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BAUVORHABEN TUNNEL RASTATT: EINSATZ SCHWERER SPUNDWANDPROFILE IN DEN TROGBEREICHEN STAHLSPUNDWÄNDE – NEUES FÜR PLANUNG UND ANWENDUNG KORNWESTHEIM, 7. DEZEMBER 20127 DIPL.-ING. ALEXANDER SCHLEITH

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BAUVORHABEN TUNNEL RASTATT:EINSATZ SCHWERER SPUNDWANDPROFILEIN DEN TROGBEREICHEN

STAHLSPUNDWÄNDE –NEUES FÜR PLANUNG UND ANWENDUNGKORNWESTHEIM, 7. DEZEMBER 20127DIPL.-ING. ALEXANDER SCHLEITH

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KURZVORSTELLUNG PROJEKT TUNNEL RASTATT

ÜBERSICHT ÜBER DEN EINSATZ VON SPUNDBOHLEN

EINSATZ SCHWERER AZ-PROFILE

VERTIKALE TRAGFÄHIGKEIT DYNAMISCHE PROBEBELASTUNGEN

JAGGED – WALLLESSONS LEARNED

DETAILS – KLEINE URSACHE, GROßE WIRKUNG

© Dipl.-Ing. A. Schleith ● Ed. Züblin AG ● Zentrale Technik ● 07.12.2017

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KURZVORSTELLUNG PROJEKT TUNNEL RASTATT

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© Deutsche Bahn AG

AUSBAU DER RHEINTALSTRECKE

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© Deutsche Bahn AG

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INVESTIONSVOLUMEN GESAMTCA. 9 MRD EURO

Tunnel Rastatt ca. 700 Mio Euro

davon ca. 320 Mio Euro für den Rohbau

Staatsvertrag mit der Schweiz von 1996:Fertigstellung des Ausbaus mit Inbetrieb-nahme der gesamten NEAT 2020Fertigstellung aus heutiger Sicht nicht vor 2035 auf deutscher Seite

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AUSBAU DER RHEINTALSTRECKE

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AUSBAU DER RHEINTALSTRECKE

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© Deutsche Bahn AG● Trog Nord 800 m● Tunnel offene Bauweise Nord: 45 m● Tunnel in TBM-Vortrieb: 2 x ca. 3.970 m● Tunnel offene Bauweise Süd: 255 m● Trog Süd: 895 m● GESAMTLÄNGE: 5.965 M

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GEOLOGISCHE UND HYDRAULISCHE VERHÄLTNISSE

Geologie:

Quartär: Fein- bis Grobkiese mit unterschiedlichem Sandanteil und schluffig-tonigen und sandigen Zwischenlagen

Tertiär: Wechsellagerungen überwiegend bindiger Schichten (Schluff/Ton) mit Fein- bis Mittelsandlagen)

© DB Netzte AG – Baugrundgutachten

Norden

Grundwasser: ca. 3-5 m unter GOK

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GEOLOGISCHE UND HYDRAULISCHE VERHÄLTNISSE

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Geologie:

Quartär: Fein- bis Grobkiese mit unterschiedlichem Sandanteil und schluffig-tonigen und sandigen Zwischenlagen

Tertiär: Wechsellagerungen überwiegend bindiger Schichten (Schluff/Ton) mit Fein- bis Mittelsandlagen)

Süden

© DB Netzte AG – Baugrundgutachten

Grundwasser: ca. 3-5 m unter GOK

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GEOLOGISCHE VERHÄLTNISSE

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Ab 10m unter GOK dichte bis sehr dichte Lagerung des Quartär

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AUSFÜHRUNG DER BAU- UND PLANUNGSLEISTUNGEN

ARGE Tunnel Rastatt

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Technische Geschäftsführung

KaufmännischeGeschäftsführung

Komplette Ausführungsplanung

Ed. Züblin AGZentrale Technik

Direktion Tief- und Tunnelbau

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ÜBERSICHT ÜBER DEN EINSATZ VON SPUNDBOHLEN

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EINSATZ VON SPUNDBOHLEN IM BEREICH TROG NORD

TROG NORD, LÄNGE CA. 800M – AUFGEGLIEDERT IN 6 BAUDOCKS● Vorabmaßnahme durch anderen Auftragnehmer● Baudocks 1 – 5 Länge 700 m, ● Tiefe von 4,0 bis 12,0 m● Profile GU13 N, GU 21 N, PU 28

● Bauleistung der Arge Tunnel Rastatt● Baudock 6a und 6b – Länge 100,0m● Tiefe 12,0 m bis 19,0 m● Profile AZ 42-700N, AZ 44-700N und AZ 46-700N

● Gesamtfläche 21.700 m² ● Gesamttonnage 3.185 to

© Arge Tunnel Rastatt

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EINSATZ VON SPUNDBOHLEN IM BEREICH TROG SÜD

TROG SÜD, LÄNGE CA. 1.100M – AUFGEGLIEDERT IN 10 BAUDOCKS● Bauleistung der Arge Tunnel Rastatt● 9 Spundwandbaudocks● Tiefe 4,0 m bis 19,0 m● Profile AZ 46-700N bis AZ 36-700N● Profile L 607n bis L 603 und PU 28

● Gesamtfläche 30.150 m² ● Gesamttonnage 5.015 to

© Google Earth

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EINSATZ VON SPUNDBOHLEN IM TUNNEL RASTATT

GESAMTE TROGBAU-STRECKEN IM NORDEN UND SÜDEN

● Einsatz quasi sämtlicher Profilreihen :● Profile AZ 46-700N bis AZ 36-700N● Profile L 607n bis L 603● PU – Profile PU 28

● GESAMTFLÄCHE 52.000 M² ● GESAMTTONNAGE 8.200 TO

● Nahezu alle Bohlen planmäßig wiedergewinnbar

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EINSATZ SCHWERER AZ- PROFILE

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VORTEILE ● Verwendung von AZ-Profilen, da Verhältnis

Steifigkeit zu Gewicht deutlich wirtschaftlicher● Schloss am Profilrand – keine

Querkraftübertragungen im Schloss ● Deutlich höhere Widerstandsmomente als U-

Profile● 700-er und 800 –er Profilreihen reduzieren den

Einbringaufwand: Bei 300 lfm Spundwand: 600-er Profile: 300 m/1,20m = 250 DB 100%700-er Profile: 300 m/1,40m = 214 DB 86%800-er Profile: 300m/ 1,60m = 180 DB 72%

NACHTEILE● Einbringen ist schwieriger● Ankern gehen durch ein Schloss – alternativ durch

den Steg (noch aufwändiger)● Breite Profile der 700er und 800er Profilereihen

sind relativ weich● Entsprechende Zange am Rüttler zwingend

erforderlich

EINSATZ VON AZ-PROFILEN IM BEREICH TROG NORD

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Profil Breite b Höhe h Wanddicke Querschnitts -fläche

Gewicht Trägheits-moment

Elastisches Widerstands

moment

Statisches Moment

Plastisches Widerstands

moment

[mm] [mm] t [mm] s [mm] As [cm²/m] Einzelbohle [kg/m] Spundwand [kg/m²] I [cm4/m] Wel [cm3/m] S [cm3/m] Wpl [cm3/m]

PU 18 600 430 11,2 9,0 163 76,9 128 38.650 1.855 1.055 2.134AZ 18-800 800 449 8,5 8,5 129 80,7 101 41.320 1.840 1.065 2.135

33% -21% 7% -1% 1% 0%

PU28 600 454 15,2 10,1 216 101,8 170 64.460 2.840 1.620 3.269AZ 28-750 750 509 12,0 10,0 171 100,8 134 71.540 2.810 1.620 3.254

25% -21% 11% -1% 0% 0%

PU 32 600 452 19,5 11,0 242 114,1 190 72.320 3.200 1.825 3.687AZ 32-750 750 511 14,0 12,0 198 116,7 156 81.800 3.200 1.860 3.720

25% -18% 13% 0% 2% 1%

AZ 52-700 700 505 24,0 17,0 317 174,1 249 130.140 5.155 2.990 5.985

BESSERES VERHÄLTNIS VON GEWICHT ZU ELAST. WIDERSTANDSMOMENT

©ArcelorMittal

STATISCHE VORTEILE DER AZ-PROFILREIHE

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Größere Profilebreite reduziert die einzubringende FlächeGewichtseinsparung bei höherer Tragfähigkeit

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EINSATZ VON AZ-PROFILEN IM BEREICH TROG NORD

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TROG NORD DOCK 6

● Geplant: Einbau von 72 Doppelbohlen AZ 42-700N und AZ 44-700N

● 72 x 1,40 = 100,80 m● Tatsächlich eingebaut nur 71 Doppelbohlen und

damit auch nur 71 Anker …● 100,80 m / 71 = 1,42 m● 2 cm überschreiten das Spiel im Schloss deutlich ● Die breiteren AZ Profile neigen dazu, sich

auseinander zu ziehen● Abhilfe: Rammschablone mit Begrenzung des

Vorlaufs.

