Verfahren zur Kompensation der Neigung von schiefen Türmen

Abstract

 Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation der Neigung (N) von schiefen Bauwerken, insbesondere schiefen Türmen (1), wobei auf der der Neigung (N) entgegengesetzten Seite (A) des Bauwerkes Erdbodenmaterial im wesentlichen dicht unterhalb des Fundamentbodens (6) entnommen wird, um das Bauwerk zumindest teilweise wieder aufzurichten. Das Fundament (2) wird vor der Materialentnahme zweckmäßigerweise außen und innen verstärkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfingung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation der Neigung von bezüglich der Vertikalen geneigten Bauwerken, insbesondere von (Kirch-, Glocken-, Aussichts-)Türmen, deren Fundament auf der Erdbodenunterlage abgesunken ist bzw. auf schräger Erdbodenunterlage steht.

[0002] Bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur Sanierung von schiefen Bauwerken, insbesondere Türmen, zwecks Aufrichtung bzw. Rückstellung der Neigung um ein gewisses Maß sehen tiefgreifende Eingriffe in den zumeist labilen Untergrund vor. Bespielsweise wurde vorgeschlagen, den labilen Untergrund unter dem Bauwerk in großem Umfang durch Betonisierungsmaßnahmen zu stabilisieren, um beim schiefen Bauwerk zumindest eine fortschreitende Vergrößerung der Neigung auf Dauer zu verhindern. Andere bekannte Verfahren betreffen Stützungsmaßnahmen am Bauwerk von außen oder Verankerungsmaßnahmen im Bauwerk schräg nach unten tief das Erdreich, um das Bauwerk in der Neigung zurückzustellen. Derartige horizontale Krafteinwirkung ist für das zu sanierende Bauwerk in hohem Maße schädlich und könnte zu dessen Einsturz führen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei welchen mit vertretbarem Aufwand eine zumindest teilweise Rückstellung der Neigung des Bauwerkes zuverlässig ermöglicht wird, ohne schädliche (Horizontal-)Kräfte auf das zu sanierende Bauwerk auszuüben.

[0004] Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Art.

[0005] Vorteilhaft weitergebildet wird das erfindungsgemäße Verfahren durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 10.

[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere vorteilhaft durchgeführt werden mit Hilfe einer Vorrichtung der im Anspruch 11 definierten Art.

[0007] Die Vorrichtung ist zweckmäßigerweise weitergebildet in der Form der in den Ansprüchen 12 bis 14 beschriebenen Weise.

[0008] Wesen der Erfindung ist die Entnahme von Erdbodenmaterial im wesentlichen dicht unterhalb des Fundamentes des schiefen Bauwerkes an einer Stelle, wohin sich das Fundament absenken soll, um das Bauwerk insgesamt in Richtung der Vertikalen aufzurichten bzw. um ein gewisses Maß zurückzustellen. Es wird also an örtlich ausgesuchter Stelle unter dem Fundament durch Materialentnahme die Erdbodendichte während des Entnamevorgangs "verringert". Das auflastende Bauwerk reagiert hierauf mit einer gesteuerten einseitigen Absenkung, welche die ursprüngliche Neigung im wesentlichen kompensiert. Die Materialentnahme erfolgt vornehmlich auf der der Neigung des Bauwerkes entgegengesetzten Seite, kann jedoch auch zum Teil auf der Seite der Neigung unter dem Fundament erfolgen.

[0009] Vor dem Sanierungsvorgang wird zweckmäßigerweise das Bauwerk im Bereich des Fundaments verstärkt. Insbesondere wird auf dem Außenumfang des Fundaments ein Verstärkungsring angelegt, gleichermaßen ein Verstärkungsring längs des Innenumfangs des Fundaments. Beide Fundamentverstärkungsringe werden gegenseitig miteinander verspannt, vorzugsweise mittels zugbeanspruchter Spannglieder bzw. Spannstangen, welche sich durch das Fundament im wesentlichen in horizontaler Richtung oder schräg erstrecken und in den den zuvor geschaffenen Fundamentbohrungen mit einem Spezialmörtel verpresst worden sind. Wird eine einzelne diesbezügliche horizontale oder schräge Radial-Fundamentbohrung angelegt, wird diese sofort mit einer Spannstange bestückt und der verbleibende Raum zwischen Bohrung und Stange mit Spezialmörtel verpreßt. Nach einer jeden Verpressung wird also das Fundament um ein gewisses Maß verstärkt, und zwar noch vor einem Spannen, dieser Spannstange. Nach einem Spannen aller Spannglieder wird auf das Fundament sowohl auf dem Außenumfang als auch auf dem (gegebenenfalls vorhandenen) Innenumfang des Fundaments eine in hohem Maße stabilisierende Schubspannung ausgeübt, wobei die Druckkraft durch exakte formschlüssige Anlage der Beton-Verstärkungsringe am Außen-bzw. Innenumfang des Fundaments flächig eingeleitet wird. Gleichzeitig wird durch den äußeren und inneren Verstärkungsring das Fundament als stabile Einheit vergrössert und mithin auch dessen Auflagefläche auf der Erdbodenunterlage.

[0010] Die Materialentnahme des Erdreichs an ausgesuchter Stelle unter (oder seitlich dicht neben) dem Fundamentboden erfolgt mit einem oder mehreren Spezialwerkzeugen, insbesondere mit Hilfe eines räumspindelartigen oder räumgliederkettenartigen Erdboden-Schneid- und -Abtrag-Werkzeugs, welches in Drehrichtung oder in Längsrichtung angetrieben ist und vorzugsweise senkrecht zur Längserstreckung des Geräts im wesentlichen dicht unterhalb des Fundamentbodens in das Erdreich vorgetrieben wird.

[0011] Das Spezialwerkzeug kann auch allein oder zusammen mit den vorgenannten Werkzeugen ein schräger oder vertikaler räumspindelartiger in Drehrichtung angetriebener Bohrer sein, welcher sich seitlich vom Fundament oder durch das (zuvor in der Stabilität extrem erhöhte) Fundament selbst erstreckt und in das abzugrabende Erdreich hineinreicht, um dieses nach oben bei einem Abgrab-Vorgang abzuführen.

[0012] Die Schaffung des äußeren (und gegebenenfalls inneren) Verstärkungsrings erfolgt in einer Weise, daß in keiner Phase des Sanierungsvorganges das Fundament spürbar geschwächt wird. Insbesondere werden anfänglich Fundament-Abschnitte nur in kleinen Segmenten vom vorhandenen Erdreich befreit. Die freigelegten Segmente werden bodenseitig unverzüglich durch (horizontale) schwergewichtige Stahlplatten gesichert, deren Gewicht in etwa dem Gewicht des abgegrabenen Erdreichs des Segmentes entspricht. Auf den vorgenannten Platten wird/werden die eigentlichen Verstärkungsringe angelegt, durch die sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vertikale höhenverstellbare Gewindespindeln erstrecken. Die Gewindespindeln ermöglichen in Anlage an den unteren vorgenannten horizontalen Platten eine Neigungskorrektur des Fundaments bzw. des gesamten Bauwerkes noch nach Jahren. Während eines Sanierungsvorgangs dienen sie durch kontrolliertes Verstellen einer zusätzlichen Stabilisierung des Bauwerkes. Eine oder mehrere Gewindespindeln können auch durch Meßsonden ersetzt sein, um fortwährend die auflastende Vertikalkraft während des Sanierungsvorganges zu bestimmen und auszuwerten.

[0013] Während des Sanierungsvorganges wird durch eine (Laser-) Meßeinrichtung die Neigung des Bauwerkes gemessen. Der gemessene Wert dient nach einer Auswertung als Steuergröße, welche in einer entsprechenden Steuereinrichtung verarbeitet wird, um den Materialentnahmevorgang kontrolliert durchzuführen bzw. zu überwachen.

[0014] Um bei einem Sanierungsvorgang Grundbruchgefahr zu vermeiden, kann in weiterer zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, den Erdboden (an tiefer gelegener Stelle) unter dem Bauwerk zu verfestigen, insbesondere durch an sich bekannte Maßnahmen (z.B. Einfrieren mit Hilfe von flüssigem Stickstoff; Bodenanker od. dgl.).

[0015] Ersichtlich wird durch die Erfindung die Sanierung von der Einsturzgefahr ausgesetzten schiefen Bauwerken mit vertretbarem Aufwand ermöglicht. Die Sanierungsmaßnahmen sehen keinen Eingriff am Bauwerk selbst vor, lediglich einen Eingriff unter dem Fundament in dosierter, gezielter Weise. Das dem Eingriff benachbarte Fundament wird zuvor innen und außen verstärkt und letztlich vergrößert. Das vergrößerte Fundament kann gegebenenfalls in Höhenrichtung korrigiert bzw. verstellt werden.

[0016] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1

einen schiefen Turm in einem schematischen Vertikalschnitt,

Fig. 2

den Turm nach Fig. 1 im unteren Fundamentbereich mit innerer und äußerer Umfangsverstärkung,

Fig. 3

ein unteres Plattensegment unterhalb der eigentlichen Außenumfangsverstärkung in schematischer perspektivischer Ansicht,

Fig. 4

eine schematische Querschnittsansicht durch den Turm nach Fig.1 im Bereich des Fundaments,

Fig. 5

eine der Fig. 4 ähnliche Querschnittsansicht durch das Fundament mit weiteren Einzelheiten,

Fig. 6

die Anordnung eines räumgliederkettenartigen Werkzeugs im Bereich unter dem Fundament mit Darstellung der Antriebs-und Vortriebsrichtung,

Fig. 7

das Werkzeug nach Fig. 6 in einer schematischen perspektivischen aufgebrochenen Seitenansicht des unteren Turmbereichs,

Fig. 8

eine der Fig. 6 ähnliche Darstellung eines anderen räumspindelartigen Werkzeugs,

Fig. 9, 10

andere Ausführungsformen eines räumspindelartigen Werkzeugs in einer schrägen Anordnung im Turmfundament,

Fig. 11

ein Segmentabschnitt der äußeren Fundamentverstärkung mit unterer Segmentplatte in perspektivischer Ansicht unmittelbar nach einer Neigungskompensation des Turmes, und

Fig. 12

die Anordnung nach Fig. 11 nach hydraulischer Anhebung der unteren Segmentplatte.

[0017] Der in Fig. 1 veranschaulichte Turm 1 ist auf der rechten unteren Seite mit seinem ringförmigen Fundament 2 unter das normale Erdboden-Niveau 17 abgesunken und bezüglich der Vertikalen 4 nach rechts in einem Winkel N geneigt. Der Turm nach Fig. 1 ist vor seiner Sanierung gezeigt, d.h. vor den Maßnahmen zur Kompensation bzw. Rückstellung der Neigung N.

[0018] Das Verfahren zur Kompensation der Neigung N des bezüglich der Vertikalen 4 geneigten Bauwerkes sieht vor, insbesondere auf der der Neigung N entgegengesetzten Seite A des Bauwerkes Erdbodenmaterial 3 im wesentlichen dicht unterhalb des Fundaments 2 zu entnehmen. Das Fundament 2 ist unten im Bereich seines Bodens 6 plan ausgebildet und steht auf schräger Erdbodenunterlage. Bei auflastendem Bauwerk wird die Schräge 5 durch drehbar oder oszilierend angetriebene Erdboden-Schneid- und -Abtrag-Werkzeuge im wesentlichen schichtweise in gewünschten Bereichen abgetragen. Derartige Werkzeuge besitzen Eingriffsbereiche, welche dicht unterhalb des Fundamentbodens in das Erdreich 3 vorgetrieben werden. Das seitlich aus dem Fundament herausgeförderte Erdreich wird manuell oder maschinell beiseite geschafft. Durch das entnommene Material wird die Erdbodendichte einseitig unter dem Fundament 2 "verringert" mit der Folge eines gezielten Absenkens des Fundaments 2 gem. Fig. 1 links, wodurch der Turm 1 zumindest teilweise aufgerichtet wird.

[0019] Vor der eigentlichen Erdbodenmaterial-Entnahme wird das Fundament des Turmes 1 armiert bzw. verstärkt. Insbesondere werden eine äußere und eine innere Umfangsverstärkung 9 bzw. 10 formschlüssig am Fundament 2 angebracht. Die Umfangsverstärkungen 9 und 10 werden gegenseitig verspannt, um insgesamt das Fundament 2 für die eigentlichen Sanierungsmaßnahmen nicht nur stabiler, sondern auch größer zu gestalten.

[0020] Vorab wird an der tiefsten eingesunkenen Stelle D des Fundaments ein Umfangsbereich des Fundaments in Segmentform seitlich freigelegt, bis kurz unter den Fundamentboden 6. In den vom Erdreich freigelegten Segmentbereich wird eine untere schwergewichtige Segmentplatte 18 im wesentlich horizontal eingebracht. Die Segmentplatte 18 weist ein Gewicht auf, welches im wesentlichen dem weggeschafften Erdreich entspricht. Durch die eingebrachte Segmentplatte 18 ist der vom Erdreich freigelegte Umfangsbereich des Fundaments hinreichend gesichert. Im Anschluß hieran werden die benachbarten Umfangsbereiche außen am Fundament 2 ähnlich mit Platten 18 bestückt, wie dies insbesondere der Fig. 4 zu entnehmen ist. Bevorzugt wird der gesamte äußere Umfangsbereich des Fundaments 2 mit Platten 18 verlegt.

[0021] An radial äußerer Stelle können weitere Platten 28 verlegt sein, um örtlich einen größeren Arbeitsraum für Gerät od. dgl. zu schaffen.

[0022] Anschließend werden auf den Platten 18 weitere untere Plattensegmente 24 verlegt,in welchen im wesentlichen vertikale Gewindestangen 26 in Rohren aufgenommen sind (vgl. Fig.4). Die Rohre werden oberseitig mit oberen Plattensegmenten 25 verbunden. Durch das Fundament 2 werden einzeln horizontale oder schräge Durchgangsbohrungen 20 gefertigt und unverzüglich nach einer Fertigung mit Spanngliedern oder Spannstangen 22 bestückt, welche mit einem Füllmaterial wie Betonit verpreßt werden. Die Spannstangen 22 besitzen eine Länge, welche auf beiden Seiten deutlich den Fundamentring überragt.

[0023] Für eine innere Umfangsverstärkung 10 werden wie auch bei der äußeren Umfangsverstärkung 9 des Fundaments 2 radiale Sackbohrungen 23 gebohrt, in welchen ebenfalls Befestigungsstangen bzw. Stabstähle angeordnet und mit Spezialmörtel verpreßt werden. Daraufhin werden nach einer Verschalung der innere und der äußere Verstärkungsring 10 und 9 mit Beton ausgegossen bzw. verpreßt, sodaß nach der Abbindephase stabile Ringe 9 und 10 geschaffen werden. Beide Ringe 9 und 10 werden im Bereich der Spannglieder 22 mit seitlichen Spannankern 21 bestückt, und es werden die Spannanker 21 verspannt. Es entsteht eine schubfeste, formschlüssige Verbindung zwischen Ringen 9 und 10 und dazwischen angeordnetem Fundament 2.

[0024] Für den eigentlichen Abtragevorgang wird nun gemäß Fig. 6 und 7 ein räumgliederkettenartiges Werkzeug 7 verwendet, dessen geradliniger Abschnitt der Kette 16 dicht unterhalb des Fundaments in Richtung F bis zur Vortriebsstelle G von der Stelle C des Fundaments vorgetrieben wird, und zurück. Die Kette wird durch seitliche Antriebe 12 und 13 hierbei in Längsrichtung hin- und herbewegt. Die Kette 16 ist an beiden Enden mit Seilzügen29 verbunden, welche über untere Umlenkrollen 14 und ober Umlenkrollen 15 des Geräts geführt sind. Gegebenenfalls wird der Abtragvorgang mehrmals wiederholt und in unterschiedliche Vortriebstiefe vorangetrieben.

[0025] In Fig. 8 ist ein anderes Werkzeug 8 veranschaulicht, welches räumspindelartig aufgebaut ist und zwei ausgerichtete Räumspindeln besitzt, welche eine entgegengesetzte Steigung aufweisen. Durch die Gegenläufigkeit ist bei einem Abtragvorgang eine Axialkraftkompensation gegeben. Die Räumspindeln sind drehbar angetrieben und besitzen eine Vortriebrichtung wie im vorgenannten Fall.

[0026] In den Fig. 9 und 10 sind weitere Ausführungsformen von Räumspindeln oder -schnecken gezeigt, die von seitlich oben durch das Fundament 2 in das untere Erdreich geführt sind. Diese besitzen das Bezugszeichen 11.

[0027] In der Fig. 11 ist ein Segment eines äußeren Verstärkungsrings 9 mit unterem Plattensegment 18 gezeigt, und zwar in übertriebener Form kurz nach einem Absenken des Fundaments 2 nach einer Materialentnahme. Das Segment liegt in etwa an tiefster Stelle D . Zwischen Platte 18 und unterer Segmentplatte 24 des Rings 9 entsteht ein minimaler Spalt. Der Spalt wird gemäß Fig. 12 durch hydraulisches Anheben der Platte 18 geschlossen. Die Platte 18 weist, wie dies auch der Fig. 3 zu entnehmen ist, Radialstege 19 auf, zwischen denen sich Erdreich befindet. Dieses Erdreich wird ausgeräumt, und es wird nach einem hydraulischen Anheben der Platte 18 der dadurch entstandene zusätzliche Hohlraum mit Betonmaterial verpreßt. Dadurch wird nach einer Sanierung des Bauwerkes der Untergrund weiter verstärkt. Tritt nach Jahren möglicherweise eine weitere Turmverlagerung bzw. -neigung ein, so kann diese mittels der Vielzahl der höhenverstellbaren Gewindespindeln 26 auf einfache Weise wieder korrigiert werden.

