Großmaßstäbliche Versuche zum Last-Verformungsverhalten von Großbohrpfählen, Düsenstrahlsäulen und der Rückverankerung von Düsenstrahlsohlen im typischen Wiener Baugrund

Abstract

Die bisher für die Bemessung von Großbohrpfählen, Mikropfählen und Düsenstrahlsäulen herangezogenen Bodenwiderstände basierten großteils auf Erfahrungsoder Tabellenwerten. Aufgrund der geänderten Normenlage ergibt sich verstärkt die Möglichkeit, die Bemessung der Gebrauchstauglichkeit und Tragfähigkeit anhand tatsächlicher Bodenwiderstände vorzunehmen, welche durch Probebelastungen ermittelt werden. Durch die Ermittlung von Baugrundwiderständen anhand von jeweils fünf gleichartigen statischen Probebelastungen können die normgemäß bei der Bemessung zu berücksichtigenden Modellfaktoren mit P = 1,0 unter Anwendung der geringsten Streuungsfaktoren angewendet werden. Daraus ergibt sich ein Forschungsbedarf auf dem Gebiet des Spezialtiefbaus. Im Rahmen des Forschungsprojekts „Unteres Hausfeld“, welches von einem der größten öffentlichen Auftraggeber in Österreich, der Stadt Wien, initiiert wurde, werden verschiedene Spezialtiefbauelemente statischen Probebelastungen unterzogen. Ziel ist die Ermittlung von Bodenwiderständen für einen repräsentativen Wiener Baugrund in den am häufigsten vorkommenden Bodenarten, den quartären Sedimenten (sandige Kiese, „Donauschotter“) und den miozänen Sedimenten (Schluffe, Tone, Sande). Großbohrpfähle stellen ein im Tiefbau universell einsetzbares Element dar und sind eines der am häufigsten angewendeten Verfahren zur Tiefgründung von Bauwerken. Aus diesem Grund spielen die Probebelastungen von Großbohrpfählen im Rahmen des Forschungsprojekts eine zentrale Rolle. Es wurden vertikale axiale Traglastprüfungen an insgesamt 24 Großbohrpfählen (exklusive Energiepfähle und Pfähle für die Horizontalverschiebeversuche) durchgeführt. Davon wurden 10 Pfähle mit Krafteinleitung im Miozän und 14 Pfähle mit Krafteinleitung im Kies geprüft. Um bei den Versuchen die jeweilige Bodenschicht ansprechen zu können, wurde die Mantelreibung in den übrigen Bodenschichten durch Doppelmantelrohre weitgehend unterbunden. Die Herstellung der Großbohrpfähle erfolgte einerseits mittels verrohrter Bohrung und andererseits im Schneckenendlosortbetonbohrpfahlverfahren (SOB-Verfahren), um auch einen möglichen Einfluss der Herstellungsweise zu erfassen. Düsenstrahlsäulen sind verfestigte Bodenkörper, welche durch Aufschneiden bzw. Erosion des Baugrunds mittels eines Düsenstrahls und gleichzeitigem Einbringen von Zementsuspension hergestellt werden. Es wurden an fünf Düsenstrahlsäulen, welche in den quartären Kies einbinden, statische Probebelastungen im Sinne pfahlähnlicher Tragelemente durchgeführt, um das Last-Verformungsverhalten zu ermitteln. Einen weiteren Teil der Arbeit bilden die Herausziehversuche der Verankerung von Mikropfählen in Düsenstrahlsohlen. Dies soll die Verankerung von hochliegenden Düsenstrahlsohlen einer wasserdichten Baugrube mittels Mikropfählen simulieren. Dabei wurde im Zuge der Probebelastungen ausschließlich das Tragverhalten der Einbindung der Mikropfähle in die Düsenstrahlsohle betrachtet. Die Mantelreibung zwischen dem anstehenden Boden und dem Stahlzugglied wurde mit Hüllrohren unterbunden. Die vorliegende Arbeit beinhaltet jeweils ein allgemeines Kapitel für Großbohrpfähle, Düsenstrahlsäulen und für die Verankerung von Mikropfählen in Düsenstahlsohlen, in welchen vor allem auf die Bemessung mit Widerständen aus statischen Probebelastungen gemäß der aktuellen Normenlage eingegangen wird. Weiters werden die normativen Vorgaben für die Durchführung von axialen statischen Probebelastungen im Hinblick auf die folgenden Kapitel erläutert. Ferner wird auf die im Rahmen des Forschungsprojekts durchgeführten Probebelastungen an Bohrpfählen, Düsenstrahlsäulen und der Verankerung von Mikropfählen in Dichtsohlen eingegangen. Dabei erfolgt eine Erläuterung der Variation der Probekörper, des Versuchsaufbaus und der Versuchsdurchführung gesondert für jedes der drei Verfahren. In den folgenden Kapiteln wird die Methodik der Auswertung anhand eines repräsentativen Probekörpers beschrieben und die aus den Probebelastungen erhaltenen Resultate werden verglichen.

So far, the design approach for soil resistances of bored piles, micro piles and jet grouted columns was based largely on experience or values listed in tables. Due to amendments in the current standards, the possibility of using characteristic values from load tests for the design process (for serviceability limit state and ultimate limit state) was improved. According to the standards, as the model factors can be set to P = 1,0 by performing load test on five similar piles to determine the actual soil resistances and derive the characteristic values with lowest standardized correlation factors. Hence there is a need for research in the field of underground construction. Therefore, the Vienna City Administration, as one of the largest public contracting authorities in Austria, started a research project called “Unteres Hausfeld”. In this context load tests on several foundation construction methods have been carried out. The aim is to determine characteristic soil resistances for the most common soil types in Vienna, which are the quaternary gravel (Danube gravel) and the miocene sediments (silt, clay, sand). Bored Piles, as a universal applicable element for underground constructions, are one of the most commonly used methods for deep foundations of buildings. On this account the load tests of bored piles are significant for the research project. A total of 24 load tests on bored piles (in addition to two energy piles and two piles for lateral load tests) have taken place. 10 piles were embedded in the Miocene and 14 piles were embedded in quaternary gravel. In the other layers, the skin friction was widely eliminated by a double-lined pipe to receive information from only one specific layer. The bored piles were constructed either by a cased drilling or a CFA drilling, to take also the influence of the construction method into account. Jet grouted columns are cemented soil bodies, which are created by using a high velocity fluid jet to cut and erode the soil and inject cement grout at the same time. Static load tests were implemented on five jet grouted columns, which were embedded in the quaternary gravel. Thereby the load-displacement behaviour of the columns was determined. The next part of this diploma thesis embraces pull-out tests on micro piles, which are anchored in horizontal grouted cut-offs (made of jet-grouting). This test should simulate the anchorage of highlevel horizontal cut-offs in water-tight deep excavations. During the load tests, only the load-bearing behaviour of the anchorage from the micro piles should be considered. Therefore, the skin friction in the surrounding layer of the soil was eliminated by installing a double-lined pipe. This diploma thesis contains a chapter with basic information for each one of the subjects of bored piles, jet grouted columns and the anchorage of micro piles in a jet grouted sealing bed. In these chapters the detailed information is mainly about using characteristic soil resistances from load tests for design, according to the current standards. There is also information about performing axial static load tests especially considering the following chapters. Subsequently, the load tests on bored piles, jet grouted columns and anchored horizontal grouted cutoffs, which were carried out as part of the research project, are described. This description contains detailed information about the variation of the samples, the test configuration and the test procedure for each one of the three different load tests. In the following chapters, the evaluation procedure is discussed by giving a representative example of one specimen. Finally, the results of the load tests are compared.