Baugrund­verbesserung

Verfahren der Baugrundverbesserung

Wenn der anstehende Baugrund eine kostengünstige Flachgründung aufgrund der zu erwartenden Setzungen und Setzungsunterschiede nicht zulässt, kann die Tragfähigkeit des anstehenden Bodens in vielen Fällen durch eine Baugrundverbesserung erhöht werden. Die unterschiedlichen Verfahren der Baugrundverbesserung können in allen Bereichen des Baugeschehens eingesetzt werden:

  • Streckenbauwerke wie Straßen, Gleisanlagen und Dämme
  • Flächentragwerke wie Lagerflächen und Sohlplatten großer Hallen
  • Gebäude

Übersicht der Baugrundverbesserungsverfahren:

Bodenaustausch

Wenn die nicht tragfähigen Bodenschichten nicht zu mächtig sind bzw. die Basis nicht im Grundwasser liegt und mit Erdbaugerät zu erreichen sind, besteht die Möglichkeit diese Schichten gegen verdichtungsfähigen Sand auszutauschen. Zu beachten ist, dass die Austauschfläche größer als die Grundrissfläche des Gebäudes ist, da sich die Gebäudelasten unter ca. 45° im Untergrund ausbreiten.

Vorbelastung

Um die anstehenden Böden in ihrer Tragfähigkeit zu verbessern, kann auch eine Vorbelastung auf die zu bebauende Fläche aufgebracht werden. Hierdurch werden Setzungen aus den Konsolidations­vorgängen vorweggenommen und die Setzungen während der späteren Nutzungszeit reduziert. Diese Methode wird überwiegend im Verkehrswegebau und bei großen Lagerflächen angewendet. Die Baufläche wird bei diesem Verfahren mit Sand überschüttet. Im Allgemeinen wird eine größere Last aufgebracht als für die spätere Nutzung vorgesehen ist. Hierdurch wird eine Überkonsolidierung der setzungsempfindlichen Schichten erreicht. Nachteil dieses Verfahrens sind der größere Flächenbedarf und die erforderliche Liegezeit für die Konsolidierungs­vorgänge. Eine Verkürzung der Liegezeit kann durch die parallele Ausführung von Vertikaldränage erfolgen. Dadurch werden die entstehenden Porenwasserüberdrücke schneller abgebaut und der Konsolidierungs­prozess beschleunigt.

Vakuumkonsolidation

Die Vakuumkonsolidation läuft vom Prinzip her wie eine Vorbelastung ab. Die für die Konsolidation erforderlichen Spannungen im Baugrund werden allerdings durch ein aufgebrachtes Vakuum erzeugt. Um das Vakuum zu erzeugen, ist es erforderlich eine Folie über die Baufläche zu legen und bis in das anstehende Grundwasser zu führen. Nun wird das im eingefassten Bodenpaket vorhandene Wasser abgesaugt und somit ein Vakuum erzeugt. Durch dieses Vakuum wird wiederum der Konsolidationsprozess gesteuert. Diese Methode wird überwiegend im Verkehrswegebau und bei großen Lagerflächen angewendet. Im Allgemeinen wird eine größere Last aufgebracht als für die spätere Nutzung vorgesehen ist. Hierdurch wird eine Überkonsolidierung der setzungsempfindlichen Schichten erreicht. Für dieses Verfahren ist kein größerer Flächenbedarf erforderlich. Eine Verkürzung der Liegezeit kann durch die parallele Ausführung von Vertikaldränage erfolgen. Dadurch werden die entstehenden Porenwasserüberdrücke schneller abgebaut und der Konsolidierungsprozess beschleunigt.

Rütteldruckverdichtung

Wenn verdichtungsfähige Sandböden mit zu geringer Lagerungsdichte bzw. Tragfähigkeit anstehen, können diese mit großen Rüttlern verdichtet und somit die Tragfähigkeit erhöht werden. Um die Verdichtungsarbeit zu leisten, werden große Rüttler und Seilbagger eingesetzt. Aufgrund der erzeugten Schwingungen, versinkt der Rüttler im Untergrund und verdichtet dabei den anstehenden Sand oder Kies. Die Stromaufnahme des Rüttlers ist dabei ein Kriterium für den Verdichtungserfolg. Abschließend werden Drucksondierungen ausgeführt, um die erreichte Lagerungsdichte der verdichteten Sande und Kiese zu erkunden. Die Verdichtung der oberen Bereiche muss nach Abschluss der Rütteldruckverdichtung mit Flächenrüttlern erfolgen, da hier mit den Tiefenrüttlern nur eine unzureichende Verdichtung erzielt wird.

