Projektierung von Verankerungen 1. Teil · Beispiel einer Baustelle mit diversen Ankern: Verankerungen einer Steinschlagverbauung . Permanente ... • Korrosionsschutz 9 . Abteilung

Abteilung Naturgefahren Amt für Wald des Kantons Bern

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5 Abteilung Naturgefahren Amt für Wald des Kantons Bern

Projektierung von Verankerungen 1. Teil

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Björn Hofer, Ghelma AG Spezialtiefbau, Meiringen

Reto Störi, tur gmbh Davos

1. Anforderungen an Verankerungen 2. Verbauungssysteme und Ankerkräfte 3. Baugrundmodelle 4. Ausziehversuche

Inhaltsverzeichnis


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Beispiel einer Baustelle mit diversen Ankern:

Verankerungen einer Steinschlagverbauung

Permanente Baugrubensicherung

Auf Mikropfählen fundierte Lärmschutzwand


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• Alle drei Teilbaustellen benötigen ungespannte Anker.

• Womöglich werden die drei Teilbaustellen durch drei verschiedene Planungsteams bearbeitet.

• Entsprechend erfahren die drei Teilbaustellen unterschiedliche Qualitätsanforderungen.


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Beispiel Kanton Bern Bauprojekt

Inhalt forstliches Bauprojekt: • Fokus auf den Prozess und

die Risiko- und die Kostenwirksamkeit der Massnahme.

• Bei Lawinen- und Steinschlagverbauungen oft keine Tragsicherheits-, Gebrauchstauglichkeits- und Dauerhaftigkeitsangaben zur Fundation

• Wenig konkrete Angaben für die detaillierte Ausschreibung nach NPK

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Im Grundsatz sind die Beziehungen zwischen den verschiedenen Projektierungselementen in der Norm SIA 260 geregelt.

• Umwelt • Nutzungsvereinbarung • QM-Vereinbarung • Projektbasis • Statische Berechnungen • Berichte, Pläne, Materialien, KV, etc. • Submissionsunterlagen, Kontrollplan • Angebot des Unternehmers • Werkvertrag • Nutzungsanweisungen • Überwachungsplan • Unterhaltsplan

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Im Lawinen- und Steinschlagverbau ist die Projektierung differenziert für den Ober- und Unterbau (Fundation) zu betrachten und die Projektierungselemente weichen teilweise von der SIA Norm 260 ab.

Beim Oberbau werden komplette Systeme eingebaut, welche

auf eine Schneelast oder ein Energieaufnahmevermögen dimensioniert sind. Die statischen Berechnungen, Bemessung der Einzelteile und die dazugehörenden Pläne werden vom Systemlieferant geliefert.

Der Unterbau bzw. die Fundation ist projektspezifisch vom

Projektingenieur zu planen und zu bemessen. Der Unterbau bildet die Schnittstelle zwischen Oberbau und dem gesamte Bauwerk.

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1. Anforderungen an Verankerungen

Die Baumethoden bzw. Verankerungssysteme stützen sich stark auf die in der Vergangenheit gemachten Erfahrungen (im Lawinenverbau). Dadurch ergeben sich Abweichungen zur Norm SIA 267. Für die Projektierung bzw. den Entwurf von Verankerungen sind folgende Anforderungen zu erfüllen: • Tragsicherheit innere und äussere Tragfähigkeit • Gebrauchstauglichkeit Verformungen (nur teilweise) • Dauerhaftigkeit Lebensdauer (Korrosionsschutz) • Robustheit • Wirtschaftlichkeit optimale Ankerlänge, Ankertyp Abweichungen gegenüber SIA – Normen • Nachweis der Gebrauchstauglichkeit • Dauerhaftigkeit muss im Rahmen der Nutzungsdauer erfüllt sein

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Allgemein: • Nägel oder Mikropfähle sind grundsätzlich so anzuordnen, dass sie axial

und auf Zug oder Druck beansprucht werden. Quer zur Axe ist der Tragwiderstand verhältnismässig gering.

Abweichungen gegenüber SIA – Normen • Querbelastung Seilanker (Steinschlagnetze und Schneenetze) • Querbelastung Mikropfähle (Starre Verbau und Schneenetze) Stahl Ankerstäbe: • Es ist ein duktiler, zäher Stahl zu verwenden • Stahlqualität: min. B500B gemäss Norm SIA 262 • Verzinkung von Ankerstäben wird nicht empfohlen

