Grabenverbau – Sicherheit hat höchste Priorität

Als Grabenverbau werden bauliche Maßnahmen und Einrichtungen zur Abstützung und Sicherung von Graben-, Gruben- und Schachtwänden im Bereich von Aufgrabungen bezeichnet. Die Entwicklung der unterschiedlichen Lösungen, insbesondere die der Stahlverbausysteme, stellt anschaulich dar, wie sich ein wichtiger Bereich der Sicherheitstechnik im Tiefbau in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt hat.

Der so genannte Großflächen-Stahlverbau nahm an Bedeutung zu. Dabei handelt es sich um tragende Stahlhohlprofilwände, die mit verstellbaren Spreizen auf Abstand gehalten werden und ein Verbaugerät bilden. Der Großflächen-Stahlverbau kann in mehrere Systeme unterteilt werden, die sich hinsichtlich konstruktiver Merkmale, Größe und verfahrenstechnischen Aufgabengebieten unterscheiden: zum einen randgestützter Verbau wie E+S Leichtverbau, Medium- und Magnumsysteme, Linearboxen und Krings KVL, KS60 und KS100, und zum anderen Rollbox, innerstädtischer Linearverbau, Gleitschienenverbau von E+S und Krings-Systeme. Hinzu kommt Sonderverbau wie Kammerdielen- und Ziehboxsysteme in beiden Systemen. Sowohl beim E+S.Linearverbau und der Linearbox als auch beim Krings-Parallelverbau sind, im Gegensatz zu den anderen Systemvarianten, die Spreizen durch eine biegesteife Rahmenkonstruktion – Stützrahmen – ersetzt worden, die zusätzlich dafür sorgt, dass sich die Grabenbreite im Gegensatz zu den fest eingebauten Spreizensystemen beim Absenken des Verbaus nicht verändert. Auf diese Weise können Setzungen minimiert werden.

Die konstruktiven Merkmale des Linearverbaus als höchste Entwicklungsstufe von Verbausystemen gestatten den Einsatz des Systems auch bei sehr großen Grabentiefen. Baumaßnahmen mit Grabentiefen und/oder -breiten bis ca. 14 m sind mit dem System bereits realisiert worden. Solche Ergebnisse konnten mit den bis dahin gebräuchlichen Großflächen-Verbausystemen nicht erzielt werden. Hinzu kommt, dass der Boden außerhalb der Baugrube weitestgehend unberührt bleibt. Auch bei grabennaher Bebauung bleibt er setzungsarm. Zudem ist die Verbauleistung aufgrund des relativ leichten Rückbaus der Verbaumodule hoch. Das wirkt sich in wirtschaftlicher Hinsicht positiv auf eine Baumaßnahme aus.

Die ersten Verbausysteme waren mittiggestützt. Anspruchsvollere Bauaufgaben, leistungsstärkere Maschinen und höhere Anforderungen der Anwender lösten die Entwicklung von randgestützten Systemen aus, die gegenüber den mittiggestützten Systemen über verfahrenstechnische Vorteile verfügen und in gängigen Abmessungen ab einer Höhe von 1,50 m und einer Länge von 1,50 m bis zu Höhen von 4,00 m und Längen bis 6,84 m erhältlich sind. Über Aufsatzelemente können Tiefen von bis zu 6,00 m verbaut werden.

Aus dem Gleitschienensystem Rollbox – deren Einsatz ab einer bestimmten Grabentiefe aufgrund der konstruktiven Eigenschaften nicht mehr möglich ist –  wurde in Hückelhoven der Linearverbau entwickelt – ein Gleitschienensystem mit Stützrahmen nach DIN 13331. Dieses System besteht ebenfalls aus einzelnen Schienen, in denen Platten senkrecht in ebener oder gestufter Anordnung geführt werden. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die gegenüberliegenden Schienen nicht durch gelenkige Spreizen miteinander verbunden sind, sondern durch einen biegesteifen, in der Breite veränderbaren Laufwagen auf dem gewünschten Abstand gehalten werden. Hieraus ergeben sich wesentliche Vorteile:

Der Einbau des Linearverbaus auf einer Baustelle, auf der zwei Bagger im Einsatz sein sollten, sieht in der Regel wie folgt aus: Ein Bagger schachtet aus, stellt die Verbauelemente ein und drückt diese bei gleichzeitigem Bodenaushub nach und nach in das Erdreich. Der zweite Bagger übernimmt den Rückbau und das Verfüllen des Grabens. Schon beim Ansetzen des ersten Verbaufeldes werden die Vorteile des Linearverbausystems deutlich. Nach der Vormontage der Führungsrahmen mit den Laufwagen und den eventuell erforderlichen Verbreiterungen wird der Graben für eine Feldlänge in geringer Tiefe ausgehoben. Als nächster Arbeitsschritt erfolgt das Einstellen des ersten Führungsrahmens. Der zweite Bagger hebt die äußeren Grundplatten nicht – wie bei anderen Systemen üblich – von oben ein, sondern führt die Platten seitlich, kurz über Geländeniveau, an die Träger heran. Dort werden diese von außen in den Linearverbauträger eingeschwenkt. Möglich wird diese Vorgehensweise durch die großen offenen Führungsprofile der Linearverbauträger. Wenn die beiden eingestellten Platten rechtwinklig zum Laufwagen und parallel zueinander ausgerichtet sind, kann der zweite Führungsrahmen problemlos von oben auf die Plattenenden eingeschoben werden. Erfahrungsgemäß dauert die Montage der ersten Verbauelemente nur kurze Zeit. Der Bagger hebt nun den Boden zwischen den Verbauelementen aus. Der Voraushub für Platten und Schienen ist jeweils bis unmittelbar an die Innenfläche der Verbauelemente vorzunehmen. Der in seiner Position verstellbare Laufwagen sowie die glatten Innenflächen des Verbaus bieten dazu ideale Voraussetzungen. So wird das verbleibende Erdreich unter den Platten und Schienen beim Nachdrücken der Elemente  abgeschnitten und fällt in den Graben. Dadurch kommt ein absoluter Kraftschluss zwischen Verbau und Erdreich zustande. Der Laufwagen als biegesteife Rahmenkonstruktion sorgt zusätzlich dafür, dass sich die Grabenbreite im Gegensatz zu Verbausystemen mit gelenkig eingebauten Spreizen beim Absenken der Schienen nicht verändert. Auf diese Weise werden Setzungen vermieden.

Seit seiner Einführung wurde der Linearverbau sukzessive weiterentwickelt. Der Hersteller reagierte gezielt auf die sich ändernden Anforderungen auf den Baustellen ein. Etwa auf leistungsstärkere Baumaschinen, größere Nennweiten bei den Rohren oder auf spezielle Einsatzgebiete wie den innerstädtischen Bereich, in dem die Tiefbaumaßnahmen durch viele querende Versorgungsleitungen erschwert werden können. Um den Linearverbau auch auf innerstädtischen Baustellen wirtschaftlich und technisch sauber einsetzen zu können, konstruierten die Techniker den so genannten gestuften Dielenkammer-Linearverbau (GDL-Verbau) – kurz: innerstädtischer Linearverbau. Der GDL-Verbau arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der gestufte Großflächenverbau. Nur werden anstelle der innen und außen laufenden Verbauplatten jetzt zwei aneinander vorbeilaufende Dielenkammerelemente in die Verbauschienen eingeführt, in die wiederum Kanaldielen senkrecht eingestellt werden und so den Graben schützen. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile. Aufgrund der kurzen Kragarmlängen erübrigt sich der Einbau von zusätzlichen Längsgurtungen während des Absenkens. Das Einspannen der Dielen in die Grabensohle ist wegen der Auslegung der gestuften Wandelemente nicht erforderlich.

Zum kopfseitigen Verbau von Gräben und Schächten werden in vielen Fällen Kanaldielen verwendet. Da die Spreizen der Verbausysteme nur in Längsrichtung auf Druck und Zug und nicht horizontal belastet werden dürfen, müssen allerdings entsprechend dimensionierte Stahlträger vor dem ersten Modul des Verbaus abgehängt werden. Da der Bagger mit seinem Löffel das Erdreich unter dem unteren Träger nicht entfernen kann, bleibt oft nur die Möglichkeit, von Hand nachzuschachten. Diese Vorgehensweise ist unwirtschaftlich und sicherheitstechnisch bedenklich. Aus diesem Grund wurde ein so genannter Gurtungsträger mit Adapter in das Linearverbausystem integriert, der, wie der Laufwagen auch, im Profil des Linearverbauträgers geführt wird, jederzeit in der Höhe verstellbar ist und mit der kopfseitigen Kante des Linearverbausystems bündig abschließt. Die Kanaldielen können so gegen den auf Biegung beanspruchbaren Querträger abgestützt werden. Als weitere Variante kann die Stirnwand mit Gleitschienenplatten verbaut werden. Platten von bis zu 6 m Länge machen diese Möglichkeit zur schnellen Lösung für bestimmte Gruben.

Die vielfältigen Varianten des Verbaus sind vielen Planern, Auftraggebern und ausführenden Unternehmen oft nicht bekannt. Dabei hat sich der Linearverbau vielfach als die wirtschaftlichste und rationellste Lösung bei verschiedensten Tiefbaumaßnahmen auch im Vergleich zu anderen Verbauarten wie Trägerbohlwand, Bohrpfahlwand oder Spundwände erwiesen. Aufgrund seiner statischen Leistungsfähigkeit und der Fülle seiner Systembauteile sind den Einsatzmöglichkeiten (fast) keine Grenzen gesetzt.

Diese Vorteile verbindet der tiefergehende Linearverbau zu einem leistungsstarken Funktionsprinzip, mit dem sich Baumaßnahmen in Tiefen deutlich über 19 m sichern lassen. Als Basis dient der herkömmliche Linearverbau. Im ersten Arbeitsschritt wird ein Modul dieses Verbausystems – bestehend aus gedoppelten Linearverbauträgern, Platten und Rahmenwagen – eingebaut. Mittels spezieller Konstruktionen und Systemkomponenten laufen die inneren Träger „auf Kontakt“ zu den äußeren Trägern. Auf diese Weise übernehmen die inneren Verbaukomponenten beim Durchfahren des äußeren Moduls die auftretenden Lasten. Sie werden beim weiteren Abtäufen über das zuerst eingebaute Modul hinaus dann wieder vom ersten Modul aufgenommen. Im Endeinbauzustand ergänzen sich die beiden Verbaumodule, deren Komponenten über die gleichen Baulängen verfügen und völlig unabhängig voneinander dem Erddruck entgegenwirken.

Vor allem für Tiefbaumaßnahmen, bei denen ein großer Arbeitsraum oder eine große Rohrdurchlasshöhe unerlässlich sind, wurde der so genannte U-Laufwagen entwickelt. Er verstärkt sowohl das Lineaverbausystem von E+S als auch den Parallelverbau von Krings. Das Bauteil verfügt über hervorragende statische Eigenschaften und ist extrem belastbar. Je nach den Erfordernissen kann der Laufwagen in verschiedenen Bauphasen entsprechend den statischen Vorgaben stufenlos verfahren werden. Besonders erwähnenswert: Aufgrund seiner u-förmigen Konstruktion – es sind enorme Kragarmlängen möglich – macht der Laufwagen sehr große Rohrdurchlasshöhen möglich. Dadurch ergeben sich sowohl während des Ein- und Rückbaus der Verbausysteme als auch bei der Arbeit in der Baugrube viele technische und wirtschaftliche Vorteile für die auf der Baustelle eingesetzten Geräte und Fahrzeuge.

Mit einer Kreuzschiene – sie wurde ebenfalls für das Linearverbausystem entwickelt – lassen sich Abläufe auf der Baustelle noch wirtschaftlicher gestalten. Bei ihrer Verwendung lässt sich der Verbau nahezu problemlos um die Ecke führen. Erforderlich ist das z.B. bei der Verlegung von Sammlern mit Abzweigungen, aber auch in Dehnerstationen, die im Zuge des Baus von Fernwärmeleitungen realisiert werden, oder im Zuge von Bodenaustauschmaßnahmen. Als Weiterentwicklung der Eckschiene sorgt die Kreuzschiene mit der Möglichkeit, von vier Seiten Verbauplatten anzusetzen, für größtmögliche Flexibilität in der Baugrube. Sie ist bis zu einer Tiefe von ca. 4,00 m einsetzbar. Nach dem Einbringen des Verbaus können die Verbauplatten in den Schienen entsprechend den statischen Vorgaben des Herstellers soweit in die Höhe gezogen werden, dass eine ausreichende Durchlasshöhe für das Verlegen von Rohren und andere Arbeiten auf der Grabensohle entsteht.

Mit geringen technischen Zusatzausstattungen lassen sich mit dem Linearverbau auch enorm große Arbeitsräume schaffen. Möglich wird das durch den Einsatz einer äußeren Gurtung. Mit dem Anbringen einer längsseitigen äußeren Gurtung und einer Fußabstützung der gegenüberliegenden Linearverbauträger können auf der Baustelle die Voraussetzungen für den Einbau großer Bauteile geschaffen werden, etwa Rohre mit großen Nennweiten, Tanks, großformatige Recheckprofile oder Schachtbauwerke. Nach der fachgerechten Montage der äußeren Gurtung können die Laufwagen komplett aus dem Verbau gezogen werden. Die außen angebrachte Trägerkonstruktion nimmt dann die ganze Belastung auf. Es besteht damit die Möglichkeit, auf einer Länge von zwei  bis drei Verbaumodulen die innenliegenden Aussteifungselemente zu entfernen und so eine große Einbauöffnung zu schaffen.

Verbausysteme der Thyssenkrupp Infrasstructure sichern Gräben und Baugruben vor Einsturz. Zur umfangreichen Produktpalette zählen Gleitschienenverbau, Verbauboxen und Dielenkammerverbau der Produktmarken E+S und Krings. Entsprechend den wachsenden Anforderungen auf den Baustellen werden die verschiedenen Verbausysteme kontinuierlich weiterentwickelt. Hierbei sind verschiedene Parameter zu beachten: