GEOTECHNIK nach Eurocode Band 2: Grundbau

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1 Prof. Dr.-Ing. Hans-Georg Kempfert Dr.-Ing. Marc Raithel GEOTECHNIK nach Eurocode Band 2: Grundbau Grundlagen Nachweise Berechnungsbeispiele 3., vollständig überarbeitete Auflage Beuth Verlag GmbH Berlin. Wien Zürich

2 Inhaltsverzeichnis Band 2 17 Flach- und Flächengründungen Einleitung und Übersicht Sohldruckbeanspruchung Spannungstrapezverfahren Konstruktive Hinweise Einwirkungen und Beanspruchungen in der Sohlfläche Einwirkungen Charakteristische Beanspruchungen Bemessungswerte der Beanspruchungen Bodenreaktionen an der Stirnseite der Fundamentflächen Nachweis der Tragfähigkeit - Nachweis der Grundbruchsicherheit Grundbruchmechanismus Bodenreaktion an der Fundamentstirnseite - Grundbruchnachweis Ermittlung des charakteristischen Grundbruchwiderstandes Besonderheiten bei der Ermittlung des Grundbruchwiderstandes Bemessungswert des Grundbruchwiderstandes Grenzzustandsgleichung und Sicherheitsnachweis - Grundbruch Nachweis der Tragfähigkeit - Nachweis der G1eitsicherheit Ermittlung des charakteristischen Gleitwiderstandes Bemessungswert des Gleitwiderstandes Bodenreaktionen an der Stirnseite des Fundamentkörpers - Gleitsicherheitsnachweis Grenzzustandsgleichung und Sicherheitsnachweis - Gleiten Nachweise der Tragfähigkeit - Stark exzentrische Belastung und Kippsicherheitsnachweis Nachweis der Gebrauchstaug1ichkeit Fundamentverdrehung und Begrenzung einer klaffenden Fuge Setzungen Horizontale Verschiebungen in der Sohlfläche Vereinfachter Nachweis in Regelfallen mithilfe von Tabellenwerten nach Handbuch EC Allgemeines 38 3

3 Nichtbindiger Boden Bindiger Boden AFe1s Weitere Nachweissituationen bei F1ach- und Flächengründungen Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen Nachweis der Gesamtstandsicherheit Bauteilbemessung von Flach- und Flächengründungen Gewichts- und Winkelstützwände Einordnung Stützwandtypen Standsicherheitsnachweise "Äußere" Standsicherheit "Innere" Standsicherheit A Besonderheiten für die Berechnung von Winkelstützwänden 52 18A.1 "Äußere" Standsicherheit 52 18A.2 "Innere" Standsicherheit Berechnung von Flächengründungen und gebetteten Systemen Bettungsmodulverfahren Anwendung und Berechnungsmodell Mechanische Grundlagen Bettungsmodulverteilung Steifemodulverfahren Methode der Finiten-Elemente Pfahlgründungen Einführung Pfahlnormen und Empfehlungen Pfahlarten und Ausführungsformen Übersicht und Zuordnung zu den Pfahlsystemen Holzpfähle Stahlpfähle Stahlbetonfertigpfähle Einbringen der Verdrängungspfähle (Rammpfähle) Ortbetonrammpfähle Bohrpfähle Verdrängungsbohrpfähle 71 4

4 Mikropfähle Pfahlkopfanschlüsse Grundlagen für die Berechnung und Bemessung von Pfählen Allgemeines Einwirkungen und Beanspruchungen aufpfähle Standsicherheitsnachweise und Bemessung axial belasteter Pfähle Nachweis der Tragfähigkeit (ULS) Nachweis der Gebrauchstauglichkeitkeit (SLS) Charakteristische axiale Pfahlwiderstände aus Erfahrungswerten Allgemeines Bohrpfähle Fertigrammpfähle Verpresste Mikropfähle Erfahrungswerte für weitere Pfahlsysteme Axiale Pfahlwiderstände aus statischen Probebelastungen Versuchsdurchführung Ableitung der charakteristischen axialen Pfahlwiderstände aus den Pfahlprobebelastungen Axiale Pfahlwiderstände aus dynamischen Probebelastungen Grundlagen Direkte Verfahren Erweiterte Verfahren mit Modellbildung Integritätsprüfung Ableitung der charakteristischen axialen Pfahlwiderstände aus dynamischen Pfahlprobebelastungen Standsicherheitsnachweise und Bemessung quer zur Pfahlachse belasteter Pfähle Nachweis der Tragfähigkeit.; Nachweis der Gebrauchstauglichkeit Horizontal belastete Pfahlgruppen Ermittlung der Pfahlwiderstände quer zur Pfahlachse Charakteristischer Pfahlwiderstand für die Pfahlbiegebemessung Pfahlprobebelastungen quer zur Pfahlachse Ausgewählte Fragestellungen bei der Berechnung und Ausführung von Pfählen Allgemeines Negative Mantelreibung Seitendruck 109 5

5 Setzungsbiegung Berechnung von Pfahlrosten Allgemeines Berechnungsmodelle für Pfahlroste Statisch bestimmte Pfahlroste Statisch unbestimmte ebene Pfahlroste Räumliche Pfahlrostberechnung nach Schiel Pfahlkräfte und Verschiebung Elastischer Schwerpunkt Pfahlrostberechnungen mit Stabwerksprogrammen Berücksichtigung des nichtlinearen Pfahltragverhaltens Gelände- und Grundbruch von Bauwerken auf hohen Pfahlrosten Pfahlgruppen und kombinierte Pfahl-Plattengründungen Pfahlgruppen Allgemeines Axial belastete Druckpfahlgruppen Zugpfahlgruppen Horizontal belastete Pfahlgruppen Kombinierte Pfahl-Plattengründungen (KPP) Allgemeines Zielsetzungen beim Gründungsentwurfmit KPP Entwicklung und ausgeführte Bauwerke Wirkungsweise und Berechnungshinweise Konstruktion und Ausführung von Baugruben und Gräben Einleitung Nicht verbaute Baugruben und Gräben Verbaute Baugruben und Gräben Arbeitsraumbreiten und Mindestgrabenbreiten Grabenverbauformen Grabenverbaugeräte Waagerechter Grabenverbau Senkrechter Grabenverbau Baugrubenwände Allgemeines Trägerbohlwände 152 6

6 Spundwände Ortbetonwände Sonderbauweisen Wasserhaltung und Dränung Allgemeines Filterrege1n, Dränung zum Schutz von baulichen Anlagen Ausführung Statische und hydraulische Beanspruchung der Dränanlage Konstruktive Ausbildung von Wasserhaltungen Anwendungsgrenzen Offene Wasserhaltung Schwerkraftentwässerung Vakuumentwässerung Herstellung und konstruktive Ausbildung Theorie der Berechnung von Grundwasserabsenkungen Aufgabenstellung Brunnengleichungen nach Dupuit-Thiem Reichweite des Absenktrichters Unvollkommene Brunnen Mehrbrunnenformel nach Forchheimer Fassungsvermögen eines Einzelbrunnens Zusammenhang zwischen dem Wasserandrang und Fassungsvermögen eines Brunnens Vakuumbrunnen Negativbrunnen (Wiederversickerung) Praktische Abfolge bei der Berechnung von Grundwasserabsenkungen Allgemeines Fest1egungder Brunnenparameter Bestimmung der Absenktiefe s Ersatzradius ARE Ermittlung der Reichweite R Überschlägiger Wasserandrang Festlegung der lokalen Absenktrichter Bestimmung der Brunnenanzahl Prüfung weiterer Punkte des Absenktrichters Weitere Randbedingungen Setzungen info1ge Grundwasserabsenkung 174 7

7 25 Spundwände Allgemeines Lieferfonnen der Spundwandprofile Einbringen und Einbringgeräte von Spundbohlen Rammtechnische Grundlagen Führung der Bohlen beim Einbringen Vorgehensweise bei der Einbringung Behandlungen von Abweichungen bei der Einbringung Einbringen in harte und felsartige Böden Einbringhilfen Dichtigkeit von Stahlspundwänden Berechnung und Bemessung von Spundwänden Schlitzwände Einführung Herstellung der Zweiphasenschlitzwand Herstellungsübersicht und Ablaufmöglichkeiten Herstellungsschritte Schlitzgeräte Fugen und Abstellkonstruktionen Eigenschaften von Stützflüssigkeiten (Bentonite) Verwendung Rheologie Bentonite Güteüberwachung Standsicherheitsnachweise des offenen Schlitzes Allgemeines Sicherheit gegen den Zutritt von Grundwasser in den Schlitz und gegen Verdrängen der stützenden Flüssigkeit Sicherheit gegen Abgleiten von Einzelkörnern oder Komgruppen (innere Standsicherheit) Sicherheit gegen Unterschreiten der statisch erforderlichen Spiegelhöhe der Stützflüssigkeit Sicherheit gegen die Ausbildung den Schlitz gefährdender Gleitflächen im Boden (äußere Standsicherheit des Schlitzes) Standsicherheit der erhärteten Wand 220 8

8 27 Verpressanker Einleitung Begriffe Verpressankersysteme Bohrverfahren und Herstellung Nachweis der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit Allgemeines Einwirkungen und Beanspruchungen Bemessungswert des Materialwiderstandes und Grenzzustandsgleichung Bemessungswert des Herausziehwiderstandes und Grenzzustandsgleichung Nachweis der Gebrauchstauglichkeit Ankerprüfungen Allgemeines Eignungsprüfung Abnahmeprüfung Weitere Nachweise und Regelungen Berechnung von Baugruben Einleitung Allgemeine Vorgaben aus Handbuch EC 7-1 und EAB Vorgehensweise zum Nachweis des Grenzzustandes der Tragfähigkeit nach dem Teilsicherheitskonzept Weitere Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit Nachweis der Sicherheit gegen den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Grundlagen für die Berechnung und Bemessung Einwirkungen, Berechnungslastfälle und Nachweis der Tragfähigkeit der Einzelteile (Materialnachweise) Bemessung der Tragfähigkeit der Einzelteile Festlegung der charakteristischen Bodenkenngrößen Festlegungen zum Ansatz von charakteristischen Nutzlasten Wasserdruck Allgemeines zu statischen Systemen, Erddruckbelastung und Verformungen Größe und Verteilung des Erddruckes auf Baugrubenwände Allgemeine Festlegungen für die Berechnung Nachweis der Standsicherheit

