Baugrubensicherungen

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Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach  Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt
Studienunterlagen Geotechnik
Seite XI-1
XI Baugrubensicherungen
Die Dimensionierung einer Baugrube sowie die Art der Baugrubenumschließung sind auf
die örtlichen Gegebenheiten und das geplante Bauwerk so abzustimmen, dass folgende
Faktoren bereits im Planungsprozess berücksichtigt werden:

Abmessungen des geplanten Gebäudes

Gründungstiefe

Platzbedarf in der Gründungsebene

vorgesehene Gründungsart

Grundwasserstand

Kennwerte und Eigenschaften des anstehenden Bodens

Nachbarbebauung

Belastungen im Bau- und Endzustand
Aus den technisch möglichen Baugrubensicherungen wird i.d.R. die wirtschaftlichste
Variante gewählt. Soweit es die örtlichen Gegebenheiten zulassen, werden Baugruben mit
geringen Tiefen mit Böschungen anstelle von Verbauwandsystemen hergestellt.
1
Geböschte Baugruben
Baugruben, die nicht mit Hilfe von Verbauwänden gesichert werden, fallen in den
Gültigkeitsbereich der DIN 4124 „Baugruben und Gräben. Böschungen, Verbau und
Arbeitsraumbreiten“. In dieser Norm sind zulässige Aushubtiefen und Böschungsneigungen für beispielsweise

Rohrleitungsgräben,

Baugrundaufschlüsse oder

archäologische Grabungen
festgelegt.
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Die Anwendung der DIN 4124 ist an folgende Voraussetzungen gekoppelt:

Im auszuhebenden Bereich steht kein Grundwasser an.

Auf der Böschungsschulter dürfen keine Auflasten auftreten.
Ohne rechnerischen Nachweis darf der
Voraussetzungen wie folgt angesetzt werden:
Böschungswinkel


bei nichtbindigen und weichen bindigen Böden:
  45°

bei steifen und halbfesten bindigen Böden:
  60°

bei Fels:
  80°
unter
den
o.g.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die gesamte Baugrubentiefe nicht mehr als 5 m
betragen darf. Unverbaute Gräben dürfen bis 1,25 m, in Sonderfällen bis 1,75 m,
ausgeschachtet werden (siehe Abb. XI-1), wobei angrenzende Oberflächenbelastungen
mehr als 0,60 m Abstand halten müssen. Hierbei ist zu beachten, dass bei der Herstellung
von unverbauten Gräben und den darin stattfindenden Arbeiten die meisten Todesopfer im
gesamten Bausektor zu verzeichnen sind!
Abb. XI-1
Zulässige Abmessungen für unverbaute Gräben
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2
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Verbauwandsysteme
Wasserdurchlässiger
Verbau
Nachgiebiger
Verbau
Verformungsarmer
Verbau
 Tangierende
 Trägerverbau
Bohrpfahlwand
(Berliner Verbau)
Wasserundurchlässiger
Verbau
Nachgiebiger
Verbau
 Spundwand
Verformungsarmer
Verbau
 Überschnittene
Bohrpfahlwand
 Spundwand
 Schlitzwand
 Schlitzwand
 Aufgelöste
Bohrpfahlwand
 Bodenvernagelung
 Injektionswand
2.1
Bohrpfahlwände
Bei Bohrpfahlwänden wird je nach Anordnung der Bohrpfähle zwischen folgenden
Ausführungsarten unterschieden (siehe Abb. XI-2):

überschnittene Bohrpfahlwände

tangierende Bohrpfahlwände

aufgelöste Bohrpfahlwände ohne Zwischengewölbe

aufgelöste Bohrpfahlwände mit Zwischengewölbe
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Überschnittene Bohrpfahlwand
Aufgelöste Bohrpfahlwand
mit Zwischengewölben
Primärpfahl (unbewehrt)
Sekundärpfahl (bewehrt)
Tangierende Bohrpfahlwand
Abb. XI-2
Aufgelöste Bohrpfahlwand
ohne Zwischengewölben
Ausführungsarten von Bohrpfahlwänden
Überschnittene Bohrpfahlwände eignen sich bei anstehendem Grundwasser als
wasserdichter Verbau. Üblicherweise bestehen sie abwechselnd aus bewehrten und
unbewehrten Bohrpfählen mit einer Überschneidung von 10 cm bis 15 cm. Bei der
Herstellung von überschnittenen Bohrpfahlwänden werden in einem 1. Schritt die
unbewehrten Pfähle (Primärpfähle) hergestellt. Anschließend werden die bewehrten Pfähle
(Sekundärpfähle) in einem 2. Arbeitsschritt so hergestellt, dass die Primärpfähle
angeschnitten werden. Die Herstellung von Bohrpfählen erfolgt entweder im Schutze einer
Verrohrung oder mittels Suspensionsstützung unverrohrt.
Tangierende Bohrpfahlwände werden hauptsächlich für Verbauwände oberhalb des
Grundwasserspiegels eingesetzt. Hierbei kann jeder Pfahl bewehrt hergestellt werden.
Bei aufgelösten Bohrpfahlwänden werden die Pfähle mit einem Zwischenraum hergestellt,
der im Allgemeinen während des Aushubes der Baugrube mit einer Ausfachung
(Spritzbeton) gesichert wird.
Vorteile:

Verformungsarmer Verbau – Bei Rückverankerung können die
Horizontalverformungen bis auf 1-2 ‰, bezogen auf die freie Wandhöhe,
begrenzt werden.

Wasserdichtigkeit

Umweltfreundlich – Bei Herstellung einer Bohrpfahlwand mit Hilfe einer
Verrohrung entfällt der Einsatz einer Stützflüssigkeit mit den damit
verbundenen Entsorgungsproblemen.
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
Wirtschaftlich – Die Bohrpfahlwand kann als konstruktives Element mit in
das Bauwerk einbezogen werden.

Flexibel anzuordnen – Es lässt sich praktisch jede beliebige Grundrissform
mit Hilfe einer Bohrpfahlwand umschließen. Des Weiteren lassen sich auch
Aussparungen, z.B. für die Durchführung von Leitungen oder Kanälen
herstellen.
Nachteile:

Die Kosten für die Herstellung einer Bohrpfahlwand liegen über denen einer
Trägerbohlwand oder einer Spundwand.

Die Ausführungstiefe bei verrohrten Bohrpfählen ist aufgrund des am
Bohrgerät benötigten Drehmoments begrenzt.
Für die Bemessung und Herstellung von Bohrpfahlwänden existieren folgende
Vorschriften:
DIN EN 1536:
„Ausführung von Arbeiten im Spezialtiefbau - Bohrpfähle“ (Dezember
2010)
DIN 18301:
„VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil C:
Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Bohrarbeiten“ (April 2010)
2.2
Schlitzwände
Schlitzwände werden in flüssigkeitsgestützten Schlitzen im Boden hergestellt. Sie können
sowohl statische als auch abdichtende Funktion (Dichtwände) haben. Als Baustoffe
werden Stahlbeton, Beton oder zementgebundene Suspensionen verwendet. Weiterhin
wird bei der Herstellung der Schlitzwände zwischen Einphasen- und
Zweiphasenverfahren unterschieden.
Bei Einphasenschlitzwänden wird als Stützflüssigkeit zur Sicherung des Schlitzes während
des Aushubs eine selbsterhärtende Zementsuspension eingesetzt, die im Boden verbleibt,
abbindet und gegebenenfalls z.B. mit Spundwandelementen bewehrt bzw. abgedichtet
wird.
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Bei Zweiphasenschlitzwänden wird der Schlitz im Schutze einer Betonitsuspension
ausgehoben. Diese Suspension dient nur der Stützung des Schlitzes und wird nach
Erreichen der Endteufe der Schlitzwand durch den im Kontraktorverfahren eingebrachten
Beton verdrängt und rückgewonnen.
Voraushub
Fräsen des
Primärschlitzes
Fräsen des Mittelstiches
des Primärschlitzes
Einbau des
Bewehrungskorbs
Betonieren des
Primärschlitzes
Fräsen des
Sekundärschlitzes
Einbau des
Bewehrungskorbs
Betonieren des
Sekundärschlitzes
Abb. XI-3
Arbeitsabläufe bei der Herstellung einer Schlitzwand mit Schlitzwandfräse im
Pilgerschrittverfahren
Die Herstellung einer Schlitzwand erfolgt in mehreren Arbeitsschritten (siehe Abb. XI-3).
Vor Beginn dieser Arbeiten werden Leitwände zur Führung des Aushubwerkzeugs und zur
Sicherung des oberen Randes des Schlitzes vor etwaigen Nachbrüchen hergestellt. Der
Aushub des Schlitzes wird mit Hilfe von Schlitzwandgreifern oder -fräsen realisiert.
Bereits während des Aushubs wird die Stützflüssigkeit in den Schlitz eingebracht. Beim
Zweiphasenverfahren werden nach Erreichen der Endteufe die Abstellkonstruktionen (wie
z.B. Fugenrohre) zur seitlichen Begrenzung und als Voraussetzung für ausreichend dichte
Anschlüsse der Nachbarelemente sowie der Bewehrungskorb eingestellt.
Der Anwendungsbereich von Schlitzwänden beschränkt sich nicht nur auf die Sicherung
von Baugruben und Schächten. Sie werden aufgrund der großen erreichbaren Teufe auch
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als horizontal und vertikal belastbare Tiefgründungselemente (Schlitzwandbarrettes) und
zur Aufnahme von Zugkräften verwendet. Darüber hinaus finden sie auch Anwendung als
Dichtwände zur Abdichtung des Untergrunds von Dämmen und Deichen sowie zur
Einschließung von Altlasten und Deponien. Die üblichen Wanddicken von Schlitzwänden
liegen zwischen 0,4 m und 3,0 m. Mit entsprechenden Aushubwerkzeugen können Tiefen
von 100 m bis 150 m erreicht werden. Die Abweichung vom Lot beträgt bei der
Herstellung von Schlitzwänden in der Regel nur etwa 0,5 %.
Vorteile:

Schlitzwände sind verformungsarm.

Schlitzwände sind bei ordnungsgemäßer Ausführung wasserdicht.

Schlitzwände können erschütterungsarm hergestellt werden.

Es bestehen praktisch keine Einschränkungen bei der Anordnung von
Bewehrung und Rückverankerung.

Schlitzwände können nahezu ohne Zwischenraum vor Gebäuden oder
Fundamenten hergestellt werden.
Nachteile:

Hinsichtlich Baustelleneinrichtung und Materialverbrauch ist die Schlitzwand
recht aufwändig. Der Einsatz der Schlitzwand amortisiert sich daher erst bei
relativ großen Verbauwandflächen.

Aussparungen für querende Leitungen und Kanäle sind i.d.R. problematisch.
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Abb. XI-4
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Schlitzwandgreifer
Für die Bemessung und Herstellung von Schlitzwänden existieren folgende Vorschriften:
DIN 4126 (Entwurf): „Nachweis der Standsicherheit von Schlitzwänden“ (August 2004)
DIN 4126 Beiblatt 1 „Nachweis der Standsicherheit von Schlitzwänden - Erläuterungen“
(Entwurf):
(September 2004)
DIN 4127:
„Schlitzwandtone für stützende Flüssigkeiten; Anforderungen,
Prüfverfahren, Lieferung, Güteüberwachung“ (August 1986)
DIN EN 1538:
„Ausführung von besonderen geotechnischen
Spezialtiefbau – Schlitzwände“ (Dezember 2010)
DIN 18313:
„VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil C:
Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen
(ATV) - Schlitzwandarbeiten mit stützenden Flüssigkeiten“ (April
2010)
Arbeiten
im
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2.3
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Spundwände
Spundwände bestehen aus einzelnen vertikalen Elementen (Spundbohlen), die analog zum
„Nut- und Feder-System“ aneinandergekoppelt werden. Die Kopplung der Spundwände
(„Schloss“) kann wasserdicht ausgeführt werden, so dass Spundwände auch im
Grundwasser ausgeführt werden können.
Als Spundbohlen werden in der Regel Stahlprofile eingesetzt, die augrund ihrer Geometrie
trotz der relativ geringen Querschnittsfläche große Flächenträgheitsmomente und damit
eine hohe Biegesteifigkeit aufweisen. Sie dienen nicht nur der Aufnahme großer
Horizontallasten, sondern können ebenfalls große Vertikallasten in den Untergrund
abtragen. Beim dauerhaften Einsatz von Spundwänden im Grundwasser ist zu beachten,
dass wechselnde Wasserstände Korrosionserscheinungen am Stahl verursachen. Neben
Stahlbohlen werden seltener auch Stahlbeton- und Holzspundbohlen eingesetzt.
Spundwände können auch als Bewehrungselemente für Einphasenschlitzwände verwendet
werden („eingestellte Spundwand“). Gängige Spundwandprofile sind in Tab. XI-1
zusammengestellt.
Vorteile:

Spundwände können kostengünstig hergestellt werden.

Mit Schlossabdichtungen können Spundwände wasserdicht hergestellt
werden.

Die Spundwandbohlen können wieder gezogen und demnach wiederverwertet
werden.
Nachteile:

Das Einbringen kann problematisch sein. Werden die Bohlen gerammt, führt
das zu starken Lärm- und Erschütterungsemissionen. Große Steine und
Findlinge behindern bzw. verhindern das Einbringen.

Aussparungen für querende Leitungen und Kanäle sind i.d.R. problematisch.

Im Schwankungsbereich des Grundwassers ist mit Korrosionserscheinungen
zu rechnen.
Für die Herstellung von Spundwänden existiert folgende Vorschrift:
DIN EN 12063:
„Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau)
- Spundwandkonstruktionen“ (Mai 1999)
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Tab. XI-1
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Spundwandprofile (Beispiele)
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2.4
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Trägerbohlwände
Trägerbohlwände bestehen aus senkrechten Traggliedern, für die i.d.R. Stahlprofile
verwendet werden, und aus waagrechten Ausfachungselementen, die im Allgemeinen aus
Holz bestehen. Der auf die Wand einwirkende Erddruck wird durch die horizontale
Ausfachung auf die Tragglieder übertragen, die den Erddruck über eine Rückverankerung
oder Aussteifung und über das Erdwiderlager in den Baugrund eintragen.
Abb. XI-5
Trägerbohlwand (Baugrube Tunnel Frankfurter Kreuz der
NBS Köln-Rhein / Main am Frankfurter Flughafen)
Bei der Herstellung einer Trägerbohlwand (siehe Abb. XI-6) werden in einem ersten
Arbeitsschritt die Tragglieder in den Baugrund gerammt oder in vorgebohrte Löcher
eingestellt, wobei der Raum zwischen Bohrlochwandung und Träger wiederverfüllt wird.
Bei dem Trägereinbau in vorgebohrte Löcher muss der Trägerfuß zur Ableitung der
Horizontal- und Vertikalkräfte i.d.R. ausbetoniert werden. Mit fortschreitendem
Baugrubenaushub erfolgt sukzessive die Ausfachung der Wand. Die Steifen oder Anker
werden parallel zum Baufortschritt an den vorgesehnen Stellen eingebaut.
Trägerbohlwände lassen sich in nahezu allen Bodenarten oberhalb des
Grundwasserspiegels einsetzen. Die Trägerbohlwand ist vor allem wegen der nur schwer
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zu vermeidenden Hohlräume zwischen Ausfachung und Boden ein vergleichsweise
verformungsintensiver Verbau, wodurch während des Baugrubenaushubs Setzungen an der
Geländeoberfläche auftreten und somit Schäden an der Nachbarbebauung hervorgerufen
werden können. Für Baugruben mit Verformungsbeschränkungen ist die Trägerbohlwand
nicht geeignet.
Vorteile:

Trägerbohlwände können kostengünstig hergestellt werden.

Aussparungen für querende Leitungen und Kanäle sind herstellbar.

Ausfachung und Träger können wiederverwertet werden.
Nachteile:

Trägerbohlwände sind wasserdurchlässig.

