3. Plattengründungen 3.1 Einleitung Plattenfundamente oder Sohlplatten werden eingesetzt, um hohe...

3. Plattengründungen3.1 Einleitung

Plattenfundamente oder Sohlplatten werden eingesetzt, um hohe Einzel- oder Linienlasten bei schlechtem Baugrund über größere Flächen abtragen zu können. Fundamentplatten haben auch den Vorteil, dass sie bei unregelmäßiger Bodenqualität einen flächigen Ausgleich schaffen.

Es kann auch bei geringen Lasten wirtschaftlicher sein eine Sohlplatte einzusetzen, da der Arbeitsaufwand unter Umständen geringer ist (Beispiel: Abdichtung).

Man führt die gesamte Bodenplatte als Gründungsplatte aus. Eine Gründungsplatte ist stets an der Ober- und Unterseite bewehrt.

1Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Große Verformungen und Lasten, die über große zusammenhängende Bereiche Baugrundbeanspruchungen in der Nähe seiner Scherfestigkeit erzeugen

Grenze der Spannungs- und Verformungsberechnungen mit Hilfe des elastisch isotropen Halbraums

Verfahren, die nichtlineares Spannungs-Dehnungsverhalten abbilden (z.B. Finite-Element-Berechnungen)


3.2 Steifemodulverfahren

Ziel = Beschreibung der Interaktion zwischen Baugrund und Bauwerk

Modell mit errechneten Spannungsverteilung an der Unterseite eines Bauwerks (also unter einer belasteten Gründung), die sowohl

- die Gleichgewichtsbedingungen für die eingeprägten Lasten erfüllt,- von oben nach unten auf den Halbraum wirkend eine Setzungsmulde erzeugt,- als auch von unten nach oben wirkend in der Gründung (unter Berück- sichtigung der Steifigkeit des darüber liegenden Gesamtbauwerks) zu einer Biegeform führt,

wobei die Verformungsverteilungen zusammenpassen müssen


Ermittlung der o.g. Spannungsverteilungen in geschlossener Form nicht möglich:Þ diskrete Verfahren und numerische Berechnungen

Kopplung zwischen Halbraum und Bauwerk an einzelnen diskreten Koppelpunkte.

Kräfte und Verformungen an Koppelpunkten zunächst unbekannt. jedoch Abhängigkeiten zwischen den Unbekannten, die in linearen

Gleichungssystemen ausgedrückt werden können.

Lösung mit Hilfe der EDV.


Gründungsplatte Þ in ihrer Steifigkeit sind auch die Steifigkeitsanteile aus dem darüber liegenden Bauwerk erfasst (vor allem Wandscheiben haben erheblichen Einfluss)

Gedanklich wird beim Steifemodulverfahren eine Gründungsplatte in einzelne Elemente zerlegt.

Im Zentrum eines jeden Plattenelementes befindet sich ein Koppelpunkt, den man als kleine Stütze auffassen kann, der mit einem Einzelfundament auf dem Halbraum verknüpft ist.


3.3 Bettungsmodulverfahren

gängiges Verfahren der Statik: Auflagerbedingung, Balken oder Platte flächig elastisch unterstützt stützende Auflagerspannung proportional zur (Biege-)verformung

Balkenstatik Þ Differentialgleichungen für einfache Fälle geschlossen gelöst und ausgewertet.

Flächenfeder Steifigkeit = Verhältnis zwischen Auflagerspannungen s und

Verformungen vks = s / v [kN/m³] bzw. ks = s / s


Bettungsmodulverfahren in der Grundbaustatik: Plattengründungen (mit Biegung wirkende ebene Platten von Bauwerksgründungen) Tunnelschalen, gebettete Rohre, eingespannte Verbauwände, eingespannte Pfählen etc.


Problem: realistisches Bettungsmodul bzw. realitische Bettungsmodulverteilung (Interaktion Bauwerk – Baugrund)

Beispiele: i. kleines starres Fundament (1,5 m x 1,5 m), s = 200 kN/m² auf

tragfähigem Sand (Es = 50 MN/m²) Þ sk = 4 mm Þ ks = 50 MN/m³ii. Fundament (4 m x 5 m) Þ sk = 10 mm Þ s = 20 MN/m³

ks = f(Lastfläche)iii. Fundament (4 m x 5 m), s = 400 kN/m²

Þ sk = 23 mm (größer Grenztiefe) Þ s = 17 MN/m³ ks = f(Last)iv. Fundamentlast Grundbruchlast: (plastische) Verformungen

steigen überproportional und Bettungsmodul fällt rasch abv. Steigende Beanspruchung Þ steigender Steifemodul Þ Anstieg des

Bettungsmoduls bei steigender Belastung aus iv. und v. folgt Superpositionsprinzip nicht mehr gültig


Problem: realistisches Bettungsmodul bzw. realitische Bettungsmodulverteilung (Interaktion Bauwerk – Baugrund)

Weitere Beispiele: vi. Tank mit 30 m Durchmesser und 20 m Wassersäule: s = 200 kN/m

schlaffe Last Þ sRand = 20 mm (ks = 10 MN/m³) sMitte = 50 mm (ks = 4 MN/m³) Bettungsmodul ks ist ortsabhängig.

vii. wassergesättigter bindiger Boden Þ Konsolidierung (Auspressen des Porenwassers) Þ Verformungen nehmen bei unveränderten Spannungen zu und das Bettungsmodul ab Bettungsmodul ks ist zeitabhängig.

viii. Noch komplizierter, wenn Baugrund unter einer belasteten Fläche nachgibt, ohne Belastungsänderung (z.B. Änderungen des Grundwasserspiegels, Verrottung von Torf o.ä.) Bettungsmodul nicht mehr geeignet, die Interaktion zwischen Bauwerk und Baugrund zu beschreiben.

- 9Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

gleichmäßig belastete Lastfläche + konstanter Bettungsmodul Þ nach Bettungsmodulverfahren:

gleichmäßige, konstante Setzung (keine Setzungsmulde) Þ konstanter Bettungsmodul kann Interaktion zwischen Bauwerk und

Baugrund nicht zutreffend beschreiben

Die Annahme eines konstanten Bettungsmoduls für die Berechnung einer Struktur stellt im Baugrund immer eine – meist sogar grobe – Vereinfachung dar.

Hinreichend zutreffende Bettungsmodulverteilung kann z.B. mit Hilfe des Steifemodulverfahrens ermittelt werden (Verhältniswerte der verteilten Sohlspannungen und zugehörigen Setzungen zeigen eine verteilte Funktion des Bettungsmoduls).


3.4 Tragfähigkeit von Plattengründungen

Platte: Lastverteilung auf große Flächen mit geringen mittleren Spannungen Þ hohen Grundbruchlasten Þ großer Widerstand gegen Gleiten und Kippen

Nachweise gegen Versagen (Grenzzustand GZ 1) nur in seltenen Ausnahmefällen (Böden mit geringer undränierter Scherfestigkeit) maßgebend.

Tragfähigkeit ergibt sich aus Kriterien der Gebrauchstauglichkeit (Setzungen) Þ eher Schiefstellungen (nicht gängige Fenster und Türen, Umkehr des Gefälles in Abwasserleitungen etc.)


3.5 Vergleich Steife- und Bettungsmodulverfahren

Steifemodulverfahren Þ variabler BettungsmodulverlaufQuotient aus Sohlspannung und Setzung für jedes diskretisierte Intervall.

Berechnung des gleichen Systems unter der gleichen Last mit derart ermittelten Bettungsmodulverlauf Þ identische Größen

Bei konstanten Bettungsmodul unter der gesamten Gründung:ks = mittlere Sohlspannung / mittlere Setzung Þ Biegemomente weichen um so mehr voneinander ab, je steifer die

Platte und je weicher der Baugrund ist.


Ansatz eines konstanten Bettungsmoduls nur, wenn genügend weiche Gründungskörper mit Einzellasten in großen Abständen und hinreichend steifer Baugrund gegeben sind.


Nach dem Bettungsmodulverfahren errechnete M-Linien zu weit oben Þ Stahlverbrauch bei einer Bemessung

nach Bettungsmodulverfahren unter Ansatz eines konstanten Bettungsmoduls zu hoch

4. Pfahlgründungen4.1 Einleitung

Bauwerkslasten können über Flachgründungen oder Tiefgründungen auf den tragfähigen Baugrund übertragen werden.

tragfähige Schichten in zu großer Tiefe unter dem Bauwerk und sind die Setzungen auch durch eine Baugrundverbesserung nicht auf ein erträgliches Maß abzumindern (aus technischen und/oderwirtschaftlichen Gründen) Þ Tiefgründung.

häufigste Art der Tiefgründung = Pfahlgründung, bei der die Lasten über stabförmige Bauteile, die überwiegend normal belastet werden, in den Baugrund übertragen werden.


4.2 Pfahlsysteme

Pfähle können entweder als Fertigteile durch Rammen, Drücken, Drehen oder Rütteln (oder einer Kombination daraus) bis in die planmäßige Tiefe gebracht werden oder an der Einbaustelle in einem durch Rammen, Drücken, Rütteln oder Bohren erzeugten Hohlraum hergestellt werden.

Fertigpfähle sind aus Stahlbeton, Spannbeton, Stahl oder (vor allem historisch) aus Holz gefertigt, auf der Baustelle hergestellte Pfähle(Ortpfähle) können aus Beton oder Stahlbeton bestehen.


Nach den Herstellungsnormen unterscheidet man 3 Gruppen (nach den Empfehlungen des Arbeitskreises „Pfähle“ der DGGT, 2007):

1. Bohrpfähle nach DIN EN 15362. Verdrängungspfähle nach DIN EN 12 6993. Mikropfähle nach DIN 14199


zu 1. Bohrpfähle nach DIN EN 1536

sind dadurch gekennzeichnet, dass bei ihrer Herstellung Boden gefördert wird.

Innerhalb der Bohrpfähle wird weiter unterschieden zwischen- verrohrt und unverrohrt hergestellten Pfählen- unverrohrt mit Stützflüssigkeit hergestellten Pfählen- unverrohrt mit durchgehender Bohrschnecke hergestellten Pfählen.


zu 2. Verdrängungspfähle nach DIN EN 12 699

zeichnen sich dadurch aus, dass bei ihrer Herstellung der Boden vollständig verdrängt wird (keine relevante Bodenförderung).

Pfahldurchmesser >150 mm!

Innerhalb der Gruppe der Verdrängungspfähle wird weiter unter-schieden:- Fertigrammpfähle aus Stahlbeton, Spannbeton, Stahl und Holz- Ortbetonrammpfähle- Schraubpfähle (Vollverdrängungsbohrpfähle)- verpresste Verdrängungspfähle


zu 3. Mikropfähle nach DIN EN 14 199

sind gekennzeichnet durch Durchmesser < 30 cm (gebohrte Pfähle) bzw. < 15 cm (Verdrängungspfähle).

Innerhalb der Gruppe unterscheidet man zwischen- Ortbetonpfählen- Verbundpfählen Bemessung von Pfählen gemäß Abschnitt 8 der DIN 1054.

Pfahlähnliche Gründungselemente wie Betonrüttelsäulen, Brunnen-gründungen, Schlitzwandelemente oder im Düsenstrahlverfahren hergestellte Säulen unterliegen einer anderen Normung.


4.3 Herstellung von Pfählen

Wahl des Herstellungsverfahrens in Abhängigkeit von benachbarten baulichen Anlagen (insbesondere Verformungs- und Erschütterungs-empfindlichkeit).

DIN 1054 empfiehlt ausdrücklich die Durchführung eines Beweis-sicherungsverfahrens.


Vorlaufende Untersuchungen bei Pfahlgründungen:

Untersuchung des Grundwassers und des Bodens auf beton-angreifende (DIN 4030-1) bzw. stahlkorrosionsfördernde Stoffe;

Suspensionsstützung: Untersuchung von Wasser und Boden auf Eigenschaften, welche die Stabilität einer stützenden Flüssigkeit beeinträchtigen können;

Ramm- bzw. Bohrhindernisse; Verdrängungspfähle: Untersuchung, ob durch den Ramm- oder

Rüttelvorgang die Scherfestigkeit des Bodens beeinträchtigt wird ob bei den gegebenen Baugrundverhältnissen die Pfähle überhaupt

auf die erforderliche Tiefe gebracht werden können; Ortbetonpfähle: können die anstehenden Böden den Druck des

Frischbetons aufnehmen Bodenkenngrößen zur Abschätzung der Bodenreaktionen


4.3.1 Herstellung von Bohrpfählen

Bei Bohrpfählen wird zunächst ein temporärer Hohlraum mit oder ohne Verrohrung hergestellt.

Aushubverfahren (Beispiele): Drehbohrverfahren (Kellybohren) mit Schneckenbohrer oder

Bohreimern als Bohrwerkzeug. Aushub mit seilgeführten Bohrgreifern. Unverrohrte Bohrungen können durch eine Stützflüssigkeit, z.B. eine

Bentonitsuspension, stabilisiert werden. Bohren mit durchgehender Bohrschnecke Þ Stützung der Bohrloch-

wandung durch den auf den Schneckengängen liegenden Boden


Drehbohrverfahren (Kellybohren)


Drehmoment und Vorschubkraft wird überteleskopierbare Kellystange auf das Bohrwerkzeug übertragen.

Sehr unterschiedliche Bohrwerkzeuge einsetzbar Þ Verfahren für alle Bodenarten(einschließlich Fels) geeignet

Bohrdurchmesser zwischen 600 und 3000 mm

Erreichbare Bohrtiefen bis zu 90 m

Drehbohrverfahren (Kellybohren)


1 Einbau der Bohrrohre (drehend und drückend) mit Drehantrieb des Bohrgerätes

2 Abbohren mit Bohreimer, Schnecke oder Kernrohr. Stabilisierung der Bohrlochwandung durch Bohrrohre

3 Einbau Bewehrungskorb mit der Hilfswinde des Bohrgerätes4 Betonieren im Kontraktorverfahren5 Ausbauen der Bohrrohre während des Betonierens (Drehantrieb)


1 Eindrehen eines Standrohres mit dem Drehgetriebe des Bohrgerätes2 Abbohren mit Bohreimer, Stabilisierung der Bohrlochwandung mit

Stützflüssigkeit (Bentonit oder Polymere und Reinigen der Stützflüssigkeit mit einer Entsandungsanlage)

4 Betonieren im Kontraktorverfahren, Stützsuspension wird durch den Betonverdrängt und oben abgepumpt

5 Ausbauen des Standrohres mit dem Drehgetriebe des Bohrgerätes



eingängige Schnecke mit Rundschaftmeißeln

einschneidig bzw. zweischneidig (ohne Pilot)

Kernrohr mit Rollenmeißeln,

Kastenbohrer mit Flachzähnen

Bohren mit langer Hohlschnecke

lange Bohrschnecken, die in einem Stück in den Boden eingedreht werden Þ Steigerung der Bohrleistung

Lösen des Bodens an der Schnecken-spitze und Fördern über die Wendeln.

Betonieren über Hohlseele der Schnecke, bei gleichzeitigem Ziehen.

Durchmesser von 500 bis 1200 mm und Bohrtiefen von 10-28 m


4.3.2 Herstellung von Fertigrammpfählen

Rammpfähle werden in den Boden eingerammt oder gerüttelt.

Auf voller Länge vorgefertigte Rammpfähle aus Beton, Stahl oder Holz

Boden wird seitlich verdrängt und dadurch verdichtet.

Holzpfähle werden schon seit mehreren Jahrtausenden zur Gründung verwendet. Solange das Holz nicht mit Luftsauerstoff in Berührung kommt, ist es nahezu „unendlich“ haltbar (Venedig komplett auf Pfählen erbaut).


Heute vornehmlich Fertigpfähle aus Beton oder Stahl

Fertigrammpfähle aus Stahlbeton (auf voller Länge bewehrt):üblicherweise quadratische Querschnitte zwischen 20 x 20 bis zu 45 x 45 cm, seltener auch runde Querschnitte.

Stahlpfähle: H-Profile, Stahlrohrprofile, Trägerprofile oder Spundwandprofile mit verschiedenen Querschnitten und Wandstärken. Stahlpfähle anfälliger gegen Korrosion und zudem teurer. Einsatz, da wo hohe Materialfestig-keit des Stahls (z.B. bei Biegebeanspruchung) erforderlich ist.


Schlagrammen aller Art - pneumatische Schnellschlagbären- Hydraulikhämmer- langsam schlagende Dieselbären

Vibrationsrammen

Zwischen Rammgewicht und Pfahl befindet sich eine Schlaghaube mit Puffermaterial (Holz oder Kunststoff).


4.3.3 Herstellung von Ortbetonrammpfählen

Ortbetonrammpfählen (Ortbetonverdrängungspfählen) Þ Hohlraum durch Bodenverdrängung und anschließendes Einbringen

von Beton, gegebenenfalls mit Bewehrung


Beispiel Frankipfahl


4.3.4 Herstellung von Schraubpfählen (Beispiel Atlaspfahl)


4.3.5 Mikropfähle

Die Pfähle mit kleinem Durchmesser bestehen in der Regel entweder aus bewehrtem Ortbeton oder (als Verbundpfähle) aus einem Tragglied aus Stahl.

Kraftübertragung auf den Baugrund durch Verpressen mit Beton oder Zementmörtel.

Auch bei geringen Höhen (Keller) einsetzbar.

Herstellung weitgehend lärm- und erschütterungsfrei.

Neigung des Pfahles beliebig.


Verpresspfahl aus Ortbeton

Dieser Pfahltyp kann aus Beton oder Zementmörtel hergestellt werden und ist durchgehend längsbewehrt.

Der Mindestschaftdurchmesser beträgt 150 mm.

Verrohrte Bohrung, in die der Bewehrungskorb eingestellt wird.

Unmittelbar anschließend wird von der Sohle beginnend abschnitts-weise das Verpressgut eingebracht und verpresst.


Einstabpfähle (System GEWI®)

verrohrte Bohrung Þ mit Zementmörtel verfüllt Þ Einstab-GEWI-StahlÞ Ziehen des Bohrrohrs und Þ Verpressen des Zementmörtel

Nach dem Abbinden/Aushärten der ersten Verpressung kann ein- oder mehrmals nachverpresst werden.



1 Zusatzbewehrung Lastfall Druck2 gekontertes Ankerstück3 Pfahlhalsverstärkung (Ripprohr)4 Abstandhalter5 Gewindemuffe6 GEWI-Stab

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