Thyssen Krupp Gf T Bautechnik Gmb H HSP Hoesch Spundwand und Profil Gmb H PDF

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Spundwand-Handbuch Berechnung

ThyssenKrupp GfT Bautechnik GmbH HSP Hoesch Spundwand und Profil GmbH

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Druck: Makossa Druck und Medien GmbH Pommernstr. 17, 45 889 Gelsenkirchen Tel.: 02 09-9 80 85-0, e-mail: [email protected]

VI

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung

1

2 Spundwände 2.1 Profile und Schlösser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 5

2.2

2.3

Stahleigenschaften . . . . . . . . . . . 2.2.1 Spannungs-Dehnungs-Verhalten 2.2.2 Bezeichnung der Stahlsorten . . 2.2.3 Schweißeignung . . . . . . . .

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7 7 9 9

2.2.4 Korrosion und Lebensdauer Einbringen von Spundwänden . . . 2.3.1 Einstellen . . . . . . . . . . 2.3.2 Einpressen . . . . . . . . .

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11 13 13 14

Rammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rütteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erschütterungen und Sackungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 16 17

2.3.3 2.3.4 2.3.5

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3 Baugrund 23 3.1 Felduntersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1.1 Bohrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2

3.1.2 Sondierungen . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Geophysikalische Messungen . . . . 3.1.4 Beurteilung des Einbringwiderstandes Laboruntersuchungen . . . . . . . . . . . . .

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24 26 26 27

Korngrößenverteilung . . . . . . . . . . . . . Bestimmung von Wichte und Lagerungsdichte Konsistenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eindimensionale Kompression . . . . . . . . .

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27 27 28 29

3.2.5 Scherparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bodenkennwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30 33

3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3

VII

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INHALTSVERZEICHNIS

VIII

4 Grundwasser 4.1 Grundlagen zu Wasserdruck und Strömungsdruck . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Hydraulische Höhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2 Durchlässigkeitsgesetz nach DARCY . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Wasserüberdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Ermittlung des Wasserüberdruckes . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Maßgebende Wasserstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Berücksichtigung der Grundwasserströmung . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Auswirkung der Grundwasserströmung auf Wasser- und Erddruck 4.3.2 Strömungsnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.3 Näherungsverfahren unter Ansatz geänderter Wichten . . . . . . 4.4

. . . . . . . . . .

39 39 39 40 41 41 41 42 42 45 47

4.3.4 Umströmte Spundwand im geschichteten Baugrund . . . . . . . . . . . Hydraulischer Grundbruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48 49

5 Erddruck 5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Grenz- und Zwischenwerte des Erddrucks . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Aktiver Erddruck nach Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Passiver Erddruck nach Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3 Erdruhedruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.4 Zwischenwerte des Erddrucks . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.5 Weitere Verfahren zur Ermittlung des resultierenden Erddrucks . 5.3 Erddruckverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4

5.5

5.6 5.7

. . . . . . . . . .

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53 53 55 55 57 58 58 59 60

Berechnung des Erddrucks aus Eigengewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.1 Wandreibungswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.2 Erddruckbeiwerte und Erdwiderstandsbeiwerte für Bodeneigengewicht 5.4.3 Gleitflächenwinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnung des Erddrucks bei bindigen Böden . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.1 Kohäsion auf der Erddruckseite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.2 Kohäsion auf der Erdwiderstandsseite . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnung des Erddrucks aus unbegrenzten Oberflächenlasten . . . . . . . . Berücksichtigung besonderer Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7.1 Geschichteter Boden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7.2 Begrenzte Oberflächenlasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62 62 63 64 64 66 67 69 70 70 70

5.7.3 5.7.4 5.7.5 5.7.6

72 74 75 75

Gebrochene Geländeoberfläche Erddruckabschirmung . . . . . Verdichtungserddruck . . . . . Grundwasser . . . . . . . . . .

