Grundbau-Taschenbuch: Teil 2: Geotechnische Verfahren, 7. Auflage

957 Pages·2009·10.931 MB·English

7. Auflage
GRUNDBAU-TASCHENBUCH
Teil 2: Geotechnische Verfahren
Karl Josef Witt (Hrsg.)
7. Auflage
GRUNDBAU -TASCHENBUCH
Teil 2: Geotechnische Verfahren
Karl Josef Witt (Hrsg.)
IV
HerausgeberundSchriftleiter:
Univ.-Prof.Dr.-Ing.KarlJosefWitt
Bauhaus-Universit(cid:1)tWeimar
ProfessurGrundbau
Coudraystraße11C
99421Weimar
Umschlagbild:
GeogitteralsTragschichtbewehrungbeider(cid:2)berbauungeinerehemaligenTagebaukippeimZugederA38,
NAUEGmbH&Co.KG,Espelkamp-Fiestel
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DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;
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(cid:4)2009Ernst&Sohn
Verlagf(cid:3)rArchitekturundtechnischeWissenschaftenGmbH&Co.KG,Berlin
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ohneschriftlicheGenehmigungdesVerlagesinirgendeinerForm–durchFotokopie,Mikrofilmoderirgendein
anderesVerfahren–reproduziertoderineinevonMaschinen,insbesonderevonDatenverarbeitungsmaschinen,
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DieWiedergabevonWarenbezeichnungen,HandelsnamenodersonstigenKennzeichenindiesemBuchberechtigt
nichtzuderAnnahme,dassdiesevonjedermannfreibenutztwerdend(cid:3)rfen.Vielmehrkannessichauchdann
umeingetrageneWarenzeichenodersonstigegesetzlichgesch(cid:3)tzteKennzeichenhandeln,wennsiealssolche
nichteigensmarkiertsind.
Umschlaggestaltung:SonjaFrank,Berlin
Satz:Dçrr+SchillerGmbH,Stuttgart
DruckundBindung:ScheelPrint-MedienGmbH,Waiblingen-Hohenacker
PrintedinGermany
ISBN 978-3-433-01845-3
V
Vorwort
Das Grundbau-Taschenbuch, das nunmehr in der 7.Auflage in drei B(cid:1)nden vollst(cid:1)ndig
vorliegt, hat (cid:2)ber ein halbes Jahrhundert hinweg eine konsequente Entwicklung und eine
weiteVerbreitunggefunden.Inder1.Auflagevon1955formulierteDipl.-Ing.H.Schrçder
als Ziel, das Fachwissen auf dem Gebiet des Erd- und Grundbaus aus vielf(cid:1)ltigen Ver-
çffentlichungen in einem umfassenden Kompendium f(cid:2)r die Ingenieurpraxis zusammen-
zutragen. Dies wurde von Prof.UlrichSmoltczyk als Herausgeber weitergef(cid:2)hrt und mit
außerordentlich großem Erfolg bis zur 6.Auflage fortgesetzt. Ausdem urspr(cid:2)nglich hand-
lichen zweib(cid:1)ndigen Taschenbuch wurde ab der 5.Auflage von 1996 und 1997 ein drei-
b(cid:1)ndiges Werk, was auch den Wissenszuwachs und die Bedeutung der Geotechnik im
Baugeschehen widerspiegelt. Ulrich Smoltczyk hat hierzu den Begriff Grundbau-Akten-
Taschenbuch gepr(cid:1)gt. Es ist mir als Herausgeber eine besondere Ehre, aber auch eine
Verpflichtung, dieses Standardwerk der Geotechnik in seiner Aktualit(cid:1)t inhaltlich und
thematisch weiterzuentwickeln, neue Erkenntnisse, Bauverfahren und Berechnungsmetho-
denmitdenErfahrungenderPraxiszuvereinen,ohnedenUmfangzuvergrçßern.
