Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Grundlagen
1.1 Maßgebende Vorschriften
1.2 Konstruktive Vorgaben
1.3 Neues Sicherheitskonzept
1.4 Einwirkungen
1.5 Bodenkenngrößen
2 Aktiver und passiver Erddruck
2.1 Allgemeines
2.2 Wandreibungswinkel und Erddruckneigungswinkel
2.3 Größe des aktiven Erddrucks
2.4 Verteilung des aktiven Erddrucks
2.5 Erdwiderstand vor Spundwänden und Ortbetonwänden
2.6 Erdwiderstand vor Trägerbohlwänden und aufgelösten Pfahlwänden
3 Nachweis der Standsicherheit
3.1 Grenzzustände
3.2 Ablauf der Berechnung
3.3 Berechnungsverfahren
3.4 Ermittlung und Nachweis der Einbindetiefe
3.5 Ermittlung der Schnittgrößen
3.6 Zulässige Vereinfachungen
3.7 Vorberechnungen
3.8 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit
4 Unverkleidete Baugrubenwände
4.1 Baugrubenwände ohne rechnerischen Standsicherheitsnachweis
4.2 Standsicherheitsuntersuchung mit Tabellenwerten
4.3 Nachweis der Sicherheit gegen Böschungsbruch
5 Nicht gestützte, im Boden eingespannte Baugrubenwände
5.1 Einspannung im Untergrund
5.2 Lastansätze und Bodenreaktionen
5.3 Ermittlung von Einbindetiefen und Schnittgrößen
5.4 Ermittlung von Bewegungen und Verformungen
6 Einmal gestützte Baugrubenwände
6.1 Lastbilder
6.2 Ermittlung von Einbindetiefen und Schnittgrößen bei freier Auflagerung im Boden
6.3 Ermittlung von Einbindetiefen und Schnittgrößen bei beliebiger Fußauflagerung
6.4 Berücksichtigung von Nutzlasten
6.5 Korrektur der Wandfußverschiebung mit einer Mobilisierungsfunktion
7 Mehrmals gestützte Baugrubenwände
7.1 Lastbilder für zweimal gestützte Baugrubenwände
7.2 Lastbilder für dreimal oder öfter gestützte Baugrubenwände
7.3 Ermittlung von Einbindetiefen und Schnittgrößen
7.4 Lastbilder und Schnittgrößen in den Rückbauzuständen
7.5 Berücksichtigung von Nutzlasten
8 Bettungsmodulverfahren
8.1 Grundlagen
8.2 Bilinearer Ansatz und Ermittlung des zugehörigen Bettungsmoduls
8.3 Nichtlineare Bettungsansätze
8.4 Gestützte Wände
8.5 Nachweis der Einbindetiefe
9 Finite-Elemente-Methode
9.1 Einführung
9.2 Vorgaben aus Regelwerken
9.3 Einschlägige Veröffentlichungen
9.4 Vorschläge zur Anwendung
10 Gleichgewichtsbedingungen
10.1 Gleichgewicht der waagerechten Kräfte bei Trägerbohlwänden
10.2 Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstands
10.3 Abtragung von Vertikalkräften in den Untergrund
10.4 Sicherheit gegen Aufbruch der Baugrubensohle
10.5 Sicherheit gegen Geländebruch
11 Bemessung der Einzelteile
11.1 Ausfachung von Trägerbohlwänden
11.2 Bohlträger, Spundwände und Kanaldielen
11.3 Ortbetonwände
11.4 Gurte und Auswechslungen
11.5 Steifen
11.6 Verankerungen
12 Berechnungsbeispiele
12.1 Nachweis der Böschungsstandsicherheit mit Tabellenwerten
12.2 Nachweis der Böschungsstandsicherheit mit dem lamellenfreien Gleitkreisverfahren
12.3 Erddruckermittlung für eine im Boden eingespannte, nicht gestützte Spundwand
12.4 Erddruckermittlung für eine Baggerlast
12.5 Ermittlung des Erdwiderstands vor einer Trägerbohlwand
12.6 Nicht gestützte, im Boden eingespannte Trägerbohlwand in nichtbindigem Boden
12.7 Nicht gestützte, im Boden eingespannte Spundwand in bindigem Boden
12.8 Einmal ausgesteifte, im Boden frei aufgelagerte Schlitzwand in geschichtetem Boden
12.9 Korrektur der Wandfußverschiebung mit Hilfe einer Mobilisierungsfunktion
12.10 Nachweis der Einbindetiefe bei Anwendung des Bettungsmodulverfahrens
12.11 Nachweis der Einbindetiefe bei Anwendung der Finite-Elemente-Methode
12.12 Nachweis der Sicherheit gegen Aufbruch der Baugrubensohle
12.13 Nachweis der Standsicherheit einer Verankerung
13 Tabellen
13.1 Erfahrungswerte für Bodenkenngrößen
13.2 Beiwerte zur Ermittlung des aktiven Erddrucks
13.3 Beiwerte zur Ermittlung des ebenen Erdwiderstands
13.4 Beiwerte zur Ermittlung des räumlichen Erdwiderstands
13.5 Beiwerte zur Ermittlung der Böschungsstandsicherheit
13.6 Erddruck-Lastfiguren
13.7 Materialkenngrößen und Teilsicherheitsbeiwerte für Bauteile aus Holz
13.8 Materialkenngrößen und Teilsicherheitsbeiwerte für Bauteile aus Stahl
13.9 Materialkenngrößen und Teilsicherheitsbeiwerte für Bauteile aus Beton und Stahlbeton
14 Literaturverzeichnis
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil.
Dr.-Ing. E. h. Anton Weißenbach
Am Gehölz 14
22844 Norderstedt
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Achim Hettler
Lehrstuhl Baugrund – Grundbau
Fakultät Bauwesen
Technische Universität Dortmund
August-Schmidt-Straße 8
44227 Dortmund
Titelbild: Baugrube des Projekts Spreedreieck in Berlin, ausgeführt von Züblin Spezialtiefbau GmbH (2007). Quelle: Züblin Spezialtiefbau GmbH
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ISBN: 978-3-433-01253-6
2. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage
© 2011 Wilhelm Ernst & Sohn
Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstr. 21, 10245 Berlin, Germany
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Vorwort
1975 erschienen die Bücher „Baugruben Teil I, Konstruktion und Bauausführung“ sowie „Baugruben Teil II, Berechnungsgrundlagen“. Zusammen mit dem 1977 veröffentlichten Teil III „Berechnungsverfahren“ bildeten sie die Reihe „Baugruben“. Im Vorwort zu dem dreibändigen Werk hieß es: „Wie ein Blick in das einschlägige Schrifttum zeigt, ist das Gebiet der Berechnung und Konstruktion von Baugrubenumschließungen, verglichen mit anderen Teilgebieten des Grundbaues, von der Wissenschaft jahrzehntelang stiefmütterlich behandelt worden.“ Und weiter „In dem vorliegenden Werk wird versucht, über die Erläuterungen dieser Grundlagen hinaus eine zusammenfassende Darstellung aller wesentlichen Fragen zu geben, die sich im Einzelfall bei der Suche nach einer einfachen, wirtschaftlichen und trotzdem ausreichend standsicheren Baugrubenkonstrution stellen.“ Dieses Ziel wurde offensichtlich erreicht. Der Buchreihe war es vergönnt, sich als Standardwerk zu etablieren und etwa drei Jahrzehnte lang gültig zu bleiben. So konnte der Teil III im Jahre 2001 als unveränderter Reprint zum 150-jährigen Bestehen des Verlags Ernst & Sohn wieder aufgelegt werden.