Trägerbohlwände sind i.d.R verformungsintensiv.
t
t < tzul (= f(Boden))
Träger
Schnitt
Einrammen des
Trägers bzw.
Einstellen des Trägers
in ein Bohrloch
Abb. XI-6
Erster
Aushubschritt
Einbau
Ausfachung
Zweiter
Aushubschritt
Herstellungsphasen einer Trägerbohlwand
Die Ausfachung muss stets mit dem Aushub fortschreitend eingebracht werden. Mit dem
Einziehen der Ausfachung ist spätestens zu beginnen, wenn die Tiefe von 1,25 m erreicht
ist. Der Einbau der weiteren Ausfachung darf hinter dem Aushub bei mindestens steifen
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bindigen Böden höchstens um 1 m, bei vorübergehend standfesten nichtbindigen Böden
höchstens um 0,50 m zurück sein. Bei wenig standfesten Böden, z. B. bei locker gelagerten
gleichkörnigen Sand- und Kiesböden, kann es erforderlich sein, die Höhe der
Abschachtung auf die Höhe der Einzelteile der Ausfachung zu beschränken. Beim
Rückbau ist sinngemäß zu verfahren.
2.5
Bodenvernagelung
Bei der Bodenvernagelung wird der gewachsene Boden mit einer Bewehrung verstärkt,
d.h. es wird ein Verbundsystem aus Boden und Bewehrung geschaffen. Der mit einer
Bodenvernagelung ertüchtigte Erdkörper wirkt wie eine Schwergewichtsmauer, die in der
Lage ist, Kräfte aus Eigengewicht, Erddruck und eventuellen Auflasten aufzunehmen.
Die Erstellung einer Baugrube mit Hilfe einer Bodenvernagelung erfolgt unter einem
lagenweisen Aushub mit anschließender Sicherung der freigelegten Wand mit Hilfe von
Baustahlmatten und Spritzbeton. Nach der Erhärtung des Spritzbetons werden Nägel aus
Stahl oder Kunststoff mit einem Durchmesser von 20 mm bis 30 mm etwa senkrecht zur
Wandfläche durch Rammen, Bohren, Spülen oder Vibrieren in den Boden eingebracht.
Anschließend wird der Ringraum zwischen Boden und Nagel zur besseren
Kraftübertragung verpresst. Nach dem Erhärten des Verpressmörtels wird der Nagel
kraftschlüssig mit der Spritzbetonschale verbunden. Dieses Verfahren eignet sich
besonders bei beengten Platzverhältnissen. Des Weiteren ermöglicht dieses Verfahren eine
flexible Grundrissgestaltung und verschiedenste Wandneigungen. Die Bodenvernagelung
eignet sich sowohl für temporäre als auch für bleibende Baumaßnahmen.
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Aushub
Der Aushub wird von oben beginnend lagenweise,
in den jeweils zulässigen Aushubhöhen unter Vermeidung von Ausbrüchen etc. üblicherweise unter
einem Böschungswinkel zwischen 60 und 90 Grad
ausgeführt.
Spritzbetonschale
Um vorhandenes Kluft- oder Schichtenwasser abzuleiten, muss vor dem ersten Spritzbetonauftrag
eine Vertikaldrainage streifenweise eingebaut werden, die einen Aufstau eventuell vorhandenen Wassers verhindert. Da nach erfolgtem Aushub der Boden teilweise nur über eine geringe Eigenstandfestigkeit verfügt, wird als erstes eine dünne Schicht
Spritzbeton aufgetragen, auf welche die statisch erforderliche Bewehrung aufgebracht wird.
Anschließend erfolgt je nach Schichtdicke der einbis mehrmalige Auftrag des Spritzbetons.
Vernagelung
Die Herstellung der für die Bodennägel notwendigen Bohrungen erfolgt nach den allgemeinen anerkannten Regeln der Bohrtechnik. Die Bohrungen
werden mit Zementmörtel aufgefüllt und anschließend die Stabstahlbewehrung eingebaut.
Da der Lasteintrag eines Bodennagels in den Baugrund über die Mantelfläche der Bohrung erfolgt, ist
zur Erhöhung der Tragfähigkeit eine Verpressung
der Bodennägel möglich.
Aushub der nächsten Lage
Die Bodennägel werden kraftschlüssig, aber ohne
Vorspannung, mit der Spritzbetonschale verbunden. Anschließend kann mit dem Aushub der
nächsten Lage begonnen werden.
Abb. XI-7
Herstellungsphasen einer Bodenvernagelung
Für die Herstellung von Bodenvernagelungen existiert folgende Vorschrift:
DIN EN 14490:
„Ausführung von Arbeiten im Spezialtiefbau - Bodenvernagelung“
(November 2010)
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2.6
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Elementwände
Elementwände sind ein der Bodenvernagelung verwandtes Verfahren. Bei der Herstellung
einer Elementwand wird die Baugrube lagenweise ausgehoben, die freigelegten Bereiche
mit Baustahlmatten und Spritzbeton gesichert und anschließend mit Hilfe von
Verpressankern rückverankert. Über die Verankerungen werden Stahlbetonelemente an der
Baugrubenwand befestigt. Nach dem Anbringen der Stahlbetonelemente werden die Anker
angespannt. Analog zur Bodenvernagelung lässt sich dieses Verfahren insbesondere bei
beengten Platzverhältnissen einsetzen. Es handelt sich hierbei um eine geräusch- und
erschütterungsfreie Herstellungstechnik, die nur zu geringen Verformungen der Wand
führt und eine flexible Gestaltung des Grundrisses sowie der Wandneigung ermöglicht.
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3
Verbauwandbemessung
3.1
Erddruckansatz
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Die Größe des Erddrucks hängt maßgeblich von den im Boden eintretenden
Verschiebungen durch Relativbewegungen zwischen Stützkonstruktion und Boden ab
(siehe Abb. VI-11). Diese werden vorwiegend durch Bewegungen der Wand, aber auch
durch von der Wand unabhängige Einflüsse wie Vorspannung, Verdichtung etc.
hervorgerufen. In Abhängigkeit von der Nachgiebigkeit der Verbauwandstützung und der
daraus resultierenden Verschiebung sollte daher ein angemessener Erddruckansatz gewählt
werden (siehe Tab. XI-2).
Messungen an Baugrubenwänden und ihren Aussteifungen haben ergeben, dass der
Erddruck hinter den Wänden mit der Tiefe nicht linear zunimmt, sondern dass
entsprechend der Stützung eine Spannungsumlagerung stattfindet. Abweichend von der
klassischen Erddruckverteilung konzentriert sich der Erddruck im Allgemeinen auf die
Stützungen der Wand, während im Feld zwischen den Stützstellen infolge der
Wandnachgiebigkeit Gewölbe entstehen, die zu einer Abnahme des Erddrucks führen.
klassische
Erddruckverteilung
umgelagerter
Erddruck
Abb. XI-8
Umlagerung des Erddrucks hinter einer nachgiebig verankerten
Trägerbohlwand (EAB)
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Zeile
Nachgiebigkeit
der Stützung
(Stützkonstruktion)
1
Nicht gestützt
oder nachgiebig
gestützt
2
Wenig
nachgiebig
gestützt
3
Seite XI-17
Konstruktion
Wand ohne obere Stützung
(Steifen, Anker) oder mit
nachgiebiger Stützung (z.B.
Anker nicht oder nur gering
vorgespannt)
Steifen kraftschlüssig verkeilt
- bei Spundwänden
 30 %
- bei Trägerbohlwänden
 60 %
Verpressanker
Steifen
- bei mehrfach ausgesteiften
Spundwänden,
ausgesteiften
Ortbetonwänden
Annähernd
unnachgiebig
gestützt
- bei mehrfach ausgesteiften
Trägerbohlwänden
Verpressanker
Wände, die für einen
abgeminderten oder für den
vollen Erdruhedruck
bemessen wurden und deren
Stützungen entsprechend
vorgespannt sind.
4
-
Erddruckansatz
Nicht umgelagerter
aktiver Erddruck
Umgelagerter aktiver
Erddruck
80 %...100 %
Erhöhter aktiver Erddruck
30 %
60 %
100 %
in einfachen Fällen
Eah  0, 75  E ah  0, 25  E 0h
im Normalfall
Eah  0,5  E ah  0,5  E 0h
in Ausnahmefällen
Eah  0, 25  E ah  0, 75  E 0h
Erhöhter aktiver Erddruck
Eah  0, 25  E ah  0, 75  E 0h
in Ausnahmefällen bis
Erdruhedruck
Wenn Anker zusätzlich in
einer unnachgiebigen
Felsschicht verankert sind
oder wesentlich länger sind,
als rechnerisch erforderlich
ist.
Unnachgiebig
Tab. XI-2
Vorspannung
auf die
Stützkraft
bei
Endaushub
bezogen
Steifen
100 %
Anker
100 %
Erddruckansatz in Abhängigkeit von der Nachgiebigkeit der Stützung bei
Baugrubenwänden (DIN 4085)
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Seite XI-18
Rechnerische Berücksichtigung findet diese Baugrund-Tragwerk-Interaktion durch die
Umlagerung des klassischen Erddrucks infolge Bodeneigengewicht, unbegrenzten
Flächenlasten p ≤ 10 kN/m² und gegebenenfalls Kohäsion.
Die Art der Umlagerung hängt im Wesentlichen ab von der:

Biegesteifigkeit der Baugrubenwand,

Anzahl und Anordnung von Steifen bzw. Ankern,

Größe des jeweiligen Aushubabschnittes vor dem Einbau der Steifen bzw.
Anker und der

Vorspannung der Steifen bzw. Anker.
Die Verteilung des umgelagerten Erddruckes ist in Anlehnung an die Empfehlungen des
Arbeitskreises „Baugruben“ (EAB) der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT)
sinnvoll anzunehmen. Im Allgemeinen werden die Lasten bis zur Baugrubensohle
umgelagert.
Umlagerung bis
zur Baugrubensohle
Ursprüngliche
Verteilung
eph
Abb. XI-9
eah
Umlagerung des aktiven Erddrucks bis zur Baugrubensohle
Im Folgenden werden die nach EAB anzusetzenden Umlagerungsfiguren für
Trägerbohlwände bzw. für Spund- und Ortbetonwände mit unterschiedlicher Anzahl und
Lage der Stützungen angegeben. Voraussetzungen für die Verwendung der empfohlenen
Lastfiguren sind:
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Seite XI-19

Die Geländeoberfläche ist waagerecht.

Es steht mitteldicht oder dicht gelagerter nichtbindiger oder mindestens
steifer bindiger Boden an.

Es liegt eine wenig nachgiebige Stützung vor.

Vor Einbau der jeweils nächsten Steifenlage darf nicht tiefer als in Abb.
XI-10 dargestellt ausgehoben werden.
1/3·h
h
Achse der neu einzubauenden Stützung
Aushubsohle vor Einbau der Stützung
2/3·h
Aushubsohle nach Einbau der Stützung
Abb. XI-10 Aushubgrenze vor Einbau einer Stützung
3.1.1 Trägerbohlwände
Bei einmal gestützten Trägerbohlwänden dürfen folgende Lastfiguren als wirklichkeitsnah
angenommen werden:

ein durchgehendes Rechteck entsprechend Abb. XI-11 a), sofern die Steifenoder Ankerlage nicht tiefer angeordnet ist als bei hk = 0,1 · H;

ein auf halber Höhe abgestuftes Rechteck mit eho : ehu = 1,5 entsprechend
Abb. XI-11 b), sofern die Steifen- oder Ankerlage im Bereich von
hk > 0,1 · H bis hk = 0,2 · H angeordnet ist;

Abb. XI-11 c), sofern die Steifen- oder Ankerlage im Bereich von
hk > 0,2 · H bis hk = 0,3 · H angeordnet ist.
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Seite XI-20
eho
hk
hk
eho
hk
1/2H
H
1/2H
H
H
1/2H
eh
1/2H
ehu
b) Stützung bei
0,1·H < hk £ 0,2·H
a) Stützung bei
hk £ 0,1·H
ehu
c) Stützung bei
0,2·H < hk £ 0,3·H
Abb. XI-11 Lastfiguren für einmal gestützte Trägerbohlwände (EAB)
Bei zweimal gestützten Trägerbohlwänden dürfen folgende Lastfiguren als wirklichkeitsnah angenommen werden:

ein abgestuftes Rechteck mit dem Lastsprung in Höhe der unteren
Steifenlage und dem Ordinatenverhältnis eho : ehu = 2,0 entsprechend Abb.
XI-12 a), sofern die obere Steifen- oder Ankerlage etwa in Höhe der
Geländeoberfläche, die untere Lage in der oberen Hälfte der Baugrubentiefe
H angeordnet ist;

ein Trapez entsprechend Abb. XI-12 b), sofern die obere Steifen- oder
Ankerlage unterhalb der Geländeoberfläche, die untere Lage etwa auf halber
Höhe der Baugrubentiefe H angeordnet ist;

ein Trapez entsprechend Abb. XI-12 c), sofern die beiden Steifen- oder
Ankerlagen sehr tief angeordnet sind.
eho
eh
eh
eh
H
H
H
b) Mittlere Anordnung
der Stützung
c) Tiefe Anordnung
der Stützung
eh
ehu
a) Hohe Anordnung
der Stützung
Abb. XI-12 Lastfiguren für zweimal gestützte Trägerbohlwände (EAB)
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Seite XI-21
Bei dreimal oder öfter gestützten Trägerbohlwänden mit etwa gleichen Stützweiten darf
das Trapez entsprechend Abb. XI-13 als wirklichkeitsnahe Lastfigur angenommen werden.
Die Resultierende des Erddrucks soll dabei im Bereich von ze = 0,5 · H bis ze = 0,55 · H
liegen.
eh
eh
eh
H
H
H
eh
ze
a) Dreimal gestützte
Wand
eh
eh
ze
b) Viermal gestützte
Wand
ze
c) Fünfmal gestützte
Wand
Abb. XI-13 Lastfiguren für dreimal oder öfter gestützte Trägerbohlwände (EAB)
Gemäß EB12 der EAB sind aufgelöste Bohrpfahlwände wie Trägerbohlwände zu
behandeln.
3.1.2 Spundwände und Ortbetonwände
Bei einmal gestützten Spundwänden oder Ortbetonwänden dürfen folgende Lastfiguren als
wirklichkeitsnah angenommen werden:

ein durchgehendes Rechteck entsprechend Abb. XI-14 a), sofern die Steifenoder Ankerlage nicht tiefer angeordnet ist als bei hk = 0,10 · H;

Abb. XI-14 b), sofern die Steifen- oder Ankerlage im Bereich von
hk > 0,10 · H bis hk = 0,20 · H angeordnet ist;

Abb. XI-14 c), sofern die Steifen- oder Ankerlage im Bereich von
hk > 0,20 · H bis hk = 0,30 · H angeordnet ist.
10.03.2014
eh
hk
Seite XI-22
hk
eho
hk
eho
1/2H
1/2H
H
H
H
1/2H
eh
1/2H
ehu
ehu
b) Stützung bei
0,1·H < hk £ 0,2·H
a) Stützung bei
hk £ 0,1·H
c) Stützung bei
0,2·H < hk £ 0,3·H
Abb. XI-14 Lastfiguren für einmal gestützte Spundwände und Ortbetonwände (EAB)
Bei zweimal gestützten Spundwänden und Ortbetonwänden dürfen folgende Lastfiguren
als wirklichkeitsnah angenommen werden:

ein abgestuftes Rechteck mit dem Lastsprung in Höhe der unteren
Steifenlage und dem Ordinatenverhältnis eho : ehu = 1,50 entsprechend Abb.
XI-15 a), sofern die obere Steifen- oder Ankerlage etwa in Höhe der
Geländeoberfläche, die untere Lage in der oberen Hälfte der Höhe H
angeordnet ist;

eine Lastfigur mit Festlegung der Knickpunkte in Höhe der Stützungspunkte
und einem Verhältnis eho : ehu = 2,00 entsprechend Abb. XI-15 b), sofern die
obere Steifen- oder Ankerlage etwa in Höhe der Geländeoberfläche, die
untere Lage etwa bei der Hälfte der Höhe H angeordnet ist;

ein abgeschrägtes Rechteck entsprechend Abb. XI-15 c), sofern die beiden
Steifen- oder Ankerlagen sehr tief angeordnet sind.
eho
eho
eh
H
ehu
b) Höhe Anordnung
der Stützungen
H
H
ehu
b) Mittlere Anordnung
der Stützungen
eh
b) Tiefe Anordnung
der Stützungen
Abb. XI-15 Lastfiguren für zweimal gestützte Spundwände und Ortbetonwände (EAB)
10.03.2014
Seite XI-23
Bei dreimal oder öfter gestützten Spundwänden oder Ortbetonwänden mit etwa gleichen
Stützweiten dürfen die Lastfiguren entsprechend Abb. XI-16 als wirklichkeitsnah
angenommen werden, allerdings mit der Festlegung der Knickpunkte in der Höhe von
Stützungspunkten und mit einem Verhältnis eho : ehu = 2,00. Die Resultierende der
rechnerischen Belastung soll dabei im Bereich von ze = 0,40 · H bis ze = 0,50 · H liegen.
eho
eho
eho
H
eho
eho
H
H
eho
ze
ehu
a) Dreimal gestützte
Wand
ze
ze
ehu
b) Viermal gestützte
Wand
ehu
b) Fünfmal gestützte
Wand
Abb. XI-16 Lastfiguren für dreimal oder öfter gestützte Spundwände und Ortbetonwände
(EAB)
10.03.2014
3.2
Seite XI-24
Nachweis der Tragfähigkeit
Es ist der Nachweis zu erbringen, dass im Grenzzustand des Versagens von Bauwerken
und Bauteilen (GEO-2) die allgemeine Grenzzustandsbedingung
E
d,i
  R d,i
(Gl. XI-1)
sowohl für das Bauwerk als Ganzes als auch für seine Einzelteile eingehalten wird. Dazu
müssen alle in Frage kommenden Bruchmodelle in Betracht gezogen werden, aufgrund
derer eine Verbauwand versagen kann.
3.2.1 Versagen bodengestützter Wände durch Drehung
Der unterhalb der Baugrubensohle mobilisierte Erdwiderstand wird in der Regel als
punktuelles Auflager im Schwerpunkt des Erdwiderstands angenommen. Als idealisiertes
statisches System zur Berechnung einer Verbauwand unterscheidet man grundsätzlich
zwischen einer freien Auflagerung und – bei zunehmender Einbindetiefe – einer teilweisen
und schließlich vollständigen Einspannung.
Bei einer freien Auflagerung kann das statische System der Verbauwand entsprechend der
Stützungen als Ein- bzw. Mehrfeldträger angenommen werden (Abb. XI-17).
Verformungen
statisches System
Ah
Umlagerung bis
Baugrubensohle
eah
Bh
Ursprüngliche
Verteilung
Abb. XI-17 Verformungen und idealisiertes statisches System einer frei aufgelagerten
Verbauwand
10.03.2014
Seite XI-25
Von einer Volleinspannung einer Verbauwand kann ausgegangen werden, wenn die
Biegelinie der Wand eine vertikale Tangente erreicht. Das Fußauflager der Wand zur
Aufnahme des Einspannmoments kann nach dem Modell von BLUM durch zwei drehbare
Auflager ersetzt werden (siehe Abb. XI-18). Das Auflager Bh ist im Schwerpunkt der zu
erwartenden Erdwiderstandsfigur, die Ersatzkraft Ch im theoretischen Auflagerpunkt der
Wand anzusetzen.
Erdwiderstand
Verformungen
statisches System
eah
Eph1
t1
Drehpunkt
DEph1
Bh
DEph2
Eph2
Dt1
theoretischer
Auflagerpunkt
Ch
Abb. XI-18 Verformungen, mobilisierter Erdwiderstand und Ersatzlastbild nach BLUM
Mit dem Ersatzlastbild nach BLUM erreicht man eine sehr gute Übereinstimmung mit der
tatsächlich zu erwartenden Spannungsverteilung. Dies lässt sich in Abb. XI-18
veranschaulichen. Die resultierenden Erddruckkräfte Eph1 und Eph2 sind gleich groß und
liegen in der gleichen Höhe. An dem für die Ermittlung von Schnittgrößen und
Einbindetiefe maßgebenden Gleichgewicht H = 0 und M = 0 wird damit nichts
geändert.
Wegen der Drehung der Wand um den theoretischen Auflagerpunkt ist bei eingespannten,
nicht gestützten Wänden die klassische Erddruckverteilung als wirklichkeitsnah
anzusehen. Eine Erddruckumlagerung findet hier demnach nicht statt.
10.03.2014
Seite XI-26
Nachweis der Sicherheit gegen Versagen des Erdwiderlagers
Es ist nachzuweisen, dass die Verbauwandkonstruktion ausreichend tief in den Boden
einbindet, um die aus den Beanspruchungen resultierende Auflagerkraft B aufnehmen zu
können.
Durchlaufende Wand:
Ah
eah
Bh
Abb. XI-19 Nachweis der horizontalen Kräfte bei einer durchlaufenden Wand
Bei einer durchlaufenden Wand ist eine ausreichende Sicherheit nachgewiesen, wenn die
folgende Grenzzustandsbedingung erfüllt ist:
Bh,d  E ph,d
mit:
Bh,d Bemessungswert der Horizontalkomponente der resultierenden
Auflagerkraft [kN/m]
Eph,d Bemessungswert der Horizontalkomponente der passiven
Erddruckkraft [kN/m]
Bh,d =BGh   G  BQh   Q
mit:
(Gl. XI-2)
(Gl. XI-3)
BGh Horizontalkomponente der charakteristischen resultierenden
Auflagerkraft infolge ständiger Lasten [kN/m]
BQh Horizontalkomponente der charakteristischen resultierenden
Auflagerkraft infolge veränderlicher Lasten [kN/m]
10.03.2014
E ph,d =
Seite XI-27
E ph
(Gl. XI-4)
γ R,e
mit:
Eph,d Bemessungswert der Horizontalkomponente der passiven
Erddruckkraft [kN] oder [kN/m]
Aufgelöste Wand:
1. Nachweis:
Sicherheit des
Erdauflagers je Träger
2. Nachweis:
Sicherheit des
Erdauflagers für die
durchlaufende Wand
Ah
Eah
Eah
T
Bh
h
Ah
Deah
Bh
l
Abb. XI-20 Nachweis der horizontalen Kräfte bei einer aufgelösten Wand
Bei einer aufgelösten Wand ist eine ausreichende Sicherheit nachgewiesen, wenn die
folgenden beiden Nachweise erfüllt werden:
1.)
Nachweis der Sicherheit des Erdauflagers für den Einzelträger
Mit dem ersten Nachweis ist die Sicherheit des Erdauflagers für den Einzelträger
nachzuweisen, d.h. es wird der Nachweis geführt, dass die am Einzelträger
wirkende Bemessungslast BTh,d mit Sicherheit vom Baugrund aufgenommen
werden kann; dabei darf der räumliche passive Erddruck gemäß Kapitel VI-2.6.2
angesetzt werden, wobei immer geprüft werden muss, ob die passive Erddruckkraft
E rph,d
oder E durchg
maßgeblich ist. Der aktive Erddruck ist nur bis zur
ph,d
Baugrubensohle anzusetzen.
BTh,d  E rph,d
bzw. BTh,d  E durchg
ph,d
(Gl. XI-5)
10.03.2014
Seite XI-28
BTh,d =Bh,d  a
(Gl. XI-6)
BTh,d Horizontalkomponente der charakteristischen resultierenden
mit:
Auflagerkraft je Träger [kN]
Trägerachsabstand [m]
a
Bh,d =BGh   G  BQh   Q
mit:
E
r
ph,d
mit:
(Gl. XI-7)
BGh Horizontalkomponente der charakteristischen resultierenden
Auflagerkraft infolge ständiger Lasten [kN/m]
BQh Horizontalkomponente der charakteristischen resultierenden
Auflagerkraft infolge veränderlicher Lasten [kN/m]
=
E rph
γ R,e
bzw. E
durchg
ph,d
=
E durchg
ph
(Gl. XI-8)
γ R,e
E rph bzw. E durchg
maßgebender charakteristischer Wert der
ph
Horizontalkomponente der passiven Erddruckkraft je
Träger nach Gl. VI-81 bzw. Gl. VI-86 [kN]
2.)
Nachweis der durchlaufenden Wand
Mit dem zweiten Nachweis der horizontalen Kräfte wird die sog. „durchlaufende
Wand“ untersucht. Zusätzlich zu der resultierenden Auflagerkraft Bh wird hier die
resultierende aktive Erddruckkraft unterhalb der Baugrubensohle Eah angesetzt.
Als Widerstand wirkt der auf eine durchgehend gedachte Wand angreifende
Erdwiderstand Eph.
ΔE aGh  γ G  ΔE aQh  γ Q +BGh  γ G  BQh  γ Q 
mit:
E ph
γ R,e
(Gl. XI-9)
EaGh Horizontalkomponente der charakteristischen aktiven
Erddruckkraft infolge ständiger Lasten unterhalb der
Baugrubensohle [kN] oder [kN/m]
EaQh Horizontalkomponente der charakteristischen aktiven
Erddruckkraft infolge veränderlicher Lasten unterhalb der
Baugrubensohle [kN] oder [kN/m]
10.03.2014
Seite XI-29
Nachweis der zusätzlichen Länge t1 zur Aufnahme der Ersatzkraft C bei
eingespannten Wänden:
Zusätzlich zu den Nachweisen des Erdwiderlagers muss bei einer eingespannten Wand der
Nachweis des Einbindezuschlags t1 erbracht werden. Der Zuschlag muss so groß gewählt
werden, dass die angesetzte Ersatzauflagerkraft C vom Boden aufgenommen werden kann.
Zur Vorermittlung der Gesamteinbindetiefe kann hier eine Erhöhung der Tiefe t1 um 15 bis
20% angesetzt werden.
H
Eah
t1
Bh
Ch
Dt1
2·Dt1
ephC
Abb. XI-21 Kräfte auf eine eingespannte Verbauwand zur Bestimmung der Länge t1 nach
LACKNER
Die Bestimmung der erforderlichen zusätzlichen Länge t1 nach LACKNER erfolgt durch
das Überprüfen der folgenden Grenzzustandsbedingung:
Ch,d  E phC,d
mit:
Ch,d
EphC,d
(Gl. XI-10)
Bemessungswert der Horizontalkomponente der Ersatzkraft
[kN] oder [kN/m]
Bemessungswert der Horizontalkomponente der passiven
Erddruckkraft in der Höhe des Ersatzauflagers [kN] oder [kN/m]
Ch,d =CGh   G  CQh   Q
(Gl. XI-11)
10.03.2014
mit:
Seite XI-30
CGh Horizontalkomponente der charakteristischen resultierenden
Ersatzkraft infolge ständiger Lasten [kN] oder [kN/m]
CQh Horizontalkomponente der charakteristischen resultierenden
Ersatzkraft infolge veränderlicher Lasten [kN] oder [kN/m]
Der Bemessungswert der Horizontalkomponente der passiven Erddruckkraft in der Höhe
des Ersatzauflagers ist wie folgt zu berechnen:
E phC,d  2  t1  e phC 
mit:
ephC
1
γ R,e
(Gl. XI-12)
Charakteristischer Wert der Horizontalkomponente des passiven
Erddrucks in der Höhe des Ersatzauflagers [kN/m²]
3.2.2 Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstands
Av
Ah
G
Eav
Eah
Ah
Horizontalanteil der Ankerkraft
Av
Vertikalanteil der Ankerkraft
G
Eah
Eigengewicht der Wand
Horizontalanteil der aktiven Erddruckkraft
Eav
Vertikalanteil der aktiven Erddruckkraft
Bh
Horizontalanteil der Auflagerkraft
Bv
Vertikalanteil der Auflagerkraft
(charakteristische Werte)
Bh
dp
Bv
Abb. XI-22 Nachweis der vertikalen Kräfte
Es ist nachzuweisen, dass die Vertikalkomponente der Auflagerkraft B (Reaktionskraft)
nicht größer ist als die i.d.R. von oben nach unten wirkenden verteilten Einwirkungen
(Aktionskräfte); es wird damit die Sinnfälligkeit des Wandreibungswinkels p überprüft.
Hieraus ergibt sich folgender Nachweis:
10.03.2014
V   V i  Bv
mit:
V
Bv
V
mit:
i
Eav
Av
(Gl. XI-13)
Vertikalkomponente der beteiligten, von oben nach unten
gerichteten charakteristischen Einwirkungen [kN] oder [kN/m]
nach oben gerichtete Vertikalkomponente der charakteristischen
Auflagerkraft [kN] oder [kN/m]
 G  E av  A v
G
Seite XI-31
(Gl. XI-14)
charakteristischer Wert des Eigengewichts der Stützkonstruktion
[kN] oder [kN/m]
Vertikalkomponente der charakteristischen aktiven Erddruckkraft
[kN] oder [kN/m]
Vertikalkomponente der charakteristischen Anker- oder Steifenlast
[kN] oder [kN/m]
E v = E h  tanδa
(Gl. XI-15)
Bv = Bh  tanδ p
(Gl. XI-16)
10.03.2014
Seite XI-32
3.2.3 Versinken von Bauteilen
V
Av
G
Eav
V
Av
Auflast auf die Stützkonstruktion
Vertikalanteil der Ankerkraft
G
Eav
Eigengewicht der Wand
Vertikalanteil der aktiven Erddruckkraft
Bv
Vertikalanteil der Auflagerkraft
Rs
Mantelreibungskraft
Rb
Spitzendruckkraft am Verbauwandfuß
(charakteristische Werte)
Bv oder Rs
Rb
Abb. XI-23 Kräfte zum Nachweis gegen Versinken
Es ist nachzuweisen, dass die Verbauwand nicht infolge von wandparallelen, in der Regel
lotrechten Beanspruchungen im Boden versinkt. Eine ausreichende Sicherheit gegen
Versinken ist nachgewiesen, wenn die folgende Grenzzustandsbedingung eingehalten ist:
Vd   Vd,i  R d
mit:
Vd
Rd
V
d,i
(Gl. XI-17)
Bemessungswert der lotrechten Beanspruchung am Wand- oder
Bohlträgerfuß [kN] oder [kN/m]
Bemessungswert des Widerstandes der Wand bzw. des Bohlträgers
in axialer Richtung [kN] oder [kN/m]
= G  γG +
E aGv  γ G + E aQv  γ Q +
A Gv  γ G + A Qv  γ Q +
(Gl. XI-18)
VG  γ G + VQ  γ Q
10.03.2014
mit:
G
EaGv
EaQv
AGv
AQv
VG
VQ
Seite XI-33
charakteristischer Wert des Eigengewichts der Stützkonstruktion
[kN] oder [kN/m]
infolge ständiger Lasten [kN] oder [kN/m]
infolge veränderlicher Lasten [kN] oder [kN/m]
Vertikalkomponente der charakteristischen Anker- oder
Steifenlast infolge ständiger Lasten [kN] oder [kN/m]
Vertikalkomponente der charakteristischen Anker- oder
Steifenlast infolge veränderlicher Lasten [kN] oder [kN/m]
charakteristischer Wert einer vertikalen ständigen Auflast auf die
Stützkonstruktion [kN] oder [kN/m]
charakteristischer Wert einer vertikalen veränderlichen Auflast
auf die Stützkonstruktion [kN] oder [kN/m]
Wird bei der Ermittlung des Erddrucks ein negativer Erddruckneigungswinkel zugrunde
gelegt, dann darf die nach oben gerichtete Vertikalkomponente
E av = E ah  tanδa
(Gl. XI-19)
von den nach unten gerichteten charakteristischen Vertikalbeanspruchungen abgezogen
werden. Der Betrag des negativen Wandreibungswinkel darf die in Tab. XI-3
angegebenen Werte nicht überschreiten.
Bv
Eav
Wandbeschaffenheit
Verzahnte Wand
| a | ≤ ⅔ · φ'
Raue Wand
| a | ≤ ⅔ · φ'
Weniger raue Wand
| a | ≤ ½ · φ'
| B | ≤ ½ · φ'
Glatte Wand
| a | = 0
| B | = 0
Tab. XI-3
| B | ≤ φ'
| B | ≤ φ' - 2,5° und
| B | ≤ 27,5°
Größe des negativen Erddruckneigungswinkel beim Nachweis gegen Versinken
10.03.2014
Rd =
mit:
Rb Rs
+
γ b γ R,e
Rb
Rs
Bv
Seite XI-34
oder
Rd =
R b Bv
+
γ b γ R,e
(Gl. XI-20)
charakteristischer Pfahlfußwiderstand [kN] oder [kN/m]
charakteristischer Pfahlmantelwiderstand [kN] oder [kN/m]
nach oben gerichtete Vertikalkomponente der charakteristischen
Auflagerkraft [kN] oder [kN/m]
Der charakteristische Pfahlfußwiderstand bei Bohlträgern, Bohrpfahlwänden,
Schlitzwänden und Spundwänden entsprechend der Bemessung von Pfählen (Kapitel IX)
bestimmt werden.
R b =A b  q b
mit:
qb
Ab
(Gl. XI-21)
charakteristischer Wert des Pfahlspitzendrucks [kN/m²]
Pfahlfußfläche [m²]
Auf der Innenseite der Wand darf der Reibungswiderstand
R B =Bh  tanδ B
mit:
Bh
B
(Gl. XI-22)
Horizontalkomponente der resultierenden charakteristischen
Auflagerkraft einer Stützwand im Boden [kN/m²]
Wandreibungswinkel [°]
angesetzt werden. Der Betrag des negativen Winkels B darf die in Tab. XI-2 angegebenen
Werte nicht überschreiten. Ersatzweise darf an Stelle des Reibungswiderstandes RB,k der
Mantelwiderstand
R S =  As,i  q s,i
Mit:
qs,i
As,i
(Gl. XI-23)
charakteristischer Wert der Mantelreibung in der Schicht i [kN/m²]
Pfahlmantelfläche in der Schicht i [m²]
auf der Grundlage von Erfahrungswerten qs für die Mantelreibung angesetzt werden.
10.03.2014
Seite XI-35
3.2.4 Innere Bemessung von Stützbauwerken
Bei Stützbauwerken einschließlich ihrer Auflager wie Anker und Steifen muss
nachgewiesen werden, dass kein inneres Versagen eintritt. Hierbei sollen mindestens die in
Abb. XI-24 dargestellten Formen des Versagens nachgewiesen werden.
E d  R M,d
mit:
(Gl. XI-24)
Ed maßgebender Bemessungswert der Beanspruchung
RM,d Bemessungswert des Bauteilwiderstands
Abb. XI-24 Beispiele für inneres Versagen bei Stützbauwerken
Die
maßgebenden
Bemessungswerte
Ed
der
Beanspruchung
in
den
Bemessungsquerschnitten ergeben sich aus den charakteristischen Beanspruchungen E,
multipliziert mit den entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerten. Die sich ergebenden
Schnittgrößen oder Spannungen sind den Bauteilwiderständen entgegenzusetzen, die sich
aus den Materialkenngrößen und Teilsicherheitsbeiwerten der jeweiligen Bauartnormen
berechnen. Die Korrosion von Bauteilen aus Stahl ist, soweit sie nicht durch bauliche und
betriebliche Maßnahmen vermieden wird, durch Abminderung der Widerstände zu
berücksichtigen.
10.03.2014
Seite XI-36
3.2.5 Versagen in der tiefen Gleitfuge
Bei verankerten Stützwänden ist für den Grenzzustand GEO-2 nachzuweisen, dass die
Anker- bzw. Zugpfahllängen ausreichend gewählt worden sind. Dies ist der Fall, wenn der
von der Verankerung erfasste Bodenkörper bei einer Drehung um einen tief gelegenen
Punkt nicht auf einer tiefen Gleitfuge abrutschen kann (siehe Kapitel XII)
3.2.6 Versagen von flüssigkeitsgestützten Schlitzen
Damit die Standsicherheit von flüssigkeitsgestützten Schlitzen sichergestellt ist, sind
folgende Nachweise nach DIN 4126 zu führen:
 Sicherheit gegen den Zutritt von Grundwasser in den Schlitz und gegen Verdrängen
der stützenden Flüssigkeit;
 Sicherheit gegen Abgleiten von Einzelkörnern oder Korngruppen;
 Sicherheit gegen Abgleiten von Erdkörpern.
3.2.7 Nachweise für die Grenzzustände HYD und UPL
Sofern die hydraulischen Randbedingungen es erfordern, sind zusätzlich zu den vor
beschriebenen Nachweisen die Nachweise gegen Verlust der Lagesicherheit des Bauwerks
oder Baugrunds infolge Aufschwimmen (UPL) und die Nachweise gegen hydraulischen
Grundbruch, innere Erosion und Piping (HYD) zu führen (siehe Kapitel III).
3.2.8 Nachweise für den Grenzzustand GEO-3
Es ist der Nachweis der Gesamtstandsicherheit (GEO-3) von Stützkonstruktionen im Sinne
eines Geländebruchs nach DIN 4084 zu erbringen (siehe Kapitel VII). Das Auftreten von
Geländebrüchen kann durch folgende Randbedingungen begünstigt werden:

