MIP bzw. FMI-Wand

Mit dem MIP-Verfahren (Mixed-in-Place, Patent Fa. Bauer Spezialtiefbau GmbH) können vorrangig in nichtbindigen Böden Dichtwände zur Umschließung von Altlasten oder zur Dichtung von Deichen und Dämmen hergestellt werden. Sie eignen sich auch als statisch wirksame Baugrubenverbauten. Auch Geländesprünge können mit Hilfe von MIP-Wände gesichert werden. Die MIP-Wand wird auch als FMI-Wand (Fräs-Misch-Injektion) bezeichnet.

MIP-Wände können mit Einzelschnecken oder Dreifachschnecken hergestellt werden, wie im nachfolgenden Bild dargestellt.

Von der Bauer Spezialtiefbau GmbH wurde als Alternative das Cutter-Soil-Mixing-Verfahren (CSM) entwickelt. Im Unterschied zum MIP-Verfahren drehen sich die Mischwerkzeuge um horizontale Achsen. Der Boden wird durch die Fräsräder aufgebrochen und unter Zugabe von Bindemitteln und Wasser zu einem Erdbeton verarbeitet.

Mit den Schnecken wird der anstehende Boden mit der Bindemittelsuspension vermischt und vermörtelt, die Porenräume werden dabei verfüllt. Die Einzelstiche, die im Pilgerschrittverfahren bzw. im doppelten Pilgerschrittverfahren hergestellt werden, bilden nach Aushärtung des Bindemittels einen scheibenförmigen, fugenlosen Erdbetonkörper, die MIP- bzw. FMI-Wand.

Falls eine statische Verstärkung erforderlich ist, können in den noch nicht ausgehärteten Erdbeton Stahlträger als Bewehrungselemente eingestellt werden. MIP bzw. FMI-Wände können je nach statischem Erfordernis rückverankert bzw. ausgesteift werden.   

Für reine Dichtwände kommen MIP- bzw. FMI-Wände mit geringerer Druckfestigkeit zur Ausführung. Für Baugrubenverbauten und Sicherungen von Geländesprüngen bzw. für Dichtwände mit statischer Funktion können Druckfestigkeiten bis ca. 10 N/mm² erreicht werden. Durch den Einbau von Tragelementen (Doppel-T- oder Doppel-U-Träger) werden die Wände für eine statische Beanspruchung bewehrt.

MIP- bzw. FMI-Wände werden im anstehenden Boden hergestellt. Es fallen keine Bodenaushubmengen an, eine Belastung der Umwelt durch Transporte des Bodens oder ein evtl. notwendiges Deponieren von z.B. kontaminiertem Aushub wird weitestgehend vermieden. Umweltschonende Bindemittel können verwendet werden, um den natürlichen „Zuschlagstoff“ – den anstehenden Boden – zum endgültigen Wandmaterial zu vermischen. 

Zur Berechnung von Schnitt- und Zustandsgrößen werden statische Systeme verwendet, die von der gewählten Einbindetiefe und der Verankerung bzw. Aussteifung in einer oder mehreren Ebenen abhängen:

  • 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

Für eine statische Beanspruchung kann die Berechnung von MIP- oder FMI-Wänden nach mehreren Verfahren durchgeführt werden. Die klassischen Verfahren beziehen sich dabei auf die Erddrucktheorie und variieren somit in Abhängigkeit vom statischen System bezüglich Größe und Verteilung des Erddrucks und der Reaktionskräfte im Boden. Grundsysteme sind dabei ein- oder mehrfach gestützte Balken, die im Boden frei aufgelagert bzw. eingespannt sind. Zwischeneinspanngrade sind auch möglich. Nähere Hinweise zu den Berechnungsverfahren, zu dem Ansatz des Erddrucks etc. werden u.a. in der EAB gegeben. Rechnergestützte Verfahren ermöglichen auch die Berücksichtigung einer Bettung des Balkens.

Für eine Einspannwirkung im Baugrund ist eine Verdrehung der Wand um einen tiefliegenden Drehpunkt 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.

Maßgebend für die Berechnung, Bemessung und Konstruktion von Baugrubenumschließungen sind die „Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben“, EAB. Für MIP- bzw. FMI-Wände sind die folgenden, in der EAB, in DIN EN 1997-1 und in DIN 1054 genannten Einzelnachweise für die genannten Grenzzustände notwendig. Der Erdbeton muss nach geltendem Normenwerk bemessen werden. Die Nachweise können mit dem Programm GGU-RETAIN durchgeführt werden:

Materialversagen von Bauteilen (STR):

Es ist nachzuweisen, dass bei den eingesetzten Materialien deren Widerstände größer sind als die Bemessungsschnittgrößen. Dies gilt für die Materialien der MIP- oder FMI-Wand selbst, die Verankerungs- bzw. Aussteifungssysteme und das Ankermaterial. 

Gemeinsames Versagen des Baugrunds und des Bauteils (GEO-2):

  • „Versagen bodengestützter Wände auf Drehung“: Die statisch erforderliche Auflagerreaktion Bh im Boden muss durch den mobilisierten Erdwiderstand Eph über die Einbindetiefe t der Verbauwand aufgenommen werden.
  • „Versagen bodengestützter Wände durch Vertikalbewegung“: Des Weiteren muss nachgewiesen werden, dass die in das Stützbauwerk eingeleiteten Vertikalkräfte im Boden abgetragen werden können.
  • „Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstands“: Es muss nachgewiesen werden, dass die resultierende Vertikalkomponente der nach unten gerichteten charakteristischen Einwirkungen größer ist als die nach oben gerichtete vertikale charakteristische Bodenreaktion .
  • Der „Nachweis gegen Herausziehen von Verpressankern bzw. Ankerplatten“ aus dem sie umgebenden Boden ist zu führen.
  • Für den Fall einer Verankerung mit Hilfe von Ankerplatten ist der „Nachweis gegen den Aufbruch des Verankerungsbodens“ zu führen.
  • Der „Nachweis der tiefen Gleitfuge“ dient der Bestimmung der notwendigen Ankerlänge.

Hydraulischer Grundbruch (HYD):

Die Nachweise gegen hydraulischen Grundbruch ist in Abhängigkeit von Boden- und Grundwasserverhältnissen zu führen.

Nachgeben des Stützbauwerks (SLS):

Hierunter ist der Nachweis gegen ein Nachgeben der Baugrubenwand gemeint, so dass es zu ungünstigen Verformungen des Bauwerks kommt oder dass das Erscheinungsbild, die uneingeschränkte Nutzung des Bauwerks, der angrenzenden Bauwerke usw. beeinträchtigt werden. Grenzwerte für Verformungen bzw. Durchbiegungen werden projektbezogen festgelegt und sind nicht übergeordnet definiert. 

Gesamtstandsicherheit (GEO-3):

Der Nachweis der Gesamtstandsicherheit ist in Analogie zum Geländebruch zu führen. Dieser Nachweis kann mit dem Programm GGU-STABILITY geführt werden.

In der Regel gehören Baugrubenverbauten zu der Geotechnischen Kategorie GK 2. Komplexere Bedingungen rechtfertigen jedoch eine Einstufung in die Geotechnische Kategorie GK 3. Hierzu gehören innerstädtische Baugruben mit anstehender setzungsempfindlicher Bebauung, geneigte Verpressanker, die als Daueranker verwendet werden sollen und Vorhandensein von gespanntem Grundwasser.

Für das unten gezeigte Beispiel einer im Fuß fest eingespannten und im Kopf einfach rückverankerten MIP- bzw. FMI-Wand wird im nachfolgenden Video gezeigt, wie mit dem Programm GGU-RETAIN notwendige Material- und geotechnische Nachweise geführt werden können.

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