EINSATZ VON AZ-PROFILEN IM BEREICH TROG NORD

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EINBAU VON ANKERN IN DIE AZ-PROFILE

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EINBAU VON ANKERN IN DIE AZ-PROFILE

DOPPELANKER DETAIL ANKERKOPF SEMIPERMANENT

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ANSCHLUSS SPUNDWAND AN SCHLITZWAND• Anschluss von Spundwänden an Schlitzwände

und Pfahlwände sind meistens undicht.• AZ Profile erleichtern den Anschluss deutlich,

wenn sie richtig liegen

Variante 1: dicht Variante 2: undicht

WERKZEUG ZUM REINIGEN DES SPW-TALS:

VORTEILE DER AZ-PROFILREIHE

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VORTEILE DER AZ-PROFILREIHE

VARIANTE 1 - DICHT VARIANTE 2 - UNDICHT

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SchlitzwandBohle löst sich von

Schlitzwand -Wasserzutritte

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VERTIKALE TRAGFÄHIGKEIT DYNAMISCHE PROBEBELASTUNGEN

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EAB 5. AUFLAGE A10

ANSATZ VON MANTELREIBUNG UND SPITZDRUCK BEI SPUNDWÄNDEN AUS ERFAHRUNGSWERTEN

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b) Die Anwendung der angegebenen Erfahrungswerte setzt ein Einrammen der Profile voraus. Im Übrigen ist Folgendes zu beachten: • Werden die Spundbohlen eingerüttelt, dann

müssen die angegebenen Erfahrungswerte für Mantelreibung und Spitzendruck auf 75 % abgemindert werden.

• Werden die Spundbohlen bis zur vollen Solltiefe mit Hilfe von Auflockerungsbohrungen oder Spüllanzen eingebracht, dürfen Spitzendruck und Mantelreibung nur angesetzt werden, wenn diese durch den Fachplaner bzw. Sachverständigen für Geotechnik bestätigt werden.

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AUSGANGSSITUATION

Bodengutachten beinhaltet zahlreiche Drucksondierungen.Ausnahmslos alles Drucksondierungen weisen in den Schichten des Quartär Drucksondierungswiderstände qc >> 25 MPa auf.Einbringen der Bohlen > 16-18 m nur mit erheblichem Aufwand und mittels Spülhilfen möglich.Die Spülhilfen werden auf den letzten 3-5 m des Einrüttelns abgeschaltet.

PROBLEMSTELLUNG

Trotz der Ergebnisse der Bauuntersuchungen und der schweren „Rammung“ wird seitens des Sachverständigen für Geotechnik auf die EB 85 und A 10 der EAB 5. Auflage verwiesen: Abminderungder Erfahrungswerte für Mantelreibung und Spitzendruck auf 75% der maximalen Tabellenwerte. Tabelle hört ja schon qc = 25 MPa auf…

Das bedeutet erheblich größere Einbindetiefen –noch mehr Rammaufwand, noch mehr Materialeinsatz.

ANSATZ VON MANTELREIBUNG UND SPITZDRUCK BEI SPUNDWÄNDEN AUS ERFAHRUNGSWERTEN

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STATISCHE VORTEILE DER AZ-PROFILREIHE

LÖSUNGSANSATZ

Variante 1: Die Einbindetiefe der Bohlen (ca. 3-5 m) wird gerammt und nicht vibriert.

Problem: Rammen der Spundbohlen nahe der Ortsteil Rastatt-Niederbühl nicht möglich.

Zudem erhebliche Mehrkosten und erheblicher Zeitverlust durch das Umsetzen der Geräte. Gefahr, die Bohlen beim Nachrammen zu beschädigen.

Variante 2: Durchführung von dynamischen Probebelastungen an mehreren einvibriertenSpundbohlen. Die Auswertung sollten dann die angesetzten Werte für qb,k und qs,k bestätigen.

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ERGEBNISSE DER DYNAMISCHEN PROBEBELASTUNGEN

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Bohle Nr. 1 AZ36-700N Bohle Nr. 2 AZ36-700N Bohle Nr. 3 AZ28 Bohle Nr. 4 AZ36-700N

Fußwiderstand ca. 586 kNGesamtwiderstand ca. 3.980 kN

Fußwiderstand ca. 465 kNGesamtwiderstand ca. 3.540 kN

Fußwiderstand ca. 650 kNGesamtwiderstand ca. 3.200 kN

Fußwiderstand ca. 740 kNGesamtwiderstand ca. 3.250 kN

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ERGEBNISSE DER DYNAMISCHEN PROBEBELASTUNGEN

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ERGEBNISSE DER DYNAMISCHEN PROBEBELASTUNGEN

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Auswertung der dyn. Probebelastungen Ansatz auf Grundlage A10 EAB und Sondierspitzenwiderstand

