Baugrunderkundungsbohrungen in Böden

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1 65. Deutsche Brunnenbauertage BAW-Baugrundkolloquium 07. bis 09. Mai 2014 Bau-ABC Rostrup / Bad Zwischenahn Baugrunderkundungsbohrungen in Böden Baugrunderkundungsbohrungen Bundesanstalt für in Böden Wasserbau Referat Geotechnik Nord Hamburg Überblick Definitionen Normen und Regelwerke Planung und Konzeption Personelle Qualifikation Bohrgerätetechnik Bohrtechnik Erzielbare Güteklassen Probenahme mit dem dünnwandigen Entnahmegerät Probenahme mit dem Rammkernrohr Probenahme mit Bohrwerkzeugen Probenvergleich Behandlung der Proben Zusammenfassung und Ausblick 1

2 Definitionen Schlagbohrung Rammkernbohrung Unverrohrte Bohrung Verrohrte Bohrung Bohrlochverfüllung Bohrlochrammsondierung Rammsondierung Kleinrammbohrung Drehbohrung Rammkernbohrung mit Liner Dünnwandiges Dickwandiges Entnahmegerät Entnahmegerät Entnahmekategorien und Güteklassen Kleinschurf Mechanische Elektrische Drucksondierung Drucksondierung mit Elektrische PWD-Messung Drucksondierung Schurf Einfachkernrohr Dreifachkernrohr Doppelkernrohr mit Liner Seilkernrohr Seilkernrohr mit Liner Mechanischer Elektrischer Flügelscherversuch Flügelscherversuch Normen und Regelwerke DIN EN ISO Ausgabe : Geotechnische Erkundung und Untersuchung Probenentnahmeverfahren und Grundwassermessungen - Teil 1: Technische Grundlagen der Ausführung DIN EN ISO Ausgabe : Geotechnische Erkundung und Untersuchung - Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden - Teil 1: Benennung und Beschreibung DIN EN ISO Ausgabe : Geotechnische Erkundung und Untersuchung - Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden - Teil 2: Grundlagen für Bodenklassifizierungen DIN EN ISO Ausgabe : Geotechnische Erkundung und Untersuchung - Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Fels - Teil 1: Benennung und Beschreibung Merkblatt: Fortbildung und Qualifikationsnachweis Fachkraft nach DIN EN ISO "Geotechnische Erkundung und Untersuchung Probenentnahme und Grundwassermessungen" (Stand Juli 2007), Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e. V., Essen Standardleistungskatalog für den Wasserbau, Leistungsbereich 203, Baugrunderschließung / Bohrarbeiten, Gelbdruck, Ausgabe Juli 2011, Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen ATV DIN Bohrarbeiten (2012) 2

3 Normen und Regelwerke DIN EN ISO : Aktuelle europäische Norm Normen und Regelwerke Güteklassen nach DIN EN , Tabelle 1 3

4 Normen und Regelwerke Die DIN EN ISO legt Entnahmekategorien fest: Kategorie A: Es können Proben der Güteklasse 1 bis 5 gewonnen werden; Kategorie B: Es können Proben der Güteklasse 3 bis 5 gewonnen werden; Kategorie C: Es können nur Proben der Güteklasse 5 gewonnen werden. 4

5 Planung und Konzeption Zu berücksichtigen und zu beachten sind: Verdingungsordnung für Bauleistungen (VOB) Bestandteil der VOB - Teil C: DIN-Normen Vergabehandbücher für Bauleistungen des Bundes, der Länder und Kommunen Planung und Konzeption 5

6 Planung und Konzeption STLK (Standardleistungskatalog) LB203, Baugrunderschließung / Bohrarbeiten STLK-Text: Normgerechte LV-Position für das Bohren STLK Textbaustein: Baugrundaufschlussbohrung ausführen. Bohrung f. Baugrunduntersuchung nach DIN EN ISO und nach Leistungsbeschreibung und Lageplan ausführen. Arbeitsgelände nach Leistungsbeschreibung. Bohrgerät nach Leistungsbeschreibung. Baugrund = überwiegend Boden. Bohrverfahren = Rammkernbohrverfahren. Durchgehende Probenentnahme mittels Bohrverfahren sowie Entnahmegeräten. Endtiefe der Gesamtbohrung über 40 bis 60 m. Enddurchmesser der Gesamtbohrung mindestens 219 mm. Bohrbereich bis 10 m Tiefe. Bohrbereich über 10 bis 20 m Tiefe. Bohrbereich über 20 bis 40 m Tiefe. Bohrbereich über 40 bis 60 m Tiefe. Verrohrung bis zur Endtiefe einbringen und nach Beendigung der Bohrung ziehen. Bohrgut entsorgen mit Entsorgungsnachweis und Begleitscheinen. Planung und Konzeption STLK (Standardleistungskatalog) LB203, Baugrunderschließung / Bohrarbeiten STLK-Text: Normgerechte LV-Position für die Rammkernentnahme STLK Textbaustein: Kernprobe mit Bohrverfahren entnehmen. Kernprobe nach Leistungsbeschreibung entnehmen. Bezeichnen und Lagern der Kernprobe in Kernkiste sowie Liefern der Kernkiste u. Kernhülle wird nicht gesondert vergütet. Übergabefristen gemäß Leistungsbeschreibung. Zweck = Probeentnahme nach DIN EN ISO aus einer Bohrung. Probenmaterial = überwiegend Boden. Güteklasse = 1-2 mit einem Verfahren der Entnahmekategorie A. Entnahme mit Rammkernrohr, Schnittkante innen. Kernhülle = PVC-Liner. Kernlänge 1,00 m. Kerndurchmesser 100 mm. Kern in Kernkisten zum Labor des AG gemäß Leistungsbeschreibung transportieren und übereignen. Kernkisten nach Abschluss der Untersuchungen vom Labor des AG abholen und zurücknehmen. 6

7 Planung und Konzeption STLK (Standardleistungskatalog) LB203, Baugrunderschließung / Bohrarbeiten STLK-Text: Normgerechte LV-Position für die Probenahme STLK Textbaustein: Probe mit Entnahmegerät entnehmen Probe mit Entnahmegerät nach Leistungsbeschr. entn. Bezeichnen und Lagern der Probe sowie Liefern der Probenhülle wird nicht gesondert vergütet. Übergabefristen gemäß Leistungsbeschreibung. Zweck = Probeentnahme nach DIN EN ISO aus einer Bohrung. Probenmaterial = überwiegend bindiger Boden. Güteklasse = 1-2 mit einem Verfahren der Entnahmekategorie A. Entnahme mit dünnwandigen, offenen Entnahmegerät OS-T/W Entnahmeart = schlagend (PE). Entnahmetiefe über 40 bis 60 m unter Ansatzpunkt. Probehülle = Stahlrohr. Probenabmessungen = ca. 250 mm lang, 114 mm Durchmesser. Eingehüllte Probe zum Labor des AG gemäß Leistungsbeschreibung transportieren und übergeben. Probenhülle nach Abschluss der Untersuchungen vom Labor des AG abholen und zurücknehmen. Planung und Konzeption Merkblatt: Qualitätssicherung bei der geotechnischen Erkundung M QGeoE M QGeoE Aufschlussverfahren Empfehlungen für die Ausschreibung richtet sich an den Planer der geotechnischen Untersuchungen. (FGSV Verlag GmbH - Merkblatt in Bearbeitung) 7

8 Planung und Konzeption Berücksichtigung der weiteren Bearbeitungsschritte Planung und Konzeption Qualifikation des Personals Gerätetechnik Bohrtechnik Probenahme Laboruntersuchungen 8

9 Personelle Qualifikation Bohrarbeiten sind nicht nur Vertrauenssache: Für die Qualität der Ergebnisse ist eine fachgerechte Ausführung durch zuverlässige Fachbetriebe und qualifizierte Mitarbeiter ausschlaggebend. Qualifikation des Personals Gerätetechnik Bohrtechnik Probenahme Laboruntersuchungen Personelle Qualifikation Fachkraft für Probenentnahme nach DIN EN ISO

10 Personelle Qualifikation Bohrgerätetechnik Qualifikation des Personals Gerätetechnik Bohrtechnik Probenahme Laboruntersuchungen 10

11 Bohrgerätetechnik Die gerätetechnische Ausstattung eines Bohrgerätes ist unter Berücksichtigung der angestrebten Bohrtiefen und Probenahmen auszuwählen. Bohrgerätetechnik Bohrgerät Ausstattung Hydraulischer Kraftdrehkopf Freifall-Seilschlagvorrichtung Seilwinde Verrohrungsdrehtisch Bohrwerkzeuge Spiralbohrer Schappe Ventilbohrer Bodenprobeentnahmegeräte Dünnwandiges Entnahmegerät 11

12 Bohrgerätetechnik Das Bohrgerät muss mit einem hydraulisch betriebenen Verrohrungsdrehtisch zum Einbringen der Bohrrohre und einem Kraftdrehkopf für Arbeiten mit Bohrwerkzeugen am Gestänge ausgerüstet sein. Bohrgerätetechnik Die Seilzugkraft muss so groß sein, dass das Lösen und Ziehen der Rammkerne und Sonderproben ohne zusätzliche Maßnahmen möglich ist. 12

13 Bohrgerätetechnik Zum Einrammen des Sonderprobenentnahmegerätes und des Rammkernrohres sowie zum Einsatz des Ventilbohrers ist eine Freifall-Seilschlagvorrichtung erforderlich. Bohrtechnik Qualifikation des Personals Gerätetechnik Bohrtechnik Probenahme Laboruntersuchungen 13

14 Bohrtechnik Für eine Baugrunderkundungsbohrung in Böden ist besonders geeignet das sogenannte Trockenbohrverfahren: Oberhalb des Grundwasserspiegels wird kein Wasser hinzugegeben. Unterhalb des Grundwassers wird hingegen mit Wasserüberdruck im Bohrrohr gearbeitet - und damit ein Eintreiben des Bodens an der Bohrlochsohle in das Bohrloch verhindert. Bohrtechnik 14

15 Bohrtechnik Bohrwerkzeuge Spiralbohrer Schappe Ventilbohrer Spiralbohrer Schappe Ventilbohrer Bohrtechnik Entnahmegeräte Rammgewicht Hubstange Ventilsystem Schlammfang 15

16 Bohrtechnik Sollen Bohrkerne mit hoher Güteklasse entnommen werden, dann muss der Kern einen Mindestdurchmesser von 80 mm haben und in eine feste Umhüllung (PVC- Liner) gezogen werden. Die Kernlänge sollte nicht größer als 1 m sein. Es sind Schneidschuhe mit innenliegender Schneide zu verwenden. Nach Möglichkeit sollte in Böden mit breiiger bis weicher Konsistenz kein Kernfänger eingesetzt werden. Bohrtechnik Definition der Flächenverhältnisse nach DIN EN ISO , Bild 1: Das Innendurchmesserverhältnis sollte Ci 3 % und das Flächenverhältnis im Schneidenbereich C a 15 % betragen. Je größer der Ringspalt zwischen fester Umhüllung und Bohrkern, desto größer wird der Aufweichungsgrad, besonders bei schwach plastischen Böden, sein (C i > 0 %). 16

17 Qualifikation des Personals Gerätetechnik Bohrtechnik Probenahme Laboruntersuchungen Die Probenentnahmeverfahren müssen nach dem Erkundungszweck unter Berücksichtigung der zu erwartenden geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse gewählt werden. Die Entnahmeverfahren, der Probentransport und die Probenlagerung sind auf der Grundlage der geforderten Probengüteklasse, Probenmenge, und Probendurchmesser sowie in Abhängigkeit der Art der Laborversuche auszuführen. Der Probendurchmesser für Böden mit großen Korndurchmessern sollte im Hinblick auf die Größe des größten Korns des zu beprobenden Materials gewählt werden. 17

18 Entnahmekategorien für die Probenentnahme, die Behandlung und den Transport: Es gibt die Kategorien A, B und C. Bei gegebenen Baugrundverhältnissen sind diese Kategorien bezogen auf die höchste erreichbare Güteklasse von Bodenproben für Laborversuche (definiert in EN ). A B C Beispiel für Entnahmekategorie A mit dem dünnwandigen Entnahmegerät: Bodenprobe der Güteklasse

19 Die Probe muss aus dem ungestörten Boden unterhalb der Verrohrung entnommen werden. Zur exakten Bestimmung der Tiefenlage der Probe werden die Seilzeichen eingemessen. Das Entnahmegerät wird mit der Seilschlagvorrichtung nur soweit eingetrieben, bis sich das zweite Seilzeichen sich in Höhe der Oberkante des Bohrrohres befindet. In bindigen und organischen Böden mit weicher bis halbfester Konsistenz wird das dünnwandige offene Entnahmegerät mit Ventil mit einem Innendurchmesser von 114 mm eingesetzt. Bei Böden mit halbfester bis fester Konsistenz wird das dickwandige Gerät eingesetzt. Dünnwandiges offenes Entnahmegerät gem. Bild C.32 der DIN EN ISO :2006 (D) 19

20 mit dem dünnwandigen Entnahmegerät: Es dürfen nur saubere, entrostete Entnahmezylinder mit einwandfreien Schneiden verwendet werden. Die entnommenen Proben sind vor Frost und Sonneneinstrahlung zu schützen. Eine hohe Güteklasse wird mit angepassten Fallgewichten ( kg) des Rammgerätes an die Bodenfestigkeiten erreicht. Die Entnahme erfolgt anschließend mit möglichst wenigen Schlägen, gesteuert über die Seilschlag-Freifalleinrichtung (siehe DIN EN ISO :2006 (D) Abs ). So geht es nicht! SPL (SonderProbe aus Liner) und SP (SonderProbe) sind keine normgerechten Bezeichnungen! SPL täuscht sogar eine vermeintliche Güteklasse von 1 vor! 20

21 Beispiel für Entnahmekategorie A mit dem Rammkernrohr mit Liner: Bodenprobe der Güteklasse 2-3 Zur Bestimmung der Tiefenlage wird von der Unterkante des Kernrohres bis zum Seil ein Seilzeichen eingemessen, das der eingebauten Rohrtourlänge entspricht. Das Kernrohr wird bei gesäuberter Bohrlochsohle 1 m unter die Bohrrohrunterkante eingerammt und anschließend am Seil gezogen. Um ein Auftreiben und Auflockern des Bodens zu verhindern, ist mit unterhalb des Grundwasserspiegels mit Wasserauflast zu bohren. Je nach Bodenart wird das restliche Bohrgut mit Schappen, Spiralbohrern oder Ventilbohrern mit Gestänge oder Seil zutage gefördert. Beim Rammkernbohrverfahren können jederzeit zusätzlich Proben mit dem Entnahmegerät entnommen werden. 21

22 Beispiel für Entnahmekategorie B mit dem Spiralbohrer: Bodenprobe der Güteklasse

23 Beispiel für Entnahmekategorie C mit dem Ventilbohrer: Bodenprobe der Güteklasse 5 Beispiel für Probeentnahme aus einer Spülbohrung: Bodenprobe unterhalb der Güteklasse 5 Quelle: Bau-ABC Rostrup ANMERKUNG der DIN EN ISO : Mit Spülbohrungen kann in der Regel nur eine Probengüte unterhalb der Güteklasse 5 erreicht werden. Quelle: Tholen 23

24 Probenvergleich Vergleich von Proben aus dem dünnwandigen Entnahmegerät und dem Rammkernrohr Im Labor zeigten sich keine Festigkeitsunterschiede zwischen den Proben, die oberhalb des Grundwasserspiegels entnommen worden waren. Rammkerne aus bindigen Böden unterhalb des Grundwasserspiegels sind hingegen meist deutlich weicher als unmittelbar ober- und unterhalb entnommene Proben mit dem dünnwandigen Entnahmegerät. Behandlung der Proben Zur Abdichtung der Behälter eignen sich Kunststoffdeckel mit Dreifachdichtung, sofern der Deckel zusätzlich mit Klebeband am Liner bzw. Stahlzylinder fixiert wird. Die Proben sind gegen Sonneneinstrahlung und vor zu großer Hitze (in überheizten Baubuden) sowie gegen Frost zu schützen. Alle Bodenproben sind sofort nach der Entnahme auf dem Behälter (nicht auf dem Deckel) deutlich und dauerhaft zu kennzeichnen. Für Versand und Transport sind die Proben vor Erschütterungen und die Behälter vor Zerstörung zu schützen und hierzu unter Umständen in Kisten mit unbehandelten Sägespänen, Holzwolle oder ähnlich zu verpacken. 24

25 Zusammenfassung Qualifikation des Personals Gerätetechnik Bohrtechnik Probenahme Laboruntersuchungen Definitionen Normen Regelwerke Zusammenfassung Gute bis sehr gute Ergebnisse bei der Probenahme können erzielt werden, Güteklassen Quelle: NBB Probengewinnung Herausforderung wenn der Auftraggeber einen hohen Anspruch an die Probenqualität hat, und bereit ist vermeidbare Fehlerquellen bei Kornanalytik den Bohr- und Entnahmearbeiten auszuschließen. Baugrunderkundungsbohrungen Seite 50 in Böden 25

26 Zusammenfassung In den Ausbildungsstätten sind die neuen Normen bereits angekommen, werden vermittelt und können draußen auf der Baustelle angewendet werden. Dieses Wissen und Können sollte von den Auftraggebern und den Geotechnischen Sachverständigen abgefordert werden. Ansonsten wird mit der Zeit die Akzeptanz für machbare Qualität immer mehr verblassen, frei nach dem Motto: Das haben wir immer schon so gemacht. 26