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Inhaltsverzeichnis und Vorwort

Verankerungen und Vernagelungen im Grundbau ISBN 3-433-01216-4 Verlag Ernst & Sohn Berlin

Inhalt 1.

Einleitung ....................................................................................... 1

2.

Entwicklung der Ankertechnik....................................................... 5

3. 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.1.7 3.1.8 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5

Herstellung und Bauarten von Verpreßankern............................... 9 Ankerbohrverfahren.......................................................................... 9 Bohrungen im Lockergestein............................................................. 9 Bohrungen in Fels .......................................................................... 10 Bohrungen gegen drückendes Wasser ............................................. 11 Selbstbohrende Anker..................................................................... 12 Ankereinbau und Verpressen.......................................................... 13 Nachverpressen .............................................................................. 15 Montage des Ankerkopfes ............................................................... 16 Spannen und Festlegen .................................................................. 17 Bauarten von Verpreßankern.......................................................... 18 Verbundanker ................................................................................ 18 Druckrohranker ............................................................................. 20 Anker mit aufweitbarem Verpreßkörper........................................... 20 Anker mit ausbaubarem Zugglied ................................................... 23 Anker mit der Möglichkeit zur Regulierung der Ankerkräfte ............. 24

4. 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.2 4.3 4.4 4.5

Ankerwerkstoffe und Ankerbauteile ............................................. 27 Zugglieder ...................................................................................... 27 Zugglieder aus Spannstahl ............................................................. 27 Zugglieder aus Baustahl ................................................................. 29 Zugglieder aus Edelstahl Rostfrei .................................................... 29 Zugglieder aus Glasfasern............................................................... 30 Zugglieder aus Aramid oder Kohlefasem .......................................... 31 Ankerköpfe ..................................................................................... 31 Verpreßkörper ................................................................................ 34 Korrosionsschutz............................................................................ 34 Abstandhalter................................................................................. 36

5. 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3

Tragfähigkeit von Verpreßankern................................................. 37 Tragfähigkeit des Stahlzuggliedes.................................................... 37 Tragfähigkeit bei vorwiegend ruhender Belastung............................ 37 Tragfähigkeit bei nicht vorwiegend ruhender Belastung ................... 37 Haftverbund von Stahlzuggliedern in Zementmörtel......................... 38

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5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3

Bodenmechanische Tragfähigkeit von Ankern.................................. 38 Krafteintragung vom Anker in den Baugrund .................................. 38 Abschätzung der bodenmechanischen Tragfähigkeit ........................ 45 Erhöhung der Ankertragfähigkeit durch Nachverpressung............... 48

6. 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.3

Prüfungen an Ankern nach DIN 4125 ........................................... 51 Allgemeines .................................................................................... 51 Prüfungen an Ankern ..................................................................... 53 Grundsatzprüfung .......................................................................... 54 Eignungsprüfung............................................................................ 54 Abnahmeprüfung ........................................................................... 58 Gruppenprüfung ............................................................................ 60 Ankernachprüfung ......................................................................... 60

7. 7.1 7.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.4

Überwachung eingebauter Anker .................................................. 63 Optische Kontrollen der sichtbaren Ankerteile................................. 63 Ankerkraftüberwachung mit Abhebeversuchen ............................... 64 Im Bohrloch eingebaute Kontrolleinrichtungen................................ 66 Optische Sensoren/Lichtwellenleitersensoren.................................. 66 Potentialmessungen mit eingebauten Elektroden............................. 67 Reflektometrische Impulsmessungen .............................................. 67 Überwachung der Ankerkräfte mit fest installierten Kraftmeßeinrichtungen .......................................................................... 68 Indirekte Überwachung mit Extensometern..................................... 70 Prüfung durch elektrische Widerstandsmessungen ......................... 71

7.5 7.6 8. 8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.7.1 8.7.2 8.7.3 8.8 8.8.1 8.8.2 8.8.3 8.8.4 8.8.5

