Untersuchung der Ankerkräfte an der Weserschleuse Bremen WKP König & Partner Planungsbüro für Bauwesen GmbH Hamburg www.wk-ing.de Dr.-Ing. Hansjürgen Spanke Dipl.-Ing. Karsten Holste Vortrag im BAW-Kolloquium am 13. Mai 2004

Firmenteile Hamburg : Berlin : Dresden : WK Dr. Wachendorf & König www.wk-ing.de Hamburg : Hauptsitz in Hamburg Dresden Frankfurt Nürnberg Stuttgart München Kiel Schwerin Hamburg Bremen Hannover Magdeburg Berlin Leipzig Erfurt Kassel Dortmund Köln WK Dr. Wachendorf & König WKP König & Partner Berlin : WKP König, Stief & Partner CPST Bauconsult- und Projektsteuerungs GmbH Dresden : WKP König, Stief & Partner 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Vogelperspektive UH Schleuseninsel Bootschleuse Weserwehr Kammer UH OH Schleuseninsel Bootschleuse Weserwehr Mittel-Leitwand 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Blick in die Schleusenkammer UH rechts OH rechts OH links UH links 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Schnitt 6,50 12,70 m (lichtes Maß) 1,80 2,00 PHP 400*122-Pfähle Gemischte Wand PSp 600 mit PZi 612 12,70 m (lichtes Maß) 1,80 2,00 PHP 400*122-Pfähle als Zuganker UW-Beton Sohle Mittel- Leitwand RV- Pfähle 1,00 -10,00 MV- 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Berechnung der Wände (Bauzust.) 1. Vorbauzustand 2. Vorbauzustand 800 kN 720 kN 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Berechnung der Wände (Betrieb) 3. Betriebszustand 4. Revisionszustand 830 kN 850 kN 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Messung der Ankerkräfte ca. 560 kN ca. 1480 kN 530 kN 830 kN Statische Berechnung : 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Ermittlung der richtigen Ankerkräfte : Überprüfung der Messdaten Was ist zu tun Ermittlung der richtigen Ankerkräfte : Überprüfung der Messdaten Erstellen einer unabhängigen Kontrollmessung Überprüfung der statischen Berechnung Konsequenzen für weitere Lastfälle 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Überprüfung der Messdaten Lenzung Aushub 12.08.97 Rammarbeiten Zeitsprung Rechnung ca. 800 kN Rg. ca. 720 kN Betrieb: Messung ~ 1490 kN Rechnung ~ 830 kN 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Erstellen unabhängiger Kontrollmessungen Entlastung durch Steifen (Holm verbunden) Entlastung durch Rückverankerung Entlastung durch Bypass Holm getrennt 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Überprüfung der statischen Berechnung Eingeprägte Vorbelastungen (Vergrößerung der Ankerkraft) + Stützensenkungen am Fußpunkt sowie Erddruckumlagerungen (Vergrößerung der Ankerkraft) 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Inklinometermessungen z [cm] y 4,6 3,351 1 1,93 2 0,345 3 -1,035 4 -2,366 5 -3,46 6 -4,231 7 -4,672 8 -4,882 9 -5,007 10 -4,987 11 -4,763 12 -4,303 13 -3,693 14 -3,004 15 -2,274 16 -1,494 17 -0,745 18 -0,3 19 20 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Unabhängige Messung W‘‘‘‘ = q 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Formeln M2= M1 - Q1 · dL - q ·dL2 /2 q = 2 · (M1 - M2 - Q1 · dL) / dL2 k = (e1 - e2) / d y e1 z P1 d P2 (P3z+P1z)/2-P2z P3 e2 M = k • EI dL q M2= M1 - Q1 · dL - q ·dL2 /2 q = 2 · (M1 - M2 - Q1 · dL) / dL2 M1 M2 Q2 dL Q1 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

1-Feldsystem mit Gleichlast M = 1000 kNm Q= 20 kN/m L = 20 m M [kNm] q [kN / m] 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 0,00 -25 -20 -15 -10 -5 y 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 z [cm] 1,77559 3,50077 5,13005 6,62327 7,94565 9,06775 9,96547 10,62008 11,01819 11,15179 M [kNm] 188,35 358,31 508,36 638,31 748,31 838,36 908,34 958,37 988,29 998,34 0,00 q [kN / m] -18,38 -19,91 -20,10 -19,95 -20,06 -19,88 1 0,00 3 2,00 4,00 5 6,00 7 8,00 9 10,00 11 12,00 13 14,00 15 16,00 17 18,00 19 20,00 21 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

System der Spundwand Q= 20 kN/m Lges = 20 m M = 705 kNm 2,75m y 0,00 -8 -6 -4 M = 705 kNm Q= 20 kN/m Lges = 20 m z [cm] M [kNm] q [kN / m] -800,00 -700,00 -600,00 -500,00 -400,00 -300,00 -200,00 -100,00 100,00 -2 2 4 0,00 -150 -100 -50 100 y 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 z [cm] 2,79 1,78 0,7667 -0,2577 -1,287 -2,281 -3,204 -4,021 -4,704 -5,238 -5,598 -5,777 -5,768 -5,57 -5,19 -4,636 -3,924 -3,076 -2,117 -1,079 M [kNm] 12,33 41,47 18,31 -131,89 -265,28 -396,05 -500,67 -556,71 -650,12 -676,27 -702,43 -706,16 -680,01 -590,34 -508,14 -414,73 -295,17 -153,19 0,00 q [kN / m] 16,81 -52,31 -127,03 2,62 26,15 48,57 -37,36 67,25 0,00 22,42 29,89 3,74 11,21 50 0,00 1 2,75m 2,00 3 4,00 5 6,00 7 8,00 9 10,00 11 12,00 13 14,00 15 16,00 17 18,00 19 20,00 21 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Daten aus Inklinometermessung -6 -4 -8 M = ?? kNm Q= ?? kN/m Lges = 20 m M [kNm] q [kN / m] z [cm] -1500,00 -1000,00 -500,00 500,00 1000,00 1500,00 -2 2 4 6 0,00 -2000 -1500 -1000 -500 500 1000 1500 2000 2500 y 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 z [cm] 4,6 3,351 1,93 0,345 -1,035 -2,366 -3,46 -4,231 -4,672 -4,882 -5,007 -4,987 -4,763 -4,303 -3,693 -3,004 -2,274 -1,494 -0,745 -0,3 M [kNm] 642,65 612,76 -765,95 -183,08 -885,51 -1206,83 -1232,99 -863,09 -317,59 -541,77 -762,21 -881,77 -560,45 -295,17 -153,19 -186,82 115,83 1135,84 541,77 0,00 q [kN / m] -672,54 -1.348,81 1.961,57 -1.285,29 381,10 295,17 396,05 175,61 -769,68 3,74 100,88 440,89 -56,04 -123,30 -175,61 336,27 717,37 -1.614,09 52,31 0,00 0,00 1 2,75m 2,00 3 4,00 5 6,00 7 8,00 9 10,00 11 Polynom-Approximation 12,00 13 14,00 15 16,00 17 18,00 19 20,00 21 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

approximierte Verformungen y Y-approx. Moment kNm/m Belastung kN/m² 6,5 3,351 337,415743 97,2 -287,0 5,5 1,93 180,520469 -191,4 273,6 4,5 0,345 28,6960903 -454,7 581,4 3,5 -1,035 -111,069417 -661,4 699,2 2,5 -2,366 -233,261629 -799,3 682,8 1,5 -3,46 -334,180432 -869,6 580,5 0,5 -4,231 -411,917642 -882,3 433,1 -0,5 -4,672 -466,100921 -851,8 274,3 -1,5 -4,882 -497,513756 -793,7 130,4 -2,5 -5,007 -507,681589 -722,2 20,3 -3,5 -4,987 -498,494499 -648,4 -44,5 -4,5 -4,763 -471,917156 -578,6 -59,7 -5,5 -4,303 -429,817118 -514,4 -28,3 -6,5 -3,693 -373,922812 -452,7 39,1 -7,5 -3,004 -305,90292 -386,9 124,8 -8,5 -2,274 -227,539156 -308,7 203,7 -9,5 -1,494 -140,944794 -210,5 243,3 -10,5 -0,745 -48,7615873 -88,6 -11,5 0,753 45,7519388 52,6 38,0 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Verarbeitung der Werte -8 M = ?? kNm Q= ?? kN/m Lges = 20 m 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 3,374157 1,805205 0,286961 -1,11069 -2,33262 -3,3418 -4,11918 -4,66101 -4,97514 -5,07682 -4,98494 -4,71917 -4,29817 -3,73923 -3,05903 -2,27539 -1,40945 -0,48762 0,18 0,8 -2.753,40 1.210,34 55,06 67,79 66,95 57,38 43,19 27,72 13,62 2,79 -3,63 -5,20 -2,23 4,22 12,39 19,75 1.059,95 -1.930,58 594,02 0,00 q [kN / m] M [kNm] z [cm] -1000,00 -500,00 500,00 1000,00 1500,00 0,00 -3000 -2500 -2000 -1500 -1000 -500 500 1000 1500 0,00 1 2,00 3 4,00 5 6,00 7 8,00 9 10,00 11 12,00 13 14,00 15 16,00 17 18,00 19 20,00 21 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Vergleich Rechnung und Messung Iteration Vergleich Rechnung und Messung Verformungen Belastung Messung y z [cm] 0,00 -4,6 1,00 -3,351 2,00 -1,93 3,00 -0,345 4,00 1,035 5,00 2,366 6,00 3,46 7,00 4,231 8,00 4,672 9,00 4,882 10,00 5,007 11,00 4,987 12,00 4,763 13,00 4,303 14,00 3,693 15,00 3,004 16,00 2,274 17,00 1,494 18,00 0,745 19,00 0,3 20,00 0 Rechnungz [cm] 3,55 1,61 0,32 -0,96 -2,17 -3,22 -4,06 -4,67 -5,04 -5,19 -5,1 -4,81 -4,34 -3,72 -3 -2,24 -1,46 -0,71 Ah 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Ankerkraft Aus Inklinometermessung berechnete Ankerkraft Direkt gemessene Ankerkraft Ah A = 1480 kN ah = 487 kN/m => A = 1486 kN Sehr gute Übereinstimmung zwischen den Messdaten 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Die Messungen sind richtig  Revision ? Konsequenz Die Messungen sind richtig  Revision ? Dank Vergrößerung der Anker- kräfte kein Standsicherheitsrisiko Vertiefte Angaben zu Verformungen und Belastungen siehe 2. Teil 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Untersuchung der Ankerkräfte an der Weserschleuse Bremen Teil II WKP König & Partner Planungsbüro für Bauwesen GmbH Hamburg www.wk-ing.de Dr.-Ing. Hansjürgen Spanke Dipl.-Ing. Karsten Holste Vortrag im BAW-Kolloquium am 13. Mai 2004

