Die Erfindung betrifft ein Tiefbauwerk sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Tiefbauwerks gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Möglichkeiten zur Bildung einer unterirdisch verlaufenden Barriere bekannt. Insbesondere sind aus dem Spezialtiefbau Spundwände, Schlitzwände und Bohrpfahlwände bekannt.

Ein bekanntes Problem bei derartigen Barrieren stellen grundwasserleitende Schichten mit einer hohen Wasserdurchlässigkeit dar, da es in diesen Schichten aufgrund der hohen Durchlässigkeit meist zu starken Bewegungen des Grundwassers kommt.

Zur Abhaltung des Grundwassers ist es bekannt, herkömmliche Tiefbau- Wandkonstruktionen durch die grundwasserleitenden Schichten hindurch bis zu einem darunterliegenden Grundwasserstauer zu führen. Ein Grundwasserstauer ist eine darunterliegende Schicht, deren Durchlässigkeit um ein Vielfaches kleiner ist als die Durchlässigkeit der grundwasserleitenden Schicht. Eine durchgehende Barriere, die sich von der Geländeoberkante bzw. vom Grundwasserspiegel bis zu einem Grundwasserstauer erstreckt, kann dazu verwendet werden, das in der grundwasserleitenden Schicht fließende Wasser abzuhalten bzw. abzulenken.

Ein bisher wenig beachtetes Problem ergibt sich dadurch, dass das in der grundwasserleitenden Schicht fließende Wasser stetig und in großer Menge Wärmeenergie aus dem Tiefbauwerk abführt. Unterirdische Wärmedämmungen gibt es beispielsweise bei Kellerwänden. Hierbei wird die Kellerwand freigelegt und mit einem Schaumstoff verkleidet. Für größere Tiefen, wie sie oft für die Überbrückung der grundwasserleitenden Schicht notwendig sind, insbesondere für Tiefen von mehr als 10 m, ist diese Art der Wärmedämmung jedoch in der Regel nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und insbesondere ein Tiefbauwerk zu schaffen, das bis in große Tiefen, insbesondere selbst in stark grundwasserleitenden Schichten, wärmedämmend ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Tiefbauwerk zur Bildung einer unterirdisch verlaufenden Barriere mit einer wärmedämmenden Dämmwand.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dämmwand mit Wärmedämmstoff gefüllte Bohrpfahlbohrungen umfasst.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dämmwand als Bohrpfahlwand aus einem Wärmedämmstoff ausgebildet ist. In allen Ausführungsformen kann dies insbesondere bedeuten, dass die Dämmwand als mit Wärmedämmstoff gefüllte Bohrpfahlbohrungen ausgebildet ist. Der Wärmedämmstoff der Dämmwand kann beispielsweise loses Granulat wie Schaumglasschotter, zumindest teilweise ein durch ein Bindemittel gebundener Wärmedämmstoff, wie Schaumglasschotter, oder ein formstabiler Wärmedämmstoff, wie gebundener Schaumglasschotter, sein.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Wärmedämmstoff eine Wärmeleitfähigkeit von l < 0,5 W/(m ^* K), insbesondere l < 0,1 W/(m ^* K), aufweist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Wärmedämmstoff Schaumglasschotter ist oder umfasst. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Wärmedämmstoff ein Bindemittel umfasst. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Wärmedämmstoff zumindest teilweise durch ein Bindemittel gebunden ist oder ein Bindemittel umfasst.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dämmwand als durchgehende, überschnittene Bohrpfahlwand ausgebildet ist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dämmwand aus Primärpfählen und Sekundärpfählen zusammengesetzt ist.

Gegebenenfalls umfasst das Tiefbauwerk eine als Wasserbarriere wirkende Dichtwand, wobei die Dichtwand dem Verlauf der Dämmwand folgend ausgebildet ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass sich die Dichtwand von der lokalen Grundwasserstauerschicht bis über den Grundwasserspiegel und bevorzugt bis zur Geländeoberkante erstreckt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Wasserhaltungseinrichtung zur Wasserhaltung im Bereich zwischen der Dichtwand und der Dämmwand vorgesehen ist, wobei die Wasserhaltungseinrichtung insbesondere einen oder mehrere Brunnen umfasst.

Gegebenenfalls umfasst das Tiefbauwerk eine Trennwand, wobei die Trennwand dem Verlauf der Dämmwand folgt und zwischen der Dämmwand und einem abzutrennenden Raum angeordnet ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dämmwand zwischen der Trennwand und der Dichtwand angeordnet ist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dichtwand, die Dämmwand und die Trennwand den abzutrennenden Raum geschlossen, also insbesondere entlang einer geschlossenen Kontur, umgeben und/oder entlang einer geschlossenen Kontur umgeben. Diese geschlossene Kontur entspricht jener Kontur, entlang derer die Wände von oben betrachtet verlaufen, um den abgetrennten Raum seitlich zu begrenzen.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der abgetrennte Raum zur Speicherung eines Wärmeträgermediums, wie Heißwasser, eingerichtet ist, und dass das Tiefbauwerk als Großwärmespeicher und insbesondere als Heißwasserspeicher ausgebildet ist. Alternativ kann der abgetrennte Raum auch zur Kältespeicherung eingesetzt werden.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Tiefbauwerks, das bevorzugt erfindungsgemäß ausgebildet ist und das folgende Schritte umfasst: Erstellen mehrerer Bohrungen, insbesondere mehrerer Bohrpfahlbohrungen; Ausfüllen der Bohrungen, insbesondere der Bohrpfahlbohrungen mit einem Wärmedämmstoff, sodass eine wärmedämmende Dämmwand gebildet wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zuerst Primärbohrungen hergestellt werden, die zur Bildung von Primärpfählen mit dem Wärmedämmstoff gefüllt oder ausgefüllt werden, und anschließend Sekundärbohrungen hergestellt werden, die zur Bildung von Sekundärpfählen mit dem Wärmedämmstoff gefüllt oder ausgefüllt werden, wobei die Sekundärbohrungen bevorzugt überschneidend mit den Primärbohrungen angeordnet werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass, insbesondere vor dem Bilden der Dämmwand, eine als Wasserbarriere wirkende Dichtwand gebildet wird, wobei die Dichtwand dem Verlauf der gegebenenfalls später erstellten Dämmwand folgend ausgebildet wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Wasserhaltungseinrichtung zur Wasserhaltung im Bereich zwischen der Dichtwand und der Dämmwand vorgesehen wird, wobei die Wasserhaltungseinrichtung insbesondere einen oder mehrere Brunnen umfasst. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Trennwand gebildet wird, wobei die Trennwand in einer möglichen Ausführungsform dem Verlauf der Dämmwand folgt und zwischen der Dämmwand und einem abzutrennenden Raum angeordnet wird.

Gegebenenfalls kann in einer möglichen Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Dämmwand zwischen der Dichtwand und der Trennwand angeordnet wird, wobei die Dämmwand gegebenenfalls zeitlich vor der Trennwand gebildet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die bekannte Technologie zur Herstellung einer überschnittenen Bohrpfahlwand dahingehend abgeändert, dass das Grundmaterial der Bohrpfahlwand im Gegensatz zum Stand der Technik nicht aus Beton, sondern aus einem Wärmedämmstoff gebildet ist.

Während die Bohrpfahltechnologie gemäß Stand der Technik dazu eingesetzt wird, Wände, wie beispielsweise Baugrubenumschließungen, für besonders große Tiefen bzw. für besonders starke Belastungen auszubilden, wird die Technologie erfindungsgemäß dahingehend abgewandelt, dass sie vorrangig als Bildung einer tiefreichenden Wärmeisolierung eingesetzt wird, der aber bevorzugt keine oder nur eine geringfügige Tragwirkung zukommt.

Vielmehr kann in einer möglichen Ausführungsform vorgesehen sein, dass bei einem erfindungsgemäßen Tiefbauwerk mindestens eine weitere Wand vorgesehen ist, die der Dämmwand folgend ausgebildet ist und die die mechanische Stützung übernimmt.

Bevorzugt sind zwei Wände vorgesehen, die der Dämmwand beidseitig folgend ausgebildet sind, sodass die Dämmwand zwischen den beiden Wänden angeordnet ist. Dadurch kann die Dämmwand von beiden Seiten gegen Umwelteinflüsse, wie Krafteinwirkungen, Wassereintritt, etc., geschützt werden.

Das Tiefbauwerk, insbesondere die Dämmwand, erstreckt sich bevorzugt von der Geländeoberkante bis zur darunterliegenden Grundwasserstauerschicht. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Tiefbauwerk jedoch in allen Bereichen und Untergründen eingesetzt werden, die für die Anwendung der Bohrpfahltechnologie geeignet sind. Das Tiefbauwerk kann insbesondere zur Dämmung und/oder Bildung einer Barriere, einer Stauwand und/oder einem Becken eingesetzt werden.

Ein möglicher Anwendungsfall ist die Bildung eines wärmegedämmten Großwärmespeichers, insbesondere eines wärmegedämmten Großheißwasserspeichers. Bei einer derartigen Ausführungsform kann sich das Tiefbauwerk geschlossen, also insbesondere entlang einer geschlossenen Kontur, um einen abzutrennenden Raum erstrecken, in dem ein Wärmespeichermedium, wie insbesondere Heißwasser, vorgesehen ist.

Bevorzugt erstreckt sich das Tiefbauwerk senkrecht oder schräg in das Erdreich. Der untere Abschluss des abgetrennten Raums kann beispielsweise durch die Grundwasserstauerschicht gebildet werden. Alternativ kann eine Bodenplatte gebildet werden. Gegebenenfalls kann zur Abdichtung des abgetrennten Raums eine zusätzliche Abdichtung, wie beispielsweise eine Vergussmasse oder eine Folie, eingesetzt werden.

Das Tiefbauwerk und das Verfahren sind dazu geeignet und/oder eingerichtet, Dämmwände mit einer Tiefe von über 10 m, insbesondere über 20 m und bevorzugt bis zu 50 m, zu errichten.

Die Dämmwand kann bei einer exemplarischen Ausführungsform bis zu 30m tief errichtet werden. Die Trennwand kann bei der exemplarischen Ausführungsform bis zu 50m tief errichtet werden.

Der Wärmedämmstoff kann beispielsweise Schaumglasschotter, Blähglasgranulat oder Blähperlit sein oder umfassen. Beispielhaft können als mögliche Dämmstoffe folgende Materialien genannt werden:

- Glasschaumschotter Technopor, Dichte 170 kg/m ³ , l = 0,08 W/mK, Druckfestigkeit 5 bar

- Blähglasgranulat, Dichte 190 kg/m ³ , l = 0,07 W/mK, - ecoglas Schaumglasschotter, Dichte 160 kg/m ³ , l = 0,08 W/mK, Druckfestigkeit 2,7 bar

- GEOCELL Schaumschotter, Dichte 140 kg/m ³ , l = 0,08 W/mK, Druckfestigkeit 2,8 bar

- Glasschaumschotter veriso, Dichte 150 kg/m ³ , l = 0,08 W/mK, Druckfestigkeit 2,7 bar

- Perlit, Dichte 1 .000 kg/m ³ ,

- Blähperlit (silikonimprägniert), Dichte 100 kg/m ³ , l = 0,06 W/mK, Druckfestigkeit 2 bar.

Die Dichtwand kann eine herkömmliche, zur Abdichtung gegen fließendes Grundwasser geeignete Wand, wie insbesondere eine Schmalwand oder eine Einphasen-Dichtschlitzwand sein. Alternativ aber weniger bevorzugt kann eine Mixed- in-Place-Wand, eine DSV-Lamellenwand oder eine Spundwand eingesetzt werden.

Die Wasserhaltungseinrichtung wirkt bevorzugt in allen Ausführungsformen im Bereich der Dämmwand und daher insbesondere zwischen der Dichtwand und der Trennwand.

Die Trennwand kann eine herkömmliche, zum Abtrennen eines Raums oder einer Grube geeignete Wand sein, die bevorzugt auch eine tragende bzw. stützende Funktion aufweist. Beispielsweise kann die Trennwand eine herkömmliche Schlitzwand sein. Alternativ kann die Trennwand eine abgedichtete Böschung sein. Die Trennwand erstreckt sich bevorzugt von der Geländeoberkante oder von einem höheren Bereich zumindest bis zur Grundwasserstauerschicht.

Gegebenenfalls kann sich die Trennwand auch in tiefere Bereiche, also bis über die Grenze der Grundwasserstauerschicht hinaus, weiter in den Boden erstrecken. Im Bereich der Grundwasserstauerschicht ist in der Regel keine Dämmwand notwendig, da in dieser Schicht nahezu keine Wasserbewegung stattfindet und dadurch der Wärmetransport vergleichsweise gering ist.

Insbesondere bei Heißwasserspeichern tritt zudem der Effekt auf, dass das Wasser in tieferliegenden Bereichen eine kleinere Temperatur aufweist als in höheren Bereichen, womit in tieferliegenden Bereichen, insbesondere im Bereich der Grundwasserstauerschicht, der Temperaturgradient zwischen Heißwasser und umliegendem Erdreich kleiner ist, wodurch auch der Wärmestrom verringert ist.

In weiterer Folge wird die Erfindung anhand der Figuren weiter beschrieben, wobei:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung zeigt, deren Schnittebene im Wesentlichen vertikal verläuft, und

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung zeigt, deren Schnittebene im Wesentlichen horizontal verläuft.

Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden Komponenten: Dämmwand 1 , Wärmedämmstoff 2, Primärpfahl 3, Sekundärpfahl 4, Dichtwand 6, Grundwasserstauerschicht 7, Grundwasserspiegel 8, Geländeoberkante 9, Wasserhaltungseinrichtung 10, Brunnen 11 , Trennwand 12, abzutrennender Raum 13, Heißwasser 14, Dämmschüttung 15.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer möglichen Ausführungsform eines Tiefbauwerks zur Bildung einer zumindest teilweise unterirdisch verlaufenden Barriere mit einer Dämmwand 1.

Die Dämmwand 1 verläuft in der vorliegenden Ausführungsform von der Geländeoberkante 9 bis zu bzw. bis in die Grundwasserstauerschicht 7. Zwischen der Geländeoberkante 9 und der Grundwasserstauerschicht 7 befindet sich eine grundwasserleitende Schicht, die eine höhere Wasserdurchlässigkeit aufweist als die Grundwasserstauerschicht 7. Oberhalb der Geländeoberkante 9 kann in allen Ausführungsformen eine Dämmschüttung 15 vorgesehen sein.

Der Grundwasserspiegel 8 kann über die Zeit schwanken. Das Grundwasser in der grundwasserleitenden Schicht ist gegebenenfalls Fließwasser bzw. stärkeren Wasserbewegungen unterworfen.

Die Dämmwand 1 ist aus einem Wärmedämmstoff 2 gebildet. Der Wärmedämmstoff 2 kann beispielsweise Schaumglasschotter sein und gegebenenfalls mit einem Bindemittel gebunden werden. Gegebenenfalls ist der Wärmedämmstoff 2 der Dämmwand 1 abschnittsweise durch ein Bindemittel gebunden.

Da der Wärmedämmstoff 2 der Dämmwand 1 gegebenenfalls eine poröse Struktur aufweist, kann es erforderlich sein, eine Dichtwand 6 vorzusehen bzw. vorzulagern, um zu verhindern, dass eintretendes Wasser die Dämmwirkung der Dämmwand 1 beeinträchtigt. Die Dichtwand 6 kann als wasserundurchlässige Wand, wie beispielsweise als Schmalwand, ausgebildet sein. Die Dichtwand 6 ist insbesondere dazu eingerichtet, das Grundwasser abzuhalten oder abzulenken, sodass das Grundwasser nicht oder nur in geringem Maße in den Bereich der Dämmwand 1 Vordringen kann.

Als zusätzliche Maßnahme zur Verbesserung der Wirksamkeit der Dämmwand 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Wasserhaltungseinrichtung 10 vorgesehen, die insbesondere mehrere Brunnen 11 umfasst. In den Brunnen 11 sammelt sich Grundwasser, das in weiterer Folge von Pumpen abtransportiert werden kann.

Hierdurch kann der Bereich der Dämmwand 1 weitestgehend trocken gehalten werden.

Bevorzugt umfasst das Tiefbauwerk eine Trennwand 12. Diese Trennwand 12 ist insbesondere dazu eingerichtet, einen Raum 13 abzutrennen. Dieser Raum 13 kann beispielsweise ein Raum zur Speicherung von Heißwasser 14 oder auch eine Baugrube bzw. ein unterirdischer Raum sein.

In der vorliegenden Ausführungsform ist im abgetrennten Raum 13 ein Wärmespeichermedium, wie Heißwasser 14, vorgesehen. Die Trennwand 12 kann beispielsweise als Schlitzwand ausgebildet sein. Der Trennwand 12 kommt in dieser Ausführungsform eine tragende Wirkung zu.

Oberhalb der Geländeoberkante 9, insbesondere oberhalb der Dämmwand 1 und der Dichtwand 6, kann eine Dammschüttung angeordnet sein. Die Trennwand 12 erstreckt sich bevorzugt über die Geländeoberkante 9 hinweg in die Höhe. Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Tiefbauwerks, insbesondere des Tiefbauwerks aus Fig. 1 , wobei die Schnittebene eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Schnittebene ist.

Das Tiefbauwerk umfasst eine Dämmwand 1 , die als Bohrpfahlwand, insbesondere als überschnittene Bohrpfahlwand, aus einem Wärmedämmstoff 2 gebildet ist.

Die Überschneidung der Bohrpfähle ermöglicht die Bildung einer durchgehenden Dämmwand 1 , die abschnittsweise Einschnürungen aufweist, wobei die kleinste Dicke für eine ausreichende Wärmedämmung dimensioniert ist.

Insbesondere weist die Dämmwand 1 Primärpfähle 3 und Sekundärpfähle 4 auf. Bevorzugt sind die Primärpfähle 3 mit einem Wärmedämmstoff 2 ausgefüllt, der durch ein Bindemittel gebunden ist. Die Sekundärpfähle 4 können gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Wärmedämmstoff 2 ohne Bindemittel ausgefüllt werden. Alternativ kann jedoch auch ein gebundener Wärmedämmstoff 2 in den Sekundärpfählen 4 vorgesehen sein.

Dem Verlauf der Dämmwand 1 folgend ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Dichtwand 6 vorgesehen. Zwischen der Dichtwand 6 und der Dämmwand 1 ist eine Wasserhaltungseinrichtung 10, insbesondere Brunnen 11 , angeordnet. Auf der anderen Seite der Dämmwand 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform die Trennwand 12 vorgesehen. Diese verläuft entlang der Dämmwand 1 und bildet einen abgetrennten Raum 13, der in dieser Ausführungsform mit Fleißwasser 14 gefüllt ist.

Zur Fierstellung eines Tiefbauwerks, insbesondere eines Tiefbauwerks gemäß den Figuren 1 und/oder 2, kann wie folgt vorgegangen werden.

In einem ersten Schritt wird bevorzugt eine Dichtwand 6 durch die wasserleitende Schicht bis hin zur Grundwasserstauerschicht 7 gebildet. Die Dichtwand 6 verläuft entlang einer beliebigen Kontur, insbesondere abschnittsweise geradlinig. Zur Bildung eines Beckens verläuft das Tiefbauwerk bevorzugt entlang einer geschlossenen Kontur. Auch die Dichtwand 6 kann in dieser Ausführungsform entlang einer geschlossenen Kontur gebildet werden. In einem späteren Schritt kann die Dämmwand 1 gebildet werden. Hierzu werden zuerst Primärbohrungen in einem gewissen Abstand zueinander erstellt, die mit Wärmedämmstoff 2 ausgefüllt werden, um Primärpfähle 3 zu bilden. Der Abstand der Primärpfähle 3 ist kleiner als der Durchmesser der nachträglich erstellten Sekundärpfähle 4. Zur Bildung der Sekundärpfähle 4 werden Sekundärbohrungen derart angeordnet, dass sie eine Überschneidung mit den Primärpfählen 3 aufweisen. Durch Ausfüllen der Sekundärbohrungen mit Wärmedämmstoff 2 werden Sekundärpfähle 4 gebildet, die eine Überschneidung mit den Primärpfählen 3 aufweisen.

Vor dem Bilden der Dämmwand 1 kann eine Wasserhaltungseinrichtung 10, wie insbesondere Brunnen 11 , errichtet werden, durch die Grundwasser abtransportiert werden kann.

Bevorzugt vor dem Erstellen der Dämmwand 1 , insbesondere jedoch nach dem Herstellen der Dichtwand 6, wird die Trennwand 12 gebildet. Die Trennwand 12 kann beispielsweise als Schlitzwand ausgebildet werden. Die Trennwand 12 trennt den abzutrennenden Raum 13 ab. Dieser Raum 13 kann gegebenenfalls ausgehoben werden, womit das Tiefbauwerk als Beckenverbau bzw. Grubenverbau ausgebildet wird. Der ausgehobene Raum 13 kann bei der Ausführungsform eines Großwärmespeichers gegebenenfalls weiter abgedichtet und in weiterer Folge mit Heißwasser 14 befüllt werden.

Bevorzugt werden die Primärpfähle 3 durch einen mit Bindemittel gebundenen Wärmedämmstoff 2, wie beispielsweise gebundener Schaumglasschotter, ausgefüllt und gebildet. Durch die Bindung mit einem Bindemittel wird verhindert, dass beim Erstellen der Sekundärbohrungen der Wärmedämmstoff 2 der Primärpfähle 3 in die Sekundärbohrungen austritt. Die Sekundärpfähle 4 können mit einem ungebundenen Wärmedämmstoff 2, beispielsweise mit Schaumglasschotter, ausgefüllt werden. In allen Ausführungsformen verlaufen die Dichtwand 6, die Dämmwand 1 und die Trennwand 12 zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, unterirdisch. Insbesondere werden die Wände als unterirdische Wände erstellt, wobei insbesondere die Trennwand 12 durch späteren Aushub des Raumes 13 freigelegt und dadurch nur einseitig erdberührend verläuft.