Das Original Handbuch des Spezialtiefbaus: Band 2: Geräte und Verfahren

Von Heinrich Otto Buja

Das Original Handbuch des Spezialtiefbaus
Band 2
Inhaltszusammenstellung
Baugrubenverbau
Ankertechnik
Injektionstechnik
Baugrundverbesserung
Abdichtungstechnik
Grundwasserabsenkungstechnik
Belastungs- und Qualitätsprüfungen
Arbeiten in kontaminierten Bereichen
Geothermietechnik
Horizontalbohrtechnik
Ausführungsrisiken
Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz
Vertrags- und Rechtsfragen im Spezialtiefbau

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Books on Demand
• Erscheinungsdatum: 8. Jan. 2016
• ISBN: 9783739262857

Heinrich Otto Buja

Geboren 1929 in einem kleinen Ort im Münsterland. Im November 1944 mit 15 Jahren als Flakhelfer verpflichtet, danach im Januar 1945 in eine SS-Einheit gezwungen, Ende April in Gefangenschaft geraten und im Oktober 1945 entlassen. Während der Berufstätigkeit 1950 die Hochschulreife nebenberuflich erworben, Studium der Bergbautechnik und des Bauingenieurwesens mit Schwerpunkt Tunnelbau und Geotechnik, 1956 Abschluss als Dipl.-Ing. Fachlehrgänge für Vertragsrecht im Baugewerbes, mehrere Informatik- und EDV-Lehrgänge. Gastdozent für den Bereich Geotechnik an Fach- und Fachhochschulen, Tätigkeit in Ingenieurbüros, Bauleiter, Oberbauleiter, Niederlassungsleiter und- Techn. Geschäftsleiter in Spezial-Tiefbaunternehmen. Seit 1990 Tätigkeiten als Publizist und Fachbuchautor anerkannter Fachliteratur im Bereich Spezialtiefbau und Geotechnik..

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Quellenhinweise

Das Bild der Covervorderseite wurde fereunddlicherweise von der Bauer spezialtiefbau GmbH, schrobenhausen, zur verfügungs gestgellt. Es zeigt ein Baugrubensicherung mit einer rückverankerten Bohrpfahlwand für das Iris Cristal Tower in Dubai mit 25 Kellergeschossen.

Die Firmeninserate finden Sie auf den folgenden Seiten

Zu den Bildquellen im Allgemeinen

Die Quellen stehen in eckigen Klammern [L-1.] bzw. [F-1.] die sich auf das Literaturverzeichnis oder das „Verzeichnis der Firmenunterlagen" beziehen. Wo das nicht der Fall ist, ergibt sich die Quelle aus dem Text (Firmenname) oder stammen aus eigenen Quellen.

Vorwort zu Band 1 und 2

Grundlagen dieses Buches sind die Auflagen 1 und 2 des gleichnanigen Buches Handbuch des Spezialtiefbaus – Geräte und Verfahren von 1998 und 2001, erschienen im Werner Verlag, Düsseldorf. Es war und ist noch heute das Standardwerk der Spezialtiefbautechnik .Auf vielfachen Wwunsch hat der Autor sich entschlossen, das Buch mit mehreren Erweiterungen (Horizontalbohrtechnik mit HDD-Verfahren, Geothermietechnik und weiteren Verbesserun z. B. farbige Abbildungen, neue Verfahren und aktuelle Gerätetechnik), nochmals herauszugeben.Herstellungsbeding erscheint es in 2 Bänden mit je ca. 700 Seiten, was wegen der besseren Handlichkeit begrüßt wurde.

Aufgrund der in den letzten Jahren zu verzeichnenden stürmischen Entwicklung auf dem Gebiet des Spezialtiefbaus ist es sowohl für den Ausbildungs- und Ausführungsbereich als auch für Architekten, Ingenieure und Bauherren schwierig, einen umfassenden Überblick zu bekommen bzw. zu behalten.

So macht es heute die moderne Gerätetechnik möglich, Bohrpfähle mit einem Durchmesser von 400 cm bis zu einer Tiefe von 100 m herzustellen.

Die Anwendung der inzwischen sehr komplexen Spezialtiefbautechnik mit der hochgradigen Mechanisierung setzt neben einem Grundwissen umfassende Kenntnisse im Ingenieurbau, in der Konstruktion, Festigkeitslehre und Statik voraus. Schwerwiegende Schäden bei der Ausführung von Spezialtiefbauarbeiten zeigen, dass die Anwendung neuer Verfahren nicht unproblematisch ist und somit große Erfahrungen vorausgesetzt werden müssen.

Neben Grundlagen in der Geologie und Mineralogie wird mit diesem Buch der neueste Stand der Spezialtiefbautechnik einschließlich der auf dem Markt angebotenen Spezialgeräte dargestellt. Neben den Standardausführungssystemen wird auf Sonder- und Spezialsysteme ausführlich eingegangen.

In den einzelnen Kapiteln werden die Maschinenkomponenten des jeweiligen Verfahrens ausführlich dargestellt. Die Ausführung wird mit praktischen Hinweisen beschrieben, durch Abbildungen, Skizzen und Kenndaten ergänzt und der rationelle Einsatz erläutert. Dabei wird den neuesten Entwicklungen in der Steuerung, Programmierung und Protokollierung von Arbeitsabläufen besondere Beachtung geschenkt.

Ein gesonderter Abschnitt gilt den jeweiligen Ausführungsrisiken und den damit verbundenen versicherungstechnischen Problemen.

Des Weiteren wird besonderer Wert auf die Beachtung der Arbeitssicherheit bei der Abwicklung von Grundbaumaßnahmen und im Umgang mit den Spezialgeräten unter Beachtung der Unfallverhütungsvorschriften gelegt. Ausführlich wurde das Thema Arbeitsvorbereitung praxisnah behandelt, die einen maßgebenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit bei der Abwicklung eines Auftrages hat.

Neben der Aktualisierung der Geräte- und Werkzeugtechnik wurden die inzwischen neu entwickelten Verfahrenstechniken in verschiedenen Bereichen berücksichtigt. Hierzu gehören die ,,Rammtechnik‘‘ und das ,,Arbeiten in kontaminierten Bereichen‘‘. Die Ausführungen zum Thema „Vertrags- und Rechtsfragen in der Spezialtiefbautechnik berücksichtigen die besonderen Probleme im Grundbau und Baugrund. Im Abschnitt „Qualitätsmanagement in der Spezialtiefbautechnik fand die zunehmende Bedeutung der Qualität und Funktionsfähigkeit seit Öffnung des europäischen Marktes Beachtung.

Berücksichtigung fand auch eine Reihe von neuen und interessanten Techniken einiger Spezialtiefbauunternehmen in vielen Bereichen.

Sie zeigen die Kreativität der Spezialisten und führen zu wirtschaftlichen Lösungen im Spezialtiefbau.

Einen großen Raum nimmt die Erdwärmegewinnung (Geothermie) ein. Dabei wird auch auf die Risiken der Erdwärmebohrungen hingewiesen

Die Horizontalbohrtechnik und hier insbesondere das HDD-Verfahren nimmt sehr stark an Bedeutung zu, daher gilt ein besonderes Kapitel dieser Technik

Vorrangig wendet sich das Buch an Studierende im Bauingenieurwesen und der Geotechnik sowie an Architekten, Fachingenieure, Bauherren, Bauunternehmer und Planende.

Das Buch soll insbesondere auch die ausführenden Unternehmen bei der Auswahl und Beurteilung von Verfahren und Geräten unterstützen.

Neben dem persönlichen umfangreichen Erfahrungen haben viele Fachfirmen, Baumaschinenhersteller und Fachingenieurbüros, die im „Verzeichnis der Firmenunterlagen‘‘ aufgeführt sind, zum Gelingen des Buches beigetragen.

Mein Dank gilt but not least dem Verlag für die stets gute Zusammenarbeit.

Murrhardt im Juni 2015

Heinrich Otto Buja

Zusätzlicher Hinweis:

Bedingt durch die lange Bearbeitungszeit des vorliegenden umfangreichen Werkes, ist es möglich, dass sowohl die Verfahren und Geräte als auch die Normen sich bis zum Erscheinen des Buches geringfügig verändert haben. Das betrifft ganz besonders die DIN-Normen, wo durch die Umstellung auf die EN-Normen ständig Änderungen eingeführt werden. Dies bedeutet aber nicht, dass die alten Normen nicht verwendet werden dürfen, soweit diese keinen sichertechnischen Hintergrund enthalten.

In der Gerätetechnik wurden absichtlich auch ältere Gerätesysteme erwähnt, da die sehr teuren Spezialtiefbaugeräte keinem Modetrend unterworfen sind. Nicht wenige Geräte sind bei den Anwendern bis zu 20 Jahre und länger mit gutem Erfolg im Einsatz.

Dieses Buch ist vorwiegend für die Praxis gedacht, daher wurde – von wenigen Ausnahmen abgesehen – auf Berechnungen und statische Nachweise verzichtet. Hierzu wird auf die zahlreichen Fachbücher (auch beim Beuth-Verlag) verwiesen (siehe Literaturhinweise im Buch).

