubauen und das für die Funktionsfähigkeit
der Dichtungsschicht notwendige Wasser nachträglich
zuzuführen und über Diffusion in der Schicht zu verteilen.
Dies kann entweder aus der natürlichen Bodenfeuchtigkeit
heraus erfolgen, beispielsweise über das Grundwasser, oder
durch technische Maßnahmen, z. B. über in die
Dichtungsschicht eingebaute Rohrleitungen zur Einleitung von
Oberflächenwasser. Der Aufbau bzw. die Zusammensetzung der
Dichtmassen kann auf diese Weise den jeweiligen
Randbedingungen sehr leicht angepaßt werden.
Der Vorteil der Erfindung ist zum einen darin zu sehen, daß
bei leichter Verarbeitbarkeit der - trockenen - Mischung
eine deutlich verbesserte Dauerbeständigkeit erreicht wird,
die ebenso aus der höheren Dichte infolge größeren
Feststoffanteils der Mischung folgt, wie eine Verringerung
der Durchlässigkeit der jeweiligen Schicht. Die jeweilige
Zusammensetzung beeinträchtigt
die Einbaubarkeit der
Mischung nicht; sie ist immer trocken.
Die Zugabe von hydraulischen Bindemitteln, wie z. B. Zement,
ist aufgrund der erreichbaren hohen Dichte nicht unbedingt
notwendig, so daß, sofern gewünscht, auch eine gewisse
Flexibilität der Dichtungsschicht vorgegeben werden kann,
wie sie z. B. im Bergsenkungsgebiet oft erforderlich ist.
Gleichwohl können im Einzelfall auch hydraulische
Bindemittel beigegeben werden. Da die Ausgangsstoffe der
Dichtungsmassen trocken vorgemischt werden, kann deren
Zusammensetzung sehr gezielt erfolgen, etwa mit dem gleichen
Qualitätsstandard wie eine Betonmischung.
Die Dichtmassen selbst sind filterstabil aufgebaut.
Eventuell unbeabsichtigte Lockerzonen heilen durch den bei
der Wasseraufnahme entstehenden Quelldruck selbst aus; diese
Drücke können Größenordnungen von 20 bis 30 kN/qm erreichen.
Nach der Erfindung können sowohl horizontal, wie auch schräg
oder vertikal verlaufende Dichtungsschichten ausgeführt
werden. Horizontale Flächendichtungen können beispielsweise
mit Fertigern hergestellt werden, wie sie im Straßenbau
eingesetzt werden. Dabei sind die in Bearbeitung
befindlichen Flächen vor Niederschlag zu schützen. Die
Kontaktbereiche zum natürlichen Untergrund oder auch zu
einem etwaigen Deponiekörper hin können mit Filterschichten,
z. B. mit Filtervliesmatten abgedeckt werden.
Bei der Herstellung von vertikalen Dichtwänden muß die
wasserfreie Dichtungsmasse in die Stützflüssigkeit
eingebracht werden. Dies kann ähnlich wie bei einem
Unterwasserbeton erfolgen, jedoch mit dem Unterschied, daß
sich die eingebrachte Dichtmasse infolge ihrer inneren
Reibung und bedingt durch den sich beim Kontakt mit der
Stützflüssigkeit bildenden Filterkuchen wie ein Festkörper
mit begrenzter Festigkeit verhält. Beim abschnittsweisen
Einbringen der Dichtmasse in einzelnen Lamellen bleiben
diese stabil, solange der Wanddruck in der jeweiligen
Lamelle kleiner ist als der Flüssigkeitsdruck der
Stützflüssigkeit. Diese Bedingung
ist im allgemeinen dann
erfüllt, wenn der Winkel der inneren Reibung der trockenen
Dichtmasse größer ist als 15 Grad. Wenn der Winkel z. B.
aufgrund eines hohen Tonmineralanteils unter 15 Grad
absinken sollte, können unter einem bestimmten Winkel zur
Vertikalen geneigte Lamellen hergestellt werden.
