Empfehlungen desArbeitskreises „Baugruben“

EAB

5.

Aufl

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Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“ – EA „Baugruben“, 5. Auflage. Herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. © 2012 Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2012 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG

9 Baugruben neben Bauwerken

9.1 Bautechnische Maßnahmen bei Baugruben neben bestehenden Bauwerken (EB 20)

1. Sofern Bauwerke und Anlagen im Einflussbereich einer Baugrube stehen, sind die Auswirkungen im Hinblick auf die Standsicherheit und die Gebrauchsfähigkeit des Bauwerkes zu untersuchen. Die erforderlichen Maßnahmen richten sich nach dem Abstand, der Gründungstiefe, dem bau-lichen Zustand, der Setzungsempfindlichkeit und der Nutzung des Bauwer-kes sowie nach den Bodenverhältnissen. Bei ausgesteiften Baugruben spie-len außerdem die elastischen Verformungen und die Schlupfbewegungen bzw. Anliegeverformungen eine Rolle, insbesondere bei langen, aus vielen Einzelteilen zusammengesetzten Steifenzügen. Steifen bzw. Anker sind insbesondere bei relativ biegeweichen Wänden im Lastbereich der Funda-mente anzuordnen.

Nicht gestützte, nur im Boden eingespannte Baugrubenwände sind im All-gemeinen nicht zulässig, wenn die freie Wandhöhe im Ausstrahlungsbe-reich von Fundamentlasten liegt. Als Ausstrahlungsbereich wird der Be-reich der Baugrubenwand bezeichnet, der unterhalb des Punktes liegt, an dem eine unter dem Winkel ϕ′k geneigte, von der vorderen Fundamentkan-te ausgehende Linie die Baugrubenwand schneidet, siehe Bild EB 28-1 a) (Abschnitt 9.3).

2. Nur unter besonderer Sorgfalt und den nachfolgend aufgeführten Voraus-setzungen dürfen Trägerbohlwände neben Bauwerken hergestellt werden:

a) wenn die Ausfachung aus Holzbohlen, Betonfertigteilen oder Kanaldie-len durch Vorkeilen vorgespannt wird und Hohlräume hinter der Ausfa-chung mit Sicherheit ausgeschlossen werden können;

b) wenn die Ausfachung aus Spritzbeton oder Ortbeton hergestellt wird; c) wenn die Verfüllung der Bohrlöcher für eingestellte Bohlträger mit gut

verdichtungsfähigem Boden erfolgt. Wenn der Boden nicht ausreichend verdichtet werden kann, ist eine Bindemittelzugabe erforderlich.

3. Ist eine Trägerbohlwand nicht möglich oder nicht zweckmäßig, z. B.

− bei kohäsionslosen, gleichkörnigen Böden, − bei weichen bindigen Böden, − wenn vorhandenes Grundwasser nicht abgesenkt werden soll, − bei geringem Abstand der Baugrubenwand vom Bauwerk oder − bei besonders empfindlichen Bauwerken.

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kann die Anordnung von dichten und gegebenenfalls besonders verfor-mungsarmen Baugrubenwänden erforderlich werden, z. B. eingepressten Spundwänden, Schlitzwänden oder Bohrpfahlwänden. In besonderen Fäl-len kann es zweckmäßig sein, das Bauwerk ganz oder teilweise zu unter-fangen oder den Boden zu verfestigen.

4. Bei der Wahl der Baugrubenkonstruktion ist zu beachten, dass wegen der zu erwartenden Auswirkungen bei der Herstellung nicht jedes System im Einzelfall gleich gut geeignet ist. Als Beispiele werden hier genannt:

a) Beim Einrammen oder Einrütteln von Bohlträgern und Spundwänden werden locker gelagerte nichtbindige Böden verdichtet und mitgezogen. Dies kann durch Auftreffen des Rammgutes auf Hindernisse noch ver-stärkt werden.

b) Bei Pfahlwänden in locker gelagerten, weichen oder fließenden Böden kann durch die unvermeidbare Sogwirkung, insbesondere unter Wasser, ein Bodenentzug eintreten, der zu Setzungen in der unmittelbaren Um-gebung führt. Hierzu siehe auch EB 92, Absatz 3 (Abschnitt 12.3).

c) Bei suspensionsgestützten Bohrpfählen oder Schlitzwänden kann das Anschneiden von Hohlräumen, z. B. von Rohrleitungen, zum Abfluss der Suspension führen. Größere Hohlräume müssen durch eine ausrei-chende Erkundung ausgeschlossen werden. Für unvorhergesehene Hohlräume sind ausreichende Suspensionsmengen vorzuhalten sowie gegebenenfalls Gegenmaßnahmen entsprechend EB 92, Absatz 3 (Ab-schnitt 12.3) zu treffen.

d) Bei Einphasenwänden ist der Abbindeprozess bei der Herstellungsab-folge zu beachten.

5. Um die zu erwartenden Wandbewegungen möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig,

− besonders steife Wände zu wählen, − geringe Abstände zwischen den einzelnen Steifen- bzw. Ankerlagen

vorzusehen, − das Vorauseilen des Aushubs vor dem Einbau der Steifen bzw. Anker

auf das unabdingbar erforderliche Maß zu beschränken, − die Steifen bzw. Anker höher als auf 80 % der für den nächsten Bauzu-

stand errechneten charakteristischen Beanspruchung vorzuspannen, − gegebenenfalls Anker durch vorgespannte Steifen oder auch andere

Aussteifungskonstruktionen zu ersetzen.

Das Maß der Vorspannung richtet sich bei der Berechnung für aktiven Erddruck nach EB 8, Absatz 4 (Abschnitt 3.1), bei der Berechnung für ei-nen erhöhten aktiven Erddruck nach EB 22, Absatz 4 (Abschnitt 9.5), bei der Berechnung für den Erdruhedruck nach EB 23, Absatz 8 (Ab-schnitt 9.6).

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6. Bei verankerten Baugrubenwänden kann es zweckmäßig sein, alle oder wenigstens einen Teil der Anker unter dem zu sichernden Bauwerk durch-zuführen, damit sich die mit einer möglichen Fangedammwirkung verbun-denen Bewegungen des Erdreiches ausreichend gering sind. Hierzu siehe EB 46, Absatz 1 (Abschnitt 7.5) sowie [29, 39] und [72].

7. Unabhängig von den Maßnahmen zur Sicherung der Baugrube kann es zweckmäßig sein, Sicherungsmaßnahmen am Bauwerk selbst zu treffen. Dazu gehören z. B. Maßnahmen zur Verbesserung des Verbundes zwi-schen Längs- und Querwänden, das Rückverankern gefährdeter Bauwerks-teile gegen solche Teile des Bauwerks, die nicht im Einflussbereich der Baugrube liegen, sowie das Ausmauern von Öffnungen und das Anbringen von Zangen zum Versteifen von Wänden, deren Scheibenwirkung in Frage gestellt ist.

8. Die Empfehlungen der EB 20 sind sinngemäß auf Fälle zu übertragen, in denen durch die Herstellung der Baugrube empfindliche Anlagen, z. B. Leitungen und Maste gefährdet werden können.

9.2 Berechnung der Baugrubenumschließung mit aktivem Erddruck bei Baugruben neben Bauwerken (EB 21)

1. Werden die Steifen oder Anker einer Baugrubenwand nicht stärker vorge-spannt, als es in EB 8, Absatz 4 (Abschnitt 3.1) angegeben ist, dann ist da-mit zu rechnen, dass eine waagerechte Bewegung der Baugrubenwand in der Größenordnung von 1 ‰ der Wandhöhe auftritt. Mit dieser Wand-bewegung können Setzungen des Bodens verbunden sein, die unmittel- bar hinter der Baugrubenwand bis zu doppelt so groß sein können wie die waagerechten Wandbewegungen und erst in größerer Entfernung von der Baugrubenwand ausklingen [157, 158]. Sofern die Verformungen aus der Herstellung und den Wandbewegungen für das Bauwerk verträglich sind darf die Baugrubenkonstruktion für den aktiven Erddruck bemessen wer-den.

2. In der Regel darf der aktive Erddruck auch bei Baugruben neben Bauwer-ken auf der Grundlage ebener Gleitflächen ermittelt werden. Bei besonders großen Bauwerkslasten und ungünstig geschichtetem Boden kann es jedoch im Einzelfall erforderlich sein, die Größe des Erddruckes auf der Grundla-ge gekrümmter oder gebrochener Gleitflächen zu ermitteln. Waagerechte Bauwerkslasten sind stets zu berücksichtigen. Hierzu siehe sinngemäß EB 6, Absatz 6 (Abschnitt 3.4) und EB 7, Absatz 5 (Abschnitt 3.5).

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3. Grundsätzlich ist zu unterscheiden zwischen

− dem Erddruck Eah,k aus Bodeneigengewicht, großflächiger Gleichlast pk ≤ 10 kN/m2 und gegebenenfalls Kohäsion nach EB 4 (Abschnitt 3.2) in Verbindung mit EB 6, Absatz 3 (Abschnitt 3.4) und

− dem Erddruck infolge von großflächigen Gleichlasten, die über pk = 10 kN/m2 hinausgehen, sowie zusätzlichen Streifenlasten q′k nach EB 55 bis EB 57 (Abschnitte 2.6 bis 2.8).

Nach EB 104, Absatz 5 (Abschnitt 4.11) ist es jedoch in der Regel zulässig, diese Nutzlasten mit dem Faktor fq zu vergrößern und dann wie ständige Einwirkungen zu behandeln, sofern sie sich ungünstig auswirken.

4. Größe und Verteilung des Erddruckes auf eine Baugrubenwand neben ei-nem Bauwerk richten sich in starkem Maße nach dessen Abstand und Gründungstiefe. Dabei werden zwei Fälle unterschieden:

a) großer Abstand der Bebauung, hierzu siehe EB 28 (Abschnitt 9.3), b) kleiner Abstand der Bebauung, hierzu siehe EB 29 (Abschnitt 9.4).

Maßgebend für diese Einteilung ist, ob eine die vordere Ecke des Fun-damentes berührende Gerade flacher (Bild EB 21-1 a) oder steiler (Bild EB 21-1 b) geneigt ist als die unter dem Winkel ϑa,k geneigte Gleit-fläche für Bodeneigengewicht.

Bild EB 21-1. Abstand zwischen Baugrubenwand und Bauwerk

5. Bei Trägerbohlwänden sind im Allgemeinen in die Umlagerungs-Lastfigur nach EB 28 (Abschnitt 9.3) bzw. EB 29 (Abschnitt 9.4) nur diejenigen An-teile des Erddruckes einzubeziehen, die oberhalb der Baugrubensohle auf-treten. Beim Nachweis der Gleichgewichtsbedingung Σ H = 0 nach EB 15

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(Abschnitt 5.5) ist der unterhalb der Baugrubensohle auftretende Erddruck aus Bauwerkslast zu berücksichtigen (Bilder EB 28-1 d) und e), Ab-schnitt 9.3).

6. Der Ansatz des Erdwiderstandes beim Nachweis der Einbindetiefe richtet sich

a) nach EB 14 (Abschnitt 5.3) bzw. EB 19 (Abschnitt 6.3) im Falle der freien Auflagerung,

b) nach EB 25 (Abschnitt 5.4) bzw. EB 26 (Abschnitt 6.4) im Falle der Einspannung im Boden.

Zur Ermittlung der Schnittgrößen siehe EB 81 (Abschnitt 4.1) und EB 82 (Abschnitt 4.4).

7. Zum Nachweis des Gleichgewichtes der Vertikalkräfte siehe EB 9 (Ab-schnitt 4.7).

8. Zum Nachweis der Gebrauchstauglichkeit siehe EB 83 (Abschnitt 4.10).

9.3 Ansatz des aktiven Erddruckes bei großem Abstand der Bebauung (EB 28)

1. Liegen die in EB 21, Absatz 4 (Abschnitt 9.2) genannten Voraussetzungen für die Annahme eines großen Abstandes zwischen Baugrubenwand und Be-bauung vor, so ist die Größe des Erddruckes auf zwei Wegen zu ermitteln:

a) Die Erddrucklast Eah,k ergibt sich für eine Gleitfläche unter dem Winkel ϑa,k, welche die Geländeoberfläche vor dem Bauwerk schneidet. Hierzu siehe Absatz 2.

b) Die Erddrucklast Ezh,k ergibt sich für eine Gleitfläche unter dem Winkel ϑz,k, die nach Bild EB 28-1 a) von der Hinterkante des Fundamentes ausgeht. Hierzu siehe Absatz 3.

Für die weitere Berechnung ist die größere Erddrucklast maßgebend.

2. Für die Größe und Verteilung der Erddrucklast Eah, gelten die allgemeinen Regeln der Kapitel 3 bis 6.

3. Die Größe der Erddrucklast Ezh,k aus den im Absatz 2 genannten Einwir-kungen und den Einwirkungen aus Bauwerkslast ergibt sich in Anlehnung an EB 71 (Abschnitt 3.6). Den Erddruck EzBh,k aus der Bauwerkslast erhält man aus der Erddrucklast Ezh,k, abzüglich der Erddrucklast Eah,k nach Ab-satz 2. Bei verhältnismäßig kleinem Winkel ϑz,k kann EaBh,k sehr klein oder auch zu null werden. Der Einflussbereich der Bauwerkslast darf nähe-rungsweise entsprechend Bild EB 28-1 a) angenommen werden. Die obere Begrenzung liegt somit zwischen der Höhe der Fundamentsohle und dem Punkt, in dem ein unter dem Winkel ≤ ϕ′k zur Waagerechten von der Vor-

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derkante des Fundamentes ausgehender Strahl die Achse der Wand schnei-det. Die untere Begrenzung liegt in Höhe des Wandfußes. Bei geneigt an-greifender Fundamentlast ist auch die waagerechte Komponente zu berück-sichtigen. Hierzu siehe sinngemäß EB 6, Absatz 6 (Abschnitt 3.4) und EB 7, Absatz 5 (Abschnitt 3.5).