9 Nachweis der Einbindetiefe Allgemeines zu den Berechnungsverfahren Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes Nachweis der Abtragung von Vertikalkräften in den Untergrund Berechnungsansätze und Verfahren fiir Trägerbohlwände Wirklichkeitsnahe Lastfiguren fiir gestützte Trägerbohlwände Ansatz des Erdwiderstandes vor Bohlträgem Nachweis der Einbindetiefe bei im Boden frei aufgelagerten Trägerbohlwänden Nachweis der Einbindetiefe bei im Boden eingespannten Trägerbohlwänden Gleichgewicht der Horizontalkräfte bei Trägerbohlwänden Berechnungsansätze und Verfahren für Spundwände und Ortbetonwände Wirklichkeitsnahe Lastfiguren für gestützte Spundwände und Ortbetonwände Erdwiderstand bei im Boden frei aufgelagerten Wänden Erdwiderstand im Boden bei Wänden mit Fußeinspannung Erddruckansätze bei verankerten Baugrubenwänden Nachweis der Gesamtstandsicherheit bei verankerten Baugrubenwänden Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge Allgemeines Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge bei einer Ankerlage Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge bei mehreren Ankerlagen Sicherheit gegen Aufbruch des Verankerungsbodens Baugruben im Wasser Allgemeines Hydrostatischer Wasserdruck und Strömungsdruck Belastung und Standsicherheitsnachweise für Baugrubenwände im Wasser Hydraulischer Grundbruch Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen Baugrubenberechnung mit dem Bettungsmodulverfahren und mit der FEM Anwendung des Bettungsmodulverfahrens Anwendung der Finite-Elemente-Methode Hinweise zur Gebrauchstauglichkeit bei Baugruben

10 28.15 Verformungen rückverankerter tiefer Baugruben Allgemeines Verformungseinflüsse Berechnungsverfahren zur Berücksichtigung der Verfonnungseinflüsse Unterfangungen und Unterfahrungen Einleitung und Begriffe Voruntersuchungen Unterfangungsverfahren Unterfangungswände nach DIN Anwendungsbedingungen und Grenzen Ausschachtungen vor der Unterfangung Gründungen und Unterfangungsarbeiten Standsicherheitsnachweise des bestehenden Gebäudes Nachweis der Standsicherheit der Unterfangungswand Unterfangung mit Injektionen Injektionen Düsenstrahlverfahren Ausfiihrungsfonnen Nachweise bei Injektionsunterfangungen Unterfangung mit Mikropfählen Unterfangungen mit Bohr- und Presspfählen oder Schlitzwänden Konstruktive Fragen bei der Anwendung der Unterfangungsverfahren Zulässige Gebäudeverformungen und Überwachung Unterfahrung

11 Anhang A: Tabellen 339 A-7: Abkürzungen und Formelzeichen 339 A-8: A-9: Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Beanspruchungen nach Handbuch EC 7-1 (2011) 344 Teilsicherheitsbeiwerte für geotechnische Kenngrößen nach Handbuch EC 7-1 (2011) 345 A-l0: Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände nach Handbuch EC 7-1 (2011) 346 A-ll: Erdwiderstandsbeiwerte für gekrümmte Gleitflächen nach Caquot/Kerisel 347 A-12: Erdwiderstandsbeiwerte für gebrochene Gleitflächen nach Streck 353 Anhang B: Zahlenbeispiele 358 Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Beispiele zu Kapitel Literaturverzeichnis 487 Stichwortverzeichnis

12 Inhaltsverzeichnis Band 1 1 Einführung 2 Grundlagen zur Geologie und Struktur von Boden und Fels 3 Wasser im Untergrund 4 Untersuchungen von Boden und Fels als Baugrund und Baustoff 5 Einführung in das geotechnische Feld- und Laborversuchswesen 6 Spannungszustände in der Bodenmechanik 7 Elastizitätstheorie und Grenzzustände im Boden 8 Zusatzspannungen und Setzungsberechnungen 9 Verformungs- und Scherfestigkeitsverhalten von Böden 10 Konsolidationstheorie 11 Bodenkenngrößen aus Erfahrungswerten und Korrelationen 12 Erd- und Wasserdruck 13 Sicherheitsnachweise nach Eurocode EC 7-11DIN 1054: Standsicherheit von Böschungen und Geländesprüngen 15 Verfahren zur Baugrundverbesserung 16 Numerische Berechnungsverfahren 13