Es ist aber auch möglich, nach der klassischen
Schlitzwandbauweise zu arbeiten, bei der einzelne Lamellen
jeweils durch Schalungsrohre abgeteilt werden. Hier hat das
erfindungsgemäße trockene Einbringen des Materials gegenüber
einem Unterwasserbeton den Vorteil, daß das Schalungsrohr
unmittelbar nach dem Einbringen des Materials gezogen werden
kann, daß also kein Erhärten abgewartet werden muß.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Herstellung einer Dichtwand mit vertikalen
Lamellen,
Fig. 2 die Herstellung einer Dichtwand mit vertikalen
Lamellen und Schalungsrohr und
Fig. 3 die Herstellung einer Dichtwand mit schrägen
Lamellen.
In Fig. 1 ist dargestellt, wie in einem mit einer
thixotropen Stützflüssigkeit 1, z. B. einer
Bentonit-Suspension gefüllten Schlitz 2 eine Dichtwand
hergestellt wird. Diesem Zweck dient eine Vorrichtung mit
einem Teleskoprohr 3, das auf der Geländeoberfläche 4 an
einem Führungswagen 5 abgestützt ist und an dessen unterem
Ende sich ein trichterförmiges Gehäuse 6 befindet. In das
Teleskoprohr 3 mündet ein Füllschlauch 7, der über eine
fahrbare Pumpe 8 mit der trockenen Dichtmasse beschickt
wird. Das Teleskoprohr 3 mit dem Gehäuse 6 ist mittels eines
Hubseils 9 heb- und senkbar, das über einen Ausleger 10 zu
einem Kran 11 führt. Der Kran 11 ist seinerseits über ein
Zugseil 12 mit dem Führungswagen 5 und der Pumpe 8
verbunden, so daß mittels des Krans 11 nicht nur eine
Vertikalbewegung des Teleskoprohrs 3 mit dem Gehäuse 6,
sondern auch dessen Fortbewegung in horizontaler Richtung
erfolgen kann.
Nach dem Absenken des Teleskoprohrs 3 mit dem Gehäuse 6 auf
die Sohle 13 des Schlitzes 2 wird mittels der Pumpe 8 über
den Füllschlauch 7 die trockene Dichtmasse in den Schlitz 2
eingebracht. Um sicherzustellen, daß die Innenwandungen des
Teleskoprohrs 3 und des Gehäuses 6 beim Absenken in die
thixotrope Flüssigkeit trocken bleiben, kann die untere
Öffnung des Gehäuses 6 z. B. durch eine Klappe, einen
Schieber oder dergleichen verschlossen sein. Nach Öffnen des
Verschlusses kann die Dichtmasse austreten. Im Zuge des
Einbringens der Dichtmasse 14 wird das Gehäuse 6 gehoben und
das Teleskoprohr 3 entsprechend verkürzt; zugleich wird der
dem Volumen der eingebrachten Dichtungsmasse entsprechende
Teil der Stützflüssigkeit verdrängt. Eine Verdichtung der
trockenen Dichtmasse erscheint nicht erforderlich. Ihre
Dichte ist mit 1,8 bis 2,0 bedeutend größer als die der
Stützflüssigkeit von etwa 1,08, so daß sich das trockene
Pulver von selbst dicht lagert. Einer eventuellen
Brückenbildung könnte durch den Einbau eines
Schneckenförderers oder dergleichen begegnet werden.
Das Gehäuse 6 besitzt auf zwei einander gegenüberliegenden
Seiten Schürzen 15, einerseits um eine Führung an der vorher
hergestellten Lamelle 16 zu erreichen, andererseits um den
oberen Bereich der jeweils herzustellenden Lamelle 17 sauber
gegen die Stützflüssigkeit 1 abzutrennen.
Wie Fig. 2 zeigt, kann beim Einbringen der trockenen
Mischung für die Dichtwand auch mit einem Schalungsrohr 20
gearbeitet werden, das, wie bei der Schlitzwandbauweise an
sich bekannt, zur Abgrenzung jeweils einer Lamelle gegen den
mit Stützflüssigkeit gefüllten Schlitz dient. Das
Schalungsrohr kann nach Fertigstellung der Lamelle gezogen
werden, ohne daß, wie bei Schlitzwänden aus Beton, zuvor das
Erhärten der jeweiligen Lamelle abgewartet werden muß.
Solange der Wanddruck in der jeweils zuletzt hergestellten
Lamelle kleiner ist als der Flüssigkeitsdruck der
Stützflüssigkeit, bleibt die Lamelle stabil; dies ist in den
Zeichnungen durch Pfeilpaare angedeutet. Diese Bedingungen
sind im allgemeinen dann erfüllt, wenn der Winkel der
inneren Reibung des trockenen Gemisches größer ist als
15 Grad.
Wenn der Winkel der inneren Reibung z. B. wegen eines sehr
hohen Bentonitanteils unter 15 Grad absinken sollte, sind
vertikal verlaufende Lamellen nicht standfest; sie müssen
dann mit einer bestimmten Neigung hergestellt werden. Dies
ist in Fig. 3 angedeutet.
Hier ist das Teleskoprohr 3′, an dessen unterem Ende wieder
das Gehäuse 6′ angebracht ist, in einem Ausleger 18 eines
Schrägführungsgerätes 19 gehalten, das auf der
Geländeoberfläche 4 verfahrbar ist und seinerseits die Pumpe
8 für die trockene Füllmasse zieht, die durch einen
Füllschlauch 7′ dem Teleskoprohr 3′ und dem Gehäuse 6′
zugeführt wird.
Die Neigung der einzelnen Lamellen 16′ und 17′ verläuft
unter dem Winkel Phi; in der Richtung der Neigung verlaufen
auch die Schürzen 15′ an dem Gehäuse 6′.
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen einer flächigen
Dichtungsschicht mit hohem Feststoffanteil aus einer dicht
gelagerten Mischung aus mineralischen Dichtungsmaterialien,
insbesondere Tonmineralien, wie z. B. Bentonit und Wasser,
gegebenenfalls unter Zusatz von weiteren Mineralstoffen, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Dichtungsschicht bildenden
Materialien trocken vorgemischt und als trockene Mischung
von pulvriger Konsistenz mit einer Dichte von 1.8 bis 2.0
eingebaut werden und daß die für die Wirksamkeit des
Gemisches als Dichtungsschicht erforderliche Feuchtigkeit
nach dem Einbau zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Feuchtigkeit in Form der natürlich vorkommenden
Bodenfeuchtigkeit, z. B. Grundwasser, zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Feuchtigkeit z. B. in Form von Oberflächenwasser durch
technische Maßnahmen zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mischung hydraulische Bindemittel,
wie z. B. Zement, zugegeben werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Herstellen einer Dichtwand in einem
durch eine Stützflüssigkeit (1) stabilisierten Schlitz (2) im
Boden in den Schlitz ein Gehäuse (6), das an seiner
Unterseite eine verschließbare Öffnung (einen Verschluß)
aufweist, im geschlossenen Zustand abgesenkt wird, daß nach
dem Einfüllen der trockenen Mischung (14) in das Gehäuse der
Verschluß geöffnet und die trockene Mischung (14) in sich
jeweils über die gesamte Hö
he der Wand erstreckenden
Lamellen (16) von unten nach oben fortschreitend in den
Schlitz eingebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Neigung der der Stützflüssigkeit zugekehrten und durch
diese stabilisierten freien Stirnflächen der Lamellen zur
Vertikalen in Abhängigkeit von dem Winkel der inneren
Reibung der Mischung gewählt wird.
7. Vorrichtung zum Einbringen des die Dichtwand bildenden
Materials bei dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 5 und 6,
gekennzeichnet durch ein in den mit Stützflüssigkeit (1)
gefüllten Schlitz (2) absenkbares, an seiner Unterseite mit
einer verschließbaren Öffnung versehenes Gehäuse (6), das
mit dem trockenen Gemisch beschickbar und im Zuge des
Einbringens der Mischung anhebbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (6) am unteren Rand zumindest an der der
Stützflüssigkeit (1) zugekehrten Seite eine Schürze (15)
aufweist.
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1987
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