Tiefbau

Offene und geschlossene Bauweise

Rechteckquerschnitt

- Am besten geeignet bei offener Bauweise

- Für große Druckfläche ungeeignet

- Gute Querschnittsausnutzung

Gewölbequerschnitt

- Für geschlossene Bauweise geeignet

- bei bergmännischem Vortrieb

- für Spritzbetonbauweise geeignet

- kleine Spannungskonzentration in der Ecke

Kreisquerschnitt

- Bei maschinellem Vortrieb

- Statisch günstig

- Materialaushub erheblich

Hufeisenquerschnitt

- Z.B. im standfesten Fels

- Ohne Sohlenschluss

Vorteile

- Witterungsunabhängig

- 24h Betrieb

- Große Tiefen

- GW unproblematisch

- Kein Lärm

- Wenig Aushubvolumen

Nachteile

- Teuer

- Schwieriger Abtransport des Aushubmaterials

- Hohe Wartungskosten

- Setzungen/ Hebungen an GOF, sofern keine ausreichende Tiefe gegeben

Vorteile

- Kostengünstiger & schneller als geschlossenen Bauweise

- kein hoher Aufwand

- geringes Risiko in der Ausführung

- Keine Setzung an GOK

Nachteil

- Gefahr des Aufschwimmens

- Hohe Verkehrsbeeinträchtigung

- Trassierung des Tunnels führt ggfs. Zum Abriss einzelner Gebäude

- Erdbewegung

- Hohe Aushubmaße

- Im GW Problematisch

- Oberfläche muss wieder hergestellt werden

- Wetter

- Lärm

Anwendungsgrenzen: Einbautiefe und Druckkräfte gering halten

• Aushub Tunnel, Tunnelherstellung, Wiederverfüllung

• Dient zur Aufrechterhaltung für den Verkehr

• Herstellung in getrennten Abschnitten

1. Umverlegung Infrastruktur

2. Herstellen einer Verbauwand (Schlitzwand o. Bohrpfahlwand) -> halbseitige Sperrung

3. Herstellen Tunneldecke bis zur Tunnelmitte -> Umkehr der Verkehrsführung, Freigabe des Verkehrs auf Tunneldecke

4. Herstellen der anderen Verbauwand

5. Komplementierung Tunneldeckel

6. Auffahren des Tunnels von einer Startbaugrube; Aushub + Herstellen der Sohle unter Verkehr

Maschineller und bergmännischer Vortrieb

Bei nicht begehbaren (zu erneuernden) Kanälen mit ausreichender Überdeckungshöhe

Sprengvortrieb oder Baggervortrieb

Kalottenvortrieb & Ulmenstollenvortrieb

Bei geringer Standfestigkeit des Gebirges

1. Aushub + Sicherung der Kalotte

(Spritzbeton, Baustahlmatten, Stahlbögen, Anker falls erforderlich)

2. Aushub + Sicherung der Strosse

ca. 150-200m hinter der Kalotte

3. Ausbruch + Sicherung der Sohle

1. Aushub + Sicherung der Ulmen

2. Aushub + Sicherung im Firstbereich der Kalotte gleichzeitig teilweiser Abbruch der Ulmenstollen

3. Abbruch des Kerns

4. Sohlschluss

- Spritzbeton & Baustahlmatten: 3-5cm, Lastabtragung

- Ausbaubögen: Abstützung des Gebirges + Schutz des Arbeitsraums

- Anker: Abschirmung der Ortsbrust, Stabilisierung des ungesicherten Bereichs

- Gewölbesicherung (mittels Rohrschirmdecke) innerhalb des Tunnels

Vortrieb mit Tunnelbohrmaschine oder Schildmaschine

- Schildmaschine: Lockergestein (Sand, Ton etc.), Stahlring hinter dem Schneidrad zur Aufnahme der Erddruckkräfte

- TBM: Fels (standfestes Gebirge)

Vorteile

- Geringer Personaleinsatz

- Bei langen Strecken sehr wirtschaftlich

- Unempfindlich gegenüber GW

- Kaum Setzungen an der Oberfläche, kein Lärm

Nachteile

- Lange Vorlaufzeiten (Planung)

