EP4296431A1

EP4296431A1 - Verfahren zum auslegen und bilden einer stützwand im boden sowie stützwand

Info

Publication number: EP4296431A1
Application number: EP22180995.7A
Authority: EP
Inventors: Klaus IDDA
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2023-12-27
Also published as: WO2023247094A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslegen und Bilden einer Stützwand im Boden mit einer geforderten Soll-Wandsteifigkeit aus einem Bodenmörtel, welcher im Boden durch Vermischen von Bodenmaterial und einer Zementsuspension hergestellt wird und vertikal gerichteten Stützträgern, welche in den Bodenmörtel eingestellt und darin angeordnet werden, wobei die Anordnung der Stützträger mit einer Gesamtträgersteifigkeit ausgelegt ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stützträger derart angeordnet werden, dass die ausgelegte Gesamtträgersteifigkeit kleiner als die geforderte Soll-Wandsteifigkeit ist, und dass bei der Auslegung und Anordnung der Stützträger ein zusätzlicher Steifigkeitsanteil zugerechnet wird, welcher sich aus zumindest einem angrenzenden Wandabschnitt aus Bodenmörtel ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslegen und Bilden einer Stützwand im Boden mit einer geforderten Soll-Wandfestigkeit aus einem Bodenmörtel, welche im Boden durch Vermischen von Bodenmaterial und einer Zementsuspension hergestellt wird, und vertikal gerichteten Stützträgern, welche in den Bodenmörtel eingestellt und darin angeordnet werden, wobei die Anordnung der Stützträger mit einer Gesamtträgersteifigkeit ausgelegt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Stützwand im Boden mit einer geforderten Soll-Wandfestigkeit aus einem Bodenmörtel, welcher im Boden durch Vermischen von Bodenmaterial und einer Zementsuspension hergestellt ist und vertikal gerichteten Trägern, welche zum Bilden der Stützwand in den Bodenmörtel eingestellt und darin angeordnet sind, wobei die Anordnung der Stützträger mit einer Gesamtträgersteifigkeit ausgelegt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Aus der EP 1452645 B2 geht ein Verfahren zum Erstellen einer Schlitzwand im Boden hervor, bei welchem eine Schlitzwandfräse mit drehend angetriebenen Fräsrädern in den Boden abgesenkt wird, wobei Bodenmaterial abgeräumt und zerkleinert wird. Das abgeräumte Bodenmaterial wird innerhalb des Frässchlitzes mit einer abbindbaren Flüssigkeit durchmischt, wobei ein sogenannter Bodenmörtel gebildet wird. Vor einem Aushärten des Bodenmörtels wird die Schlitzwandfräse wieder aus dem mit Bodenmörtel gefüllten Frässchlitz rückgezogen. Weiterhin ist es möglich, vor dem Aushärten des Bodenmörtels zu der Stützwand Stützträger über einen Kran in den Bodenmörtel einzusetzen.
Eine derartige Stützwand kann beispielsweise als eine Baugrubenumschließung dienen.
Ein derartiges Verfahren zum Herstellen einer Stützwand im Boden aus einem Bodenmörtel wird auch als CSM^™ - Verfahren bezeichnet.
Grundsätzlich ist es auch bekannt, mittels einer Bohr- und Mischschnecke und insbesondere einer Anordnung von parallelen nebeneinander angeordneten Bohr- und Mischschnecken in ähnlicher Weise eine Stütz- oder Bohrwand im Boden aus einem Bodenmörtel zu bilden. Dabei wird das beim Bohren abgetragene Bodenmaterial noch in der Bohrung mit einer abbindbaren Flüssigkeit zum Bilden eines Bodenmörtels vermengt. Zum Erreichen einer gewünschten Tragfähigkeit der Wand werden in den Bodenmörtel Stützträger vertikal eingesetzt.
Ein großer Vorteil der Verfahren zur Erstellung einer Stützwand mit einem Bodenmörtel besteht darin, dass kaum oder idealerweise kein Abraum an abgetragenen Bodenmaterial anfällt, der entsorgt werden muss. Dies reduziert Transport- und Deponiekosten für abgetragenes Bodenmaterial. Zudem wird ein Verbrauch von Kies und Sand und damit verbundenen Kosten entsprechend reduziert oder im Idealfall sogar ganz vermieden.
