Bagger- und Geotextilschläuche

Quelle: bis März A. Torre - CE Nachrichten für das Geschäft des Bauingenieurwesens

Mit Baggermaterial gefüllte Großrohre wurden in einer Vielzahl von Küsten- und Binnenprojekten eingesetzt. Die Rohre aus hochfestem Polyester- oder Polypropylen-Geotextil werden hydraulisch mit einem Bagger wie einem Ellicott gefüllt^® Marke Serie 370 oder größer Ellicott^® Marke ”Dragon^®Cutter Bagger. Die Geotextilschläuche sind normalerweise mit Material vor Ort gefüllt. Es können jedoch alternative Materialien importiert und verwendet werden. Typische Anwendungen sind: Wiederherstellung von Sanddünen, Deichbau, Leistenbau, künstliche Riffe und einfache Abfallentsorgung. Die Rohre werden an Ort und Stelle gefüllt und die Installation ist relativ einfach und kostengünstig.

Das Befüllen von Geotextilschläuchen mit Baggergut wird seit vielen Jahren praktiziert. Die Technologie steckt jedoch noch in den Kinderschuhen. Die folgende kurze Geschichte stammt zum Teil aus „Geotextilröhren - Fallbeispiele und gewonnene Erkenntnisse“ von Sprague, Bradley, Toups und Trainer.

Ein wiederkehrender Versuch, den Nutzen der Bodenrückhaltefähigkeit von Geotextilien zu maximieren, zeigt sich in Versuchen, Auskleidungsstrukturen aus hydraulisch gefüllten Geotextilrohren zu konstruieren. Sprague wies darauf hin, dass solche Bemühungen, sowohl durchlässige als auch undurchlässige Gewebeschläuche mit Sand zu füllen, bereits 1967 zurückreichen. Verständlicherweise war Sand das Füllmaterial der Wahl für hydraulisch gefüllte Geotextilschläuche, da er sich leicht innerhalb des Schlauchs absetzen und frei absetzen kann abtropfen lassen, wodurch eine stabile Struktur entsteht. Infolgedessen beinhalten laut Sprague die meisten der bisher gemeldeten Verwendungen von hydraulisch gefüllten Rohren das Befüllen mit Sand. Einige dokumentierte Entwicklungen bei Geotextilschläuchen können als besonders bedeutsam hervorgehoben werden.

In den späten 1970er Jahren wurde ein hydraulisch sandgefülltes Geotextilrohr unter Verwendung eines undurchlässigen Gewebes entwickelt. Das unter dem Handelsnamen "Longard Tube" vertriebene System wurde in mehreren Versuchsanlagen eingesetzt.

Die Verwendung von Baggergut zum Befüllen von Geotextilschläuchen wurde erstmals in Brasilien und Frankreich in den frühen 1980-Jahren versucht. In Brasilien wurden kontinuierlich gefüllte Eindämmungsdeiche aus den Rohren zur Landgewinnung gebaut. Die Technik wurde verwendet, um Abflüsse aus einem kontaminierten Gebiet in Frankreich zu isolieren und einzudämmen.

Sprague gab an, dass bei 1989 ACZ Marine Contractors BV in den Niederlanden mit Baggermaterial gefüllte Geotextilschläuche für den Bau von Unterwasser-Tiefböden für das Flusstraining verwendet wurden. Unter Verwendung eines wiegenförmigen Eimers auf einem Lastkahnkran wurden die Leisten durch Positionieren und Stapeln von vorgefüllten Rohren konstruiert. Es wurden elf Leisten mit mehr als 500-Röhren entwickelt.

Das direkte Befüllen von Geotextilschläuchen vor Ort mit einer Saugbagger-Lieferleitung war 1988 in der Nordsee vor der deutschen Küste erfolgreich. Das Rohr bietet weiterhin eine Eindämmung der Füllung auf der Landseite und Schutz gegen Strömungen und Wellen auf der Seeseite.

Auf Anregung des US Army Corps of Engineers tauchte in den frühen 1990s ein erneutes Interesse an Geotextilschläuchen auf, als die US-Regierung begann, diese innovative Technologie zunehmend einzusetzen. Viele erfolgreiche Versuche verwendeten Geotextilschläuche, die mit Sand als Leisten gefüllt und mit schlammigen, organischen Tonen gefüllt waren, um den Deich zu erweitern. Diese Experimente reichten aus, um mehr Küsteningenieure davon zu überzeugen, die Möglichkeit der Verwendung von Geotextilschläuchen zu untersuchen.

Standard initiiert

Da die Geotextilrohrtechnologie mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, wurde die Notwendigkeit erkannt, einen Industriestandard zu schaffen, um Glaubwürdigkeit herzustellen und weitere Aufmerksamkeit zu erregen. 1999 entwickelten Mitglieder von Unternehmen zur Herstellung von Geotextilschläuchen gemeinsam mit dem Geosynthetic Research Institute (GRI) einen Industriestandard für Verfahren zur Herstellung und Installation von Geotextilschläuchen. Das neue GRI-Dokument trägt den Titel „Testmethoden, Eigenschaften und Häufigkeiten für hochfeste Geotextilrohre, die als Küsten- und Flussstrukturen verwendet werden“. Das Dokument ist eine Standardspezifikation für Geotextilien, die bei der Herstellung von Rohren verwendet werden, sowie die technischen Werte der Geotextilien. Außerdem werden die Herstellungs- und Installationsmethoden der Rohre sowie die vom Installateur geforderten Qualifikationen angegeben. Obwohl dieses Dokument eine gute Richtlinie für die Spezifikation von Geotextilschläuchen ist, ist es keine Konstruktionshilfe.

Projekt-Design

Wie Sprague, Goodrum und Bradley, Autoren von „Geotextilrohren mit Baggermaterial: Design und Konstruktion“, herausgestellt haben, sind die Konzepte für das Design großer Geotextilrohre und -behälter mit Baggermaterial nicht gut dokumentiert. Darüber hinaus sind die Anforderungen an die Geotextileigenschaften nicht genau bekannt, und es wurden nur wenige Details zum Betrieb von Baggergeräten oder zur Leistung verschiedener Arten von Baggergut gemeldet. Installationen, die auf „begründeten“ Designtechniken basieren, haben sich jedoch als recht erfolgreich erwiesen. Daher sind diese Techniken ein Ausgangspunkt für die Entwicklung gründlicher erforschter Entwurfsansätze.

Die Füllungsretention und die strukturelle Integrität eines mit Baggermaterial gefüllten Geotextilrohrs wird durch die Geotextilhülle bereitgestellt. Die Auswahl des Gewebes basiert sowohl auf den Öffnungseigenschaften, die der Größe und Permeabilität der Füllpartikel entsprechen sollten, als auch auf der Festigkeit, die ausreichen sollte, um den Fülldrücken standzuhalten. Manchmal wird eine Verbundstoffschale verwendet, die sowohl ein Vlies als auch ein Gewebe zur Filtration bzw. Festigkeit enthält.

Mit Baggergut gefüllte Geotextilschläuche können mit jedem Material gefüllt werden, das hydraulisch transportiert werden kann. Tonige und schlammige Baggermaterialien wurden für Deichanwendungen verwendet, aber natürlich vorkommender Strand- oder Flusssand ist die beste Wahl. Der Konstrukteur sollte die Absetzeigenschaften des Füllmaterials bewerten, um den geeigneten Abstand und die Häufigkeit der Einspritz- und Entlastungsöffnungen im Geotextilrohr zu bestimmen.

Der Querschnitt eines gefüllten Geotextilrohrs ist an den Rändern kreisförmig und oben abgeflacht. Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass es möglich ist, Rohre mit 70 bis 80 Prozent des theoretischen maximalen Kreisdurchmessers zu füllen, obwohl 50 bis 60 Prozent üblicherweise erreicht werden.

Um Stabilität unter schwierigen hydraulischen Bedingungen wie Luftwiderstand, Auftrieb und Trägheit zu erreichen, ist das Erreichen eines relativ hohen Einheitsgewichts für eine gefüllte Einheit wesentlich. Strom- und Wellenkräfte müssen geschätzt werden, um die Stabilität des gefüllten Geotextilrohrs zu beurteilen. Sprague bemerkte, dass, obwohl keine endgültige Analysetechnik etabliert wurde, vorgeschlagen wurde, einen modifizierten Miniken-Ansatz zu wählen, wie er im US Army Corps of Engineers beschrieben ist; Das „Handbuch zum Schutz der Küstenlinie“ bietet möglicherweise einen vernünftigen Ansatz zur Bewertung der Stabilität gefüllter Einheiten unter Wellenbelastung. Modellversuche zeigen, dass der Prozentsatz des Geotextilrohrs, der mit Baggergut gefüllt ist, ein wichtiger Parameter für die Stabilität ist. Ein weiterer wichtiger Entwurfsaspekt ist die innere Stabilität einer „gestapelten“ Rohrstruktur.

Aufgrund von Strom- und Wellenbewegungen kann eine Struktur, die aus einer oder mehreren Röhren aufgebaut ist, ein direkt daneben liegendes Scheuerloch auslösen, was möglicherweise zu einer geotechnischen Instabilität führt. Daher müssen die Designs eine Filtergewebeschürze zum Schutz vor Scheuerstellen enthalten. Eine Filtergewebeschürze, auch als Scheuerschürze bekannt, besteht normalerweise aus einem kleinen Rohr, das als Ankerrohr bezeichnet wird und in den seewärts gerichteten Rand der Schürze oder um den gesamten Umfang herum hergestellt wird. Das Ankerrohr ist mit Baggergut gefüllt, um die Scheuerschürze zu stabilisieren. Es muss Filtrationseigenschaften aufweisen, die für den Fundamentboden und den Füllboden des Ankerrohrs geeignet sind. Die Scheuerschürze sollte einen ausreichenden Abstand vor und hinter der Geotextilrohrstruktur haben, um ein Scheuern des Fundaments zu verhindern.

Installation von Geotextilschläuchen

Bei der Installation von Geotextilschläuchen müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden. Die meisten davon sollten in den Projektspezifikationen behandelt werden. Da diese Schläuche aus Geotextil bestehen, sollten die Standard-ASTM-Richtlinien bezüglich Lagerung und Handhabung befolgt werden. Die ASTM-Richtlinien für die Herstellung von Geotextilien sollten auch in der Fertigungsstätte befolgt werden.

Bevor die Geotextilschläuche und Schürzen vor Ort eingesetzt werden, wird der Bereich in der Regel mit üblichen Sortiergeräten vorbereitet. Der Ort, an dem die Geotextilschläuche platziert werden sollen, ist in der Regel mit Notenpfählen gekennzeichnet. Es können auch große Pfähle oder Anker in vorgegebenen Abständen verwendet werden, damit der Geotextilschlauch mit Gurten daran befestigt werden kann, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung beim Befüllen zu gewährleisten.

Der Einsatz sowohl der Schürze als auch des Geotextilschlauchs erfolgt normalerweise durch Abrollen von einem Kern (oder Rohr), der vom Hersteller mit dem Schlauch und der Schürze geliefert wird. Die Scheuerschürze wird vor dem Geotextilrohr eingesetzt. In einigen Fällen kann die Scheuerschürze jedoch am Boden des Geotextilrohrs in der Fabrikationsanlage angebracht werden. Sobald die Schürze vollständig entfaltet, positioniert und gesichert ist, wird der Geotextilschlauch abgerollt. Es sollte so ausgerollt werden, dass die Einspritz- und Entlastungsöffnungen entlang der oberen Mittellinie nach oben zeigen. Nach der Bereitstellung kann es an den zuvor installierten Ausrichtungsstangen oder -ankern befestigt werden.

Die auf der Scheuerschürze befindlichen Ankerrohre werden normalerweise zuerst gefüllt, um Ballast für die Scheuerschürze bereitzustellen. Das Ankerrohr wird manchmal mit der gleichen Baggerausrüstung gefüllt, mit der das Geotextilrohr gefüllt wird. Es kann jedoch auch eine kleinere Pumpe verwendet werden, da die Ankerrohre normalerweise ziemlich klein sind (zwei Fuß Durchmesser oder weniger). Der Zugang zur Pumpendüse des Ankerrohrs erfolgt entweder über einen einfachen Schlitz im Geotextil oder über vorgefertigte Einlassöffnungen.

