FACHBEREICH BAUWESEN FACHGEBIET BAUINGENIEURWESEN Schlitzwände: Anwendung und Herstellungskontrollen aus Sicht der Herstellfirma Diplomarbeit von Tim Klatt Matrikelnr. 079358 Dezember 1996 Institut für Wasser, Umwelt, Geotechnik Betreuer: Prof. Dr.-Ing. B. Albiker Dipl.-Ing. J. Otto FACHHOCHSCHULE KIEL
Wissen ist Tat. Wissen ist Erlebnis. Es beharrt nicht. Seine Dauer heißt Augenblick. (Hermann Hesse, Betrachtungen)
Inhalt 1 Einleitung 1 2 Schlitzwandtechnik 3 2.1 Allgemeines... 3 2.2 Geschichte... 4 2.3 Verfahren... 5 2.4 Grundlagen der Anwendung... 7 2.4.1 Normenwerk und Unterlagen... 7 2.4.2 Bemessung... 10 2.4.2.1 Beanspruchung und Lastermittlung... 10 2.4.2.2 Nachweise für den Bauzustand... 10 2.4.2.2.1 Sicherheit gegen Zutritt von Grundwasser... 11 2.4.2.2.2 Innere Standsicherheit... 12 2.4.2.2.3 Sicherheit gegen Unterschreiten des statisch erforderlichen Flüssigkeitsspiegels... 12 2.4.2.2.4 Äußere Standsicherheit... 12 2.4.2.3 Nachweise für den Endzustand... 15 2.4.3 Konstruktion... 15 2.5 Erforderliche Materialien und Geräte... 17 2.5.1 Stützflüssigkeit... 17 2.5.1.1 Geschichte... 17 2.5.1.2 Zusammensetzung... 17 2.5.1.3 Eigenschaften und deren Nachweis... 21 2.5.1.3.1 Tongehalt und Dichte... 22 2.5.1.3.2 Stabilität... 23 2.5.1.3.3 Scherfestigkeit (Fließgrenze)... 23 2.5.1.3.4 Viskosität (Fließverhalten)... 25 2.5.1.3.5 Beurteilung der Suspension mit dem Marsh-Trichter... 26 2.5.1.3.6 Einflüsse und Abhängigkeiten... 26 2.5.1.4 Rezepturvarianten und Fertigmischungen... 28 2.5.1.5 Aufbereitung und Entsorgung... 31 2.5.2 Bewehrung... 33 2.5.3 Beton... 35 2.5.4 Fugen- und Abstellkonstruktion... 36 2.5.4.1 Abschalrohre... 37 2.5.4.2 Fertigteile... 39 2.5.4.3 Flachfugen... 40 2.5.4.4 Fugenlose Bauweise... 41 2.5.5 Aushubgeräte... 42 2.5.5.1 Geräteträger... 42 2.5.5.2 Schlitzwandgreifer... 43 2.5.5.3 Schlitzwandmeißel... 45 2.5.5.4 Schlitzwandfräse... 45 i
2.5.6 Geräte zur Suspensionsbehandlung... 49 2.5.6.1 Mischanlage... 50 2.5.6.2 Regenerierungsanlage... 51 2.5.6.3 Pumpen, Leitungen und Bevorratung... 52 2.5.6.4 Labor und Prüfgeräte... 54 2.5.7 Baustelleneinrichtung... 54 2.5.8 Personal... 55 2.6 Bauablauf... 56 2.6.1 Voraushub und Bau der Leitwände... 57 2.6.2 Aushub... 59 2.6.3 Abschalkonstruktion und Bewehren... 61 2.6.4 Betonieren... 63 2.6.5 Gurtung und Verankerung... 65 2.6.6 Eigen- und Fremdüberwachung... 67 2.7 Varianten und Sonderbauweisen... 68 2.7.1 Fertigteilbauweise... 68 2.7.2 Dichtwände... 70 2.7.2.1 Dichtwand im Ein- und Zweiphasenverfahren ohne Einbauteile... 70 2.7.2.2 Dichtwand mit Einbauteilen (Kombinationsverfahren)... 73 2.8 Probleme und Herstellfehler... 75 2.8.1 Gefährdungspotential und Arbeitssicherheit... 76 2.8.2 Einflüsse aus Suspension und anstehenden Boden... 77 2.8.3 Sonstige Ursachen... 82 3 Vergleich zu konkurrierenden Verfahren 86 3.1 Alternative Verfahren... 87 3.1.1 Bohrpfahlwand... 87 3.1.2 Injektionswand... 89 3.1.3 Elementwand... 92 3.1.4 Frostwand... 93 3.1.5 Spundwand... 95 3.2 Anwendungsvergleich... 98 3.3 Kostenvergleich... 100 4 Qualitätssicherung im Spezialtiefbau 106 4.1 Was ist Qualitätssicherung?... 106 4.2 Umsetzung auf der Baustelle... 108 5 Zusammenfassung 110 Literaturverzeichnis 111 Abbildungsverzeichnis 115 Photoverzeichnis 117 Tabellenverzeichnis 118 Liste der benutzten Abbkürzungen 119 ii
1 Einleitung Die Weltbevölkerung wächst rapide. Sie hat von 1920 92 von 1,8 auf ca. 5,5 Mrd. Menschen zugenommen. Die stark differierenden Schätzungen für die zukünftige Bevölkerungsentwicklung der Erde gehen von bis zu 8 Mrd. Menschen im Jahr 2000 aus. Daran wird deutlich, daß neben anderen gravierenden Problemen (Ernährung, Gesundheit, Umwelt etc.) der schnell steigende Flächenverbrauch neue Lösungen im Bauwesen verlangt. Der Spezialtiefbau trägt hierzu seit einigen Jahren in Form von platzsparenden, umweltverträglichen Verbautechniken bei. Bedingt durch das begrenzte Flächenangebot, in erster Linie in Innenstädten, die gestiegenen Forderungen nach Raumausnutzung, Umweltverträglichkeit, Handhabung und Wirtschaftlichkeit von Bauvorhaben werden heutzutage immer tiefere Baugruben, z.b. für Tiefgaragen, Lagerräume etc. notwendig. Derartige Baugruben werden auch für Verkehrsanlagen benötigt, die immer mehr unterirdisch gebaut werden, um eine höhere Lebensqualität für die Anwohner zu gewährleisten. Ein aktuelles Beispiel hierfür sind die Arbeiten zum Bau der Fern- und Regionalbahnen am Potsdamer Platz in Berlin. Tiefe Baugruben müssen zur Seite hin gesichert werden. Der seitliche Verbau muß die auftretenden Erd- und Wasserdrücke aufnehmen und bei Wasserandrang die Dichtigkeit gewährleisten. Zusätzlich wird die Sicherung der Baugrubensohle erforderlich, wenn die Baugrube in einen Grundwasserleiter einbindet und keine Wasserhaltung vorgenommen werden kann oder soll. Die Sohlensicherung wirkt den Auftriebskräften entgegen und stellt außerdem die Dichtigkeit nach unten sicher. Die übliche Böschungsbauweise als seitliche Sicherung von Baugruben ist oft aufgrund des mangelnden Platzes nicht anwendbar und es müssen senkrechte (oder stärker geneigte) Baugrubenwände hergestellt werden. Im Lockergestein sind sie durch konstruktive Maßnahmen zu sichern werden. Ein entscheidender Punkt bei der Wahl der Art des Verbaus ist, ob die Baugrubensicherung wasserundurchlässig sein muß. Weiterhin ist zu klären inwieweit Verformungen der Baugrubenwand und damit verbundene Setzungen neben der Baugrube hingenommen werden können. 1
2 1 Einleitung Zur Sicherung von Baugruben unmittelbar neben vorhandener Bebauung, die bis unter die Gründungsebene der Nachbargebäude geführt werden, sind verformungsarme Verbaumethoden notwendig. Tab. 1.1 Seite 2 zeigt die Möglichkeiten der Baugrubensicherung geordnet nach Wasserdurchlässigkeit und Verformungsverhalten der Verbaumethode 1. wasserdurchlässig Böschung unterschiedliche Böschungswinkel in Abhängigkeit vom anstehenden Boden Oberflächenschutz mit Spritzbeton o.ä. wasserundurchlässig Böschung in Kombination mit gegriffener Einphasendichtwand Schmalwand HDI 3 -Schirm Verbau Verbau verformungsarm biegeweich verformungsarm biegeweich Bohrpfahlwand 2 Trägerbohlwand 2 Ortbeton-Schlitzwand 2 Stahlspundwand 2 tangierend Ausfachung aus gerammt aufgelöst ohne Ausfachung Holzbohlen gerüttelt aufgelöst mit Spritzbetonausfachung Betonplatten Schlitz Kanaldielen eingestellt in gegriffenen Spritzbeton vernagelte Spritzbetonwand Fertigteilschlitzwand 2 HDI 3 -Wand rückverankert ausgesteift Armierung mit Stabstahl aufgelöste Elementwand Bohrpfahlwand 2 überschnitten aufgelöst mit Zwickelverpressung Tab. 1.1 Seitliche Baugrubensicherungen [P7] 4 HDI 3 -Schwergewichtskörper i.d.r. Unterfangung Die Schlitzwände stellen unter den verformungsarmen und wasserdichten Verbau-Systemen eine heute oft angewandte Methode dar. In der nachfolgenden Arbeit wird ihre technisch anspruchsvolle Herstellung mit den zahlreichen, zu berücksichtigenden Faktoren und Varianten näher erläutert. Neben dem Schwerpunktthema Schlitzwandtechnik (Schlitz- und Dichtwände) wird auch auf konkurrierende Systeme eingegangen und ein Vergleich dieser Verbauarten gezogen. Danach schließt sich ein Kapitel über die Qualitätssicherung im Spezialtiefbau an. 1 2 3 4 vgl. auch Kapitel 3 Seite 86 Konstruktion im Boden eingespannt, rückverankert oder ausgesteift HDI = Hochdruckinjektionsverfahren, je nach Anwendungsmethode auch Soilcrete- bzw. Düsenstrahlverfahren genannt. (Nachfolgend wird der Begriff HDI übergreifend für die vorgenannten Begriffe benutzt, außer wenn speziell auf einzelne Verfahren eingegangen wird.) Hinweis zu den Quellenangaben: Am Ende jeder 2. oder 3. Kapitelstufe finden sich die benutzten Quellen des Kapitels und seiner evt. vorhandenen Unterkapitel. Jede Abbildung und besondere Aussagen erhalten zusätzliche Quellenangaben. Bei Quellen ohne Kennzeichnung ([x]) handelt es sich um Fachbücher oder -veröffentlichungen. Quellenangaben mit dem Vermerk N ([Nx]) beziehen sich auf Normen und Richtlinien, die mit dem Vermerk P ([Px]) auf Firmenprospekte, Laborberichte etc. (vgl. Literaturverzeichnis).