Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine im Erdreich gebettete Wannenkonstruktion mit einer Wannensohle
und geböschten Seitenwänden, insbesondere für die Unterführung eines Verkehrsweges,
die zumindest teilweise unterhalb des Grundwasserspiegels liegt.
Stand der Technik
[0002] Verkehrswege, insbesondere Straßen und Wege, die andere Verkehrswege kreuzen, müssen
oftmals zur Vermeidung einer Anhebung der zu überführenden Straße oder Bahnlinie in
den Untergrund abgesenkt werden. In Gebieten mit hohem Grundwasserstand, liegen dabei
regelmäßig Teile des zu unterführenden Verkehrsweges unterhalb des Grundwasserspiegels.
Um eine Überflutung des unterführten Verkehrsweges zu vermeiden, muss dieser in einer
gegenüber dem Grundwasser abgedichteten Wannenkonstruktion geführt werden; diese besteht
in der Regel aus einer Stahlbetonkonstruktion.
[0003] Die Herstellung solcher sogenannter Grundwasserwannen ist zeit- und kostenaufwendig,
da spezielle wasserdichte Betonbauweisen angewandt werden müssen, die neben einer
speziellen Betonmischung oft zusätzliche Stahlbewehrungen erforderlich machen. Die
Ausführung einer außen an den Betonflächen anliegenden Abdichtung erfordert einen
erheblichen Arbeitsaufwand, wie auch die Dichtung der Fugen zwischen einzelnen Bauwerksabschnitten
zum Beispiel mit Fugenbändern. Die Vielzahl dieser Arbeitsschritte birgt die Gefahr
von Fehlern und späteren zusätzlichen Kosten bei der Beseitigung von dennoch einsickerndem
Wasser durch eine Pumpanlage.
[0004] Um überhaupt eine derartige Grundwasserwanne herstellen zu können, muss zunächst
eine zumindest annähernd wasserdichte Umschließung der Baugrube hergestellt werden.
Dies kann durch Stahlspundwände oder durch Bodenverfestigungen geschehen.
[0005] Spundwände schließen an undurchlässige, das Grundwasser tragende Bodenschichten an,
um eine abgedichtete Baugrube zu erhalten. Innerhalb einer solchen provisorischen
Grundwasserwanne kann dann der Boden für das endgültige Bauwerk ausgehoben werden.
Während der Bauzeit anfallendes Sickerwasser wird abgepumpt. Eine Bodenverfestigung
wird überwiegend dann angewandt, wenn bis in größere Tiefen keine dichten Bodenschichten
anstehen. Mit der Bodenverfestigung kann ein wasserdurchlässiger Untergrund auch nach
unten abgedichtet werden, um die erforderliche trockene Baugrube zu erhalten.
[0006] Allein die hierfür aufzuwendenden Kosten sowie die Kosten für die Absenkung des Grundwassers
beanspruchen einen erheblichen Teil der Baukosten für eine derartige Grundwasserwanne.
Dabei können bei längerer Bauzeit durch die Grundwasserabsenkung auch ökologische
Schäden oder Schäden zum Beispiel durch Setzungen an benachbarten Gebäuden auftreten.
[0007] Schließlich muss die trogförmige Wannenkonstruktion selbst ausreichend gegen Auftrieb
gesichert werden. Dies geschieht meist durch über die Seitenwände auskragende Teile
der Bodenplatte, auf welche die spätere Wiederauffüllung des Bodens als Ballast wirkt.
In extremen Fällen muss die Grundwasserwanne auch durch Anker gegen Auftrieb gesichert
werden.
Aufgabe der Erfindung
[0008] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfachere
und wirtschaftlichere Möglichkeit für die Errichtung einer Grundwasserwanne bei der
Unterführung eines Verkehrsweges aufzuzeigen.
Darstellung der Erfindung
[0009] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0010] Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0011] Der wesentliche Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass zur Herstellung einer
Grundwasserwanne für normale Anwendungsfälle weitgehend mit den Arbeitstechniken des
Erdbaus und der aus dem Deponiebau erprobten Technik der Kombinationsabdichtung gearbeitet
werden kann. Solche Abdichtungen können in kürzester Zeit hergestellt werden, was
die Kosten für die Baugrubensicherung und die Wasserhaltung deutlich reduziert. Außerdem
kann die Abdichtung vor dem Einbau weiterer Schichten auf Dichtheit geprüft werden.
[0012] Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung folgt daraus, dass zur Sicherung
gegen Auftrieb innerhalb der Grundwasserwanne, also innerhalb des von der Abdichtung
umschlossenen Raumes, Ballastschichten angeordnet werden können und dass diese aus
Elektroofenschlacke bestehen, sei es in Form festen Materials, sei es in Form von
Schüttungen. Elektroofenschlacken besitzen eine um 50 % höhere Einbaudichte als mineralische
Materialien, wodurch sich die erforderlichen Aushubmengen beträchtlich reduzieren
lassen. Eine derartige Ballastierung zur Auftriebssicherung kann nicht nur im Bereich
der Bauwerkssohle ausgeführt werden; es können vielmehr auch auf den Böschungen eingebaute
Schüttungen aus Elektroofenschlacke zur Auftriebssicherung herangezogen werden.
Beschreibung der Zeichnung
[0013] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
- Fig. 1
- einen Querschnitt durch einen zu unterführenden Verkehrsweg im Bereich einer Kreuzung
mit einem anderen Verkehrsweg,
- Fig. 2
- einen Querschnitt durch eine Grundwasserwanne gemäß der Erfindung,
- Fig. 3
- einen Ausschnitt aus Fig. 2 in größerem Maßstab,
- Fig. 4
- wiederum einen Ausschnitt aus Fig. 3 sowie die
- Fig. 5 und 6
- weitere Anwendungsbeispiele der Erfindung.
[0014] Fig. 1 zeigt in einer Übersichtsdarstellung als Querschnitt durch einen in einer
Grundwasserwanne zu unterführenden Verkehrsweg die für den Bauablauf und die Konstruktion
der Wanne wesentlichen Merkmale.
[0015] Bei der dargestellten Baumaßnahme wird unterstellt, dass ein oberer, etwa in der
Geländeoberfläche 1 verlaufender Verkehrsweg 2 über einen unteren, in einem Einschnitt
3 verlaufenden Verkehrsweg 4 überführt werden muss. Da der Grundwasserspiegel 5 relativ
hoch verläuft, muss der untere Verkehrsweg 4, zum Beispiel eine Straße, in einer gegenüber
dem Grundwasser abgedichteten Grundwasserwanne 6 verlaufen.
[0016] Zur Herstellung der Grundwasserwanne muss zunächst der Grundwasserspiegel abgesenkt
werden. Bei Grundwasserwannen, die nur etwa 1 bis 2 m in das Grundwasser eintauchen,
kann oft auf eine vollständige Baugrubenumschließung, zum Beispiel durch eine Spundwand
7, verzichtet werden. Der Grundwasserspiegel 5 kann vielmehr mittels seitlich der
Baumaßnahme angeordneter Pumpschächte 8 abgesenkt werden. Flächenhafte Abdichtungen
zum Untergrund mittels Bodenverfestigungen 9 können in an sich bekannter Weise vorgenommen
werden. Der seitliche Zustrom von Grundwasser kann in Anbetracht der kurzen Bauzeit
der erfindungsgemäßen Maßnahme statt durch aufwendige Spundwände kostengünstiger durch
Vereisung des Bodens verhindert werden, indem durch in den Boden abgesenkte Injizierrohre
10 Frostkörper 11 gebildet werden.
[0017] Sollte die herzustellende Grundwasserwanne den Grundwasserstrom behindern, dann können
unterhalb derselben querverlaufende Gräben ausgehoben werden, die zum Beispiel mit
einem geotextilen Filter ausgekleidet und mit hohlraumreichem Boden, wie Schotter
oder ausgesiebtem Kies, aufgefüllt werden. Durch solche Sickerschichten kann das Grundwasser
die den Abflussquerschnitt sperrende oder verengende Wannenkonstruktion unterqueren.
[0018] Sodann kann in der nun trockenen Baugrube die Grundwasserwanne hergestellt werden.
Hierzu wird zunächst im Bereich des Einschnitts 3 unterhalb der künftigen Fahrbahn
12 der Raum für den Aufbau der Unterkonstruktion nach den Vorschriften über Straßenbefestigungen
abgegraben. Zusätzlich wird die zur Auftriebssicherung der späteren Grundwasserwanne
erforderliche Bodenschicht ausgehoben, schließlich die Oberfläche der dadurch entstandenen
trogförmigen Abtragsfläche 13 eingeebnet und verdichtet.
[0019] Auf die Abtragsfläche 13 wird sodann die Dichtungsschicht 14 für die herzustellende
Grundwasserwanne 6 verlegt. Die Dichtungsschicht 14 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel
(Fig. 3, 4) aus einer - unteren - geotextilen Tondichtungsbahn 15 mit einer Füllung
aus Bentonit als erste mineralische Dichtungsschicht und als untere Schutzschicht
für eine darüber verlegte Kunststoffdichtungsbahn 16, z.B. aus Polyethylen oder thermoplastischen
Olefinen.
