Ing. Klaus Dietz1), Dipl. - Stump Spezialtiefbau GmbH

Klaus Dietz, Horst Köster, Thomas Groß
Sonderanwendungen von
Verpresspfählen und Dauerankern
Dipl.-Ing. Klaus Dietz 1) , Dipl.-Ing. Horst Köster 2) ,
Dipl.-Ing. Thomas Groß 3)
1 Einleitung
1) Stump Spezialtiefbau GmbH, ZT Langenfeld
2) Stump Spezialtiefbau GmbH, ZN Hannover
3) Stump Spezialtiefbau GmbH, NL Langenfeld
Verpresspfähle und Daueranker sind wesentliche Sicherungselemente im
Spezialtiefbau. Auf der Grundlage von über 30 Jahren Erfahrung werden die
Einsatzgrenzen stetig erweitert. Anhand von drei Ausführungsbeispielen wird
gezeigt, wie unter Beachtung projektspezifischer Sondermaßnahmen und eines
durchgängigen Qualitätssicherungsprogramms auch unter schwierigen
Untergrundverhältnissen erfolgreich Daueranker und Verpresspfähle hergestellt
werden können.
2 Vorgespannte Zugpfähle im Hafenbau
2.1 Projekt
Das ehemalige Gelände der Werft AG Weser in Bremen wird in einen Hafenund
Industriepark umgewandelt. Die vorhandenen Kaianlagen müssen dazu
ertüchtigt und für einen tieferen Aushub stabilisiert werden. In einem
Teilbereich, dem sog. Pier II (Abb. 2), kann die vorhandene Spundwand weiter
genutzt werden und muß nur durch einen im Tide-Bereich liegenden
Bohrverpressanker zusätzlich gesichert werden. Im Bereich des Pier I wird eine
vollständig neue Spundwand gerammt, deren Kopfbalken durch einen
Bohrverpresspfahl gehalten wird (Abb. 1).

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Abb. 1: Sanierung Gelände AG Weser Gelände Pier I
2.2 Baugrund und Randbedingungen
Oberflächennahe ist der Untergrund im Projektgebiet durch zahlreiche
Veränderungen auf dem Gelände mit Kulturschutt überdeckt. Dieser Bereich der
Auffüllungen mit Ziegelresten und Betoneinbauten reicht bis ca. - 7 m. Darunter
stehen weitere sandig-kiesige Auffüllungen an, die als Gründungsbereich
aufgeschüttet worden waren. Schließlich folgt ein locker gelagertes Kies-Sand-
Gemisch, das ab –8 bis - 10 müNN von Ton und Schluff unterlagert wird. Durch
die lockere Lagung des Kies-Sand-Gemisches war es notwendig,
Zusatzmaßnahmen –in Form eines aufgedüsten Fußes- zu ergreifen, um die
Gebrauchskräfte der Pfähle von 900 kN mit der nötigen Sicherheit in den
Untergrund einzubringen. Da die Ankeransatzpunkte im Pier II im
Wasserwechselbereich lagen, konnten das Setzen der Anker und die
Spannarbeiten nur bei Niedrigwasser erfolgen.

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Abb. 2: Sanierung Gelände AG Weser Gelände Pier II
2.3 Sondermaßnahmen und Qualitätssicherung
Die Tragfähigkeit der Pfähle sowie der Anker wurde durch einen aufgedüsten
HDI-Fuß gewährleistet. Dazu wurde zuerst eine Bohrung im
Überlagerungsbohrverfahren Ø 160 mm abgeteuft. Nach Erreichen der Endteufe
von ca. 27 m wurden die letzten 3 m der Krafteinleitungsstrecke im HDI-
Verfahren aufgefräst. Danach wurde die Verrohrung wieder auf Endteufe
gebracht und das Stahltragglied aus St 52 Ø 90 mm eingeführt. Anschließend
erfolgte stufenweise die Verpressung der 12 m langen Krafteinleitungsstrecke.
Sämtliche Anker wurden einer Abnahmeprüfung unterzogen und auf 1200 kN
gespannt. Alle Zugglieder haben die zulässigen Verformungswerte eingehalten.
Neben der Gewährleistung der Tragfähigkeit der Pfähle stellte die Herstellung
der Bohrlöcher eine weitere Herausforderung dar. Im Bereich des Pier I, wo der
Pfahl im Kopfbalken endete, wurde mit einem Hängegerüst gearbeitet, das auf
der Kaimauer verschoben werden konnte (Abb. 3). Am Pier II dürfte die
Spundwand im Bauzustand nicht zusätzlich belastet werden, so daß das
Hängegerüst nicht eingesetzt werden konnte. Die Arbeiten erfolgten deshalb von
der Wasserseite mittels eines Pontons(Abb. 4). Während des Bohrvorgangs
mußte infolge des Tideeinflusses ( Tidehub ca. 3,0 m) das Bohrgestänge ständig
nachjustiert werden. Aufgrund der sorgfältigen Arbeitsweise der Bohrmannschaft
traten nur vereinzelt Gestängebrüche auf.

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Abb.3: Bohrarbeiten im Kopfbereich vom Hängegerüst aus (Pier I).
Abb.4: Bohrarbeiten im Tidebereich vom Ponton (PierII)

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3 Daueranker in aggressivem Baugrund
3.1 Projekt
Die DB AG baut zwischen Köln und Frankfurt eine neue Trasse für
Hochgeschwindigkeitszüge. Im Rahmen dieses Bauvorhabens sind zahlreiche
Sonderbauwerke erforderlich, die teilweise auch mit Ankern gesichert werden.
Im besonderen Fall war eine Stützwand zur Sicherung eines Hangeinschnitts
notwendig. Die zunächst vorgesehene Winkelstützmauer wurde durch eine am
Kopfbalken rückverankerte, aufgelöste Bohrpfahlwand ersetzt (Abb. 5).
Insgesamt mußten 431 Daueranker mit Gebrauchslasten bis zu 1.130 kN und
Längen bis zu 45 m hergestellt werden. Bei ca. 290 Dauerankern lag die
Verankerungslänge unter dem Grundwasserspiegel. Da das Grundwasser
betonangreifende freie Kohlensäure enthielt, mußten Sondermaßnahmen
getroffen werden.
Abb. 5: Querschnitt Stützwand Hombach NBS Köln – Rhein/Main

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3.2 Baugrund und Randbedingungen
Unter einer etwa 1 m starken Überlagerung steht eine ca. 1,5 m mächtige Schicht
aus Hanglehm an. Darunter folgt zersetzter bis verwitterter Fels und schließlich
mäßig verwittert devonischer Fels, der überwiegend aus Ton, Schluff und
Sandsteinen sowie Sand und Tonschiefer besteht. In Abhängigkeit von den mehr
oder weniger offenen Klüften und Störzonen sind diese Gesteine des rheinischen
Schiefergebirges in der Regel mäßig durchlässige Grundwasserleiter. Gemäß
Baugrundgutachten konnte mit einer mittleren Durchlässigkeit von kf ≈ 10 -7 m/s
ausgegangen werden. Aufgrund der kalkaggressiven Kohlensäure mit Anteilen
zwischen etwa 20 und 100 mg/l muß das Grundwasser nach DIN 4030 als
schwach bis stark betonangreifend bezeichnet werden.
3.3 Sondermaßnahmen und Qualitätssicherung
Gemäß DIN 4125, 5.1.3 dürfen Daueranker im Fels nur dann bei aggressiven
Angriffsgraden eingebaut werden, wenn durch geeignete Sondermaßnahmen die
Tragfähigkeit der Anker auf Dauer sichergestellt ist, z. B. Bohrlochvergütung
durch Einpressen nach DIN 4093, um aggressives Wasser vom Verpreßkörper
fernzuhalten (Abb. 6). Entscheidend ist, daß eine Entfestigung der
Zementsteinoberfläche nur dort zu erwarten ist, wo das in den Kluft- oder
Störzonen fließende Wasser auf den Verpreßkörper trifft. In den Bereichen des
Verpreßkörpers ohne offene Klüfte oder Störungen sind keine Entfestigungen der
Zementsteinoberfläche zu erwarten. Zunächst wurde im Rahmen von
Eignungsversuchen überprüft, inwieweit das anstehende Gebirge ausreichend
verpreßt werden konnte.
Abb. 6: Verdrängung des Kluftwassers durch Vorinjektion

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Dazu wurden nach Abteufen (Abb. 7) der Bohrlöcher im Bereich der
Krafteinleitungstrecke Wasserdurchlässigkeitsversuche mit einem Maximaldruck
von 1,5 bar durchgeführt. Als Qualitätskriterium für den Einbau eines
Dauerankers wurde festgesetzt, daß der Durchfluß bei 1 bar kleiner als 3 l/min
auf der gesamten Verpreßstrecke von 6 m sein mußte. Die WD-Tests wurden
automatisch aufgezeichnet und mittels EDV ausgewertet. Beim Überschreiten
des WD-Kriteriums erfolgte die Vorinjektion der Krafteinleitungsstrecke mit
Zementsuspension. In Abhängigkeit von der Injektionsgutaufnahme wurde der
W/Z-Wertes zwischen 1,0 und 0,45 variiert. Zum Einsatz kam CEM 42,5R mit
einer Beimengung von 20% Flugasche. Die mittlere Verpreßmenge bei den
Probeankern lag über 500 kg. Am folgenden Tag wurde die Verpreßstrecke
aufgebohrt und erneut ein WD-Test durchgeführt. Bei positiven Ergebnis konnte
dann der Anker eingebaut werden oder die Vorinjektion mußte wiederholt
werden. Jeder Arbeitsgang wurde in einem Qualitätssicherungsplan eingetragen
und von der Bauüberwachung abgezeichnet.
Abb. 7: Bohrarbeiten mit Magazinbohrgerät
3.4 Ausführung
Während der Ausführung zeigte sich, daß die Durchlässigkeit des anstehenden
verwitterten Felsens deutlich höher war als im Baugrundgutachten angenommen.
Dies führte dazu, daß insgesamt etwa 840 WD-Tests durchgeführt werden

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mußten, teilweise bis zu sieben mal in einer Bohrung. Daraus resultierten
erhebliche Störungen im Bauablauf. Auch bei der Bauausführung wurde jeder
einzelne Arbeitsschritt festgehalten und abgezeichnet, von WD-Tests über die
Vorvergütung, den Einbau bis zum Spannen (Abb. 8). Die Daueranker wurden in
einer Bauzeit von 8 Monaten hergestellt.
Abb. 8: Abnahmeprüfung gemäß DIN 4125
4 Verpreßpfähle in Böden mit
organischen Beimengungen
4.1 Projekt
Die Staatsbibliothek Unter den Linden ist das Stammhaus der größten
wissenschaftlichen Universalbibliothek in Deutschland. Das zwischen 1903 und
1904 errichtete Bauwerk stellt den weitläufigsten historischen Gebäudekomplex
in Berlin dar. Zur Sicherung der Bausubstanz aber auch zur Umsetzung einer
neuen Nutzungskonzeption wurden umfangreiche Nachgründungsarbeiten an

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dem denkmalgeschützten Gebäude erforderlich. Neben einer
Untergrundverfestigung in Düsenstrahlverfahren von 8.000 m³ und einer
Bodenverfestigung mittels Feinstzementinjektionen von 2.000 m³ wurden 50.000
lfm Kleinbohrpfähle mit Gebrauchslasten von 860 kN und maximalen Längen
von 32 m hergestellt.
4.2 Baugrund und Randbedingungen
Der Gebäudekomplex, welcher sich auf einer Grundfläche von 106 m x 170 m
erstreckt, ist im Berliner Urstromtal im Bereich der Spreeniederung gegründet.
Die ausgeführten Baugrunduntersuchungen ergaben, daß unter dem
Gebäudekomplex aus nordwestlicher Richtung bis zum Brunnenhof eine Mudde
- Rinne verläuft. Diese Rinne ist durch eine diskontinuierliche Wechsellagerung
aus Sanden und Torf gekennzeichnet. Die Ablagerungen bestehen aus
Faulschlamm und rolligen Bodenmaterial mit starken organischen
Beimengungen und sind deshalb als nicht tragfähig einzustufen. Unterhalb dieser
Rinne stehen mitteldicht gelagerte Sande an, welche als tragfähige
Bodenschichten zur Abtragung der Gebäudelasten herangezogen werden (Abb.
9). Aufgrund der stark diskontinuierlichen Baugrundsituation wurden bei der
Errichtung der Staatsbibliothek drei verschiedene Gründungsvarianten
eingesetzt:
Abb 9: Baugrundsituation Staatsbibliothek, Neues Museum Berlin

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1. Flachgründung mittels Streifenfundamenten
2. Tiefgründung aus Kiefernholzpfählen mit einem Durchmesser von ca. 30 cm
3. Tiefgründung auf Holzsenkkästen mit einer Auffüllung aus Geröll und Beton
Im Zuge der Errichtung von Neubauten in der Nachbarschaft in den 70er und
80er Jahren wurde periodisch der Grundwasserspiegel, welcher in diesem
Bereich bei ca. 31 m üNN liegt abgesenkt. In der Folge gelangten die Köpfe der
Holzpfahlgründung in einen Bereich ständigen Wechsels zwischen
Durchfeuchtung und Austrocknung mit Sauerstoffzutritt. Der dadurch
eingeleitete Fäulnisprozeß war inzwischen soweit fortgeschritten, daß eine
Schädigung von durchschnittlich 70%, in Teilbereichen sogar bis zu 95%, des
ursprünglichen Querschnitts festgestellt wurde. Aufgrund dieser Tatsachen
wurde eine umfassende Sanierung der Gründung beschlossen. Das
Sanierungskonzept beruhte auf einer Umlagerung der Vertikallasten von den
vorhandenen geschädigten Holzpfählen auf neu herzustellende Kleinbohrpfähle.
Abb. 10: Sanierungsmaßnahmen Durchsteck- und Einsteckträger in
Verbindung mit Rohrpfählen oder Verbundpfählen System Stump
Um die vorhandene Gründungssituation nicht negativ zu beeinflussen wurde
jeweils eine Pfahlreihe beiderseits von den alten Kopfbalken angeordnet ( Abb.
10). Gemäß einem Sondervorschlag der Stump Spezialtiefbau GmbH kamen
Verbundpfähle System Stump mit GEWI-Stahltraggliedern zu Einsatz. Die
ungünstigen Baugrundbedingungen wurden dadurch berücksichtigt, daß der
Pfahlschachtdurchmesser auf 240 mm vergrößert wurde. Durch eine intensive,
stufenweise Verpressung des Pfahlschachtes wurde ein inniger Verbund
zwischen dem Untergrund und ein dichter Pfahlbeton hergestellt. Die
durchgeführten Probebelastungen erbrachten den Nachweis der geforderten
Lastabtragung von 800 kN mit zweifacher Sicherheit.

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Die Bohrungen für die im Gebäude angeordneten Pfählen mußten mit
Spezialbohrgeräten nieder gebracht werden, da teilweise nur eine Raumhöhe von
2,50 m zur Verfügung stand. (Abb. 11)
Abb. 11: Bohrarbeiten für die Pfahlherstellung
Zur Überprüfung der Baugrundsituation und zur Feststellung von
Bohrhindernissen wurden während des Bohrvorgangs alle relevanten Bohrdaten
wie zu Beispiel Vorschub und Andruck kontinuierlich aufgezeichnet. Da die
sorgfältige Injektion für die Dauerhaftigkeit der Gründungsmaßnahme ebenfalls
von entscheidender Bedeutung war, wurde jeder Injektionsvorgang über einen
Druck-Mengen-Schreiber ebenfalls vollständig aufgenommen.
Die Bohrungen für die Steck- beziehungsweise Durchsteckträger in den
vorhandenen Fundamenten wurden schonend als Kernbohrung ausgeführt. Nach
Einbau der Träger erfolgte eine Verpressung mit Spezialmörtel, um den
Kraftschluß sicher zu gewährleisten (Abb. 12).

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Abb. 12: Pfähle und Steckträger vor dem Betonieren der Bodenplatte
5 Zusammenfassung
Anhand der vorgestellten Beispiele konnte gezeigt werden, daß auch unter
schwierigen Umwelt- und Untergrundbedingungen Anker und Verpreßpfähle
sicher hergestellt werden können. Dazu ist es erforderlich, daß projektspezifische
Sondermaßnahmen mit einem gezielten Qualitätssicherungsprogramm überwacht
werden.