DE202022104218U1

DE202022104218U1 - Stützwand

Info

Publication number: DE202022104218U1
Application number: DE202022104218.7U
Authority: DE
Original assignee: Forschungsinstitut fur Fluessigboden Privatwirtschaftliches Unternehmen GmbH
Current assignee: Forschungsinstitut fur Fluessigboden Privatwirtschaftliches Unternehmen GmbH
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2032-02-19

Abstract

Stützwand aus einem temporär fließfähigen, selbstständig rückverfestigenden und selbstverdichtenden Verfüllbaustoff, wobei die Stützwand durch vertikale, in den Untergrund unterhalb der Stützwand mit anforderungsgerecht ausgeführter Tiefe reichende Träger unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
◯ die Träger in der Stützwand so weit, wie vom nötigen Kraftanteil in Richtung Baugrube im Fußpunkt der sich zwischen den Trägern ausbildenden Gewölbebögen her erforderlich, zur Druckseite der Stützwand verschoben, angeordnet sind,
◯ die Einspannlänge der Träger im Untergrund unter der Sohle des Stützwandkörpers auch tiefer ausführbar ist, als bei einer ausschließlichen Berücksichtigung der Schubkräfte des anstehenden Erdreichs,
◯ der Abstand der Träger zueinander die Art und Größe der Gewölbewirkung ausnutzt, wobei die in Richtung des Erddrucks wirkende Komponente des sich bei der Gewölbewirkung ergebenden Kräfteparallelogramms durch den Abstand der Träger zur erdseitigen Kante des Stützwandkörpers variiert und gezielt minimiert wird.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Stützwand für Baugruben, Gräben, Geländesprünge etc. die aus einem temporär fließfähigen, selbstverdichtenden und gesteuert rückverfestigenden Verfüllbaustoff mit geeignet angeordneten vertikalen Trägern besteht.
Es sind rückverankerte Spundwände, eingestellte Spundwände und Spundwände mit Stützkonstruktionen, Trägerbohlwände, Schwergewichtswände, überschneidende und aufgelöste Bohrpfahlwände, Gewölbe über temporären Trägereinbauten ausbildende Konstruktionen, speziell armierte und andere Konstruktionen, die der Stabilisierung von Sohlsprüngen, natürlichen und künstlich geschaffenen und Schubkräfte auslösenden Höhenunterschieden, Gräben, Baugruben usw. dienen, bekannt. Kennzeichnend für Stützwände ist, dass diese das einseitig an der Stützwand anstehende Erdreich (oder sonstiges Material - bspw. Abfälle bei einer Deponiestützwand) zurückhalten.
Nachteilig an den bekannten Lösungen sind zum einen die mit diesen Lösungen verbundenen Kosten. Zum anderen setzt die technische Machbarkeit der einzelnen Lösungen aus zahlreichen Gründen ungewünschte Ausführungs- und Lastgrenzen. Diese Ausführungs- und Lastgrenzen sind in der Größe des aufnehmbaren Kippmoments, der erforderlichen Geometrie der Lösung und der Eignung für spezielle Baustellenverhältnisse, wie z.B. fehlender Platz für Rückverankerungen, fehlende Standfestigkeit des Untergrundes, sensibel auf Schwingungseinleitung reagierender Bebauung, Grundwasserproblemen, thixotrop reagierenden Untergründen, Entsorgungsproblemen usw. begründet.
Darüber hinaus existiert eine Vielzahl von Druckschriften zu Stützwänden, die aus selbstverfestigendem Verfüllbaustoff hergestellt sind. Beispielhaft sei hier auf die DE 43 12 570 C2 verwiesen, in der vorgeschlagen wird, eine Stützwandsuspension aus einer wässrigen Suspension von Sand, einem Bindemittel und Bentonit zu verwenden. Derartige Suspensionen bilden üblicherweise eine starre Stützwand aus. Bei ihrer Auslegung wird der anstehende Erddruck als Berechnungsgrundlage zu Grunde gelegt.
Es ist weiterhin bekannt, dass das Erdreich, insbesondere Boden mit einem Stützkornanteil und „bodentypischen Eigenschaften“ (Weissenbach) - also ausreichender Restelastizität, zwischen zwei eng benachbarten Stützpfeilern nicht herausrieselt, also statisch nicht unter Erddruck versagt. Dieser Effekt ist als Gewölbewirkung bekannt.
In der DE 28 38 210 A1 wird die Ausnutzung der Gewölbewirkung des anstehenden Bodens zwischen zwei Trägern (dort Schenkelelemente genannt, siehe 11, 12) vorgeschlagen. In der DE 28 38 210 A1 sind im Allgemeinen zwischen den Schenkelelementen Betonfertigteile vorgesehen. Diese weisen nur eine geringfügige Elastizität auf. Explizit wird jedoch auf die Gewölbewirkung des Erdreichs verwiesen, dass ein Herausrieseln des Erdreichs aus einer Lücke zwischen zwei Schenkelelementen verhindert. Es wird betont, dass die Gewölbewirkung nur über kurze Entfernungen wirksam wird.
Die Gewölbewirkung im Erdreich wird beispielsweise auf der Webseite http://www.erddruckaufrohre.de/modelle/modelle.htm (Stand 20.07.2021) näher beschrieben. Insbesondere wird darauf verwiesen, dass ein Teil des Bodens nachgibt, während der in Ruhe verbleibende Teil das Gewölbe ausbildet und Scherkräfte und Elastizität eine Rolle spielen.
Es stellt sich die Aufgabe, eine verbesserte Stützwandkonstruktion vorzuschlagen. Die Stützwand soll insbesondere zum Zurückhalten von einseitig anstehendem und Druck auf die Konstruktion ausübendem Erdreich und/oder Grundwasser geeignet sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Stützwand nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den rückbezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Stützwand besteht aus einem temporär fließfähigen, selbstständig rückverfestigenden und selbstverdichtenden Verfüllbaustoff (nachfolgend kurz Verfüllbaustoff), wobei die Stützwand durch vertikale, in den Untergrund unterhalb der Stützwand bedarfsgrecht tief reichende Träger (bspw. Doppel-T-Träger) unterstützt wird, wobei

- die Träger in der Stützwand so weit, wie vom nötigen Kraftanteil in Richtung Baugrube im Fußpunkt der sich zwischen den Trägern ausbildenden Gewölbebögen her erforderlich, zur Druckseite der Stützwand verschoben, angeordnet sind,
- die Einspannlänge der Träger im Untergrund unter der Sohle des Stützwandkörpers tiefer ausgeführt ist, als bei einer ausschließlichen Berücksichtigung der Schubkräfte des anstehenden Erdreichs, um ein ausreichend großes Gegenmoment, dem Kippmoment entgegensetzen zu können,
- der Abstand der Träger zueinander die Art und Größe der Gewölbewirkung ausnutzt, wobei die in Richtung des Erddrucks wirkende Komponente des sich bei der Gewölbewirkung ergebenden Kräfteparallelogramms durch den Abstand der Träger zur erdseitigen Kante des Stützwandkörpers ebenfalls variiert und gezielt minimiert wird.
- die Träger mit einem variablen Abstand in der Stützwand von dem anstehenden Erdreich (Belastungsseite, Druckseite) beabstandet angeordnet sind (gemessen von der Mitte der Ausdehnung der Träger in Breitenrichtung der Stützwand), der im Minimum von der eingesetzten Verbautechnik und damit bsp. von der Plattenstärke der eingesetzten Verbauboxen abhängig ist.
- die Kipphemmung der Träger durch deren Abstand zueinander im Verlauf der Stützwand und die Art der Träger und ihrer Profile und Einbindetiefe im Untergrund verändert werden kann.

Weiterhin leistet die Breite der Stützwand einen Beitrag zur Stabilität der Wand, wobei die Breite variiert werden kann, soweit es die örtlichen Verhältnisse erfordern.
Die minimale Breite der Stützwand ergibt sich aus der Breite der Träger in Richtung der Breite der Stützwand zuzüglich der Höhe des sich ausbildenden Gewölbes. Der sich auf der lastabgewandten Seite der Träger befindliche Stützwandanteil trägt zur Gesamtstabilität der Stützwand im Wesentlichen nur in der Art einer Schwergewichtswand bei.
Die Eigenschaften des Verfüllmaterials müssen so eingestellt werden, dass sie die erforderliche Gewölbewirkung durch eine ausreichende Elastizität sicherstellen und so die Stabilität der Stützwand gewährleisten
Bei dem zeitweise fließfähigen, gesteuert rückverfestigenden und selbstverdichtenden Verfüllbaustoff handelt es sich besonders bevorzugt um Flüssigboden nach dem RAL-GZ 507, Güte- und Prüfbestimmungen, Stand 2014 und/oder 2019. Weiterhin bevorzugt ist der Verfüllbaustoff ein Verfüllbaustoff nach dem FGSV 563 Hinweisblatt ZFSV „Hinweise für die Herstellung und Verwendung von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen im Erdbau“, Stand 2012 mit bodentypischen Eigenschaften. Der Flüssigboden ist daher in seinen bodenmechanischen, technologisch relevanten und speziellen Gebrauchseigenschaften sehr variabel und dauerhaft einstellbar, jeweils nach den Vorgaben der Ergebnisse der mathematischen Modellierung der konkreten Einsatzsituation und -aufgabe. Besonders bevorzugt wird ein RSS^® Flüssigboden infolge seiner exakten Einstellbarkeit der gewünschten Parameter, weitgehend unabhängig vom örtlich anstehenden Boden, eingesetzt.
Der zeitweise fließfähige Verfüllbaustoff als Verfüllmaterial, vorzugsweise der geeignet eingestellte RSS Flüssigboden, kann in seinen Eigenschaften, beispielsweise dem Rückverfestigungsverhalten, der Kohäsion, der inneren Reibung, der Elastizität, dem Last-Verformungsverhalten, der Volumenstabilität, der Tragfähigkeit, der Schwingungsabsorption, der Verformbarkeit unter Last (Elastizität bis Federwirkung), seiner Relaxationsfähigkeit usw. an die jeweilige Einbausituation angepasst werden. Dies ermöglicht eine Anpassung an die Aufgabenstellungen der örtlichen Situation wie beispielsweise Übergangsbereiche mit unterschiedlichen Tragfähigkeiten der Untergründe, die jeweilige hydrogeologische Situation, die Art des Untergrundes und die zu erwartenden Lasten der späteren Nutzung in Art und Größe. Der Verfüllbaustoff bzw. Flüssigboden wird bevorzugt aus lokalem Bodenaushub, Flüssigbodencompound und Wasser, sowie optionalen Zuschlagstoffen (bspw. Sand als Zugabemenge zur Steuerung einer konkreten Dichte eines leichteren Materials wie z.B. Torf) hergestellt. Das Flüssigbodencompound besteht überwiegend aus Derivaten natürlich vorkommender Tonmineralien (bspw. In ihrer Genealogie und den erforderlichen rheologischen Eigenschaften geeignete Arten von gezielt verändertem und an die Anforderungen der Bauweise angepasste Bentonite) mit nicht deklarierungspflichtigen Stellmitteln (Zuschlagstoffen) und einem zeitlich passenden Reaktionsverhalten. Bevorzugt wird ein RSS^® Flüssigboden-Compound eingesetzt.
Die Einstellung der Eigenschaften erfolgt vorteilhaft, indem die Mischverhältnisse von Bodenaushub, Flüssigbodencompound, Wasser und Zuschlagstoffen und die Art der Zuschlagstoffe, wie auch die zur Herstellung erforderliche und auf das RSS^® Flüssigbodenverfahren abgestimmte Technik geeignet gewählt werden. Insbesondere lässt sich das Rückverfestigungsverhalten durch die Art, Menge und reaktionskinetische Konditionierung (z.B. Mischdauer und -intensität, Art und Form des Energieeintrages, Temperatur, auf die Verfahrensschritte abgestimmte und in Form und Art geeignete Technik) der Zuschlagstoffe (bspw. Art, Eigenschaften und Menge der Schichtmineralien) steuern.
Stützwände nach dem Stand der Technik bemessen die Geometrie wie z.B. Breite und Tiefe der Gründung aufgrund der auf die Wand einwirkenden verschiebenden Kraft (Erddruck und/oder hydrostatischer Druck des Grundwassers).
Die Gefahr von Grundbrüchen wird erfindungsgemäß bei der Nachweisführung der Stabilität ebenfalls berücksichtigt, um ein Versagen sicher zu vermeiden und führt bei Bedarf zu einer Anpassung der Stützwand mit Hilfe von zahlreichen, variabel ausführbarer Kriterien:

- Breite der Wand
- Einbindetiefe der Stützwand in den Untergrund unter der Sohle z.B. einer Baugrube
- Tiefe der Einbindung der Träger in den Boden unter der Sohle der Stützwand
- Reibkraft der Träger im Material der Stützwand
- Reibkraft der Träger im Bereich der Einbindung der Träger unter der Stützwand
- Entfernung der Träger zur Seite des Erddruckes und damit der Entfernung zum Kipppunkt
- Entfernung der Träger zueinander
- Art, Profil und Größe der Träger
- Tiefe der Trägereinbindung unter der Sohle der Stützwand
- Eigenschaften des zur Herstellung der Stützwand eingesetzten Verfüllbaustoffes
- Armierung des zur Herstellung der Stützwand eingesetzten Verfüllbaustoffes
- im Extremfall ergänzende Rückverankerungen einzelner oder aller Träger