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INHALTSVERZEICHNIS

IX

5.7.7 Räumlicher Erddruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erddruckumlagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beispiele zur Erddruckberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75 77 79

6 Spundwandbemessung 6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Sicherheitskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Geotechnische Kategorien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Grenzzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.3 Lastfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.4 Teilsicherheitsbeiwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.5 Nachweisformat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.6 Ergänzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Einwirkungen und Beanspruchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Erddruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Beanspruchungen aus Erddruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.3 Wasserdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Widerstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Erdwiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.2 Bauteilwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Statische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Statische Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6.1 Vollständig eingespannte, unverankerte Wand . . . . . . . . . . . . . . 6.6.2 Einfach verankerte, frei im Boden aufgelagerte Wand . . . . . . . . . . 6.6.3 Einfach verankerte, vollständig im Boden eingespannte Wand . . . . . 6.6.4 Einfach verankerte, teilweise im Boden eingespante Wand . . . . . . . 6.6.5 Mehrfach verankerte Wände mit unterschiedlicher Lagerungsbedingung am Wandfuß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7.1 Versagen des Erdwiderlagers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7.2 Versinken von Bauteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7.3 Materialversagen von Bauteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.8 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.9 Gesamtstandsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83 83 83 83 84 84 85 86 87 87 87 88 88 88 88 88 89 94 94 101 108 115

5.8 5.9

118 118 118 125 127 128 129 129

7 Verankerung 133 7.1 Verankerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 7.1.1 Rundstahlanker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

INHALTSVERZEICHNIS

X

7.2 7.3

7.4 7.5

7.1.2 Verpressanker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.3 Gerammter Ankerpfahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.4 Verpressmantelpfahl (VM-Pfahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.5 Rüttelinjektionspfahl (RI-Pfahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.6 Mikropfähle/Kleinbohrpfähle (Durchmesser ≤ 300 mm) . . . . . . . . 7.1.7 HDI-Pfähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.8 Klappanker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1 Nachweis gegen Materialversagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2 Herausziehwiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3 Nachweis gegen Abheben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.4 Nachweis gegen Aufbruch des Verankerungsbodens . . . . . . . . . . 7.3.5 Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge . . . . . . . . . . 7.3.6 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktionshinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

134 134 134 135 135 136 136 136 137 137 140 141 141 143 149 150 150

8 Anwendung der FEM für eine Spundwandkonstruktion 8.1 Möglichkeiten und Einschränkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Empfehlungen zur Anwendung der FEM in der Geotechnik . . . . . . . . 8.2.1 Hinweise zur Anwendung der FEM bei Stützwandkonstruktionen 8.3 Anwendungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Ausgangsproblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.2 Modellbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3 Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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155 155 155 156 158 158 160 164

9 Dalben 9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . 9.2 Belastungen . . . . . . . . . . . 9.3 Ermittlung des Erdwiderstandes 9.4 Federkonstanten . . . . . . . . .

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169 169 169 170 172

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10 Profilwahl

175

Literatur

177

A Profiltafeln zur Vorbemessung

181

B Rundstahlanker

189

Formelzeichen

Griechische Symbole α

Abklingkoeffizient; Faktor zur Anpassung der Einbindetiefe; Wandneigung

β

Geländeneigung

Δe

Änderung der Erddruckordinate

Δh

Differenz der hydraulischen Höhe

Δt

Rammtiefenzuschlag

Δw

Wasserdruckdifferenz

δ

Wandreibungswinkel

δij

Verformung im Punkt i infolge der Einwirkung j

η

Anpassungsfaktor

γ

Wichte gemittelte Wichte

γ¯ γ

′

Wichte des Bodens unter Auftrieb

γr

Sättigungswichte des Bodens

γw

Wichte des Wassers

γϕ

Teilsicherheitsbeiwert für den Reibungsbeiwert tan ϕ

γA

Teilsicherheitsbeiwert für den Verpresskörperwiderstand bzw. Verpresskörper

γB

Teilsicherheitsbeiwert für den Herausziehwiderstand von flexiblen Bewehrungselementen

γcu

Teilsicherheitsbeiwert für die Kohäsion des undrainierten Bodens

γc

Teilsicherheitsbeiwert für die Kohäsion XI

XII

FORMELZEICHEN

γE0g

Teilsicherheitsbeiwert für ständige Einwirkungen aus Erdruhedruck

γEp

Teilsicherheitsbeiwert für den Erdwiderstand

γG,dst Teilsicherheitsbeiwert für ungünstige ständige Lasten im Grenzzustand GZ 1A γG,stb Teilsicherheitsbeiwert für günstige ständige Lasten im Grenzzustand GZ 1A γGl

Teilsicherheitsbeiwert für den Gleitwiderstand

γGr

Teilsicherheitsbeiwert für den Grundbruchwiderstand

γG

Teilsicherheitsbeiwert für ständige Einwirkungen allgemein

γH

Teilsicherheitsbeiwert für die Einwirkung aus Strömung

γM

Teilsicherheitsbeiwert für die Materialfestigkeit

γN

Teilsicherheitsbeiwert für den Herausziehwiderstand des Stahlzuggliedes eines Verpressankers

γP c

Teilsicherheitsbeiwert für den Pfahldruckwiderstand bei Pfahlprobebelastung

γP t

Teilsicherheitsbeiwert für den Pfahlzugwiderstand bei Pfahlprobebelastung

γP

Teilsicherheitsbeiwert für den Pfahlwiderstand auf Druck und Zug auf Grund von Erfahrungswerten

γQ,dst Teilsicherheitsbeiwert für ungünstige veränderliche Einwirkungen im Grenzzustand GZ 1A γQ

Teilsicherheitsbeiwert für ungünstige veränderliche Einwirkungen

γZ

Teilsicherheitsbeiwert für Zugpfähle

λ

Wellenlänge

λr

Wellenlänge der Oberflächenwelle

μ

Ausnutzungsgrad

ν

Steifebeiwert

Ω

Erregerfrequenz

ω

Steifeexponent

ρd

Trockendichte

ρS

Korndichte

σ

Spannung

FORMELZEICHEN σz

Vertikalspannung im Boden

σz′

effektive Vertikalspannung im Boden

τ

Schubspannung

τ1−0

Einspanngrad

ε

Stauchung

ε

Endtangentenwinkel

εu

Mindestbruchdehnung

ϕ

Reibungswinkel

ϕu

Undränierter Reibungswinkel

ϑ

Gleitflächenwinkel

ξ

Längenanteil

XIII

Lateinische Symbole a

Länge

aA

Ankerabstand

Ab

Aufstandsfläche

Ak,vorh Arbeitsvermögen eines Dalbens Am¨ogl Mögliche Ankerkraft beim Nachweis der tiefen Gleitfuge As

Querschnittsfläche

B

Resultierende Auflagerkraft

C

Kohäsionskraft; Faktor zur Berücksichtigung des Einbringverfahrens; BLUMsche Ersatzkraft

c

Kohäsion; Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Bodenwelle; Belastungsänderung unterhalb des Belastungsnullpunktes; Federkonstante bei der Bemessung von elastischen Dalben

CC

Kompressionsbeiwert

cf u

Undränierte Scherfestigkeit im Flügelscherversuch

cf v

Maximaler Scherwiderstand im Flügelscherversuch

XIV

FORMELZEICHEN

Ch

Horizontaler Anteil der B LUMschen Ersatzkraft

crv

Rest-Scherwiderstand im Flügelscherversuch

cu

Undränierte Kohäsion

D

Lagerungsdichte

D

Dämpfungsgrad

d

Schichtdicke

d60 , d10 Korndurchmesser bei 60 % bzw. 10 % Siebdurchgang E

Elastizitätsmodul

E

resultierende Erddruckkraft

e

Erddruckordinate

emin

Mindesterddruckordinate

e

Porenzahl

Ed

Bemessungswert der Beanspruchung allgemein

ES

Steifemodul

r Mobilisierter räumlicher Erdwiderstand Eph,mob r Eph

Räumlicher Erdwiderstand

erph

Ordinate des räumlichen Erddrucks

f

Frequenz

f

Horizontale Auslenkung eines Dalbens in Höhe des Kraftangriffspuntes

maxf maximale Dalbenverformung Fd

dynamische Kraft

Fst

statische Kraft

fs

Mantelreibung bei der Drucksondierung

fs

Strömungsdruck

FS

Schiffsstoßkraft

ft,0.1

Spannung des Stahlzuggliedes bei 0,1 % bleibender Dehnung

fu

Zugfestigkeit

FORMELZEICHEN fy

Streckgrenze

G

Gewichtskraft

g

Erdbeschleunigung

h

Hydraulische Höhe

H

Höhe

h

Tiefenordinate bei der Ermittlung der Einbindelänge von Dalben

h

lotrechte Sickerstrecke

hZ

Kraglänge eines Dalbens

hges

Gesamtlänge eines Dalbens

I

Flächenträgheitsmoment

i

hydraulischer Gradient

IC

Konsistenzzahl

ID

bezogene Lagerungsdichte

IP

Plastizitätszahl

K

Erddruckbei...