Nachdem die Schürze durch Befüllen der Ankerrohre gesichert wurde, wird das Geotextilrohr befüllt. Dieser Vorgang dauert viel länger und ist viel komplexer als das Befüllen der Ankerrohre. Das Auslassrohr (oder die Einspritzdüse) des Baggers muss in der entsprechenden Einspritzöffnung des Geotextilrohrs platziert werden. Die Injektionsöffnungen sind aus demselben Geotextil gefertigt, aus dem sich der Schlauch selbst zusammensetzt. Die Anschlüsse sind normalerweise 5 Fuß (1.5 m) lang. 18 Zoll (457 mm) im Durchmesser. Das Baggerrohr sollte jedoch nicht so groß sein. In der Regel wird ein Baggerrohr mit einem Durchmesser von 8 bis 12 Zoll (305 mm) verwendet. Das Rohr sollte ungefähr 2 / 3 vom Weg in die Einspritzöffnung eingeführt und mit Spanngurten gesichert werden. Die Abgabedüse und die Einspritzöffnung werden mit Spanngurten gesichert. Die Verbindung zwischen Auslassdüse und Einspritzöffnung sollte mit einem Heckbagger oder durch Aufrüsten in eine vertikale Position gebracht werden.

Die meisten Geotextilschläuche enthalten mehrere Injektionsöffnungen über die gesamte Länge des Schlauchs. Die Anschlüsse befinden sich normalerweise an der oberen Mittellinie in einem Abstand von nicht mehr als 50 Fuß (15 m). Diese Öffnungen dienen zum Befüllen und auch zum Ablassen von überschüssigem Wasser. Vor der Herstellung des Geotextilschlauchs muss der Auftragnehmer und / oder der Ingenieur den Öffnungsabstand bestimmen. Verschiedene Faktoren beeinflussen den geeigneten Abstand, wie z. B. die Gesamtgröße des Geotextilrohrs, die Größe des Baggerrohrs, das Abgabevolumen des Baggers, die Art des Füllmaterials und die Wassermenge, die als Transportmittel für die Feststoffe verwendet werden soll.

Abhängig vom Abstand der Einspritzöffnungen, der Zusammensetzung des ausgebaggerten Materials und den Fähigkeiten des Baggers werden einige Einspritzöffnungen überhaupt nicht verwendet. Beispielsweise kann ein 200-Fuß (61 m) langer Geotextilschlauch fünf Injektionsöffnungen enthalten. Wenn die Bedingungen ideal sind und der Bagger in der Lage ist, kann wahrscheinlich der gesamte 200-Fuß (61 m) lange Geotextilschlauch von einem Injektionsanschluss aus gefüllt werden, der sich in der Nähe eines Schlauchendes befindet. Die am weitesten entfernte Einspritzöffnung würde offen bleiben, damit überschüssiges Wasser als Entlastungsöffnung ausgestoßen werden kann. Alle dazwischen liegenden Ports würden abgebunden und ungenutzt bleiben. Wenn die Bedingungen zum Befüllen von einem Anschluss aus nicht ideal sind, müssen die richtigen Intervalle festgelegt werden, in denen das Baggerrohr bewegt werden muss, um das Rohr weiter zu füllen. Füllvorgänge werden nacheinander ausgeführt, indem ein Anschluss zur Injektion und ein (oder mehrere) Anschluss (e) zur Entlastung verwendet werden. Im weiteren Verlauf des Vorgangs sollten alle Anschlüsse in den fertigen Segmenten des Rohrs geschlossen sein, um Materialverluste aus dem Rohr heraus zu vermeiden.