Schadensmöglichkeiten bei Verpreßankern ................................. 75 Schäden durch Korrosion der Stahlzugglieder und Ankerkopfteile ......................................................................................... 75 Schäden durch konstruktive Mängel des Bauentwurfs .................... 77 Schäden durch ungenügende Berücksichtigung des Schichtaufbaus.......................................................................................... 79 Fehlender Ansatz des Wasserdrucks ............................................... 80 Zu schwache Dimensionierung der Kopfauflager ............................. 81 Schäden durch schlecht geplanten Bauablauf ................................. 82 Beschädigung von Ankern durch den Transport .............................. 83 Beschädigung von Ankern bei der Lagerung und beim Einbau......... 84 Beschädigung eingebauter Anker durch den Baubetrieb .................. 85 Schäden an Ankern durch aggressive Inhaltsstoffe in Grundwasser und Boden ................................................................ 86 Maßnahmen bei hohem Sulfatgehalt ............................................... 88 Maßnahmen bei hohem Gehalt an kalklösender Kohlensäure .......... 89 Maßnahmen bei hohem Ammoniumgehalt oder Magnesiumgehalt ........................................................................... 90 Schäden durch nicht fachgerechte Herstellung der Anker ................ 91 Beschädigung des Korrosionsschutzes beim Einbau ........................ 91 Ungenügende Begrenzung des Verpresskörpers............................... 91 Undichtigkeiten und Bodenaustrag bei der Herstellung gegen drückendes Grundwasser ............................................................... 92 Ankerversagen durch fehlende oder zu weit auseinander liegende Abstandhalter ................................................................... 92 Schäden durch zu hohe Verpressdrücke ......................................... 93

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9. 9.1 9.1.1 9.1.2 9.2 9.2.1 9.2.2 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.4 9.5 9.5.1 9.5.2 9.6 9.7 9.7.1 9.7.2 10. 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 11. 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 11.9.1 11.9.2 11.9.3 12. 12.1 12.1.1 12.1.2 12.1.3 12.2

Beispiele für den Einsatz von Verpreßankern .............................. 95 Baugrubenwandverankerungen ...................................................... 95 Berliner Baugruben im Grundwasser .............................................. 95 Bergseitige Baugrubensicherung für den Neubau der Landesbausparkasse in Stuttgart .............................................................. 96 Verankerte Stütz- und Futtermauern .............................................. 98 Stützmauer Rötteln ........................................................................ 98 Futtermauern an der BAB A 7 bei Aalen.......................................... 99 Verankerungen von Hängen und Böschungen ............................... 103 Hangsicherung Zaisersweiher ....................................................... 103 Sicherung einer Wohnbebauung auf einem Rutschhang durch Verankerte Tiefbrunnen ................................................................ 106 Verankerung der Krone eines Autobahndammes ........................... 106 Auftriebssicherungen.................................................................... 110 Abgespannte Konstruktionen ........................................................ 111 Neckarbrücke in Stuttgart- Hofen ................................................. 111 Kylltalbrücke im Zuge des Baus der BAB A 60 .............................. 113 Ertüchtigung der Staumauer der Edertalsperre ............................. 114 Kavernen...................................................................................... 116 Kaverne Goldisthal ....................................................................... 116 Kaverne Kraftwerk Waldeck 11 ..................................................... 117 Berechnung von Verankerungen ................................................ 121 Grundsätze .................................................................................. 121 Verankerungen beim Baugrubenverbau und bei Ufersicherungen ........................................................................... 122 Hangsicherungen durch Verankerung ........................................... 122 Auftriebssicherungen durch Verankerung ..................................... 123 Verankerte Seilabspannungen ...................................................... 124 Andere Anwendungen ................................................................... 124 Vernagelungen von Boden und Fels............................................ Verfahrensbeschreibung ............................................................... Historische Entwicklung und Anwendungsgrenzen........................ Baurechtliche Aspekte .................................................................. Nagelwerkstoffe und Zubehör........................................................ Bauarten von Nägeln .................................................................... Herstellung, Transport, Lagerung und Einbau der Nägel ............... Prüfungen an Nägeln .................................................................... Schadensmöglichkeiten ................................................................ Beispiele für Vernagelungen.......................................................... Vernagelte Baugrubenwand an der B 29 – Umfahrung Schorndorf ................................................................................... Vernagelung eines Hanganschnittes im Glimmerschiefer ............... Böschungsvernagelung im Zuge der B 312 bei Reutlingen ............. Berechnung von Vernagelungen ................................................. Statische Berechnung von Vernagelungen mit einer Außenhaut aus Spritzbeton .......................................................... Nachweis der äußeren Standsicherheit.......................................... Bemessung der Nägel ................................................................... Bemessung der Außenhaut aus Spritzbeton .................................. Nachweis der Standsicherheit bei der Vernagelung alter Stützmauern aus Naturstein.........................................................

125 125 129 130 130 133 134 136 138 141 141 141 145 147 147 147 149 150 151

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12.2.1 12.2.2 12.2.3 12.2.4 12.3 12.3.1 12.3.2

Allgemeines .................................................................................. Nachweis der äußeren Standsicherheit.......................................... Bemessung der Nägel ................................................................... Nachweis der Einleitung der Nagelkopfkräfte in die Mauern........... Vernagelung von rutschgefährdeten Böschungen .......................... Vernagelung mit Nägeln oder Zugpfählen ...................................... Vernagelung mit gleichzeitiger Stabilisierungsinjektion („ Injektionsvernagelung“, „Injektionsverdübelung“) .......................

151 153 153 154 154 154

13. 13.1 13.2 13.3 13.4

Zugpfähle .................................................................................... Zugpfähle aus Stabstählen mit aufgerolltem Gewinde.................... Rammpfähle aus Stahlprofilen (RV-Pfähle, MV-Pfähle) ................... Rüttel-Injektionspfähle (RI-Pfähle)................................................. Soiljet-GEWI-Pfähle ......................................................................

159 159 161 163 164

14. 14.1 14.2 14.2.1 14.2.2 14.2.3 14.2.4 14.3 14.3.1 14.3.2 14.4

Anker und Nägel im Tunnel- und Bergbau .................................. Allgemeines .................................................................................. Bauarten von Gebirgsankern ........................................................ Kunstharzklebeanker.................................................................... Spreizhülsenanker........................................................................ Zementmörtelanker ...................................................................... Expansionsanker „Swellex“ ........................................................... Zugglieder von Gebirgsankern....................................................... Zugglieder aus Stahl ..................................................................... Gebirgsanker aus kunststoffgebundenen Glasfasern ..................... Prüfungen an Gebirgsankern ........................................................

167 167 168 168 168 170 171 171 171 173 178

156

Anhang 1

Liste der gültigen Zulassungsbescheide für Daueranker, Bodennägel und Verpreßpfähle............................................... 179

Anhang 2

Tabelle 1 /Anlage 1 zur allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z-30.3-6 vom 25.09.1998: Einteilung der Stahlsorten nach Festigkeitsklassen und Widerstandsklassen gegen Korrosion sowie typische Anwendungen für Bauteile und Verbindungsmittel .......................................................... 187

Anhang 3

Auszug aus DIN 50 929 Teil 3 zur Abschätzung der Korrosionswahrscheinlichkeit bzw. zur Festlegung der Einsatzgrenzen für Stähle in aggressiven Wässern .................. 189

Anhang 4

Auszug aus DIN 4030 Teil 1 ................................................... 195

Anhang 5

Liste der vom Deutschen Institut für Bautechnik autorisierten Überwachungsstellen für die Durchführung von Eignungsprüfungen an Dauerankern ..................................... 197

Literaturverzeichnis................................................................................... 199 Stichwortverzeichnis ................................................................................. 201

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Vorwort Die Technik der Einleitung von Zugkräften in das Gebirge wurde bereits vor mehr als 100 Jahren bei der Firstsicherung im Bergbau mit Kurzankern angewandt. In den ersten Jahrzehnten dieses Jahrhunderts blieb der Einsatz von Ankern im Bauwesen aber auf Einzelfälle im Felsbau beschränkt. In großem Umfang fanden Verpreßanker erst Eingang in das Bauwesen, nachdem im Jahre 1958 der erste Anker im Lockergestein erfolgreich hergestellt worden war. Seitdem haben sich vorgespannte Anker und nicht vorgespannte Nägel zu wichtigen und häufig eingesetzten Konstruktionselementen im Ingenieurbau entwickelt. Ihr Einsatz für dauernde Zwecke ist in Deutschland bauaufsichtlich geregelt. Auch Vernagelungen von Baugrubenwänden und Böschungen sind seit etwa dem Jahre 1980 fester Bestandteil der Spezialtiefbauverfahren. Das Bauverfahren „Bodenvernagelung" ist beim Einsatz für Daueraufgaben ebenfalls bauaufsichtlich geregelt worden. Es bietet z. B. bei der Herstellung von Baugruben im Vergleich zu anderen Verfahren häufig Vorteile. Der Einsatz ist allerdings an die Voraussetzung gebunden, daß der Boden über eine kurze Zeit die Herstellung einer ungestützten Steilböschung von 1,5-2,0 m Höhe erlaubt, und daß die Baumaßnahme oberhalb des Grundwasserspiegels durchgeführt wird. Gebirgsanker (Felsbolzen) sind unverzichtbarer Bestandteil der Sicherungsmittel des modernen Tunnelbaus. Ihr Einsatz ist Voraussetzung für die Herstellung zahlreicher Großtunnel für den Verkehrswegebau in den letzten beiden Jahrzehnten gewesen. Die Anforderungen an Gebirgsanker unterscheiden sich von denen, die an vorgespannte Verpreßanker zu stellen sind. Gebirgsanker werden in Deutschland meist nur für vorübergehende Zwecke eingesetzt. Sollen sie für Daueraufgaben eingesetzt werden, so müssen sie hinsichtlich der konstruktiven Durchbildung die Anforderungen an den Korrosionsschutz erfüllen, die auch an Daueranker gestellt werden. Anker und Nägel sind, wenn sie sachgerecht hergestellt und geprüft wurden, sichere und dauerhafte Konstruktionselemente. Im Zusammenhang mit dem Einsatz treten aber in der Praxis insbesondere dann, wenn hohe Kräfte dauerhaft in den Baugrund abgetragen werden müssen, nicht selten Fragen und auch Vorbehalte auf. Sie sind zum Teil in der Furcht vor Korrosion begründet , zum anderen Teil auch in der vermeintlichen Notwendigkeit, diese Bauteile während der gesamten Einsatzdauer überwachen zu müssen. Das Buch soll einen Überblick über den Stand der Verankerungs- und Vernagelungstechnik vermitteln. Es entstand aus der Tätigkeit der Autoren, die seit ca. 20 Jahren mit der Prüfung und Beurteilung von Verankerungen und Vernagelungen beschäftigt sind. Die Erfahrungen von Kollegen, die bei zahlreichen Fachveranstaltungen über Anker und Nägel berichtet haben, wurden so weit als möglich eingearbeitet. Das Buch ist für die Praxis gedacht und enthält deshalb eine Anzahl von Tabellen zum Nachschlagen. Es behandelt die Herstellung und Bauarten von Verpreßankern, Bodennägeln und Gebirgsankern im Berg- und Tunnelbau, Ankerwerkstoffe und Ankerteile, die Wirkungsweise von Verpressankern und Nägeln, die Prüfungen an Ankern sowie die Überwachungsmöglichkeiten bei verankerten Konstruktionen. Nicht zuletzt soll es Hinweise zur Vermeidung von Schäden bei Verankerungen geben. Cottbus und Stuttgart, im Juni 2000

Lutz Wichter Wolfgang Meiniger

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