[0020] Die Kunststoffdichtungsbahn 16 wird etwa 30 cm oberhalb des höchsten Grundwasserstandes
5 waagerecht in die Böschung eingebaut und dort befestigt (17) (Fig. 2). Im Bereich
der Brückenkonstruktion, insbesondere der den Überbau 18 tragenden Widerlager 19,
wird die Kunststoffdichtungsbahn 16 an die Kunstbauwerke, wie zum Beispiel die Brückenwiderlager
19, Durchdringungen oder Schächte mittels aus der Deponietechnik bekannter Bauweisen
angeschlossen.
[0021] Alternativ kann als Dichtungsschicht auch eine sogenannte prüfbare Doppeldichtung
gemäß DE 196 25 245 A1 verwendet werden, In diesem Fall wird auf die Abtragsfläche
13 eine bevorzugt 500 g/m
2 schwere Faservliesmatte aus Polypropylen als untere Schutzschicht für die Abdichtung
ausgelegt. Die eigentliche Abdichtung besteht dann aus zwei 1,5 bis 3,0 mm dicken
Kunststoffdichtungsbahnen aus Polyethylen oder thermoplastischen Olefinen, welche
miteinander kissenartig verschweißt sind. Zwischen diesen Kunststoffdichtungsbahnen
ist wiederum eine Faservliesmatte eingelegt, die mit einer bei Wasserzutritt nach
Beschädigungen stark quellenden Substanz gefüllt ist. Dieses Quellmittel dichtet Schadstellen
selbsttätig ab. Die Kissen der Doppeldichtung können nach der Verlegung und Verschweißung
zwischen den einzelnen Kissen durch ein Vakuum auf Dichtheit geprüft werden. Dieses
Prüfvakuum kann auch während der gesamten Bauzeit aufrecht erhalten werden.
[0022] Zum Schutz vor Beschädigungen wird auf der Kunststoffdichtungsbahn 16 zunächst eine
Schutzlage aus einem Schutzvlies 20, bevorzugt aus Polypropylen, mit einer Flächenmasse
von 1.200 g/m
2 verlegt. Auf der Sohle der Wanne 6 wird zusätzlich eine ca. 10 cm dicke Sandschicht
21 eingebaut und sorgfältig eingeebnet (Fig. 3, 4).
[0023] Zur Reduzierung der für die Herstellung der Grundwasserwanne 6 erforderlichen Abtragsmengen
wird als Ballast Schlacke aus Elektrostahlwerken, sogenannte Elektroofenschlacke mit
einer Wichte größer 30 kN/m
3 verwendet. Elektroofenschlacke enthält etwa 30 bis 35 % Eisen, ist deshalb sehr schwer,
dabei hart und eignet sich sowohl als Zuschlagsmatenal für Schwerbeton, als auch als
Unterbau für Straßen bzw. zur Herstellung von Split für den Straßenbau. Infolge dieser
Zusammensetzung hat dieses Material eine um etwa 50 % höhere Einbaudichte als vergleichbares
mineralisches Material. Durch Verwendung dieses Materials kann somit im gleichen Umfang
Aushub eingespart werden.
[0024] Erfindungsgemäß besteht diese Ballastierung im Bereich der Sohle der Grundwasserwanne
6 aus einer Fundamentschicht 22 aus festem Material, insbesondere aus Beton mit Elektroofenschlacke
als alleinigem Zuschlagsstoff sowie aus geschütteten Ballastschichten aus Elektroofenschlacke,
und zwar zumindest einer Schicht 23 im Bereich der Sohle und schrägen Schichten 24
im Bereich der Böschungen (Fig. 2).
[0025] Zur Erleichterung der Herstellung und Verkürzung der Bauzeit kann die Fundamentschicht
22 aus vorgefertigten Platten 22a aufgebaut werden. Die Platten 22a sind an den Rändern
nach Art eines Stufenfalzes ausgebildet, so dass Auftriebskräfte, insbesondere bei
Aufgrabungen für Ausbesserungsarbeiten, von der Fundamentschicht 22 gleichmäßig aufgenommen
werden. Damit können nachteilige Überdehnungen der Kunststoffdichtungsbahn 16 vermieden
werden. Wie Fig. 4 zeigt, können die Platten 22b im Bereich von Krümmungen der Dichtungsschicht
14 geringere Abmessungen haben, um sich der Krümmung besser anpassen zu können. Die
Platten 22a und 22b können auch aus Elektroofenschlacke unmittelbar gegossen sein.
[0026] Auf das aus den einzelnen Platten 22a und 22b bestehende Fundament 22 im Sohlbereich
wird sodann eine Schicht 23 aus abgestufter Elektroofenschlacke, welche eine hohlraumarme
Schüttung ergibt, geschüttet, verteilt und verdichtet. In diese Schicht 23 werden
auch die zur Ableitung des auf die Grundwasserwanne 6 fallenden Niederschlagswassers
erforderlichen Schächte 25 und Rohrleitungen 26 eingebaut.
[0027] Außerhalb der Fahrbahnflächen 12 werden beidseitig ab der Höhe des Planums 27 Stützwände
28 aus Betonwinkelsteinen und/oder geotextil bewehrte Steilböschungen mit Füllmaterial
aus Elektroofenschlacke 24 hergestellt. Im Bereich der Böschungen ist die Oberfläche
der Schutzschicht 20 zweckmäßig so ausgeführt, dass ein möglichst geringer Reibungsbeiwert
zwischen der Kunststoffdichtungsbahn 16 und dem Schutzvlies 20 vorhanden ist. Damit
kann ein möglichst großer Anteil des Gewichtes der Ballastschüttung 24 im Bereich
der Böschung als Ballast auf der Fundamentschicht 22 angesetzt werden.
[0028] Die Stützwände 28 und/oder Steilböschungen nehmen die Horizontalkräfte aus Wasserdruck
und der horizontalen Komponente der Ballastschüttung 24 auf den Böschungen auf.
[0029] Auf das profilgerecht eingebaute Planum 27 der Ballastschüttung 23 aus Elektroofenschlacke
wird im Straßen- oder Wegebereich die übliche Fahr- bzw. Gehwegkonstruktion eingebaut
(Fig. 3). Diese besteht im Bereich der Fahrbahn 12 aus dem üblichen Unterbau 29, z.B.
einer Frostschutzschicht, und dem Fahrbahnbelag 30, im Randbereich aus der Fahrbahnentwässerung
31 und einem durch Bordsteine 32 abgetrennten Gehwegbelag 33, der an die auf einem
Fundament ruhende Stützmauer 28 anschließt.
[0030] Um in dem nicht von Fahrbahnbefestigungen überdeckten Bereich Auslaugungen von Schwermetallen
aus der Elektroofenschlacke zu vermeiden, werden zweckmäßigerweise die offenen Böschungsflächen
der Ballastschüttungen 24 gegen einsickerndes Regenwasser mit einer Dichtungsschicht
34 zweckmäßig aus geotextilen Tondichtungsbahnen, sogenannten Bentonitmatten, belegt,
anschließend mit Humus 35 abgedeckt und begrünt.
[0031] An den Tiefpunkten der beidseitig herzustellenden Entwässerungsmulden 36 werden Einlaufschächte
25 für das Oberflächenwasser abgeordnet und an die Fahrbahnentwässerung angeschlossen.
Anfallendes Wasser wird in einen Pumpschacht 37 (Fig. 2) geleitet und von dort mittels
einer Pumpe 38 und einer Druckleitung 39 in Gräben oder Versickereinrichtungen oberhalb
des Grundwasserspiegels 5 gepumpt. Die Ausbildung der Grundwasserwanne mit seitlichen
Böschungen oberhalb der Sohldichtung hat dabei den Vorteil, dass der Pumpschacht 37
und die Pumpanlage 38 innerhalb der Wanne angeordnet werden können, so dass für diese
Pumpanlage und die Leitungen die Dichtungen nicht durchbrochen zu werden brauchen.
[0032] Bei nicht ausreichend tragfähigem Untergrund können zur Gründung der Brücke 18 für
den überführten Verkehrsweg 2 bis zum tragfähigen Baugrund 40 Bohrpfähle 41 oder durch
Bodenverfestigung zum Beispiel im Düsenstrahlverfahren erzeugte Bodensäulen 42 hergestellt
werden. Auf diesen werden die Widerlager 19 in konventioneller Bauweise hergestellt.
Durch diese Art der Ausführung kann auch für die zeitaufwendige Betonbauweise auf
eine Grundwasserabsenkung verzichtet werden.
[0033] Der Überbau 18 für den zu überführenden Verkehrsweg 2 kann dann in herkömmlicher
Bauweise hergestellt werden.
[0034] In den Fig. 5 und 6 sind noch zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt,
bei denen der zu unterführende Verkehrsweg geschlossen ausgebildet ist.
