Auf schlechtem Baugrund -...

Auf schlechtem Baugrund 1

Gesellschaft für Grundbauund Umwelttechnik mbH

Auf schlechtem Baugrund

Dr.-Ing. Peter Grubert

Einführung

Baugrund und GeotechnikBaugrund und UmwelttechnikGründungsbemessungGründungskonstruktionenBeispiele

Folie: 2

Inhalt


Schlechter Baugrund ? Unerwartet ?Überraschend ?

Folie: 3

Einführung

Folie: 4

Einführung

Schlechter Baugrund ?Erkundung !Geotechnik !


Baugrund

Tragfähigkeit

Versagen

Grundbruch

BemessungStandsicherheit

Kompressibilität

Setzungen

Rissbildung

Bemessung gebrauchs-tauglichkeit

Homogenität

Setzungs-differenzen

Schiefstellung

Konstruktion

Variabilität

Veränderungen

Verformungen

Sanierung

Bodenwasser

Porenwasser-druck

Feuchte

Abdichtung

Grundwasser

Wasserdruck

Auftrieb

BemessungLagesicherheit

Folie: 5

Einführung

Versagen GrundbruchBemessungauf Standsicherheit

Schlechte Bauwerks-gründung ?

Folie: 6

Einführung: Tragfähigkeit

aus: Lauer, Vorlesung Ingeniergeologie


SetzungenRissbildungBemessung auf Gebrauchs-tauglichkeit


Folie: 7

Einführung: Kompressibilität

SetzungenSchiefstellungBemessung auf Gebrauchstauglichkeit


Folie: 8

Einführung: Kompressibilität

Kirche Suurhusen, ca. 900 Jahre alt


Folie: 9

Einführung: Homogenität

BaugrundunterschiedeSetzungs-differenzen

dS

Folie: 10

Einführung: Homogenität

Unterschiedliche GründungsverhältnisseSetzungs-differenzen

dS


Sonstige Veränderlichkeitdes Baugrundes

Folie: 11

Einführung: Variabilität

Subrosion Schwellen

SchrumpfenQuellen

Bergbau

Folie: 12

Einführung: Bodenwasser

BodenfeuchteSchichtwasser Bodenfeuchte oder

nicht-drückendes Wasserz.B. Abdichtung W 1-E


Folie: 13

Einführung: Grundwasser

WasserdruckAbdichtungAuftrieb

Abdichtung gegendrückendes Wasserz.B. WU Beton W2-E

Folie: 14

Baugrund und Geotechnik


Was ist „schlechter“ Baugrund ?Kompressible, feinkörnige Böden (weich, breiig)Kompressible, grobkörnige Böden (lockere Lagerung) Organische Böden (Torf, Mudde)Veränderliche BödenGrundwassereinfluss…

Also: Recherche und geotechnische Erkundung…

Folie: 15


Geologisches Kartenwerk

Folie: 16




Folie: 17



Folie: 18



Geologie….Geologisches KartenwerkHydro-geologischesKartenwerkKarten der BodenbildungUmweltkartenMoore

Folie: 19


Geologie….Geologisches KartenwerkHydro-geologischesKartenwerkKarten der BodenbildungUmweltkartenMoore

Folie: 20



Methoden der BaugrunderkundungSondierungen (indirekt)Bohrungen (direkt)Probenahme (direkt)

Folie: 21


m NHN

20.00

22.00

24.00

26.00

28.00

30.00

32.00

34.00

36.00

38.00

40.00

42.00

44.00

46.00

48.00

KRB 1/15

45,62 m NHN

10.30 (35.32)

