Veranlassung zur Entwicklung einer modifizierten Schmalwandtechnologie

pagetop
 

Im Erdbau stehen derzeit verschiedene Tiefbauverfahren zur Untergrundabdichtung zur Verfügung - unter anderem das kostengünstige Schmalwandverfahren. Jedoch wird die Schmalwandtechnologie in der Baubranche trotz niedrigen Herstellungskosten zunehmend weniger eingesetzt, da aufgrund der geringen Schmalwanddicke ein vergrößertes Risiko einer Fehlstellenbildung und somit eine erhebliche Herabsetzung der Dichtwirkung besteht.

Im Rahmen eines Forschungsprojektes (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand), gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), wurde in Kooperation mit dem Institut für Angewandte Bauforschung (IAB), Weimar das Ziel verfolgt ein konkurrenzfähiges Schmalwandverfahren zu entwickeln. Hierbei stand der Fokus auf die Herstellung einer fehlstellenfreien Untergrundabdichtung durch Entwicklung einer innovativen Schmalwandbohle sowie einer für Schmalwände optimierte Schmalwandsuspension.

Erste Versuche im Labormaßstab und numerische Simulationen

pagetop
 
Versuchskasten zur Herstellung der Modellschmalwand
MTG-Materialprobe nach Einaxialem Druckversuch

Im ersten Entwicklungsprozess wurden im Baustofflabor verschiedene Materialrezepturen auf Grundlage eines modifizierten Tongemisches (MTG) hergestellt. Zur Beurteilung der Materialanforderungen wurde zunächst eine modellhafte Schmalwandbohle mit entsprechenden Misch- und Fördereinrichtungen konstruiert, über die dann verschiedene Schmalwandsuspensionen in einen Versuchskasten verpresst wurden. Mit Hilfe dieses Versuches konnte die Suspensionsverteilung im Kasten beobachtet und dokumentiert werden.

Von den verwendeten Suspensionen wurden die einaxialen Druckfestigkeiten, die Wasserdurchlässigkeit und das Schwindverhalten untersucht. Diese Laboruntersuchungen waren unter anderem für die Vergleichsuntersuchung zwischen konventioneller und modifizierter SW-Suspension erforderlich. Hierzu wurden numerische Simulationen zur Ermittlung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens mit der FEM-Software PLAXIS durchgeführt, bei dem Vorteile des MTG-Materials bezüglich der Gebrauchstauglichkeit festgestellt wurden. Dies ist damit zu erklären, dass sich das MTG bodenähnlich verhält und sich den Bodenverformungen anpasst ohne Biegespannungen aufzubauen.

Planung und Konstruktion der Schmalwandbohle

pagetop
 

Im Planungsprozess zur Entwicklung der Bohlentechnik und der damit verbundenen Verfahrenstechnik wurden im Vorfeld folgende Ziele festgelegt: Herstellung einer Schmalwand mit durchgehend definierter Mindestwandbreite, keine Fehlstellen, einfache Handhabung, Reduzierung der Messtechnik und Reduzierung des SW-Massenverbrauchs. Hierbei wurde auf Grundlage eines marktüblichen und rüttelgeeigneten Breitflanschträgers (HEB 400) die neue SW-Bohle entwickelt. An diesem Profil wurde, beidseitig der Flansche und in Höhe der Stegachse, jeweils ein Spundwandschloss angeschweißt.

Neuentwickelte Schmalwandbohle, Detailansicht des Bohlenkopfes

Durch diese Kombination aus Breitflanschträger (SW-Verfahren) und Schlössern (Spundwandverfahren) konnte somit eine Lagegenauigkeit mit definiertem Schrittmaß trotz des fehlenden Überschnittes sichergestellt werden. Weiterhin wurde der Bohlenfuß zur Verbreiterung der Schmalwand verstärkt und zwei durchgehende Verpressleitungen im Eckbereich zwischen Flansch und Schloss angebracht, die eine durchgängige Injektion ermöglichen. Aufgrund dieser konstruktiven Änderung wird die Schmalwand nun, im Gegensatz zum konventionellen Herstellungsablauf, mit Hilfe von 2 Bohlen im Pilgerschrittverfahren hergestellt, um die geometrisch bedingten Fehlstellen auszuschließen.

Arbeitsablauf zur Herstellung der Schmalwand im Pilgerschrittverfahren

Kleintechnischer Feldversuch und Herstellung eines Dichtwandkastens

pagetop
 
Planung des Versuchsfeldes für den Kleintechnischen Versuch (A) und Dichtwandkasten (B)

In Vorbereitung der Dichtwandkastenherstellung wurden zunächst die entwickelten SW-Bohlen hinsichtlich des verfahrenstechnischen Ablaufes, möglichen Fehlerquellen, der Arbeitsweise zur Einfädeltechnik sowie das Pump- und Verpressverhalten der neu entwickelten Suspensionen (MTG-Material) in einem Kleintechnischen Versuch untersucht. Hierzu wurden 2 Schmalwände aus je 2 Lamellen mit zuvor festgelegten Suspensionen in einem künstlichen Versuchsfeld mit Untergrundabdichtung und idealisiertem Baugrundaufbau hergestellt. 

Im Ergebnis dieses Vorversuches wurden die Bohlen aufgrund festgestellter Mängel konstruktiv (Rohrumlenkung, Schlauchanschlüsse, Verpressleitungen) nachgebessert und die geeignete SW-Suspension für den Dichtwandkasten festgelegt. Zur Überprüfung der Praxistauglichkeit und Systemdichtigkeit wurde dann ein ca. 5,0 x 5,0 x 5,5 m (LxBxT) großer Dichtwandkasten aus 4 überschnittenen SW-Wänden hergestellt.

Herstellen der SW: Einfädeln der Rüttelbohle (1)
Herstellen der SW: Ziehen der Rüttelbohle (1)
Fertiggestellter Dichtwandkasten

Versuchsdurchführung zum Nachweis der Dichtigkeit

pagetop
 

Nach Aushärtung der Schmalwände wurde zur Dichtigkeitsprüfung der Dichtwandkasten über einen zuvor hergestellten Brunnen befüllt und Grundwassermessungen ausgeführt. Im Zuge dieser Grundwassermessungen zeigte sich im Dichtwandkasten quasi keine Grundwasserabsenkung, wogegen außerhalb des Kastens deutliche Grundwasserschwankungen festgestellt wurden. Somit wurde die fehlerfreie Dichtwandherstellung bei einer Systemdurchlässigkeit der Wand von k <10-10 m/s nachgewiesen. Für die Entnahme von ungestörten Proben und Begutachtung der Schmalwanddicke wurde der Dichtwandkasten aufgegraben.

Vorsichtiges Freilegen der Schmalwand im Versuchsfeld
Draufsicht freigelegte Schmalwand

Ergebnis des Forschungsprojektes

pagetop
 

Im Ergebnis aller durchgeführten Untersuchungen konnte die Praxistauglichkeit des entwickelten Schmalwandverfahrens nachgewiesen werden. Angesichts der erfolgreichen Verfahrens- und Materialentwicklung, stehen nun neue Erkenntnisse zur Dichtwandherstellung mittels innovativen Schmalwandverfahren zur Verfügung, die deutliche Vorteile gegenüber den heute üblichen Verfahren darstellen.

 

gefördert durch:

pagetop
 
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Projektfotos 2011-2014

pagetop
 
Aufnahmedatum: 13.10.2011
Aufnahmedatum: 02.05.2012
Aufnahmedatum: 02.05.2012
Aufnahmedatum: 13.08.2012
Aufnahmedatum: 13.08.2012
Aufnahmedatum: 13.08.2012
Aufnahmedatum: 16.11.2012
Aufnahmedatum: 18.10.2013
Aufnahmedatum: 25.10.2013
Aufnahmedatum: 25.10.2013
Aufnahmedatum: 18.10.2013
Aufnahmedatum: 14.01.2014
Aufnahmedatum: 14.01.2014