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Verfahren und Vorrichtungen zum Einbauen von bituminös gebundenen
Dichtungskörpern, insbesondere Dichtungsschürzen, in unter Wasser stehendem Untergrund,
z. B. Baugrund von Wasserstaubauwerken Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
Vorrichtungen zum Einbauen von bituminös gebundenen Dichtungskörpern, insbesondere
Dichtungsschürzen, in unter Wasser stehendem Untergrund, z. B. Baugrund von Wasserstaubauwerken,
durch Einbringen der Dichtungsmasse in eine Reihe von sich gegenseitig am Umfang
anschneidenden, mit Grundwasser gefüllten Bohrungen.
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Beim Errichten von Wasserstaubauwerken, insbesondere von Staudämmen
und Talsperrmauern, ist dem Untergrund, auf dem das Bauwert. errichtet werden muß,
größte Aufmerksamkeit zuzuwenden. Sehr oft besteht der Untergrund aus Schichten
wasserdurchlässigen Gerölls von solcher Mächtigkeit, daß das Herabfuhren des Bauwerkes
bis auf den felsigen Untergrund aus wirtschaftlichen Gründen ausscheidet. In diesen
Fällen hilft man sich durch den Einbau einer schmalen, unter dem Staudamm verlaufenden
Dichtungsschürze, die bis auf den felsigen Untergrund herabreicht. Die Herstellung
solcher Dichtungsschürzen geschieht allgemein durch Niederbringen einer Reihe von
sich am Umfang überschneidenden, bis in den felsigen Untergrund reichenden Bohrungen
und Füllen dieser Bohrungen mit geeigneten Dichtungsstoffen. Auf diese Weise entsteht
eine über den gesamten abzudichtenden Querschnitt, z. B. eine Talmulde, reichende
wasserdichte Schürze, deren Wandstärke durch Auswahl der Querschnittsabmessungen
der einzelnen Bohrungen, den Anforderungen entsprechend bemessen werden kann.
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An die Qualität solcher Dichtungsschürzen müssen höchste Anforderungen
gestellt werden, denn die Brauchbarkeit dieser Schürzen stellt sich erst heraus,
wenn die Sperrmauer vollendet und die Talsperre gefüllt ist. Nachträgliche Abdichtungen
an der tief unter der Sperrmauer im Baugrund verlaufenden Schürze sind in den meisten
Fällen nicht mehr möglich oder nur unter sehr großem Aufwand an Kosten und Arbeitszeit
durchführbar.
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Die durch eine Dichtungsschürze abzudichtenden Schichten aus Geröll
oder porösem Erdreich stehen in den meisten Fällen, besonders im Gebirge, unter
Grundwasser, das sehr oft mit beachtlichen Geschwindigkeiten strömt.
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Von den gebräuchlichen Dichtungsstoffen, wie Zementbeton, Ton und
mit bituminösen Bindemitteln gebundene, vorzugsweise betonartig zusammengesetzte
Mineralgemische, erhält der zuletzt genannte unter den vorliegenden schweren Bedingungen
den Vorzug. Bituminös gebundene Mineralgemische haften bei ordnungsgemäßem Einbau
fest und dicht an dem benachbarten Gestein; sie bleiben plastisch und geben deshalb
bei Verschiebungen des Untergrundes nach ohne zu reißen und undicht zu werden. Sie
sind sehr widerstandsfähig gegen Ausspülen durch strömendes Wasser und unempfindlich
gegen chemische Angriffe durch aggressives Wasser.
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Es besteht somit die Aufgabe, zum Zweck der Erzeugung einer homogenen
Dichtungsschürze ein bituminös gebundenes Mineralgemisch in beliebig tief unter
Grundwasser in den Baugrund geführte Bohrungen einzubauen.
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Es ist bekannt, eine Dichtungsschürze aus bituminös gebundenen Mineralgemischen
dadurch herzustellen, daß der gewachsene Boden durch geeignete Werkzeuge, z. B.
Fräsketten oder -schnecken, über eine Breite fortschreitend aufgelockert wird, die
der Dicke der zu erzeugenden Schürze entspricht. Dabei wird nur ein Teil des gelockerten
Bodens entfernt und der Rest an Ort und Stelle mit bituminösem Bindemittel vermischt.
Dieses bekannte Verfahren ist jedoch für sehr tief in den Untergrund führende Dichtungsschürzen
und bei grobsteinigem Untergrund nicht durchführbar. Es setzt außerdem trockenen
Baugrund voraus, weil bei Vorhandensein von Grundwasser durch den Mischvorgang an
Stelle einer kompaktenDichtungsschürze eine flüssigeWasserbitumenemulsion entstehen
würde, die keine gegenseitige Bindung
der suspendierten Mineralkörper
herbeiführen kann.
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Auch das bekannte nachträgliche Einbauen eines bituminösen Mineralgemisches
in vorher ausgehobene, den Abmessungen der zu erzeugenden Schürze entsprechende
Schlitze im Baugrund setzt voraus, daß die Schlitze trocken sind.
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Schließlich ist es noch bekanntgeworden, porösen, mit Hohlräumen durchsetzten
Baugrund durch Einspritzen von heißem, flüssigem Asphalt abzudichten. Hierbei wird
zum Heranführen des flüssigen Bituinens an die poröse Stelle im Baugrund ein Loch
gebohrt, in das eine Heizsonde gesteckt wird. Das flüssige Bitumen wird dann von
oben her in den Ringrauen zwischen Heizsonde und Bohrung in die letztere hineingepreßt
und gelangt von dort unter Druck in die zu schließenden Risse und Hohlräume des
Baugrundes.
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Die mit diesem Verfahren erzeugte Abdichtung ist lediglich ein Notbehelf.
Sie ist unsicher und unkontrollierbar und nicht mit den der Erfindung zugrunde liegenden
homogenen Dichtungsschürzen zu vergleichen.
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Gemäß der Erfindung wird das mit bituminösen Bindemitteln gebundene,
vorzugsweise betonartig zusammengesetzte Mineralgemisch in heißem, weichplastischem
Zustand in wasserdichten, vorzugsweise beheizten Fördermitteln durch das Grundwasser
hindurch bis zum Grund der Bohrungen gefördert und erst dort aus den Fördermitteln
ausgestoßen, oder es wird von den Bohrungen der Bohrungsreihe zunächst jede zweite
Bohrung gebohrt und mit aufeinandergeschichteten, im Querschnitt den Bohrungen angepaßten,
zähplastischen Formlingen aus bituminös gebundenen Mineralgemischen gefüllt, worauf
die Zwischenbohrungen gebohrt und mit heißem, -,v eichplastischern Bitumenmineralgemisch
in der gleichen Weise wie oben gefüllt werden.
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Die bituminös gebundenen Mineralgemische sind in heißem, weichplastischem
Zustand hohlraumarm und brauchen deshalb in der Bohrung nicht besonders nachverdichtet
zu werden. Infolge ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit kühlen sie in dem kalten
Grundwasser nur langsam ab. Sie behalten deshalb ihren hochplastischen, fließfähigen
Zustand eine beträchtliche Zeitspanne bei, während der sie die Bohrung vollkommen
und dicht auszufüllen vermögen. Da bituminöse Bindemittel wasserabweisend send und
fest an den Mineralkörnern und an den Wänden der Bohrung kleben, vermag selbst strömendes
Wasser sie nicht aus dem Verband des Gemisches herauszuspülen. Auswaschungen in
der Dichtungsschürze sind deshalb weder beim Einbau noch später zu befürchten.
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Als Fördermittel für die Dichtungsmasse dient erfindungsgemäß eine
Sonde aus einzelnen, lösbar und dicht miteinander verbundenen Rohrschüssen, die
mit einer Heizkammer am Umfang und einem gegen Wärmeverluste schützenden, äußeren
Isoliermantel versehen sind. Dabei ist der unterste Rohrschuß der Sonde an seinem
unteren Ende durch einen Deckel dicht verschlossen, der sich bei in die Bohrung
hineingefahrener Sonde, z. B. durch Überdruck im Innern der Sonde, öffnet.
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Ein anderes Fördermittel für die Dichtungsmasse besteht gemäß der
Erfindung aus einem vorzugsweise zweiteiligen, hermetisch verschließbaren, am Umfang
gegen Wärmeverluste isolierten Transportbehälter, dessen unterer Teil die heiße
Dichtungsmasse aufnimmt und an seinem Boden eine Austrittsöffnung aufweist, die
durch einen gegen eine Federspannung nach außen öffnenden Deckel verschlossen ist,
und dessen oberer Teil einen Druckluftkessel mit einem auf den unteren Teil einwirkenden
Ausströmventil aufweist, das in jeder beliebigen Höhenlage des Transportbehälters,
z. B. durch einen aus diesem Behälter herausgeführten Seilzug, zu öffnen ist. Der
die Dichtungsmasse enthaltende untere Teil des Transportbehälters ist vorteilhaft
von einer elektrischen Heizmatte umgeben.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen Abb. 1 und 2 zwei gebräuchliche Anordnungen iler zur Herstellung einer
Dichtungsschürze im Baugrund erforderlichen Bohrungen, Abb. 3 und 4 zwei verschiedene
Vorrichtungen zum Einbringen des bituminös gebundenen Mineralgemisches in die- mit
Wasser gefüllten Bohrungen im Schnitt.
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Entsprechend dem Verlauf des zu errichtenden Staudammes wird eine
Reihe von lotrechten Bohrungen a1, a2..., b l, b2 ... durch den abzudichtenden
Baugrund, z. B. eine Geröllschicht, bis in den felsigen Untergrund niedergebracht.
Wie Abb. 1 und 2 zu entnehmen ist, überschneiden sich die Bohrungen am Umfang, so
daß nach dem Füllen derselben mit den Dichtungsmitteln eine zusammenhängende Schürze
entsteht, die den gesamten abzudichtenden O_uerschnitt lückenlos ausfüllt. Über
der Schürze wird anschließend der Staudamm errichtet. Auf diese Weise entsteht eine
völlige Abdichtung z. B. einer mit einer hohen Geröllschicht bedeckten Talmulde,
die sich von der Dammkrone abwärts bis in den felsigen Untergrund erstreckt. Die
Bohrungen können, wie in den Abb. 1 und 2 dargestellt, einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, jedoch können sie auch, je nach Art des zur Anwendung kommenden Bohrverfahrens,
andere Bohrlochquerschnitte, z. B. rechteckige, besitzen. Beim Einbau der Dichtungsschürze
wird gewöhnlich so verfahren, daß zunächst nur jede zweite Bohrung a1, a2
... niedergebracht und mit Dichtungsmasse gefüllt wird. Erst dann werden
die dazwischenliegenden Bohrungen b 1, b 2 ... gebohrt und gefüllt. Dieses
Verfahren bringt Zeitersparnis, da zugleich gebohrt und gefüllt werden kann.
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Die in die Bohrungen einzubringende Dichtungsmasse besteht aus mit
bituminösen Bindemitteln gebundenen, vorzugsweise betonartig zusammengesetzten Mineralgemischen.
Da in den meisten Fällen die abzudichtenden Schichten unter Grundwasser stehen und
demgemäß die Bohrungen mit Wasser gefüllt sind, sind die bituminösen Gemische in
heißem, weichplastischem Zustand durch das Wasser hindurch bis auf den Grund der
Bohrung zu bringen.
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Nach Abb. 3 wird die heiße bituminöse Dichtungsmasse mittels einer
beheizten Sonde 1 z. B. in die Bohrungen _a1 eingebracht. Abb. 3 zeigt das untere
Ende dieser Bohrung, die die abzudichtende Geröllschicht 2 durchsetzt und in dem
felsigen, wasserdichten Untergrund 3 endet. Die Sonde 1 ist in ihrer tiefsten Füllstellung
dargestellt, Sie besteht aus einzelnen, schnell miteinander zu verbindenden doppelwandigen
Rohrschüssen l a, 1 b . . ., die am äußeren Umfang einen gegen Wärmeverluste
schützenden Isoliermante14 für durch die Doppelwand und achsparallele Rippen 5 gebildete
Heizkammern 6 aufweisen. Das in den Heizkammern 6 in Pfeilrichtung zirkulierende
Heizmedium, z. B. Heißluft,_Dampf oder Heizöl, gibt deshalb seine Wärme ausschließlich
nach innen an _ die bituminöse Dichtungsmasse M ab und hält diese auf der erforderlichen
Einbautemperatur. Die
untere Öffnung der Sonde ist durch einen Deckel
? wasserdicht verschlossen, der vorzugsweise vom Wasserdruck des in den Bohrungen
a1 befindlichen Wassers beim Einführen der Sonde auf seinen Sitz gepreßt wird und
erst öffnet, wenn der Druck der in der Sonde befindlichen Säule aus Dichtungsmasse
den Druck der die Sonde umgebenden Wassersäule übersteigt.