Messkonzept Schleusenkammer UH OH Inklinometerrohre Pegelrohre Stahldehnungsaufnehmer 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Messkonzept Grundriss Schnitt Inklinometer- und Pegelrohre Stahldehnungsaufnehmer Anordnung der Messeinrichtungen 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Exemplarische Ankerkraftmessung 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Auswertung der Bautagebücher Einbringarbeiten Stahlpfähle Messstelle OW Erste Kammerlenzung, bei NN –3,90m abgebrochen Zweite Kammerlenzung Einbringarbeiten Stahlpfähle Messstelle UW Kammeraushub Messstelle Oberhaupt Kammeraushub Messstelle Unterhaupt 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Bauablauf Bestandssituation Bauzustand II Bauzustand I Auffüllung NN +1,50 m Einbringen der Spundwände Lenzen der Baugrube Herstellung der Unterwasserbetonsohlplatte Herstellung der Stahlbetonsohlplatte Kammeraushub und Auffüllung Verankerung der Kammersohle Herstellung der Verankerung Betrieb 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Herstellung der Kammergründung Pfahl 0 - 170 Pfahl 171 - 315 Pfahl 316 - 410 M 51 M 50 M 40 M 41 170 Bauzustand I 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Ankerkraft und Kammergründung Ankerkraftzunahme ΔA = 360 kN ΔA 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Verformungsentwicklung M 50 Verformungszunahme im Bauablauf (Verschoben) 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Verformungsentwicklung M 40 und M 50 Verformungszunahme im Bauablauf 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Verformung während der Rammarbeiten 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Einfluß der Bestandssituation auf die Verformungsentwicklung Bruchstein- pflaster Einfluß der Bestandssituation auf die Verformungsentwicklung 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Verformungen im Betrieb Geringe Verformungsreduktion im Feldbereich 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Statische Hauptberechnung (1996) Zugrundelegung der klassischen Erddruckverteilung 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Vergleichsberechnung Berechnung unter Berücksichtigung der aus den Bauzuständen eingeprägten Verformungen der zusätzlichen Verformung aus den Rammarbeiten Abschätzung des Einflusses der Zwangsgleitfuge 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Ankerkraftberechnung Aushubende Rammung Lenzung Auffüllung Betrieb Gw +2 Sw –2 m Baubeginn Betrieb Gw +5 Sw –2 m Ankerkraft [kN] Gw NN +1,00 m Hauptberechnung 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Spundwandverformungen (Verschoben) 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Belastung am Stabwerk und FEM im Vergleich Spundwandbelastung Belastung am Stabwerk und FEM im Vergleich 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Einflüsse auf die Ankerkraftzunahme Rammarbeiten am Spundwandfuß Eingeprägte Verformungen aus den Bauzuständen Bestandssituation 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium

Vielen Dank 13. Mai 2004 BAW-Kolloquium