Gründung eines Eisenbahnfahrweges mittels geogitterbewehrtem Bodenkörper auf Pfählen zwischen Spundwänden
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- Victor Brinkerhoff
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1 Gründung eines Eisenbahnfahrweges mittels geogitterbewehrtem Bodenkörper auf Pfählen zwischen Spundwänden Dipl.-Ing. Steffen Tost BAUGRUND DRESDEN, Ingenieurgesellschaft mbh Dipl.-Ing. Wolfgang Vogel Deutsche Bahn AG, Vorstandsressort Technik, Technik bauliche Anlagen 1
2 Inhaltsübersicht Ausgangssituation und Projekt Ausbildung des Tragsystems Bemessung essu des Tragsystems s Bauausführung und messtechnische Beobachtung des Tragsystems Fazit 2
3 Übersichtslageplan Hauptbahnhof km 354,00 - Strecke 2200 Pfeilerbahn, ca. 1,3 km km 352,68 - Strecke
4 Pfeilerbahn nach der Erstellung 1904 bis 1906 alte Pfeilerbahn Versmannstraße Fotos: ARGE Pfeilerbahn 4
5 Baugrundverhältnisse m ü. NN 10,00 5,00 sandige Auffüllung 0,00-5,00-10,00 Vereinfachtes Schichtenbild Weichschichten, Dicke bis zu 10 m Quartäre Sande SO + 9,34 +9,00 G W +5,80 Bodenkennwerte (Rechenwerte) Sandige Auffüllung = 30 c = 0 E S : MN/m 2 Weichschichten Torfe = 15 c = 5 kn/m 2 E S : 0,4 0,8/2,0* MN/m 2 Kleie (torfig bis sandig) : 15 22,5 c : 5 15 kn/m 2 c u : 17,5 30 kn/m2 E S : 0,5 1,5 /3,0* MN/m 2 Liegendes (Quartäre Sande) : 35 37,5 c = 0 E S : MN/m 2 *2. Wert bei Wiederbelastung 5
6 km 354,00 Strecke 2200 Pfeilerbahn, ca. 1,3 km km 352,68 Strecke
7 Vorgaben für die Säulen-Geogitter-Polster-Bauweise Konstruktive Vorgaben: - Überdeckungshöhe: min. 2,5 m, max. 4,0 m - Säulenraster 1,8 m x 1,8 m (Regelwert) mit 6 Säulen je Reihe - Säulenkopfdurchmesser: 0,51 m (nach Firmenangaben) - Geogitterbewehrter Bodenkörper mit mindestens 2 Umschlägen, entsprechend 3 Lagen - seitlicher Überstand der Bewehrung (ohne Umschlag) über Außenseite Säule 0,50 m - Abstand der Spundwandinnenseite zum Umschlag: 0,1 m (gesichert keine Kraftübertragung; lose Verfüllung des Zwischenraums) Bemessungsvorgaben (für Vorberechnungen nach EBGEO): - Berechung der Membrankräfte nach Entwurf EBGEO - Untersuchung der Situationen mit den Sicherheiten des Lastfalls 1: - Ansatz Bettung (nach EBGEO oder nach gutachterlicher Festlegung) - Ausfall Bettung Zusätzlich: Bestätigung der Gebrauchstauglichkeit sowie der erforderlichen Spundwandentlastung durch einschlägig geeignete, auch dreidimensionale FE-Berechnungen. 7
8 Ausbildung des Tragsystems Querschnitt und Draufsicht hoher Bereich (Fangedamm) flacher Bereich (Hochwasserschutz) 10,00 SO + 9,34 Anker PSS/FSS +9,00 +7,20 Str.2200 PSS / FSS +7,60 5,00 sandige Auffüllung SW / SI - Material +5,80 Geogitterpaket GW Spundwand sandige Auffüllung SW / SI - Material 11,00 1,0 1,80 1,80 1,80 1,80 1,80 1,0 +5,60 Geogitterpaket GW Spundwand +1, ,00 Weichschichten 0,51 10,91 vertikale Tragelemente (Vollverdränger- Bohrpfähle) Weichschichten 0,51 vertikale Tragelemente (Vollverdränger- Bohrpfähle) -5,00 1,0 1,70 1,70 1,80 1,70 1,70 1,0 Sande 1,5...2,5 m -9,00 Sande 1,5...2,5 m -10,00 0,51 1,80 0,51 1,80 8
9 2D-Finite-Elemente-Modell Schotter (MC-Modell) Spundwand Plattenelemente (linear-elastisch) Verkehrslast 52 kn/m² Verkehrslast 52 kn/m² Spundwand Plattenelemente (linear-elastisch) Schwellen (MC-Modell) Dammmaterial (HS-Modell) Geogitter Plattenelemente (linear-elastisch, l anisotrop) Node-to-node Anker (linear-elastisch) Pfähle (MC-Modell) 9
10 Setzungsverhalten bei Bettungsausfall 2D-FE Ausfall der Bettung A B A Schnitt A - A berechnete maximale Gesamtsetzung OK Schwelle: s = 5,4 cm B Schnitt B - B berechnete maximale Gesamtsetzung OK Pfähle: s = 7,8 cm A A B B Verformungen in mm
11 3D-Finite-Elemente-Modell Auffüllung (HS-Modell) Weichschicht (HS-Modell) Verankerung Schwellen Geogitter kurze Bohlen Sand (HS-Modell) Pfähle lange Bohlen 11
12 10 3D-FE-Berechnung OK SpW Anker 8 OK PSS 6 Geogitterpaket Berechneter horizontaler Erddruck auf die Innenseite der Spundwand infolge Damm- und Bodeneigengewicht, Verkehrslast und Seitenstoß im Vergleich mit konventionell berechneten Erddruckverläufen gemäß Spundwandstatik. OK Pfähle 4 2 Hö öhe ü. NN [m] Abminderung OK Auffüllung OK Weichschicht Grundwasser -6 OK Sand Legende: Handrechnung RTwalls 3D FE (G+V+Stoß 1) 3D FE (G+V+Stoß 2) -8 UK Pfähle UK SpW horizontaler Erddruck [kn/m²] 12