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Seilanker: • Stahldrähte nach EN 10264 • Zinküberzug der Klasse A respektiv DIN 2078 (dickverzinkt) • Kopf Seilanker mit verschlossenem Stahlrohr Ankermörtel: • Ankermörtel gemäss Typenliste BAFU • Druckfestigkeit 7 Tage fc ≥ 22N/mm2 • Druckfestigkeit 28 Tage fc ≥ 35N/mm2 • Frostbeständigkeit FS ≥ 1.5 • E-Modul ≤ 25’000N/mm2 • Längenäderung (Schwinden) nach 28 Tagen ξcs ≤ 2.0‰ • Konsistenz / pumpbar • Korrosionsschutz

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Damit die Anforderungen an die Verankerungen erfüllt werden, sind folgende Kenntnisse erforderlich:

• Einwirkungen (Ankerkräfte, Kriechbewegungen Baugrund, Steinschlag etc.) • Baugrund (Tragfähigkeit Boden) • Verbauungssystem • Umgebung (Korrosionsgefahr wie Taumittel oder Streuströme

Gleichstrombahnen) Die Anforderungen sollten projektspezifisch in einer Nutzungsvereinbarung geregelt sein. Separates Papier; Nutzung kann laufend dem Projektstand angepasst werden. Abweichung gegenüber SIA - Normen Bsp. Im Kanton Graubünden: Die Anforderungen sind im Rahmen des Vorprojekts (Technischer Bericht) vereinbart.

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Beispiel Inhalt Nutzungsvereinbarung

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2. Verankerungssysteme und Ankerlasten

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• Im Lawinenverbau sind die Verankerungen Bestandteil der Homologierung, dies gilt für Schneenetze wie auch für den starren Verbau. Zusätzliche Fundamente aufgrund von grossen Querkräften sind projektspezifisch festzulegen.

• Im Steinschlagverbau sind die Verankerungen wie auch Fundamente projektspezifisch festzulegen. Es sind verschiedene Verankerungsvarianten möglich.

• Spezialfall: Verankerungen mit Korrosionsschutzstufe 2 projektspezifisch im Lawinen- und Steinschlagverbau

• Die Ankerkräfte sind systemabhängig und werden vom Systemlieferant angegeben. Achtung: Bezeichnung bzw. Angaben von Kräften und Lasten nicht einheitlich (Gebrauchslast, Prüflast, Nennlast, etc.) beim Systemlieferant nachfragen, welche Last gemeint ist!!

• Nach Norm SIA 260 sprechen wir entweder von einer charakteristischen Last oder einer Bemessungslast!!


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Starrer Verbau:

Boden- oder Felsanker sind axial auf Zug und Mikropfähle auf Druck belastete Nägel aus Stahl B500 oder B670.

Die charakteristischen Ankerlasten sind systemabhängig und variieren je nach Werkhöhe von Dk3.0 bis Dk4.0 zwischen 30 und bis 360kN

Bsp. Dk 4.0, N2.5, fc 1.1


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Schneenetze:

Für die Verankerung der Netze und der talseitigen Abspannung werden Seilanker verwendet.

Die Stützenverankerung erfolgt im LM mit einer Platte im Fels mit Druck- und Zuganker (Nägel aus Stahl B500B)

Bsp. Dk 4.0, N2.5, fc 1.1

Die charakteristischen Ankerlasten für Dk 3.0 bis Dk 4.0 variieren zwischen 30 bis 550kN


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2. Verankerungssysteme und Ankerkräfte

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Steinschlagnetze:

Die bergseitigen wie auch die seitlichen Anker sind in der Regel aus Seilanker. Systemhersteller bieten aber auch Lösungen mit Nägel mit Flexköpfen oder Nägel mit Ankerlaschen oder Bügelanker an.

Die Stützenverankerung erfolgt für den Zuganker wie auch für den Mikropfahl mit Nägel aus Stahl B500B.

Der Einbau von ganz verzinkten oder teilweise verzinkten Stäbe führt immer wieder zu Diskussionen

Die charakteristischen Ankerlasten für die Energieklassen 1 bis 8 variieren zwischen 70 bis 300kN


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Folgende Verankerungssysteme haben sehr grosse charakteristische Ankerlasten und sind schwierig auszuführen und überprüfbar:

• Steinschlagschutznetze mit der Energieklasse 7 und 8 (2000 und 3000kJ) bergseitige und seitliche Anker mit charakteristischen Ankerlasten ≥ 250kN

• Schneebrücken (Riegeltyp) Dk 4.0 Stützenverankerung Mikropfahlbelastung von ca. 360kN

• Schneenetze Dk.3.5 und Dk.4.0 bergseitige Anker und Stützenverankerung (Werkendfeld) mit charakteristischen Ankerlasten von 250 bis 550kN


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AWN GR hat Normalien für typische Verankerungssysteme für Schutzbauten erstellt.

• Gleiche Handhabung und Standards über die Regionen

• Verständigung zwischen allen Beteiligten gleiche Sprache


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AWN GR zusammen mit der tur hat typische Verankerungs-systeme im Bereich Schutzbauten erstellt.

• Gleiche Handhabung und Standards über die Regionen

• Verständigung zwischen allen Beteiligten gleiche Sprache


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Verstärkungsmassnahmen bei Querkräften


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Verstärkungsmassnahmen bei Querkräften


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3. Baugrundmodelle

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In der Regel verwendet man in der Praxis einfache Baugrundmodelle bzw. der Baugrund wird grob abgestuft und wie folgt charakterisiert. • harter kompakter Fels • weicher verwitterter Fels • dichter oder kompakter Boden (LM) • locker gelagerter Boden (LM) • sehr locker gelagerter Boden (LM) Eine Klassifizierung nach USCS erfordert Baugrunduntersuchungen (Bodenproben und Siebkurve) sehr aufwändig • Im Rahmen des Forschungsprojekts AP 1 in Lü wurde die Klassifizierung

nach USCS gemacht.


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3. Baugrundmodelle

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Bsp. Forschungsprojekt AP1 Sondierschlitze für die Entnahme der Bodenproben


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3. Baugrundmodelle

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• Ein Baugrundmodell oder Bodenklassifizierung z.B. nach USCS ist nicht ausreichend für die Projektierung bzw. Bemessung der Ankerlänge.

• Die Technische Richtlinie Lawinenverbau im Anbruchgebiet gibt

charakteristische äussere Ausziehwiderstände an, die in Abhängigkeit der Ankerklänge und des Bodentyps sind. Diese Werte sind aber nur für eine Vorbemessung zu verwenden.

• Zur definitiven Festlegung sind Ausziehversuche durchzuführen.


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3. Baugrundmodelle

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Lawinenverbau im Anbruchgebiet

Abbildung 42 in der Technischen Richtlinie Lawinenverbau im Anbruchgebiet


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4. Ausziehversuche

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Sinn und Zweck der Ausziehversuche: • Die Ausziehversuche dienen als Dimensionierungsgrundlage für die

Bauwerksanker. • Ziel der Versuche ist, der äussere Tragwiderstand Ra,k des Baugrunds im

festgelegten Verbauungsgebiet zu ermitteln und das Verbundverhalten zwischen Anker und Baugrund zu prüfen.

• Empfehlungen für die Wahl der Ankerlängen (Einbindetiefe der Anker) und

der Bauausführung (Ankertyp / Bohrsystem / Mötertelverbrauch) können ebenso gemacht werden .

• Unerwartete Probleme werden frühzeitig erkannt.


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4. Ausziehversuche

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Wann sind Ausziehversuche anzuordnen: Ausziehversuche vor der Submission: • Saubere Projektierung / Submission • Erkennen von eventuellen Problemen es kann reagiert werden • Während der Ausführung ist mit weniger Überraschungen zu rechnen • Höhere Kosten (Installation) • Vorgängiger Kredit notwendig • Unternehmervorteil / -nachteil Submission


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Wann sind Ausziehversuche anzuordnen? Ausziehversuche vor Baubeginn: • Geringere Kosten (Installation) • Wartezeit Stillstand • Unternehmervorteil (Versuchsanker / Bauwerksanker) • Unsicherheiten für die Submission Kosten Verzicht auf Ausziehversuche: • Risiko Ankerlängen Überdimensionierung Anker höhere Kosten • Grosse Unsicherheiten für Submission höhere Kosten • Haftungsprobleme im Schadensfall


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4. Ausziehversuche

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Ab welcher Projektgrösse sind Ausziehversuche anzuordnen? Annahmen / Erfahrungswerte: • Kosten Einbau Prüfanker ca. CHF. 3000.- / Versuchsanker • Kosten Ausziehversuch ca. CHF. 1’500.- / Versuchsanker • Kosten Einbau und Lieferung Bauwerksanker ca. CHF. 150.- / m

Bauwerksanker Aufwand = Ertrag : Für einen Versuchsanker müssen 30m Bauwerksanker eingespart werden. Beispiel SSV Scalacia : • Projektkosten (Baumeister inkl. Werklieferung) ca. 2.2 Mio. • Total Ankerlängen ca. 3’100m • Kosten Vorversuche Einbau inkl. Prüfung von 12 Versuchsankern CHF.

54’000.- (ca. 2.5% Gesamtkosten)


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Qualitätsbewusstsein je Arbeitsschritt

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Vorstudie Bauprojekt Submission Bauausführung

Zeitachse / Projektphasen

Bauabnahme

Systemwahl

Baugrundmodell

Prozesseinwirkung

Qua

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Ausziehversuche?

Nutzungsvereinbarung

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