- Hohe Investitionskosten (erst ab 2km Länge wirtschaftlich

- Wechsel in der Bodenart

- Kreisquerschnitt produziert “Überschnitt”

• Hydroschild, Erddruckschild

Hydroschild/Flüssigekeitsschild/Mixed Schild

- Stützung der Ortsbrust durch Betonitsuspension, mit Druckkraft beaufschlagt

- Geeignet für Sandböden

- Bei Ton: Gefahr des Verklebens + Schwierigkeiten bei der Separation

- Bei Kies: Gefahr, dass Suspension durch Porenkanäle verläuft

- Hoher Aufwand zur Reinigung der Suspension

- Der Stützdruck wird über den zu einem Erdbrei aufbereiteten Boden übertragen

- Erdbrei durch Förderschnecke an GOK (sehr gut in feinkörnigen Böden, nicht geeignet für bindige Böden)

- Kein Betonit mehr notwendig, da Stützung durch Erdbrei aus gefördertem Material

- Aufbereitung durch Zugabe von verschiedenen Suspensionsarten, Wasser oder Schaum

- Nur temporär bei Werkzeugwechsel oder Findlingen (dient als zusätzliche Unterstützung), wegen sehr hohem Luftüberdruck

• Dickere Tunnelsohle

• Sporn auf beiden Seiten des Tunnels

• Verankerung der Tunnelsohle

Zur Abdichtung gegen GW innerhalb einer Baugrube

1. Verbau wasserdicht herstellen

2. Trockenaushub bis GW-Spiegel

3. Verankerung o. Aussteifung

4. Nassaushub

5. Rückverankerung UW Beton-Sohle einbringen

6. UW-Betonsohle einbauen

7. Nach Aushärtung der Betonsohle Auspumpen der Baugrube

Vorteile

- Lecks und Undichtigkeiten sind beim Abpumpen erkennbar

- Geringes Nachtragsrisiko

Nachteil

- Aufwendiges Bauverfahren

- Teuer

- Herstellen der Verbauwand

- Herstellen der Injektionssohle (Kunststoff/ Weichgelsohle) ->Abstimmungen mit Wasserbehörden zum Nachweis, dass keine Schadstoffe ins GW gelangen

- Baugrubenaushub

Vorteile

- Im Vergleich zur UW-Betonsohle günstig

- Hoher Baufortschritt

Nachteile

- Undichtigkeiten nicht sichtbar (sofern vorhanden)

- Versagen schlagartig (ohne Vorankündigung)

- Sanierungsaufwand erheblich-> Bauzeitverzögerung

• Wenn unterhalb einer undurchlässigen Bodenschicht (Ton) ein Grundwasserleiter liegt (Sand), der z.B. mit einem Fluss verbunden ist

• Grundwasserdruckfläche liegt über der Grundwasseroberfläche (artesisch gespanntes GW)

• Dem Boden wird der Auftrieb genommen bzw. entzogen

• Wichte vorher ca. 10kN/m2 anschließend ca. 20kN/m2

• Bodeneigengewicht annähernd verdoppelt

• Notwendig um auf „trockenem Boden“ zu bauen

Vorteile

• Kostengünstig

• Technisch einfach

• In vielen Böden anwenbar

• Mit jeder Verbauart kombinierbar

• Keine Wasserdruckbelastung der Verbauwände

Nachteile

• Setzungsgefahr für benachbarte Bauwerke

• Großer Einzugsbereich

• Vorlaufzeit vor Aushubbeginn erforderlich

• Wasserhaushaltsrechtliche Probleme

1. Verbauwand herstellen

2. Herstellung Injektionssohle (HDI oder Gelinjektion)

3. Weiter vorgehen wie bei konventioneller Baugrube

Je breiter das Bauwerk, desto mehr setzt es sich. Unabhängig von der Kraft die auf das Fundament/ Bauwerk drückt.

- Keine bindige Bodenschicht in ausreichender Tiefe

- Ausreichender, kraftschlüssiger Verbund zwischen Verbauwand und Sohle

- Z.B. bei Spundwänden frei von Sand spülen

- Bohrpfahlwand -> gilt gleiches Zwickel

- Bei Betonage Schwebstoffe vor dem eingebrachten Beton absaugen durch Taucher

- Da UW-Aushub keine Sicht auf die Wand beim Aushub

- Undichtigkeiten haben erhebliche Konsequenzen (z.B. hydr. Grundbruch)

- Führungsschienen einsetzen

- Spundwand bis zum Greifen der Vibrationsvorrichtung am Kran hängen lassen

- Betonaushärtung beachten

UW-Betonsohle Gelsohle

+ Leck und Undichtigkeiten sind beim Abpumpen erkennbar und entsprechend zu sanieren

- Aufwändige Bauverfahren -> hohe Kosten

Gelsohle

- Versagen ohne Ankündigung bei undichter Sohle

- im Schadensfall hohe Sarnierungskosten

- Verbauwand deutlich tiefer

+ Kein UW-Aushub dadurch geringere Baukosten

+ Keine Rückverankerung notwendig

Vorteile

- Hohe Tragleistung

- Günstige Herstellung

- Keine Probleme im GW

- Einfaches/ wirtschaftliches Verfahren

- Hohe Betonqualität

- Intgiritätstest nur Probenhaft

Nachteile

- Keine Längenanpassung möglich

- Problematisch bei Rammhindernissen

- Hohe Erschütterungen und Lärmentwicklung

1. Ansetzen des Rammrohre (Rohr wird mit Fußplatte verschlossen)

2. Einrammen des Rohres mit Kopframmung

3. Einstellen Bewehrungskorb nach Erreichen der Einbindetiefe

4. Betonieren des Pfahlschaftes und ziehen des Rohres (Betonieren im Kontraktorverfahren)

5. Kappen des Pfahlkopfes – Herrichtung der Anschlussbewehrung

Vorteile

- Abmessung bis 1,5cm bis max. 3m Durchmesser

- Tiefen bis zu mehr als 50m und mehr herstellbar

- Kein Problem bei Bohrhindernissen

-Pfahllänge sind dem Untergrund anpassbar

Nachteil

- Bei GW problematisch

- Neigung nicht möglich

- Hohe Qualifizierung des Personals erforderlich

- Gefahr von Bodeneinbruch bei unverrohrter Bohrung

-Boden muss entsorgt werden, geringer Baufortschritt

1. Niederbringen der Verrohrung

2. Lösen des Bodens (Greifbohrer / Drehbohrer)

3. Einbau des Bewehrungskorbes

4. Betoniervorgang, Verrohrung ziehen

1. Vortreibrohr ansetzen, Pfropfenbeton ansetzen, Beton einfüllen und anstampfen

2. Einrammen Vortreibrohr

3. Ausbildung Pfahlfuß

4. Einbau Bewehrungskorb und betonieren des Schaftes

5. Kappen Pfahlkopf und Herstellen Anschlussbewehrung

Vorteile:

- Wirtschaftliches Verfahren

- GW unabhängig

- Geotechnisch einfach

- Kein Bodenaushub

- Länge max. 35m

Nachteil:

- Hohe Lärm- &

Erschütterungsemission

- Problematisch bei Hindernissen

• Überschnitt durch verlorene Fußplatte

• Gefahr, dass durch entstehenden Spalt GW an die GOF kommt (örtl. Brunnen)

• Problematik wird vermieden, wenn Pfahlgründung von einer Ebene erfolgt, die oberhalb des gesp. GW liegt

• Späteres Kappen der Pfähle dann erforderlich

• Problem kann beim Einsatz von Fertigpfählen (kein Überschnitt) umgangen werden

  Kein Kappen notwendig aber: Längenänderung bei inhomogenem Baugrund nicht möglich

Schadensbild:

Verformungsbild:

Schadensbild:

Verformungsbild:

Schadensbild:

Baumwurzeln haben die Aufgabe die Blätter mit Wasser zu versorgen. Dies führt zu Wasserentzug im Boden

-> Das Volumen schrumpft -> Es kommt zu Setzungen

Schadensbild:

Verformungsbild:

Prüfe ob Wandlasten direkt in untere Wände abgeleitet werden (Regelfall)

➔ Wenn nicht dann kann es zur Durchbiegung kommen und somit zu Rissen

Schadensbild:

Maßnahmen:

▪ Keine Stoßfugen in den Ecken

▪ Herstellen einer Dehnungsfuge

▪ Gewebebewehrung beim Putz

Konstruktionsbedingt:

• Kriechen / Schwinden

• Konstruktionsmangel

• Temperatur

Setzungsbedingt:

• GW-Absenkung

• Fehlende Baugrunderkundung

• Verformung unter Belastung

• Erschütterung

• Muldenbildung im Untergrund (Baumwurzeln)

• Überlägerungsspannung bei Bauaktivität

• Errosion

Dringend Beweissicherung

• Beton nicht richtig nachbearbeitet

• Decke nicht richtig in der Wand verankert

• Unterfangung von Fundamenten

• Fundamentverbreiterung von Zusatzlasten

• Schirminjektion im Tunnelbau

• Dichtungsschleier bei Staudämmen

1. Bohren des Gestänges

2. Einbau Manschettenrohres in das Gestänge, anschließend Verfüllen des Ringraumes

3. Ausbau des Gestänges

4. Vorinjektion über Packer

5. Wiederholinjektion über Packer

Allgemein:

▪ Mit geringen Drücken (5-10 Bar)

▪ Nur im Kies und kiesigen Sand

▪ Durch Zugabe von Zement wird Erdbeton hergestellt

Herstellung:

▪ Abbohren / Abrütteln des Gestänges

▪ Ziehen des Gestänges und Verfüllen des Bohrloches

▪ Einbau der Injektionslanzen mit Ventilkörper

▪ Injektion mittels Kolbenmembranpumpe

Allgemein:

▪ Senkrecht oder waagerecht

▪ Boden lokal aufgerissen und durch Verpressen gehoben

• Hebung an der GOF durch dichtes Netz insbesondere bei Gebäudeschiefstellung

▪ Druck 40-80 Bar

Herstellung:

▪ Abteufen des Gestänges

▪ Ziehen Gestänge und Verfüllen des Bohrloches

▪ Einbau Ventilrohre

▪ Vorinjektion

▪ Wiederholungsinjektion

Chemikalinjektion:

▪ Rein abdichtende Wirkung z.B. tiefliegende Injektionssohle

▪ Bis in den Schluffbereich möglich

▪ Zwei Komponenten Material, nicht abgestimmtes Mischverhältnis

Abdichtungsinjektion:

▪ Im Kies -> Mörtel

▪ Im Sand -> Chemikalien

▪ Einpressdruck -> 5 Bar

▪ Abstand Injektionen -> ca. 1,50 m

➔ Herstellen von Säulen aus „Erdbeton“ je nach Baugrund werden die Säulen so berechnet, dass Sand und Kies integriert werden

➔ Wiederholung 1-3 phasige Verfahren

Anwendung:

▪ Unterfangung von Gebäuden

▪ Dichte Wände herstellen

▪ In allen Bodenarten möglich

▪ Nachgründung

1-Phasen-Verfahren:

▪ Austritt von Zement mit Hochdruck 400-600 Bar

▪ Sand, mitteldicht D= 0,85m

2-Phasen-Verfahren:

▪ Zementsuspension, Hochdruck 400-600 Bar

▪ Luftunterstützung 5-6 Bar

▪ Sand, mitteldicht D= 1,70m

3-Phasen-Verfahren:

▪ Zur Reduzierung von Verschleiß an der Düse wird mit Wasser der Boden aufgeschnitten

▪ Ton, halbfest D= 1,40 m

1.) Luftunterstützung

2.) Wasser, Hochdruck 400-600 Bar

3.) Zementsuspension, Niederdruck 15-40 Bar

1.) Bohren mit Wasserspülung

2.) Beginn mit der Hochdruckinjektion (Umschalten auf Injektion)

