[0001] Die Erfindung betrifft ein Bündelspannglied großer Länge für Spannbeton mit nachträglichem
Verbund aus einer Mehrzahl von Einzelelementen, wie Stahlstäben, -drähten oder -drahtlitzen,
das in einen in einem Bauwerksteil z.B. durch Einbau eines Hüllrohrs vorbereiteten,
vertikal oder geneigt verlaufenden und nur an einem Ende zugänglichen Spannkanal einführbar
ist und das an einem Ende mittels einer eine Ankerscheibe aufweisenden Ankervorrichtung
gegenüber dem Bauwerksteil abstützbar ist, sowie ein Verfahren zu seinem Einbau.
[0002] Insbesondere im Offshore-Bereich besteht oft die Notwendigkeit, vergleichsweise hohe
Bauwerksteile, z.B. vom Meeresboden bis über den Wasserspiegel hinausreichende Gründungselemente
für Plattformen oder dergleichen in Spannbeton auszuführen. Üblicherweise werden solche
Gründungselemente zunächst in einem Dock, dann in entsprechender Wassertiefe schwimmend
im Wege der Gleitbauweise hergestellt, wobei das betreffende Bauwerksteil im Maß seines
Emporwachsens in die Tiefe sinkt. Im Zuge der Gleitbauweise können zwar schlaffe Bewehrungen
und auch Hüllrohre zur Bildung von Spannkanälen eingebaut werden; die Spannglieder
selbst können aber grundsätzlich erst nach Fertigstellung der Bauwerksteile selbst
auf ganze Länge eingeführt, gespannt und verankert werden.
[0003] Da die Abmessungen solcher Kunstbauten schon aus wirtschaftlichen Gründen optimiert,
d.h. möglichst gering gehalten werden, besteht das Problem, Spannglieder, meist Bündelspannglieder,
für hohe Belastungen in sehr enge Spannkanäle einzuführen, die nur von einer Seite
her zugänglich sind; das andere Ende liegt nicht selten 50 m und mehr unterhalb des
Meeresspiegels. Dabei muß in diesem engen Spannkanal zugleich eine zuverlässige Verankerung
erreicht werden, da nachträgliche Korrekturen nicht möglich sind. Diese Verankerung
darf nicht mehr Platz beanspruchen als das Spannglied selbst, da das Hüllrohr für
den Spannkanal, um das Spannglied einführen zu können, grundsätzlich über die gesamte
Länge mit gleichem Durchmesser durchgeführt werden muß.
[0004] Das Einführen von Zuggliedern aus Stahl in nur von einem Ende her zugängliche Hohlräume
und deren Verankerung an dem nicht zugänglichen Ende ist zwar bei der Herstellung
von Erd- und Felsankern grundsätzlich bekannt. Hier wird auch durch Injizieren von
erhärtendem Material in der Tiefe des Bohrloches eine Verankerungsstrecke erzeugt,
die der festen Verankerung des Zuggliedes dient, das dann vom luftseitigen Ende her
gespannt und mittels aus dem Spannbetonbau bekannter Ankervorrichtungen verankert
wird. Die freie Stahllänge zwischen der Verankerungsstrecke und der luftseitigen Ankervorrichtung
bleibt grundsätzlich frei dehnbar. Ähnliche Arbeitsweisen sind auch bei der Verankerung
von Bauwerken wie Stützmauern, Staumauern oder dergleichen im Boden bekannt.
[0005] Die bei der Herstellung von Erd- und Felsankern bekannten Maßnahmen lassen sich nicht
ohne weiteres auf die Herstellung von Bauwerken aus Spannbeton übertragen. Einerseits
steht im Erdboden grundsätzlich genügend Platz zur Verfügung, um ausreichend große
Bohrlöcher zu erzeugen, selbst wenn mit deren Durchmesser auch der Aufwand steigt.
Außerdem ist es fast immer möglich, dann, wenn sich bei einer späteren Kontrolle ein
Anker als nicht ausreichend tragfähig erweist, zusätzlich einen neuen Anker zu setzen.
Bei Bauwerken, die den Anforderungen an Bauteile aus Spannbeton genügen müssen, ist
dies grundsätzlich nicht möglich.
[0006] Aus diesem Grunde hat man sich bei den eingangs geschilderten Bauaufgaben damit beholfen,
die bei der Errichtung der Bauwerksteile hergestellten Spannkanäle an ihren unteren
Enden mit haarnadelförmigen Umkehrstellen zu versehen, um so ein in einen solchen
Spannkanal eingeführtes Spannglied an seinen beiden Enden von der Luftseite her spannen
zu können. Um die Spannglieder überhaupt in solche Spannkanäle einführen zu können,
sind an den Umkehrstellen große Krümmungsradien vorzusehen. Da die Spannglieder dennoch
dicht nebeneinander angeordnet werden müssen, überschneiden sie sich im Bereich der
Umkehrstellen; dies bedingt eine entsprechend große Dicke der Bauwerksteile. Außerdem
haben Spannglieder, auch in Form von Stahldrahtlitzen, eine zwar große, aber immerhin
begrenzte Länge, so daß mit solchen haarnadelförmigen Spanngliedern nur Bauteilhöhen
zu erreichen sind, die maximal der halben Spanngliedlänge entsprechen. Bei größeren
Bauwerkshöhen sind Zwischenstöße mit wiederum haarnadelförmig ausgebildeten Spanngliedern
notwendig.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um ein Spannglied,
das in einen nur an einem Ende zugänglichen Spannkanal einzubauen ist, so auszubilden
und in einer solchen Weise einzubauen, daß es nicht nur auch an dem nicht zugänglichen
Ende zuverlässig verankert, sondern daß die satte Ausfüllung des Spannkanals zur Herstellung
des nachträglichen Verbundes auch kontrolliert werden kann.
[0008] Nach der Erfindung wird diese Aufgabe zunächst durch ein Spannglied gelöst, dessen
Einzelelemente an dem dem anderen Ende des Spannkanals zugekehrten Ende des Spannglieds
fest miteinander verbunden, z.B. verschweißt, und zur Verankerung über eine bestimmte
Verankerungslänge formschlüssig mit Mitteln zur zusätzlichen Verankerung in dem zur
Herstellung des nachträglichen Verbundes in den Spannkanal zu injizierenden erhärtenden
Material versehen sind.
[0009] Diese Mittel zur zusätzlichen Verankerung an den Einzelelementen sind zweckmäßig
jeweils gegeneinander versetzt angeordnet. Bei einem Bündelspannglied, bei dem die
Einzelelemente aus Stahldrahtlitzen bestehen, bestehen die Mittel zur zusätzlichen
Verankerung zweckmäßig aus auf die Stahldrahtlitzen z.B. durch Fließpressen aufgepreßten
metallischen Hülsen.
[0010] Grundsätzlich ist es zwar aus dem Stahlbeton- und auch Spannbetonbau bekannt, den
Verbund von Bewehrungselementen örtlich durch zusätzliche Maßnahmen zu verbessern,
beispielsweise durch Anbringen von Rippen, Verankerungskörpern oder dergleichen bis
hin zur Anbringung von durch Stauchen erzielten Ausbauchungen bei Stahldrahtlitzen
(DE 25 57 072B2). Es ist auch bekannt, auf ein Drahtseil, einen Stahlstab oder dergleichen
eine metallische Hülse unter Verformung im Wege des Fließpressens aufzupressen (DE
12 71 961B2).
[0011] Im Rahmen der Erfindung hat die Anwendung von Mitteln zur zusätzlichen Verankerung
der Einzelelemente eines Bündelspannglieds, die nicht am äußersten Ende des Spannglieds,
sondern über die gesamte Verankerungsstrecke gegeneinander versetzt angeordnet werden,
den Vorteil, daß die Einzelelemente am äußersten Ende miteinander verschweißt werden
können; dies ist notwendig, um das gesamte, oft sehr lange Spannglied auf eine Haspel
aufwickeln und zuverlässig in den Spannkanal absenken zu können. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, daß die Mittel zur zusätzlichen Verankerung, die regelmäßig den Durchmesser
der Einzelelemente vergrößern, wie z.B. aufgepreßte metallische Hülsen, zugleich Abstandhalter
bilden, welche die Einzelelemente im Bereich der Verankerungslänge im Abstand voneinander
halten, so daß sie satt in das zu injizierende erhärtende Material eingebettet werden
können; hierdurch wird zugleich der Durchmesser des gesamten Bündelspannglieds im
Bereich der Verankerungslänge minimiert. Dadurch können vergleichsweise enge Hüllrohre
für den Spannkanal verwendet werden, was wiederum zu geringen Bauwerksabmessungen
führt.
[0012] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einbau eines solchen Bündelspannglieds
in ein Bauwerksteil, bei dem nach dem Einführen des Spannglieds in den Spannkanal
zunächst mittels einer ersten, am unteren Ende der Verankerungslänge mit einer Austrittsöffnung
versehenen Injizierleitung erhärtendes Material über den Bereich der Verankerungslänge
in den Spannkanal injiziert wird, bei dem nach dem Erhärten dieses Materials das Spannglied
gespannt und mittels der Ankervorrichtung verankert und sodann mittels einer zweiten,
am oberen Ende der Verankerungslänge mit einer Austrittsöffnung versehenen Injizierleitung
erhärtendes Material über den Bereich der Spannlänge in den Spannkanal injiziert wird.
Dabei verlaufen die erste und zweite Injizierleitung zweckmäßig außerhalb des Spannkanals.
[0013] Nach dem Injizieren der Verankerungslänge kann durch Spülen mittels der zweiten Injizierleitung
von der Ankervorrichtung her etwa in den Bereich der Spannlänge eingedrungenes erhärtendes
Material entfernt werden. Dieser Spülvorgang kann bis zum Beginn des Erhärtens des
Materials fortgesetzt bzw. periodisch wiederholt werden.
[0014] Um zu verhindern, daß bei Arbeiten im Offshore-Bereich etwa korrodierendes Meerwasser
in die Spannkanäle gelangt, ist es zweckmäßig, diese mit Süßwasser zu füllen und sie
nach dem Einführen des Spannglieds am luftseitigen Ende durch eine Kappe abzuschließen,
so daß das Wasser beim Injizieren des erhärtenden Materials durch dieses verdrängt
wird.
[0015] Der luftseitige Verankerungsbereich kann gegebenenfalls über eine dritte, außerhalb
des Spannkanals verlaufende und unterhalb der Ankervorrichtung in diesen mündende
Injizierleitung mit erhärtendem Material nachinjiziert werden.
[0016] Wesentlich für die Erfindung, wenn auch nicht Bedingung, ist in diesem Zusammenhang,
daß bei der Errichtung des Bauwerksteils mit den Hüllrohren zur Bildung der Spannkanäle
zugleich, aber außerhalb derselben jeweils zwei Leitungen hochgeführt werden, nämlich
eine vom unteren Ende und eine vom oberen Ende der Verankerungslänge aus. Durch die
Verlegung dieser Leitungen außerhalb der Spannkanäle kann deren Durchmesser gering
gehalten werden. Durch diese Leitungen selbst gelingen sowohl ein zuverlässiges Injizieren
der Verankerungslänge und der Spannlänge mit erhärtendem Material, als auch die Kontrolle
darüber, daß der Spannkanal sowohl im Bereich der Verankerungslänge, wie auch im Bereich
der Spannlänge tatsächlich vollständig mit erhärtendem Material gefüllt ist. Dies
sicherzustellen ist für die Herstellung von Spannbeton mit nachträglichem Verbund
von ausschlaggebender Bedeutung.
[0017] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen zweifach unterbrochenen Längsschnitt durch ein Bauwerksteil, z.B. eine
Wand, mit in einen Spannkanal eingeführtem Spannglied,
Fig. 2 eine schematische Abwicklung der Einzelelemente des Spannglieds im Bereich
der Verankerungslänge,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 und
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 sowie die
Fig. 5a bis i in jeweils schematischer Darstellung aufeinanderfolgende Arbeitszustände
bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0018] In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Wand 1, z.B. eine Zellenwand eines aus
mehreren Zellen bestehenden Bauwerks aus Stahlbeton dargestellt. Dabei ist angenommen,
daß sich die Wand am unteren Ende auf den Meeresboden oder auf ein Fundament gründet,
während das obere Ende sich oberhalb des Wasserspiegels befindet; die Höhe des Bauwerks
kann 85 m und mehr betragen.
[0019] Im Inneren des Bauwerksteils 1 ist durch ein in dieses eingebettetes Hüllrohr 2 ein
Spannkanal 3 gebildet, in den ein Bündelspannglied 4 eingesetzt ist. Das Bündelspannglied
4 ist in der Darstellung der Fig. 1 nur aus drei Einzelelementen 5 bestehend dargestellt;
es besteht tasächlich aus einer größeren, grundsätzlich beliebigen Anzahl von Einzelelementen,
im Beispiel der Fig. 2 bis 4 aus neunzehn Elementen 5, z.B. Stahldrahtlitzen. Neben
der Spannbewehrung in Form solcher Spannglieder 4 umfaßt das Bauwerksteil 1 noch eine
schlaffe Bewehrung 6, die in Fig. 1 lediglich entlang der Außenwand angedeutet ist.
[0020] Die Einzelelemente 5 sind, wie Fig. 4 zeigt, am unteren Ende 7 in dichter Lage zueinander
miteinander verschweißt. In dem darüberliegenden, die Verankerungslänge L
v bildenden Bereich sind sie mit Mitteln 8 zur örtlich konzentrierten Krafteinleitung
versehen. Diese Mittel 8 sind zweckmäßigerweise auf die einzelnen Stahldrahtlitzen
im Wege des Fließpressens aufgepreßte metallische Hülsen; sie sind, wie insbesondere
Fig. 2 zeigt, in gleichen Abständen l voneinander gruppenweise zusammengefaßt, um
sie über die Verankerungslänge L
v möglichst gleichmäßig zu verteilen. In diesem Bereich ist das Bündel aus den Einzelelementen
5 z.B. durch eine Umwicklung 9 (Fig. 3) fixiert.
[0021] Innerhalb des Bauwerksteils 1, aber außerhalb des Spannkanals 3 sind parallel zu
diesem schlauchartige Leitungen hochgeführt, und zwar eine Injizierleitung A, die
am unteren Ende der Verankerungslänge L
v bei 10 in den Spannkanal 3 mündet und eine Spül- und Injizierleitung B, die etwa
an der Grenze zwischen der Verankerungslänge L
v und der darüberliegenden Spannlänge L
s bei 11 in den Spannkanal 3 mündet. Eine weitere Leitung C führt von der Luftseite
her in den Bereich des Spannkanals 3 unterhalb der Ankervorrichtung 12; eine vierte
Leitung D ist an eine Abdeckkappe 13 angeschlossen, mit der der Spannkanal 3 im Bereich
der Ankervorrichtung 12 während des Bauzustandes zeitweise verschlossen werden kann.
Wenn der Durchmesser des Hüllrohres 2 entsprechend groß gewählt werden kann, ist es
grundsätzlich auch möglich, die Leitungen A und B innerhalb des Spannkanals 3 zu führen.
[0022] Wie im einzelnen beim Einbau des Spanngliedes verfahren wird, wie dieses gespannt
und in Verbund mit dem Bauwerksteil gebracht wird, wird nachstehend anhand der schematisch
einige Arbeitsphasen symbolisierenden Darstellungen der Fig. 5a bis i erläutert.
[0023] Fig. 5a zeigt schematisch den Bauzustand nach der Herstellung des Spannkanals 3 mit
den Injektionsleitungen A, B und C. Es ist erkennbar, daß die Leitung A am unteren
Ende der Verankerungslänge L
v bei 10 in den Spannkanal 3 mündet; die Leitung B im Grenzbereich zwischen der Verankerungslänge
L
v und der Spannlänge L
s bei 11 und die Leitung C etwas unterhalb des oberen Endes des Spannkanals 3.