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Beim Einführen der Sonde l in die Bohrung a1 wird so verfahren, daß
zunächst der unterste, mit dem Deckel 7 verschlossene Rohrschluß
1 a mittels eines beliebigen Hebezeuges so weit in die Bohrung eingeführt
wird, daß bequem eine den Deckel 7 noch nicht öffnende Teilmenge der Dichtungsmasse
in die Sonde eingefüllt und dann der nächste Schuß 1 b angeschlossen werden kann.
Darauf wird die Sonde um die Länge eines weiteren Rohrschusses in die Bohrung gesenkt
und erneut eine Teilmenge Dichtungsmasse nachgefüllt. Dieser Vorgang wiederholt
sich, bis die Sonde, wie in Abb. 3 dargestellt, mit ihrem Deckel 7 auf den Grund
der Bohrung aufsitzt. Nunmehr kann sie ganz mit Dichtungsmasse gefüllt und anschließend
langsam aus der Bohrung herausgezogen werden. Dabei öffnet der Überdruck der auf
dem Deckel 7 ruhenden Säule aus Dichtungsmasse den Deckel 7 gegen den geringeren
Wasserdruck. Die infolge der Beheizung durch die Heizkammern 6 weichplastische Dichtungsmasse
tritt nunmehr in ununterbrochenem Strom in die Bohrung a1 aus und füllt dieselbe
von unten her in dem Maße, wie die Sonde aufwärts bewegt wird. Das Austreten der
zähflüssigen Dichtungsmasse kann erleichtert werden, wenn die Sonde mit an sich
bekannten Mitteln in Vibration versetzt wird. Es ist auch möglich, die gefüllte
Sonde am oberen Ende zu verschließen und die Dichtungsmasse durch Einführen von
Preßluft am oberen Sondenende aus der Sonde herauszudrücken.
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An Stelle der beschriebenen Anordnung und Betätigung des Deckels 7
kann natürlich jede andere Deckelbauart zur Anwendung kommen, die das Abheben des
Deckels in der tiefsten Sondenstellung erlaubt. Der Deckel 7 kann z. B. auch durch
ein nach oben geführtes Gestänge geöffnet werden. Er kann ferner aus zerbrechlichem
Baustoff hergestellt sein und durch Aufstoßen der Sonde auf den Bohrlochgrund zerstört
werden.
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Die in Abb. 4 dargestellte Vorrichtung bringt die Dichtungsmasse in
Teilmengen in die Bohrung a1 ein. Sie besteht aus einem hermetisch verschließbaren
Transportbehälter von besonderer Bauart, der mittels eines Hebezeuges an den Seilen
a in die Bohrungen a1 hinabgelassen wird. Der Transportbehälter besteht aus zwei
Teilen 8a, Sb, die z. B. mittels Flansche 9 dicht miteinander verbunden werden können.
Der untere Teil 8 b nimmt die einzubringende Dichtungsmasse M auf und weist in seinem
Boden eine Austrittsöffnung auf, die durch einen unter Federspannung 10 nach außen
öffnenden Deckel 11 verschlossen ist. Der obere Teil 8ca enthält einen Druckluftkessel
12, der über einen Füllstutzen 13 mit hochgespannter Druckluft gefüllt werden kann
und ein innerhalb des Transportbehälters angeordnetes Ausströmventil 14 besitzt.
Das Ausströmventil 14 kann mittels eines Seiles 15 in jeder beliebigen Höhenlage,
die der Behälter 8a, 8b in der Bohrung a1 einnimmt, geöffnet werden. Das Seil 15
ist durch ein den Druckluftkessel 12 durchsetzendes Rohr 16 und einen in dem Rohr
druckdicht gleitenden Kolben 17 hermetisch nach außen geführt. Ein Isolierstoffmantel
18, der den Behälter 8a, 8 b umgibt, verhindert das vorzeitige Abkühlen der im Behälter
enthaltenen Dichtungsmasse. Unter dem Isolierstoffmantel 18 kann eine elektrische
Heizmatte 19 angeordnet sein, die den Behälterinhalt beheizt.
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Das Entleeren des Behälters am Grunde der Bohrung a1 geschieht durch
Öffnen des Druckluftausströmventils 14. Die Spannung der Druckluft öffnet den Deckel
11 entgegen der Spannung der Feder 10 und treibt die Dichtungsmasse M aus dem Behälter
heraus.