Allerdings ist bei der Nutzung von Bodenmörtel, welcher in situ in einem Frässchlitz oder einem Bohrloch erzeugt wird, hinsichtlich einer Querkraftbelastung, welche eine Stützwand im Boden ausgesetzt ist, kein definierter Festigkeitswert zuordbar. Für diese Belastung ist es bei der Erstellung von Stützwänden mit Bodenmörtel üblich, Stützträger so auszulegen und in der Stützwand anzuordnen, dass eine geforderte Soll-Wandsteifigkeit schon allein durch die Gesamtträgersteifigkeit der eingestellten Stützträger gegeben und sichergestellt ist. Die Summe der Steifigkeiten/Festigkeiten der eingesetzten Stützträger ist somit größer als die geforderte Soll-Wandsteifigkeit oder Gesamtfestigkeit der zu erstellenden Stützwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Stützwand anzugeben, mit welchen eine besonders gute Sicherheit und Wirtschaftlichkeit bei einer Stützwand im Boden erreicht werden.
Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch eine Stützwand mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützträger derart angeordnet werden, dass die ausgelegte Gesamtträgersteifigkeit kleiner als die geforderte Soll-Wandsteifigkeit ist, und dass bei der Auslegung und Anordnung der Stützträger ein zusätzlicher Steifigkeitsanteil zugerechnet wird, welcher sich aus zumindest einem angrenzenden Wandabschnitt aus Bodenmörtel ergibt.
Eine Grundidee der Erfindung liegt darin, beim Bilden einer Stützwand aus einem Bodenmörtel die notwendigen Stützträger hinsichtlich ihrer Größe, Anzahl und Anordnung derart auszulegen, dass deren in Summe gebildete Gesamtträgersteifigkeit kleiner ist als eine ausgelegte und geforderte Soll-Wandsteifigkeit der Stützwand. Hierdurch kann Material für Stützträger eingespart und der Aufwand zum Einstellen von Stützträgern reduziert werden. Dies vermindert den Arbeits- und Zeitaufwand und damit die Kosten zur Erstellung der Stützwand. Die Soll-Wandsteifigkeit kann dabei insbesondere durch eine Bauzulassungsbehörde oder durch statische Vorgaben für ein zu erstellendes Bauwerk vorgegeben sein.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass bei einer Stützwand aus Bodenmörtel der umgebende Bodenmörtel nachweislich zur Wandsteifigkeit der Stützwand beiträgt. Insbesondere kann so die Gesamtträgersteifigkeit der eingestellten Stützträger in Summe um zumindest 10%, vorzugsweise um zumindest 20% unterhalb des geforderten Wertes für die Soll-Wandsteifigkeit der auszubildenden Stützwand liegen.
Die Erfindung beruht auf intensiven Versuchen und Berechnungen der Anmelderin, dass der Bodenmörtel abhängig von seiner Ausgestaltung einen zuverlässigen Anteil der Steifigkeit und auch der Festigkeit der Stützwand beiträgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass außer den Stützträgern keine zusätzlichen Bewehrungselemente in den Bodenmörtel eingebracht werden. Zur Bewährung werden ausschließlich die im Wesentlichen vertikal gerichteten Stützträger vor dem Aushärten des Bodenmörtels in das Loch im Boden mit dem Bodenmörtel eingesetzt. Zusätzliche Querträger oder Querbleche an den Stützträgern können entfallen.
Im Sinne der Erfindung sind Stützträger durch Walzen oder Gießformen hergestellte Längs- oder Tragprofile mit einem im Wesentlichen einheitlichen Querschnittsprofil. Besonders bevorzugt ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung, dass als Stützträger Stahlträger, insbesondere mit dem C-Profil, einem H-Profil oder einem I-Profil eingestellt werden. Derartige Stützträger aus Stahl sind als Standardprofile mit einer vorgegebenen Steifigkeit und Festigkeit relativ kostengünstig und zuverlässig erhältlich.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung liegt darin, dass die Stützträger frei von Verbundelementen zum Bodenmörtel gehalten sind. Insbesondere können so die länglichen Stahlträger frei von Schrauben, Haken oder sonstigen Vorsprüngen gehalten werden, welche vor einem Einbringen in den Bodenmörtel ansonsten in aufwendiger Weise an den länglichen Stützträgern angebracht werden müssten.
Eine weitere zweckmäßige Verfahrensvariante besteht darin, dass sich der zusätzliche Steifigkeitsanteil M_c,d an einem Stützträger durch den mindestens einen angrenzenden Wandabschnitt aus Bodenmörtel bestimmt nach der Formel: $M_{c, d} = D_{c, d} \times e_{c, d,}$

