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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
Folie 2Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
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.
Folie 3Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
I. Vorstellung der Geestekaje Bremerhaven
• Allgemeine Informationen• Schilderung der Ausgangslage vor der Baumaßnahme
Folie 4Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
I. Vorstellung der Geestekaje Bremerhaven
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
Folie 5Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
Tonnenhof Bremerhaven
I. Vorstellung der Geestekaje 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
Folie 6Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
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
Folie 7Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
II. Aufgabenstellung und technische Lösung
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)
Folie 8Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
II. Aufgabenstellung und technische Lösung
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
Folie 9Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
II. Aufgabenstellung und technische Lösung
Ischebeck TITAN Mikropfähle
• Bauaufsichtliche Zulassung Z-34.14-209
• Charakteristische Tragfähigkeiten von 225 kN – 2.500 kN
• Dauerhafter Korrosionsschutz perZementsteinüberdeckung
• Statische und dynamische Wechselbelastungen
Folie 10Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
II. Aufgabenstellung und technische Lösung
Technische Lösung
Kugelkopfkonstruktion
• Kugelplatte mit Kugel• Neigungsausgleich bis 45°• Korrosionsschutz auf Wasser- und
Landseite durch Dichtung in der Kugel
Folie 11Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
II. Aufgabenstellung und technische Lösung
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°
Folie 12Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
II. Aufgabenstellung und technische Lösung
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.
Folie 13Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
Stahlrohr mit Ringbohrkrone
II. Aufgabenstellung und technische Lösung
Folie 14Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
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
Folie 15Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
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.
Folie 16Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
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
III. Planung und Durchführung der Probebelastung
Folie 17Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
Widerlager mit Stahl-Traverse zum Neigungsausgleich
Einbauwinkel Probepfahl 45° anlog zu den Bauwerkspfählen
III. Planung und Durchführung der Probebelastung
Probepfahl: TITAN 103/43
Folie 18Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
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
III. Planung und Durchführung der Probebelastung
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
Folie 19Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
Mechanische Messuhren zur Erfassung der axialen Pfahlkopfverschiebung
III. Planung und Durchführung der Probebelastung
Folie 20Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
Rückwärtslaufende Messuhren zur Erfassung der Widerlagerverschiebung
Hohlkolbenpresse HOZ 5400;
Hublänge 250 mm;
mit innen laufendem Zylinder
III. Planung und Durchführung der Probebelastung
Folie 21Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
Kraftmessdose
Digitaler Dehnungsmesser verbunden mit Kraftmessdose
(Anzeige der aufgebrachten kN)
III. Planung und Durchführung der Probebelastung
Folie 22Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
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
Folie 23Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
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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
Folie 24Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
• 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
Folie 25Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
V. Fazit und Baustelleneindrücke
Folie 26Probebelastungen mit Prüflasten über 3.000 kN am Beispiel der Geestekaje in Bremerhaven
Stahl-Informations-Zentrum 10.12.2015
V. Fazit und Baustelleneindrücke
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