Spezialtiefbau - Cantamessi AG

Bedeutung des Spezialtiefbaues
Kaum ein Bauwerk kann ohne Tiefbau-Massnahmen (Aushubarbeiten, Leitungsbau im Boden u.ä.) erstellt werden. Da heute in zunehmendem Masse in „Problemböden“ (im Grundwasser, nicht-tragfähige
Böden usw.) oder bei beengten Platzverhältnissen gebaut werden muss, kommen immer mehr Spezialtiefbau-Verfahren zum Einsatz. In städtischen Verhältnissen muss häufig ein Baugrubenabschluss
erstellt werden, weil der nötige Platz für freie Böschungen nicht vorhanden ist. Oder es werden in
ehemaligen Sumpfgebieten Bauten realisiert, sodass die Lasten mittels Pfählen auf einen tragfähigen
Untergrund abgetragen werden müssen.
Man darf wohl sagen, dass die Bedeutung des Spezialtiefbaues in naher Zukunft eher steigen, als
abnehmen wird. Obwohl die Grenzen zwischen Spezialtiefbau und allgemeinem Tiefbau fliessend
sind, sind es meist spezialisierte Unternehmen, die Dienstleistungen im Spezialtiefbau anbieten.
Durch die grosse Vielfalt des Spezialtiefbaues kann aber kaum eine Firma alleine alle Segmente abdecken.
Wir von der Risi AG gehören zu den führenden Unternehmen der Schweiz in den Bereichen Grossbohrungen (450mm – 1500mm), Rammarbeiten (Pfahlgründungen, Spundwände) und Grundwasserabsenkungen (Wellpoint-Verfahren, Grossfilterbrunnen). Mit unseren leistungsfähigen Einrichtungen
und Geräten sind wir in der Lage auch schwierigste Arbeiten auszuführen. Bei all unseren Tätigkeiten
steht immer der zufriedene Kunde im Vordergrund.
15 m tiefe Baugrube mit Spundwänden umschlossen und mit Filterbrunnen entwässert. Das ganze
Bauwerk wird mit Zugpfählen ø 1000mm gegen Auftrieb gesichert
Bedeutung des Spezialtiefbaues
Ortsbetonrammpfähle
Pfahlgründungen
Einsatz von Pfahlgründungen
Wenn der Untergrund zuwenig tragfähig ist, um die Lasten aus den Überbauten aufzunehmen, müssen die
Lasten bis in den tragfähigen Untergrund geleitet werden. Man spricht daher bei Pfahlgründungen auch von
Tiefenfundation (im Gegensatz zur Flachfundation mit Fundamenten).
Art der Lastabtragung
Weicher Boden
Weicher Boden
Pfahlgründungen können sowohl als schwimmende Pfähle – die Lasten werden mittels Mantelreibung auf
den Boden abgegeben – als auch als stehende Pfähle – die Lasten werden in einen festen Untergrund z.B.
Fels eingeleitet – ausgeführt werden.
Harter Boden
„Schwimmender“ Pfahl (Reibungspfahl)
Pfahlgründungen_allgemein
„Stehender Pfahl“ (Spitzenpfahl)
Pfahlgründungen
Pfahlarten
Grundsätzlich wird zwischen Fertigpfählen (Holz-/Kombipfähle, Stahlpfähle, Fertigbetonpfähle) und zwischen Ortsbetonpfählen (Ortsbetonrammpfähle, Ortsbetonbohrpfähle) unterschieden. Ein Zwischending
stellen die Injektionsrammpfähle dar.
Anwendungsgebiete
Pfählungssystem
Holz- oder
Kombipfähle
Fertigbetonpfähle
Stahlpfähle
Ortsbetonrammpfähle
Ortsbetonbohrpfähle
Bohrpfähle im Doppeldrehkopfverfahren
Injektionsrammpfähle
Kosten
Geologie
Installation
Pfahlkosten
Tief
Tief
Tief
Tief
Hoch
Hoch
Hoch
Tief
Tief
Tief
Hoch
Mittel
Tief
Tief
Weicher
Boden
Harter
Boden,
Fels,
Findlinge
Lasten
Grundwasser
- 500 kN
- 1500 kN
über
1500kN
Art der Pfahlherstellung
Pfählungssystem
Rammen Vibrieren Drehbohren
Greiferaushub
Holz- oder
Kombipfähle
Fertigbetonpfähle
Stahlpfähle
Ortsbetonrammpfähle
Ortsbetonbohrpfähle
Bohrpfähle mit
Doppeldrehkopf
Injektionsrammpfähle
Typisches Maschinengewicht
45 to
Herstellungsgenauigkeit*
1
45 to
20 – 45 to
100 to
50 – 120 to
50 – 120 to
2
3
3
5
4
20 to
1
Geeignet
mit Einschränkungen, unter gewissen Umständen geeignet
Ungeeignet, nicht möglich
*Herstellungsgenauigkeit: 1
5
schwach
sehr gut
Unter der Herstellungsgenauigkeit verstehen wir folgendes:
• Lagegenauigkeit horizontal, vertikal, Neigung
• Qualitätsrisiko
Einen Spezialfall der Ortsbetonrammpfähle stellen die Ortsbetonverdrängungspfähle dar, bei welchen das
Hüllrohr nicht eingerammt, sondern in den Boden eingedreht wird.
Pfahlgründungen_allgemein
Pfahlgründungen
Tragfähigkeit
Nach [7) sind grundsätzlich zwei Nachweise erforderlich:
•
•
Nachweis der Tragsicherheit, wobei zwischen innerer Tragsicherheit (=kann der Pfahl, die auftretenden
Kräfte aufnehmen, ohne dass er Schaden erleidet) und äusserer Tragsicherheit (=kann der Boden, die
Kräfte aufnehmen, ohne dass der maximale Spitzenwiderstand bzw. die Mantelreibung überschritten
wird)
Nachweis der Gebrauchstauglichkeit (=Einhaltung der Dauerhauftigkeit, Korrosionsschutz; Setzung /
Verschiebungen innerhalb tolerierbarer Grenzen)
Bei Rammpfählen kann die äussere Tragfähigkeit relativ einfach mit sogenannten Rammformeln (z.B.
Stern-Rammformel) abgeschätzt werden. Je nach Geologie sind diese Rammformeln aber mit äusserster
Vorsicht zu gebrauchen. Für Bauteile, bei welchen man bei einem Versagen der Tragfähigkeit mit weitreichenden Folgen rechnen muss, ist es angebracht, Probebelastungen vorzunehmen.
Der nominelle Pfahldurchmesser ist gleich dem Aussendurchmesser des Ramm- bzw. Bohrrohres (bei verrohrten Pfählen) bzw. dem Durchmesser des Bohrwerkzeuges (bei unverrohrten Pfählen).
Pfahlgründungen_allgemein
Pfahlgründungen
Ortsbetonbohrpfähle
Ortsbetonbohrpfähle sind das am vielseitigsten einsetzbare Pfählungssystem. Gebohrte Pfähle können unterschieden werden in Kleinbohrpfähle (Durchmesser ca. 100 mm – 400 mm) und Grossbohrpfähle (Durchmesser ab 400 mm bis ca. 2'500 mm). In der Schweiz sind verrohrte Grossbohrpfähle
mit einem Durchmesser von 640 mm, 750mm, 880 mm, 1000 mm, 1180 mm, 1300 mm und 1500 mm
gebräuchlich.
Grossbohrpfähle können bis in sehr grosse Tiefen ausgeführt werden. Bis in Tiefen von ca. 40 m ist
die Herstellung nach dem Kellybohrverfahren möglich.
Bohrpfähle können im Gegensatz zu den anderen Pfählungssystemen auch in sehr harte Schichten
und Fels eingebunden werden. Findlinge o.ä. können mit geeigneten Bohrwerkzeugen oder Meisseln
durchfahren werden. Sind harte Schichten oder Findlinge im Boden zu erwarten, ist dies in der Regel
das einzige mögliche Pfählungssystem.
Pfahlherstellung im Drehbohrverfahren
(Kellybohren)
Ortsbetonbohrpfähle
Pfahlherstellung im Greiferaushubverfahren
Ortsbetonbohrpfähle
Pfahlherstellung (Verrohrte Bohrung)
Drehbohrverfahren:
Abteufen der BohSäubern der Pfahlrung mit Bohrschnek- sohle mit Bohreimer
ke und gleichzeitigem Einbringen der
Verrohrung
Einbringen der Armierung
Betonieren des
Fertiger Pfahl
Pfahles und gleichzeitigem Rohrrückzug
Greiferaushub-Verfahren:
Ausheben des Bohrloches mit Greifer
und gleichzeigem Einbau der Bohrrohre
Ortsbetonbohrpfähle
Einbringen der Armierung
Ortsbetonbohrpfähle
Betonieren des
Fertiger Pfahl
Pfahles und gleichzeitigem Rohrrückzug
Minimale Abstände zu seitlichen Hindernissen:
Bohrdurchmesser
x
Maximale
Tiefe
640mm
750mm
880mm
1000mm
1180mm
1300mm
1500mm
0.7m
0.7m
0.7m
0.7m
0.7m
0.7m
0.75m
ca. 18m
Bohrdurchmesser
x
640mm
750mm
880mm
1000mm
1180mm
1300mm
1500mm
1.5m
1.5m
1.5m
1.5m
1.5m
1.5m
1.8m
Bemerkungen
ca. 12m
Bemerkungen
Ob eine Verrohrungsmaschine nötig ist oder nicht, hängt von den geologischen Verhältnissen
und von der eingesetzten Bohrmaschine ab (Rohr-Vortriebs- und –Rückzugskräfte). Bei Bohren
nach dem Greiferaushub-Verfahren muss immer mit einer Verrohrungsmaschine gearbeitet
werden.
Ortsbetonbohrpfähle
Ortsbetonbohrpfähle
Normale Tagesleistung: 25 – 35 m/Arbeitstag
15 – 25 m/Arbeitstag bei Unterwasserbeton
Bohren mit Doppeldrehkopf und Endlosschnecke
Die Herstellung von Ortsbetonbohrpfählen mit Doppeldrehkopf und Endlosschnecke setzt sich allmählich auch für grössere Durchmesser durch. Die Gründe liegen darin, dass die eingesetzten Bohrgeräte
immer leistungsfähiger werden und die Bohrleistung gegenüber dem Kellybohren oder Greiferaushubverfahren massiv höher liegt.
Die Torsionsfestigkeit der Endlosschnecke ist aber beschränkt, sodass dieses Bohrverfahren in
schweren, harten Böden nicht eingesetzt werden kann. Einzelne grössere Steine können mit einem
Imloch-Meissel zertrümmert werden.
Die maximal mögliche Bohrtiefe wird durch durch die maximale Länge der Endlosschnecke, welche
wiederum durch die Mäklerlänge beschränkt ist, begrenzt. Mit unseren Grossbohrgeräten (maximale
Mäklerlänge 32 m) beträgt die maximale Bohrtiefe ca. 22 m.
Man kann sowohl verrohrt - mit Doppeldrehkopf – als auch unverrohrt bohren. Beim unverrohrten
Bohren muss der Boden aber genügend standfest sein, damit das Bohrloch nicht zusammenfällt.
Minimale Abstände zu seitlichen Hindernissen:
Bohrdurchmesser
470mm
640mm
Ortsbetonbohrpfähle
x
0.7m
0.7m
Ortsbetonbohrpfähle
Armierung
Der maximale Durchmesser der Armierungskörbe darf die folgenden Werte nicht überschreiten, da
sonst die Gefahr besteht, dass die Armierung beim Ziehen der Verrohrung wieder aus dem Bohrloch
gezogen wird:
Nomineller Pfahldurchmesser
470 mm
640 mm
750 mm
880 mm
1000 mm
1180 mm
1300 mm
1500 mm
max.
Durchmesser
Armierungskorb
320 mm
500 mm
600 mm
730 mm
850 mm
1030 mm
1150 mm
1350 mm
Die Armierungsgehalt muss aufgrund der Berechnung der inneren Tragsicherheit bestimmt werden.
Nach [7] beträgt der minimale Armierungsgehalt aber mindestens ρ = 0.5% des Betonquerschnittes.
Dabei sollte die Längsarmierung aus mindestens 6 über den Umfang gleichmässig verteilten Stäben
bestehen. Der Bügel- oder Spiralabstand darf im Kopfbereich 15cm nicht überschreiten. Wenn der
einzelne Pfahl zu lang wird, sodass die Armierung nicht in einem Stück versetzt werden kann, muss
der Korb gestossen werden. Die Stosslänge (Überlappung der Längsarmierung) beträgt
normalerweise 60x ø Längseisen. Die maximale Länge eines Korbstückes ist abhängig von der
Korbstäbilität (Transport, Versetzen des Korbes) und von der Herstellbarkeit. Im allgemeinen sollten
die Körbe nicht länger als 12 – 16m werden (12 m bei kleinen Pfahldurchmessern, 16 m bei grösseren
Pfahldurchmessern).
Ortsbetonbohrpfähle
Ortsbetonbohrpfähle
Ortsbetonrammpfähle
Ortsbetonrammpfähle sind bei geeignetem Boden ein sehr kostengünstiges Pfählungssystem. Der
Boden muss aber rammbar sein und darf keine grossen Steine oder Blöcke enthalten. Da die
Installationskosten
relativ
hoch
sind,
sind
Ortsbetonrammrammpfähle
gegenüber
Fertigbetonrammpfählen bei kleinen Pfählungsetappen nicht konkurrenzfähig. Die maximale
Pfahllänge liegt bei 24m (Mäklerlänge).
Die Pfahltragfähigkeit kann aufgrund des Rammwiderstandes abgeschätzt werden (Rammformeln).
Pfahlherstellung im Ramm- oder Vibrierverfahren:
Einrammen oder Einvibrieren des
Stahlrohres. Das Stahlrohr ist unten mit einer
Stahlplatte verschlossen
Einbringen der
Armierung
Betonieren des
Pfahles
Rückzug des
Stahlrohres.
Fussplatte bleibt
im Boden
Die Güte des Pfahles hängt stark davon ab, ob beim Rohrrückzug fachgerecht gearbeitet wird. Der
Ortsbetonrammpfahl ist sehr empfindlich auf Einschnürungen, wenn das Rammrohr zu schnell zurückgezogen wird.
Ortsbetonrammpfähle
Ortsbetonrammpfähle
Maschine für die Erstellung von Ortsbetonrammpfählen
Normale Tagesleistung: 80 – 140 m/Arbeitstag
Pfahlherstellung nach dem Verdrängungsbohrverfahren
Bei diesem Pfählungssysstem wird – ähnlich wie beim Ortsbetonrammpfahl – ein Stahlrohr, welches
unten mit einer verlorenen Spitze versehen ist, in den Boden eingebracht. Nach dem Einbringen des
Rohres wird die Armierung versetzt und der Beton eingefüllt. Anschliessend wird das Rohr mittels
grossen Pressen oder mittels Vibration wieder zurückgezogen. Im Unterschied zum
Ortsbetonrammpfahl erfolgt das Einbringen des Rohres nicht durch Einrammen oder Einvibrieren,
sondern das Rohr wird in den Boden eingedreht. Dies ist möglich, weil die im Boden verbleibende
Spitze mit einer Bohrwendel versehen ist. Trotzdem bedingt dieses Verfahren sehr grosse
Drehmomente (ca. 400 kNm) und Rückzugskräfte der eingesetzten Geräte. Der Einsatz dieses
Pfählungssystems ist auf feinkörnige und relativ locker gelagerte Böden beschränkt. Die praktisch
ausführbare Pfahllänge ist daher stark eingeschränkt, da mit zunehmender Tiefe der
Einbringwiderstand stark ansteigt. Weil mit Ortsbetonrammpfählen meist grössere Tiefen erreicht
werden können, als mit Verdrängungsbohrpfählen, ist es in der Regel mit Ortsbetonrammpfählen
möglich, grössere Pfahllasten abzutragen.
Die Bestimmung der Pfahltragfähigkeit ist ohne Probebelastung recht schwierig und setzt grosse
Erfahrung in der Interpretation der Messdaten (Rohrvorschub, Drehmomente) voraus. Ein Vorteil
dieses Pfählungssystems gegenüber den Ortsbetonrammpfählen sind die praktisch nicht vorhandenen
Vibrationen und Erschütterungen und die geringe Lärmbelastung.
Ortsbetonrammpfähle
Ortsbetonrammpfähle
Minimaler Abstand zu Hindernis ab Mitte Pfahl x > 1.0m
X
Armierung
Der maximale Durchmesser der Armierungskörbe darf die folgenden Werte nicht überschreiten, da
sonst die Gefahr besteht, dass die Armierung beim Ziehen des Rammrohres wieder aus dem Bohrloch
gezogen wird:
Nomineller
Pfahldurchmesser
400 mm
450 mm
510 mm
560 mm
600 mm
max. Durchmesser
Armierungskorb
300mm
350mm
410mm
460mm
500mm
Der nominelle Pfahldurchmesser ist nach [7] gleich dem Aussendurchmesser des
Rammrohres. Die Fussplatte aus Stahl hat aber einen um ca. 40mm grösseren Durchmesser.
Die Armierungsgehalt muss aufgrund der Belastungen bestimmt werden. Nach [7] beträgt der
minimale Armierungsgehalt aber mindestens ρ = 0.5% des Betonquerschnittes. Dabei sollte die
Längsarmierung aus mindestens 6 über den Umfang gleichmässig verteilten Stäben bestehen. Der
Bügel- oder Spiralabstand darf im Kopfbereich 15cm nicht überschreiten. sodass die Armierung nicht
in einem Stück versetzt werden kann, muss der Korb gestossen werden. Die Stosslänge
(Überlappung der Längsarmierung) beträgt normalerweise 60x ø Längseisen. Die maximale Länge
eines Korbstückes ist abhängig von der Korbstäbilität (Transport, Versetzen des Korbes) und von der
Herstellbarkeit. Im allgemeinen sollten die Körbe nicht länger als 12 – 14m werden.
Ortsbetonrammpfähle
Ortsbetonrammpfähle
Fertigbetonrammpfähle, Stahlpfähle
Fertigbetonrammpfählungen werden mit vorfabrizierten Betonpfählen ausgeführt. Diese vorfabrizierten
Pfähle können sowohl als Massivpfähle (Querschnitt rund oder rechteckig) oder als Schleuderbetonpfähle (Querschnitt rund mit Mittelloch) ausgeführt werden. Die Pfähle besitzen eine schlaffe Armierung oder sind vorgespannt. Pfähle, welche keine schlaffe Armierung besitzen, sind sehr empfindlich
auf Zugbeanspruchungen. Zugbeanspruchung können auftreten, wenn durch das Rammen im Boden
Porenwasserüberdrücke entstehen, die nicht schnell genug abgebaut werden. Schleuderbetonrammpfähle haben den Vorteil, dass eine visuelle Kontrolle des Pfahles durch das Mittelloch mit einer Videokamera möglich ist.
Fertigbetonpfähle sind mit Durchmesser von 19 cm bis 60 cm und mit verschiedenen A rmierungsgehalten lieferbar. Damit ist eine sehr gute Abstufung auf die benötigten Pfahltraglasten möglich.
Rammen von Schleuderbetonpfählen
mit Hydraulikrammbär
Das Rammen von Fertigbetonpfählen bedingt durch das grosse Pfahlgewicht recht hohe Rammbärgewichte. Deshalb ist mit starken Erschütterungen und hohen Lärmemissionen zu rechnen.
Anstelle von Fertigbetonpfählen können auch Stahlträger, Rohre oder sonstige Stahlhohlprofile gerammt werden. Ausbetonierte Stahlhohlprofile sind für hohe Traglasten geeignet. Dem Korrosionsschutz des Stahles muss aber unbedingt Beachtung geschenkt werden.
Fertigpfähle
Fertigpfähle
X
X
Minimaler Abstand zu Hindernis ab Mitte
Pfahl x > 1.0m
Die maximal mögliche Länge des Rammgutes in einem Stück beträgt 16.5m ohne Mäklerverlängerung
und 20.0m mit Mäklerverlängerung. Bei noch längeren Pfählen müssen die Pfahlstücke gekuppelt
werden, was in der Regel nur bei Stahl- und Fertigbetonpfählen möglich ist.
Normale Tagesleistung: 150 – 200 m/Arbeitstag
Holz- und Kombipfähle
Holz- und Kombipfähle kommen dort zum Einsatz, wo es gilt kostengünstig Lasten in den Boden einzuleiten und die Lasten pro Pfahl nicht allzu gross sind (max. ca. 400 kN). Holzpfähle können nur eingesetzt werden, wenn keine Rammhindernisse (Harte Schichten, Findlingen o.ä.) im Untergrund zu
erwarten sind, da das Holz sonst schnell splittert und bricht. Ebenso ist es unbedingt nötig, dass das
Holz dauernd im Wasser liegt, da die Pfähle sonst abfaulen. Deshalb muss bei tiefliegendem oder
schwankendem Grundwasserspiegel der obere Teil des Pfahles, welcher nicht dauernd im Wasser
liegt, aus einem Betonpfahlaufsatz bestehen. In diesem Falle spricht man von Kombipfählen. Dieser
Fertigbetonaufsatz wird mit einem Dorn mit dem Holzpfahl verbunden.
Da die nötige Energie für das Rammen der Holzpfähle nicht allzu gross ist, sind die Erschütterungen
beim Rammen normalerweise kleiner als beim Rammen von Fertigbetonpfählen. Zudem dämpft der
elastische Holzpfahl den Rammlärm ziemlich stark. In der Schweiz verwendet man in der Regel Tannen- oder Fichtenstämme.
Da die Holzstämme nicht gekoppelt werden können, ist die maximale Rammtiefe auf ca. 18m beschränkt.
Normale Tagesleistung: Holzpfählung: 150 – 200 m/Arbeitstag
Kombipfählung: 100 – 150 m/Arbeitstag
Fertigpfähle
Fertigpfähle
Injektionsrammpfähle
Injektionsrammpfähle stellen ein kostengünstiges Pfählungssystem dar, wenn es gilt kleine Lasten (bis
ca. 70 to) in den Untergrund einzuleiten. Aufgrund des kleinen Installationsaufwandes eignet sich
dieses Pfählungssystem auch für die Tiefenfundation von kleineren Bauvorhaben.
Pfahlherstellung
Mit einem hydraulischen Freifallrammbär (ca. 500 kg – 1000 kg Bärgewicht) werden H-Profile
(HEA/HEB 100 bis HEA/HEB 200), die am unteren Ende mit einer Rammspitze versehen sind
(Abmessungen ca. 200 / 200 mm bis 300 / 300 mm) in den Boden eingerammt. Der entstehende
Hohlraum wird mit dem Rammfortschritt laufend mit Zementmörtel ausinjiziert. Dieser Zementmantel
um das Stahlprofil wirkt als Korrosionsschutz für den Stahlträger. Da für das Rammen Kleingeräte
eingesetzt werden (Gewicht ca. 25 to) ist die Länge der einzelnen Trägerstücke auf ca. 7 m
beschränkt. Da die Walzprofile aber durch Verschweissen gekoppelt werden können, ist die
Rammtiefe nur durch den Rammwiderstand beschränkt.
Normale Tagesleistung: 100 - 150 m/Arbeitstag
Kleinrammgerät für Injektionsrammpfähle
Injektionsrammpfähle
HEB 120 mit Rammspitze
Injektionsrammpfähle
Baugrubenabschlüsse
Baugrubenabschlüsse kommen dann zum Einsatz, wenn aus Platz-, Stabilitäts- oder anderen Gründen keine
konventionellen Böschungen möglich sind. So ist es bei temporären Grundwasserabsenkungen innerhalb
der Baugrube wegen der Setzungsgefahr oftmals nicht tolerierbar, dass der Grundwasserspiegel ausserhalb
des eigentlichen Baugeländes abgesenkt wird. Wenn nun ein wasserdichter Baugrubenabschluss erstellt
wird, kann die räumliche Wirkung der Grundwasserabsenkung – je nach Durchlässigkeit des Bodens – stark
vermindert werden. Die Wahl des Baugrubenabschlusses hat nebst der technischen Ausführbarkeit,
unbedingt auch auf die Einwirkungen auf die Umgebung (Lärm und Erschütterungen während der Erstellung,
Deformationen der Baugrubenwand) Rücksicht zu nehmen. Ein weiterer Punkt, den es zu beachten gilt, ist
ob der Baugrubenabschluss nach Erstellung des Bauwerkes wieder vollständig entfernt werden muss.
Anwendungsbereiche
Spundwand
Rühlwand
Gerammt
Rühlwand
gebohrt,
Bohrpfahlwand aufgelöst
Bohrpfahlwand überschnitten
Schlitzwand
Emissionen auf die
Umwelt (Lärm, Erschütterungen, Abfälle)
Sehr gross
Gross
Mittel
Mittel
Mittel – Gross
Baugrubenabschluss
vollständig entfernbar aus
Boden
Ja
Je nach
Ausfachung
Nein
Nein
Nein
Mittel
Mittel
Sehr gross
Mittel
Hoch
Hoch
Sandiger, bindige Boden
Harte Böden oder Hindernisse im Boden
Hoher Grundwasserspiegel ausserhalb Baugrube
Nutzung als Gebäudehülle
Komplizierte Grundrisse
Nur kleine Deformationen
zulässig
Platzbedarf für Geräte
und Installationen
Kosten pro m²
Mittel
Klein – Mittel
(Abhängig von (Abhängig von
Bohlenlänge)
Trägerlänge)
Klein*
Klein
* Die Kosten einer Spundwand sind klein, wenn die Spundwandbohlen wieder rückgezogen werden
können. Kann die Spundwand nicht mehr zurückgezogen werden (=“verlorene Spundwand“) liegen
die Kosten im mittleren Bereich.
geeignet
mit Einschränkungen, unter gewissen Umständen geeignet
ungeeignet
BG_allgemein
Baugrubenabschlüsse
Spundwände
Spundwände stellen bei geeigneter Geologie eine sehr kostengünstiges und rasch zu erstellendes
Bauverfahren für einen Baugrubenabschluss dar. Der Untergrund sollte aber rammbar sein. Bei eingeschränkter Rammbarkeit ist es möglich, den Boden mittels Lockerungsbohrungen aufzubrechen oder
die Rammbarkeit durch Spülhilfen zu verbessern. Diese Hilfsmittel verteuern allerdings das ganze
System enorm. Da Spundwände aber das einzige Baugrubenabschluss-System sind, mit welchem
man einerseits eine wasserdichte Wand erstellen und andererseits diese nach Bauende auch wieder
vollständig entfernenen kann, werden das Vorbohren und die Spülhilfe trotzdem eingesetzt.
Einvibrierte, rückverankerte
Spundwände
Bohlenlänge 24m
Spundwände können mit den verschiedensten Verfahren eingebracht werden. In der Schweiz sind
das Einvibrieren mit Hochfrequenz-Vibratoren und das Einrammen gebräuchlich. Beim Einrammen
kommen Freifall-, Hydraulik- oder Dieselbären zum Einsatz. Allerdings werden in der Schweiz aus
Umweltgründen (Lärm, Abgase bei Dieselbären) immer weniger Spundwände eingerammt.
Zum Einvibrieren werden in der Regel hydraulisch betriebene Hochfrequenzvibratoren eingesetzt.
Diese Geräte versetzen die Spundbohlen in eine Schwingung (ca. 25 – 45 Hz). Das anstehende Bodenmaterial wird dadurch „verflüssigt“, was das Eindringen der Spundbohle in den Boden ermöglicht.
Dabei können Erschütterungen entstehen, die sich je nach Geologie recht weit ausdehnen und Schäden an Nachbarbauten, Verkehrswegen oder Werkleitungen verursachen können. Diese Erschütterungswellen sind dann am grössten, wenn die Eigenfrequenz des Bodens mit der Erregerfrequenz
des Vibrators übereinstimmt. Die Eigenfrequenz des Bodens ist von der Geologie abhängig, liegt aber
in der Grössenordnung von 25 Hz. Daher ist es wichtig, nicht mit zu leistungsschwachen Geräten zu
arbeiten, da sonst die Frequenz des Vibrators unter diese kritische Schwelle sinkt, was zu Schäden in
der Umgebung führen kann. Damit in der Anlauf- und Abstellphase des Vibrators nicht diese kritische
Frequenz durchfahren werden muss, werden heute häufig Vibratoren mit verstellbarem statischem
Moment eingesetzt.
Nicht jeder Boden ist für jede Einbringart (Rammen, Vibrieren, mit oder ohne Spühlhilfe, mit
Vorbohren...), geeignet. Es gibt in der Literatur zwar Entscheidungshilfen [1], trotzdem gehört das
Einbringen von Spundwänden zu den riskantesten Arbeiten im Tiefbau. So ist es meist ziemlich
schwierig, vor Beginn der Bauarbeiten zu prophezeien, wie gross die Arbeitsleistung sein wird, was
unter Umständen grosse Auswirkungen auf das Bauprogramm hat.
Spundwände
Spundwände
Freihängendes Einvibrieren von Spundbohlen mit Hochfrequenzvibro und
Seilbagger
Bis ca. 18m können Spundwände in der Regel freihängend eingebrach werden. Ab dieser Länge wird
meist mäklergeführt einvibriert, um die Spundwände genauer einbringen zu können..
Spundbohlen
Spundbohlen werden von verschiedenen Herstellern in verschiedensten Grössen und Formen
hergestellt. Grundsätzlich muss man zwei Arten von Spundbohlen unterscheiden: solche mit
wasserdichtem Schloss (=“Spundbohlen, Spundwände“) und solche ohne Schloss (=“Kanaldielen“).
Von der Formgebung her gibt es Spundbohlen mit U-Profil und solche mit Z-Profil. In der Schweiz
kommen meist U-Profile zum Einsatz. Bei U-Profilen ist zu beachten, dass nur verschweisste oder
verpresste Doppelbohlen die in den Datentabellen publizierten Querschnitts- und Tragfähigkeitswerte
erreichen.
Verschweisst
oder verpresst
U-Profil (Doppelbohle)
Spundwände
Z-Profil (Doppelbohle)
Spundwände
Bei der Wahl des richtigen Spundwandprofiles ist nebst den statischen Erfordernissen auch auf die
Rammbarkeit Rücksicht zu nehmen. So sind mit 60cm breiten Bohlen zwar weniger Bohlen zu
rammen, als mit 50 cm breiten Bohlen. Der Rammwiderstand pro Bohle ist aber grösser, was den
vermeintlichen Zeitgewinn häufig wieder zunichte macht. In harten Böden kann die Rammbarkeit
sogar die massgebende Grösse sein für die Wahl des Profils. Profile, die nur aufgrund der statischen
Erfordernisse ausgewählt wurden, können unter Umständen beim Rammen so stark beschädigt
werden, dass diese ihre Funktion als Baugrubenabschluss gar nicht mehr erfüllen können. So ist es
möglich, dass die Bohlen an den Schlössern auseinandergerissen werden oder sich an Hindernissen
im Boden (z.B. Felsbrocken) aufspalten. Häufig werden solche Beschädigungen erst während des
Aushubes der Baugrube – wenn es für Gegenmassnahmen meist zu spät ist – bemerkt.
Spundwände sind bis ca. 24m Länge lieferbar. Längere Bohlen sind kaum erhältlich und bereiten beim
Transport und im Handling auf der Baustelle sehr grosse Schwierigkeiten.
Einbringhilfen
Niederdruckspülen
Wenn die Energie des Hochfrequenzvibros nicht ausreicht, um die Spundbohlen mit einem befriedigenden Arbeitsfortschritt in den Boden einzubringen oder wenn die Erschütterungen in der Umgebung
zu gross werden, ist es möglich, mit Druckwasser (ca. 10 – 20 bar) das Einvibrieren zu unterstützen.
Dazu werden pro Doppelbohle 3 – 4 Spülrohre (Gasrohre Ø ¾“ – 1“) als Spüllanzen angeschweisst
und mit einer Pumpe, die den nötigen Druck aufbauen kann, verbunden. Bei geeignetem Boden kann
die Verbesserung der Arbeitsleistung sehr beeindruckend sein. Insbesondere in Böden, in welchen
kein Grundwasser vorhanden ist, wird durch diese Spülhilfe eine Art Schmierfilm gebildet, welcher die
Reibung vermindert und dadurch das Einvibrieren stark erleichtert.
Kompaktanlage für Niederdruckspülen mit angebautem Zwischenspeicher für das Spülwasser
Spundwände
Spundwände
Vorbohren
Das Vorbohren wird dann eingesetzt, wenn Einspülhilfen keinen Erfolg versprechen. Mit einer Endlosschnecke (ø 400 – 600 mm) werden Bohrungen bis auf die gewünschte Tiefe erstellt.. Der Abstand
von Bohrung zu Bohrung ist mittels Versuchen zu optimieren. Wenn der Abstand zu gross gewählt
wird, können die Bohlen nicht eingebracht werden, da der Rammwiderstand immer noch zu gross ist.
Beim Vorbohren mit einer Endlosschnecke ist es nicht möglich, Bohrung an Bohrung abzuteufen, da
sonst die nächste Bohrung wieder in das Bohrloch der vorhergehenden Bohrung fällt. Die Grenzen
dieses Verfahrens sind sicherlich dort erreicht, wo grosse Blöcke oder Findlinge im Boden angetroffen
werden. Diese können mit der Endlosschnecke meist nicht zerteilt werden. Normalerweise wird mit
den Vorbohrungen der Boden nur gelockert und nur sehr wenig Material gefördert.
Der optimale Abstand zwischen den
einzelnen Bohrungen sollte mit Vorversuchen ermittelt werden.
Vorbohren mit Endlosschnecke bis in
eine Tiefe von 24m. Die Einbringleistung der Spundwände war trotz
Niederdruckspülung ohne Vorbohren
zu gering und die Erschütterungen zu
hoch (Geologie: Siltige – feinsandige
Seebodenablagerungen)
Wenn das Vorbohren mit der Endlosschnecke nicht ausreicht, um den Boden ausreichend rammbar
zu machen, können auch Bohrungen (verrohrt oder unverrohrt) mit nachfolgendem Materialaustausch
erstellt werden. Dabei wird Bohrung an Bohrung erstellt und das Bohrloch mit einem rammfähigen
Austauschmaterial (z.B. Sand) verfüllt. Auch hier ist der Abstand von Bohrung zu Bohrung in
Versuchen zu optimieren. Im Gegensatz zur Vorbohrung mit Endlosschnecke kann man hier aber
auch überschnitten – ähnlich wie bei einer Bohrpfahlwand – bohren.
Normale Tagesleistung:
Spundwände
Spundbohlen einvibrieren 100 – 180 m²/Tag
Spundbohlen rückziehen 150 – 200 m²/Tag
Vorbohren mit Endlosschnecke: 100 – 200 m²/Tag
Vorbohren verrohrt 60 – 100 m¹/Tag
Spundwände
Rühlwände (Trägerbohlwände)
Rühlwände (Trägerbohlwände) stellen bei geeigneter Geologie ein sehr günstiges und flexibles
Wandsystem dar. Da Rühlwände nicht wasserdicht sind, ist aber deren Anwendung bei hochliegendem Grundwasserspiegel und grosser Durchlässigkeit des Bodens nicht möglich.
Die Rühlwandträger (i.a. Stahlwalzprofile) werden entweder in den Boden eingerammt, einvibriert oder
in Bohrlöcher versetzt. Bei in Bohrlöcher versetzten Trägern wir der unterhalb der maximalen
Aushubkote liegende Teil mit Beton ausbetoniert. Der Teil des Bohrloches, welcher im Aushubbereich
liegt, wird entweder mit Bohrgut oder einem anderen geeigneten Material (Sand, Beton) aufgefüllt.
Wenn für diesen Teil Beton verwendet wird, ist darauf zu achten, dass kein zu grosser Bindemittelgehalt (max. 50 – 100 kg/m³) gewählt wird, da sonst ein übermässig grosser Aufwand für das Abspitzen
beim Aushub geleistet werden muss.
Bohrarbeiten mit Drehbohrgerät für eine
Rühlwand
Der Trägerabstand wird meist zwischen 1.5m – 3.0m gewählt. Dieser ergibt sich aus der statischen
Berechnung und aus der Standfestigkeit des Bodens während des Ausfachens. Die maximale Aushubtiefe pro Ausfachetappe liegt normalerweise zwischen 1.0 m und 2.0 m.
Ausfachungsarbeiten an einer Rühlwand. Der
Aushub von so grossen Ausfachungsetappen
ist nur bei sehr standfestem Boden zulässig.
Rühlwände
Rühlwände
Als Ausfachungsmaterial wird im oberen Bereich (bis ca. -1.0m) häufig Rundholz gewählt, welches
zwischen die Flansche der Stahlträger gelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass man beim Rückbau der
Rühlwand, die Ausfachung im obersten Bereich sehr einfach entfernen kann.
Tiefere Ausfachungsetappen werden meist mit armiertem Ortsbeton ausgefacht. Als Armierung werden im allgemeinen Netze eingesetzt. Wichtig ist, dass der Ingenieur darauf achtet, dass im Bereich
von Bodenankern mit Ortsbeton ausgefacht wird, damit die Deformationen beim Spannen der Anker
nicht zu gross werden.
Rühlwand mit drei Ankerlagen
Die Ausfachung erfolgte auf der
Bergseite komplett mit Ortsbeton
Rühlwandträger werden nach Erstellung des Bauwerkes in der Regel im Boden belassen. Dies ist
aber meist kein Problem, da man die Stahlträger sehr einfach auf die nötige Höhe abschneiden kann,
wo sie die Umgebungsgestaltung nicht mehr stören. Ein vollständiger Rückzug der Träger ist nur dort
möglich, wo man die ganze Aushubhöhe mit einem Verbau ausgefacht wurde, der nach Beendigung
der Bauarbeiten leicht entfernt werden kann (z.B. Rundholz-Ausfachung) und die Träger nicht einbetoniert, sondern eingerammt wurden.
Normale Tagesleistungen: Rühlwandträgerbohrungen und Versetzen der Träger: ca. 40 – 60 m¹/Tag
Rühlwandträger gerammt oder vibriert: ca: 80 – 100 m¹/Tag
Ausfachung mit Rundholz: ca. 40 m²/Tag
Ausfachung mit Ortsbeton: ca. 20 m²/Tag
Rühlwände
Rühlwände
Pfahlwände
Allgemeines
Pfahlwände aus Ortsbetonbohrpfählen stellen ein Bauverfahren dar, das insbesondere bei tiefen Baugruben angewendet wird. Bohrpfahlwände können – abhängig vom Pfahldurchmesser und von der
Bewehrung – sehr grosse Biegemomente übernehmen. Die Wanddeformationen bleiben dabei - bei
geeigneter Verankerung oder Abspriessung - klein. Bei sorgfältiger Ausführung der Pfähle ist auch
nicht mit einer nennenswerten Auflockerung des Bodens hinter der Pfahlwand zu rechnen (im Gegensatz zu Spundwänden oder bei Rühlwanden).
Überschnittene Pfahlwand:
Die unarmierten Pfähle werden zuerst
erstellt. Beim Bohren der armierten
Pfähle werden diese angeschnitten,
sodass nach dem Betonieren eine
wasserdichte Wand entsteht. Der
Überschnitt beträgt normalerweise ca.
10-30 cm (je nach Pfahldurchmesser
und Bohrtiefe).
unarmierte Pfähle
armierte Pfähle
Die überschnittene Pfahlwand ist bei richtiger Ausführung wasserdicht. Dabei muss aber auf die Bohrtoleranzen Rücksicht genommen werden und der Überschnitt darf nicht zu klein gewählt werden, damit die Schnittfuge auch wirklich bis zuunterst geschlossen ist. Um die Abweichungen möglichst klein
zu halten, werden häufig Bohrschablonen erstellt. Mit Hilfe der heutigen Vermessungs- und Bohrtechnik können aber in der Regel auch ohne Bohrschablonen recht kleine Toleranzen eingehalten werden
(siehe unter Ausführungsgenauigkeit).
Überschnittene Pfahlwand mit Pfählen Ø 1000mm für einen
Schachtbau.
Die Pfähle wurden im Grundriss in einer Kreisform angeordnet. Damit konnte auf eine eigentliche Spriessung oder Ank erung verzichtet werden. Zur Stabilisierung dienten Betonriegel.
Pfahlwände
Pfahlwände
Überschnittene Pfahlwände können auch als permanente Bauwerkswand verwendet werden (meist
mit Vorbetonierung; bei Parkgaragen o.ä. eventuell auch ohne Vorbetonierung). Insbesondere bei
eher kleinen Baugruben stellen sie eine kostengünstigere Alternative zu Schlitzwänden dar. So können überschnittene Pfahlwände auch in der Deckelbauweise eingesetzt werden.
Bei den zuerst zu erstellenden unarmierten Pfählen sollte kein allzu harter Beton verwendet werden.
Die SIA-Empfehlung V192 [7] darf nicht in allen Teilen für Baugrubenabschlüsse übernommen werden. In [7] wird bei Pfählen ein Beton B35/25 CEM I / CEM II ≥ 350 kg/m³ (betonieren im Trockenen)
bzw. CEM I / CEM II ≥ 400 kg/m³ (betonieren unter Wasser) vorgeschrieben. Es hat sich in der Praxis
gezeigt, dass die Festigkeit solcher Hochleistungsbetone bereits nach 2 – 3 Tagen so hoch ist, dass
man sie kaum mehr anschneiden kann und der Bohrfortschritt sehr klein wird. Bewährt hat sich für die
unarmierten Pfähle ein Beton CEM I / CEM II 250 kg/m³ mit 50 – 100 kg/m³ Filler, um die Wasserdichtigkeit zu gewährleisten. Für die armierten Pfähle kann die SIA-Empfehlung V192 wieder uneingeschränkt angewendet werden.
Aufgelöste Pfahlwand
Ortsbetonausfachung
Nach der Erstellung der Bohrpfähle werden – ähnlich wie bei einer Rühlwand – die Zwischenräume
mit einer Ortsbetonausfachung geschlossen. Als Armierung werden meist Netze verwendet.