Verzeichnis der Kapitel

Band 2

Kapitel Inhalt

H Baugrubenverbautechnik

I Ankertechnik

J Injektionstechnik

K Baugrundverbesserung

L Abdichtungstechnnik

M Wasserhaltungstechnik

N Belastungsprüfungen und Qualitätskontrollen

O Arbeiten in Kontaminierten Bereichen

P Geothermie

Q Horizontalbohrtechnik

R Ausführung Risiken im Spezialtiefbau

S Arbeitssicherheit im Spezialtiefbau

T Vertrags- und Rechtsfragen im Spezialtiefbau

Anhang

DIN-Vorschriften und Regeln

Quellennachweise

Literaturnachweise

Stichwortverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

H Baugrubenverbau

Allgemeines

Normung

2.1 Allgemeines

2.2 Geltungsbereich der DIN 4124

Normverbau

Allgemeiner Baugrubenverbau

4.1 Verbauarten

Geräte- und Werkzeugtechnik

5.1 Allgemeines

5.2 Drehbohrgeräte

5.3 Greiferbohranlagen

5.4 Seilbagger

5.5 Ramm- und Vibrationsgeräte

5.6 Ziehgeräte

5.7 Ankergeräte

5.8 Einpressgeräte

5.9 Spritzbetoneinrichtungen

5.9.1 Allgemeines

5.9.2 Nassspritzverfahren

5.9.3 Trockenspritzverfahren

5.9.4 Spritzdüsen

5.9.5 Beschickungseinrichtungen

5.9.6 Spritzmanipulatoren

5.9.8 Hilfsgeräte

5.9.9 Spezialgeräte

Verfahrenstechnik

6.1 Bohlträgerverbau

6.1.1 Allgemein

6.1.2 Bohlträger

6.1.3 Bohlträgereinbau

6.1.4 Trägerfußausbildung

6.1.5 Ausfachung

6.1.6 Bohlträger-Verbausysteme

6.1.7 Organisation des Bauablaufs

6.1.8 Gurte und Konsolen

6.1.9 Steifen

6.2 Elementverbau

6.2.1 Allgemeines

6.2.2 Geschlossene Elementwände

6.2.3 Aufgelöste Elementwände

6.2.4 Geschlossener Elementverbau in Ortbetonausführung

6.2.5 Aufgelöste Elementwand in Ortbetonausführung

6.2.6 Essener Verbau

6.2.7 Allgemeines

6.2.8 Besonderer Literaturhinweis

6.3 Spritzbetonverbauwände

6.4 Spezialverfahren

6.4.1 Allgemeines

6.4.3 Herstellungsablauf

6.4.4 Eignung bei verschiedenen Bodenarten

6.5 Spundwandverbau

6.5.1 Allgemeines

6.5.2 Vor- und Nachteile der Spundwand

6.5.3 Spundwandprofile und Stahlsorten

6.5.4 Eck- und Abzweigprofile

6.5.5 Gemischte Stahlspundwände (Wandkombinationen)

6.5.6 Stahlpfähle aus Spundwandprofilen

6.5.7 Gurte, Konsolen und Steifen

6.5.8 Rückverankerungen

6.5.9 Fangedämme

6.5.10 Gestaltungsmöglichkeiten für Spundwandbauwerke

6.5.11 Einbringen der Stahlspundwände

6.6 Bohrpfahlwände

6.6.1 Allgemeines

6.6.2 Normung

6.6.3 Grundlagen

6.6.4 Geräte- und Werkzeugtechnik

6.6.5 Verfahrenstechnik

6.7 Schlitzwandtechnik

6.7.1 Allgemeines

6.7.2 Normung

6.7.3 Schlitzwandsysteme

6.7.4 Geräte- und Werkzeugtechnik

6.7.5 Verfahrenstechnik

6.7.6 Schlitzwand-Frästechnik

I Ankertechnik

Allgemeines

Normung

2.1 Geltungsbereiche

2.2 Prüfungen und Abnahmen

2.3 Begriffe und Definitionen

2.4 Weitere Regelungen und Anforderungen in Stichworten

Ankersysteme

3.1 Allgemeines

3.2 Rundstahlverankerung

3.3 Ankerpfähle – unverpresst

3.4 Rammverpresspfahl

3.5 Ankerbohrpfähle

3.6 Verpressanker

3.6.1 Allgemeines

3.6.2 Kraftübertragung bei Verpressankern

3.6.3 Kurzzeit-Verpressanker

3.6.4 Daueranker

3.6.5 Verfahrenstechnik

3.7 Eine besondere Rückverankerung

Boden- und Felsnägel

4.1 Allgemeines

4.2 Nagelsysteme

4.3 Herstellung

4.4 Weitere Anwendungsbeispiele

Geräte- und Werkzeugtechnik

5.1 Allgemeines

5.2 Ankerbohrgeräte

5.2.1 Allgemeines

5.2.2 Universal-Ankerbohrgerät System Klemm

5.2.3 Lafetten- und Leichtbohrgeräte

5.3 Bohrrohre und Werkzeuge

5.3.1 Allgemeines

5.3.2 Bohrhämmer und Bohrgetriebe

Bemessungs- und Literaturhinweise

6.1 Bemessungshinweise

6.1.1 Allgemeines

6.1.2 Abschätzung von Grenzlast und Verpresslänge

6.2 Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge

6.3 Literaturhinweise zur Ankerbemessung

J Injektionstechnik

Allgemeines

Normung

Entwicklung der Injektionstechnik

Feststoffinjektionen

4.1 Grundlagen

4.2 Feinstbindemittel

Chemische Injektionen

5.1 Grundlagen

5.2 Ausführungstechnische Hinweise

5.3 Kontrollen

Kunstharzinjektionen

Verfahrenstechnik bei der Feststoff- und Chemikalinjektion

7.1 Allgemeines

7.2 Vorbereitende Maßnahmen

7.3 Herstellen der Bohrlöcher

7.4 Einbau der Injektionsrohre und Ventilrohrverfahren

7.5 Anmischen der Verpressmasse

7.5.1 Suspensionen auf Zementbasis

7.5.2 Suspensionen auf Chemikalbasis

7.6 Einpressvorgang

7.7 Protokollieren des Verpressvorganges

7.8 Überprüfung der Injektion

Soilfrac-Verfahren

8.1 Entwicklung des Verfahrens

8.2 Beschreibung

8.3 Anwendung

Düsenstrahlverfahren (HDI-Verfahren)