0 .40Mu, fS, u, h -

_h, swbnMu

2.40Gl, fS,

_u , ms', bn, - -

2 .80mS, fs - f

_s, hbn

6 .50

Gmg, U, s -_s, gr, -

8 .90

Gmg, U, s -_s, t', gr, -

10 .30Gmg, U, s, t', g r, -

11 .80fS,

_u , gr, -

12 .40U, fs, gr, - -

15 .00

U, f_s, gr, - -

WKA 4-CPT 3/1545,55 m NHN

10 20 30

qc [MN/m²]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

0.0 0.2 0 .4 0.6

fs [MN/m²]

3 6 9 12

Rf [%]

Auswertungen:SondierwiderstandLagerungsdichte Kompressibilität und Sackungspotential

Plastizität, KonsistenzZusammendrückbarkeit und DurchlässigkeitKompressibilität und KonsolidationsverhaltenQuell- und Schrumpfverhalten

Folie: 22


GrundwasserSchwankungenStrömung

Bodenmechanische KennwerteLaborversucheFeldversuche


Folie: 23

Baugrund und Umwelttechnik

Baugrund = Aushub = AbfallBoden / Bauschutt ist Abfall wenn er bewegt (!) wirdoder die Baustelle verlässt (?)Entledigungsabsicht nach KrWG

Folie: 24


Boden aus Baugrube = Abfall Boden aus Sandabbau ≠ Abfall


BauschuttVerwertung LAGA M20 (Z0-Z2) Beseitigung DepV

Bodenaushub verwertenBodenaushub mit > 10 % m.FB LAGA M20 (Z0-Z2)Bodenaushub TR Boden LAGA M20

Aber: Länderregeln beachten !

Bodenaushub beseitigenBodenaushub DepV

Folie: 25


Oberboden Sonderfall nach DIN 18320 und BauGBErhaltung der BodenfunktionLagerung und Verwertung BBodSchV

SonderfälleProblematik TOC, Sulfat, … bei organogenen BödenGeogene Hintergrundbelastung ?Geringfügige Überschreitungen ?Umlagern statt Verwerten ?

Folie: 26



Folie: 27

Gründungsbemessung

Lastbedingte SetzungSofortsetzung s = f (σ, Es)PrimärsetzungenKonsolidationssetzung s = f (σ, Es, t, k)Sekundärsetzung s = f (σ, t)

Folie: 28

Gründungsbemessung

Kom

prer

ssio

ne

Spannung sigma

Es

Es(w)

Es = Erstbelastungs-ModulEs(w) = Wieder-Belastungs-Modul

Set

zung

s

log t

Sofortsetzung

Primärsetzung

Sekundärsetzung


Lastunabhängige VerformungenOrganischer Abbau s = f(σ, t)Sackung s = f(?)Erschütterungen, VibrationVerdichtungUmlagerungWassereinfluss

Folie: 29

Gründungsbemessung

Belastung

Setz

ung

s

Sackung

t

Urs

ache

Bemessung auf GebrauchstauglichkeitAnforderungen

MaximalsetzungRestsetzungSetzungsdifferenzSchiefstellung

Häufigunklar !

Folie: 30

Gründungsbemessung

Bauzeit Nutzungszeit

Set

zung

s

Sr

Sr

t


Folie: 31

Gründungskonstruktionen

..?Erdbauverfahren

BodenaustauschTiefe Bodenverbesserung

Tiefen-RüttelverfahrenRüttelstopfsäulenImpulsverdichtung

KonsolidationsbeschleunigungVor- / AuflastschüttungVertikaldränagenVakuumdränage

Folie: 32



BodenaustauschErsatz nicht tragfähigen Bodens durch grobkörniges Materialoder kontrollierter, verbesserter Wiedereinbau Problematik GrundwasserProblematik Entsorgung

Folie: 33


Tiefe BodenverbesserungTiefen-RüttelverfahrenRüttelstopfsäulenImpulsverdichtung…

Folie: 34



KonsolidationsbeschleunigungVor- / AuflastschüttungVertikaldränagenVakuumdränage

Folie: 35


Erschließung aus schlechtem Baugrund: BaustraßeErdbau auf schlechtem Baugrund: DeicherhöhungLogistikhalle 1Logistikhalle 2Brückenwiderlager, VerkantungTanklager, MembrangründungWKAStraßenbau aus schlechtem Baugrund: ToteislochStraßenbau aus schlechtem Baugrund: Querung MoorStraßenbau aus schlechtem Baugrund: StrassenverbreiterungSonderfragen

Folie: 36


Folie: 37

Beispiele

Schlechter Baugrund ?Baustraße auf Torf mit GeogitterBemessungsansatz:Standsicherheit mit Porenwasser-überdrücken

Folie: 38

Beispiele


DeicherhöhungProblem schlechter Baugrund ?Bias zu 20 m mächtige organische Böden(Klei und Torf)Auswirkungen auf Standsicherheit und Gebrauchs-tauglichkeit

Folie: 39

Beispiele

DeicherhöhungBemessungsansatz: Setzungen akzeptieren !Standsicherheit überwachen !

Folie: 40


-0.3

3

-0.6

2-0

.62

-0.7

8-0

.78

-0.9

4-0

.94

-1.0

9-1

.09

-1.2

3-1

.23

-1.3

1-1

.31

-1.3

7-1

.37

-1.4

1-1

.41

-1.4

3-1

.43

-1.4

3-1

.43

-1.4

0-1

.40

-1.3

6-1

.36

-1.3

1-1

.31

-1.2

6-1

.26

-1.1

9-1

.19

-1.1

2-1

.12

-1.0

5-1

.05

-0.9

8-0

.98

-0.9

2-0

.92

- 0.8

5- 0

.85

-0.7

8-0

.78

-0.7

0-0

.70

-0.6

1-0

.61

-0.5

3-0

.53

-0.4

5-0

.45

-0.3

6-0

.36

-0.2

8-0

.28

-0.2

2-0

.22

-0.1

6-0

.16

-0.1

2-0

.12

-0.0

9-0

.09

-0.0

6-0

.06

-0.0

4-0

.04

-0.0

3-0

.03

-0.0

2-0

.02

-0.0

1-0

.01

-0.0

1- 0

.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50-30

-20

-10

0

10

20

NN+10,5mNN+8,5m

Klei

Torf

Sande

Deicherhöhung


DeicherhöhungBauphase: nicht zu schnell bauen !

KonsolidationssetzungenPorenwasser-drückeMonitoring(Beobachtungs-methode)

Folie: 41


DeicherhöhungBauphase zu schnell gebaut !

Ursache Porenwasser-überdrückeBöschungs-Grundbruch

Folie: 42



Logistikhalle 1(300 x 100 m)

Als Erweiterung standortgebundenHohe Anforderungen an die Gebrauchs-tauglichkeit

Folie: 43

Beispiele

Logistikhalle 1Geologisches Kartenwerk: „schlechter“ Baugrund ?Allerdings !

Folie: 44

Beispiele

Torf !


Logistikhalle 1Geotechnische Erkundung: Sehr „schlechter“ Baugrund !Bodenaustausch? Thema: Aushubentsorgung….

Folie: 45

Beispiele

mNN

438.00

439.00

440.00

441.00

442.00

443.00

444.00

445.00

446.00

DPH 12

0102030400.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

GW = 0.90

BS 19444,92 mNN

0.38 (444.54)0.10

Auffüllung, (Verbundpflaster)grau

A

0.50

Auffüllunggrau, Mineralgemisch,(Kies, sandig, schwachschluffig, schwach tonig)

A

4.70

Kiesgrau, braun, sandig,schwach schluffig, schwachtonig - schluffig, tonig

5.30

Feinsand - Mittelsandgrau, schwach schluffig,schwach tonig - schluffig,tonig

BS 20444,92 mNN

1.23 (443.69)