[0028] Alle in der Zeichnung dargestellten und/oder in der Beschreibung erwähnten Merkmale allein oder in sinnvoller Kombination sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Ansprüche

1. Verfahren zur Kompensation der Neigung (N) von bezüglich der Vertikalen (4) geneigten Bauwerken, insbesondere von (Kirch-, Glocken-, Aussichts-) Türmen (1), deren Fundament (2) auf der Erdbodenunterlage (3) einseitig abgesunken ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der der Neigung (N) entgegengesetzten Seite (A) des Bauwerkes Erdbodenmaterial im wesentlichen dicht unterhalb des Fundaments (2) entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Kompensation der Neigung (N) von bezüglich der Vertikalen (4) geneigten Bauwerken, insbesondere Türmen (1), deren im wesentlichen planes Fundament (2) auf schräger Erdbodenunterlage (3)steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schräge (S) der schrägen Erdbodenunterlage (3) bei auflastendem Bauwerk zumindest teilweise abgegraben oder weggefräst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der der Neigung (N) entgegengesetzten Seite (A) des Bauwerkes seitlich unterhalb des Fundamentbodens(6) oder unter dem Fundamentboden (6) selbst ein drehbar, oszillierend oder umlaufend angetriebenes Erdboden-Schneid- und -Abtrag-Werkzeug (Räumspindel, Räumgliederkette od. dgl.) angeordnet wird, welches im wesentlichen dicht unter dem Fundamentboden (6) in das Erdreich vorgetrieben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß seitlich vom Fundament (2) und/oder durch das Fundament (2) zumindest eine vertikale oder schräge Materialaustragbohrung (11)angelegt wird, die zum Erdreich (3) dicht unter dem Fundamentboden (6) reicht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Neigung (N) des Bauwerkes gemessen, ausgewertet und zu einer Steuergröße verarbeitet wird, welche den Abgrab- oder Wegfräsvorgang steuert oder überwacht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fundament (2) des Bauwerkes vor einem Abgrab- oder Wegfräsvorgang armiert bzw. verstärkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fundament (2) des Bauwerkes vorzugsweise am gesamten Außenumfang und gegebenenfalls Innenumfang verstärkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenumfangsverstärkung (9) und die Innenumfangsverstärkung (10) gegenseitig verspannt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest Bereiche der Außenumfangsverstärkung (9) höhenverstellbar angeordnet werden.

10. Verfahren nach einem der Asprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest das tiefer gelegene Erdreich unter der Erdbodenunterlage (3) stabilisiert wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
gekennzeichnet durch
ein räumspindelartiges und/oder räumgliederkettenartiges Erdboden-Schneid- und -Abtrag-Werkzeug (7,8,11)in im wesentlichen horizontaler Anordnung unter dem Fundamentboden (6) des Bauwerkes und/oder in schräger oder vertikaler Anordnung seitlich vom und/oder in Erstreckung durch das Fundament (2), welches durch zumindest einen Antrieb (12, 13) antreibbar und in das Erdreich (3) vortreibbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein räumspindelartiges Erdboden-Schneid- und Abtrag-Werkzeug (8) in im wesentlichen horizontaler Anordnung unter dem Fundamentboden (6) um die Spindelachse drehbar antreibbar und im wesentlichen quer zur Spindelachse in das Erdreich (3) vortreibbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das räumspindelartige Erdboden-Schneid- und Abtrag-Werkzeug (8)zwei zueinander in Längsrichtung ausgerichtete fest miteinander verbundene Einzelräumspindeln besitzt, welche im wesentlichen gleich ausgebildet sind, jedoch entgegengesetzte Spindelsteigung besitzen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichent,
daß ein räumgliederkettenartiges Erdboden-Schneid- und Abtrag-Werkzeug (7) in im wesentlichen horizontaler Anordnung unter dem Fundamentboden (6) eine um Umlaufrollen (14, 15) geführte Kette (16) aufweist, welche durch zwei endseitige Antriebe (12, 13) in Kettenlängsrichtung hin- und herbewegbar ist, wobei die Kette (16) im wesentlichen quer zu ihrer Längsachse in das Erdreich (3) vortreibist.

Zeichnung