3.) Ziehen des Gestänges, Zementinjektion unter Hochdruck

4.) Fertiger Injektionskörper

Bindige Böden

Hohe Abdichtung (Deponie / Baugrube)

Zeitabhängiges Verformungsverhalten

Hohe Setzung

Nicht bindige Böden

Hohe Tragfähigkeit

Kein zeitabhängiges Setzungsverhalten

Problem gespanntes GW hydraulischer Druck

Organische Böden

Als Baugrund nicht geeignet

1. Kampfmittelfreiheit: Vor Beginn der Baugrunderkennung zu beachten

2. Organische Böden (Torflinsen): Führt zu erheblichen Setzungen oder Schadensfällen

3. Kartvorkommen oder Anhydrit (Gips): Volumenzunahme bei Wasserzugabe

4. Gespanntes Grundwasser: Hebung / hydr. Grundbruch bei Tiefbauarbeiten möglich

5. Findling

6. Konsolidation: Zeitabhängiges Setzungsverhalten bei bindigen Böden

Kann bei geschichteten Baugrund (bindig / nicht bindig) auftreten.

➔ Bautechnische Konsequenzen: z.B. bei der Herstellung von Ortbeton-Verdrängungspfählen

➔ Alternativ: Fertigbetonpfähle ohne Überschnitt

Aber: -geringe Pfahldurchmesser -keine Verlängerungsmöglichkeit

1. Kampfmittelfreiheit prüfen

a. Kampfmittelräumdienst

2. Wasser- und Abwasserleitungen prüfen

3. Strom, Gas und Telekommunikation

4. Informationen aus Grundbuch

➔ Ohne ausreichende Baugrunderkennung sollte der AN immer Bedenken gegen die Art der Ausführung anmelden -> Enthaftung

1. Erkundung: Infos über den Baugrund aus vorhandenen Unterlagen

2. Aufschlüsse: siehe direkte / indirekte Aufschlüsse

3. Laborversuche: Geotech. Untersuchungen an Boden-, Fels- und GW-Proben im Labor

4. Feldversuche: Geotech. Untersuchungen in Schürfen und Bohrungen

5. Probebelastung: z.B. Pfahlprobebelastung

6. Probeschüttungen: z.B. im Deponiebau

7. Modellversuch: z.B. für Deichdurchströmungen

Direkte Aufschlüsse (Bohrung)

-Schürfe

-Kleinstbohrung < 30mm

-Kleinbohrung 30mm < D < 80mm

-Untersuchungsbohrung 50mm < D < 300mm

-Schächte und Stollen

➔ Offene Aufschlüsse

➔ Bohrung

Indirekte Aufschlüsse (Sondierung)

-Rammsondierung

-Drucksondierung

-Flügelsondierung

-Standard Penetration Test

-Geophysikalische Untersuchungen

➔ Sondierung

➔ Geophysik

1. Einzelfundament

2. Plattengründung

3. Senkkastengründung

4. Pfahlgründung

- Alternativ zur UW-Betonsohle

- Zwischenraum Senkkasten / Baugrund -> also Abbaukammer mit Druckluft beaufschlagt

- Hohe Anforderung an Personal unter Druckluft

• Geringe Arbeitszeiten an Personal unter Druckluft

• Geringe Leistungsfähigkeit

- Grundrissfläche möglichst gering, für verbesserte Wirtschaftlichkeit

- Absenkung des Bauteils durch gewollten Grundbruch unter dem Schneidkaste

➔ Kies ungeeignet, da Wasser zu schnell nachfließen kann -> großes Porenvolumen, Wasservorrat quasie unendlich

➔ Ton -> Einsatz von Schwerkraftbrunnen

▪ Schwerkraft alleine reicht nicht aus, um Wasser dem Brunnen zuzuführen, daher zusätzlich Vakuumentwässerung

• Der Grundwasserspiegel wird mittels offener Wasserhaltung oder Brunnenanlagen auf ein entsprechendes Niveau unterhalb BG-Sohle abgesenkt.

• Das abgepumpte Wasser wird entweder an anderer Stelle in den GW-Leiter wieder eingeleitet, in die Kanalisation oder in offene Gewässer abgelassen