Fallstudien mit EPS-Geoschaum für Bergbau und Energie

Jan 30, 2024

Funktionen | 1. August 2018 | Von: Sean O'Keefe

Die Komplexität der gebauten Umwelt fordert ständig die Grenzen der Technik und des Bauwesens heraus. Für infrastrukturell bebaute Gebiete mit setzungsanfälligen Böden oder anderen gefährlichen geologischen Bedingungen ist die Zusammenstellung eines Expertenteams zur Planung von Herausforderungen von entscheidender Bedeutung. Industrien wie Bergbau, Öl und Gas sowie Versorgungsunternehmen müssen häufig Erde und Fels durchbohren, um Tunnel, Pipelines und Leitungen zu bauen (Abbildung 1). In Gebieten mit instabilen geologischen Verhältnissen werden diese Arbeiten sowohl beim Bau als auch im alltäglichen Gebrauch immer gefährlicher. Ebenso müssen Bauherren im ganzen Land mit der Setzung des Bodens, der Erosion von Böschungen und feuchten Umgebungen rechnen. Eigentümer, Bauherren und Designer, die sich diesen Herausforderungen stellen, haben sich oft auf Geoschaum verlassen.

Im Jahr 2012 wollte ein vertrauliches Bergbauunternehmen über einer bestehenden Reihe von Bergbaustollen in der felsigen Wasatch Range außerhalb von Salina, Utah, 140 Meilen (225 km) südlich von Salt Lake City, ein Lagergebäude errichten. Die Tunnel, die durchschnittlich 12 Fuß (3,66 m) unter dem Gefälle lagen, wurden für Gürtellinien und Lastwagen genutzt, die Ausrüstung, Menschen und Materialien in die Minen hinein und aus ihnen heraus transportierten. Bei der Planung ergaben statische Berechnungen, dass die bestehenden Tunnel das Gewicht des neuen Lagergebäudes nicht tragen würden.

„Bergbausituationen sind aus vielen Gründen besonders kritisch“, sagte Terry Meier, Geofoam-Spezialist bei ACH Foam Technologies.

Meier arbeitete mit dem Planungsbüro zusammen, um die beste Lösung für das Projekt zu finden. Nach der Untersuchung von Mikropfahl- und Planierbalken-Struktursystemen kam das Team zu dem Schluss, dass die schnellste und einfachste Lösung der Bau einer Geoschaumbasis aus expandiertem Polystyrol (EPS) als Plattform für das neue Gebäude über den Tunneln wäre (Abbildung 2).

„Wir haben eine bauliche Barriere zwischen den Tunneln und dem Gebäude geschaffen“, sagte Meier. Die Barriere bestand aus 28.000 Kubikfuß (792,87 m3) EPS-Geoschaum, der in zwei Schichten mit einer Tiefe von 8 Fuß (2,44 m) und einer Länge von 80 Fuß (24,38 m) verlegt wurde. Ein 6 Fuß (1,83 m) tiefer und 50 Fuß (15,24 m) langer Abschnitt wurde direkt über dem Tunnel gestapelt, gefolgt von einer 6 Zoll (15 cm) dicken Lastverteilungsplatte aus Beton, um das Lagergebäude effektiv zu stützen Beseitigung struktureller Auswirkungen auf die darunter liegenden Tunnel.

Ein Projekt in den Bergen des Little Cottonwood Canyon außerhalb von Salt Lake City, Utah, stellte eine ganz andere Herausforderung dar. Ebenso wie die Gefahr eines Struktureinsturzes sind auch die Gefahren eines Steinschlags bei Bergbauarbeiten, bei denen Tunnel in eine steile Felswand oder eine steile Klippe münden, gut bekannt. Im Fall des Little Cottonwood Canyon-Standorts, einem Gewölbe, das in einem Berg aus massivem Granit errichtet wurde, war der Eingang zum Gewölbe selbst anfällig für von oben herabfallende Steine.

„Der Eingang des Gewölbes befindet sich am Fuß einer großen Felswand“, sagte Meier. „Sogar ein Stein von nur wenigen Zentimetern Breite, der herabstürzt und gegen den Gebäudeeingang prallt, könnte zu strukturellen Schäden führen.“

Meier baute zusammen mit der Baufirma eine Schutzbarriere aus Geoschaum über dem Eingang. Gemeinsam entwickelten sie eine dichte Schutzschicht, die in Bereichen mit der höchsten Steinschlagwahrscheinlichkeit bis zu 4,57 m dick ist. Zwischen jeder Geoschaumschicht wurde ein Geogittermaterial platziert und mit einer 15 cm dicken Kiesschicht und einer 30 cm dicken Erdschicht bedeckt. Dieses Geoschaumkissen schützt in Verbindung mit dem 20 Zoll (51 cm) dicken Stahlbetondach des Gebäudes den Eingang vor dem Aufprall eines Felsbrockens mit einem Durchmesser von bis zu 36 Zoll (91 cm), der aus einer Entfernung von 60 cm fällt Fuß (18,29 m) (Abbildung 3).