[0035] Wie Fig. 5 zeigt, kann in einer erfindungsgemäß ausgebildeten und hergestellten Grundwasserwanne
6 auch eine Art Tunnelbauwerk 45 aus einer Tunneldecke 46, zwei Seitenwänden 47 und
an deren Fuß seitlich auskragenden Fundamentbalken 48 errichtet werden. In der Tunnelröhre
kann ein Verkehrsweg 12 verlaufen. Diese Lösung benötigt allerdings einen tragfähigen
Untergrund, der nicht zu Setzungen neigt, um die Dichtungsschicht 14 nicht zu überlasten.
[0036] Fig. 6 zeigt noch als Alternative einen Durchlass 50 aus sogenannten Wellstahlplatten.
Auch dieser Durchlass 50 liegt in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Grundwasserwanne
6, die wie beschrieben aufgebaut und hergestellt ist. Oberhalb des Durchlasses 50
ist Boden 49 angeschüttet, der nochmals durch eine Dichtungsschicht 51 abgedeckt sein
kann, um die in die Grundwasserwanne etwa eintretenden Niederschläge zu verringern.
Über dieser Dichtungsschicht 51 kann Humus 52 ausgebracht werden.
[0037] Im übrigen entsprechen diese beiden Darstellungen der oben beschriebenen Ausführung
der Grundwasserwanne 6 mit einer Dichtungsschicht 14, auf der eine Fundamentschicht
22 angeordnet ist, die ihrerseits eine Schüttung 23 und seitlich anschließende Schüttungen
24 jeweils aus Elektroofenschlacke umfasst.
1. Im Erdreich gebettete Wannenkonstruktion mit einer Wannensohle und geböschten Seitenwänden
insbesondere für die Unterführung eines Verkehrsweges, die zumindest teilweise unterhalb
des Grundwasserspiegels liegt,
gekennzeichnet durch
- eine die Oberfläche (13) der ausgehobenen wannenförmigen Baugrube überdeckende Dichtungsschicht
(14),
- eine im Sohlbereich der Wanne (6) oberhalb der Dichtungsschicht (14) als Fundament
angeordnete Ballastschicht (22) aus festem Material,
- eine oberhalb der festen Ballastschicht (22) als Schüttung angeordnete Ballastschicht
(23) als Unterlage für eine Fahrwegkonstruktion (12),
- wobei sowohl die feste Ballastschicht (22) als auch die als Schüttung ausgebildete
Ballastschicht (23) Elektroofenschlacke enthalten bzw. ganz oder teilweise aus Elektroofenschlacke
bestehen.
2. Wannenkonstruktion nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch entlang der geböschten Seitenwände
verlaufende, ebenfalls als Schüttungen ausgebildete Ballastschichten (24), die Elektroofenschlacke
enthalten bzw. ganz oder teilweise aus Elektroofenschlacke bestehen.
3. Wannenkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsschicht
(14) zumindest eine untere Tondichtungsbahn (15) und zumindest eine obere Kunststoffdichtungsbahn
(16) umfasst.
4. Wannenkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsschicht
als Doppeldichtung gemäß DE 196 25 245 A1 ausgebildet ist.
5. Wannenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass oberhalb
der Kunststoffdichtungsbahn (16) eine Schutzschicht (20), z.B. ein Vlies, vorzugsweise
aus Polypropylen, angeordnet ist.
6. Wannenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die feste Ballastschicht (22) aus einem Belag aus plattenförmigen Elementen (22a,
22b) besteht.
7. Wannenkonstruktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen
Elemente (22a, 22b) an den Rändern als Stufenfalz ausgebildet sind.
8. Wannenkonstruktion nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen
Elemente (22a, 22b) aus Betonfertigbauteilen mit Zuschlägen aus Elektroofenschlacke
bestehen.
9. Wannenkonstruktion nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenartigen
Elemente (22a, 22b) aus gegossener Elektroofenschlacke bestehen.
10. Wannenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der festen Ballastschicht (22) und der Dichtungsschicht (14) eine ausgleichende
Sandschicht (21) angeordnet ist.
11. Wannenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ballastschichten (24) im Bereich der Böschungen gegenüber ihrer Unterlage gleitfähig
aufgelagert sind.
12. Wannenkonstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschichten
(20) im Bereich der Böschungen eine glatte Oberfläche aufweisen.
13. Wannenkonstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schutzschichten
(20) und den Ballastschichten (23) jeweils Schichten aus einem kohäsionslosen Material,
z.B. Sand, angeordnet sind.
14. Wannenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht als Fahrwege befestigten Oberflächen der Grundwasserwanne, insbesondere
die Ballastschüttungen, durch Dichtungsschichten (34) abgedeckt sind.
15. Wannenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
die zur Entwässerung einschließlich der Abführung von Niederschlagswasser erforderlichen
Einrichtungen innerhalb der Wannenkonstruktion angeordnet sind.