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Konsolidationsverfahren beim Straßenbau auf wenig tragfähigem Untergrund

Ein wenig tragfähiger Untergrund stellt beim Straßenbau ein erhebliches Problem dar. Für die notwendige Ertüchtigung des Baugrundes kommen verschiedene Verfahren - so auch die Reduzierung des Porenraumes und Entwässerung der Weichschichten durch Konsolidierung - zum Einsatz. In einem Forschungsprojekt wurden die unterschiedlichen Konsolidationsverfahren einer vergleichenden Bewertung unterzogen.

Foto zeigt die Schüttung eines Vorbelastungsdammes mit Geokunststoffbewehrung Schüttung eines Vorbelastungsdammes mit Geokunststoffbewehrung

Problem

Beim Bau von Straßen auf wenig tragfähigem Untergrund werden so genannte Konsolidationsverfahren zur Erhöhung der Standsicherheit und Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit des Straßenbauwerkes eingesetzt. Dazu zählen Vorbelastungs- und Überschüttverfahren, Verfahren mit Grundwasserabsenkung und Vakuumkonsolidation sowie Verdichtungsverfahren mit schweren Fallplatten. Unterstützt werden diese Verfahren durch Hilfsmaßnahmen, wie z.B. Einbau von Vertikaldräns sowie Bodenbewehrungen oder die Substitution von konventionellem mineralischem Schüttgut durch Leichtbaustoffe.

Alle Verfahren dienen primär dem Zweck einer kontrollierten Porenraumreduzierung. Die vorliegende Forschungsarbeit zeigt den Stand der Technik sowie neuere Entwicklungen und Erfahrungen mit Konsolidationsverfahren auf. Sie gliedert sich dabei in eine Reihe von Forschungsarbeiten ein, in welchen ergänzend konstruktive Verfahren mit aufgeständerten Gründungspolstern und Bodenersatzverfahren dargestellt werden.

Untersuchungsmethode

Im Forschungsbericht wurden sowohl die verschiedenen Bauverfahren mit den jeweils notwendigen Messungen als auch die erforderlichen Standsicherheits- und Verformungsberechnungen erläutert. Anhand von vorgegebenen Fallbeispielen wurde der Berechnungsgang zur Standsicherheits- und Verformungsanalyse dargestellt.

Daneben erfolgte eine detaillierte Darstellung der baupraktischen Erfahrungen zum Vorbelastungs- und Überschüttverfahren anhand von Projekten, die von der Bundesanstalt für Straßenwesen betreut wurden. Die Vor- und Nachteile der einzelnen Bauverfahren sowie deren Aufwand wurden einander vergleichend gegenüber gestellt.

Ergebnisse und Folgerungen

Die Verdichtung mittels schwerer Fallplatten nutzt Fließvorgänge und Verspannungszustände im Boden bei dynamischer Belastung aus. Aufgrund der entstehenden Emissionen ist die Anwendbarkeit dieses Verfahrens jedoch eingeschränkt.

Vorbelastungs- und Überschüttverfahren sind in vielen Anwendungsfällen problemlos einsetzbar. Bei diesen Verfahren wird temporär ein Damm geschüttet, dessen Gewicht eine Auflastspannung im Untergrund hervorruft, wodurch in den anstehenden Weichschichten ein Porenwasserüberdruck entsteht.

Dies ist auch das Ziel von Verfahren mit Grundwasserabsenkung oder Vakuumkonsolidation. Aufgrund des Überdruckes entwässern die Schichten und erfahren so eine Porenraumreduzierung. Dieser auch als Konsolidierung bezeichnete Vorgang ist von der Liegezeit der Auflast abhängig. Er kann durch die Anordnung von Vertikaldräns i.d.R. beschleunigt werden. Bei ausreichend großer Liegezeit und Auflast ist eine Vorwegnahme von Setzungen möglich, welche sonst in der Betriebsphase nach der Verkehrsfreigabe der Straße auftreten würden. Die im Gebrauchszustand auftretenden Setzungen werden daher mit den Überschüttverfahren deutlich reduziert.

Während der Belastungs- und Liegephase ist der Konsolidierungsverlauf der Weichschichten zu beobachten. Hierfür können Porenwasserdruck-, Sohldruck-, Setzungs- und Horizontalverformungsmessungen eingesetzt werden.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung lassen Rückschlüsse auf die vorhandene Standsicherheit und das Setzungsverhalten des Dammes zu und bieten Entscheidungskriterien für den Fortschritt des Schüttvorganges und die Menge des benötigten Schüttmaterials.

Die Ergebnisse der Berechnungen zu den Fallbeispielen zeigten eine gute Übereinstimmung mit langjährigen Verformungsmessungen an ausgeführten Baumaßnahmen. Die Berechnungen können daher in Abhängigkeit von der Qualität der ermittelten Bodenkennwerte als hinreichend genau angesehen werden.

Procedures for road construc- tion on subsurfaces with poor supporting characteristics

The subject of this study was to describe the state-of-the-art as well as new developments and experiences with the consolidation method for road construction on subsurfaces with poor supporting characteristics. Consolidation measures can be used for construction of roads on subsurfaces with poor supporting characteristics to reduce long-term settling and increase the stability. The objective of this economical procedure, in comparison to conventional methods, is controlled reduction of the pore space by external effect of the consolidation operation. The type of effect differentiates the various consolidation methods, which can be categorized into prestressed or covering procedures, procedures involving lowering the ground water level and the vacuum consolidation as well as compacting procedures with heavy weights.