Numerische Modellierung einer tiefen Baugrube unter besonderer Berücksichtigung ausgewählter Schlitzwandabschnitte

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der numerischen Modellierung einer tiefen Baugrube im 2. Wiener Gemeindebezirk, welche im Zuge der Errichtung eines neuen Schulgebäudes hergestellt wurde. Aufgrund ihrer erheblichen Tiefe von ca. 20 m und der in unmittelbarer Nähe zur Baugrubengrenze liegenden Bebauung, musste ein verformungsarmes Baugrubenkonzept entwickelt werden. Dementsprechend wurde die Baugrube in Deckelbauweise hergestellt. Als Baugrubenverbau wurden tiefreichende Schlitzwände ausgeführt, welche mittels Anker und Aussteifungsdeckel gestützt wurden. Die Schlitzwandbewegungen während der Baugrubenherstellung wurden anhand von Inklinometermessungen beobachtet. Die zulässigen Verformungen konnten mittels der durchgeführten geotechnischen Berechnungen festgelegt werden, welche auf analytische Rechenmethoden basierten.Um das Potential von numerischen Berechnungsmethoden bei der Berechnung von tiefen Baugruben in Wiener Untergrundverhältnissen anhand dieses Beispiels zu analysieren, wurde in der vorliegenden Arbeit ein zweidimensionales und ein dreidimensionales numerisches Modell mithilfe der Software PLAXIS erstellt. Diese basierten auf dem während der Planungsphase festgelegten Baugrundmodell. Die notwendigen Bodenkenngrößen und Steifigkeitsparameter konnten dem geotechnischen Bodengutachten entnommen werden. Allerdings wurden der numerischen Berechnung höhere Stoffmodelle (HS und HS small) zugrunde gelegt, welche die Eingabe von zusätzlichen Steifigkeitsparametern erforderte. Da diese im Zuge der bodenphysikalischen Untersuchungen nicht ermittelt wurden, mussten Literaturwerte zugrunde gelegt werden. Weitere (vereinfachende) Annahmen wurden bei der Modellierung der Aussteifungsdeckel, sowie bei der Berücksichtigung der einzelnen Aushubvorgängen getroffen.Die ermittelten Schlitzwandverformungen wurden den Inklinometermessdaten, sowie den Ergebnissen der analytischen Berechnung gegenübergestellt. Es konnte dabei festgestellt werden,dass die numerisch ermittelten Verformungen in einem ähnlichen Ausmaß wie die analytisch errechneten Verformungen von den gemessenen Werten abweichen. Mögliche Gründe für die auftretenden Verformungsabweichungen wurden im Anschluss diskutiert. In diesem Zuge wurden auch die angenommenen Bodensteifigkeitsparameter erhöht und die numerische Berechnung wurde erneut durchgeführt. Die neu ermittelten Schlitzwandverformungen wurden anschließend den gemessenen und den vorhandenen analytischen Verformungen gegenübergestellt.

This diploma thesis addresses the numerical modelling of a deep excavation pit in the 2nd municipal district of Vienna, which was constructed during the erection of a new school building.The excavation pit was built using the cut-and-cover method, due to its considerable depthof approximately 20m and its location in the immediate vicinity of existing buildings. Thepit support consisted of deep diaphragm walls and additional shoring was provided by rows ofanchors and bracing slabs. During construction of the pit, the diaphragm wall displacements were monitored with regular inclinometer measurements. All permissible displacements had previously been calculated using analytical calculation methods.This thesis investigates the potential of using numerical methods for geotechnical calculations of deep excavations in Viennese soil conditions on the example of the a forementioned excavationpit. For this purpose, a two-dimensional and a three-dimensional numerical model was developed,using the numerical software PLAXIS. Both numerical models are based on the soil layerstructure that was determined during the planning phase of the construction project. The soilbehaviour was modelled using advanced constitutive models (HS and HS small), which require the definition of additional stiffness parameters for soil. As these were not determined during the soil investigation phase, parameters from other sources were used as a basis. The modelling ofthe slab stiffness and the individual excavation stages necessitated further assumptions about the construction process, which are detailed in this work. The last modelling step includes the definition of the individual construction phases and the numerical calculation of the model.The numerically computed diaphragm wall displacements are then compared to the displacements measured during construction of the excavation pit. It is found that the numerically determined deformations deviated from the measured values to a similar extent as the analytically calculated deformations. Possible reasons for the resulting deviations from the measurements are subsequently discussed. In the final part of this thesis, the numerical results are compared to avariation of the numerical model, in which a higher soil stiffness was assumed, to determine the scope of their influence on the resulting diaphragm wall displacements. The newly calculated displacement values are then compared to the measurements and to the analytically determined diaphragm wall displacements.