Auch in dieser neuen Auflage des Grundbau-Taschenbuchs behandelt Teil2 die geotech-
nischen Bauverfahren mit den zugehçrigen, (cid:2)ber Teil1 hinausreichenden Grundlagen der
Bemessung. Neue Autoren bzw. Koautoren verfassten einen Großteil der Beitr(cid:1)ge hierf(cid:2)r.
DiegrundlegendenKapitelderletztenAuflagenwurdenvordemHintergrundneuerRegel-
werkeaktualisiertundumneueMaterialienundBautechnikenerg(cid:1)nzt.Einigetraditionelle
Kapitel zu weniger innovativen Themen sind in dieser Auflage aus Platzgr(cid:2)nden nicht
enthalten,ohnedassderenWertundG(cid:2)ltigkeitdamitinFragegestelltwerdensoll.
IndenBeitragErdbau,deraufdenderzeitsehraktivenVerkehrswegebauzielt,wurdendie
Themen Bodenbehandlung mit Bindemitteln und das ehemals gesondert beschriebene
Kapitel Einschnitte im Festgestein integriert. Das Kapitel Unterfangungen wurde gek(cid:2)rzt
undumdasThemaVerst(cid:1)rkungvonGr(cid:2)ndungenerg(cid:1)nzt.DieBeitr(cid:1)geInjektions-,Anker-
undBohrtechnik,wieauchRammenbereitetenneueAutoreninhaltlichvollst(cid:1)ndigneuauf.
Unterbew(cid:1)hrterAutorenschaftwurdendieAbdichtungenumdenSchwerpunktTiefbaufugen
erweitert. Wegen der zunehmenden Anwendung im Tunnelbau und kommunalen Tiefbau
wurdedieBodenvereisungvoneinemneuen,kompetentenAutorbreiterangelegt.Ebenfalls
neu bearbeitet wurden die Themen Horizontalbohrungen und Rohrvortrieb, Grundwasser-
strçmung und Wasserhaltung sowie Ingenieurbiologische Verfahren zur Bçschungssanie-
rung. Die Anwendung von Geokunststoffen im Erd- und Grundbau nimmt stetig zu. In die
(cid:3)berarbeitungsinddieneustenEmpfehlungenzuBerechnungsmethodeneingeflossen.
Die Qualit(cid:1)t eines solch umfassenden Werkes ergibt sich aus der Summe der vielen Bei-
tr(cid:1)ge zu den unterschiedlichen Themen, in denen die Autoren mit sehr großem Engage-
ment ihr Expertenwissen und ihre Erfahrung niedergeschrieben haben. Ihnen allen, aber
auch dem Verlag Ernst & Sohn und der Lektorin, Frau Dipl.-Ing. R. Herrmann, gilt mein
besondererDank.
Weimar,August2009 KarlJosefWitt
VII
Inhaltsverzeichnis
2.1 Erdbau
Hans-Henning Schmidt und Thomas Rumpelt
1 Einleitung...........................................................1
2 Regelwerke,GesetzedesUmweltschutzes ................................1
3 Begriffe.............................................................3
4 Baustoffe,KlassifikationundKennwerte..................................3
4.1 Allgemeines.........................................................3
4.2 Bodenkenngrçßen ....................................................5
5 EntwurfundBerechnungvonErdbauwerken ..............................8
5.1 Baugrunderkundung...................................................8
5.2 Nachweise ..........................................................9
5.3 Regelbçschungsneigungen ............................................11
5.4 BeurteilungderGesamtstandsicherheit ..................................12
5.5 Entw(cid:1)sserungsmaßnahmenf(cid:2)rErdbauwerke..............................14
5.6 Landschaftsplanung..................................................16
6 Erdbauverfahren/Erdbaumaschinen .....................................16
6.1 ErdbaumaschinenzumGewinnen,TransportierenundEinbauen .............16
6.2 GewinnenmitHydraulikbagger ........................................19
6.3 MaschinenzumTransport.............................................21
6.4 MaschinenzumEinbauenundVerteilen.................................21
6.5 Verdichten .........................................................21
6.6 Spezialger(cid:1)te .......................................................24
7 PlanungundOrganisationvonErdbaustellen .............................25
7.1 Vermessung ........................................................25
7.2 Massenverteilung....................................................25
7.3 Leistungsermittlung..................................................25
7.4 VerfahrenzurGewinnung.............................................34
7.5 Einbauverfahren.....................................................36
7.6 Verdichtungstechniken ...............................................38
7.7 Einbaukriterien......................................................39
8 Qualit(cid:1)tssicherung:Pr(cid:2)fungen,AnforderungenundBeobachtungen...........39
8.1 Allgemeines........................................................39
8.2 Pr(cid:2)fungen..........................................................40
8.3 Verdichtungsanforderungenf(cid:2)rdenStraßenbau...........................40
8.4 Pr(cid:2)fmethodenimStraßenbau ..........................................49
8.5 Verdichtungspr(cid:2)fungbeiFelssch(cid:2)ttungen................................50
8.6 Beobachtungen......................................................50
9 BodenbehandlungmitBindemitteln.....................................51
9.1 AnwendungenundReaktionsmechanismen...............................51
9.2 BodenverfestigungundBodenverbesserung ..............................53
9.3 Bodenaufbereitung...................................................54
10 Einschnitte .........................................................55
VIII Inhaltsverzeichnis
10.1 Allgemeines ....................................................... 55
10.2 EinschnitteimFels.................................................. 55
11 D(cid:1)mmeundAuff(cid:2)llungen............................................ 88
12 BaugrubenundGr(cid:1)ben............................................... 90
12.1 Baugruben......................................................... 90
12.2 Gr(cid:1)ben............................................................ 90
12.3 SchmaleGr(cid:1)ben .................................................... 91
13 Hinterf(cid:2)llungenund(cid:3)bersch(cid:2)ttungenvonBauwerken..................... 92
14 L(cid:1)rmschutzw(cid:1)lle.................................................... 94
15 Abdichtungen ...................................................... 94
16 Kultivieren......................................................... 96
17 Literatur........................................................... 97
2.2 Baugrundverbesserung
Wolfgang Sondermann und Klaus Kirsch
1 Einleitungund(cid:3)berblick............................................ 101
2 BaugrundverbesserungdurchVerdichten............................... 103
2.1 StatischeMethoden................................................. 103
2.2 DynamischeMethoden.............................................. 115
3 BaugrundverbesserungdurchBewehren................................ 132
3.1 Methodenohneverdr(cid:1)ngendeWirkung ................................ 132
3.2 Methodenmitverdr(cid:1)ngenderWirkung................................. 141
4 Literatur.......................................................... 153
2.3 Injektionen
Wolfgang Hornich und Gert Stadler
1 Einf(cid:2)hrung........................................................ 159
2 KlassifizierungvonInjektionsanwendungen ............................ 160
3 Spezialanwendungen ............................................... 165
3.1 Vorspanninjektion.................................................. 165
3.2 BiologischeVerfahren.............................................. 165
3.3 InjektionvonthermoplastischenSchmelzen............................. 166
4 GrundlagenzurBeurteilungderInjizierbarkeitvonBodenundFels......... 167
4.1 PorenanteilinSedimenten........................................... 168
4.2 Hohlraumstrukturund-volumenimFels ............................... 170
4.3 WasserimBodenundFels .......................................... 173
5 Strçmungsvorg(cid:1)ngedesInjektionsgutesimBodenundFels ............... 173
6 ErkundungdesUntergrundes......................................... 176
7 InjektionsmittelundAusgangsstoffef(cid:2)rInjektionsmischungen............. 178
8 PlanungvonInjektionsarbeiten....................................... 182
9 KostenvonInjektionen ............................................. 184
10 Ausf(cid:2)hrungund(cid:3)berwachungvonInjektionsarbeiten.................... 185
10.1 Ger(cid:1)teausstattung,Mess-,Regel-undSteuertechnik...................... 185
10.2 VerarbeitungsparameterGIN,TPA,PDA............................... 187
11 Anwendungsbeispiele............................................... 189
11.1 InjektionsmaßnahmenimZugederBergungderTBMAmsteg............. 189
11.2 TiefliegendeWeichgelsohle,Krefeld .................................. 191
Inhaltsverzeichnis IX
11.3 Kçlnbreinsperre ....................................................193
11.4 KompensationsinjektionenBologna....................................195
12 Literatur ..........................................................198
2.4 Unterfangung und Verst(cid:1)rkung von Gr(cid:2)ndungen
Karl Josef Witt
1 Begriffe...........................................................199
2 Grunds(cid:1)tzliche(cid:3)berlegungen.........................................199
3 Unterfangungen ....................................................201
3.1 Unterfangungsw(cid:1)ndenachDIN4123 ..................................201
3.2 UnterfangungdurchInjektionundVermçrtelung.........................205
3.3 UnterfangungdurchPfahlkonstruktionen................................211
3.4 KomplexeKonstruktionenzurUnterfangungundUnterfahrung.............216
4 Verst(cid:1)rkungvonGr(cid:2)ndungen.........................................221
4.1 UrsachenundSchadenstypen.........................................221
4.2 Schadensph(cid:1)nomeneundVerst(cid:1)rkungsmaßnahmen.......................222
5 Schlussbemerkung..................................................228
6 Literatur ..........................................................228
7 ZitierteRegelwerke.................................................231
2.5 Bodenvereisung
Wolfgang Orth
1 VerfahrensprinzipundAnwendungen ..................................233
1.1 Wirkungsweise.....................................................233
1.2 Schachtbau........................................................234
1.3 BaugrubenundUnterfangungen.......................................234
1.4 Tunnelbau.........................................................237
1.5 Probenahme .......................................................240
2 Vereisungsverfahren ................................................240
2.1 Stickstoffvereisung..................................................240
2.2 Solevereisung......................................................242
3 Frostausbreitung....................................................244
3.1 GrundlagenderW(cid:1)rmeleitung ........................................244
3.2 ThermischeEigenschaftenvongefrorenenBçden ........................246
3.3 K(cid:2)nstlicherzeugteFrostausbreitung ...................................249
3.4 KlimatischbedingteFrostausbreitung ..................................266
3.5 KontrollederFrostausbreitung........................................269
4 MechanischesVerhaltengefrorenerBçden..............................270
4.1 Grundlagen........................................................270
4.2 DeformationsverhaltengefrorenerBçden ...............................273
5 EigenschaftenvonEis...............................................289
6 Frostwirkungen.....................................................292
6.1 Gefrieren..........................................................292
6.2 Tauen ............................................................295
6.3 Frostempfindlichkeitskriterien ........................................295
6.4 FrischbetonaufgefrorenemBoden ....................................296
7 HinweisezurBerechnungvonFrostkçrpern.............................297
X Inhaltsverzeichnis
8 VerwendeteZeichenundSymbole.................................... 299
9 Literatur.......................................................... 300
2.6 Verpressanker
Lutz Wichter und Wolfgang Meiniger
1 PrinzipvonVerpressankernundEntwicklungderAnkertechnik............ 303
2 AnforderungenanVerpressankerundVoraussetzungenf(cid:2)rdenEinbau...... 306
3 TechnischesRegelwerkf(cid:2)rVerpressanker.............................. 306
4 AnkerwerkstoffeundAnkerbauteile................................... 307
4.1 Zugglieder........................................................ 307
4.2 Ankerkçpfe....................................................... 309
4.3 Verpresskçrper .................................................... 311
4.4 Korrosionsschutz................................................... 312
4.5 Abstandhalter ..................................................... 314
5 HerstellungvonVerpressankern...................................... 314
5.1 Ankerbohrverfahren................................................ 314
5.2 AnkereinbauundVerpressen......................................... 318
5.3 Nachverpressen.................................................... 320
5.4 MontagedesAnkerkopfes........................................... 321
5.5 SpannenundFestlegen.............................................. 322
6 BauartenvonVerpressankern ........................................ 322
6.1 Verbundanker ..................................................... 323
6.2 Druckrohranker.................................................... 324
6.3 AnkermitaufweitbaremVerpresskçrper ............................... 325
6.4 AnkermitausbaubaremZugglied..................................... 326
6.5 AnkermitderMçglichkeitzurRegulierungderAnkerkr(cid:1)fte............... 328
7 Ankerkr(cid:1)fteundKraftabtragungimBoden ............................. 329
7.1 Tragf(cid:1)higkeitdesStahlzugglieds...................................... 329
7.2 BodenmechanischeTragf(cid:1)higkeitvonAnkern........................... 331
8 Pr(cid:2)fungenanAnkern............................................... 341
8.1 Pr(cid:2)fungenanAnkernnachDIN4125.................................. 341
8.2 Pr(cid:2)fungenanAnkernnachDINEN1537............................... 351
8.3 (cid:3)berwachungeingebauterAnker ..................................... 355
9 Entwurfsgrunds(cid:1)tzef(cid:2)rverankerteKonstruktionen....................... 363
9.1 AuswahldesAnkertypsunddesHerstellungsverfahrens .................. 363
9.2 AnordnungderAnker............................................... 363
10 BemessungvonVerankerungen ...................................... 365
11 Literatur.......................................................... 366
2.7 Bohrtechnik
Gordian Ulrich und Georg Ulrich
1 Einf(cid:2)hrung........................................................ 367
2 Trockenbohrverfahren .............................................. 367
2.1 Seilgef(cid:2)hrteWerkzeuge............................................. 367
2.2 DrehendeWerkzeuge............................................... 369
2.3 Kellybohrverfahren................................................. 371
2.4 Schneckenbohrverfahren(ContinuousFlightAuger,CFA) ................ 373
Inhaltsverzeichnis XI
2.5 Verdr(cid:1)ngerbohrverfahren ............................................379
2.6 Bohrger(cid:1)te ........................................................383
2.7 Verrohrungsanlagen.................................................384
3 Sp(cid:2)lbohrverfahren..................................................385
3.1 DirektesSp(cid:2)lbohren(RotaryDrilling)..................................386
3.2 IndirektesSp(cid:2)lbohren(ReverseCirculationDrilling)......................388
4 Geothermiebohrungen...............................................391
5 Bohrverfahrenf(cid:2)rdenBaugrundaufschluss..............................394
6 Sonderbohrverfahren................................................395
6.1 Vibrationsbohrverfahren„SonicDrilling“...............................395
6.2 Aufsatz-undOffshorebohranlagen–FlyDrill ...........................397
7 Literatur ..........................................................398
2.8 Horizontalbohrungen und Rohrvortrieb
Hermann Schad, Tobias Br(cid:1)utigam und Hans-Joachim Bayer
1 Einleitung.........................................................401
2 Horizontalbohrungen................................................404
2.1 GesteuerteHorizontalbohrtechnik .....................................404
2.2 Verdr(cid:1)ngungsh(cid:1)mmer...............................................423
2.3 Horizontalrammen..................................................424
2.4 Erdbohr-undPressbohrverfahren......................................426
3 Rohrvortrieb.......................................................428
3.1 GrundlagenderRohrvortriebstechnik ..................................428
3.2 MaschinenundGer(cid:1)tef(cid:2)rdenRohrvortrieb.............................433
3.3 Vortriebsrohre .....................................................434
3.4 Bauausf(cid:2)hrung.....................................................436
3.5 Schmierung........................................................439
3.6 Verd(cid:1)mmung ......................................................439
4 GrabenloseErneuerungvonLeitungen .................................440
4.1 Voraussetzungenf(cid:2)rdieAnwendunggrabenloserVerfahrenzur
Leitungserneuerung.................................................441
4.2 Rohrberstverfahren(Berstlining) ......................................441
4.3 Rohrauswechselverfahren ............................................444
4.4 Ringraumverf(cid:2)llung.................................................447
4.5 WahldesMaterialsf(cid:2)rdieneueLeitung................................447