0.10

Auffüllung, (Verbundpflaster)grau

A

0.50

Auffüllunghellgrau, (Spli t u. Minearlgemisch),Kies, sandig, schwachschluffig, schwach tonig

A

1.40

Auffüllung + Kieshellbraun, braun, sandig,schwach schluffig, schwachtonig - schluffig, tonig

A

kein weiterer Bohrfortschritt wegen Hindernis

BS 12445,92 mNN

0.50 (445.42)

2.60

Torfdunkelbraun, schwachzersetzt - mäßig zersetzt

3.00

Schluff + Tongrau - graubraun, schwachfeinsandig, organisch

3.40

Schluff + Tongraubraun, sandig, feinkiesig- mittelkiesig, schwachorganisch

4.50

Kiesbraun, sandig, schwachschluffig, schwach tonig

4.90

Sandgrau, schwach schluffig,schwach tonig - schluffig,tonig

6.70

Schluffgrau, schwach tonig,schwach feinsandig

BS 11445,63 mNN

0.31 (445.32)

2.90

Torfdunkelbraun, faserig,zersetzt, schluffig,tonig

3.00

Feinsand, mittelsandig, schluffig, tonigblaugrau

3.80

Feinsand - Mittelsandhellblaugrau, schwachschluffig, schwach tonig

6.00

Kieshellbraun, sandig, schluffig,schwach tonig

SCH 10444,94 mNN

0.10 (444.84)

0.60

Torf, schluffigschwarz, schwach zersetzt,faserig

1.70

Torf, schluffigdunkelbraun, schwachzersetzt, faserig

2.80

Sandgrau, stark schluffig,kiesig

3.30

Kiesgrau, sandig, sehr schwachschluffig

Bereich Erweiterungsbau West Bereich Bestand

OKFFGW

Logistikhalle 1Lösung: Baugrundverbesserung mit vermörtelten Kiesstopfsäulenauf Gründungspolster

Folie: 46

Beispiele

mNN

438.00

439.00

440.00

441.00

442.00

443.00

444.00

445.00

446.00

DPH 14

0102030400.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

GW = 2.90

BS 14445,03 mNN

4.30

Torf, schwach zersetztbraun

4.90

Schluff + Tongrau, braungrau, schwachfeinsandig, schwach kies ig,s tark organisch

6.20

Kiesbraungrau, sandig, schwachschluffig, stark tonig,schwach organisch

6.90

Kiesbraun, sandig, schwachschluffig, schwach tonig

7.50

Schluffgrau, schwach tonig,feinsandig

9.20

Schluffgrau, schwach tonig,schwach feinsandig

2.00

~ 445,00 mNN

446,53 mNN

0.3

00.9

3


Logistikhalle 2 (300 x 100 m)Unklare BaugrundverhältnisseHohe Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit

Folie: 47

Beispiele

Logistikhalle 2 (Ausschnitt)Unklare Baugrundverhältnisse, kein GrundwasserHohe Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit

Folie: 48

Beispiele


Logistikhalle 300 x 100 mBodenaustausch mit kontrolliertem Wiedereinbau (In-Situ)Verdichtung und ggf. Verbesserung mit BindemittelnKaum Bodenentsorgung

Folie: 49

Beispiele

Verwitterungshorizont (tragfähig)

Restmächtigkeit Decklehm

Lagenweise kontrollierter Wiedereinbau Aushub

NordseiteSüdseite

BrückenwiderlagerBrückenwiderlager BAB A19Verkantung < 25 mmAbklingen der Setzungen 180 d

Folie: 50

Beispiele


Neubau Tank D > 44 mLasten 200 kN/m²Oberflächennah kompressible BödenNiedriger Grundwasserstand

Folie: 51

Beispiele

Neubau Tank D > 44 mMembrangründung Bemessung auf Gebrauchstauglichkeit mit 3 m BodenaustauschBodenplatte Setzungen 16 -32 cm

Folie: 52

Beispiele

1

2

3

4

5

7 8 9

Auswertung:

Maximale Setzung Tankmitte: 32 cm

Minimale Setzung am Tankrand: 16 cm

Setzungsdifferenz: 16 cm

Lage Schnitt A-A (Anlage 6.3)

200.