„Unsere Aufgabe besteht darin, Ingenieuren und Bauherren dabei zu helfen, die Eigenschaften von EPS-Geoschaum zu verstehen und dann ihre spezifischen Herausforderungen anzugehen“, sagte Meier.

Der Schutz eines Überhangs vor Steinschlag und eines Tunnels vor dem Einsturz des Bauwerks sind zwei sehr unterschiedliche bergbautechnische Herausforderungen. Technische Anleitungen helfen dabei, sicherzustellen, dass Ingenieure Qualitäten auswählen, die spezifische strukturelle Anforderungen erfüllen, und dass Geoschaumblöcke effizient konfiguriert werden, um Abfall zu vermeiden.

Eine weitere geologische Gefahr ist die seismische Bedrohung, die in weiten Teilen Utahs besteht.

„Gasleitungen, Versorgungsleitungen, Rohre oder alles, was vergraben werden muss, kann bei einem Erdbeben katastrophal beschädigt werden“, sagte Meier.

Der Energieversorger Questar Gas verteilt Erdgas an mehr als 900.000 Kunden in Utah, im Südwesten von Wyoming und einem kleinen Teil von Idaho. Bei der Entwicklung von Pipelineprojekten in einigen dieser Gebiete muss das Ingenieurteam des Versorgungsunternehmens instabile Bedingungen berücksichtigen, einschließlich quartärer Verwerfungslinien, an denen Pipelines besonders gefährdet sind. Daher schreiben die technischen Richtlinien des Energieversorgers vor, dass Abschnitte der Pipeline, die bekannte Verwerfungslinien durchqueren, zum Schutz mit Geoschaum ummantelt werden müssen (Abbildung 4).

Im Frühjahr 2014 installierte ein Auftragnehmer 14.000 Kubikfuß (396,44 m3) Geoschaum, um eine Gasleitung zu umhüllen, die an einer Verwerfung entlangführte. Die vorgeschnittenen Geoschaumblöcke wurden in eine schützende Geomembran eingewickelt und dann in den Rohrgraben gelegt, um ein Schutzpolster um das Rohr herum zu bilden. Über dem Geoschaum und direkt unter dem Asphalt wurde eine fließfähige Füllkappe mit einer Höhe von 12 Zoll (30 cm) angebracht. Diese einfache Lösung für ein komplexes Problem mit möglicherweise schwerwiegenden Folgen gab dem Energieversorger nicht nur die Gewissheit, dass die Pipeline geschützt ist, sondern sparte auch Zeit und Geld.

Meier und seine Kollegen sind bei ihrer Arbeit nicht allein und arbeiten oft mit dem spezialisierten EPS-Ingenieurberater Marvin Cook von Oracle Engineering in Utah zusammen. Als erfahrener Geoschaum-Designer mit mehr als 20 Jahren Erfahrung berät Cook Eigentümer, Ingenieure, Auftragnehmer und ACH Foam Technologies, um große Herausforderungen bei der Autobahn- und Brückeninfrastruktur zu lösen.

„Die Bedeutung der Blockkonfiguration im Design kann nicht genug betont werden“, sagte Cook.

„Natürlich suche ich nach kritischen Mängeln im geplanten Entwurf, die zu strukturellen Schwächen führen könnten“, sagte Cook. „Aber es gibt auch spezifischere Probleme, die man beachten muss. Wir sind während der Installation immer vor Ort, um sicherzustellen, dass alles berücksichtigt wird.“

Cook sagte auch, dass seiner Erfahrung nach Geoschaum aufgrund seiner zuverlässigen Leistung und kostengünstigen Konstruierbarkeit ausgewählt wird.

„Die bewährte Leistung von EPS-Geoschaum stellt sicher, dass man ihn heute in den Boden verlegen kann und in 50 Jahren aus demselben Grundmaterial ohne wirkliche Beeinträchtigung bestehen wird“, sagte Cook.

In jeder dieser Situationen lobte Meier die Zusammenarbeit und die Bereitschaft, Möglichkeiten auszuloten, um für jede Herausforderung die am besten geeignete Lösung zu finden.

„Geologische Gefahren gibt es in allen Formen und Größen“, sagte Meier. „Es ist spannend, immer wieder den Horizont zu erweitern und Eigentümern, Bauherren und Designern dabei zu helfen, komplexe Probleme mit einfachen Lösungen zu lösen.“

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Es ist so interessant, wie Geofoam funktioniert! Ich stelle mir vor, dass es vielfältige Verwendungsmöglichkeiten hat und auch an anderen Orten als im Westen der USA nützlich sein könnte. Ich frage mich, wann es unabhängigen Unternehmen zur Verfügung stehen wird, die versuchen, Steinschläge zu verhindern.

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