Mantelreibung qs,k = 50,0 kN/m²Spitzendruck qb,k = 20.000,0 kN/m²

Rechenwert (design-Wert) mit γp =1,4Mantelreibung qs,d = 35,7 kN/m²Spitzendruck qb,d = 14.286,0 kN/m²

Bei Berücksichtigung der Abminderung auf 75% gem. EAB A10:Mantelreibung qs,d = 26,8 kN/m²Spitzendruck qb,d = 10.716,0 kN/m²

Rechenwert (design-Wert) mit γp =1,1Mantelreibung qs,d = 56,5 kN/m²Spitzendruck qb,d = 13.882,0 kN/m²

/m²

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JAGGED – WALLLESSONS LEARNED

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PLANUNG UND AUSFÜHURNG EINER JAGGED WALL

32

Aus

hubt

iefe

ca

. 18,

50 m

● Baugrube 18,50 m tief● Über 14 m Wasserdruck auf Verbau● Oberbodenmieten und Bahngleise in nächster Nähe

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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© ArcelorMittal

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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JAGGED WALL – MASSIVSTE SPUNDWÄNDE

Trägheitsmomenent Iy [cm4/m]: Faktor 3,3

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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Baugrubentiefe 18,5 mWasserdruck 14 mWS

Boh

lenl

änge

29

m

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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QUERKRAFTÜBERTRAGUNG IST NACHZUWEISEN

Werkseitige Verriegelung der Schlösser bei weitem nicht ausreichend, um die Querkraft übertragen zu können.

Zusätzliches Verschweißen des verriegelten Schlosses erforderlich

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALLRÜCKVERANKERUNG IST SEHR AUFWÄNDIG

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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Rot = Soll-LageGrün = Ist-Lage

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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© ArcelorMittal

SOLL-WERTE GEMÄß STATIK:

Trägheitsmoment Iy = 396.310 cm4/m

Widerstandsmoment Wy = 7.715 cm³/m

Iy,vorh nur 84 %

Wy,vorh nur 88%

Ausnutzung des Profils in der Statik: 98%

KONSEQUENZ: VOLLSTÄNDIGER RÜCKBAU UND ERNEUTES EINBRINGEN DER BOHLEN

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

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PLANUNG UND AUSFÜHRUNG EINER JAGGED WALL

BEI PLANUNG UND HERSTELLUNG EINER JAGGED WALL SIND ZU BEACHTEN:• Nachweis der Querkraftübertraung in

den Schlössern• Ausreichende Aussteifung für die

Gurtungen und Verankerungen• Die Geometrie ist beim Einbringen

unbedingt einzuhalten, da ansonsten die Standsicherheit der Wand nicht mehr gegeben ist.

• Es sollte eine Rammschablone verwendet werden

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DETAILS – KLEINE URSACHE, GROßE WIRKUNG

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PLANUNG VON PASSBOHLEN

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Zwangspunkte für den wasserdichten Anschluss der Spundbohlen

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PLANUNG VON PASSBOHLEN

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AUSFÜHRUNG VON „PASSBOHLEN“

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Doppelbohle AZ 46-700

Länge 26,00 m

Fädelschloss mit Schlosssprung-

detektor

Einzelbohle AZ 46-700

Länge 26,00 m

Konstruktive Kehlnaht …

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BESSER DOCH PASSBOHLEN

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BESSER DOCH PASSBOHLEN

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LRB 255 umgestürzt beim Heranziehen einer Bohle AZ 46-700, Länge 27,0 m Gewicht knapp 9,0 to ….

VORSICHT IM UMGANG MIT SEHR SCHWEREN BOHLEN

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Querschott zwischen 2 Baudocks neigt sich, weil in Dock 3 der Wasserspiegel unplanmäßig höher als in Dock 4 …..• Planmäßig Wasserstand in Dock 4 immer höher oder gleich in Dock 3• Fehlfunktion in Pumpensteuerung führt zu unplanmäßigem Ansteigen von Wasserspiegel in Dock 3

SPUNDWÄNDE SIND ROBUST

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Dock 3Dock 4

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SPUNDWÄNDE SIND ROBUST

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SANIERUNG

• Ziehen der Spundbohlen mit Freireiter• Bohlen gänzlich UNBESCHÄDIGT !!• Einrütteln der gezogenen Bohlen mit

Fachwerkträger als Rammführung bis auf Oberkante Fachwerkträger (3,0 m tiefer als beim ersten Einbringen von GOK)

• Sofortige Ausführung der Heftschweißung zwischen Gurtung und Bohlen

• Kompletter Austausch der Pumpensteuerung

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VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT