Mikropfähle TITAN – Probebelastungen mit Prüflasten über 3 ... · Probebelastungen mit...

Mikropfähle TITAN – Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in BremerhavenDipl.-Wirt. Ing. (FH) Markus WehresDipl.-Wirt. Ing. (FH) Oliver Brakelsberg

Präsentation anlässlich des Spundwandseminars 2015 in Köln

Folie 1Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven

Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015

Mikropfähle TITAN

Probebelastungen mit Prüflasten

über 3.000 kN am Beispiel der

Geestekaje in Bremerhaven

Referenten:

Dipl. Wirt.-Ing. (FH) Markus Wehres

Dipl. Wirt.-Ing. (FH) Oliver Brakelsberg

FRIEDR. ISCHEBECK GMBH

Ennepetal



I.

Agenda

Vorstellung der Geestekaje Bremerhaven• Allgemeine Informationen• Schilderung der Ausgangslage vor der Baumaßnahme

II.

Aufgabenstellung und technische Lösung• Randbedingungen• Materialbedarf Spundwände und Mikropfähle• Systemaufbau und Verfahrenstechnik• Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-34.14-209 (Fassung Dez. 14)• Kopfkonstruktionen / Besonderheiten

III.

Planung und Durchführung der Probebelastung• Bemessungsgrundlagen / Baugrund • Prüfaufbau / Pfahllängen / BAW-Vorgaben• Prüfdurchführung

V.Fazit und Baustelleneindrücke• Zusammenfassung der Erkenntnisse• Baustelleneindrücke

Erkenntnisse der Probebelastung • Ergebnisse zur Tragfähigkeit• Verifizierung der Ergebnisse mit EA-Pfähle

IV.



I. Vorstellung der Geestekaje Bremerhaven

• Allgemeine Informationen• Schilderung der Ausgangslage vor der Baumaßnahme




Tonnenhof Bremerhaven

• Vom Tonnenhof Bremerhaven werden die Schifffahrtszeichen in der Außenweser gewartet und ausgebracht

• Das Tonnen- und Bakenamt wurde 1876 gegründet. Ab 1921 übernahm das Reichs-verkehrsministerium des Deutschen Reiches in Berlin, bevor 1950 der Wasser- und Schiff-fahrtsverwaltung (WSV) vertreten durch das Wasser- und Schifffahrtsamt (WSA) an derGeeste alle Aufgaben übertragen wurden

• An der Kaje des Tonnenhofs liegen Spezial-schiffe, wie Tonnenleger und die Kontroll- und Vermessungsschiffe

• Die noch heute erhaltene Tonhalle aus Back-stein entstand 1909. Die drei Wappen von Bremen, Oldenburg und Preußen erinnern an das alte Tonnen- und Bakenamt

• 2000 wurde der historische Tonnenschuppen unter Denkmalschutz gestellt



Tonnenhof Bremerhaven


• Die Spundwand am Tonnenhof wurdegrößtenteils in den 50er Jahren gebaut, einige Passagen stammen sogar aus den 30er Jahren

• Die „alte“ Spundwand ist mit den Jahren marode geworden und wies Risse auf

• Durch häufige Überschwemmungen kam es in der Folge zu Versackungenvon bis zu 1,5 m auf der Kajenfläche

• Es bestand akute Einsturzgefahr. Die Besatzungen der Arbeitsschiffe des Wasser- und Schifffahrtsamtes konnten nur noch über extra eingerichtete Wege an Bord der Schiffe kommen.

• Die Spundwandentwässerung, zum Abbau des landseitigen Wasserüber-drucks funktionierte nicht mehr



Aufgabenstellung

• Rammung einer neuen Spundwand ca. 4,00 m vor die alte Spundwand

II. Aufgabenstellung und technische Lösung

• Rückverankerung der Spundwand mitMikropfählen Ischebeck TITAN 103/51

• Verfüllung des Raumes zwischen der alten und neuen Wand, sowie der Hohlräume unter der alten Kaje mit Sand

• Abtragung der alten Mauer um ca. 1,50 m, so dass die Arbeitsfläche des Tonnenhofs bündig mit der neuen Spundwand verläuft.

• Aufgrund der Sanierungsarbeiten wurden zusätzlich ca. 600 m² Kajenfläche geschaffen




Technische Lösung

Bauabschnitt 1:47 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 33,00 m16 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 31,00 m

Spundbohlen: AZ 40-700 18,00 m - 20,00 m langMikropfähle: Bemessungslasten bis 1.967 kN

Bauabschnitt 2:10 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 21,00 m13 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 23,00 m07 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 24,00 m01 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 27,00 m10 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 28,00 m04 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 31,00 m23 x Ischebeck TITAN 103/51 Länge: 33,00 m

Summe: 131 Mikropfähle (3.914 lfm) TITAN 103/51

• Pfahlneigungen zwischen 40° und 48° horizontal

• Neigungsausgleich über das System(Kugelkopfkonstruktion)




Kopfkonstrukruktion

Verpresskörper

Kopplungsmuffe

Abstandhalter

Bohrkrone

Stahltragglied

Verfahrenstechnik Ischebeck Mikropfähle TITAN

• Unverrohrtes Bohren mit verlorener Bohrkrone

• Spül- und Stützflüssigkeit ersetzt Verrohrung

• Verpressen mit dickflüssigem Zementleim (W/Z = 0,4 – 0,5) bis der Zementleim am Bohrlochmund austritt




Ischebeck TITAN Mikropfähle

• Bauaufsichtliche Zulassung Z-34.14-209

• Charakteristische Tragfähigkeiten von 225 kN – 2.500 kN

• Dauerhafter Korrosionsschutz perZementsteinüberdeckung

• Statische und dynamische Wechselbelastungen




Technische Lösung

Kugelkopfkonstruktion

• Kugelplatte mit Kugel• Neigungsausgleich bis 45°• Korrosionsschutz auf Wasser- und

Landseite durch Dichtung in der Kugel




Besonderheiten

• Aufgrund von angrenzender Bebauung mussten in einigen Bereichen des 2. Bau-abschnitts die Pfahllängen begrenzt werden

• Ausführung von 5 „Doppelpfählen“

• Oberer Pfahl: 40° Neigung horizontalUnterer Pfahl: 48° Neigung horizontal

• Einbau einer zusätzlichen Keilplatte für den Neigungsausgleich von 48°




Besonderheiten

• Für den Korrosionsschutz im Luft- / Wasserbereich zwischen der neuen Spundwand und der alten Spundwand wurde zunächst ein ca. 6 m langes Stahlrohr mit Ringbohrkrone bis ca. 1,00 m hinter die alte Wand eingebracht

• Anschließend wurde der Ischebeck TITAN 103/51 durch das Stahlrohr gebohrt und verpreßt.



Stahlrohr mit Ringbohrkrone




Annahmen für die Vordimensionierung: (Planungsbeginn 2010)

Bemessungslast: Fd = 1.967 kN (maximale Pfahllast aus Statik)

Kreuzbohrkrone: ∅ 175 mm (gewählter Bohrkronendurchmesser aus Statik)

Aufweitung: a = 50 mm (Erfahrungswert FI am anstehenden Baugrund)

→ Pfahldurchmesser: ∅ 225 mm (175 mm + 50 mm)

Mittlerer Spitzenwiderstand: qc = 11 MN/m² (Drucksondierung CPT)

Grenzmantelreibung: qsk = 185 kN/m² (aus Statik / Drucksondierung)

Lasteinleitungsstrecke: Lv = 23,60 m (aus Werten der Vorbemessung)

Zugpfahl b. Probebelastung

III. Planung und Durchführung der Probebelastung

Bemerkung: neue Bemessung nach Eurocode 7 – seit 15. September 2012 im Bereich WSV

Streuungsfaktor n = 2Modellfaktor

Bemessung (DIN 1054:2005) – Grundlage: Erlass vom 16.02.2009 AZ: WS 13/5257.4/1

(Ersteller: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung)

Herleitung der Prüfkraft: Pp = 1967 kN ⋅ 1,30 ⋅ 1,15 ⋅ 1,05 = 3.088 kN



Probepfahl

Sandauffüllung

Torf

Klei

SandReaktionspfähle = Gründungspfähle für Widerlager

- 10,00 m NN

+ 3,50 m NN

+ 0,50 m NN

- 7,50 m NN

Planung und Durchführung der ProbebelastungIII.



Widerlager gegründet mit TITAN 103/51

Seitenansicht: Stahl-Traverse

Anzahl: 3 Fundamente

Pro Fundament: 2 Pfähle TITAN 103/51

1. Pfahl: Neigung: 33,5° L = 34,00 m

2. Pfahl: Neigung: 56,5° L = 27,00 m




Widerlager mit Stahl-Traverse zum Neigungsausgleich

Einbauwinkel Probepfahl 45° anlog zu den Bauwerkspfählen


Probepfahl: TITAN 103/43



PP1 PP2

Gesamtlänge 33,515 m 43,515 m

Bohrkrone Kreuzbohrkrone 175 mm

Pfahl-Ø (Erfahrungswert) 225 mm (+ 50 mm)

Geotechnischer Sachverständiger: BAW (Bundes-Anstalt für Wasserbau)

Festlegungen: → Probebelastung mit begrenzter Lasteinleitung

→ System A (2 Belastungszyklen)

Pfahlanzahl: → n = 2 (mit unterschiedlicher Lasteinleitung)

Kriechmaß: → kS = 0,5 mm (i.d.R. 2,0 mm)

Spülbohrung mit BohrrohrØ 177,8 x 10 mm; direkt nach Pfahlherstellung –keine Lastübertragung


PP1 PP2

Pfahlüberstand 2,515 m

Bentonitverfüllung 17,00 m

PP1 PP2

Verpresskörperlänge 14,00 m 24,00 m

Verbundlänge (Sand) 12,00 m 22,00 m



Mechanische Messuhren zur Erfassung der axialen Pfahlkopfverschiebung




Rückwärtslaufende Messuhren zur Erfassung der Widerlagerverschiebung

Hohlkolbenpresse HOZ 5400;

Hublänge 250 mm;

mit innen laufendem Zylinder




Kraftmessdose

Digitaler Dehnungsmesser verbunden mit Kraftmessdose

(Anzeige der aufgebrachten kN)




PP1 PP2

Bemessungswert Ed [kN] 1967 1967

Geplante Prüflast Pp [kN] 3088 3088

Nachgewiesene Prüflast Pp [kN] 2320 3088

Kriechmaß [mm] 0,46 0,32

Bruchwert d. Mantelreibung (Pfahl-Ø 225 mm) [kN/m²] 273

Nachgewiesene Mantelreibung (Pfahl-Ø 225 mm) [kN/m²] 199

Ergebnisse der Probebelastungen (Auszüge)

IV. Erkenntnisse der Probebelastung

Umrechnung Pfahl-Ø für Verifizierung mit EA-Pfähle:

Bruchwert d. Mantelreibung (Pfahl-Ø 195 mm) [kN/m²] 316

Nachgewiesene Mantelreibung (Pfahl-Ø 195 mm) [kN/m²] 229

Rechenwert für

Verifizierung



Verifizierung der Mantelreibung mit EA-Pfähle: Spitzenwiderstand: qc = 11 MN/m²(CPT)

Mikroverpresspfahl: Interpoliert (10% Quantilwert) qs,k = 172 kN/m²(Tabelle EA-Pfähle)

Interpoliert (50% Quantilwert) qs,k = 224 kN/m²

Spitzendruck qC[MN/m²]

qs1,k[kN/m²]

qs1,k[kN/m²]

7,5 135 – 175 170 – 210

11 (Baugrundgutachten) 172 – 224 210 – 261

15 215 – 280 255 – 320

≥ 25 255 – 315 305 - 365

Nichtbindige Böden Mikropfahl Rohrverpresspfahl

IV. Erkenntnisse der Probebelastung

Rohrverpresspfahl: Interpoliert (10% Quantilwert) qs,k = 210 kN/m²(Tabelle EA-Pfähle)

Interpoliert (50% Quantilwert) qs,k = 261 kN/m²

Probebelastung:

qs,k = 316 kN/m²



• Begrenzung der Lasteinleitungsstrecke auf 12,00 m aus EA-Pfähle kann widerlegt werden:

- Pfahl 1 mit 12,00 m Lasteinleitung hat bei 2360 kN (kS > 0,5 mm) versagt

- Pfahl 2 mit 22,00 m Lasteinleitung hat bei 3088 kN (kS > 0,32 mm) kein Versagen

- Grenztragfähigkeit von Pfahl 2 konnte nicht ermittelt werden, keine weitere

Laststeigerung möglich da Rk des TITAN 103/43 erreicht wurde

• Charakteristische Werte der Mantelreibung liegen um:

- 55 kN/m² (ca. 20 %) oberhalb der Höchstwerte der EA-Pfähle für Rohrverpresspfähle

- 92 kN/m² (ca. 40 %) oberhalb der Höchstwerte der EA-Pfähle für Mikropfähle

• Der Mikropfahl TITAN 103/51 ist das einzige Einstabsystem mit DIBt-Zulassung für

Designlasten bis zu 2.174 kN

V. Fazit und Baustelleneindrücke

Zusammenfassung der Erkentnisse

Mikropfähle TITAN – Probebelastungen mit Prüflasten über 3 ... · Probebelastungen mit...

Documents

Transcript of Mikropfähle TITAN – Probebelastungen mit Prüflasten über 3 ... · Probebelastungen mit...