Anwendung und Herstellung von Mikropfählen für die Rückverankerung von Spundwänden Dipl.-Ing. Klaus Dietz Dipl.-Ing. Frank Tapken

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1 Anwendung und Herstellung von Mikropfählen für die Rückverankerung von Spundwänden Präsentation anlässlich des Spundwandseminars 2015 in Köln

2 Anwendung und Herstellung von Mikropfählen für die Rückverankerung von Spundwänden Stahlspundwände Neues für Planung und Anwendung Köln 10. Dezember 2015

3 1. Einleitung 2. Bemessung 3. Mikropfahl TK-ASF Bohrverpresspfahl 4. Eignungsversuche Tongrube in Schermbeck 5. Versuchsprogramm - Zulassungsversuche IMB Aachen 6. Ufersicherungen und Kaianlagen Anwendungsbeispiele 7. Zusammenfassung

4 1. Einleitung Schrägverankerungen (Neigung 20 bis 45 ) Horizontalverankerung (Neigung 0 bis 10 ) mit gerammten Pfählen mit gebohrten und verpressten Pfählen mit Verpressung ohne Verpressung Rundstahlverankerung an Ankertafeln Toter Mann

5 1. Einleitung Rundstahlverankerung an Ankertafeln bzw. wand Toter Mann

6 1.Einleitung Kaiserschleuse Bremerhafen Rammpfahl - Pfahllänge 60 m Pst 600

7 1.Einleitung Ramm-Verpresspfahl Rhein - Hafen Düsseldorf RV Pfahl HE-B 220 L = 35 m Pfahlanschluß mit Rundstahlanker 4

8 1.Einleitung Mikropfahl TK-ASF Bohrverpresspfahl Mikropfahl nach DIN EN Rhein - Hafen Gernsheim 2014 Bohrverpresspfähle 3 ½ bis 4 ¼ Pfahllängen bis 29 m Pfahllasten bis 2200 KN

9 1.Einleitung Wirkungsweise der Verankerungssysteme Begriffssalat in Ausschreibungen o o o o Für alle Rohrverpresspfähle ist eine Abnahmeprüfung in Anlehnung an DIN 4125 in die Einheitspreise einzurechnen. Mikropfahl gem. DIN EN nach Zeichnung, Baubeschreibung, Gründungsgutachten, und statischen o Rohrverpresspfahl o. glw. o Pfahllänge über 25 bis 27 m. o für eine Last R k von kn o Pfahlneigung 1:1. o o o o o (mit Hüllrohr HD PE DN 200 von OK-Pfahl bis 50 cm in die tragfähigen Sande Einschließlich Durchführung einer Abnahmeprüfung an jedem Pfahl inkl. aller hierzu erforderlichen Geräte und Hilfskonstruktionen. Die Abnahmeprüfung und das Festsetzen auf 50% der Gebrauchslast erfolgt nach Herstellung

10 1.Einleitung Wirkungsweise der Verankerungssysteme Vergleich Verpressanker Mikropfähle - Nägel Verpressanker Verpresspfähle / Mikropfähle Nägel DIN EN 1537 DIN SPEC einzeln wirksam vorgespannt aktiv wirksam ohne Verformung 100% geprüft Prüfkraft ~ 1,5 fach DIN EN DIN SPEC einzeln wirksam schlaff passiv wirksam mit Verformung 3% geprüft Prüfkraft ~ 2 fach bauaufs. Zulassungen DIN EN DIN T 1 und T2 im Verbund wirksam schlaff passiv wirksam mit Verformung 3% geprüft Prüfkraft ~ 2 fach

11 1.Einleitung Wirkungsweise der Verankerungssysteme Modell Verpressanker definierte Krafteinleitung

12 1.Einleitung Wirkungsweise der Verankerungssysteme Modell Mikropfahl Mikropfahl auf ganzer Länge verpresst Krafteinleitung auf ganzer Pfahllänge (abhängig von den Bodenschichten)

13 1.Einleitung Wirkungsweise der Verankerungssysteme Modell Bodenvernagelung Beachten: - Raster maximal 1,5 x 1,5 m Anordnung rechtwinklig zur Längsachse - Nagellänge 0,5 0,6 x Wandhöhe abhängig von der Bodenart - 0,5 1 Nagel/m² Wand

14 1. Einleitung Verbundpfahl Verfügt über ein durchgehendes vorgefertigtes Tragglied aus Stahl Kraft wird durch Verbund vom Tragglied über das Verpressgut in den Baugrund übertragen Kraftübertragung in den Baugrund wird durch Verpressen mit Zementmörtel erzielt

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16 1. Einleitung Prinzipielle Herstellung eines Kleinbohrpfahls - 1 o Abteufen einer Bohrung mittels eines Bohrverfahrens (Durchmesser meist > 178 mm dabei kontinuierliches Fördern des Bohrguts (Außen- oder Innenspülung) o Spülmedium kann Luft, Wasser oder Zementsuspension sein o Auffüllen des Bohrlochs mit Zementmörtel o Einbringen des Tragglieds

17 1. Einleitung o o o o o Schrittweises Ziehen der Verrohrung und anschließendes Verpressen Nicht bindige Böden: Primärverpressung (beim Ausbau der Verrohrung) Bindige Böden: Sekundärverpressung (mittels vorab montierter NI-Leitungen Aushärten des Zementkörpers (ca. 5 bis 7 Tage) Evtl. Probebelastung, Montage der Pfahlkopfanschlußkonstruktion und Belastung des Pfahls

18 1. Einleitung Ischebeck TITAN Mikropfahl Verbundpfahlsysteme bis 300 mm Pfahldurchmesser nach DIN EN Systeme mit bauaufsichtlicher Zulassung: - TITAN Verpresspfähle - GEWI Einstabpfähle GEWI Mikropfahl

19 1. Einleitung Verbundpfahlsysteme bis 300 mm Pfahldurchmesser nach DIN EN Weiterentwicklung von Mikropfählen - Bohrverpresspfähle (Vollstäbe) in Stahlgüte S 500 TK-ASF Bohrverpresspfahl ( Mikropfahl )

20 2. Bemessung Bemessung und Herstellung von Pfählen Bemessung der inneren Tragfähigkeit nach EC7-1 Abschnitte 7 Herstellen von verpressten Mikropfählen, nach.. DIN EN 14199:2012:01 in Verbindung mit DIN SPEC18539:2012:01 Durchführung und Bewertung von Probebelastungen von Pfählen, nach.. DIN EN : ; DIN EN /NA: in Verbindung mit DIN , DIN 1054/A1: und EA Pfähle Ermittlung des Pfahlwiderstandes, Höhe der Prüflasten und Anzahl der Prüfungen von verpressten Mikropfählen nach.. DIN EN : ; DIN EN /NA: in Verbindung mit DIN , DIN 1054/A1:

21 2. Bemessung Prüfung Verpressanker gemäß DIN EN DIN SPEC Anhang G Eignungsprüfungen und Abnahmeprüfungen für Daueranker und Kurzzeitanker LF 1 = BS-P ständige Bemessungssituation permanent LF 2 = BS-T vorübergehende Bemessungssituation transient LF 3 = BS-A außergewöhnliche Bemessungssituation accidental P P = γ a E d mit γ a = 1,1 aus DIN 1054 Tabelle 2-3 E d oder P d (EC 7) Bemessungskraft der Ankerbeanspruchung entspricht alt DIN 4125 im LF 1: η = γ a γ G = 1,1 1,35 = 1,485 bis η = γ a γ Q = 1,1 1,50 = 1,65

22 2. Bemessung Prüfung Mikropfähle EC7 und DIN 1054:2010 Abschnitt 8.4 Ermittlung der Prüfkraft R t,d = Bemessungswert der äußeren Tragfähigkeit N d = F t,d R t,d = R t,k / (ξ i γ s,t η M ) P P F t,d ξ i γ s,t η M = F k γ G ξ i γ s,t η M Zugpfahl γ s,t = η M = Modellfaktor DIN 1054:2010 zu A (3c) 1,15 γ s,t = Teilsicherheitsbeiwert DIN 1054:20010 Tabelle A. 2-3 ζ i = Streuungsfaktor abhängig von der Anzahl der Probebelastungen alt DIN 4128 im LF 1: variiert zwischen 1,0 1,35 [η = 2 entspricht neu η = γ G ξ γ s,t η M = 1,35 1,35 1,15 1,25 = 2,6] η = 2 entspricht neu η = γ G ξ γ P η M = 1,35 1,00 1,15 1,25 = 1,94 > 2 Prüfungen

23 2. Bemessung

24 2. Bemessung Anker Mikropfahl während der Prüfung Mantelreibung ausschließen!!!! Schutzrohr verwenden

25 2. Bemessung Ermittlung der Widerstände Grenzlast von Ankern in nicht bindigen Böden [OSTERMAYER]

26 3. Mikropfahl TK-ASF Bohrverpresspfahl Mikropfahl nach DIN EN 14199

27 3. Mikropfahl TK-ASF Bohrverpresspfahl Mikropfahl nach DIN EN 14199

28 3. Mikropfahl TK-ASF Bohrverpresspfahl Mikropfahl nach DIN EN Pfahlkopfanschluss auf Beton - und Stahlübergangskonstruktion

29 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck Konzept Eignungsversuche

30 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck

31 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck

32 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck Bohrarbeiten mit Klemm KR 806-4, Bohrwinkel 10 Einführen des Stahltraggliedes Doppelkopfbohren mit Luftspülung Einfüllen von Zementleim

33 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck Entwicklung Korbabstandhalter Zentrierung im Bohrloch / mindest Betonüberdeckung Korbabstandhalter müssen Formstabil bleiben Körbe dürfen auf dem Stahltragglied nicht verrutschen Installation von NI-Leitungen muss gewährleistet sein

34 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck Montage der Korbabstandhalter und der Auffüll- bzw. Nachinjektionsleitungen

35 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck Ausgegrabene Pfähle im Ton und Sand/Kies

36 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck Dokumentation für Geotechnisches Gutachten

37 4. Eignungsversuche Tongrube Schermbeck Dokumentation für Geotechnisches Gutachten Roteinfärbung der Nachinjektion Zunahme Durchmesser Verpresskörper

38 5. Versuchsprogramm - Zulassungsversuche IMB - RWTH Aachen Untersuchungsprogramm H+P Ingenieure

39 5. Versuchsprogramm - Zulassungsversuche IMB Aachen Tastversuche bei DMT Seilprüfstelle in Bochum

40 5. Versuchsprogramm - Zulassungsversuche IMB Aachen Versuchsprogramm IMB RWTH Aachen Z1 - Zugversuche Z2, Z3,Z4 - Systemversuche C - Chemische Analysen G - Rippengeometrie H - Härtemessungen K - Kerbschlagzähigkeit B - Biegeversuch S+Z3 - Schlupf Bereich Endverankerung DK - Dehnkörperversuche

41 5. Versuchsprogramm - Zulassungsversuche IMB Aachen

42 5. Versuchsprogramm - Zulassungsversuche IMB Aachen Dehnkörperversuch DK 1 Ø 3 mit Zementsteindeckung 40 / 60 / 80 mm

45 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Elbe Hafen in Riesa 221 TK-ASF Bohrverpresspfähle in Längen bis 29 m für Pfahllasten bis 1900 KN

46 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Elbe Hafen in Riesa

47 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Elbe Hafen in Riesa

48 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Hüttenwerke Krupp Mannesmann Duisburg, Bohrverpresspfähle 3 ½, L = 24,0 m

49 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Frankfurt Osthafen, Mannheimer Werft 114 Bohrverpresspfähle 3 ½ und 4 L = 27,50 m

50 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Frankfurt Osthafen, Mannheimer Werft 114 Bohrverpresspfähle 3 ½ und 4, L = 27,50 m Doppelkopf - Bohrverfahren Einführen des Stahltraggliedes Pfahlprüfung Montage der NI-Leitungen und Abstandhalter Eingeführtes Tragglied mit NI-Leitungen

51 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele 360 Verpresspfähle 4 L = 28,5 m ThyssenKrupp Steel Europe - Hafen Duisburg Walsum

52 6.Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele

53 6.Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Gebohrter TK-ASF Bohrverpresspfahl, Logport II in Duisburg

54 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele

55 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Duisport - Erneuerung Brückenwiderlager Vinckekanal, Bohrverpresspfähle 4, L = 35 m und 43 m Baustelleneinrichtung für das bauseitige Zusammenfügen der Stahltragglieder

56 6. Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Duisport - Erneuerung Brückenwiderlager Vinckekanal, Bohrverpresspfähle 4, L = 35 m und 43 m

57 6.Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Duisport - Erneuerung Brückenwiderlager Vinckekanal, Bohrverpresspfähle 4, L = 35 m und 43 m Baustelleneinrichtung für das bauseitige Zusammenfügen der Stahltragglieder Schweißung der Rundstähle

58 6.Ufersicherungen und Kaianlagen - Anwendungsbeispiele Rheinhafen Bonn

59 7. Zusammenfassung Einsatzbereiche Druck und Zugpfahl nach DIN EN Rückverankerung im Hafen- und Spezialtiefbau Vorteile Tragfähigkeiten bis 7930 kn Geringe Stahldehnung, dadurch schnellere Aktivierung der Kräfte bei kleinen Verformungen Korrosionsschutz auf voller Länge durch das alkalische Milieu der Zementsteinüberdeckung Lieferlängen ab Werk bis 35 m, darüber hinaus beliebige Verlängerung durch Schweißstoß oder Kopplungsmuffen möglich Pfahlkopfanschluss auf Stahlübergangskonstruktion Bestandteil der DiBt Zulassung

60 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit