Schlitzwand

Als eine Variante der Ortbetonwände stehen Schlitzwände zur Verfügung. Schlitzwände stellen einen verformungsarmen Verbau dar, der in der Lage ist, Vertikallasten in den Baugrund weiterzuleiten, aber auch Horizontallasten aufgrund ihrer großen Biegesteifigkeit aufzunehmen. Tiefe Baugruben mit sehr dicht anstehender Bebauung sind die Einsatzgebiete dieser Verbauten, nicht nur aufgrund der sehr geringen Verformungen, sondern auch wegen der erschütterungsarmen Herstellung. Reicht die Steifigkeit nicht aus, so können auch Anker zur Erhöhung der Tragfähigkeit verwendet werden.

Eine Schlitzwand ist eine Wand, die aus Stahlbeton in einem mit thixotroper Flüssigkeit gestützten Schlitz im Boden nach dem Kontraktorverfahren hergestellt wird. In diesem Fall spricht man von einer Ortbeton-Schlitzwand. Falls Fertigteile in die stützende Flüssigkeit eingestellt werden, spricht man von einer Fertigteil-Schlitzwand.  In der DIN EN 1538:2015-10, „Ausführung von Arbeiten im Spezialtiefbau – Schlitzwände“ ist die Herstellung beschrieben. Grundsätzlich kann zwischen dem Zweiphasen-Verfahren und dem Einphasen-Verfahren unterschieden werden:

Im Zweiphasen-Verfahren wird eine Ortbetonschlitzwand erstellt, bei der der Bodenaushub im Schutze einer nicht selbst erhärtenden Stützflüssigkeit erfolgt. Diese Stützflüssigkeit (1. Phase) besteht in der Regel aus Wasser und einer Ton-Suspension (Bentonit), wobei in bestimmten Fällen eine Polymer-Flüssigkeit oder andere Fertigmischungen aus Bentonit und Polymer-Suspension beigegeben werden.

Nach Erreichen der Endtiefe und Einsetzen der Abschalelemente sowie nach Einsetzen eines Bewehrungskorbs wird die Stützflüssigkeit durch den im Kontraktorverfahren eingebrachten Beton (2. Phase) von unten nach oben verdrängt und ausgetauscht. Dieses Verfahren wird für alle bewehrten Wände, jedoch auch für nicht bewehrte reine Dichtungswände eingesetzt. Der Aushub der Schlitzwand kann sowohl mit Hilfe von Schlitzwandgreifern als auch mit Hilfe von Schlitzwandfräsen erfolgen.

Bei dem Einphasen-Verfahren wird als Stützflüssigkeit eine verzögernd erhärtende Suspension auf Zementbasis mit möglichen Beimischungen von Ton (Bentonit), Flugaschen, Steinmehl u.ä. verwendet. Die Suspension wird nicht mehr ausgetauscht. Bewehrte Schlitzwände können im Einphasen-Verfahren nicht mehr als Ortbetonwände ausgeführt werden, sondern werden durch das Einsetzen von Stahlbetonfertigteilen in die erhärtende Suspension hergestellt (Kombinationsverfahren). Üblicherweise wird dieses Verfahren bei Dichtungsschlitzwänden eingesetzt.

Zur Herstellung des Schlitzes mit Führung durch Leitwände an der Geländeoberkante kommen Schlitzwandfräsen und Schlitzwandgreifer zum Einsatz, die in den folgenden Bildern gezeigt werden.

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

Die Berechnung von Schlitzwänden kann 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 Schlitzwände sind die folgenden, in der EAB, in DIN EN 1997-1 und in DIN 1054 genannten Einzelnachweise für die genannten Grenzzustände notwendig. Die Stahlbetonteile müssen nach geltendem Normenwerk als bewehrte Bauteile 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 Schlitzwand 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.

Der offene Schlitz wird mit einer Stützflüssigkeit gefüllt. In Anlehnung an die geltende Norm DIN 4126 in der aktuellen Fassung steht zur Stützung des Bodens an einer suspensionsgestützten Erdwand nur die Differenz zwischen der hydrostatischen Druckkraft der Stützflüssigkeit im Schlitz SH und der des Grundwassers W im Boden zur Verfügung. Für eine flüssigkeitsgestützte Erdwand sind daher nach DIN 4126 folgende Standsicherheitsnachweise zu führen:

  • Sicherheit gegen Zutritt von Grundwasser in den Schlitz:
  • Sicherheit gegen Unterschreiten des statisch erforderlichen Flüssigkeitsspiegels
  • Sicherheit gegen das Abgleiten von Einzelkörnern und Korngruppen (innere Sicherheit)
  • Sicherheit gegen Abgleiten eines Bodenkörpers in den Schlitz (äußere Sicherheit)

Für das unten gezeigte Beispiel einer im Fuß frei aufgelagerten und im Kopf einfach rückverankerten Schlitzwand wird im nachfolgenden Video gezeigt, wie mit dem Programm GGU-RETAIN notwendige Material- und geotechnische Nachweise geführt werden können.
 

Für das unten gezeigte Beispiel wird im nachfolgenden Video gezeigt, wie mit dem Programm GGU-TRENCH die innere und äußere Standsicherheit einer suspensionsgefüllten Schlitzwandlamelle nachgewiesen werden kann.
 

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