Die aufgelöste Pfahlwand ist nicht wasserdicht. Damit eignet sich die Anwendung dieses Baugrubenverbaus nur bedingt bei wasserführenden Schichten. Der Pfahlabstand ergibt sich – wie bei Rühlwänden – aus statischen Überlegungen. Die kostengünstigste Lösung ergibt sich aus der Optimierung des
Pfahlabstandes und des Pfahldurchmessers.
Aufgelöste Pfahlwand mit Pfählen Ø 1300mm
Die Ausfachung erfolgte hier mit Spritzbeton
Pfahlwände
Pfahlwände
Sekantenwand:
Ab und zu wird auch eine Zwischenform angewendet – die sogenannte Sekantenwand – bei welcher
sich die einzelnen Pfähle gerade berühren. Bei dieser Pfahlwand sind normalerweise alle Pfähle zu
bewehren. Eine Sekantenwand ist nicht wasserdicht.
Ausführungsgenauigkeit:
Die Ausführungsgenauigkeit der Bohrpfähle ist gerade bei einer überschnittenen Bohrpfahlwand sehr
wichtig. In der SIA Empfehlung 229 (1993) „Baugruben“ sind die diesbezüglichen Toleranzen geregelt.
Meist müssen diese Toleranzen aber verschärft werden, weil die Wasserdichtigkeit sonst nicht garantiert werden kann. Häufig werden vom Projektverfasser aber die Toleranzen so stark verschärft, dass
diese gar nicht eingehalten werden können. Erfahrungsgemäss liegen die praktisch einhaltbaren Toleranzen bei +/- 50mm (Ansatzpunkt Pfahl) bzw. +/- 0.5% (Abweichung in der Neigung). Bei tiefen Baugruben erreicht man irgendwann eine Grenze, bei welcher die Wand nicht mehr unbedingt dicht ist,
auch wenn die zulässigen Toleranzen eingehalten wurden.
Leistungswerte:
Leistung pro Tag: ca. 25 – 35 m¹ Pfahl/Tag (Betonieren ohne Wasser)
Leistung pro Tag: ca. 20 – 30 m¹ Pfahl/Tag (Betonieren im Grundwasser)
Pfahlwände
Pfahlwände
Grundwasserabsenkungen
Grundwasserabsenkungen werden eingesetzt, um Baugruben zu entwässern. Bei weichen strukturempfindlichen Böden ist ein Ausheben der Baugruben meist möglich, wenn das Bodenmaterial genügend entwässert
ist. Bei hochliegendem Grundwasserspiegel ausserhalb der Baugrube besteht bei feinkörnigen Böden das
Risiko eines hydraulischen Grundbruches. Indem der Wasserdruck durch eine Grundwasserabsenkung entspannt wird, kann dieses Risiko vermindert werden.
Grundsätzlich muss der Grundwasserspiegel bei jeder Grundwasserabsenkung innerhalb und ausserhalb
der Baugrube mit Piezometern laufend überwacht werden, da sonst bei zu starker Absenkung des Wasserspiegels das Risiko von Setzungsschäden bei Nachbarbauten besteht.
Einsatzbarkeit
Nicht jeder Boden kann mit jeder Art von Wasserhaltung entwässert werden. So ist in sehr feinkörnigen
Böden mit Filterbrunnen gar nichts zu erreichen, da der Boden zuwenig durchlässig ist, dass das Wasser zu
den Brunnen zufliessen würde. In solchen Fällen ist eine Grundwasserabsenkung durch Vakuum-Verfahren
(z.B. Wellpoint) möglich. In tonigen Böden stösst aber auch dieses Verfahren an seine Grenzen, was aber
meist nicht allzu schlimm ist, da die Durchlässigkeit solcher Böden so klein ist, dass meist auf eine Grundwasserabsenkung verzichtet werden kann, weil gar nicht genügend freies Wasser im Boden vorhanden ist.
Eventuelle Wasserüberdrücke, die die hydraulische Grundbruchsicherheit gefährden können, können durch
Auflockerungsbohrungen abgebaut werden.
Filterbrunnen
Wellpoint
100%
80%
60%
40%
20%
0%
0.002 mm
Ton
Wasserhaltung
0.06 mm
Silt
2 mm
Sand
Wasserhaltung
Kies
60 mm
Steine
Wellpoint
Eine Grundwasserabsenkung mittels Wellpoint-Verfahren eignet sich für feinkörnige Böden (Silte – Feinsande). Wellpoint-Filter sind kleine Einzel-Brunnen (ø ca. 250mm), die rund um die zu entwässernde Baugrube in einem Abstand von ca. 1 – 3 m angordnet werden. Die einzelnen Filter werden an eine Saugleitung
(ø 150 – 250 mm) angeschlossen. Über eine spezielle Vakuum-Pumpe wird das Wasser mit Unterdruck aus
dem Boden gesaugt.
Saugleitung
Vakuum-Pumpe
Ableitung
Filterkies (Splitt)
Saugstrecke
Abstand von Filter zu Filter ca. 1 – 3m
System-Skizze einer Wellpoint-Anlage
Nicht selten sind für die Entwässerung einer grösseren Baugrube hunderte von Filtern nötig. Die dazu nötige
Anzahl Pumpen richtet sich nach der Länge der Saugleitung, der Anzahl Filter und des Wasseranfalles. Die
Leistung der gebräuchlichen Wellpoint-Pumpen beträg ca. 3'500 Liter/Minute.
Wellpoint-Pumpe
Wasserhaltung
Wasserhaltung
Herstellung
In weichen Böden werden die Filter normalerweise mit Druckwasser eingespült. Nach dem Versetzen der Filter wird der Hohlraum um den Saugschlauch mit einem Filtermaterial (i.a. Splitt) aufgefüllt. In härteren Böden
mit Steinen müssen die Filter eingebohrt werden (bei standfesten Böden unverrohrte Bohrung, sonst verrohrte Bohrung mit Ankerbohrgerät).
Einspülen von Wellpoint-Filtern
Die maximale Filterlänge (vertikale Distanz von Einlauf Pumpe – tiefster Punkt der Saugstrecke) beträgt
theoretisch 10m, da sonst Kavitation auftreten würde. Diese theoretische Länge kann aber in der Praxis
nicht erreicht werden. Die Absenktiefe sollte daher nicht über 8m liegen. Muss der Grundwasserspiegel tiefer
abgesenkt werden, können die Filter in mehreren Stufen angelegt werden.
Stufe 1:
Abstand Saugleitung –
Saugstrecke max. 8m
Stufe 2:
Abstand Saugleitung –
Saugstrecke max. 8m
Zweistufiges Wellpoint für die Entwässerung einer geböschten Baugrube. Durch den im Boden entstehenden Unterdruck werden die Böschungen zusätzlich stabilisiert, sodass diese steiler ausgeführt werden können.
Wasserhaltung
Wasserhaltung
Schwebestoffe im abgepumpten Wasser werden in einem Absenkbecken entfernt. Anschliessend kann das
Wasser normalerweise in die Metorwasserkanalisation oder in einen Bach geleitet werden. Vorsicht ist an
Platz wenn Betonarbeiten auf der Baustelle ausgeführt werden. Bei Regenfall können in solchen Fällen alkalische Wässer in den Untergrund einsickern, was zu hohen pH-Werten im abgepumpten Wasser führen
kann. In solchen Fällen muss eine Neutralisationsanlage installiert werden, um das Abwasser zu neutralisieren.