13 Ausbildung des Tragsystems linkes Gleis Str ,60 +7,60 SO rechtes Gleis 0,10 5,00 5,00 0,10 Q2 L2 Q1 L1 5,50 1 Spundwand L1 und L 2: Q1: Q2: 1 : 1. und 2. Geogitterlage in Längsrichtung 1. und 2. Geogitterlage in Querrichtung 3. Geogitterlage in Querrichtung und deren Umschlag Verfüllung des Spaltes zwischen dem geogitterbewehrten Bodenkörper und den Spundwänden mit unverdichtetem enggestuften Sand (SE-Material) ohne Darstellung der Strecken-Entwässerung 13
14 Herstellung Ausgangssituation m ü. NN 10,00 SO + 9,34 +9,00 +5,80 5,00 sandige Auffüllung GW 0,00 Weichschichten, Dicke bis zu 10 m -5,00 Sande -10,00 14
15 Herstellung Abriss der alten Pfeilerbahn m ü. NN 10,00 +5,80 5,00 sandige Auffüllung GW 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 15
16 Herstellung Erste Spundwand m ü. NN 10,00 +5,80 5,00 sandige Auffüllung GW Spundwand 1 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 16
17 Herstellung Pfähle m ü. NN 10,00 +5,80 5,00 sandige Auffüllung GW 0,00-5,00 Weichschichten vertikale Tragelemente (Vollverdränger- Bohrpfähle) Sande -10,00 17
18 Herstellung Zweite Spundwand m ü. NN 10,00 +5,80 5,00 sandige Auffüllung GW Spundwand 2 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 18
19 Herstellung 1. Lage SW/SI-Material m ü. NN 10,00 5,00 sandige Auffüllung SW / SI-Material GW +5,80 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 19
20 Herstellung Geogitterbewehrte Tragschicht m ü. NN 10,00 +5,80 5,00 sandige Auffüllung Geogitterpaket GW 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 20
21 Herstellung Vervollständigung der SW/SI-Material m ü. NN 10,00 5,00 sandige Auffüllung SW / SI-Material GW +5,80 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 21
22 Herstellung Verankerungen der beiden Spundwände m ü. NN 10,00 Anker +5,80 5,00 sandige Auffüllung GW 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 22
23 Herstellung Schutzschichten m ü. NN 10,00 PSS/FSS 5,00 sandige Auffüllung GW +5,80 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 23
24 Herstellung Oberbau m ü. NN 10,00 +5,80 5,00 sandige Auffüllung GW 0,00 Weichschichten -5,00 Sande -10,00 24
25 Verlegen der Querbewehrung 25
26 Verlegen der Querbewehrung 26
27 Verlegung der Längsbewehrung 27
28 Verdichtung einer Schüttlage zwischen den Geogittern 28
29 Herstellung der Umschlagsbereiche seitliche Schalung für den Umschlagsbereich 29
30 Zusätzliche Verdichtung der Umschlagsbereiche 30
31 Hergestellter und ausgeschalter Umschlagsbereich 31
32 Verfüllung der Randbereiche mit SE-Material 32
33 Hergestellte geogitterbewehrte Tragschicht 33
34 Messquerschnitt Str von Hamburg Hbf. Str nach Hamburg Hbf. Höhenbolzen auf HIM-Rohr Höhenbolzen auf HIM-Rohr Messplatz Horizontalinklinometer HIM (2 Stück) Erddruckgeber (3 Stück) 34
35 von Hamburg Hbf. nach Hamburg Hbf. Horizontalinklinometer Zwischen den Säulen Messzeitraum ca. 1,5 Jahre Höhenbolzen auf HIM-Rohr +7,60 Höhenbolzen auf HIM-Rohr Messschacht Tiefe [m] (-) Setzungen [mm m] Messschacht Horizontalinklinometer Messung durch Fa. Glötzl 1,80 11, Folge Aufbau Erdkörper Folge Aufbau Erdkörper Folgemessung nach Inbetriebnahme Folgemessung nach Inbetriebnahme Folgemessung nach Inbetriebnahme Folgemessung nach Inbetriebnahme 35
36 Fertig gestellte Pfeilerbahn 36
37 Schlussbemerkungen Geogitterbewehrte Bodenkörper auf Pfählen werden i.d.r. nicht in Kombination mit massiven Bauteilen (z.b. Spundwände) erstellt. Die Kombination von geogitterbewehrten Bodenkörpern auf Säulen mit solchen massiven Bauteilen besonderer statischer Bewertungen und Untersuchungen zur Erfassung der Wechselwirkung. Die Empfehlungen der EBGEO wurden zur Vorbemessung für den Nachweis der Tragfähigkeit der Gründung verwendet. Die Einwirkungen auf die massiven Bauteile wurden für das vorbemessene System mit den vorgestellten numerischen Verfahren ermittelt. Die Bedingung, eine gesicherte hohe innere Ausgangssteifigkeit des bewehrten Bodenkörpers zu erreichen, erfordert besondere Anforderungen an die Bauausführung und die Bauüberwachung, insbesondere bei beengten Platzverhältnissen wie im vorliegenden Fall. 37
38 38
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