9.1 Allgemeines

9.2 Verfahrensbezeichnungen

9.2.1 Soilcrete-Verfahren

9.2.2 HDI-Verfahren

9.3 Anwendungsgrenzen des Düsenstrahlverfahrens

9.4 Bodenmechanische Eigenschaften der Verfestigung

9.4.1 Säulendurchmesser

9.4.2 Druckfestigkeiten

9.4.3 Wichte

9.4.4 Wasserdurchlässigkeit

9.4.5 Langzeitverhalten

9.5 Geometrische Formen der Düsenstrahlkörper

9.6 Anwendungsbeispiele für das Düsenstrahlverfahren

Gerätetechnik

10.1 Geräteträger und Bohrgetriebe

10.2 Bohrgetriebe und Bohrgestänge

10.3 Allgemeines

10.4 Mischverfahren

10.5 Stapelbehälter und Rührwerke

10.6 Injektionspumpen

10.6.1 Allgemeines

10.6.2 Fördermenge

10.6.3 Druck

10.7 Auswahl der Pumpe

10.7.1 Exzenterschneckenpumpen

10.7.2 Kolbenpumpen

10.7.4 Plungerpumpen

10.8 Kompaktanlagen

10.9 Mobile Großkompaktanlagen

10.10 Mischanlagensteuerung und Datenregistrierung

10.10.1 Qualitätskontrollen

10.11 Zusammensetzung

10.12 Packer

Baustelleneinrichtung

K Baugrundverbesserungen

Allgemeines

Rütteldruckverdichtung

2.1 Verfahren

Rüttelstopfverdichtung

3.1 Allgemeines

3.2 Verfahren

Tiefdränagen

4.1 Allgemeines

4.2 Sanddränung

4.3 Sandwich-Verfahren

4.4 Pappdränung

4.5 Franki-Kjellmann-Verfahren

4.6 Anwendungsbeispiel

Dynamische Tiefenverdichtung

5.1 Allgemeines

Rüttelverdichtung

6.1 Allgemeines

6.2 Verfahren

Gefrierverfahren

7.1 Allgemeines

7.2 Technische Grundlagen

7.3 Vereisung mit Sole

7.4 Vereisung mit flüssigem Stickstoff

7.5 Kontrollen

7.6 Auftauen des Frostkörpers

7.7 Ausführungstechnische Hinweise

Geräte- und Werkzeugtechnik

8.1 Allgemeines

8.2 Trägergeräte

8.3 Tiefenrüttler

8.4 Ramm-, Rüttel-, Bohr- und Spülgeräte

8.5 Spezial- und Hilfsgeräte

8.6 Elektronische Kontroll- und Erfassungsgeräte

Bodenaustausch nach dem Wabenverfahren

9.1 Allgemeines

9.2 Herstellverfahren

9.3 Wirtschaftlichkeit

9.4 Projektbeispiel

L Abdichtungstechnik

Allgemeines

Senkrechte Abdichtungen

2.1 Schlitzwände im Einphasenverfahren

2.2 Schmalwände

2.2.1 Schmalwandherstellung mit Rüttelbohle

2.2.2 Herstellung von Rüttelschmalwänden

2.2.3 Soilcrete-Dichtwände

Dichtsohlen

3.1 Injektionssohlen

3.1.1 Allgemeines

3.1.2 Verfahrenstechnik

3.1.3 Eigenschaften und Anforderungen an Injektionsmittel

3.1.4 Bemessung von Injektionssohlen

3.1.5 Lanzenabstand und Verpressmenge

3.1.6 Kontrollen

3.2 Soilcrete-Dichtsohlen

Spezielle Abdichtungsverfahren

4.1 Allgemeines

4.2 Abdichtungsfrästechnik

4.2.1 Allgemeines

4.2.2 Verfahren

4.2.3 Verfahrensschritte

4.2.4 Gerätebeschreibung des Fräsgeräts Wirth SFG-LW 120

4.2.5 Anwendungsbeispiel

4.2.6 Gerätebeschreibung des Fräsgeräts Wirth SFG-W 20

4.3 Dichtungsschlitzwände mit Dichtungsbahnen

4.3.1 Allgemeines

4.3.2 Kombinierte Dichtungsschlitzwand

Geräte- und Werkzeugtechnik

5.1 Allgemeines

5.2 Ergänzungen zur Geräteausstattung

M Grundwasserabsenkungstechnik

Allgemeines

Offene Wasserhaltung

Geschlossene Wasserhaltung

3.1 Schwerkraftentwässerung mit Saugbrunnen

3.2 Grundwasserabsenkung mittels Filterbrunnen

3.2.1 Allgemeines

3.2.2 Brunnenanordnung und -ausbau

3.2.3 Rohrleitungen

3.2.4 Pumpen

3.2.5 Betrieb und Betriebssicherheit von Wasserhaltungsanlagen

3.2.6 Berechnung

3.2.7 Vakuumentwässerung

3.3 Unterdruckentwässerung

3.4 Wiederversickerung

3.5 Vakuumtiefbrunnen

3.5 Vakuumkombibrunnen

Vertikaldränagen

Wasserdichte Baugruben

N Belastungs- und Qualitätsprüfungen

Allgemeines

Probebelastungen an Gründungspfählen

2.1 Statische Probebelastungen

2.1.1 Allgemeines

2.1.2 Druckprobebelastung

2.1.3 Zugprobebelastung

2.1.4 Horizontalprobebelastung

2.2 Dynamische Probebelastung

Integritätsprüfungen

3.1 Allgemeines

3.2 Integritätsprüfungen an Pfählen

3.2.1 Verfahren Fugro

3.2.2 Verfahren Bilfinger & Berger

3.3 Kontrolle der Pfahlneigung

3.4 HDI-Reichweitenprüfung

O Arbeiten in kontaminierten Bereichen

Altlasten und Deponietechnik

Geotechnische Arbeiten in kontaminierten Bereichen

2.1 Allgemeines

2.2 Gründungsarbeiten in kontaminierten Bereichen

2.2.1 Allgemeines

2.2.2 Verfahren Centrum-Injektionspfahl

2.2.3 Verfahren Simplex-Ortbeton-Rammpfahl

2.2.4 Verfahren Frankipfahl

2.3 Verdichtungsarbeiten

2.3.1 Allgemeines

2.3.2 Fallplattenverdichtung

2.3.3 Tiefenverdichtung System Brückner

2.3.4 Seitenverdrängungsverfahren System Leffer

2.4 Entwässerungsarbeiten

2.4.1 Allgemeines

2.4.2 Beschreibung des Verfahrens

2.4.3 Ausführungsbeispiel

Sicherheit bei Arbeiten in kontaminierten Bereichen

3.1 Allgemeines

3.2.1 Allgemeines

3.2.2 Technische Schutzmaßnahmen

3.2.3 Organisatorische Schutzmaßnahmen

3.2.4 Persönliche Schutzausrüstung

3.2.5 Beispiel einer praktischen Maßnahme

P Geothermietechnik

Was ist Geothermie?

1.1 Allgemeines

1.2 Gewinnung der Erdwärme

1.3 Bedingungen zur Erdwärmenutzung in Deutschland

1.4 Geothermische Potenziale in Deutschland

Geothermiequellen

2.2 Niedertemperatur-Geothermiequellen

2.3 Mitteltemperatur-Geothermiequellen

2.4 Hochtemperatur-Geothermiequellen

Gewinnungsarten

3.1 Erdwärmesonden

3.1.1 Allgemeines

3.1.2 Systembeschreibungen

3.1.3 Funktion einer erdgekoppelten Wärmepumpe

3.1.4 Erdwärmesonden-Felder

3.2 Bohr- und Einbautechnik für Erdwärmesonden

3.2.1 Allgemeines

3.3.2 Bohrverfahren

3.3.3 Einbau der Sondenrohre

3.3.4 Verpressung der Sondenbohrung

3.3.5 Bohrdurchmesser und Sondenrohre

3.3.6 Bohrrohre, Innengestänge und Bohrköpfe

3.3.7 Bohranlagen für die Oberflächennahe Geothermie

3.4 Erdberührte Bauteile

3.4.1 Allgemeines

3.4.2 Energiepfähle

3.4.3 Energie-Spriralkörbe

3.4.4 Erdwärmekörbe

3.4.5 Erdwärmekollektoren

3.5 Neuere Entwicklungen

3.6 Energie aus dem Grundwasser

3.6.1 Voraussetzungen

3.6.2 Lage der Brunnen

3.7 Saisonale Wärmespeicher

Tiefengeothermie

4.1 Allgemeines

4.2 Entstehung und Vorrat der Erdwärme

4.3 Tiefe Erdwärmesonde

4.3.1 Allgemeines

4.4 Petrothermale Systeme

4.4.1 Allgemeines

4.5 Geräte für Geothermie-Tiefbohrungen

4.5.1 Allgemeines

4.5.2 Vorteile Zylinderhebewerkes gegenüber Seilhebewerk

4.5.3 Gestängelager + PipeHandler

4.5.4 Antriebssysteme

4.6 Genehmigungsverfahren

4.7 Ausführung einer Geothermie-Tiefbohrung

4.7.1 Demonstrationsprojekt Genesys

Risikobewertung von Geothermiebohrungen

5.1 Allgemeines

5.2 Beispiele für Schadensfälle

5.3 Fehlerquellen

Zusammenfassung

Q Horizontalbohrtechnik

Horizontalbohrsysteme

1.2 Allgemeines

1.2 Baugrundverhältnisse

1.2.1 Allgemeines

1.2.2 Baugrundrisiko

Horizontal-Schneckenbohrverfahren

2.1 Allgemeines

2.2 Langrahmenmaschinen System Bohrtec

2.5 Kompaktmaschinen System Bohrtec

2.6 Ungesteuerter Vortrieb

2.7 Gesteuertes Vortriebsverfahren

2.7.1 Pilotvortrieb

2.7.2 Messtechnik

2.7.3 Dreistufiges Gesteuertes Pilotverfahren mit Aufweitung

2.7.4 Zweistufiges gesteuerte Pilotverfahren-Verfahren

2.7.5 Zweistufiges Gesteuertes Pilotverfahren mit Stahlrohreinbau

2.7.6 Pilotrohrvortrieb mit aktiver Aufweitung

2.7.7 Gesteuertes Front-Steer-Verfahren

2.7.8 Aktive Aufweitung mit Innenverrohrung

2.7.9 Aufweitung mit Backreamer u. Einzug von Kunststoffrohren

2.7.10 Produktenohre

Horizontalbohrungen nach dem AVN-Verfahren

3.1 Allgemeines

3.2 Start- und Zielschächte

3.3 Dehnerstationen

3.4 Schmierung

3.5 Rohrmaterial

3.6 Mess- und Navigationstechnik

3.6 Microtunnelbau

3.6.1 Allgemeines

3.6.2 Microtunnelbau mit Schneckenförderung

3.6.3 Microtunnelbau mit Spülförderung

3.6.4 Microtunnelbau mit Spülförderung und Druckluftpolster

3.4.5 Microtunnelbau mit Dickstoffförderung und Erddruckstützung

3.6.6 Microtunnelbau mit pneumatischer Förderung

3.6.7 Vorteile des Minitunnelverfahrens

Horizontal-Spülbohrtechnik (HDD)

4.1 Allgemeines

4.2 Vorteile des Verfahrens

4.3 Pilotbohrung

4.4 Räumen des Bohrkanals (Arbeitsschritt 2)

4.5 Einziehvorgang (Arbeitsschritt 3)

4.6 Anwendungsgebiete des HDD Verfahrens

4.7 Geräte und Werkzeuge

4.7.1 Allgemeines

4.7.2 HDD-Bohranlagen

4.7.3 Details der HDD-Anlagen

4.7.4 Einsatzbeispiele für HDD-Horizontalbohranlagen

4.7.5 Komponenten der Bohranlagen

4.7.6 Bohrspülungen ¹)

4.7.7 Bohrstrang und Bohrwerkzeuge

4.7.8 Steuerungs- und Ortungstechnik

4.7.9 Bedienpult

4.7.10 Transport- und Versorgungsvorrichtung

4.7.1 HDD-Kompaktanlagen mit Mischanlage

4.7.12 Recycling-Anlage (optional)

4.7.13 HDD-Zubehör

4.8 HDD-Felsbohrtechnik mit spülungsarmen Mud-Motoren

4.8.1 Allgemeines

4.8.2 Eigenheiten von Mud-Motoren

4.9 Beispiele für Baumaßnahmen im HDD-Verfahren

4.9.1 Allgemeines

4.9.2 Feldbohrung mit einem GRUNDOROCK – Mudmotor ¹⁵)

4.9.3 Unterführung der Elbe zwischen Freiburg u. Brunsbüttel

4.9.4 Werkzeuge für das HDD-Bohren in schwierigen Formationen

4.12 Resümee

4.13 Beispiel für ein HDD Großprojekt in Russland

4.13.1 Vorbemerkungen

4.13.2 Bauausführung

4.9.5 Besondere Anwendung der HDD-Technology

Sonstige Rohrvortiebsverfahren

5.1 Allgemeines

5.2 Bodenverdrängungsverfahren

5.2.1 Statisch-hydraulische Systeme

5.2.2 Dynamisch-pneumatische Systeme

2.6 Bohr-Pressverfahren

2.6.1 Systembeschreibung

2.6.2 Vortriebswiderstände

2.6.3 Steuerungssysteme

2.6.4 Abbausysteme

Rohrerneuerung

6.1 Berstlining

R Ausführungsrisiken

Allgemeines

Sicherung und Haftung

Schadensursachen

Beispiele von Schadensfällen

4.1 Allgemeines

4.2 Vorsicht bei Böden mit scheinbarer Kohäsion

4.3 Vorsicht bei kleinen Auflasten

4.4 Hydraulischer Grundbruch

4.5 Falsche Beurteilung der Baugrundverhältnisse

4.6 Unterschätzung der Rammprobleme

4.7 Setzungen in locker gelagerten Böden

4.8 Versagen einer Spundwand durch Flutwelle

4.9 Hohlraumbildung hinter Bohlträgerwänden

4.10 Schäden bei einer Rüttelstopfverdichtung

4.11 Bodenentzug bei der Herstellung einer Bohrpfahlwand

4.12 Versagen einer Trägerbohlwand infolge V-Kraft

4.13 Anmerkungen zum Bohlträgerverbau

4.14 Umsturz einer Ramme

Produkthaftung und rechtliche Fragen

Schlussbetrachtung

S Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz

Allgemeines

Allgemeine Sicherheitsrichtlinien

2.1 Unfallursachen

2.2 Technisch bedingte Unfallursachen

2.3 Fehlende persönliche Schutzausrüstung

2.4 Organisatorisch bedingte Ursachen

2.5 Menschlich/persönlich bedingte Unfallursachen

Unfallschwerpunkte

3.1 Allgemeines

3.2 Besondere Bestimmungen für den Spezialtiefbau

3.3 Besondere Anforderungen an Winden (VGB 8)

3.4 Besondere Hinweise zur Standsicherheit der Geräte

Arbeiten in kontaminierten Bereichen

4.1 Vorschriften und Regeln

4.2 Begriffsbestimmungen

4.3 Persönliche Schutzausrüstungen in kontaminierten Bereichen

4.4 Bestimmungen für Bohrungen und Sondierungen

Hinweise für Arbeiten im Bereich von Leitungen

5.1 Arbeiten im Bereich elektrischer Freileitungen

5.2 Arbeiten im Bereich erdverlegter Leitungen

5.2.1 Allgemeine Hinweise

5.2.2 Zusätzliche Hinweise für Telefon- und Elektroleitungen

5.2.3 Zusätzliche Hinweise für Gasleitungen

5.2.4 Zusätzliche Hinweise für Wasserleitungen

5.2.5 Zusätzliche Hinweise für kreuzende Leitungen

5.2.6 Ortung von Kabeln und Leitungen

5.3 Weitere Hinweise zur Vermeidung von Leitungsschäden

Gefahren durch Kampfmittel

6.1 Allgemeines

6.2 Auffinden von Blindgängern

6.3 Gesetzliche Regelungen über Kampfmittel

T Vertrags- und Rechtsfragen im Spezialtiefbau

Allgemeines

Einbeziehung der VOB

Allgemeine Geschäftsbedingungen

Allgemeine Geschäftsbedingungen Spezialtiefbau

4.1 Allgemeines

4.2 Auswirkungen der AGB Spezialtiefbau

Beweissicherungsklausel

Nachunternehmervertrag

6.1 Allgemeines

6.2 Besonderheiten des Nachunternehmervertrages

AGB-widrige Vertragsklauseln in Unternehmerverträgen

Sondervorschläge

Pauschalverträge

Angebotsbearbeitung

10.1 Allgemeines

10.2 Ermittlung der Angebotspreise

10.3 Kalkulationsrisiken

Schriftverkehr am Bau

Aufmaß und Abrechnung

Bedeutung der VOB/A

Inanspruchnahme fremder Grundstücke

14.1 Temporäre Inanspruchnahme

14.2 Dauernde Inanspruchnahme

Typische Streitfälle im Spezialtiefbau

15.1 Allgemeines

15.2 Regeln

15.2.1 Grundregel VOB/A § 9 zur Baugrundbeschreibung

15.2.2 Generalklausel § 9 Nr. 2 VOB/A

15.2.3 Baugrundklausel Ziff. 5 Z-VOB/B der Deutschen Bundesbahn

15.2.4 Anerkannte Regeln der Technik

15.3 Streitfallursachen im Spezialtiefbau

15.3.1 Allgemeines

15.3.2 Allgemeine Streitfälle

15.3.3 Fachspezifische Streitfälle

Zusammenfassung, Hinweise und Literaturempfehlungen

H Baugrubenverbau

1 Allgemeines

Der Standort eines Bauwerks ist für den planenden Architekten oder Ingenieur vorgegeben. Mit dieser Standortfixierung, die in der Regel vom Bauherrn bestimmt ist, stehen für die Planung und Ausführung folgende Faktoren fest:

vorhandene Baugrundbeschaffenheit,

Nachbarbebauung,

Nutzungsart,

Gründungsart,

Gründungstiefe und damit die Höhe des Geländesprungs, der abzusichern ist.

Abb. H-1: Geböschte und abgestützte Baugrube

Voraussetzung zum Böschen ist ausreichender Platz. Im Normalfall kann angenommen werden, dass die Böschungsbreite gleich der Geländesprunghöhe (Baugrubentiefe) ist. Eingeschränkt wird die Möglichkeit zum Böschen durch

vorhandene Sparten (Gas-, Elektro-, Telefon-, Wasser- und Abwasserleitungen),

Einsprüche der Nachbarn,

geologische Gegebenheiten,

Grundwasser,

vorhandene Bebauung.

Bedingt durch das begrenzte Flächenangebot in den Innenstädten und die verstärkte Nutzung der Grundstücke (mehrgeschossige Tiefgaragen, tiefliegende Lagerräume usw.), müssen immer tiefere Baugruben angelegt werden. Hinzukommen Trogbauwerke für unterirdische Verkehrsanlagen. Sofern eine Böschung aus den vorgenannten Gründen nicht möglich ist, muss der durch den Aushub entstehende Geländesprung mittels Abstützmaßnahmen (Verbau) gesichert werden.

Bei der Wahl der Verbauart müssen folgende Punkte beachtet werden:

Welche Verformung ist zulässig? Bei naheliegender Nachbarbebauung, empfindlichen Versorgungsleitungen (Kanal, Wasser, Gas) und Verkehrsanlagen muss stets ein möglichst verformungsarmer Verbau gefordert werden.

Welcher Platz steht für die Verbaumaßnahme zur Verfügung? Bei einer Grenzbebauung wünscht der Bauherr eine möglichst platzsparende Verbaukonstruktion. Andererseits hat eine technisch einwandfreie Konstruktion einen Mindestplatzbedarf.

Sind die Nachbarschaftsverhältnisse geregelt? Bei Unterfangungen und sonstigen Eingriffen in das Nachbargrundstück ist das grundsätzliche Einverständnis des Nachbarn erforderlich. Bei einer Grenzbebauung ohne vorhandene Gebäude muss in der Regel ein Geländestreifen von 1,0 bis 1,5 m in Anspruch genommen werden.

Soll eine verbleibende Verbaumaßnahme ausgeführt werden oder ist ein Rückbau vorgesehen? Bei Rückbau ist der erforderliche Platzbedarf zu berücksichtigen. So ist z. B. für den Rückbau einer Holzausfachung ein Arbeitsraum zwischen Verbau und Bauwerk von mindestens 0,80 m erforderlich.

Soll die Verbaukonstruktion evtl. Grundwasser dauernd oder nur für die Bauzeit fernhalten? Maßgebend für diese Entscheidung sind: die Auflagen der Wasserbehörden, die Bauzeit und der Grundwasserstand.

Können die Nachbargrundstücke für eine Rückverankerung in Anspruch genommen werden? Neben einer Duldungsgenehmigung für die Ankerunterfahrung wird teilweise auch ein Grundbucheintrag vorgeschrieben. Problematisch kann die Ankerfrage bei der Nutzung von öffentlichen Grundstücken werden.

2 Normung

2.1 Allgemeines

Die Konstruktion, Bemessung und Ausführung von Verbaumaßnahmen wird durch die

DIN 4124 - Baugruben und Gräben, Böschungen, Arbeitsraumbreiten, Verbau

geregelt. Mitgeltende DIN-Normen und Vorschriften sind gemäß folgender Tabelle:

2.2 Geltungsbereich der DIN 4124

Die Norm gilt für verbaute und nicht verbaute Baugruben und Gräben, die von Hand oder maschinell ausgehoben und in denen Bauwerke errichtet oder Leitungen verlegt werden.

Die Norm gibt an, nach welchen Regeln Baugruben und Gräben zu bemessen und auszuführen sind. Für einfache Fälle werden Verbauregeln angegeben, bei deren Beachtung besondere statische Nachweise entfallen können (Normverbau).

Von dieser Norm abweichende Ausführungen bedürfen des Nachweises der Brauchbarkeit durch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung, wenn ihre Anwendung nicht nach anderen bauaufsichtlich eingeführten Richtlinien zulässig ist.

Die DIN 4124 befasst sich in erster Linie mit dem Graben- und Normverbau, der nicht zum Spezialtiefbau gehört, sondern Gegenstand des allgemeinen Tiefbaus ist. Erst ab Pkt. 8 wird der Baugrubenverbau in spezialtiefbautechnischer Hinsicht behandelt. Die Anwendung dieser Verbauarten setzt in aller Regel einen projektbezogenen statischen Einzelnachweis voraus.

Die Norm unterscheidet unter diesem Abschnitt Spundwände, Trägerbohlwände und massive Verbauarten (Bohrpfahlwände und Schlitzwände).

Die nachfolgenden Beschreibungen berücksichtigen die geltenden Normen und allgemeingültigen Regeln der Baukunst und setzen die Kenntnis der Norm voraus.

3 Normverbau

Der Normverbau wird im Allgemeinen nur im Kanalverbau angewandt und somit nicht dem Spezialtiefbau zugeordnet. Zahlreiche Normentabellen und genormte Stahlverbauelemente erleichtern die Anwendung, sodass zum größten Teil ein besonderer statischer Nachweis entfällt.

4 Allgemeiner Baugrubenverbau

4.1 Verbauarten

Man kann folgende Verbauarten unterscheiden:

Trägerbohlwände,

Spundwände,

Bohrpfahlwände,

Schlitzwände,

Injektionswände,

HDI-Wände,

Elementwände.

Nach der Verformbarkeit können unterschieden werden:

verformungsarme Systeme,

biegeweiche Systeme.

Zu den verformungsarmen Systemen gehören:

Bohrpfahlwände,

Ortbeton-Schlitzwände,

Fertigteil-Schlitzwände,

HDI-Schwergewichtswände.

Biegeweiche Systeme sind:

Trägerbohlwände,

Spundwände.

Ferner wird nach der Wasserdurchlässigkeit unterteilt in:

wasserundurchlässige Verbauarten,

wasserdurchlässige Verbauarten.

Zu den wasserundurchlässigen Verbauarten gehören:

Ortbeton-Schlitzwände,

Fertigteil-Schlitzwände,

Bohrpfahlwände, überschnitten,

Bohrpfahlwände, tangierend mit Zwickelverpressung,

Stahl-Spundwände,

HDI-Schwergewichtskörper.

Wasserdurchlässige Verbauarten sind:

Trägerbohlwände,

Bohrpfahlwände, aufgelöst und tangierend ohne Zwickelverpressung,

aufgelöste Elementwände.

Unterscheidung nach der Wiedergewinnbarkeit:

Verbausysteme, die zurückgewonnen werden können,

Verbausysteme, die im Boden verbleiben.

Verbauarten, die wieder zurückgewonnen werden können, sind

Bohlträgerverbau mit Holz-, Fertigteil- und Spundwandausfachung,

Stahl-Spundwände.

Nicht rückgewinnbar sind

Bohrpfahlwände,

Schlitzwände,

Bohlträgerverbau mit Ortbeton- oder Spritzbetonausfachung,

Injektionswände.

Folgende Verbauarten können als verbleibende Verbaumaßnahme in das Bauwerk integriert werden:

überschnittene oder tangierende Bohrpfahlwände,

Ortbeton- und Fertigteil-Schlitzwände,

Bohlträgerverbau mit Ortbeton- oder Spritzbetonausfachung.

Allen Wandarten ist eigen, dass sie sich von der vorhandenen Geländeoberfläche aus im Boden herstellen lassen. Der Aushub und die evtl. erforderlichen Aussteifungen oder Anker lassen sich bereits im Schutze des vorhandenen Verbaus herstellen.

Alle genannten Systeme werden freistehend, einfach rückverankert und mehrfach rückverankert ausgeführt. Nach heutiger Technik sind die Verbauarten in allen Bodenarten anwendbar. Gegebenenfalls sind Hilfsmaßnahmen (Vorbohren, Spülhilfe usw.) erforderlich.

5 Geräte- und Werkzeugtechnik

5.1 Allgemeines

Für die Herstellung von Bohlträgerwänden werden neben der allgemeinen Baustelleneinrichtung je nach Verbausystem folgende Geräte benötigt:

Drehbohrgeräte,

Greiferbohranlagen,

Seilbagger,

Ramm- bzw. Rüttelgeräte,

Ziehgeräte,

Ankergeräte,

Pressgeräte,

Spritzbetoneinrichtungen,

Spezialgeräte, Hilfsgeräte (z. B. Radlader, Minibagger, Kompressoren).

5.2 Drehbohrgeräte

Für die Herstellung der Trägerbohrungen werden vornehmlich Drehbohrgeräte mit Primärverrohrung (Verrohrung über den Kraftdrehkopf und Rohrmitnehmer) eingesetzt, da die üblichen Bohrdurchmesser max. 90 cm betragen. Drehbohrgeräte und Werkzeuge wurden bereits ausführlich im Kap. Bohrtechnik u. Tiefgründungen behandelt.

5.3 Greiferbohranlagen

In besonders schweren Böden mit zu erwartenden Hindernissen, oder falls kein Drehbohrgerät zur Verfügung steht, kommen auch Greiferbohranlagen mit Verrohrungsmaschinen zum Einsatz. Auch diese Geräte sind bereits im Abschnitt Bohrpfähle umfassend dargestellt worden.

5.4 Seilbagger

Als Seilbagger kommen sowohl Mobilgeräte als auch Bagger auf Raupenfahrwerk zur Anwendung, wie sie auch für die Bohrpfahlherstellung üblich sind und unter diesem Abschnitt bereits ausführlich besprochen wurden. Seilbagger werden ebenfalls für den Betrieb der Ziehgeräte beim Rückbau der Verbauträger, Kanaldielen- oder Spundwandausfachung benötigt (Näheres s. Kap. Bohrtechnik, Tiefgründungen und Rammtechnik). Kommen mehrere Drehbohrgeräte zum Einsatz, so kann ein Seilbagger wegen der geringen Reichweite der Drehbohrgeräte als Hilfsgerät für den Einbau der Bohlträger und Verfüllung der Bohrlöcher zu einer erheblichen Leistungssteigerung beitragen.

Hydraulik-Telekräne sind für den Betrieb von Ziehgeräten erfahrungsgemäß nur mit entsprechender Erfahrung und guten Schwingungsdämpfern geeignet. Es treten immer wieder Schadensfälle an den Geräten auf, sodass eine Anmietung für diese Arbeiten teilweise schwierig ist.

5.5 Ramm- und Vibrationsgeräte

Für das Einbringen von Bohlträgern lassen sich mit Erfolg auch Ramm- und Rüttelgeräte einsetzen, wenn die anstehenden Böden dazu geeignet sind. Außerdem muss sicher sein, dass evtl. Probleme durch Lärm und Erschütterungen nicht zu erwarten sind.

Soweit schlagende Rammgeräte oder auch Vibratoren zum Einbringen der Träger Verwendung finden, müssen diese an entsprechenden Rammgerüsten geführt sein, da eine Einhaltung der Rammgenauigkeit sonst nicht möglich ist. Als schlagende Rammen sind sowohl Dieselrammbären als auch Hydraulikrammbären einsetzbar.

Freireitende Ramm- und Rüttelgeräte können eingesetzt werden, wenn die Träger vorher ausreichend tief in vorgebohrte Löcher gestellt, ausgerichtet und gut verfüllt werden. Abb. H-2 zeigt einen PTC-Vibrator mit zwei Klemmbacken, die über die Grundplatten so angeordnet sind, dass zwei Träger gleichzeitig eingerammt werden können.

Abb. H-2: PTC-Vibrator mit Spezialtraverse beim Einbringen von 2 Verbauträgern gleichzeitig [L-6]

5.6 Ziehgeräte

Dienen die Verbaumaßnahmen nur als Bauhilfsmittel, so wird der Verbau nach Beendigung der Baumaßnahme wieder zurückgebaut. Das Ziehen der Träger und Stahlspunddielen ist umso schwieriger, je länger der Verbau vorgehalten wurde. Einfache Ziehgeräte wie Hebezeuge, hydraulische Pressen oder reine Baggerzugkraft führen in der Regel nicht zum Erfolg. Das Ziehen muss durch statischdynamisch wirkende Zugkräfte (Pfahlzieher) oder Vibrationsgeräte unterstützt werden.

Abb. H-3: Tünkers-Vibrator mit Schwingungsdämpfer beim Ziehen von Verbauträgern

Als Vibratoren sind alle Geräte geeignet, die auch zum Einbringen verwendbar sind. Dabei sind unbedingt Schwingungsdämpfer (Abb.H-3) zu verwenden, die es ermöglichen, hohe elastische Zugkräfte als Vorspannung aufzubringen und gleichzeitig die vom Rüttler erzeugten hohen Vertikalschwingungen zu absorbieren, die somit nicht über das Zugseil auf das Trägergerät übertragen werden. Pfahlzieher werden ebenfalls freireitend angewendet. Diese sind dem Prinzip nach schnellschlagende Rammhämmer, deren Schlagrichtung jedoch nach oben gerichtet ist.

Man unterscheidet bei den Pfahlziehern zwischen der äußerlich aufzubringenden Kraft, der sogenannten Vorspannung, und der Kraft, die der Pfahlzieher durch das Antriebsmittel (Druckluft, Dampf usw.) entwickelt.

Halb- oder vollautomatische Klemmzangen gewährleisten eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Ziehgut.

Dampfangetriebene Pfahlzieher werden – in Verbindung mit Dampframmen – nur noch für sehr schwere Zieharbeiten im Strom- und Hafenbau eingesetzt. Näheres über Ramm- und Zieharbeit s. Kap. G – Rammtechnik.

5.7 Ankergeräte

Ankergeräte und Zubehör werden in Kap. I – Ankertechnik, ausführlich vorgestellt.

5.8 Einpressgeräte

Siehe Kap. G - Rammtechnik

5.9 Spritzbetoneinrichtungen

5.9.1 Allgemeines

Nach den Verfahren werden unterschieden:

Nassspritzmaschinen

Trockenspritzmaschinen

5.9.2 Nassspritzverfahren

Beim Nassspritzverfahren unterscheidet man zwei unterschiedliche Arten der Förderung und zwar die

Förderung im Düsenstromverfahrenund die

Förderung im Dichtstromverfahren.

Eine Möglichkeit der Förderung beim Düsenstromverfahren ist die Verwendung von Rotormaschinen wie beim Trockenspritzverfahren. Der Unterschied liegt einzig darin, das fertiges Nassgemisch zugegeben wird.

Die zweite Möglichkeit basiert auf dem Prinzip der klassischen Druckkesselmaschinen. Zwei nebeneinanderliegende Druckkessel sind über eine Weiche zu einer Spritzeinheit verbunden. Die Materialweiche gestattet ein kontinuierliches Arbeiten aus einer Druckkammer wird gefördert, während die zweite Kammer beschickt wird.

Das in den senkrecht stehenden Druckkessel eingefüllte Nassgemisch wird durch einen Rührstrom zu einer Öffnung im Boden gefördert, von dort über eine Förderschnecke zum Ausblasstutzen transportiert und dann unter Druckluftzugabe in den Förderschlauch geblasen. Das Verfahren wird zunehmend vom Dichtstromverfahren verdrängt.

Für die Förderung im Dichtstromverfahren kommen fast ausschließlich Schneckenpumpen oder Doppelkolbenpumpen zum Einsatz.

Bei Kolbenpumpen ist im Unterschied zu den herkömmlichen Betonpumpen dieser Bauart die Dauer der Umschaltphasen der Rohrweichen wesentlich geringer, um damit einen möglichst kontinuierlichen Förderstrom zu erreichen. Zudem verfügen diese Pumpen in der Regel über eine mit der Pumpenhydraulik gekoppelte Dosiereinheit.

Abb. H-4: Schneckenförderung (links) – Doppelkolbenförderung System Putzmeister (rechts)

An der Spritzdüse wird Druckluft und evtl. Abbindebeschleuniger zugeführt. Der Beton muss der DIN 1045 entsprechen und soll kurz nach dem Aufspritzen zunächst evtl. Bodenausbruch und wenig später auch Erddruck aufnehmen, damit so schnell wie möglich weiter freigelegt werden kann.

Die Verdichtung des Betons wird durch die Aufprallenergie und Düsenführung erreicht. Eine übliche Betonzusammensetzung zeigt Tafel 1-H. Der Schlauchdurchmesser beträgt 50 bis 100 mm. Bei einem Durchmesser von

50 mm darf der Durchmesser des Größtkorns der Zuschlagstoffe höchstens 8 mm betragen. Ab Schlauchdurchmesser 80 mm liegt der Korndurchmesser bei maximal 16 mm. Beim Spritzmaschinen-Typ P 715 E (Abb. H-6a sind Förderleistungen bis etwa 18,2 m³/h bei 40 bis 68 bar zu erreichen.

Abb. H-5: Turbo-Injektor-Düse System Schwing

Beim Top-Shot-System der Fa. Schwing wird ein Abbindebeschleuniger auf Alkalialuminat-Basis verwendet, der über eine in der Betonpumpe integrierte Dosierpumpe zugegeben wird. Zum Verfahren gehört die sog. Top-Shot-Turbo-Injektor-Düse (Abb. H-5).

Abb. H-6a: Spritzmachine für das Nassverfahren System Putzmeister Typ P 715 E - 2-Zyl. Kolbenpumpe – Trailer

Abb. H-6b: Spritzmaschine für das Nassverfahren System Schwing Sp 305 D - Förderleistung max. 23 m³, 43 bar – 35 PS Dieselmotor - 2-Zyl. Kolbenpumpe – Trailer .

Abb. H-6c: Spritzmaschine für das Nass- u- Trockenverfahren System Sika-Aliva Typ 297 - Förderleistung max. 21m³- E Antrieb – Förderweite trocken: max.400 m – nass: max. 40 m

Tafel 1-H: Beispiel für eine Spritzbetonrezeptur

Abb. H-7: Systemdarstellung beim Nassspritzverfahren

5.9.3 Trockenspritzverfahren

Die Trockenspritzmaschinen arbeiten nach dem Rotorsystem oder dem Förderkammersystem.

Die Rotormaschine (Abb. H-8) besteht aus einem flachen Stahlzylinder mit verschiedenen parallel zur Achse angeordneten Öffnungen. Auf diesem der Trommel eines Revolvers ähnlichen Zylinder (Abb. H-9) ist ein Einfülltrichter (1) aufgesetzt.

Das hier eingebrachte Spritzmaterial füllt die Rotorkammern (2). Der drehende Rotor (3) transportiert das Spritzgut zur Abblaskammer (4). Im freien Fall, unterstützt durch die Oberluft (5), gelangt das Trockengemisch in den Förderstrom (6). In einer Schlauch- oder Rohrleitung wird das Material mittels der Förderdruckluft (7) zur Spritzdüse gefördert. An der Spritzdüse wird das erforderliche Wasser dosiert zugegeben.

Zur Abdichtung des unter Überdruck stehenden Ausblasstutzens gegen die nach oben offenen Löcher des Rotors ist unter dem Rotor eine starke Gummischeibe angebracht (Reibscheibe), die wegen des Verschleißes durch den darauf rotierenden Zylinder in regelmäßigen Abständen ausgewechselt werden muss. Die Förderleistungen beim Trockenspritzsystem betragen 3 bis 15 m³/h bei Förderweiten bis zu 500 m.

Abb. H-8: Trockenspritzmaschinen Systeme Meyco Typ Piccolo (links) und Mader Typ WM 24 (rechts)

Die Druckkammermaschine (Abb. H-9) besteht aus einer Arbeitskammer, aus der das Material mit Hilfe eines Taschenrades abgezogen und verblasen wird, sowie aus einem mit Taschen versehenen, in waagerechter Lage unter einem Einfülltrichter angeordneten rotierenden Konus.

Abb. H-9: Tockenspritzmaschine System ALIVA Typ 252

rechts: Spritzmaschine links: Systemschnitt -

Abb. H-10: Gesamtübersicht bei Spritzbetonarbeiten mit dem Druckkammersystem Schürenberg.

Abb. H-11: Herkömmliche Spritzdüse [L-5]

5.9.4 Spritzdüsen

Insbesondere beim Trockenspritzverfahren spielen die Spritzdüsen eine wesentliche Rolle, da im Düsenbereich die Durchmischung des Trockenmaterials mit dem Anmachwasser und gegebenenfalls mit flüssigem Abbindebeschleuniger (BE-Mittel) erfolgt. Hier bietet der Markt verschiedene Ausführungsformen.

Die herkömmliche Spritzdüse (Abb. H-12) besteht aus einem meist konisch sich verjüngenden Kunststoffrohr, dem ein Wasserring vorgeschaltet ist, mit dem das Anmachwasser dem Materialstrom zugeführt wird. Durch die hohe Geschwindigkeit des Materials kann auf kurzer Distanz eine vollkommene Durchmischung nicht erfolgen. Der eigentliche Mischvorgang erfolgt beim Auftreffen auf die Wand durch eine ständige kreisförmige Düsenführung.

Bei den sogenannten Vorbenetzungsdüsen ist die Wasserzugabe durch den Wasserring in einer bestimmten Entfernung dem Düsenkörper vorgelagert, um eine längere Vermischungsstrecke zu schaffen. Die hinsichtlich der Staubentwicklung optimale Strecke von der Wasserzugabe zum Düsenende beträgt etwa 2 Meter.

Abb. H-12: Hochdruckwirbeldüse System Schürenberg

Kenndaten verschiedener Betonspritzmaschinen

Druckkammersystem

Bemerkungen zur Tafel

Die Förderleistung ist abhängig von der Förderhöhe, der Förderweite, dem Durchmesser der Schlauchleitung und dem Rotortyp.

Der Antrieb ist grundsätzlich auch mit Dieselmotor oder Druckluft möglich. Bei Druckluftantrieb sich der Luftbedarf um 5 bis 30 ³/h. erhöht

Der Luftbedarf ist abhängig vom Schlauchdurchmesser, der Förderweite, der Förderhöhe und dem Rotortyp.

5.9.5 Beschickungseinrichtungen

Die Beschickung der Spritzmaschinen kann erfolgen

aus einem Fahrmischer (Beton bzw. Trockenmörtel).

mit Vorratskippsilo und Förderband (Beton bzw. Trockenmörtel).

aus Vorratssilo mit Förderschnecke oder Förderband (Trockenmörtel).

Für das Trockenspritzverfahren sind überwiegend Silos mit Förderschnecke in Verwendung. Die Fördereinrichtungen verfügen im Allgemeinen über eine Fernbedienung und Sicherheitsabschaltung bei vollem Einfülltrichter. Bei Siloverwendung entfällt der Aufgabetrichter, da die Schnecke unmittelbar am Siloauslauf angeschlossen wird.

Technische Daten:

Förderleistung: 1,0 bis 13,5 m³/h

Einfülltrichter : 120 l

Antrieb: 3 kW

Abb. H-13: Beschickungsgerät (Förderschnecke) System Meyco Typ RIG 016 E

Abb. 14b: Förderschnecke für Trockenmasse System Obermann Typ FS DK 160-2,6 - Förderleistung 2,6 m³ /h – Antrieb: 4,8 kW

5.9.6 Spritzmanipulatoren

Der Düsenführer ist bei der Düsenführung von Hand teilweise unzumutbaren Arbeitsbedingungen ausgesetzt, die gekennzeichnet sind durch hohe Staubentwicklung, Verletzungsgefahr durch umherfliegendes Rückprallmaterial, ermüdende und anstrengende Düsenhaltung. Ferner nimmt er entscheidenden Einfluss auf die Betonqualität und die Wirtschaftlichkeit (Rückprallmenge) durch die Technik der Düsenführung und Wasserzugabe. Angesichts dieser Tatsache liegt die Abkehr von der manuellen Düsenführung insbesondere bei größeren Mengen nahe.

Im Gegensatz zum Tunnelbau ist der Einsatz von Manipulatoren für Ausfachungsarbeiten noch recht selten. Es ist aber damit zu rechnen, dass sich das Verfahren auch im Baugrubenverbau durchsetzen wird.

Die zum Spritzbetonauftragen notwendigen Bewegungen werden beim Spritzmanipulator über Funktionshebel der gesamten Spritzvorrichtung übertragen. Der Düsenführer wird damit vom direkten manuellen Führen der Düse befreit.

Die Bedienung der Funktionshebel erfolgt entweder von einem Bedienungsstand auf der Maschine oder von einem tragbaren Steuerpult. In Japan sind bereits Manipulatoren im Einsatz, bei denen der gesamte Bewegungsvorgang wie bei Industrierobotern programmiert ist.

Abb. H-15: Spritzmanipulator System Meyco Typ Robojet Modula auf Pel-Job TB 1400 – Systemdastellung [Meyco]

An der Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Bauverfahrenstechnik, Tunnelbau und Baubetrieb, wurde im Rahmen eines Forschungsauftrages ein Spritzroboter entwickelt, der bereits im Untertagebergbau mit Erfolg eingesetzt wurde.

Die in Abb. H-16a dargestellten Manipulatoren System Meyco, Typen ROBOJET und MATICO, können auf Minibagger oder sonstige vergleichbare Geräte aufgebaut werden. Die Spritzlanze kann an Stelle der Schaufel oder des Löffels montiert werden. Die Antriebsleistung beträgt lediglich 7,5 kW. Das Gerät dürfte für den Einsatz bei Ausfachungsarbeiten im Baugrubenverbau interessant sein, wenn entsprechende Spritzflächen vorhanden sind.

Abb. H-16b zeigt die ALIVA-Spritzbeton-Teleskoplafette Typ MATICO. Das Parallelogramm-System erlaubt das Arbeiten in allen Richtungen bis zum Boden von einem Standpunkt aus.

Das Gerät ist im Baukastensystem konstruiert und auf unterschiedlichsten Trägergeräten montierbar. Der Düsenführer kann die Bedienung außerhalb des Gefahrenbereiches durch Fernbedienung vornehmen. Die Leistungsaufnahme der Hydraulikanlage beträgt lediglich 7,5 kW (ohne Spritzeinheit).

Abb. H-16a: Manipulator System ALIVA Typ MATICO beim Auftragen von Spritzbeton zur Böschungssicherung [ALIVA]

Abb. H-16b: Manipulator System Meyco auf einem Raupenfahrwerk System Dailmann+Haniel - ein Hochleistung gerät, das vornehmlich im Berg- und Tunnelbau eingesetzt wird [Dailmann+Haniel]

5.9.7 Prüfsysteme

Mit den üblichen Beton- bzw. Mörtelprobekörpern kann die Betonqualität erst frühestens 24 Stunden nach der Auftragung festgestellt werden. Für die Kontrolle der Frühfestigkeit sind jedoch Methoden nötig, die eine wesentlich frühere Materialprüfung möglich machen.

Von der Fa. Meyco, Winterthur, werden zwei Systeme hergestellt, die eine frühzeitige und zuverlässige Baustellenüberwachung ermöglichen. Damit lassen sich die Festigkeitswerte des tatsächlichen Spritzgutes ermitteln. Der Messerstich des Verfahrens ersttreckt sich von 0,16 bis 35 N/mm².

Vorteile der Frühüberwachung:

Prüfung unmittelbar nach Abbindeende,

Überwachung des Abbinde- und Erhärtungsablaufs,

Festlegung der optimalen Dosierung des Abbindebeschleunigers,

Bestimmung, Kontrolle und Überwachung der Mischung und der Spritztechnik,

sofort ablesbares Prüfergebnis,

kein Zeitverlust für Schneiden und Bearbeiten von Proben,

größere Schäden durch Qualitätsfehler vermeidbar,

geringe Kosten.

Einsatzbereiche der Prüfmethoden:

Erhärtungsprüfung mit der Meyco Penetrationsnadel von 15 bis 60 Minuten,

Erhärtungsprüfung mit dem Ausziehverfahren Meyco Kaindl von 2 bis 24 Stunden,

Erhärtungs- und Güteprüfung durch Bohrkerne ab 24 Stunden.

Das System Meyco Kaindl (Abb. H-17) eignet sich zur Prüfung des Festigkeitsverlaufs frühestens 2 Stunden bis spätestens 2 Tage nach der Aufbringung des Spritzbetons.

Gemessen wird die Kraft, die aufgewendet werden muss, um einen in Mörtel oder Beton eingespritzten Zugbolzen herauszuziehen. Aus dieser Kraft und der Mantelfläche des kegelförmigen Bruchstückes kann die Scherzugfestigkeit des jungen Mörtels oder Betons abgeleitet werden. Der Zugbolzen wird mit Hilfe eines mit steigendem Druck beaufschlagten Hydraulikzylinders zusammen mit dem Bruchkörper aus der Betonschicht herausgezogen. Der mit einer Handpumpe erzeugte maximale Druck wird an zwei Manometern mit Schleppzeiger abgelesen. Aus dem Druck lässt sich die zugehörige Druckfestigkeit grafisch und rechnerisch ermitteln (Abb. H-17).

Mit der Meyco Penetrationsnadel (Abb. H-18) sind Messungen zwischen 15 und 120 Minuten möglich. Die Penetrationsnadel ist ausgelegt für den Festigkeitsbereich von etwa 0,16 bis 1,2 N/mm².

Bei der Messmethode wird eine Nadel mit definierten Abmessungen mit einer definierten Kraft und einem definierten Weg in den jungen Beton gedrückt. Von der gemessenen Widerstandskraft, ablesbar auf der Penetrationsnadel, wird dann auf die Druckfestigkeit geschlossen. Dabei wird allerdings eher eine Kombination von Druck- und Scherfestigkeit gemessen, bzw. der Widerstand gegen örtliche Verformungen. Je Probe wird das Mittel aus 10 Messungen errechnet. Nach dem jeweiligen Größtkorn gibt es zwei Eichkurven (8 und 16 mm).

Übliche Prüfalter sind 15, 30, 45, 60, 90 und 120 Minuten. Zu beachten ist, dass nicht direkt auf ein großes Zuschlagkorn gedrückt wird.

Abb. H-17: oben: Meyco-Prüfgerät Typ Kaindl – unten: grafische Festigkeitsermittlung

Zusammenfassend hängt die Güte des Spritzbetons von folgenden Faktoren ab:

Zusammensetzung der Ausgangsmischung,

Beschaffenheit der Spritzdüse,

Aufprallgeschwindigkeit des Spritzgutes,

Ausbildung und Geschick des Düsenführers,

Bewehrung,

Dosierung der Wasserzugabe beim Trockenspritzverfahren,

Dosierung des Zusatzmittels,

Wasser-Zement-Faktor,

Abstand der Spritzdüse zur Auftragsfläche,

Spritzrichtung,

Abb. H-18: Spritzgerät. Meyco Penetrationsnadel

Die Messungen können einfach und ohne Störung des Betriebsablaufs durchgeführt werden und ermöglichen eine vorzeitige bzw. rechtzeitige Kontrolle bei Verdacht auf Fehler in der Herstellung.

5.9.8 Hilfsgeräte

Bei Einsatz von Drehbohrgeräten sollte wegen der geringen Reichweite dieser Geräte ein Radlader mittlerer Größe grundsätzlich zur Geräteausstattung gehören. Er wird benötigt zum Materialtransport und zur Verfüllung der Bohrungen. Fehlt ein solches Gerät, müssen unter Umständen diese Arbeiten vom Drehbohrgerät übernommen werden, was die Bohrleistung negativ beeinflusst.