Bei der Auslegung der erfindungsgemäßen Stützwand werden die stabilisierenden Wirkungen der Konstruktion wie z.B. die tatsächlichen Winkelverhältnisse, die aus der Tiefe der Gründung der Träger resultierenden Widerstände gegen Kippmomente etc. berücksichtigt und mit Hilfe für derart komplexe Aufgabenstellungen entwickelter mathematischer Modelle berechnet. Dabei gibt es speziell die Möglichkeit, bei Planung und Auslegung der Wand nach Optimierungskriterien vorzugehen und die benötigte stabilisierende Wirkung in gleicher Höhe mit Hilfe unterschiedlicher Kriterien zu erreichen.
Dies führt beispielsweise dazu, dass die Gründung der Träger für die erfindungsgemäße Stützwand deutlich tiefer erfolgen, als die Sohle der Stützwand, um sie für verschiedene statisch vorteilhafte Effekte, wie z.B. dem Kippmoment der Stützwand entgegen gerichtete Momente oder auch Zugankereffekte gezielt nutzen und so die Breite der Stützwand reduzieren zu können.
Zusätzlich stabilisierend wirkt sich auch aus, die Träger nicht nur in das vorhandene Erdreich zu rammen, zu vibrieren oder auf sonstige Weise einzubringen, sondern eine Gründung in dafür vorgesehenen und beispielsweise durch Bohrungen erzeugten Gruben unter der Sohle der Stützwand vorzunehmen. Die Träger werden in den gebohrten oder ausgehobenen Gruben/Bohrungen mittig platziert und die Gruben/Bohrungen anschließend mit zeitweise fließfähigem, gesteuert rückverfestigendem und selbstverdichtenden Verfüllbaustoff verfüllt. Vorzugsweise kommt auch hier RSS-Flüssigboden zum Einsatz.
Durch diese Maßnahme erhalten die Träger eine definierte stabile Einbindung in den Untergrund unter der Stützwand, die unter der Wirkung des Kippmomentes aus dem Erddruck und bei einem, dem Abstand der Träger zum Kipppunkt der Stützwand entsprechenden Hebel, eine zusätzlich stabilisierende Zugankerwirkung zur Folge hat und so gut rechnerisch zu erfassen und reproduzierbar herzustellen ist.
Aufgrund der Variabilität der Eigenschaften des Verfüllbaustoffs ist sowohl die Reibkraft zwischen Träger und Verfüllbaustoff als auch die Reibkraft zwischen Boden und Verfüllbaustoff, unter Berücksichtigung der Art und Feuchte des anstehenden Bodens einstellbar.
Auch über die Art des Einbaus des Trägers in Boden (Pressen; Drücken, Vibrieren oder Bohrungen mit Verfüllungen etc.) und entsprechend der Art und Feuchte des anstehenden Bodens wird die sich dabei ausbildende Reibkraft bei entstehendem Zug auf Grund des Kippmomentes der Stützwand vorbestimmt.
Optional sind die Träger der Stützwand oder einzelne Träger der Stützwand im anstehenden Erdreich rückverankert.
Optional ist die die Stützwand tiefer in den Baugrund eingebunden, als die Sohle der lastfreien Seite der Stützwand, die beispielsweise von einer Baugrube gebildet wird.
Überraschend hat sich gezeigt, dass bei der mathematisch abgesicherten Auslegung der erfindungsgemäßen Stützwand und der dieser Auslegung zugrunde liegenden gezielter Nutzung der zur Verfügung stehenden stabilisierend wirkenden Komponenten, die Stützwand nach eine Reihe von Parametern optimiert werden kann, beispielswiese dass eine geringere Wandstärke benötigt wird, als wenn lediglich die aus den Berechnungsverfahren nach dem Stand der Technik berücksichtigten Parameter in die Auslegung der Stützwand einbezogen werden.
Eine Variation der verwendeten Träger in der Art und Größe der genutzten Profile und damit auch der Größe der mit dem Boden und der Stützwand im Eingriff stehenden Trägerflächen und übertragbaren Reibkräfte als Teil der Rückstellmomente wird in die Optimierung der Stützwandauslegung bspw. bei der Bildung entsprechender numerischer FE Modelle einbezogen.
Sowohl in Längsrichtung der Stützwand kann der Abstand der Träger zueinander optional verändert (den Anforderungen angepasst ausgeführt) werden, als auch in der Breite der Wand können die Träger durch eine nähere Position zur Druckseite der Stützwand ein flacheres Gewölbe ausbilden. So wird die Kraftkomponente in Richtung der Baugrube reduziert. Voraussetzung ist, dass an den Enden der Stützwand eine ausreichende Widerlagerwirkung zur Verfügung steht.
Die beschriebene Wirkung wird beispielsweise auch dadurch erreicht, indem die mittels der Träger und der gezielt optimierten Eigenschaften des Verfüllmaterials variabel gestaltbare Gewölbewirkung als Teil der stabilisierenden Komponenten in die Auslegung der Stützwand einbezogen und dabei durch die Positionierung der Träger ein flacher Gewölbebogen ermöglicht wird und/oder die Gewölbewirkung mittels der gezielt einstellbaren Eigenschaften des Verfüllmaterials, speziell des RSS Flüssigbodens, für die Aufnahme größerer Kräfte ausgelegt wird.
Die Gewölbewirkung entsteht bei der erfindungsgemäßen Stützwand in doppelter Weise. Zum ersten bildet sich innerhalb des Verfüllbaustoffs der Stützwand zwischen den Trägern ein Gewölbe aus. Wenn die Träger in der Stützwand weiter auf der Seite des Erddruckes, in Richtung der Belastungsseite (des anstehenden Erdreichs oder sonstigen zurückzuhaltenden Materials) verschoben angeordnet sind, entsteht ein flacheres Gewölbe, als bei tieferer z.B. mittiger Anordnung in der Wand, so dass die parallel zur Stützwand wirkende Komponente des sich im Auflastpunkt des Trägers bildenden Kräfteparallelogramms des Gewölbeauflagers größer und die im 90° Winkel dazu wirkende Komponente in Richtung des Erdruckes geringer wird, das Kippmoment der Stützwand somit abnimmt. Bei einem sehr flachen Gewölbe kann der Träger bis zu weniger als 10 cm an die Druckseite der Stützwand heran verschoben sein, wobei das Minimum von der Art der eingesetzten Technik bespw. von der Verbautechnik und deren Plattenstärke, abhängig ist. Die für solche Wirkungen erforderlichen Widerlager an den Enden der Stützwand werden dabei durch andere Stützwände oder gezielte konstruktive Lösungen wir z.B. weitere Träger gebildet. Darüber hinaus bildet das auf der Belastungsseite anstehende Erdreich seinerseits eine Gewölbewirkung aus, indem an den durch die Träger fixierten Stellen ein Widerlager geboten wird, wobei sich zwischen den Widerlagern auch im anstehenden Erdreich Gewölbe ausbilden können, deren Ausformung von den gleichen Eigenschaften des anstehenden Erdreiches abhängen, die bei den hier zu verwendenden Verfüllmaterialien, speziell bei RSS Flüssigboden, gezielt verändert und für die Konstruktion optimal passend eingestellt werden können.
Bei der Gewölbewirkung wird ein über die DE 28 38 210 A1 hinausgehender Effekt durch die Verwendung des speziellen Verfüllbaustoffs erzielt. Dadurch, dass der Verfüllbaustoff im rückverfestigten Zustand eine ausgeprägte Elastizität mit definiertem, über die Rezeptur des Verfüllmaterials gezielt steuerbarem Last-Verformungsverhalten und gezielt steuerbare Scherparameter (Kohäsion und Reibung) aufweist, weicht er in ausreichender und über z.B. seine Elastizität steuerbarer Größe dem anstehenden Bodendruck aus, was den Partikeln des Stützkorns des anstehenden Bodens gestattet, sich unter Ausnutzung der Scherparameter stabil aneinander zu fixieren und das Gewölbe zwischen jeweils zwei Trägern auszubilden. Dies gestattet neben einer Reduzierung der Stützwandstärke auch größere Stützweiten, als sie bei der DE 28 38 210 A1 zu erreichen wären, bei der ein Leerraum zwischen zwei Schenkelelementen besteht.
Die entstehenden Gewölbe bewirken als eine der aufgrund des Erd- und/oder Wasserdrucks entstehenden zwei Kraftkomponenten Verschiebungskräfte an den Trägern innerhalb der Stützwand entlang der Längenausdehnung der Stützwand. Diese Verschiebungskräfte werden teilweise von der Stützwand selbst aufgenommen. Die verbliebenen Verschiebungskräfte werden vorteilhaft an den Enden der Wand (bei einer linearen Stützwand) durch andere, quer stehende Stützwände z.B. bei Baugruben oder gezielte konstruktive Widerlagerlösungen wie z.B. mittels Träger oder bei Richtungsänderungen der Wand in das anstehende Erdreich durch rein konstruktive Lösungen abgeleitet. Dies ist insbesondere notwendig, wenn das anstehende Erdreich nur eine geringe Festigkeit aufweist (bspw. Torfboden). Dazu greifen bspw. an den äußeren Trägern der Stützwand abstützende Träger an. Eine weitere bevorzugte Vorgehensweise sieht eine Verringerung des Trägerabstandes in der Nähe der Enden (bzw. von Richtungsänderungen) der Stützwand vor. Eine weitere geeignete Maßnahme besteht darin, die Träger einer Stützwand untereinander abzuspannen. Dazu kann bspw. ein oder mehrere Stahlseile die Träger untereinander entlang der Längserstreckung der Stützwand verbinden. Bevorzugt ist das Stahlseil an den oberen Enden der Träger bzw. in der Nähe der oberen Enden befestigt, so dass die Träger am unteren Ende durch die Gründung und am oberen durch das Stahlseil gegen Verschiebung fixiert sind. Optional kann das Stahlseil durch ein oder mehrere Stahlbänder oder -profile ersetzt oder ergänzt werden, die die oberen Enden der Träger entlang des Verlaufs der Stützwand verbinden.
Die erfindungsgemäße Stützwand kann weiterhin der Aufnahme von Schubkräften dienen und/oder einer Dichtwandfunktion und/oder eine schwingungsdämpfende Funktion übernehmen.
Optional ist die erfindungsgemäße Stützwand bzw. das verwendete Verfüllmaterial armiert. Bei der Armierung kann es sich neben anderen Möglichkeiten um eine Metallarmierung, eine Faserarmierung oder eine Armierung mittels Geotextil handeln.
Optional kann oberhalb der Baugrubenoberkante ein Teil der Stützwand auf der dem Erddruck abgewandten Seite bis in Höhe der Baugrubenoberkante abgetragen werden, ohne dass die Stützwand dadurch ihre Stabilität verliert. Die Stützwandbreite oberhalb der Baugrubenkante ist somit geringer, als die Breite der Stützwand in dem Teil, der in den Boden einbindet. Die Standfestigkeit der Stützwand wird aufgrund der Kohäsion des Verfüllbaustoffs und der sich ausbildenden Gewölbewirkung und der trotz der Schwächung der Wandstärke in ihrem oberen Bereich weiter erhalten bleibenden Schwergewichtswandwirkung ihre Tragfähigkeit behalten. Dieses Vorgehen ist nur bei Stützwänden möglich, die entweder in Ihrer ursprünglichen Breite bis unterhalb der Baugrubenkante ausreichend tief in den Untergrund eingebunden sind oder oberhalb der Baugrubensohle noch in einer Höhe, die etwa ihrer Stärke entspricht, nicht in ihrer Breite abgemindert wurden. Dieses Vorgehen ermöglicht eine vorteilhafte Raumersparnis bei engen Arbeitsverhältnissen auf der Baustelle bspw. wenn eine Zufahrt in eine Tiefgarage seitlich erfolgt und dabei die Stützwand in den Bereich der Zufahrt ragt.
In einer bevorzugten Ausführungsform schließt sich auf der dem anstehenden Erdreich abgewandten Seite der Stützwand eine Bodenplatte aus ebenfalls zeitweise fließfähigem Verfüllbaustoff mit geeigneten Eigenschaften an. Dieser Verfüllbaustoff ist vorzugsweise ebenfalls RSS Flüssigboden, im speziellen Fall auch wasserdicht und/oder wärmedämmend und/oder schwingungsdämpfend eingestellt und kann ebenfalls in einer der vorgenannten Formen armiert sein. Eine solche Bodenplatte hat eine zusätzlich versteifende und damit stabilisierende Wirkung, da sie wie eine Gurtung wirkt.
Ein Verfahren zur Auslegung und Ausführung einer alternativen Verbaulösung (insbesondere Stützwand) für Baugruben, Geländesprünge, Hänge und andere Anwendungen, sieht die Errichtung einer Stützwand aus einem temporär fließfähigen, selbstständig rückverfestigenden und selbstverdichtenden Verfüllbaustoff vor. Die Stützwand weist vertikale, in den Untergrund unterhalb der Stützwand reichende Träger (bspw. Doppel-T-Träger) auf, wobei für die Auslegung der in der Wirkung der beschriebenen Komponenten sehr komplexen Verbaulösung mathematische Modelle, wie z.B. FEM (FEM - Finite Elemente Methode) basierte numerische Verfahren und Modellbildungen, genutzt werden, um die Grenzen einer analytischen und bauteilbezogenen Auslegung und Nachweisführung überschreiten und das komplexe Bauwerkt besser und näher an den zulässigen Belastungsgrenzen optimieren und damit Energieverbrauch, Kosten und CO₂ Mengen reduzieren zu können. In die Auslegung, Nachweisführung und die Bauausführung werden mindestens einbezogen:

◯ die zwischen zwei Trägern auftretende und mittels der steuerbaren Eigenschaften des Verfüllmaterials optimierbare Gewölbewirkung des Verfüllbaustoffs der Stützwand,
◯ die minimale Breite der Stützwand, die sich aus der Breite der Träger in Richtung der Stützwandbreite zuzüglich der Höhe des sich durch die Gewölbewirkung im Verfüllbaustoff ausbildenden Gewölbes ergibt,

◯ ein durch die Anpassung des Abstandes der Träger zur Druckseite der Stützwand und damit der Anordnung der Träger in ihrer räumlichen Lage in der Breite der Stützwand veränderbares Kippmoment als Folge eines durch die flache oder stärker gewölbte Ausbildung des Gewölbebogens veränderten Kräfteparallelogramms am Träger.
◯ die Geometrie des Stützwandkörpers in Breite, Höhe, Einbindetiefe im Baugrund
◯ die Kipphemmung der Stützwand, die mittels der Einspannlänge der Träger und/oder der Stützwand im Untergrund steuerbar ist, die tiefer ausgeführt werden können, als bei einer ausschließlichen Berücksichtigung der Schubkräfte des anstehenden Erdreichs.

Bei der Auslegung der Stützwand kann so die Aufnahme von zusätzlichen Schubkräften und/oder Belastungen aus einer zusätzlich bei anstehendem Grundwasser erforderlichen Dichtwandfunktion und/oder einer schwingungsdämpfende Funktion einbezogen werden.
Eine ebenfalls wichtige Grundlage des zur Auslegung und Nachweisführung der Wand, sowie zur Ermittlung der Zieleigenschaften des Verfüllmaterials genutzten FEM-Modells sind die Eigenschaften des einzusetzenden Verfüllmaterials und die Berechnung von dessen Versagenszuständen, um ein Versagen im Belastungsfall gezielt vermeiden zu können.
Zusammenfassend kann man sagen, dass die erfindungsgemäße Lösung eine Reihe von Komponenten erstmals gezielt nutzbar macht, die die statische Wirkung der Stützwand im Vergleich zu bekannten Lösungen, aber auch die Material- und Kosteneffektivität, wie auch den erforderlichen Energieverbrauch und damit die verbundene Minimierung der CO₂ Entstehung bei dieser Lösung deutlich verbessern. Dies sind im Wesentlichen die folgenden Komponenten:

1. mathematische Abbildbarkeit der komplexen Wirkung aller Elemente der Stützwand in Form geeigneter z.B. FEM basierter numerischer Modelle zur statischen Nachweisführung komplexer Bauwerke und Lastsituationen mit dem Vorteil einer Optimierbarkeit des gesamten Bauwerkes im Gegensatz zu den bisher üblichen analytischen und rein bauteilbezogenen Nachweisführungen und zur Herleitung der erforderlichen Eigenschaften des zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffes für die Herstellung der Stützwände, aus berechneten Versagenszuständen der Stützwandkonstruktion und deren gezielte Einstellung mittels dafür zu entwickelnder Rezepturen
2. Einsatz aller vor Ort vorkommenden Bodenarten zur Herstellung des erforderlichen Verfüllbaustoffes der Stützwand mit ihren spezifischen Eigenschaften
3. gezielte Variation der erforderlichen Eigenschaften des genutzten Verfüllbaustoff der Stützwand (vorzugsweise RSS Flüssigboden) beispielsweise von:
1. a. Kohäsion,
2. b. Innerer Reibung,
3. c. Last-Verformungsverhalten,
4. d. Elastizität, Wasserdurchlässigkeit,
5. e. Biegefestigkeit,
6. f. Adhäsion
7. g. Reibkraft usw.
4. Armierung des Verfüllbaustoffes mittels Fasern oder anderer Armierungselemente
5. Breite der herzustellenden Stützwand (vorzugsweise RSS Wand) mit ihrem Anteil an einer stabilisierende Wirkung als Schwergewichtswand,
6. Variation einer zusätzlich nutzbaren Einbindetiefe der Stützwand in den Untergrund,
7. Variation der verwendeten Träger in der Einbindetiefe unter der Sohle der Stützwand,
8. Variation der verwendeten Träger in ihrem Abstand zueinander und damit der Anzahl der Träger pro Meter Stützwand,
9. Variation der verwendeten Träger in der Art und Größe der genutzten Profile und damit auch der Größe der mit dem Boden und der Stützwand im Eingriff stehenden Trägerflächen und übertragbaren Reibkräfte als Teil der Rückstellmomente
10. Variation der Entfernung des Trägers vom Kipppunkt der Stützwand,
11. Variation der Entfernung der Träger von der Außenseite der Stützwand und damit Schaffung einer Möglichkeit, die in Richtung Baugrube gerichtete Komponente des Erddrucks und damit des Kippmoments bei einer gezielt flachen Gewölbeausbildung zu minimieren,
12. einstellbare Reibkraft zwischen Träger und Verfüllbaustoff
13. einstellbare Reibkraft zwischen Boden und Verfüllbaustoff
14. Die Art des Einbaus des Trägers im Boden (Pressen; Drücken, Vibrieren oder Bohrungen mit Verfüllungen etc.) und die sich dabei ausbildende Reibkraft bei entstehendem Zug auf Grund des Kippmomentes
15. Rückverankerung einzelner oder aller Träger im Bedarfsfall und Möglichkeit der Aufnahme von in Längsrichtung der Wand wirkenden Verschiebekräften durch gegenseitige Rückverankerung der Träger in Längsrichtung der Wand
16. Einsatz einer Bodenplatte, hergestellt aus dem Verfüllbaustoff der Stützwände als zusätzlich stabilisierendes und versteifendes Element

Die erfindungsgemäße Lösung schafft stabilisierend wirkende Einflüsse auf die Standfestigkeit der erfindungsgemäßen Stützwand. Hinzu kommen wirtschaftliche Vorteile und Vorteile bei der Einhaltung der gesetzlichen Forderungen der Kreislaufwirtschaft und des Klimaschutzes durch Wiederverwendung örtlich anstehenden Bodens und energiearmer und damit CO₂ sparender Bauweisen. Zusätzlich gestattet der Einsatz numerischer Berechnungsmethoden die Beherrrschung auch komplexer Bauwerke und Lastzustände und damit eine deutlich näher an den Auslastungsgrenzen des Systems liegende Optimierung der einzusetzenden Materialien, erforderlichen Geometrien und Massen etc. und damit eine Minimierung der für die Herstellung des Bauwerks erforderlichen Energie und der dabei anfallenden CO₂ Mengen. Durch diese Möglichkeiten wird auch eine im Vergleich zu den erwähnten und bisher üblichen Verbaulösungen deutlich größere Flexibilität für die Lösung baustellenspezifischer Beschränkungen erzielt und ein relevanter Beitrag zur Lösung der Klimaschutzziele geleistet. Diese baustellenspezifischen Beschränkungen betreffen insbesondere:

- Platzprobleme
- Probleme mit der anstehenden Bebauung
- Probleme mit dynamischen Lasteinträgen in den Baugrund
- Grundwasserproblemen
- Problemen mit der Tragfähigkeit des Untergrunds
- Problemen mit der bodenmechanischen Zusammensetzung des Untergrundes wie z.B. Fels, größere Gesteinsbrocken usw.

Auf Grund der zusätzlich zur Wirkung einer Schwergewichtswand bei der erfindungsgemäßen Form der Stützwand hinzukommenden stabilisierend einsetzbaren Lösungen können schlankere und höhere Stützwände selbst bei Problemuntergründen und schwierigen Verhältnissen genutzt werden. So werden Platzprobleme selbst bei tieferen Baugruben besser gelöst, als mit bekannten Lösungen wie z.B. rückverankerte Spundwände oder überschneidende und bewährte Bohrpfahlwände usw. und die Einsatzgrenzen dieser Verbaulösung drastisch erweitert.
Die Nutzung des örtlich vorkommenden Bodenaushubs jeder Art und somit auch von Böden ohne bereits vorher vorkommende ausreichende Kohäsion, als Ausgangsmaterial für den zur Herstellung der Wand benötigten Verfüllbaustoff, bevorzugt RSS Flüssigboden, ist erstmals möglich. Dabei sind auch extreme Böden, wie beispielsweise selbst Torf zur Herstellung des RSS Flüssigbodens auf Grund der Spezifik dieses Verfahrens (friktional kohäsive Rückverfestigung) geeignet.
Als Ergebnis der vorgenannten Möglichkeiten werden in hohem Maße Ressourcen geschont und logistisch vorteilhaftere Prozesse möglich.
So können große Transportbewegungen entfallen, wie auch die damit verbundenen Energieaufwendungen, Kosten und energieverbrauchsbedingten CO₂ Mengen.
Auf herkömmliche Verbaulösungen und deren großen Aufwand wie z.B. Rückverankerungen, Spundwandbohlen usw. kann verzichtet werden.
Neue Lösungen für die rechnerische Nachweisführung auf numerischer Basis ermöglichen es, die komplexe Wirkung der neuartigen Kombination die RSS Wand statisch stabilisierender Faktoren erstmals gezielt zu nutzen und deren stabilisierende Potentiale so einzusetzen, dass die mit herkömmlichen Verbaulösungen nicht zur Verfügung stehenden Möglichkeiten dazu führen, dass die unter dem Druck des anstehenden Bodens, von in der Nähe befindlichen Bebauungen und/oder Verkehrslasten, wie auch dem Druck anstehenden Wassers stehende RSS Wand sicher genutzt werden kann.
Dabei ist besonders die Kombination von auf Abstand gehaltener und in den Untergrund der RSS Wand eingebauter Profile in einem ausgehobenen Raum mit bemessbarer, räumlicher Tiefe, mit der Anordnung der Träger in der Breite der Wand unter Entstehung einer gezielt nutzbaren Hebelwirkung und deren Einbindetiefe in den Untergrund unter der RSS Wand und die damit verbundenen Erdreaktionen, wie auch die gezielte Gestaltung der erforderlichen Eigenschaften des RSS Flüssigbodens wichtig. Diese Kombinationsmöglichkeiten sorgen für die wichtigsten der, die RSS Wand zusätzlich stabilisierenden Wirkungen, die man gezielt dafür einsetzen kann, um der RSS Wand unter den auf sie wirkenden Lasten eine ausreichende Stabilität zuordnen und nachweisen zu können.
Vorteile der neuen Lösung sind insbesondere die folgenden:

- Erstmals können über die Berechnung des Versagenszustandes der Stützwand und die Variation der zum Versagen führenden Ursachen auch die Eigenschaften des Wandmaterials, vorzugsweise von RSS Flüssigboden, gezielt erarbeitet und für eine sichere Herstellung der Stützwand vorgegeben werden.
- Die erstmals erfolgende Bestimmung der Grenzzustände der Materialeigenschaften des Verfüllmaterials, vorzugsweise RSS Flüssigbodens, wie z.B. Kohäsion, Reibung, Festigkeiten (qu), Elastizitäten (E) usw. und darauf basierende Erarbeitung der Zieleigenschaften des Materials kann zur Dimensionierung und Optimierung mit rechnerischer Nachweisführung der Stützwand mittels numerischer Methoden wie beispielswiese mittels FE Modelle und zur Optimierung einzelner, für die jeweilige Baustelle z.B. infolge örtlicher Bebauung oder örtlich vorkommender Bodenschichten, Grundwassers usw. besonders wichtiger Parameter genutzt werden.
- Erstmals können mit derartigen z.B. FEM basierten numerischen Nachweisverfahren auch komplexe Bauwerke und Lastzustände berechnet und das zu berechnende Bauwerk näher an den zulässigen Belastungsgrenzen optimiert werden, was mit bauteilbezogenen analytischen Nachweisen und Berechnungsverfahren nicht in gleicher Weise möglich ist.
- Erstmals können gezielt in und im Zusammenwirken mit dem Untergrund der Stützwand (RSS Wand) und dem Material, aus dem die Stützwand besteht, vorzugsweise RSS Flüssigboden mit hohen Reibkräften, Trägern, die in die Stützwand mit einer geplanten Geometrie der Träger, Trägerabstände, Trägerpositionen und Trägerlängen eingebaut werden, Zugkräfte erzeugt, dimensioniert und im Zusammenwirken mit einem Hebelarm (entsteht aufgrund der Entfernung zum Kipppunkt der Stützwand) als stabilisierendes Moment, entgegengesetzt dem Kippmoment, eingesetzt werden.
- Erstmals können mit Hilfe der vorgenannten Handlungen gezielt Erdreaktionen (Zugankerwirkung) erzeugt, dimensioniert und im Zusammenwirken mit der Einspannlänge des Trägers unter der Stützwand als ebenfalls stabilisierendes Moment, direkt entgegengesetzt dem Kippmoment, eingesetzt werden.
- Erstmals können mit Hilfe der vorgenannten Handlungen die zum Kippmoment der Stützwand führenden Kräfte aus dem Erddruck durch eine über die Lage der Träger zur erdseitigen Seite der Stützwand gesteuerte Beeinflussung der sich ausbildenden Gewölbewirkung in der Höhe des in Richtung Baugrube gerichteten Kraftanteils gezielt minimiert werden, wenn die erforderliche Widerlagerwirkung in Richtung der Stützwand gegeben ist oder gezielt hergestellt werden kann.
- Erstmals kann bei, für die Widerlagerwirkung ungeeigneten und in Sachen „Wandstärke der Stützwand“ nicht geometrisch begrenzten Situationen auch ein gegenteiliger Effekt erzeugt und genutzt werden.
- zusätzliche Nutzbarkeit statischer Reserven zur Verbesserung der Standfestigkeit der Stützwand bei „Einspannung“ der Stützwand im Boden unter der Ebene der Baugrubensohle und damit unterhalb des Kipppunktes der Stützwand.
- Steuerung der Reibkräfte am Träger über die Rezeptur des Verfüllbaustoffs (vorzugsweise RSS Flüssigboden), speziell, wenn der Träger mit seinem unter der Stützwand befindlichen Teil in einer mit Verfüllbaustoff (vorzugsweise RSS Flüssigboden) verfüllten Grube/Bohrung eingestellt wurde, aber auch für die Kraftübertragung (z.B. Gewicht des Trägers etc.) des in der Stützwand eingespannten Trägerteils.
- Gezielte Nutzung der Prüfbarkeit dieser Reibkräfte mit Prüfmethoden, die aus der Nachweisführung von Reibkräften im Verfüllbaustoff (vorzugsweise RSS Flüssigboden) bei Fernwärmeleitungen (KMR - Kunststoffmantelrohren) bekannt sind
- Die statischen Reserven der Stützwand können erstmals auch mit Hilfe einer zusätzlichen Erhöhung der Zugfestigkeit des Verfüllmaterials, vorzugsweise RSS Flüssigboden, vergrößert werden beispielsweise durch Nutzung einer Faserarmierung des Verfüllbaustoffes und entfalten ihre Wirkung in den verschiedenen Belastungssituationen, in denen eine innere Zugspannung im Verfüllmaterial entsteht.
- Es besteht die Möglichkeit der Nutzung weiterer Möglichkeiten zur Optimierung der Standfestigkeit der Stützwand mittels Einsatzes geeigneter Geotextilien und deren konstruktiver Nutzung unter Einsatz geeigneter Einbautechnologien.
- Es besteht weiterhin die Möglichkeit der besseren Aufnahme von in Längsrichtung der Wand wirkenden Kräften durch eine in gleicher Richtung wirkenden Verankerung der Träger miteinander.

Die eigentliche Bauausführung der Stützwand erfolgt mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Eine bevorzugte Vorgehensweise sieht dabei vor, dass zwei, in der Breite der vorgesehenen Stützwand beabstandete, parallele Wände (bspw. die Platten von Verbauboxen bzw. eine Verbaubox) in den Boden eingebracht werden. Anschließend wird das Erdreich aus dem Bereich zwischen den beiden beabstandeten Wänden entfernt. Nachfolgend werden die Träger gesetzt (bspw. bis zur vorgegebenen Einspanntiefe gerammt) oder aber die Gründung der Träger durch Bohrungen vorbereitet. Im Falle einer Einbindung in den Boden unter der Stützwand werden die Träger senkrecht in die vorbereiteten Gruben/Bohrungen eingebracht.
Optional können diese Gruben/Bohrungen separat mit temporär fließfähigem Verfüllbaustoff (vorzugsweise RSS Flüssigboden) verfüllt werden. Dieses Vorgehen bietet sich insbesondere an, wenn der Verfüllbaustoff für die Gruben/Bohrungen eine erhöhte Reibkraft besitzen soll, um zusätzliche statische Reserven zu aktivieren.
Anschließend wird der Graben zwischen den beabstandeten Wänden mit Verfüllbaustoff, vorzugsweise RSS Flüssigboden, verfüllt.
Optional ist es möglich, die Träger erst nach dem Verfüllen des Grabens zwischen den beabstandeten Wänden in den noch fließfähigen oder teilweise fließfähigen Verfüllbaustoff einzusetzen und im Boden durch Rammen, Drücken, Vibrieren etc. zu verankern. Eine weitere Vorgehensweise sieht das Rammen der Träger durch den bereits plastifizierenden oder schon verfestigten Verfüllbaustoff bis in den darunter liegenden Boden bis zur vorgesehenen Einspanntiefe vor.
Die Herstellung der Stützwand kann auch im Grundwasser erfolgen und ohne dass die als temporärer Verbau fungierenden Verbauboxen bis zur Sohle der Stützwand eingebracht werden. Dabei wird der Verfüllbaustoff, vorzugsweise RSS Flüssigboden temporär als Stützwandflüssigkeit analog einer Bentonitsuspension genutzt und in seine Eigenschaften z.B. seinem Rückverfestigungsverlauf dazu passend eingestellt.
Unmittelbar nach dem Einbringen des Verfüllbaustoffs werden die beabstandeten Wände (z.B. Verbauboxen) entfernt (gezogen). Nach dem ausreichenden Rückverfestigen des Verfüllmaterials und seiner Prüfung und Freigabe durch den haftenden Fachplaner kann das Erdreich auf der der Belastungsseite gegenüberliegenden Seite der Stützwand abgegraben oder auf sonstige Weise entfernt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist.
Figurenliste

1 zeigt schematisch die wichtigsten wirkenden Kräfte auf eine Stützwand.
2 zeigt schematisch die wichtigsten wirkenden Kräfte an der Stützwand mit einem abgetragenen Bereich 16. Die Stützwand geht aus einer Stützwand nach 1 durch Auskehlen des Bereichs 16 hervor. Erkennbar sind die Kräfte analog zu einer Stützwand ohne abgetragenen Bereich 16. Die Stützwandbreite im Bereich oberhalb der Baugrubenkante (hier repräsentiert durch den Kipppunkt K) ist geringer, als die Breite der Stützwand in dem Teil, der in den Boden einbindet.
3 Zeigt schematisch die Kräfte an einer Stützwand mit minimaler Breite. Die minimale Breite der Stützwand ergibt sich aus der Breite der Träger in Richtung der Breite der Stützwand zuzüglich der Höhe des sich ausbildenden Gewölbes. Der Verfüllbaustoff ist im Wesentlichen lediglich auf der Lastseite der Träger bzw. zwischen den Trägern angeordnet. Erkennbar verschiebt sich der Kipppunkt in Richtung der Träger. Dies kann bspw durch eine tiefere Einbindung der Träger und optional der gesamten Stützwand in den Untergrund kompensiert werden.
4 zeigt schematisch die geometrischen Verhältnisse, unter denen die Kräfte wirken.
5 zeigt schematisch die Stützwand 1, die aus einem Verfüllbaustoff 11 und den Trägern 12 besteht. Die Träger 12 weisen einen Abstand a zueinander auf. Sie Träger 12 sind mit einer Einspanntiefe E in den anstehenden Boden 2 eingelassen. Die Höhe H der Stützwand 1 entspricht in etwa der Höhe der Träger 12 (vorzugsweise ragen die Träger 12 geringfügig über den Verfüllbaustoff 11 hinaus). Der anstehende Boden ist in der vorliegenden Darstellung bindig, so dass die Träger 12 keiner umfangreicheren Gründung bedürfen.
6 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Stützwand 1. Die Träger 12 sind erkennbar in Richtung des anstehenden Bodens 2 in von der Breitenmitte der Stützwand 1 versetzt. Die Stützwand 1 weist eine Breite B auf.
7 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Stützwand 1 analog zu 5. Hier liegt jedoch ein sandiger Boden 2 vor. Daher sind die Träger mit eigenen Gründungslöchern 13 versehen, die mit an den Trägern haftendem Verfüllbaustoff aufgefüllt sind.
8 zeigt die Stützwand nach 7 schematisch in der Draufsicht.
9 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Stützwand 1 nach 5, bei der die Unterkante der Stützwand der Baugrubensohle entspricht und nicht, wie auch möglich, unter diese Sohltiefe geführt wird
10 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Stützwand 1 nach 5, hier jedoch mit einer anschließenden Bodenplatte 14 aus Verfüllbaustoff.
11 zeigt schematisch die Kraftverläufe der Gewölbewirkung bei geringem Abstand der Träger 12 (11a) zur Druckseite 15 der Stützwand und bei größerem Abstand der Träger 12 (11b) zur Druckseite 15 der Stützwand. Ein Vergleich von a) und b) zeigt, dass bei geringem Abstand der Träger 12 zur Druckseite 15 der Stützwand die Kraftkomponente F_B, die senkrecht zur Stützwand wirkt, seht viel kleiner ist, als bei größerem Abstand der Träger 12 zur Druckseite 15 der Stützwand z.B. bei mittiger Position. Dafür ist die in Richtung der Längenausdehnung der Stützwand 1 wirkende Kraft F_L in a) deutlich größer als in b).
12 zeigt schematisch, wie die Träger 12 in der Stützwand 1 in Richtung auf das anstehende Erdreich 2 versetzt sind, um die Gewölbewirkung mit dem geringerem Kippmoment zu erzielen. Der vom anstehenden Erdreich abgewandte Breitenabschnitt b2 der Stützwand 1 ist größer als der dem Erdreich zugewandte Breitenabschnitt b1 (gemessen von der Mitte der Träger 12) der Breite B. Grundsätzlich gilt die Aussage, je näher der Träger zur Druckseite hin gesetzt wird, desto flacher ist das sich in der Stützwand ausbildende Gewölbe und desto geringer ist der in Richtung der Baugrube gerichtete Anteil des sich am Angriffspunkt der Kraft, im Träger, bildenden Kräfteparallelogramms.
13 a) und 13 b) zeigen schematsich die zur Erstellung der FE-Modelle betrachteten Bohrprofile
14 zeigt die Verteilung der Bodenschichten im 3D-Modell
15 zeigt schematisch des FEM-Modell der Stützwand in perspektivischer Ansicht. Die verkleinerte Ansicht zeigt die Positionen der Träger.
16 zeigt das empfohlene Lastszenario der EAB
17 zeigt schematisch ein 3D-Modell und Nutzlasten für die RSS Wand-Zielbaugrube
18 zeigt schematisch die Nutzlasten für eine mittels RSS Wänden erstellte Zielbaugrube in Draufsicht.
19 zeigt schematisch die Gewölbewirkung - Richtungen der größten effektiven Hauptspannung (σ') in der RSS Wand

Ausführungsbeispiel 1
Unter Bezug auf die Figuren 1 und 4 wird erläutert, wie die Kräfte und geometrischen Verhältnisse zur Auslegung der Stützwand genutzt werden:

Positiv gehen die stabilisierenden Momente M_stab. ein:
- F_FBW - Gewichtskraft der Flüssigbodenwand
- F_Stahl - Gewichtskraft des Stahls der Träger
- F_BV - Vertikalkomponente der vom anstehenden Boden ausgeübten Kraft
- Negativ gehen die destabilisierenden Momente M_destab. ein:
  - F_VL - Verkehrslast
  - F_BH - horizontale Komponente der vom anstehenden Boden ausgeübten Kraft
- KW - Kippwirkung
- M_{Normaikräfte} - Momente, die über die Normalkräfte entstehen
- Die jeweiligen Abmessungen sind
- x1 - Breite der Stützwand
- x2 - horizontaler Abstand der Wirkungslinie des Schwerpunktes vom Kipppunkt K
- x3 - horizontaler Abstand der Träger vom Kipppunkt
- x4 - vertikaler Abstand der horizontalen Komponente der vom anstehenden Boden ausgeübten Kraft vom Kipppunkt K
- x5 - vertikaler Abstand der Verkehrslast vom Kippunkt K

Die Summe der positiven Momente ergibt sich nach: $\begin{array}{l} \sum M_{stab .} = F_{BV} * x 1 + F_{FBW} * x 2 + F_{Stahl} * x 3 \\ \sum M_{destab .} = F_{BH} + x 4 + F_{VL} * x 5 \end{array}$
Kippnachweis für Tragfähigkeit nach E7: $\frac{\sum M_{stab .}}{\sum M_{destab}} \Leftarrow 1,0$
Kippnachweis für Gebrauchstauglichkeit nach E7 (Eurocode 7): $\frac{\sum M_{destab}}{\sum M_{Normalkr \ddot{a} fte}} \Leftarrow \frac{Wandbreite (erste KW)}{6}$
Ausführungsbeispiel 2
RSS Wand Zielbaugrube und Startgrube
Verformungs- und Sicherheitsanalyse mittels FEM-basierter Nachweisführung
3D Finite Elemente Modelle
Betrachtete Bohrprofile, Bodenschichten und Grundwasserspiegel
Aufgrund der Lage des Einbaus der RSS Flüssigbodenbauwerke wurden die Bohrprofile 1130, BK 2 und B.5 betrachtet (s. 13). Auf Basis von fachplanerischen Betrachtungen wurden die Daten für den Grundwasserspiegel bei -3,5 m. u. GOK gewählt. Entsprechend der Folge der Bodenschichten in diesen Borprofilen wurde das nachfolgende Untergrundmodell genutzt (s. 14).
3D-FE-Diskretisierung und Abmessungen für die RSS Wand
Die dem FEM-Modell zugrunde gelegten Werte sind in 15: 3D FE-Modell für die RSS Wand dargestellt.
Bemerkung: Der obere Rand des Modells entspricht 0,0 m. u. GOK
Modellierung des Trägers HEB 360

Zur Modellierung der Träger wurden Volumenelemente und einen linear-elastisch Stoffgesetz verwendet. Volumenenlemente bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, eine geometrische Vereinfachung des Trägers, die eine zulässige Vereinfachung der Berechnung bewirkt, wobei das vereinfachte Element die gleiche Wirkung erzielt, wie das Originalelement. Hier gibt es eine Idealisierung des Trägers durch einen Ersatzbalken mit Rechteckprofil und äquivalenter Biegesteifigkeit (siehe Tabelle 1). Tabelle 1: Querschnittswerte für die Berechnung im 3D-Modell

HEB 360	Idealisierter Querschnitt

h = 0,36 m	h = 0,26 m
b = 0,30 m	b = 0,30 m
A = 0,018 m²	A = 0,078 m²
Material
S 235
Fy,k = 235 MN/m²
γ = 78,5 kN/m³
E = 210.000.000 kN/m²
v = 0,3

Lastzenarien nach EB 57 der EAB (5. Auflage)

Entlang des äußeren Baugrubenrandes stehen folgende Nutzlasten an: eine großflächige Gleichlast aus Baustellenverkehr und Baubetrieb p_k = 10 kN/m² als ständige Last und eine zusätzliche Ersatzstreifenlast aus Baggern und Hebezeugen q_k = 40 kN/m² (entspricht 30 t Betriebsgewicht). Die Streifenlast hat eine Breite b = 2,0 m bei einem Abstand a = 0,6 m von Baugrubenrand (16 in Verbindung mit Tabelle 2). Tabelle 2: Berechnung der Breite der Streifenlast

Gesamtlast (Gesamtgewicht des Gerätes)	Zusätzliche Streifenlast q'_k		Breite der Streifenlast q'k
Gesamtlast (Gesamtgewicht des Gerätes)	kein Abstand	Abstand 0,60 m	Breite der Streifenlast q'k
100 kN (10 t)	50 kN/m²	20 kN/m²	1,50 m
300 kN (30 t)	110 kN/m²	40 kN/m ²	2,00 m
500 kN (50 t)	140 kN/m²	50 kN/m²	2,50 m
700 kN (70 t)	150 kN/m²	60 kN/m²	3,00 m

Stoffmodell, Steifigkeiten und Schwerfestigkeiten der Materialien

Für die Projektion des Spannungs-Verformungs-Verhaltens des RSS FB's und des umgebenden Bodens wird auf Grund der vor Ort vorkommenden Bodenarten und des damit verbundenen Verhaltens unter Lasteinwirkung das Morh-Coulomb-Stoffmodell verwendet, das ein linear-elastische ideal-plastisches Verhalten beschreibt und das Mohr-Coulomb-Bruchkriterium beinhaltet (siehe Tabelle 3). Die Nutzlasten für die RSS Wand der Zielbaugrube sind in den Figuren 17 und 18 schematisch dargestellt. 19 zeigt schematisch die Gewölbewirkung - Richtungen der größten effektiven Hauptspannung (σ') in der RSS Wand. Tabelle 3: Im Modell verwendeten Stoffgesetzt, Steifigkeits- und Festigkeitsparametern

Material	Auffüllungen	Kiese u. Sande (lo-md)	Kiese u. Sande (dicht)	RSS FB
Stoffgesetz	Mohr-Coulomb
GW-Zustand	Dräniert	Dräniert/Undräniert	Undräniert	Dräniert
Y _unsat (kN/m ³ )	19,5	20	21	19
Y _sat (kN/m ³ )	21,5	22	22	19
E' (kN/m ² )	10000	50000	80000	15000
v' (-)	0,3
c' (kN/m ² )	0	0	0	25
ф' (°)	30	32,5	37,5	60
k _x (m/s)	1,0E-04	3.0E-03		1.0E-09
k (m/s)	1,0E-04	3.0E-03		1.0E-09

Kleinste effektive Hauptspannungen (σ'3) im Flüssigboden-Block:
Für die Abminderung der Schwerfestigkeit des Bodens und des RSS Flüssigbodens wurden folgende Bemessungswerte φ_d = tan φ_k / γ_φ / 1,15 und c_d = c_k / γ_c = c_k / 1,15 verwendet (siehe Tabelle 4). Tabelle 4: Bemessungswerte

Material Auffüllungen Kiese u. Sande (Iomd) Kiese u. Sande (dicht) RSS FB

c' (kN/m ² ) 0 0 0 21,7

ф' (°) 26,6 29 33,7 56

Die Teilsicherheitsbeiwerte für geotechnische Größen sind den Tabellen 5 (Teilsicherheitsbeiwerte für γ_F bzw. γ_E für Einwirkungen und Beanspruchungen) sowie Tabelle 6 (Teilsicherheitsbeiwerte γ_M für geotechnische Kenngrößen) zu entnehmen Tabelle 5 Teilsicherheitsbeiwerte für γ_F bzw. γ_E für Einwirkungen und Beanspruchungen

Einwirkung bzw. Beanspruchung	Formelzeichen	Bemessungssituation
Einwirkung bzw. Beanspruchung	Formelzeichen	BS-P	BS-T	BS-T/A	BSA
HYD und UPL: Grenzzustand des Versagens durch hydraulischen Grundbruch und Aufschwimmen
Destabilisierende ständige Einwirkungen	Y_G.dst	(1,05)	1,05	1,05	1,00
Stabilisierende ständige Einwirkungen	Y_G.stb	(0,95)	0,95	0,95	0,95
Destabilisierende veränderliche Einwirkungen	Y_Q.dst	(1,50)	1,30	1,15	1,00
Stabilisierende veränderliche Einwirkungen	Y_Q.stb	(0)	0	0	0
Strömungskraft bei günstigem Untergrund	Y_H	(1,35)	1,30	1,25	1,20
Strömungskraft bei ungünstigem Untergrund	Y_H	(1,80)	1,60	1,50	1,35

STR und GEO-2: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken, Bauteilen und Baugrund
Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen allgemein	Y_G	(1,35)	1,20	1,15	1,10
Beanspruchungen aus günstigen ständigen Einwirkungen	Y_G.inf	(1,00)	1,00	1,00	1,00
Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen aus Erdruhedruck	Y_G.E0	(1,20)	1,10	1,05	1,00
Beanspruchungen aus ungünstigen veränderlichen Einwirkungen allgemein	Y_Q	(1,50)	1,30	1,20	1,10
Beanspruchungen aus günstigen veränderlichen Einwirkungen	Y_Q	(0)	0	0	0
GEO-3: Grenzzustand des Versagens durch Verlust der Gesamtstandsicherheit
Ständige Einwirkungen	Y_G	(1,00)	1,00	1,00	1,00
Ungünstige veränderliche Einwirkungen	Y_Q	(1,30)	1,20	1,10	1,00

Tabelle 6 Teilsicherheitsbeiwerte γ_M für geotechnische Kenngrößen

Widerstand	Formelzeichen	Bemessungssituation
		BS-P	BS-T	BS-T/A	BS A

GEO-3: Grenzzustand des Versagens durch Verlust der Gesamtstandsicherheit
Reibungsbeiwert tan φ' des dränierten Bodens und Reibungsbeiwert tan φ_d des undränierten Bodens	Y_φ , Y_pu	(1,25)	1,15	1,13	1,10
Kohäsion c'des dränierten Bodens und Scherfestigkeit Cu des undränierten Bodens	Y_c, Y_cu	(1,25)	1,15	1,13	1,10

Sicherheitsfaktor für die RSS Wand-Zielbaugrube
Die Berechnungen ergaben einen globalen Sicherheitsfaktor GZT von 1,36.
Rezeptur des Flüssigbodens
Zugrundegelegt wird als Boden ein Mittelkies; stark mittelsandig, teils schluffig und relevantem Organikanteil (bis zu 7 % Glühverlust).

Tabelle 7: Sich aus den ermittelten Anforderungen ergebende Rezepturziele des Flüssigbodens und Kalkulationsrezeptur (Rezeptur liefert erst einmal für die Ausschreibung eine für alle Bieter geleiche Kalkulationsgrundlage und wird nach Umsetzung der durch die FEM basierte Statik vorgegebenen Eigenschaften in Form einer dann geprüften Rezeptur an die Baustellenziele angepasst)

Sollwerte
RSS-Wand
Einaxiale Druckfestigkeit (7 d, 20°C)	ca. 0,17-0,27 N/mm²
Wasserdurchlässigkeitswert nach DIN 18130 bei 10°C	<5,00E-08 m/s
Eu (7 d, 20°C)	>15 MN/m²
Kohäsion (7 d, 20°C)	>20 kN/m²
Abnahmekriterium (Penetrationswiderstand zum Abnahmedatum)	offen
Abnahmekriterium (Wichte zum Abnahmedatum)	offen

Kalkulationsrezeptur nach WN 20.01-A	Rezeptur-Nr.: 140-21 kf
Aufbereitetes Grundmaterial trocken:	1300-1500 kg/m³
FBC „RSS Breitband FBC 43.0.04318-6“	33-53 kg/m³
BCE „CEM I, 42.5 R“	36-66 kg/m³
Gesamtwasser (inkl. Eigenfeuchte)	300-470 kg/m³
Ausbreitmaß	Ca. 45-50 cm
Max. Toleranz Eigenfeuchte	1 % (≙ 13-15 kg H₂O/m3)

Endergebnis der Berechnung - resultierende Geometrie der Wand
Die Stützwand enstprechend Ausführungsbeispiel 2 ist 1,2m breit und 7 m (oberhalb der Baugrubensohle) hoch. Die Wandlänge beträgt entsprechend Vorgabe 30 m. Die Unterkante der Stützwand ist 1 m unterhalb der Baugrubensohle angeordnet.
Die oben berechneten Doppel-T-Träger sind mit einem Abstand von 3,5 m gesetzt und der Abstand der Träger zur Druckseite (der vom anstehenden Erdreich belasteten Seite der Stützwand) beträgt ca. 10-15 cm.
Die Einspannlänge der Träger beträgt 2m unter Baugrubensohle. Die Träger sind in Bohrlöchern mit einem Durchmesser von 60cm mittig angeordnet und mit Verfüllbaustoff, der identisch mit dem der Stützwand ist, verfüllt.
Bezugszeichenliste

FFBW: Gewichtskraft der Stützbodenwand
FStahl: Gewichtskraft des Stahls der Träger
FBV: Vertikalkomponente der vom anstehenden Boden ausgeübten Kraft
FVL: Verkehrslast
FBH: horizontale Komponente der vom anstehenden Boden ausgeübten Kraft
K: Kipppunkt; entspricht dem Punkt, durch den die Drehachse verlaufen würde, wenn die Stützwand kippt
x1: Breite der Stützwand
x2: horizontaler Abstand der Wirkungslinie des Schwerpunktes vom Kipppunkt K
x3: horizontaler Abstand der Träger vom Kipppunkt
x4: vertikaler Abstand der horizontalen Komponente der vom anstehenden Boden ausgeübten Kraft vom Kipppunkt K
x5: vertikaler Abstand der Verkehrslast vom Kipppunkt K
a: Abstand der Träger
b1: dem anstehenden Erdreich nächstgelegener Breitenabschnitt der Stützwand
b2: vom anstehenden Erdreich abgewandter Breitenabschnitt der Stützwand
B: Breite der Stützwand
E: Einspanntiefe der Träger
F: Kraft
FB: Kraftkomponente in Breitenrichtung der Stützwand
FL: Kraftkomponente in Richtung der Längserstreckung der Stützwand
H: Höhe der Stützwand
L: Längserstreckung der Stützwand
1: Stützwand
11: Verfüllbaustoff
12: Träger
13: Gründungslöcher der Träger mit Verfüllbaustoff verfüllt
14: Bodenplatte aus Verfüllbaustoff
15: der Belastungsseite (Druckseite) zugewandte Front der Stützwand
16: abgetragener Bereich der Stützwand
2: anstehender Boden
21: Oberkante des anstehenden Bodens
22: Geländeoberkante

Zitierte Nichtpatentliteratur

http://www.erddruckaufrohre.de/modelle/modelle.htm (Stand 20.07.2021)
FGSV 563 Hinweisblatt ZFSV „Hinweise für die Herstellung und Verwendung von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen im Erdbau“, Stand 2012,
FGSV Verlag GmbH, 50999 Köln · Wesselinger Straße 17 Internet: www.fgsv-verlag.de, ISBN 978-3-86446-033-3
RAL-GZ 507, Güte- und Prüfbestimmungen, Stand 2014 und 2019

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4312570 C2 [0004]
DE 2838210 A1 [0006, 0032]

Claims

Stützwand aus einem temporär fließfähigen, selbstständig rückverfestigenden und selbstverdichtenden Verfüllbaustoff, wobei die Stützwand durch vertikale, in den Untergrund unterhalb der Stützwand mit anforderungsgerecht ausgeführter Tiefe reichende Träger unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ◯ die Träger in der Stützwand so weit, wie vom nötigen Kraftanteil in Richtung Baugrube im Fußpunkt der sich zwischen den Trägern ausbildenden Gewölbebögen her erforderlich, zur Druckseite der Stützwand verschoben, angeordnet sind, ◯ die Einspannlänge der Träger im Untergrund unter der Sohle des Stützwandkörpers auch tiefer ausführbar ist, als bei einer ausschließlichen Berücksichtigung der Schubkräfte des anstehenden Erdreichs, ◯ der Abstand der Träger zueinander die Art und Größe der Gewölbewirkung ausnutzt, wobei die in Richtung des Erddrucks wirkende Komponente des sich bei der Gewölbewirkung ergebenden Kräfteparallelogramms durch den Abstand der Träger zur erdseitigen Kante des Stützwandkörpers variiert und gezielt minimiert wird.
Stützwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung der Einspannlänge der Träger im Boden mittels des selbstständig rückverfestigenden und selbstverdichtenden Verfüllbaustoff erfolgt.
Stützwand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Reibkraft zwischen Träger und Verfüllbaustoff als auch die Reibkraft zwischen Boden und Verfüllbaustoff durch die Variation der Eigenschaften des Verfüllbaustoffs und entsprechend der Art und Feuchte des anstehenden Bodens eingestellt ist.
Stützwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich ausbildende Reibkraft bei entstehendem Zug auf die Träger auf Grund des Kippmomentes der Stützwand mittels der Art des Einbaus des Trägers in den Boden, insbesondere mittels Pressen; Drücken, Vibrieren oder Bohrungen mit Verfüllungen etc., sowie entsprechend der Art und Feuchte des anstehenden Bodens eingestellt ist.
Stützwand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verringerung des Trägerabstandes in der Nähe der Enden bzw. von Richtungsänderungen der Stützwand zur Aufnahme der Verschiebekräfte der Gewölbewirkung in Längsrichtung der Stützwand gezielt vorgenommen ist.
Stützwand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den äußeren Trägern der Stützwand abstützende Träger angeordnet sind, die die Verschiebekräfte der Gewölbewirkung in den Boden ableiten.
Stützwand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger der Stützwand untereinander an den oberen Enden der Träger bzw. in der Nähe der oberen Enden abgespannt sind.
Stützwand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abspannen mittels eines oder mehrerer Stahlseile oder Stahlbänder oder Stahlprofile erfolgt, welche die Träger untereinander entlang der Erstreckung der Stützwand verbinden.
Stützwand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger der Stützwand oder einzelne Träger rückverankert sind.
Stützwand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützwand armiert und/oder wasserdicht ist.
Stützwand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Armierung um eine Metallarmierung, eine Faserarmierung oder eine Armierung mittels Geotextil handelt.
Stützwand nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützwand tiefer in den Baugrund einbindet, als die Sohle der Stützwand.
Stützwand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Baugrubenoberkante ein Teil der Stützwand auf der dem Erddruck abgewandten Seite derart abgetragen ist, dass ◯ die Stützwandbreite geringer ist, als die Breite der Stützwand in dem Teil, der in den Boden einbindet, oder aber, ◯ die Stützwand über der Höhe der Baugrubensohle in einer Höhe, die im Minimum etwa der Breite der Stützwand entspricht, nicht abgetragen ist.
Stützwand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Stützwand auf der von der Belastungsseite abgewandten Seite eine Bodenplatte aus ebenfalls zeitweise fließfähigem Verfüllbaustoff mit geeigneten Eigenschaften anschließt, die optional armiert ist.
Stützwand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte wasserdicht und/oder wärmedämmend und/oder schwingungsdämpfend ist.