wobei: D_c,d = A_c,x x 0,85 x f_cd mit: f_c,d = a_c × f_m,k : γm und
wobei:
- D_c,d die Design-Druckkraft des Bodenmörtels ist;
- der Index c (concrete) eine Größe kennzeichnet, die dem Bodenmörtel zuzuordnen ist; der Index d (design) eine Bemessungsgröße kennzeichnet, d.h. bei der Bestimmung wurden entsprechende Teilsicherheiten berücksichtigt; und
- der Index x sich auf die Beton-Druckzone bezieht, also hier im auf die Druckzone des Bodenmörtels.

Weiter ist ym ("Gamma m") der Teilsicherheitsbeiwert für das Material mit einer Grö-βenordnung von vorzugsweise zwischen 1,5 - 1,8 [-].
fcd ist der abgeminderte Wert der Druckfestigkeit des Baustoffes mit einer Größenordnung von vorzugsweise zwischen 0,5 - 30 [MPa].
fmk ist der nicht abgeminderte Wert der Druckfestigkeit des Baustoffes mit einer Größenordnung von vorzugsweise zwischen 0,5 - 50 [MPa].
Acx ist die Fläche des Druckbereiches im Querschnitt mit einer Größenordnung von vorzugsweise zwischen 0,5 - 3 [m²].
Dcd ist die Druckkraft. Die Größenordnung ergibt sich aus der Berechnung der oben angegeben Werte [MN].
ecd ist ein innerer Hebelarm von Dcd mit einer Größenordnung von vorzugsweise zwischen 0,1 -0,5 [m].
Nach einer Weiterbildung ist es zudem bevorzugt, dass sich die Gesamtträgerfestigkeit M_R,d ergibt aus der Formel: $M_{R, d} = \sum D_{i, d} \times e_{i, z} = D_{c, d} \times e_{c, d} + D_{s, d} \times e_{s, d} + Z_{s, d} \times e_{s, z},$
wobei M_R,d ≥ M_E,d und

der Index eine Größe bezeichnet, die dem Stützträger-Teilquerschnitt zuzuordnen ist; der Index R für resistance, also Widerstände steht;
der Indes E für Einwirkungen steht;
M Momente bezeichnet;
D Druckkräfte und Z Zugkräfte bezeichnen; und
e der innere Hebelarm ist.

Grundsätzlich kann die Stützwand im Boden mit dem Bodenmörtel in jeder geeigneten Weise hergestellt werden. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung, dass ein Frässchlitz im Boden durch Fräsen gebildet wird, wobei abgetragenes Bodenmaterial im Frässchlitz durch Zuleiten von und Vermengen mit einer Zementsuspension zu dem Bodenmörtel verarbeitet wird. Der Bodenmörtel wird somit In Situ innerhalb des Frässchlitzes durch Vermengen des abgefrästen Bodenmateriales mit zugeführter Zementsuspension gebildet. Die Zement-suspension kann dabei unmittelbar an einer Schlitzwandfräse in den Bereich der Fräsräder zugeführt werden. Die Fräsräder können dabei eine mehrfache Funktion übernehmen, nämlich das Abfräsen des Bodenmateriales und gleichzeitig ein Vermischen des abgefrästen Bodenmateriales mit der zugeführten Zementsuspension. Hierdurch kann in besonders zweckmäßiger Weise ein Bodenmörtel unmittelbar in dem Frässchlitz erstellt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass ein Bohrloch im Boden durch Bohren gebildet wird, wobei abgetragenes Bodenmaterial im Bohrloch zu Zuleiten von und Vermengen mit einer Zementsuspension zu dem Bodenmörtel verarbeitet wird. Das Bohrloch kann insbesondere durch ein Erdbohrgerät mit einem länglichen Bohrwerkzeug erstellt werden, welches an seiner Unterseite eine Abtragseinrichtung zum Abtragen von Bodenmaterial aufweist. Das abgetragene Bodenmaterial kann über eine Förderschnecke in einen rückwärtigen Bereich des Bohrlochs abgefördert werden. In diesem Bereich können radial an einem Bohrstrang vorstehende Mischelemente angeordnet sein, durch welche das abgebohrte und zerkleinerte Bodenmaterial mit zugeführter Zementsuspension zu dem Bodenmörtel vermischt wird. Die Zementsuspension kann vorzugsweise über einen hohlen Bohrstrang des Bohrwerkzeuges zugeleitet werden und am unteren Ende des Bohrstranges und/oder durch Austrittsöffnungen entlang des Bohrstranges in das Bohrloch austreten.
Eine besonders effiziente Verfahrensvariante ergibt sich dabei dadurch, dass zum Bilden der Stützwand mehrere Bohrlöcher nebeneinander im Boden durch Bohren gebildet werden. Die Bohrwerkzeuge können dabei parallel zueinander so angeordnet und ausgebildet sein, dass diese sich überschneidende Bohrlöcher erstellen, so dass längliche Schlitzelemente im Boden erstellt werden können.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Stützwand im Boden, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Stützträger derart angeordnet sind, dass die ausgelegte Gesamtträgersteifigkeit kleiner als die geforderte Soll-Wandsteifigkeit ist, und dass die Stützträger mit einem zusätzlichen Steifigkeitsanteil ausgelegt und angeordnet sind, welcher sich aus zumindest einem angrenzenden Wandabschnitt aus Bodenmörtel ergibt. Die Stützwand kann insbesondere durch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren gebildet sein. Hierbei können sich die zuvor beschriebenen Vorteile ergeben.
Grundsätzlich kann die Stützwand eine lineare oder gebogene Wand im Boden bilden. Ein besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stützwand besteht darin, dass diese ringförmig zum Bilden einer Baugrubenumschließung ausgebildet ist.

Claims

Verfahren zum Auslegen und Bilden einer Stützwand im Boden mit einer geforderten Soll-Wandsteifigkeit aus
einem Bodenmörtel, welcher im Boden durch Vermischen von Bodenmaterial und einer Zementsuspension hergestellt wird und

vertikal gerichteten Stützträgern, welche in den Bodenmörtel eingestellt und darin angeordnet werden, wobei die Anordnung der Stützträger mit einer Gesamtträgersteifigkeit ausgelegt ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Stützträger derart angeordnet werden, dass die ausgelegte Gesamtträgersteifigkeit kleiner als die geforderte Soll-Wandsteifigkeit ist, und

dass bei der Auslegung und Anordnung der Stützträger ein zusätzlicher Steifigkeitsanteil zugerechnet wird, welcher sich aus zumindest einem angrenzenden Wandabschnitt aus Bodenmörtel ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass außer den Stützträgern keine zusätzlichen Bewehrungselemente in den Bodenmörtel eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Stützträger Stahlträger, insbesondere mit einem C-Profil, einem H-Profil oder einem I-Profil eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützträger frei von Verbundelementen zum Bodenmörtel gehalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,

dass sich der zusätzliche Steifigkeitsanteil M_c,d an einem Stützträger durch den mindestens einen angrenzenden Wandabschnitt aus Bodenmörtel bestimmt nach der Formel: $M_{c, d} = D_{c, d} \times e_{c, d,}$

wobei: D_c,d = A_c,x × 0,85 × f_cd mit: f_c,d = a_c × f_m,k : Y_M und

wobei:
D_c,d die Design-Druckkraft des Bodenmörtels ist;

der Index c (concrete) eine Größe kennzeichnet, die dem Bodenmörtel zuzuordnen ist;

der Index d (design) eine Bemessungsgröße kennzeichnet, d.h. bei der Bestimmung wurden entsprechende Teilsicherheiten berücksichtigt; und

der Index x sich auf die Beton-Druckzone bezieht, also hier im auf die Druckzone des Bodenmörtels.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

dass sich die Gesamtträgerfestigkeit M_R,d ergibt aus der Formel: $M_{R, d} = \sum D_{i, d} \times e_{i, z} = D_{c, d} \times e_{c, d} + D_{s, d} \times e_{s, d} + Z_{s, d} \times e_{s, z},$

wobei M_R,d ≥ M_E,d und

der Index eine Größe bezeichnet, die dem Stützträger-Teilquerschnitt zuzuordnen ist;

der Index R für resistance, also Widerstände steht;

der Indes E für Einwirkungen steht;

M Momente bezeichnet;

D Druckkräfte und Z Zugkräfte bezeichnen; und

e der innere Hebelarm ist.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Frässchlitz im Boden durch Fräsen gebildet wird, wobei abgetragenes Bodenmaterial im Frässchlitz durch Zuleiten von und Vermengen mir einer Zementsuspension zu dem Bodenmörtel verarbeitet wird.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Bohrloch im Boden durch Bohren gebildet wird, wobei abgetragenes Bodenmaterial im Bohrloch durch Zuleiten von und Vermengen mir einer Zementsuspension zu dem Bodenmörtel verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Bilden der Stützwand mehrere Bohrlöcher nebeneinander im Boden durch Bohren gebildet werden.
Stützwand im Boden, welche insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gebildet ist, mit einer geforderten Soll-Wandsteifigkeit aus einem Bodenmörtel, welcher im Boden durch Vermischen von Bodenmaterial und einer Zementsuspension hergestellt ist und vertikal gerichteten Stützträgern, welche zum Bilden der Stützwand in den Bodenmörtel eingestellt und darin angeordnet sind, wobei die Anordnung der Stützträger mit einer Gesamtträgersteifigkeit ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet,

dass die Stützträger derart angeordnet sind, dass die ausgelegte Gesamtträgersteifigkeit kleiner als die geforderte Soll-Wandsteifigkeit ist, und

dass die Stützträger mit einem zusätzlichen Steifigkeitsanteil ausgelegt und angeordnet sind, welcher sich aus zumindest einem angrenzenden Wandabschnitt aus Bodenmörtel ergibt.
Stützwand nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützwand ringförmig zum Bilden einer Baugrubenumschließung ausgebildet ist.