Trägerbohlwand

Trägerbohlwände stellen eine Weiterentwicklung des waagerechten Verbaus für große Baugrubentiefen dar. Der Trägerbohlwandverbau wird in nahezu allen Bodenarten über dem Grundwasserspiegel angewendet. Die nachfolgende Skizze zeigt die Bestandteile eines Trägerbohlverbaus.

Bauelemente eines Trägerbohlverbaus sind, wie im Bild gezeigt:

  • Stahlträger (Bohlträger)
  • Ausfachung (i.d.R. Holzbohen) mit Holzkeilen
  • Stahlgurtung und Stahlsteifen
  • evtl. Verpressanker (bei ins Erdreich rückverankerten Systemen)

Trägerbohlwände bzw. Trägerbohlwandverbauten werden als Verbauwände für die temporäre Sicherungen von Baugrubenwänden in Böden oberhalb des Grundwasserspiegels eingesetzt.

Senkrechte Bohlträger – z.B. HE-A, HE-B, HE-M oder zusammengesetzte U-Profile - werden in einem Abstand von üblicherweise ca. 1 – 3 m in den Boden eingebracht. Hierfür werden die Profile in den Boden eingerüttelt bzw. eingerammt. Bei nicht rüttel- bzw. rammbaren Böden und zur Vermeidung von starken Erschütterungen und Lärmemissionen können die Träger in vorgebohrte Löcher eingestellt werden. Das Bohrloch kann dabei verrohrt oder suspensionsgestützt hergestellt werden. In gebohrte Bohrlöcher können auch zusammengesetzte Profile wie doppelte U-Profile eingesetzt werden. Nach dem Einsetzen wird der verbleibende Raum mit sandigem Material, Magerbeton oder auch Kalkmörtel aufgefüllt.

Nach dem Einbringen der Bohlträger wird mit dem Aushub der Baugrube begonnen. Nach DIN 4124 ist mit dem Einbau der Bohlen als Ausfachung spätestens zu beginnen, wenn eine Baugrubentiefe von 1,25 m erreicht ist. Ungünstige Bodenverhältnisse können die mögliche Aushubtiefe auch reduzieren. Im Anschluss an den Aushub werden die Holzbohlen zwischen den Flanschen der Stahlträger eingebracht und mit Holzkeilen fest und unverschiebbar gegen den dahinter anstehenden Boden gepresst. Alternativ zur Verwendung von Holz können als Ausfachung u.a. auch Stahlelementen, Spritzbeton, Stahlbeton-Fertigteile verwendet werden. Die Einzelteile der Ausfachung müssen so lang sein, dass sie auf jeder Seite mindestens auf einem Fünftel der Flanschbreite des Trägers aufliegen.

Der Einbau der weiteren Ausfachung darf hinter dem Aushub bei steifen oder halbfesten bindigen Böden höchstens um 1 m, bei vorübergehend standfesten, nicht bindigen Böden höchstens um 0,5 m zurück liegen.

Für das Abtragen von senkrechten Kräften müssen die Bohlträger in den tragfähigen Boden einbinden. Der Nachweis der Abtragung der Vertikalkräfte (Auflasten, vertikale Erddruckkomponente, vertikale Kraftanteile aus Verankerungen, etc.) ist zu führen.

Wurden die Bohlträger in vorgebohrte Löcher eingestellt, zeigt das nächste Bild drei Möglichkeiten für die Übertragung vertikaler Lasten in den Baugrund.

Bei geringen Vertikalkräften reichen an den Fuß des Bohlträgers geheftete Stahlplatten aus, die beim Ziehen der Bohlträger im Boden verbleiben. Müssen größer Kräfte in den Boden eingeleitet werden, so kann ein „Betonpfropfen“ in das Bohrloch eingebracht werden, so dass eine Fußplatte am Bohlträger auf einer größeren Lasteinleitungsfläche steht. Für sehr große Vertikalkräfte kann der Bohlträger im Bohrloch einbetoniert werden. Die Wiedergewinnung der Bohlträger ist dann jedoch nicht mehr möglich.

Man unterscheidet beim Trägerbohlverbau zwischen dem „Berliner Verbau“, dem „Hamburger Verbau“ und dem „Essener Verbau“.

Der Berliner Verbau wurde Anfang des 20. Jahrhunderts beim Bau der Berliner U-Bahn entwickelt. Da die vorherrschenden Böden im Berliner Raum, Sand und Kies, gut ramm- und rüttelbar sind, können die Bohlträger sehr genau in ihrer geplanten Solllage in den Boden eingebracht werden. Bei Verzicht auf einen Arbeitsraum kann die Baugrubenwand als Schalung für den Tunnelbau verwendet werden. Es entfällt somit ein größerer Arbeitsraum zwischen dem zu erstellendem Bauwerk und dem Verbau. Sollen die Bohlträger wieder gezogen werden, kann ein Trägerschutzblech eingestellt werden, das den direkten Verbund zwischen Beton und Verbau verhindert. Die Bohlen verbleiben jedoch im Boden.

Der Essener Verbau gleicht dem Berliner Verbau, als Bohlträger werden jedoch statt der Doppel-T-Träger zwei nebeneinander liegende U-Profile hergestellt. Bei rückverankerten Systemen können die Verpressanker direkt zwischen diesen U-Profilen angeordnet werden.

Beim Hamburger Verbau stellt die Luftseite der Bohlträgerflansche die Aushubgrenze dar. Somit entfällt ein aufwändiges Nachbearbeiten des anstehenden Erdreichs zum Einbringen der Holzbohlen.  Diese werden vor den Stahlträgern angeordnet und durch geschlitzte Hakenblechen verankert. Beim Hamburger Verbau ist zwischen Trägerbohlwand und zu erstellendem Gebäude ein Arbeitsraum notwendig, der auch den Rückbau der Holzbohlen nach Abschluss der Bauarbeiten ermöglicht. Diese Bauart wird nur noch selten angewendet.

Im Allgemeinen werden für die Bohlträger je nach statischem Erfordernis Profile wie z.B.   HE-A, HE-B, HE-M und U-Profile verwendet.

Als Ausfachung werden bei Trägerbohlwänden zumeist Holzbohlen in Form von Kanthölzern mit nach dem statischen Erfordernis entsprechenden Dimensionen verwendet. Eine Ausfachung aus Spritzbeton, Betonfertigteilen oder Stahlprofilen ist ebenfalls möglich. 

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 Trägerbohlwänden 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 Trägerbohlwände sind die folgenden, in der EAB, in DIN EN 1997-1 und in DIN 1054 genannten Einzelnachweise für die genannten Grenzzustände notwendig. Die Nachweise können mit dem Programm GGU-RETAIN durchgeführt werden:

Materialversagen von Bauteilen (STR und GEO-2):

  • Tragfähigkeit der Ausfachung von Trägerbohlwänden
  • Tragfähigkeit von Bohlträgern
  • Tragfähigkeit von Gurten
  • Tragfähigkeit von Steifen
  • Tragfähigkeit von Zugpfählen und Verpressankern

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

  • Nachweis des ausreichenden Erdwiderstands vor dem einzelnen Trägerfuß
  • Gleichgewicht der Horizontalkräfte bei Trägerbohlwänden
  • Nachweis der Abtragung der Vertikallasten
  • Bemessung der Anker und Nachweis der Standsicherheit der tiefen Gleitfuge bei verankerten Baugruben

Gesamtstandsicherheit (GEO-3)

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

Nachgeben des Stützbauwerks (SLS)

Hierunter ist der Nachweis gegen ein Nachgeben der Baugrubenwand gemeint. Es ist zu verhindern, dass die die Trägerbohlwand belastenden Einwirkungen zu ungünstigen Verformungen des Bauwerks führen 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. 

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 ausgesteiften Trägerbohlwand wird im nachfolgenden Video gezeigt, wie mit dem Programm GGU-RETAIN notwendige Material- und geotechnische Nachweise geführt werden können:

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