Rüttelstopfverdichtung

Wenn der anstehende Baugrund zu große Schluff- oder Tonanteile aufweist, ist eine Verbesserung der Tragfähigkeit mit der Rütteldruckverdichtung nicht mehr zu erreichen. In diesem Fall ist eine Rüttelstopfverdichtung auszuführen. Bei der Rüttelstopfverdichtung werden mit Schleusenrüttlern verdichtungsfähige Sande und Kiese in den Untergrund eingebracht und der anstehende Baugrund gleichzeitig verdrängt. Dies führt zu einer Erhöhung der Spannungen im Baugrund. Diese Spannungserhöhung macht zu Beginn in einer Erhöhung des Porenwasserüberdrucks bemerkbar. Dieser kann dann über die eingebrachten Kiese und Sande der hergestellten Säulen abgebaut werden, was zu einer Konsolidierung und damit Tragfähigkeitserhöhung des anstehenden Baugrundes führt. Auch bei dieser Methode der Baugrundverbesserung ist es erforderlich oberhalb der Säulen eine lastverteilende Schicht aus verdichtetem Material auszuführen.

Baugrundverbesserung mit pfahlähnlichen Traggliedern

Als Alternative zu Rüttelstopfsäulen können auch pfahlähnliche Tragglieder ausgeführt werden. Die Tragglieder können in Ortbeton oder mit Fertigteilen hergestellt werden.

CMC-Säulen

Ein Vortreibrohr wird erschütterungsfrei drehend in den Baugrund gedrückt. Dabei wird der anstehende Baugrund vollständig verdrängt. Wenn der tragfähige Horizont erreicht ist wird das Rohr statisch wieder aus dem Boden gezogen. Dabei öffnet sich eine an der Fußspitze angeordnete Klappe und fließfähiger Beton füllt den durch das Rohr freigegeben Raum aus. Durch die CMC-Säulen werden die Bauwerkslasten in die tragfähigen Schichten übertragen.

Fertigbetonrammpfähle

Fertigbetonpfähle werden bis in die tragfähigen Schichten gerammt, sodass die Bauwerkslasten in die tragfähigen Schichten übertragen werden können. Dieses Verfahren kann auch in Böden mit sehr geringen Tragfähigkeiten ausgeführt werden, in denen Ortbetonlösungen aufgrund der zu geringen undränierten Scherfestigkeiten nicht mehr möglich sind. Zudem können die Tragglieder sofort genutzt werden, um eine ausreichende Standfestigkeit der Arbeitsebene für die erforderlichen Geräte zu schaffen.

Geotextilummantelte Sandsäulen

Um die horizontalen Spannungen auf den anstehenden Baugrund zu verringern und ein unkontrolliertes Eindringen des eingebrachten Sandes in einzelne Bodenschichten zu verhindern, können geotextilummantelte Säulen ausgeführt werden. Man unterscheidet zweit Ausführungsvarianten: Die verdrängende und die fördernde Einbringung der Vortreibrohre. Bei der verdrängenden Variante wird das Vortreibrohr mit einer Fußklappe verschlossen und in den Untergrund gerüttelt. Dabei wird der anstehende Boden vollständig verdrängt und ggf. verbessert. Im Anschluss wird ein Geotextilsack in das Vortreibrohr eingebaut, mit Sand gefüllt und das Vortreibrohr unter Hilfe eines Rüttlers aus dem Boden gezogen. Die Fußklappe öffnet sich dabei, sodass der Geotextilsack nach unten aus dem Vortreibrohr heraustritt und den freigegeben Raum ausfüllt.

Die fördernde Variante unterscheidet sich nur dahingehend, dass das Vortreibrohr offen ist und Boden in das Vortreibrohr eindringen kann. Vor dem Einbau des Geotextilsacks wird der Boden mit einem Greifer aus dem Rohr entnommen.

Mixed in Place

Bei den verschiedenen Ausführungsvarianten wird der anstehende Boden mit hydraulischen Bindemitteln, im Allgemeinen Zement, vermischt. Im Folgenden kommt es zu einer hydraulischen Reaktion, sodass ein Erdbetonkörper entsteht über den die Bauwerkslasten in die tieferen tragfähigen Schichten übertragen werden können. Die Verfahren können oberflächennah eingesetzt aber auch bis in größere Tiefen ausgeführt werden.

Dynamische Intensivverdichtung

Bei der dynamischen Intensivverdichtung werden schwere Fallgewichte aus großer Höhe fallen gelassen und führen zu einer großen Verdichtung des anstehenden Bodens. Die entstehenden Schlagtrichter werden mit Schotter oder Steine aufgefüllt. Durch die Ausführung weiterer Verdichtungsschläge können die Schotter- oder Kiessäulen bis in der erforderlichen Tiefen hergestellt werden. Aufgrund der erforderlichen großen Geräte und der großen Erschütterungen werden dynamischen Intensivverdichtung insbesondere für die Verdichtung großer Flächen oder für Infrastrukturmaßnahmen eingesetzt.