Bild EB 28-1. Verteilung des aktiven Erddruckes unter Berücksichtigung des Einflusses einer Bauwerkslast bei großem Abstand zwischen Baugrubenwand und Bauwerk (Beispiel für eine im Boden frei aufgelagerte Trägerbohlwand)

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4. In der Regel darf der Anteil des Erddruckes Eah,k aus Bodeneigengewicht, großflächiger Gleichlast pk ≤ 10 kN/m2 und gegebenenfalls Kohäsion nach EB 4 (Abschnitt 3.2) in Verbindung mit EB 6, Absatz 3 (Abschnitt 3.4) in eine von der Geländeoberfläche bis zur Baugrubensohle reichende wirk-lichkeitsnahe Lastfigur umgewandelt werden. Die untere Begrenzung der Erddruckumlagerung darf auch in einem tiefer liegenden Punkt angenom-men werden, wenn

a) bei Trägerbohlwänden nach EB 5, Absatz 3 b) (Abschnitt 3.3) eine stärkere Erddruckumlagerung nach oben erforderlich ist, um den Nachweis Σ H = 0 nach EB 15, Absatz 6 c) oder Absatz 7 c) (Ab-schnitt 5.5) führen zu können,

b) bei Spundwänden oder Ortbetonwänden nach EB 5, Absatz 3 c) (Ab-schnitt 3.3) eine stärkere Erddruckumlagerung angestrebt und durch entsprechende Vorspannung der oberen Steifen- bzw. Ankerlagen un-terstützt wird.

Der Erddruck aus der Bauwerkslast darf unter Berücksichtigung des ent-sprechend Absatz 3 angenommenen Einflussbereiches so in diese Lastfigur einbezogen werden, dass eine sprunghafte Änderung der Erddruckordinate im Bereich eines Auflagerpunktes liegt (Bild EB 28-1 d), oder so, dass kei-ne sprunghafte Änderung der Erddruckordinate auftritt (Bild EB 28-1 e).

5. In der Regel ist es zulässig, die veränderliche Bauwerksnutzlast nach EB 104, Absatz 5 (Abschnitt 4.11) mit dem Faktor fq zu vergrößern und dann zusammen mit dem Bauwerkseigengewicht als eine einzige ständige Einwirkung zu behandeln.

9.4 Ansatz des aktiven Erddruckes bei kleinem Abstand der Bebauung (EB 29)

1. Liegen die in EB 21, Absatz 4 (Abschnitt 9.2) genannten Voraussetzungen für die Annahme eines kleinen Abstandes zwischen Baugrubenwand und Bebauung vor, so ist es zweckmäßig, den Erddruck Eah,k aus Bodeneigen-gewicht, großflächiger Gleichlast pk ≤ 10 kN/m2 und gegebenenfalls Kohä-sion, ersatzweise den Mindesterddruck nach EB 4, Absatz 5 (Abschnitt 3.2) in Verbindung mit EB 6, Absatz 3 (Abschnitt 3.4), getrennt für folgende Lastanteile zu ermitteln:

a) für das Eigengewicht des zwischen Baugrubenwand und Bauwerk oberhalb der Fundamentsohle anstehenden Bodens und für die zwi-schen Baugrubenwand und Bauwerk wirksame Nutzlast,

b) für das Eigengewicht des unterhalb der Fundamentsohle anstehenden Bodens, für das Eigengewicht des innerhalb des Bauwerkes oberhalb der Fundamentsohle anstehenden Bodens und des Kellerfußbodens so-wie für eine auf den Kellerfußboden wirkende Nutzlast.

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2. Der Erddruck aus der Nutzlast und dem Eigengewicht des zwischen Bau-grubenwand und Bauwerk oberhalb der Fundamentsohle liegenden Bodens wird entsprechend Bild EB 29-1 a) von der Vorderkante des Fundamentes ausgehenden, unter dem Winkel ϑa,k verlaufenden Gleitfläche angesetzt (Bild EB 29-1 b). Dieser, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Ko-häsion, ermittelte Erddruck wird entsprechend EB 12, Absatz 3 (Ab-schnitt 5.1), bzw. EB 16, Absatz 3 (Abschnitt 6.1), im Bereich zwischen der Geländeoberfläche und dem Schnittpunkt der angenommenen Gleitflä-che mit der Baugrubenwand umgelagert (Bild EB 29-1 d).

Bild EB 29-1. Verteilung des aktiven Erddruckes unter Berücksichtigung des Einflusses einer Bauwerkslast bei geringem Abstand zwischen Baugrubenwand und Bauwerk (Beispiel für eine im Boden frei aufgelagerte Spundwand oder Ortbetonwand)

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