Einspanngrad einer Spundwand

Verbauwände werden für die temporäre Sicherungen von Baugrubenwänden benötigt oder für einen permanenten Einsatz: im Hafenbau als Anleger, als Uferwand und als Widerlager von Brückenbauwerken.

Aufgrund der vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten von Verbauwandarten – Spundwand, Trägerbohlwand, Schlitzwand, Bohrpfahlwand ­­­– können Eigenschaften wie z.B. Wasserundurchlässigkeit und erforderliche Widerstandsmomente auf die jeweilge Erfordernis hin angepasst werden. Verbauwänd werden in trockenen Böden und in Böden im Grundwasser eingesetzt. Selbst im fließenden Wasser, z. B. für die Erstellung der Gründung von Flusspfeilern eines Brückenbauwerks, finden sie Anwendung.

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1.2 Statische Systeme, resultierende Einspanngrade

Die auf die Verbauwände wirkende Erddruckverteilung hängt im starken Maße von dem statischen System ab, das diese Wände mit etwaigen Aussteifungslagen und der Einbindung in den Boden bilden. Die Baugrubenwand muss mit einer Mindesttiefe in den Baugrund einbinden, um die abzutragenden Horizontalkräfte sicher in den Baugrund einleiten zu können. 

Wird zur Sicherstellung des Gleichgewichts der horizontalen Kräfte die tatsächliche gleich der rechnerischen Mindesttiefe gewählt, so spricht man von einer gelenkigen, freien Fußauflagerung. Gleichgewicht kann in diesem Fall nur durch eine zusätzliche Abstützung der Wand erreicht werden. Mit zunehmender Einbindetiefe kommt es zu einer Teileinspannung der Wand in den Baugrund, die bis zur Volleinspannung gesteigert werden kann. Es ergeben sich mögliche statische Systeme:

• nicht gestützte, in den Boden eingespannte Wand
• einfach / mehrfach gestützte, im Boden frei aufgelagerte Wand
• einfach / mehrfach gestützte, in den Boden eingespannte Wand
• einfach / mehrfach gestützte Wand mit einem Zwischeneinspanngrad

Das folgende Bild zeigt die berechneten Zustandsgrößen Moment, Querkraft und Verschiebung infolge des Eigengewichts des anstehenden Bodens für ein im Kopf ausgesteiftes Spundwandsystem mit einem fest eingespannten Fuß (Einspanngrad = 100 %).  

Hierbei handelt es sich um ein einfach unbestimmtes System, bei dem sowohl die Biegemomente als auch die Verformungen geringer sind als bei einer frei aufgelagerten Verbauwand. Für eine Einspannwirkung im Baugrund ist eine Verdrehung der Wand um einen tiefliegenden Drehpunkt D notwendig. Dieser Drehpunkt liegt etwas oberhalb des Wandfußpunktes. Darunter entstehen Verformungen, die zur Erdseite gerichtet sind und dort einen rückdrehenden passiven Erddruck mobilisieren. 

Zur vereinfachten Berechnung wird am theoretischen Drehpunkt die BLUM’sche Ersatzkraft C angesetzt, die den Erdwiderstand unterhalb des Drehpunktes ersetzt und zusätzlich den vereinfacht angenommenen Erdwiderstand auf der Baugrubenseite korrigiert. Zusammen mit der Resultierenden des Erdwiderstands bildet diese Ersatzkraft ein Kräftepaar, das die Einspannung des Spundwandfußes darstellt.

Um Spundwandlängen zu verringern, kann das System als eine einmal gestützte bzw. rückverankerte, jedoch im Boden frei aufgelagerte Spundwand berechnet werden. Durch die freie Auflagerung wird ein statisch bestimmtes System mit größeren Biegemomenten und Verformungen erzeugt, die Verbauwandelemente müssen jedoch nicht so tief in das Erdreich eingebracht werden. 

Das nachfolgend dargestellte Bild zeigt Berechnungsergebnisse für dasselbe, oben gezeigte Verbauwandsystem, hier jedoch mit einem frei aufgelagerten Fuß (Einspanngrad = 0 %). Deutlich zu erkennen ist, dass – dem vorher betrachteten System mit dem fest eingespannten Fuß gegenüber bei gleichen Böden und gleichen Einwirkungen – die erforderliche Einbindetiefe deutlich reduziert werden kann. Momente und Durchbiegungen werden jedoch signifikant größer.

Für einen Zwischeneinspanngrad einer Verbauwand muss eine Einbindetiefe zwischen der für eine feste Einspannung und der im Fuß frei aufgelagerten Wand gewählt werden. Für einen exemplarisch gewählten Einspanngrad von 50 % ergeben sich für das oben betrachtete System die folgenden Zustandsgrößen bei der für diesen Einspanngrad notwendigen Einbindetiefe:

Zu Bauverfahren, notwendigen Nachweisen und Berechnungsbeispielen für die im Folgenden aufgeführten Verbauwandarten wird auf die zugehörigen Einträge im Glossar der Civilserve GmbH verwiesen.

• Berechnung und Bemessung von Trägerbohlwänden  
• Berechnung und Bemessung von Spundwänden
• Berechnung und Bemessung von Bohrpfahlwänden
• Berechnung und Bemessung von Schlitzwänden

Weiterführende Erläuterungen zum Themenbereich „Berliner Verbau“ finden sich hier.

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Für das unten gezeigte Beispiel einer im Kopf einfach rückverankerten Spundwand wird im nachfolgenden Video gezeigt, wie mit dem Programm GGU-RETAIN Berechnungen für unterschiedliche Einspanngrade durchgeführt werden können: