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wasserdichte Baugrubenumschließungen tiefer Baugruben mittels bogenförmiger, überschnittener Bohrpfahlwände

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den bodenmechanischen Ursachen von Gründungsschäden sowie Techniken zu deren Sanierung. Kernaufgabe ist es, einen Auswahlprozess zu entwickeln, mit dem im konkreten Schadensfall das zweckmäßigste technische Verfahren zur Sanierung bestimmt werden kann. Hierzu werden zunächst mögliche Schadensursachen katalogisiert. Anschließend werden die gegenwärtig in Deutschland gebräuchlichsten Sanierungstechniken analysiert und einander gegenübergestellt. Zur Ermittlung der geeignetsten Sanierungstechnik in einem realen Projekt wird ein allgemeiner zweistufiger Entscheidungsalgorithmus vorgeschlagen. Dieser setzt sich aus einem Entscheidungsbaum mit anschließender Nutzwertanalyse zusammen. Ergebnis des Algorithmus’ ist ein Ranking, welches die infrage kommenden Techniken nach ihrem Nutzen für die Sanierung ordnet. Anhand zweier Praxisbeispiele - dem Schloss Schwerin und der St. Jacobi-Schlosskirche in Osterode am Harz - wird abschließend die Wirkungsweise des Algorithmus demonstriert. Ergebnis der Arbeit ist, dass die Formulierung eines allgemeinen entscheidungsbaumes, der jedwede Eventualität einer speziellen Bauaufgabe berücksichtigt, nahezu unmöglich ist. Der entwickelte Entscheidungsbaum ist mitunter noch zu ungenau um die Auswahl an Techniken ausreichend einzuschränken. Die darum als zweite Stufe etablierte Nutzwertanalyse erwies sich als effiziente und transparente Entscheidungshilfe. Bei ihr ist jedoch die Gefahr einer subjektiven Beeinflussung der Entscheidung durch den Planer gegeben. In einem konkreten Projekt könnte durch eine Verfeinerung des Baumes seine Selektion wesentlich verbessert werden, so dass am Ende nur eine einzige Technik als zweckmäßigste ausgewiesen wird. Eine Nutzwertanalyse könnte in diesem Fall als zweite Stufe entfallen.

Die Wiedernutzung von durch verkippten Abraum geprägten Flächen ehemaliger Braunkohletagebaue als Bauland hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Aufgrund der durch die Verkipptechnologie entstandenen Inhomogenität es Baugrundes, ist mit starken Schwankungen der bodenmechanischen Eigenschaften zu rechnen. Dies macht den Umgang mit solchen Kippenböden schwierig. Dennoch hat es bis zum jetzigen Zeitpunkt einige Projekte gegeben, die die Bebauung von Tagebaukippen beinhaltet haben. Das in dieser Arbeit behandelte Projekt umfasst den Neubau einer Erschließungsstraße, die teilweise über eine Braunkohletagebaukippe führt. Für den Verkehrsdamm, gegründet auf Kippenboden, ist in dieser Arbeit eine Setzungsprognose zu erstellen. Dazu müssen zunächst vorhandene Daten der Baugrunderkundung und Bauplanung erfasst und ausgewertet werden. Für die Setzungsberechnung relevante Baugrund- und Materialparameter und Maße werden zunächst zusammengefasst. Neben seiner Inhomogenität ist besonders die makroporige Struktur des Baugrundes durch Klumpenbildung entscheidend. In einem weiteren Schritt werden die Messdaten aus dem Setzungsmonitoring ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Messungen dienen zum einen dem Vergleich mit den durch Berechnung oder Abschätzung ermittelten Setzungen und zum anderen der Kalibrierung oer Rückrechnung der Steifemodule im analytischen Berechnungsteil. Das Setzungsverhalten von Verkehrsdämmen auf Tagebaukippen ist grundsätzlich durch die große Verformbarkeit des Kippenbaugrundes unter Belastung geprägt. Aber auch die Setzungsanteile aus Eigensetzung der Kippe und des Dammes müssen in die Betrachtungen einbezogen werden. Dazu gibt es Abschätzungen und einfache Formeln auf Basis von Erfahrungswerten. Eine Besonderheit stellen eventuelle Sättigungssackungen des Kippenbodens resultierend aus dem Wiederanstieg des Grundwassers dar. Für diesen Verformungsanteil existiert lediglich ein Abschätzungsansatz aus Erfahrungswerten. Die Addition der einzeln ermittelten Verformungsanteile führt dann zur Setzungsprognose mithilfe konventioneller Verfahren. Mit dem Programm PLAXIS wird im nächsten Schritt eine numerische Berechnung der Dammsituation in den betrachteten Berechnungsschnitten durchgeführt. Relevante Materialmodelle und die Wahl der Parameter werden beschrieben und begründet. Im Zuge der Bearbeitung kommen das Mohr-Coulomb-Modell, das Hardening-Soil-Modell und das Soft-Soil-Modell zur Anwendung. Die berechneten Setzungen werden miteinander und mit den gemessenen Setzungen verglichen, um ihre Tauglichkeit für den Sonderfall der Tagebaukippen zu bewerten. Im Sinne einer Baugrundverbesserung existiert eine Vielzahl an Maßnahmen, die reduzierend oder beschleunigend bezogen auf die Verformungen des Baugrundes wirken. Auf diese Verfahren wird in einem abschließenden Abschnitt näher eingegangen. In einer kritischen Bewertung wird projektspezifisch ihre Tauglichkeit bzw. Anwendbarkeit geprüft.

Für den Bauingenieur gehört der Tunnelbau auf Grund seiner Komplexität zu den interessantesten, faszinierendsten, zugleich aber auch zu den schwierigsten Aufgaben in seinem Tätigkeitsbereich. Bei der Planung eines Tunnelbauwerkes stehen mehrere Faktoren in direkter Beziehung, wie beispielsweise die vorherrschenden Gebirgsverhältnisse, die gewählte Konstruktion und das angewendete Bauverfahren. Durch die komplexe Wechselwirkung von Bauwerk und Gebirge unterscheidet sich der Tunnelbau maßgeblich von den anderen anspruchsvollen Bauingenieurdisziplinen wie Brücken-, Tief- und Industriebau sowie dem allgemeinen Hochbau. Ein Charakteristikum von Tunneln ist das Durchfahren stark wechselnder Gebirgsverhältnisse, die zum Zeitpunkt der Planung nur grob und ohne scharfe qualitative und quantitative Abgrenzung bekannt sind. Da aufgrund ihrer tektonischen Entstehungsgeschichte die meisten Gebirge heterogen aufgebaut sind, müssen bei der Bemessung von Tunnelbauwerken die Streuungen der geologischen und gebirgsmechanischen Parameter berücksichtigt werden, die beispielsweise aus Trennflächen, wie Schichtungen und Klüftungen resultieren. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, in Zusammenarbeit mit der Praxis die wesentlichsten Schwierigkeiten beim Bau des Schmücketunnels zu eruieren und anschließend eine Empfehlung für weitere Baumaßnahmen auszusprechen. Hierzu dienen die Planungsunterlagen des derzeit in Ausführung befindlichen Tunnels, die im Zuge der Bearbeitung dieser Arbeit ausgewertet und aufgearbeitet werden. Des Weiteren werden Varianten für die Beherrschung der komplexen Grundwasserverhältnisse diskutiert und diese einer technisch-wirtschaftlichen Bewertung in Form eines Variantenvergleiches unterzogen. Anschließend folgt die Nennung der Vorzugsvariante. Darüber hinaus erfolgt in der vorliegenden Arbeit eine Analyse der beim Schmücketunnel angewendeten Messtechnik. Daraus resultierend sollen 0 Einleitung 2 Empfehlungen hinsichtlich der messtechnischen Überwachung für die Errichtung zukünftiger Tunnelbauwerke gegeben werden. In einem weiteren Kapitel werden Bemessungsansätze eines repräsentativen Querschnittes diskutiert und schließlich eine Standsicherheitsanalyse für die Tunnelinnenschale durchgeführt. Auf Grund der großen Bandbreite der in den Bodengutachten angegebenen Gebirgskennwerte erfolgt die Berechnung verschiedener Varianten bezüglich der erforderlichen Bewehrungsmengen. Um eine Balance zwischen wissenschaftlichem Arbeiten und den Erfahrungen aus der Praxis zu schaffen, sehe ich die Unterstützung durch die Professur Grundbau der Bauhaus-Universität Weimar sowie durch das Unternehmen DEGES in Berlin als grundlegende Voraussetzung für die inhaltliche Vollständigkeit der vorliegenden Diplomarbeit an.

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem Einfluss variierender Randbedingungen auf die mobilisierten Einzelwiderstände bei der numerischen Simulation von Pfahlprobe-belastungen. Pfahlprobebelastungen werden durchgeführt, um die getroffenen Annahmen bei der Bemessung der äußeren Tragfähigkeit zu überprüfen und ggf. an die vorherrschenden Baugrund¬verhältnisse anzupassen. Die in-situ Verhältnisse des Baugrundes können nur idealisiert mit empirischen oder numerischen Berechnungsalgorithmen dargestellt werden. Daher sind in Deutschland zur Bemessung von Pfählen und der Ermittlung der Pfahlwiderstände Probebelastungen nach DIN 1054 (2005) und nach Empfehlungen des (Arbeitskreis 2.1 DGGT°1998) anzuraten. Bei vergleichbarer Geologie kann auch auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden. Allgemein unterscheidet man zwischen statischen und dynamischen Belastungsversuchen. Bei den drei, in dieser Arbeit untersuchten, Pfahlprobebelastungen handelt es sich um statische Probebelastungen. Dabei wurden die Lasten mittels pneumatischer Pressen in den Pfahl eingeleitet. Als Widerlager dienten entweder aufliegende statische Lasten oder ins Erdreich verankerte Zugpfähle, die über Stahlträger mit der Presse verbunden waren. Im Rahmen der Arbeit wird der Einfluss einer möglichen Auflockerungszone unter dem Pfahlfuß auf die mobilisierten Einzelwiderstände und das Last-Setzungs-Verhalten untersucht. Um die Wirkung der Auflockerungszone zu untersuchen wird eine Parameterstudie durchgeführt, in deren Verlauf die geometrische Form und Größe der Zone variiert wird. Die numerischen Berechnungen werden mit der FE-Software PLAXIS 8.0 durchgeführt. Anhand des Versuchspfahles 'Al Attar Tower' werden die Einflüsse der Auflockerungszone auf das Last-Setzungsverhalten, sowie auf die Entwicklung der Einzelwiderstände untersucht. Während dieser Betrachtung wird das numerische Modell unter Verwendung der Referenz-daten der Pfahlprobebelastung kalibriert und eine Vorzugsvariante ermittelt. Danach werden die gewonnenen Erkenntnisse auf einen Bauwerkspfahl, welcher sich im gleichen Baufeld befindet und sich in den Abmessungen (Pfahllänge und Durchmesser) von dem Versuchspfahl unterscheidet, übertragen. Infolge dieses Vergleiches wird die Anwendbarkeit des numerischen Modells überprüft und gegebenenfalls an die neuen Bedingungen angepasst. Im dritten Schritt erfolgt eine Kontrolle der Ergebnisse anhand eines zweiten Vergleichs-pfahles. Bei diesem Pfahl handelt es sich um einen Bauwerkspfahl, der im Zuge einer Baumaßnahme in unmittelbarer Nähe zum Baufeld 'Al Attar Tower' hergestellt wurde. Der zweite Vergleichspfahl wurde für die Kalibrierung des numerischen Modells ausgewählt, da er sich in seiner Herstellungsart von den zwei anderen Pfählen unterscheidet. Es handelt sich eben¬falls um einen suspensionsgestützt hergestellten Bohrpfahl, beim dem allerdings eine Polymersuspension benutzt wurde. Im Weiteren Verlauf der Herstellung wurde das Bohrloch vor dem Betoniervorgang gespült, um Bohrrückstände auszuräumen. Auch diese Ergebnisse der numerischen Pfahlbelastungssimulation werden mit den zuvor gewonnenen Ergebnissen verglichen. Indessen muss sich zeigen, dass mit dem vorgestellten numerischen Modell eine ausreichend genaue Übereinstimmung der Mess- und Berechnungsergebnisse erzielt werden kann. Das heißt, das entwickelte numerische Modell kann durchaus für die Bemessung von Pfahlgründungen bei vergleichbaren geologischen Randbedingungen verwendet werden. Ferner wird die Eignung des verwendeten Stoffmodells zur Beschreibung der Verformungs- und Spannungszustände im Baugrund geprüft. Neben den numerischen Berechnungen beschäftigt sich ein weiterer Abschnitt dieser Arbeit mit empirischen Berechnungsverfahren. Darin werden die Anwendbarkeit und die Aussage-kraft dieser meist sehr einfachen Terme auf die vorherrschenden Baugrund¬ver¬hältnisse betrachtet.