Obwohl viele Grundgedanken nach wie vor gültig sind, wurde mit der endgültigen Einführung des Teilsicherheitskonzepts eine völlige Überarbeitung erforderlich. Kern des vorliegenden Buchs ist der frühere Teil III „Berechnungsverfahren“, ergänzt durch wesentliche Inhalte von Teil II zu den Themen „Erddruck“ und „Lastannahmen“. Selbstredend wird in erheblichem Umfang auf die Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“ Bezug genommen, dessen Obmannschaft im Jahr 2006 vom erstgenannten auf den zweitgenannten Verfasser übergegangen ist.
Bedingt durch die hohe Spezialisierung und die komplexe Struktur der neuen Bemessungsnormen für Holz, Stahl und Stahlbeton konnte das Thema „Bemessung der Einzelteile“ zum Teil nur noch in den Grundzügen behandelt werden. Neu hinzugekommen ist jedoch ein Abschnitt über den Nachweis von Verankerungen. Neu sind auch die Kapitel „Bettungsmodulverfahren“ und „Finite-Elemente-Methode“. Durch die wachsende Bedeutung des Nachweises der Gebrauchstauglichkeit sind diese beiden Verfahren in den letzten Jahren immer wichtiger geworden. Beim Umsetzen des Teilsicherheitskonzepts zeigen sich viele Schwierigkeiten erst bei der Anwendung. Aus diesem Grund ist das Kapitel mit Berechnungsbeispielen erheblich erweitert worden.
Das Buch stützt sich auf die Vorgaben der DIN 1054 „Baugrund – Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau“ aus dem Jahr 2005. Eine Umstellung und Anpassung dieser Norm an den Eurocode 7-1 „Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik – Teil 1: Allgemeine Regeln“ ist in absehbarer Zeit vorgesehen. Auf die zu erwartenden Änderungen wird in Kapitel 1 eingegangen und es wird dargelegt, dass die Inhalte des vorliegenden Buchs, abgesehen von formalen Änderungen, z. B. bei der Bezeichnung der Lastfälle, auch nach der Einführung des Eurocode 7 gültig bleiben werden. Es bleibt aber festzuhalten, dass sich die Vorschriften, z. B. für die Verfahren des Spezialtiefbaus, und auch teilweise die Berechnungsverfahren, z. B. die Finite-Elemente-Methode, zurzeit in einem stetigen Änderungsprozess befinden und der Ingenieur verpflichtet ist, auf diese Entwicklungen zu achten.
Der im Vorwort zu den Teilen I, II und III angekündigte Teil IV „Baugrubenumschließungen in besonderen Fällen“ ist zwar mehrmals in Angriff genommen, aber nie fertiggestellt worden, weil die Verfahren des Spezialtiefbaus und die Erkenntnisse aus zahlreichen Großbauvorhaben sich laufend weiterentwickelten. Dies fand seinen Niederschlag einerseits in den Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“, andererseits im Abschnitt „Baugrubensicherung“ der jeweils neuesten Auflage des Grundbau-Taschenbuchs. Die aktuellen Angaben auf der Grundlage des Teilsicherheitskonzepts zu Baugruben mit besonders großen Abmessungen, zu Baugruben mit besonderem Grundriss, zu Baugruben mit unregelmäßigem Querschnitt, zu bewegungsarmen Baugrubenwänden neben Bauwerken, zu Baugruben im Wasser und zu Baugruben in weichen Böden finden sich im Teil III der 7. Auflage des Grundbau-Taschenbuchs von 2009.
Bei dieser Gelegenheit bedanken wir uns bei Frau Barbara Stüke für ihre Mitwirkung bei der Textbearbeitung, bei Frau Agnes Jamro und Frau Julia Jailojanz für die Zeichenarbeiten sowie bei den Herren Dipl.-Ing. Wilfried Hackenbroch und Dipl.-Ing. Hans-Uwe Kalle für die Unterstützung bei den Angaben zur Bemessung der Einzelteile.
Norderstedt und Dortmund, im Mai 2010
Anton Weißenbach
Achim Hettler