Vor dem Befüllen mit festem Material werden die Röhrchen nur mit Wasser auf die gewünschte Höhe gefüllt. Sobald die gewünschte Höhe erreicht ist, kann der Baggerfahrer Feststoffe in den Geotextilschlauch einbringen. Wenn Sie das Röhrchen zuerst mit Wasser füllen, kann sich der Feststoff gleichmäßiger im Röhrchen verteilen. Neu eingebrachte Feststoffe und Fahrzeugwasser verdrängen einfach das vorhandene Wasser.

Die meisten Projekte enthalten mehrere Geotextilschläuche, die in einer vorgegebenen Reihenfolge gefüllt werden müssen. Jedes Rohr wird normalerweise vor der Installation nachfolgender Geotextilrohre vollständig gefüllt. Nachfolgende Röhrchen können dann gegen das vorhandene Röhrchen gelegt und gefüllt werden. Diese Installationsmethode erzeugt aufgrund ihrer abgerundeten Enden einen niedrigen Bereich zwischen den Rohren. Wenn niedrige Punkte nicht erwünscht sind, können alternative Verbindungsmethoden angewendet werden. Die gebräuchlichste Installationspraxis, um das Ausmaß der Vertiefung zu beseitigen oder zumindest zu minimieren, ist die Verwendung einer Überlappung. Bei dieser Art von Verbindung muss jedes nachfolgende Geotextilrohr (und normalerweise die Scheuerschürze) unter dem hinteren Ende des zuvor eingesetzten Rohrs platziert werden. Das "unterlappte" Rohr ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig entfaltet. Offensichtlich muss dieses Überlappungsverfahren durchgeführt werden, bevor entweder ein Geotextilrohr mit Wasser oder Feststoffen gefüllt wird. Sobald die Verbindung hergestellt wurde, wird das „erste“ Geotextilrohr wie zuvor beschrieben gefüllt. Jedes nachfolgende Rohr wird ebenfalls auf die gleiche Weise gefüllt, jedoch wird der Abschnitt des Rohrs, der darunter platziert wurde, nicht gefüllt, und es sollte eine ziemlich dichte (und "volle Höhe") Verbindung resultieren.

Nach Abschluss der Installation müssen die Einspritzöffnungen ordnungsgemäß gesichert werden, um sicherzustellen, dass sie bei Wellenereignissen nicht gerissen werden. Das richtige Verfahren zum Sichern der Injektionsöffnungen wird vom Hersteller des Geotextilschlauchs bereitgestellt. Ein allgemein praktiziertes Verfahren besteht jedoch darin, die Einspritzöffnung einfach abzuschneiden und gleichzeitig genügend überschüssigen Stoff bündig auf die Oberseite des Schlauchs zu rollen (oder nach unten zu falten). Das gefaltete Material wird dann unter Verwendung von korrosionsbeständigen Sicherungsringen oder Formstücken vom Kompressionstyp an der Rohroberfläche befestigt.

Gefüllte und geschlossene Geotextilschläuche entwässern weiter und die Feststoffe werden sich für einige Zeit weiter festigen. Die Dauer der Entwässerungs- und Verfestigungsperiode hängt von der Art des Geotextils und des Füllmaterials ab. Typischerweise entwässert grobes Material viel schneller als feines Material wie schlammiger Ton. Sobald die erwartete Menge an Entwässerung stattgefunden hat, können die Geotextilschläuche vergraben, nachgefüllt usw. werden.

Zusammenfassung

Obwohl die mit Baggern gefüllte Geotextilrohrtechnologie seit vielen Jahren eingesetzt wird, haben kürzlich hochkarätige Projekte die Aufmerksamkeit der Industrie auf sich gezogen. Durch die Zusammenarbeit mit der GRI, um eine Industriestandardspezifikation zu dokumentieren, hat die Methodik weitere Glaubwürdigkeit gewonnen. Die Technologie und die Industrie sind noch jung, aber täglich werden neuere und bessere Protokolle verwirklicht. Für mit Baggern gefüllte Geotextilschläuche sieht die Zukunft mit Sicherheit vielversprechend aus.

(Geotube^® ist eine eingetragene Marke von Ten Cate Nicolon

Auszug aus den CE-Nachrichten für das Geschäft mit dem Bauingenieurwesen