Großmaßstäbliche Horizontalbelastungsversuche an Großbohrpfählen unter gleichzeitiger statischer Vertikallast im typischen Wiener Baugrund

Abstract

Die Gründung von Bauwerken mit Großbohrpfählen ist eine der am häufigsten angewandten Methoden im Spezialtiefbau. Dahingehend werden auch Brücken sehr oft auf Großbohrpfählen gegründet. Gleichzeitig werden immer mehr der heute errichteten Brücken in der integralen Bauweise ausgeführt. Eine integrale Brücke kommt ohne jegliche Fugen oder Lager aus, weshalb sich ihre Vorteile vor allem in der Instandhaltung und den damit zusammenhängenden Lebenszykluskosten äußern. Letztere spielen heutzutage eine entscheidende Rolle bei der Betrachtung der Gesamtkosten einer Brücke. Das Tragwerk einer integralen Brücke befindet sich durch das Fehlen von Fugen oder Lagern insbesondere hinsichtlich lateraler Beanspruchungen in ständiger Interaktion mit dem umgebenden Baugrund. Einerseits wirken Erddrücke und Setzungen des Baugrunds auf das Tragwerk und dessen Gründung ein. Anderseits werden Zwangskräfte wie etwa aus temperaturinduzierten Tragwerksverformungen direkt auf die Gründung übertragen [14]. Sie stellen somit eine zyklische Einwirkung auf die Gründung dar. In dem von der Stadt Wien initiierten „Forschungsprojekt Unteres Hausfeld“ wurde eine ganze Reihe von häufig angewandten Spezialtiefbauverfahren verschiedenen Grundsatz- und Eignungsprüfungen unterzogen. Ein wesentlicher Teil davon waren axiale Probebelastungen an Großbohrpfählen. Zusätzlich wurden als Sonderversuche unter anderem Horizontalverschiebeversuche an Großbohrpfählen unter gleichzeitiger axialer Belastung durchgeführt, um Erkenntisse für Gründungspfähle integraler Brücken zu erlangen. In der vorliegenden Arbeit wurde nach einer kurzen Einleitung (Kapitel 1) im darauffolgen Kapitel 2 das Forschungsprojekt Unteres Hausfeld im Allgemeinen und dessen Versuchsvariationen im Speziellen vorgestellt. Dies geschah in Zusammenarbeit der Projektbeteiligten (im Wesentlichen Diplomanden) seitens der TU Wien. Im Kapitel 3 wurde die Thematik der Großbohrpfähle allgemein und inbesodere hinsichtlich lateraler und zyklischer Belastungen mithilfe einer umfangreichen Literaturstudie beleuchtet. Ebenso wurden im Hinblick auf die darauffolgenden Kapitel Probebelastungen an Großbohrpfählen beschrieben. Den zweiten Teil der Arbeit bilden die Horizontalverschiebeversuche an sich. Zuerst erfolgte im Kapitel 4 die Beschreibung der Versuche sowie aller Grundlagen für die spätere Auswertung. Dabei wurden im Speziellen die Baugrundsituation, die Probepfähle, der Versuchsaufbau sowie die Versuchsdurchführung detailliert beschrieben. Dies bildet die Grundlage für die darauffolgende Beschreibung der Auswertung sowie Ergebnisse der Horizontalverschiebeversuche (Kapitel 5). Im Kapitel 5 wurde zuerst auf die Methodik der Auswertung eingegangen, ehe dann die Ergebnisse getrennt für beide Ergebnisse präsentiert und beschrieben wurden. Dabei wurden in einem ersten Schritt die gemessenen Daten dargestellt. In einem zweiten Schritt erfolgte die Aufbereitung dieser Messdaten hinsichtlich Beantworung der zugrundeliegenden Fragestellungen: Wie stellte sich das axiale Trag- und Verformungsverhalten unter dem Einfluss der Horizontalverschiebungszyklen dar? Wie sah das laterale Trag- und Verformungsverhalten infolge der eingeprägten Pfahlkopfverschiebungen aus? Die Versuchsergebnisse wurden schließlich in Diagrammen dargestellt und im Text beschrieben. Abschließend erfolgte in Kapitel 6 eine kritische Beurteilung der Konzeption, Durchführung sowie Auswertung der Horizontalverschiebeversuche. Außerdem wurden mögliche weitere Untersuchungen an den erhaltenen Daten sowie eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse angeführt.

The foundation of structures with bored piles is one of the most commonly used methods in ground engineering. Bridges are also often founded on bored piles. Apart from that bridges are progressively built with the integral construction method. An integral bridge does not require any joints or bearings, which is the reason for having its benifits especially in maintenance aspects and therefore in life cycle costs. These life cycle costs are a big part of the overall costs of a bridge. Because of missing joints and bearings an integral bridge is in permanent interaction with the surrounding soil concerning lateral stresses. On the one hand, earth pressure and settlements of the soil affect the structure and its foundation. On the other hand, additional forces, for instance caused by temperature-induced deformations, are directly transferred to the foundation [14]. So this represent cyclic loads for the foundation. The Municipal Authority of Vienna initiated the research project „Unteres Hausfeld“, where a series of various proven foundation techniques have been tested in regard to investigation and suitability tests, amongst others mainly axial load tests on bored piles with large diameter. Moreover, lateral load tests on piles under simultaneous axial load were excuted, so that new findigs for integral bridge foundations could be gained. After a short introduction (Chapter 1), the research project „Unteres Hausfeld“ is presented in general and especially in regard to its variety of tests in Chapter 2. This chapter was formulated by various project participants (basically students) of the TU Wien. Chapter 3 provides basic information about bored piles and in particular the aspect of lateral and cyclic loads, as a result of an extensice literature study. Furthermore, this chapter also includes descriptions of pile load tests discussed in the following chapters. The second part of this diploma thesis deals with the lateral load tests. At first the discription of the tests as well as basic information for the following evaluation is given in Chapter 4. In particular, the ground situation, the test piles, the test configuration and the test procedure were described in detail. This forms the basis for the following description of the evaluation method and the measured data (Chapter 5). In Chapter 5, the evaluation procedure was dicussed first, then the results were presented separately for each of the two tests. In a first step the measured data was shown. In a second step the processing of the measurement data followed, so that anwers to the following questions could be given: How was the axial load-displacement behaviour influenced by the applied lateral pile head displacements? What was the lateral load-displacement behaviour due to the applied lateral pile head displacements? The test results were finally presented in diagrams and described. Finally, in Chapter 6, a critical review of the test design, test execution and test evaluation is made. In addition, possible further investigations on the measured data as well as a brief summary of the results is presented.