Die Wandrückseite ist stark zum Erdreich geneigt.

Das Gelände hinter der Wand steigt an.

Das Gelände vor der Wand fällt ab.
10.03.2014


3.3
Seite XI-37
Unterhalb des Wandfußes steht gering tragfähiger Boden an.
Oberhalb des steilen Bereichs der möglichen Gleitfläche wirken besonders
große Lasten.
Nachweis der Gebrauchstauglichkeit
Der Nachweis der Gebrauchstauglichkeit ist – insbesondere bei Baugruben neben
verformungsempfindlichen Bauwerken – grundsätzlich zu führen. Hierzu kann auf
Erfahrungen bzw. auf numerische Berechnungsverfahren zurückgegriffen werden.
Sofern die Fußverschiebungen einer Wand mit Rücksicht auf die Gebrauchstauglichkeit
begrenzt werden müssen (z.B. neben Gebäuden oder bei Stützung des Wandfußes in
weichen bindigen Böden), ist es üblich den Nachweis der Sicherheit gegen Versagen des
Erdwiderlagers (Kapitel 3.2.1) mit einem abgeminderten Bemessungswert des
Erdwiderstandes zu führen. Hierfür ist der charakteristische Erdwiderstand mit einem
Abminderungsfaktor  < 1 abzumindern.
E ph,d = η 
E ph
γ R,e
(Gl. XI-25)
10.03.2014
4
Seite XI-38
Beispiel zur Bemessung einer Trägerbohlwand
Eine Baugrube soll durch eine einfach verankerte Trägerbohlwand mit freier
Fußauflagerung gesichert werden. Der Abstand der Träger beträgt 1,6 m. Die Träger
(HEB 340) werden in vorgebohrte Löcher (D = 600 mm) gestellt. Um die Vertikalkräfte,
die auf den Träger wirken, in dem Boden abzutragen, wird das Bohrloch im unteren
Bereich ausbetoniert. Dies ist bei der Überprüfung der Sicherheit der Abtragung der
Vertikalkräfte zu berücksichtigen.
Es sollen alle erdstatischen Nachweise für die Bemessungssituation BS-T mit Ausnahme
des Nachweises gegen Geländebruch (GEO-3) geführt werden. Es ist von einer wenig
nachgiebig gestützten Wand auszugehen.
4,0 m
pQ = 15 kN/m²
pG = 10 kN/m²
1,5 m
13,5 m
10°
5,5 m
5,0 m
3,0 m
Beton
Sand
g = 19 kN/m³
j’ = 30°
c’ = 0
da = 2/3 j ’
dp = -1/3 j’
qb;k = 1,60 MN/m²
Trägerachsabstand: a = 1,60
0,6 m
Abb. XI-25 Schnitt eines einfach gestützten Baugrubenverbaus
10.03.2014
Seite XI-39
Aktiver Erddruck aus Bodeneigenlast:
0
0
a  20
 '  30
eagh (7, 0m)  0, 279  7, 0 19  37,11
 K agh  0, 279
kN
m2
eagh (10, 0m)  0, 279 10, 0 19  53, 01
kN
m²
eagh [kN/m2]
7,00 m
3,00 m
53,01
Abb. XI-26 Verteilung des horizontalen aktiven Erddrucks aus Bodeneigenlast
Aktiver Erddruck aus ständiger Flächenlast:
K aph 
cos   cos 
cos 0  cos 0
 K agh 
 0, 279  0, 279
cos(  )
cos(0  0)
eaph  0, 279 10  2, 79
kN
m2
10.03.2014
Seite XI-40
7,00 m
2,79
eaph [kN/m2]
3,00 m
Abb. XI-27 Verteilung des horizontalen aktiven Erddrucks aus ständiger Flächenlast
Resultierende Erddruckkraft aus Bodeneigenlast und ständiger Flächenlast:
1
kN
E aGh   (2, 79  39,90)  7, 0  149, 42
2
m
Resultierende Erddruckkraft aus Bodeneigenlast und ständiger Flächenlast
unterhalb der Baugrubensohle:
1
kN
E aGh   (39,90  55,80)  3, 0  143,55
2
m
Umlagerung des Erddrucks aus Bodeneigenlast und ständiger Flächenlast bis
Baugrubensohle:
H  7, 0m, h k  1,5m

hk
 0, 21
H

eho
 2, 0  eho  2  ehu (Verweis auf Abb. XI-11)
ehu
10.03.2014
Seite XI-41
E aGh  3,5m  e ho  3,5m  ehu
149, 42  3,5  2  e hu  3,5  ehu  e hu  14, 23
1,50 m
kN
kN
, eho  28, 46 2
2
m
m
AGh,k
28,46
eaGh [kN/m²]
5,50 m
14,23
1,80 m
BGh,k
Abb. XI-28 Statisches System mit umgelagertem horizontalen aktiven Erddruck aus
Bodeneigengewicht und ständiger Flächenlast
Der Kraftansatzpunkt der passiven Erddruckkraft folgendermaßen angesetzt:
z '  0, 60  t 0  0, 60  3, 00  1,80 m
Aktiver Erddruck aus veränderlicher Streifenlast:
Gleitflächenwinkel für den aktiven Erddruck:




cos     


ag    arctan 

 sin       sin    a   cos      

sin       cos    a  





cos  30  0 


ag  30  arctan 
  56





sin
30
20
cos
0
0




 sin  30  0  








sin
30
0
cos
0
20






10.03.2014
Seite XI-42
Streifenlast VQ  15  4, 0  60
kN
m
4,0 m
pQ = 15 kN/m²
5,93 m
Jag=56°
Abb. XI-29 Ansatz der begrenzten veränderlichen Flächenlast auf die Wand
eaQh  pQ  K aph  15  0, 279  4,19
E aVh  V 
u

eaQh
kN
m2
sin(ag  )  cos(  a )
cos(ag    a  )
 60 
sin(56  30)  cos(0  20)
kN
 24,85
cos(56  0  20  30)
m
2  E aVh
2  24,85
kN
 eaQh 
 4,19  4,19 2
hf
5,93
m
u
eaQh
 0  eoaQh  eaQh  4,19
kN
m²
10.03.2014
Seite XI-43
o
1,50 m
AQh,k
e aQh= 4,19 kN/m²
5,93 m
5,50 m
u
e aQh= 4,19 kN/m²
1,80 m
BQh,k
Abb. XI-30 Statisches System mit horizontalem aktiven Erddruck aus veränderlicher
begrenzter Flächenlast
Berechnung der Horizontalkomponente der resultierenden Auflagerkraft B und der
Ankerkraft A:
Ständige Lasten:
Momentengleichgewicht um den Angriffspunkt von B:
A Gh  7,3  3,5  28, 46  7, 05  3,5 14, 23  3,55
 A Gh  120, 42
kN
m
Horizontales Gleichgewicht:
A Gh  BGh  149, 42
 BGh  29, 00
kN
m
kN
m
10.03.2014
Seite XI-44
Veränderliche Lasten:
Momentengleichgewicht um den Angriffspunkt von B:
A Qh  7,3  4,19  5,93  5,84
 A Qh  19,88
kN
m
A Qh  BQh  24,85
 BQh  4,97
kN
m
kN
m
Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstands
G  10, 0 
1,342
  0, 62
1
kN
 7, 0  0,12  6, 00  3, 0 
 25 
 26, 68
1, 6
4
1, 6
m
HEB 340
V  B
Bohlen
Beton
v
G  E av  A v  Bv
G  E ah  tan 20  A h  tan10  Bv
26, 68  (149, 42  24,85)  tan 20  (120, 42  19,88)  tan10  (29, 00  4,97)  tan10
114,85
kN
kN
 5,99
m
m
Nachweis erbracht!
10.03.2014
Seite XI-45
Passiver Erddruck aus Bodeneigenlast auf eine gedachte durchgehende Wand:
0
0
 p  10
 '  30
K pg  K pg ,o  i pg  g pg  t pg
K pg,o 
1  sin  1  sin 30