0

200.

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

020

0.0

-0.8

0-0

.80

200.

0

200.

0

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0-0

.80

-0.8

020

0.0

200.

0

-0.8

0

s ~16 cm

Smax ~32 cm


WKAGebrauchs-tauglich ?Schiefstellung !

Folie: 53

Beispiele

m NHN

20.00

22.00

24.00

26.00

28.00

30.00

32.00

34.00

36.00

38.00

40.00

42.00

44.00

46.00

48.00

KRB 1/15

45,62 m NHN

10.30 (35.32)

0.40Mu, fS, u, h -

_h, swbnMu

2.40Gl, fS,

_u, ms', bn, - -

2.80mS, fs - f

_s, hbn

6.50

Gmg, U, s -_s, gr, -

8.90

Gmg, U, s -_s, t', gr, -

10.30Gmg, U, s, t', gr, -

11.80fS,

_u, gr, -

12.40U, fs, gr, - -

15.00

U, f_s, gr, - -

WKA 4-CPT 3/1545,55 m NHN

10 20 30

qc [MN/m²]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

0.0 0.2 0.4 0.6

fs [MN/m²]

3 6 9 12

Rf [%]

WKABemessung RSV mit Faktor 4Drehfedersteifigkeit, Zulässige Schiefstellung < 4 cmGebrauchstauglich !

Folie: 54

Beispiele

1

2 4

0 . 0 0

3 . 7 5 G rü n d u n g sp o lst e r

6 . 5 0 M g , w -s t + R S V

8 . 9 0 M g , w + R S V9 . 5 0 M g , s t

1 0 . 8 0 S , d

2 5 . 0 0 U , s t-h f

0 .0 0

3 .7 5 G rü n d u n g sp o ls te r

6 .5 0 M g , w -s t + R S V

8 .9 0 M g , w + R S V9 .5 0 M g , st

1 0 .8 0 S , d

2 5 .0 0 U , s t -h f

2 5 . 0 0 U , s t- h f

0 .0 0

3 .7 5 G rü n d u n g s p o ls te r

6 .5 0 M g , w -s t + R S V

8 .9 0 M g , w + R S V9 .5 0 M g , st

1 0 .8 0 S , d

2 5 .0 0 U , s t -h f

-20 -10 0 10 20

-15

-10

-5

0

5

10

-4.7

7-5

.17

-5.3

3-5

.77

-6.6

4-5

.18 -3.6

0-2

.70

-2.1

4-1

.80

-1.6

1-1

.53

-1.5

5-1

.66

-1.8

6-2

.21

-2.7

3-3

.54

-4.7

7-6

.65

-9.8

0-1

2.25

-13.

31-1

3.21

-13.

76-1

5.90

-20 -10 0 10 20

-15

-10

-5

0

5

10

1

2 4

0.00

3.75 Gründungspolster

6.50 Mg, w-st + RSV8.90 Mg, w + RSV9.50 Mg, st

10.80 S, d

25.00 U, st-hf

0.00



10.80 S, d

25.00 U, st-hf

25.00 U, st-hf

0.00



10.80 S, d

25.00 U, st-hf

-20 -10 0 10 20

-15

-10

-5

0

5

10

-1.6

7-1

.79

-1.8

7

-1.9

9-2

.20

-1.8

5-1

.55

-1.3

9

-1.2

8-1

.21

-1.1

8-1

.19

-1.2

2-1

.29

-1.3

9

-1.5

4-1

.72

-1.9

7-2

.29

-2.7

2-3

.36

-4.2

2-4

.23

-4.3

5-4

.61

-4.9

5

-20 -10 0 10 20

-15

-10

-5

0

5

10


OD Jessenitz: Setzungs-“Mulde“UrsacheSchlechter Baugrund ?

Folie: 55

Beispiele

OD JessenitzProblem: „Toteis“-Loch, organische Ablagerungen

Folie: 56

Beispiele


Folie: 57

Beispiele

Bundesstraße B103Neubau RadwegQuerung von Moorflächen

Folie: 58

Beispiele

Neubau Radweg B103Langsam abklingende Setzungen und org. AbbauLösung: Setzungen akzeptierendurch Geogitter vergleichmäßigen


Straßendamm auf gering tragfähigem BaugrundOrganische Weichschichten

Folie: 59

Beispiele

Straßendamm auf gering tragfähigem BaugrundProblem Verbreiterung, Inhomogenitäten

Folie: 60

Beispiele


Straßendamm auf gering tragfähigem BaugrundLösung: Rüttel-Stopfsäulen, Kiesstopfsäulen

Folie: 61

Beispiele

Straßendamm auf gering tragfähigem BaugrundVariante: Verbreiterung auf vertikalen Traggliedern mit GeogitterbewehrungVerbesserung BaugrundLasten abtragen

Schnelle Lösung

Folie: 62

Beispiele


Straßendamm auf gering tragfähigem BaugrundVariante: Verbreiterung mit LeichtbaustoffenHartschaum-plattenBlähtonLasten vermeiden

Eingriffminimieren

Folie: 63

Beispiele

Straßendamm auf gering tragfähigem BaugrundVariante: Vertikaldränagemit Vorbelastung und Geogitter-bewehrungSetzungen beschleunigen

Bauzeit !

Folie: 64

Beispiele

Bauzeit Nutzungszeit

Set

zung

s

SrSr


Folie: 65

Beispiele

Folie: 66

Beispiele


Folie: 67

Beispiele

BaugrundveränderungenHorizontalrisseBewuchs

Folie: 68

Beispiele

BaugrundveränderungenPlastischer Ton und intensiver BewuchsWasserentzug, PorenwasserunterdruckSchrumpfen und Setzungschäden

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1970Feb Apr Jun Aug Okt Dez





Setzungen [mm]

Haus B

Haus A

Bäume bei Haus B gefällt


BaugrundveränderungenHistorische LagerhallePlötzliche Rissbildung

Folie: 69

Beispiele

BaugrundveränderungenEinmaliges EreignisSättigung-Setzungen

Folie: 70

Beispiele

010200 .0

1 .0

2 .0

3 .0

4 .0

5 .0

6 .0

1251313630264940

2722

384251383530293129333031

010200 .0

1 .0

2 .0

3 .0

4 .0

5 .0

6 .0

21

232530283233253032283026

010200 .0

1 .0

2 .0

3 .0

4 .0

-1.18 mBNDPL 3

010200.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

40100

4239352822

21

2225212522

23

22

BS/DPL 1-1.23 mBN

1.95 (-3 .18)19.06 .13

2 .05 ( -3.28 )19.06.13

0.09A0.15

A

1.00A

3.50

5.10

6.00

BS/DPL 2-1.09 mBN

1.80 (-2 .89)20 .06 .13

2 .90 (-3.99)20 .06.13

0 .16A0 .32

A

1 .30

5 .00

5 .50

6 .00

BS/DPL 70.01 mBN

0.25A0.35A0.901.00A

3.00

HHW 2013

Belastung

Setz

ung

s

Sackung

t

Urs

ache


Schlechter Baugrund ? Geotechnisch beherrschbarBaugrundrisiko Geotechnische Recherche und Erkundung wesentlichLösung: Gründungsbemessung und KonstruktionStandsicherheit: absolute ForderungGebrauchstauglichkeit: relative Anforderung

Problematik Baugrund = Abfall

Folie: 71

Fazit

Auf schlechtem Baugrund -...

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