[0024] Wenn es sich wie bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel um die Herstellung
eines Bauwerksteils handelt, das schwimmend im Meerwasser gehalten ist, muß Vorsorge
dagegen getroffen werden, daß der Spannkanal 3 sich nicht etwa mit Meerwasser füllt,
das aggressive Eigenschaften hat und korrodierend sowohl auf das den Spannkanal 3
bildende Hüllrohr 2, wie auch auf das später einzuführende Spannglied 4 wirken kann.
Der Spannkanal 3 wird deshalb zunächst mit Süßwasser gefüllt, was in Fig. 5b angedeutet
ist. In den mit Süßwasser gefüllten Spannkanal 3 wird dann gemäß Fig. 5c das Spannglied
4 abgesenkt; es ist an seinem unteren Ende in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise mit
Mitteln 8 zur zusätzlichen Verankerung versehen und am oberen Ende in einer Ankerscheibe
12 in an sich bekannter Weise verankert. In diesem Bauzustand wird der Spannkanal
3 an seinem oberen Ende im Bereich der Ankervorrichtung durch eine Abdeckkappe 13
verschlossen, an die eine Leitung D angeschlossen ist.
[0025] In dem in Fig. 5d dargestellten Bauzustand wird nun durch die Leitung A erhärtendes
Material 14 in den Spannkanal 3 injiziert, das diesen vom Grunde her aufsteigend ausfüllt.
Die Leitungen C und D sind geschlossen, so daß das den Spannkanal 3 ausfüllende Süßwasser
durch die Leitung B entweicht. Der Spannkanal 3 ist dann über den Bereich der Verankerungslänge
L
v vollständig gefüllt, wenn das erhärtende Material 14 am oberen Ende der Leitung B
austritt. Die Injektion wird dann beendet und die Leitung A am oberen Ende geschlossen.
[0026] Im nächsten Arbeitsgang (Fig. 5e) wird über die Leitung D Süßwasser eingepreßt (Pfeil
15), durch das zunächst das noch in der Leitung B verbliebene erhärtende Material
14 ausgespült und der Spannkanal 3 bis unter die Ebene der Mündung 11 der Leitung
B freigespült wird. Damit ist sichergestellt, daß einerseits die erforderliche Verankerungslänge
L
v erreicht wird, daß andererseits aber auch die Leitung B für die später erfolgende
Injektion der Spannlänge L
s wieder zur Verfügung steht. Dieser Spülvorgang wird fortgesetzt, bis das Material
14 erhärtet ist, um sicherzustellen, daß nicht durch Nachsacken von Resten die Mündung
11 der Leitung B in den Spannkanal 3 etwa wieder zugesetzt wird. Dabei kann es zweckmäßig
sein, mehrere nebeneinander gelegene Spannkanäle 3 in der aus Fig. 5f angedeuteten
Weise miteinander zu verbinden. Durch eine ovale Form der Austrittsöffnungen der Leitungen
A und B in den Spannkanal, etwa in Gestalt eines Langloches, kann gewährleistet werden,
daß selbst bei Absetzen des erhärtenden Materials der Durchgang offen bleibt.
[0027] Nach dem Erhärten des Injektionsmaterials 14 kann das Spannglied 4 gespannt werden
(Fig. 5g). Hierzu dient eine hydraulische Presse 16, die in an sich bekannter Weise
auf die Ankerscheibe 12 aufgesetzt wird. Die Einzelelemente werden dann in ebenfalls
an sich bekannter Weise in der Ankerscheibe 12 verankert.
[0028] Nach Abschluß der Spannarbeiten wird wieder eine Abdeckkappe 13′ aufgesetzt und durch
die Leitung B nunmehr in umgekehrter Richtung erhärtendes Material 14 vom Grunde der
Spannlänge L
s an aufsteigend injiziert, bis es nacheinander aus den Leitungen C und D austritt
(Fig. 5h). Zur Vermeidung des Absetzens von Wasser aus dem Injektionsmaterial kann
nach Schließen der Leitung B am oberen Ende gegebenenfalls durch die Leitung C erhärtendes
Material 14 nachinjiziert werden (Fig. 5i). Durch die am höchsten Punkt der Abdeckkappe
13′ austretende Leitung D kann sichergestellt werden, daß der gesamte Spannkanal 3
bis einschließlich des Bereiches der Ankervorrichtung 12 satt mit erhärtendem Material
14 gefüllt ist.
1. Bündelspannglied großer Länge für Spannbeton mit nachträglichem Verbund aus einer
Mehrzahl von Einzelelementen, wie Stahlstäben, -drähten oder -drahtlitzen, das in
einen in einem Bauwerksteil z.B. durch Einbau eines Hüllrohrs vorbereiteten, vertikal
oder geneigt verlaufenden und nur an einem Ende zugänglichen Spannkanal einführbar
ist und das an einem Ende mittels einer eine Ankerscheibe aufweisenden Ankervorrichtung
gegenüber dem Bauwerksteil abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente
(5) des Spannglieds (4) an dem dem anderen Ende des Spannkanals (3) zugekehrten Ende
(7) des Spannglieds (4) fest miteinander verbunden, z.B. verschweißt, und zur Verankerung
über eine bestimmte Verankerungslänge (Lv) formschlüssig mit Mitteln (8) zur zusätzlichen Verankerung in dem zur Herstellung
des nachträglichen Verbundes in den Spannkanal (3) zu injizierenden erhärtenden Material
(14) versehen sind.
2. Bündelspannglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (8) zur
zusätzlichen Verankerung an den Einzelelementen (5) jeweils gegeneinander versetzt
angeordnet sind.
3. Bündelspannglied nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einzelelemente aus Stahldrahtlitzen
bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel (8) zur zusätzlichen Verankerung
auf die Stahldrahtlitzen z.B. durch Fließpressen aufgepreßte metallische Hülsen vorgesehen
sind.
4. Verfahren zum Einbau eines Bündelspannglieds gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 in ein
Bauwerksteil, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einführen des Spannglieds (4) in
den Spannkanal (3) zunächst mittels einer ersten, am unteren Ende (10) der Verankerungslänge
(Lv) mit einer Austrittsöffnung versehenen Injizierleitung (A) erhärtendes Material (14)
über den Bereich der Verankerungslänge (Lv) in den Spannkanal (3) injiziert wird, daß nach dem Erhärten dieses Materials (14)
das Spannglied gespannt und mittels der Ankervorrichtung (12) verankert wird und daß
sodann mittels einer zweiten, am oberen Ende der Verankerungslänge (Lv) mit einer Austrittsöffnung (11) versehenen Injizierleitung (B) erhärtendes Material
(14) über den Bereich der Spannlänge (Ls) in den Spannkanal (3) injiziert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injizierleitungen (A,
B) außerhalb des Spannkanals (3) verlaufen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Injizieren
der Verankerungslänge (Lv) durch Spülen von der Ankervorrichtung (12) her etwa in den Bereich der Spannlänge
(Ls) eingedrungenes erhärtendes Material (14) durch die zweite Injizierleitung (B) entfernt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülvorgang bis zum
Beginn des Erhärtens des Materials (14) fortgesetzt bzw. periodisch wiederholt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkanal (3)
mit Süßwasser gefüllt und nach dem Einführen des Spannglieds (4) am luftseitigen Ende
durch eine Kappe (13) abgeschlossen wird, so daß das Wasser beim Injizieren des erhärtenden
Materials (14) durch dieses verdrängt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der luftseitige
Verankerungsbereich gegebenenfalls über eine dritte, außerhalb des Spannkanals (3)
verlaufende und unterhalb der Ankervorrichtung (12) in diesen mündende Injizierleitung
(C) mit erhärtendem Material (14) nachinjiziert wird.