Da eine einwandfreie Funktion der Grundwasserabsenkung häufig existentiell ist für die Sicherheit der gesamten Baugrube, werden heute meist Notstromanlagen für die Pumpen installiert. Da für das Funktionieren
der Wellpoint-Anlage die Aufrechterhaltung des Vakuums absolut notwendig ist, kommen häufig auch Telefon-Alarm-Anlage zum Einsatz. Diese lösen bei einem Absinken des Vakuums einen Alarm aus. Die meisten
Störungen an Wellpoint-Anlagen werden im übrigen durch Unachtsamkeit verursacht (Abreissen von Saugfiltern ab der Saugleitung).
Wellpoint-Filter mit Saugleitung
Normale Tagesleistung: 15 – 20 maschinell eingespülte Filter pro Arbeitstag (Einspültiefe je 7m)
Wasserhaltung
Wasserhaltung
Filterbrunnen
In sandigen – kiesigen Böden werden Grundwasserabsenkungen mit Filterbrunnen ausgeführt. Grundsätzlich unterscheidet man Kleinfilterbrunnen (ø < 250 mm) und Grossfilterbrunnen (ø > 250 mm). Die Reichweite eines Brunnens (=diejenige Distanz vom Brunnen, bis wohin der Grundwasserspiegel noch abgesenkt
wird) ist abhängig von der Durchlässigkeit des Bodenmaterials (k-Wert) und vom Durchmesser des Brunnens. Diese Reichweite bestimmt weitgehend den Abstand von Brunnen zu Brunnen. Der Durchmesser der
Brunnen muss aufgrund der Wassermenge pro Brunnen bestimmt werden. Es nützt nichts, aus Kostengründen kleine Filter zu versetzen und dann hat die Pumpe, die für die zu pumpende Wassermenge nötig wäre,
gar nicht Platz im Brunnen... Der Bohrdurchmesser ergibt sich aus dem Brunnendurchmesser plus dem
Kies-Sand-Filteraufbau. Der Filteraufbau muss so gewählt werden, dass das gepumpte Wassers möglichst
sandfrei gefördert wird. Gleichzeitig sollte aber die feinsten Bodenbestandteile den Filter mit geringem Widerstand passieren können, sodass der Brunnen nicht verstopft. Die Wandstärke der Brunnenrohre darf
nicht zu klein gewählt werden, da sie sonst beim Transport, beim Versetzen oder durch den Erddruck zerdrückt werden können.
Herstellung
Filterbrunnenbohrungen können sowohl im Drehbohrverfahren (Kellybohrung), als auch im Greiferaushubverfahren erstellt werden. Nach der Abteufung der verrohrten Bohrung wird das Brunnenrohr versetzt. Im Bereich der Filterstrecke ist das Filterrohr gelocht oder geschlitzt (Schlitzbrückenfilter). Anschliessend kann das
Filtermaterial (von der Geologie abhängig; Filterregel nach Terzaghi) eingebaut werden. Mit dem Einbau des
Filtermaterials kann die Verrohrung Stück um Stück zurückgezogen werden.
Abteufen der Brunnenbohrung
Versetzen der Filter- Fertiger Brunnen
rohre und Einbauen
des Kiesfilters
In Gebieten, wo das Grundwasser genutzt wird oder wo schädliche Abwässer von oben durch den Brunnen
in das Grundwasser gelangen könnten, wird normalerweise im oberen Bereich des Brunnens eine Abdichtung mittels Tonkugeln (Compactonit) eingebaut.
Wenn der Brunnen erstellt ist, kann man die Pumpe installieren und den Brunnen entsanden. Dabei wird die
Pumpenleistung vorsichtig gesteigert. Die Feinstanteile des Bodenmaterials rund um den Brunnen werden
dabei ausgeschwemmt. Nach und nach wird immer sauberes Wasser gefördert. Nach dem Entsanden können die endgültigen Ableitungen und elektrischen Steuerungen installiert werden. Sinnvoll ist es, NiveauSteuerungen zu verwenden, die sicherstellen, dass die Pumpe den Brunnen nie leersaugt, weil sonst der
Pumpenmotor heisslaufen kann.
Wasserhaltung
Wasserhaltung
Schlitzbrückenfilterrohr ø 600 mm
für Filterbrunnen
Schwebestoffe im abgepumpten Wasser werden in einem Absenkbecken entfernt. Anschliessend kann das
Wasser normalerweise in die Metorwasserkanalisation oder in einen Bach geleitet werden. Damit der Grundwasserspiegel in der weiteren Umgebung nicht zu stark abgesenkt wird, kann das Wasser auch mit Rückgabebrunnen wieder in den Grundwasserstrom eingeleitet werden. Vorsicht ist an Platz wenn Betonarbeiten
auf der Baustelle ausgeführt werden. Bei Regenfall können in solchen Fällen alk alische Wässer in den Untergrund einsickern, was zu hohen pH-Werten im abgepumpten Wasser führen kann. In solchen Fällen muss
eine Neutralisationsanlage installiert werden, um das Abwasser zu neutralisieren.
Filterbrunnen ø 600mm (Bohrdurchmesser
1000mm); Ableitungsbrücken mit Spundwandprofilen
Wasserhaltung
Wasserhaltung
Da eine einwandfreie Funktion der Grundwasserabsenkung häufig existentiell ist für die Sicherheit der
gesamten Baugrube, werden heute meist Notstromanlagen und ein Telefonalarm-System installiert.
Da mit Filterbrunnen sehr grosse Mengen Wasser abgepumpt werden können, ist es unerlässlich die
Grundwasserstände in der Umgebung mit regelmässigen Piezometermessungen zu beobachten.
Normale Tagesleistung: 15m – 25 m Brunnenbohrung pro Arbeitstag (ohne Pumpeninstallationen, ohne
Entsanden)
Wasserhaltung
Wasserhaltung
Literaturverzeichnis
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Stahlspundwände – Planung und Anwendung; Stahl-Informations-Zentrum, Düsseldorf, 1995
Rammfibel für Stahlspundbohlen; Technical European Sheet Piling Association, 1998
Lang/Huder; Bodenmechanik und Grundbau, 3. Aufl.; Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, 1985
Technische Akademie Esslingen; Spezialtiefbau, Tagungsunterlagen vom 20./21.11.1997
Empfehlung 229 Baugruben; Schweiz. Ingenieur- und Architektenverein, Zürich, 1993
Empfehlung V192 Pfähle; Schweiz. Ingenieur- und Architektenverein, Zürich, 1996
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Architektenverein, Zürich, 1995
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Renningen-Malmsheim, 1999
[10] Wendehorst, Reinhard; Bautechnische Zahlentafeln, 28. Aufl.; B.G. Teubner, Stuttgart, 1998
Risi AG
Tiefbau – Spezialtiefbau
Gulmmatt
6341 Baar
Tel. 041 766 99 99
Fax 041 766 99 01 (Baubereich)
[email protected]
www.risi-ag.ch
Verfasser:
René Schmidli, dipl. Bauing. ETH/SIA
Literaturverzeichnis
Literaturverzeichnis