3
1  sin  1  sin 30
i pg  (1  0,53  p )0,265,96  1,35
g pg  (1  0,73  ) 2,89  1
t pg  (1  0,72    tan ) 3,511,09  1
 K pg  3 1,35 1 1  4, 05
K pgh  K pg  cos(   p )  3,99
e pgh (10m)  3, 0 19  3,99  227, 43
kN
m²
7,00 m
epgh [kN/m2]
3,00 m
227,43
Abb. XI-31 Verteilung des horizontalen passiven Erddrucks aus Bodeneigenlast
1
kN
E ph   227, 43  3, 0  341,15
2
m
10.03.2014
Seite XI-46
Räumlicher passiver Erddruck vor dem Einzelträger:
Berechnung des räumlichen Erddrucks auf einen Träger:
E rph   
h2
 K pgh  l Er
pg
2
Trägerbreite l  0,30m , Einbindetiefe h  2, 70m  l  0,3  h  0,90
 lEr
pg  0,55  (1  2  tan )  l  h  1,59m
E rph  19 
3, 02
 3,99 1,59  542, 42kN
2
Berechnung des passiven Erddrucks auf eine gedachte durchgehende Wand der Länge a,
ausgehend von der räumlichen Erddruckbetrachtung gem. Kapitel VI-3.6.2:
I
II
E durchg
 E ph
 (a  l)  E ph
l
ph
Abstand der Systemachsen der Träger: a = 1,6 m
Berechnung von E Iph (passiver Erddruck auf den Boden im Bereich zwischen den
Trägern):
0
0
p  0
 '  30
K pg,o  3 , g pg  1, t pg  1, i pg  1
 K pgh  3
3, 02
kN
E  3
19  256,5
2
m
I
ph
Berechnung von E IIp (passiver Erddruck auf den Träger):
10.03.2014
0
Seite XI-47
0
 p  10
 '  30
 K pgh  3,99
E IIph  3,99 
3, 02
kN
19  341,15
2
m
E durchg
 256,5  1, 6  0, 60   341,15  0, 60  461,19 kN
ph
Der kleinere Wert von E rph und E durchg
ist maßgebend und wird für den ersten Nachweis
ph
der Horizontalkräfte angesetzt!
Nachweis der Sicherheit gegen Versagen des Erdwiderlagers:
1. Nachweis:
Bh,d  E rph,d bzw. E durchg
ph,d
BGh   G  BQh   Q 
hier maßgebend: E durchg
ph,d
E durchg
ph
 R ,e
 29, 0 1, 20  4,97 1,3 1, 6 
461,19
(Berechnung pro Träger)
1,3
66, 02 kN  354, 76 kN  Nachweis erbracht!
2. Nachweis:
ΔE aGh  γ G  BGh  γ G  BQh  γ Q 
E ph
γ R,e
143,55 1, 20  29, 0 1, 20  4,97 1,3 
341,15
1,3
10.03.2014
213,52
kN
kN
 262, 42
m
m
Seite XI-48
Nachweis erbracht!
Nachweis der Sicherheit gegen Versinken der Verbauwand:
G  26, 68
kN
m
A Gv  120, 42  tan10  21, 23
A Qv  19,88  tan10  3,51
kN
m
kN
m
E aGv  149, 42  tan 20  54,38
E aQv  24,85  tan 20  9, 04
Rd =
kN
m
kN
m
R b Bv
+
γ b γ R,e
R b  qb  Ab
Ab 
D 2b
0, 62
 
   0, 28m 2
4
4
q b  1, 60
MN
m²
R b  1600  0, 28  448kN
10.03.2014
Seite XI-49
Bv = Bh  tan δ B
1
δ B = -   '  30  2,5  27,5
3
10  27,5
vgl.Tabelle XI-3
Bv = (29,00+4,97)  tan10°=5,99 kN/m
Vd  R d
G k  γ G + E aGv  γ G + E aQv  γ Q + A Gv  γ G + A Qv  γ Q 
R b Bv
+
γ b γ R,e
1, 6  (26, 68 1, 20  54,38 1, 20  9, 04 1,3  21, 23 1, 20  3,51 1,3) 
448 5,99 1, 6

1, 4
1,3
(Berechnung pro Träger)
222,50 kN  327,37kN Nachweis erfüllt!
Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge:
A d  R A ,d
Ad  AG  G  AQ   Q
R A,d 
RA
γ R,e
10.03.2014
Seite XI-50
10,83 m
1,50 m
10°
11,00 m
3,41 m
8,50 m
12
,68
m
J=30°
Abb. XI-32 Geometrie des betrachteten Gleitköpers
Gewichtskraft des Gleitkörpers:
1
kN
G  (3, 41 10,83   6,59 10,83) 19  1379, 69
2
m
Erddruckkraft in der Ersatzankerwand:
0
0
a  0
 '  30
 K ag  K ap  0,333
E1a 
1
kN
 3, 412 19  0,333  10  3, 41 0,333  48,14
2
m
Ständige Last:
VG  10,83 10  108,30
kN
m
10.03.2014
Seite XI-51
V
RA
10°
E1a
G
da=20°
E2a
Q
C
j’=30°
J=30°
Abb. XI-33 Kräfte am Gleitkörper
Kohäsion:
C0
Nachweis ohne veränderliche Lasten:
E 2aGh  149, 42  143,55  292,97
E 2aG 
kN
m
292,97
kN
 311, 77
cos 20
m
AG 
120, 42
kN
 122, 28
cos10
m
10.03.2014
1cm  100
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E1a
kN
m
RA,k
kN
RA,k= 220 m
Qk
Gk
VG,k
10°
E2a
da=20°
Abb. XI-34 Krafteck ohne Ansatz der veränderliche Flächenlast
AG  γG 
RA
γ R,e
122, 28 1, 20 
146, 74
222
1,3
kN
kN
 170
m
m
Nachweis erbracht!
10.03.2014
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Nachweis mit veränderlichen Lasten:
E 2ah  292,97  24,85  317,82
E 2a 
kN
m
317,82
kN
 338, 22
cos 20
m
Veränderliche Last:
VQ  60
AQ 
kN
m
19,88
kN
 20,19
cos10
m
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E1a
1cm  100
kN
m
RA,k
10°
Gk
VG,k
VQ,k
RA,k= 246 kN
m
Qk
E2a
da=20°
Abb. XI-35 Krafteck mit Ansatz der veränderliche Flächenlast
AG  γG  AQ  γQ 
RA
γ R,e
122, 28 1, 20  20,19 1,3 
172,98
246
1,3
kN
kN
 189
Nachweis erbracht!
m
m
10.03.2014
Seite XI-55
Literatur:
[1]
DIN 1054:2010-12: Baugrund – Sicherheitsnachweise im Erd und Grundbau
–Ergänzende Regelungen zu DIN EN 1997-1
[2]
DIN 4085:2011-05
Berechnung des Erddrucks
[3]
DIN 4124: 2002-10
Baugruben und Gräben – Böschungen, Verbau und Arbeitsraum
[4]
DIN 4126 (Entwurf): 2004-04
Nachweis der Standsicherheit von Schlitzwänden
[5]
DIN 4126 (Entwurf) Beiblatt 1: 2004-09
Nachweis der Standsicherheit von Schlitzwänden - Erläuterungen
[6]
DIN 4127:1986-08
Schlitzwandtone für stützende Flüssigkeiten; Anforderungen, Prüfverfahren,
Lieferung, Güteüberwachung
[7]
DIN 18313: 2010-04
VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Allgemeine
Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) –
Schlitzwandarbeiten mit stützenden Flüssigkeiten
[8]
DIN 18301: 2010-04
VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Allgemeine
Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) – Bohrarbeiten
[9]
DIN EN 1536:2010-12
Ausführung von Arbeiten im Spezialtiefbau - Bohrpfähle
[10]
DIN EN 1538: 2010-12
Ausführung von Arbeiten im Spezialtiefbau - Schlitzwand
10.03.2014
Seite XI-56
[11]
DIN EN 1997-1:2009-09: Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung
in der Geotechnik – Teil 1: Allgemeine Regeln
[12]
DIN EN 1997-1/NA:2010-02: Nationaler Anhang – National festgelegte
Parameter – Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der
Geotechnik – Teil 1: Allgemeine Regeln
[13]
DIN EN 12063:1999-05
Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) Spundwandkonstruktionen
[14]
DIN EN 14490:2010-11
Ausführungen von Arbeiten im Spezialtiefbau - Bodenvernagelung
[15]
EAB (2006)
Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“, 4. Auflage, Deutsche
Gesellschaft für Geotechnik e.V. · Ernst & Sohn, Berlin
[16]
Smoltczyk, U. et al. (2001)
Grundbautaschenbuch Band 3, 6. Auflage.
Pfahlwände, Schlitzwände, Dichtwände · Ernst & Sohn, Berlin
[17]
Weißenbach, A.; Hettler, A. (2003)
Berechnung von Baugrubenwänden nach der neuen DIN 1054.
Bautechnik 80 (2003), Heft 12 · Ernst & Sohn, Berlin
[18]
Weißenbach, A.; Hettler, A. (2011)
Baugruben - Berechnungscerfahren · Ernst & Sohn, Berlin
[19]
Zilch, K.; Diederichs, C.J.; Katzenbach, R.; Beckmann, K. J. (2011)
Handbuch für Bauingenieure · Springer, Berlin u. a.
10.03.2014

Baugrubensicherungen

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