4.6 Aussch(cid:1)lenvonLeitungen ...........................................448
5 Literatur ..........................................................448
2.9 Rammen, Ziehen, Pressen, R(cid:2)tteln
Fritz Berner und Wolfgang Paul
1 Einleitung.........................................................451
2 Einbringgut........................................................451
2.1 Verdr(cid:1)ngungspf(cid:1)hle(Rammpf(cid:1)hle)....................................451
2.2 Spundbohlen.......................................................453
2.3 KombinierteSpundwandsysteme ......................................454
2.4 Kanaldielen........................................................454
2.5 Leichtprofile.......................................................454
XII Inhaltsverzeichnis
2.6 Stahltr(cid:1)ger........................................................ 455
3 Ger(cid:1)te ........................................................... 455
3.1 Ger(cid:1)tetr(cid:1)ger....................................................... 455
3.2 M(cid:1)kler........................................................... 457
3.3 Ger(cid:1)te–Ramm-undVibrationstechnik................................ 460
3.4 Ger(cid:1)te–Einpresstechnik............................................ 465
3.5 Rammhilfsmittel................................................... 469
4 Einbringtechnik.................................................... 471
4.1 Baugrundbeurteilung ............................................... 471
4.2 Einbringverfahrengem(cid:1)ßBaugrund................................... 472
4.3 Einbringhilfen..................................................... 473
5 EinbringenvonSpundbohlen......................................... 475
5.1 HerstellenvonRammelementen ...................................... 475
5.2 FortlaufendesEinbringen............................................ 475
5.3 StaffelweisesEinbringen ............................................ 476
5.4 FachweisesEinbringen.............................................. 477
5.5 Einrammenkombinierter(gemischter)W(cid:1)nde........................... 477
5.6 AbweichenvonderSoll-Lage........................................ 478
5.7 MaßnahmengegendasAbweichen.................................... 479
5.8 SchallarmesEinbringen............................................. 481
6 Ziehen ........................................................... 482
6.1 Maßnahmenvorundw(cid:1)hrenddesEinrammens.......................... 482
6.2 Ziehvorgang ...................................................... 483
7 Literatur.......................................................... 483
2.10 Grundwasserstrçmung – Grundwasserhaltung
Bernhard Odenwald, Uwe Hekel und Henning Thormann
1 Grundwasserhydraulik .............................................. 485
1.1 Grundlagen ....................................................... 485
1.2 BerechnungvonGrundwasserstrçmungen.............................. 498
1.3 Vertikal-ebeneBerechnungvonstation(cid:1)renGrundwasserstrçmungen........ 500
1.4 Vertikal-ebeneBerechnungvoninstation(cid:1)renGrundwasserstrçmungen...... 527
1.5 RotationssymmetrischeBerechnungvonstation(cid:1)renGrundwasser-
strçmungen ....................................................... 536
1.6 RotationssymmetrischeBerechnungvoninstation(cid:1)renGrundwasser-
strçmungen ....................................................... 563
1.7 DreidimensionaleBerechnungvonGrundwasserstrçmungen............... 580
1.8 BerechnungvonGrundwasseranreicherungen ........................... 581
1.9 Entw(cid:1)sserungdurchUnterdruck...................................... 581
1.10 EinflussderGrundwasserstrçmungaufdenBoden....................... 582
2 ErmittlunggeohydraulischerParameter ................................ 583
2.1 (cid:3)bersichtundBewertungderBestimmungsverfahren..................... 583
2.2 Absch(cid:1)tzungderDurchl(cid:1)ssigkeitnachErfahrungswerten.................. 584
2.3 Absch(cid:1)tzungderDurchl(cid:1)ssigkeitmithilfederKornverteilung.............. 585
2.4 Pump-undInjektionsversuche........................................ 587
2.5 EinfacheBohrlochversuche(offeneSysteme) ........................... 599
2.6 SpezielleBohrlochversuche(geschlosseneSysteme) ..................... 605
2.7 Laborversuche..................................................... 607