Verfahren zum Herstellen eines Tiefbauwerkes in einer mit Grundwasser gefüllten Tiefbaugrube

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tiefbauwerkes in einer mit Grundwasser gefüllten Tiefbaugrube unter Verwendung eines schwimmenden Absenkbehälters aus Stahl.
Nach der Erzeugung der Stütz- bzw. Spundwand und dem Aushub des Bodens aus der durch die Spundwand vorgegebenen Baugrube bis zur vorgesehenen Tiefe bei konstant gehaltenem Grundwasserstand erfolgt die schwimmende Montage eines Absenkkörpers 10 aus Stahl, der die Form eines allseitig verstärkten eckigen oder runden Behälters haben kann. Anstelle von Stahl können auch andere Werkstoffe wie Stahlbeton eingesetzt werden. Die Montage kann in Form vorgefertigter schwimmender Bodenabschnitte aus Stahl in der mit Wasser gefüllten Baugrube erfolgen, auf die dann die Seitenwandabschnitte bis zur vollständigen Höhe des Absenkkörpers aufgesetzt werden. Eine weitere Montagemöglichkeit besteht darin, daß der Absenkkörper 10 an Land beim Hersteller oder nebem dem Bauplatz weitgehend oder vollständig montiert und mit Hebezeugen oder auf andere Weise in die mit Wasser gefüllte Baugrube eingesetzt und abgesenkt wird.
Das Verfahren soll in Gebieten mit hohem Grundwasserstand angewendet werden, in denen eine Grundwasserabsenkung nicht möglich und die Errichtung eines Tiefbauwerkes nach bisherigen Methoden aufwendig und problematisch ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Tiefbauwerks in einer mit Grundwasser gefüllten Tiefbaugrube unter Verwendung eines schwimmenden Absenkkörpers. Solche Verfahren kommen in Gebieten zum Einsatz, in denen der Grundwasserstand hoch und eine Grundwasserabsenkung nicht möglich oder nicht erforderlich ist.

[0002] Für die Herstellung von Bauten unterhalb der Geländeoberfläche (Tiefbauten) gibt es auch für hohen Grundwasserstand eine Vielzahl von bewährten Verfahren der Tiefbautechnik, von denen die wichtigsten nachstehend aufgezählt werden.

[0003] Bekannt sind:

• Die Schlitzwandbautechnik, bei der mit speziellen streifenförmigen Aushub- und Betonierverfahren die Außenwand eines Tiefbauwerkes ohne Baugrube vollständig hergestellt wird. Danach erfolgt der Erdaushub des Tiefbauwerkes und unter Wasser die Betonierung des Bodens, der mit der Seitenwand nach verschiedenen bekannten Methoden verbunden wird. Zum Stützen der Wände beim Aushub wird oft Betonit eingesetzt.
• Das Verfahren mit Grundwasserabsenkung. Dabei wird nach der durch Grundwasserabsenkung bewirkten Trockenlegung der Baugrube ein Tiefbaukörper nach bekannten Verfahren der Tiefbautechnik, in der Regel in Stahlbeton, hergestellt.
• Das Caissonverfahren, bei dem vor Aushub der Baugrube ein Caisson aus Beton oder Stahl mit den Abmessungen des Tiefbaukörpers hergestellt wird. Dieser Caisson kann mit geschlossenem Boden und/oder geschlossener Dekke hergestellt sein. Die Absenkung erfolgt beim Caisson durch Aushub des Bodens im Inneren des Caissons nach verschiedenen bekannten Methoden und gesteuerter Absenkung des Caissons durch Schwergewichtsbelastung. Bei einem geschlossenen Caisson kann der Boden im Überdruckverfahren ausgehoben werden.
• Zur Herstellung spezieller Wasserbauwerke sind Verfahren mit schwimmenden Caissons bekannt, bei denen der schwimmfähige Caisson aus Beton oder Stahl außerhalb des Bauplatzes hergestellt und zum Bauplatz geschwommen wird, um dort abgesenkt und weiter bearbeitet zu werden, beispielsweise als Stützpfeiler für Brückenbauwerke.
• Das Absenkverfahren, bei dem ringförmige Beton- oder Stahlwände im Schwerkraftverfahren abgesenkt werden, im Zusammenhang mit dem kontinuierlichen Aushub des Bodens im Inneren. An der Unterseite besitzen diese Ringwände schneidenartige Formen, wodurch während des Absenkvorganges Bodeneinbrüche vermieden werden.
• Aus der DE 42 19 078 A1 ist ein Verfahren unter Verwendung eines schwimmenden Absenkkörpers bekannt, bei dem eine Schalungsplatte an Pfählen aufgehängt wird. Auf der Schalungsplatte wird dann durch Aufbetonieren einzelner Abschnitte unter gleichzeitiger Absenkung das Tiefbauwerk erstellt. Nachteilig hierbei ist der mit dem Einbringen der Pfähle und dem Aufhängen des Tiefbauwerkes an den Pfählen verbundene technische Aufwand.

[0004] Die vorstehend angeführten Verfahren haben bei hohem Grundwasserstand einen oder mehrere der folgenden Mängel oder Nachteile: hohe Kosten, Grundwasserabsenkung, mangelnde Wasserdichtigkeit, Probleme beim Absenken bis hin zur Schiefstellung und Hängenbleiben sowie der Verwendung von für die Umwelt schädigende Gleitmittel und Stützemulsionen.

[0005] Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, ökologisch zuträgliches und wenig aufwendiges Verfahren zu schaffen, bei welchem dennoch das Tiefbauwerk nach dem Leerpumpen sicher gegen den Auftrieb verankert und gegen den von außen anstehenden Erd- und Wasserdruck statisch sicher und dicht ist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 enthaltenen Merkmale gelöst. Dazu wird mit üblichen Verfahren eine Stützwand aus Spundbohlen, gerade oder gekrümmt, beispielsweise kreisförmig, hergestellt. Die Spundbohlen werden durch Rammen, Rütteln und Schwingen, Pressen, mit oder ohne Vorbohren, zu einer geschlossenen Spundwand zusammengefügt, die die Kontur des zukünftigen Tiefbauwerks aufweist, jedoch eine größere lichte Weite hat, als die äußeren Abmessungen des Tiefbauwerks. Die Spundwand wird so tief in den Boden gesetzt, daß sie nach dem Aushub des Erdbodens im Inneren auf die erforderliche Baugrubentiefe noch ausreichend tief im Boden verankert ist, um sowohl Bodenbruch zu verhindern als auch Verankerung gegen Auftrieb zu gewährleisten. Zweckmäßigerweise wird der obere Rand der Spundwand durch einen Befestigungsring, beispielsweise einen Stahlring oder Stahlbetonring oder, wenn erforderlich, durch zusätzliche Bodenanker stabilisiert. Damit wird der äußere Erddruck durch die Spundwand vollständig aufgenommen. Nach dem Aushub des Bodens aus der durch die Spundwand vorgegebenen Baugrube bis zur vorgesehenen Tiefe bei konstant gehaltenem Grundwasserstand erfolgt die schwimmende Montage des Absenkkörpers aus Stahl, der die Form eines allseitig verstärkten eckigen oder runden Behälters haben kann. Anstelle von Stahl können auch andere geeignete Werkstoffe wie Stahlbeton für den Absenkkörper eingesetzt werden. Ebenso sind Kompositverfahren denkbar. Im folgenden wird die Ausführungsform mit Stahl erläutert.

[0007] Die Montage kann in Form vorgefertigter schwimmender Bodenabschnitte aus Stahl in der mit Wasser gefüllten Baugrube erfolgen, auf die dann die Seitenwandabschnitte bis zur vollständigen Höhe des Absenkkörpers aufgesetzt werden. Zur Begrenzung der freien Montagehöhe können zwischendurch, d.h. nach Montage einiger Seitenwandringabschnitte Absenkungen des schwimmenden Absenkkörpers, z.B. durch Beballastung mit Wasser oder festen Gewichtsmassen vorgenommen werden. Eine weitere Montagemöglichkeit besteht darin, daß der Absenkkörper an Land beim Hersteller oder neben dem Bauplatz weitgehend oder vollständig montiert und mit Hebezeugen oder auf andere Weise in die mit Wasser gefüllte Baugrube eingesetzt, abgesenkt und, soweit notwendig, fertig montiert wird.

[0008] Der schwimmende und nach Fertigstellung abgesenkte Absenkkörper kann im Seitenwandbereich durch Beton verstärkt sein, welcher mit der Stahlwand durch Verankerungen verbunden ist. Ebenso erhält der Stahlboden innen im trockenen Zustand eine Betonverstärkung, die im Verbund mit Stahlverstrebungen des Stahlbodens dem Bodendruck widersteht. Zusätzlich erhält der schwimmende Absenkkörper rundum außen in Höhe des Behälterbodens geeignete waagerecht angeordnete und mit der Seitenwand versteifte Ankerringplatten in der Breite des Spaltes zwischen Absenkkörper und der Spundwand .
Nach vollständiger Absenkung und Ausrichten des Absenkkörpers in der Baugrube erfolgt dessen Verankerung an der Spundwand über den Ankerring durch Unterwasserschweißen, Unterwasserbetonieren usw. Die Verankerung kann aber auch allein oder zusätzlich zum Ankerring durch geeignete Verankerungsvorrichtungen erfolgen, die außen im oberen Bereich des Absenkkörpers angeordnet sind und die nach dem Absenken mit der Spundwand in geeigneter Weise verbunden werden. Der zwischen Spundwand und Absenkkörper vorhandene Spalt wird mit geeignetem Material, das beispielsweise ausgehobener Boden und/oder Beton sein kann, verfüllt und das Verfüllmaterial verdichtet. Hierbei wird das anstehende Grundwasser verdrängt. In bevorzugter Ausgestaltung wird im Bereich der Geländeoberfläche der Absenkkörper mit der Spundwand durch einen Stahlbetonring verbunden und verankert. Aus dem gegen den vorhandenen Auftrieb gesicherten Absenkkörper kann das in seinem Innenraum befindliche Ballastwasser herausgepumpt werden, womit das wasserdichte Tiefbauwerk fertiggestellt ist und die weiteren Einbauten im trockenen Zustand eingebracht werden können. Diese Einbauten können auch schon in vorteilhafter Weise während des schrittweisen Absenkvorgangs montiert werden, wobei beispielsweise Ballastwasser vermieden werden kann.

[0009] Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel zeigen, erläutert. Bei dem Beispiel soll ein kreisförmiges Tiefbauwerk, z.B. für Tiefgaragen oder Lagerungszwecke, dargestellt werden. In den Fig. 1 bis 5 ist der Bauablauf in den verschiedenen aufeinander folgenden Bauphasen gezeigt.

[0010] Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Bauplatz mit Geländeoberfläche 1, den Grundwasserspiegel 2 und eine Montagegrube 18, die bis kurz über den Grundwasserspiegel ausgehoben ist. Die Montagegrube 18 hat solch einen Durchmesser, daß von dort aus eine Baugrubenumschließung, z.B. eine kreisförmige Spundwand 3, gesetzt und ein oberer Stütz- und Befestigungsring 16 außerhalb der Spundwand 3 montiert werden kann. Die Spundwand 3 ist tiefer gesetzt als die für den Absenkkörper 10 notwendige Baugrubentiefe. Die Kontur 20 des Absenkkörpers im abgesenkten Zustand ist dargestellt.

[0011] Fig. 2 zeigt den Schnitt von Fig. 1 mit dem Ausheben 5 des Erdreichs 4 aus der Baugrube bei belassenem Grundwasserstand 2 bis zu einer Tiefe 6, die es gestattet, den vorgesehenen Absenkkörper 10 vollständig abzusenken.

[0012] Fig. 3 zeigt im Schnitt die Anordnung der kreisförmigen Spundwand 3 mit dem Stütz- und Befestigungsring 16 um die vollständig ausgehobene Tiefbaugrube 6 mit einem lichten Durchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Absenkkörpers 10 aus Stahl, wodurch zwischen dem Absenkkörper 10 und der Spundwand 3 ein Spalt 17 entsteht. Die Figur zeigt einen Zwischenmontagezustand des Absenkkörpers 10, der im Grundwasser 2 schwimmt, bestehend aus einem schwimmfähigen Stahlboden 7 mit Aussteifungen 11 und einem Ankerring aus Stahl 8. Außerdem ist die Kontur 20 des vollständig abgesenkten Absenkkörpers dargestellt.

[0013] Fig. 4 zeigt im Schnitt einen weiteren Zwischenmontagezustand des Absenkkörpers 10 aus Stahl in der vollständig ausgehobenen Tiefbaugrube 6, gestützt durch die Spundwand 3 mit Stütz- und Befestigungsring 16, mit schußweise aufgesetzten Seitenwänden 9, eingebrachtem Innenbodenbeton 13 sowie eingebrachtem Ballastwasser 19. Die mögliche Betonverstärkung außen an der Wand des Absenkkörpers ist nicht dargestellt.

[0014] Fig. 5 zeigt im Schnitt den fertiggestellten Tiefbaukörper nach dem Absenken des Absenkkörpers 10, wobei dieser mittels Anker 8, 14 mit der Spundwand 3 verbunden ist. Der Spalt 17 zwischen der Spundwand 3 und dem Absenkkörper 10 ist mit Material 15 verfüllt und so verdichtet, daß eine Verbundbauweise entstanden ist. Unter dem Stahlboden 7 wird ein Unterbodenbeton 12 eingebracht. Nach Auffüllen der Montagegrube 18 kann das Ballastwasser 19 abgepumpt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Tiefbauwerkes in einer teilweise oder vollständig mit Grundwasser (2) gefüllten Tiefbaugrube (6) unter Verwendung eines schwimmenden Absenkkörpers (10), wobei die Wände der Tiefbaugrube (6) durch gekannte Baugrubenumschließungen (3) wie Spundwände o.a. gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Boden (7), Seitenwände (9) sowie Verstärkungen und Verankerungen (8, 14) aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material aufweisende Absenkkörper (10) an Land montiert, dann wasserdicht schwimmend in die Tiefbaugrube (6) eingesetzt wird, nach Beendigung des Einsatzes kontinuierlich oder schrittweise abgesenkt und in der Tiefbaugrube (6) verankert wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines Tiefbauwerkes in einer teilweise oder vollständig mit Grundwasser (2) gefüllten Tiefbaugrube, deren Wände durch bekannte Baugrubenumschließungen (3) wie Spundwände o.a. gesichert sind unter Verwendung eines Absenkkörpers (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Absenkkörper (10) schwimmend in Abschnittsbauweise in der Weise hergestellt wird, daß ein vorgefertigter schwimmender Bodenabschnitt (7) aus Stahl oder einem anderen Material in die Tiefbaugrube eingesetzt wird, daß auf den Bodenabschnitt (7) aus Stahl oder einem anderen Material bestehende Seitenwandabschnitte (9) bis zur vollständigen Höhe des Absenkkörpers (10), gegebenenfalls unter Zwischenabsenkung des Absenkkörpers (10), aufgesetzt werden, daß der Absenkkörper (10) nach seiner Fertigstellung abschließend abgesenkt und in der Tiefbaugrube (6) verankert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absenkkörper (10) aus Beton oder Stahlbeton oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden aus Stahl (7) bzw. der Bodenabschnitt aus Stahl (7) und/oder die Seitenwände aus Stahl (9) mit Beton verstärkt werden, wobei der Beton mit dem Boden (7) bzw. den Seitenwänden (9) verankert ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absenkkörper (10) in der Höhe des Bodens (7) an der Außenseite einen Ankerring (8) besitzt und daß der Ankerring (8) an der Wand (3) der Tiefbaugrube (6) verankert ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absenkkörper (10) in Höhe der Oberkante Verankerungsvorrichtungen (14) besitzt, die mit der Oberseite der Wand (3) der Tiefbaugrube (6) verbunden sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wand (3) der Tiefbaugrube (6) und dem Absenkkörper (10) ein Spalt (17) vorhanden ist und daß dieser Spalt (17) nach Fertigstellung und Absenken des Absenkkörpers (10) mit Schüttmaterial (15) ausgefüllt wird.

Zeichnung