Bei Einsatz mehrerer Drehbohrgeräte oder günstigen Bodenverhältnissen mit hohen Bohrleistungen ist der Einsatz eines zusätzlichen Seilbaggers sinnvoll, mit dem der Materialtransport, der Einbau der Bohlträger und das Verfüllen der Bohrlöcher und evtl. Ziehen der Bohrrohre durchgeführt wird. Damit kann das Drehbohrgerät fast ausschließlich für die Herstellung der Bohrlöcher eingesetzt werden.

Mini-Bagger haben sich für das profilgerechte Freilegen der Verbauwand bewährt. Während die Grobausschachtung mit Großgeräten vorgenommen wird, erfolgt der Feinaushub bis Hinterkante Ausfachung ökonomischer mit einem Mini-Bagger, der gleichzeitig auch den Transport von Ausbaumaterial usw. übernehmen kann.

Zur Beseitigung von Aushubhindernissen, für leichte Rammarbeiten und für die Spritzbetonausfachung müssen Kompressoren in der für die Aufgabe erforderlichen Leistungsgröße zur Verfügung stehen. Zu den erforderlichen Hilfsgeräten gehören ferner Schweiß- und Brenngeräte, um bei Bedarf Verbauträger zu verlängern oder abzutrennen.

5.9.9 Spezialgeräte

Für unterschiedliche Aufgaben im Bereich der Baugrubensicherungen hat die Fa. Bauer Spezialtiefbau das MIP-Verfahren einschließlich der erforderlichen Gerätekonzeption entwickelt. Es wird eingesetzt für die Ausführung von statisch belasteten Baugrubenwänden.

Dabei sind auch Kombinationen mit Bohrpfählen und Injektionsankern möglich. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind vernagelte Baugrubenwände und unterirdische Dichtungswände.

Unter dem Begriff „Mixed-in-Place‘‘ kurz MIP-Verfahren, versteht man die Vermischung und Vermörtelung des anstehenden Bodens durch Nassmischung mit Bindemitteln, insbesondere mit Zement oder Bentonit-Zementsuspensionen an Ort und Stelle. Das Verfahren hat sich als eine besonders wirtschaftliche Variante zur Herstellung von Baugrubenumschließungswänden und unterirdischen Dichtungswänden in dafür geeigneten Böden erwiesen.

Die Fa. Bauer hat hierfür ein Maschinenmodul mit Dreifach-Bohrschnecken entwickelt, das an die Großbohrgeräte der BG-Serie angebaut wird. Durch die Wahl eines Überschneidungsmaßes von l0 cm wird die Herstellung von zusammenhängenden Scheibenelementen sichergestellt.

Das Verfahren der Firma Bauer ist patentrechtlich geschützt.

Die nähere Beschreibung des Verfahrens erfolgt im folgenden Abschnitt.

6 Verfahrenstechnik

6.1 Bohlträgerverbau

6.1.1 Allgemein

Der Bohlträgerverbau, im allgemeinen Berliner Verbau genannt, gehört zu den biegeweichen Verbausystemen und außerdem zu den wasserdurchlässigen Verfahren, wenn nicht mit Ortbeton oder Spritzbeton ausgefacht wird. Er gehört zu den am meisten angewendeten Verbauverfahren, wenn die zu erwartenden Verformungen vertretbar sind. Mit einer Ausfachung aus Holz, Kanaldielen oder Spundwandprofilen ist der Verbau auch rückgewinnbar.

Die wesentlichen Bestandteile des Bohlträgerverbaus sind:

Bohlträger,

Ausfachung,

Abstützung.

6.1.2 Bohlträger

Für den freistehenden und gestützten Bohlträgerverbau verwendet man fast ausnahmslos Breitflanschträger der IPB-Reihe nach DIN 1025 St 37-2, und zwar:

IPB – Euronorm 53-62 (HE-B)

IPBI – Euronorm 53-62 (HE-A)

IPBv – Euronorm 53-62 (HE-M)

Werte der am meisten verwendeten Profile: Teil 1

Werte der am meisten verwendeten Profile: Teil 2

Abb. H-19: DU-Bohlträger [L-5]

Bei DU-Profilen sind Bindebleche mindestens oben und unten sowie in den Drittelpunkten anzuordnen. Die genaue Anzahl richtet sich nach der Profilstärke und der Belastung des Trägers und ist statisch zu ermitteln. Es empfiehlt sich hierfür Tabellenwerte anzulegen.

Im Bereich evtl. Ankerköpfe soll der Abstand 60 bis 70 cm betragen. Die Träger sind außerdem mit einer Fußplatte zu versehen. Um eine Rückgewinnung der Ankerplatte zu erleichtern, sollte sie nicht angeschweißt werden. Zur Aufnahme der Vertikalkräfte wird dazu unterhalb der Grundplatte eine entsprechend bemessene Knagge angeschweißt. Bei erforderlichen Trägerverlängerungen sind die Hinweise der Abb. E-29 zu beachten.

Abb. H-20: Bohlträgerverlängerungen - links: Ansicht des gestoßenen Bohlträgers - rechts: Querschnitt vor dem Stoß [L-5]

6.1.3 Bohlträgereinbau

Der Trägereinbau kann erfolgen durch:

- Rammen

Ein sehr wirtschaftliches Verfahren, sofern der Baugrund rammfähig ist. Nachteilig sind jedoch die erhebliche Lärmbelästigung und die möglichen Erschütterungen.

- Rütteln

Eine ebenfalls kostengünstige Methode bei entsprechendem Baugrund. Die Erschütterungen können bei Anwendung des Vorbohrverfahrens erheblich reduziert werden.

- Einstellen in Bohrlöcher

Dieses Verfahren kann praktisch in allen Bodenarten ohne wesentliche Lärmbelästigungen und Erschütterungen verwendet werden. Als Bohrgeräte werden vorwiegend Drehbohrgeräte eingesetzt.

6.1.4 Trägerfußausbildung

Unverankerte Verbauträger

Hierbei wird die Einspannlänge mit rolligem Material (Bohrgut, soweit geeignet) verfüllt und eingeschlämmt. Bei verbleibenden (verlorenen) Verbauträgern sollte die Verfüllung mit Magerbeton erfolgen oder dem Verfüllmaterial Zement beigegeben werden (etwa 25 bis 50 kg/m). Damit können die z. T. starken Verformungen von freistehenden Trägern eingeschränkt werden. Ein Auffüllen mit Beton wird teilweise auch bauseits vorgegeben.

Verankerte Verbauträger

Bei rückverankerten Verbauträgern tritt eine von der Ankerkraft hervorgerufene Vertikalkraft auf, die vom Verbauträger über Mantelreibung und Spitzendruck am Trägerfuß aufgenommen werden muss. Die Größe dieser Kraft ist abhängig von der Ankerkraft und der Ankerneigung.

Abb. H-21: Trägerfußausbildung

Trägereinbau ohne Fußplatte (Abb. H-21 a)

Müssen keine wesentlichen Vertikalkräfte (z. B. horizontale oder schwach geneigte Anker) in den Untergrund abgetragen werden, so können die Bohlträger ohne besondere Maßnahmen in das Bohrloch eingestellt werden. DU-Träger sind allerdings grundsätzlich mit einer Fußplatte zu versehen. Zur Verfüllung wird verdichtungsfähiges Material verwendet, das eingeschlämmt wird.

Trägereinbau mit Fußplatte (Abb. H-21 b)

Zur Aufnahme kleiner Vertikalkräfte genügt es, eine Fußplatte leicht anzuheften, die sich beim evtl. Ziehen der Träger löst. Verfüllung wie oben, falls nicht bei verlorenen Trägern eine Betonverfüllung vorgenommen wird.

Trägereinbau mit Fußplatte und Betonpfropfen (Abb. H 21 c)

Hierdurch erhält man eine größere Aufstandsfläche und kann größere Vertikalkräfte aufnehmen. Verfüllung: Eingeschlämmtes rolliges Material, gegebenenfalls unter Zugabe von Zement.

Trägerfuß einbetoniert, mit oder ohne Fußplatte (Abb. H-21 d)

Bei sehr großen Vertikalkräften und verlorenen Bohlträgern ist dieses Verfahren erforderlich. Eine Rückgewinnung der Träger ist hierbei nicht mehr möglich. Grundsätzlich muss in der Verbaustatik der Nachweis für die Aufnahme der Vertikalkräfte (Nachweis Σ V = 0) geführt werden.

6.1.5 Ausfachung

Die Ausfachung kann bestehen aus:

waagerechter Holzausfachung,

waagerechten Fertigbetonteilen,

Ort- oder Spritzbeton,

waagerechten bzw. senkrechten Kanal- oder Spundwandprofilen,

Verbauplatten.

6.1.5.1 Holzausfachung

Die Holzausfachung kann aus Kant- oder Rundhölzern bestehen. Da die Verarbeitung von Rundhölzern sehr aufwendig ist, werden überwiegend fehlkantige, sägegestreifte oder vollkantige (Abb. H-22a) Hölzer der Güteklasse II nach DIN 4074 angewendet.

Die Hölzer sind zu verkeilen und die Keile durch Latten oder Bretter zu sichern (Abb. H-22a u. H-22b). Die Mindestauflage (Abb. H-22a) der Verbauhölzer soll 1/5 der Bohlträgerbreite (z. B. IPB