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30 Jahre Erfahrungen mit Straßen auf wenig tragfähigem Untergrund
BASt-Bericht S 44
M. Bürger, J. Blosfeld, K.-H. Blume, R. Hillmann, Bundesanstalt für Straßenwesen
168 Seiten
Erscheinungsjahr: 2005
Preis: 5,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) engagiert sich seit den 1970er Jahren bei der Einführung und Weiterentwicklung von Bauverfahren auf wenig tragfähigem Untergrund aus Klei, Schlick, Faulschlamm, Torf und Müllablagerungen. Bei einer Vielzahl von Neubaumaßnahmen für Bundesfernstraßen wurde auf Empfehlung der BASt das Vorbelastungs- und Überschüttverfahren – beides Konsolidationsverfahren – angewendet und die dabei erforderlichen baubegleitenden Messungen durchgeführt. Vorrangiges Ziel der Messungen war es, die ausgelösten Konsolidierungsprozesse zu beobachten, um die Vertikal- und Horizontalverformungen sowie Spannungsänderungen im Untergrund zu erfassen und gegebenenfalls steuernd auf den Bauablauf einzuwirken. Nach Fertigstellung der Straßen wurden die Messungen fortgesetzt, um die bautechnische und wirtschaftliche Bewährung der angewendeten Bauverfahren in Bezug auf das Gebrauchsverhalten der Straßen zu erfassen und so einen Erfahrungsgewinn für die weitere Anwendung der Bauverfahren in vergleichbar gelagerten Fällen zu ermöglichen.
Die Erkenntnisse aus den Messergebnissen zum Gebrauchsverhalten von Straßen auf wenig tragfähigem Untergrund sind aktuell ausgewertet und bewertet worden. Es werden die 6 "Langzeitprojekte" B 10n – Plochingen/Reichenbach, B 10n - Uhingen, BAB A 27 - Bremerhaven-Cuxhaven, B 73n bei Cuxhaven, BAB A 26 - Versuchsdamm Rübke und B 211 - Ortsumgehung Großenmeer aus den 1970er und 1980er Jahren und die 3 später durchgeführten "Folgeprojekte" B 212 - Ortsumgehung Nordenham, BAB 31 - Westumgehung Emden und B 212/B 437 - Anbindungsstrecken an den Wesertunnel vorgestellt.
Ziel der oben genannten Konsolidationsverfahren ist es, möglichst alle Setzungen in der Bauzeit vorweg zu nehmen, damit sie keinen Einfluss mehr auf die Gebrauchstauglichkeit der Straße haben. Um dieses Ziel auch unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit zu erreichen, sollte bei dem Überschüttverfahren ein Drittel des Überschüttdammes am Ende der Liegezeit abgetragen werden.
Mit Hilfe unterstützender Maßnahmen können die Konsolidationsverfahren flexibel angewendet werden. Durch das Einlegen von Bewehrungen aus Geokunststoffen in der Dammsohle wird die Sicherheit gegen das Versagen durch Geländebruch erhöht. Die Dauer des Konsolidierungsprozesses kann durch den Einbau von Vertikal- und Horizontaldräns als unterstützende Maßnahmen positiv beeinflusst werden. Bei Anordnung von Vertikaldräns kann das Porenwasser diesen auf kurzem Wege zufließen. Dadurch wird der Konsolidierungsvorgang verkürzt. Vertikaldräns zeigen sich als besonders wirksam, wenn sie in einem Abstand < 2 m zueinander angeordnet werden. Bei der Querung von Mülldeponien hat sich die Dynamische Intensivverdichtung (DYNIV) als unterstützende Maßnahme zur Homogenisierung des Untergrundes als bedingt geeignet erwiesen. Die Verdichtungsfähigkeit von Müllablagerungen ist unterschiedlich. Bei geländenahen Grundwasserständen kann mit der DYNIV keine ausreichende Verdichtungsleistung erzielt werden.
Im Zuge der geotechnischen Messungen kamen verschiedene Messeinrichtungen zur Ermittlung von Porenwasserdruck, vertikaler und horizontaler Verformung, Erddruck und Sohlspannung zum Einsatz. Dabei haben sich Horizontal-Neigungsmesseinrichtungen, pneumatisch arbeitende Porenwasserdruck- und Setzungsaufnehmer sowie die automatische und permanente Messwerterfassung mit Datenfernübertragung (DFÜ) bewährt.
Durch die an die jeweiligen Untergrundverhältnisse angepasste Anwendung der Konsolidationsverfahren wurde der größte Teil der während der gesamten Messzeit eingetretenen Setzungen bereits während der Bauzeit vorweg genommen, so dass nach Herstellung der Fahrbahndecken zumeist nur noch geringe Nachsetzungen gemessen wurden. Größere Setzungsdifferenzen traten jeweils im Übergangsbereich vom verdichteten Müllkörper zum gewachsenen Untergrund, bei Wechseln der Müllzusammensetzung, am Übergang unterschiedlich alter Straßendämme, im Bereich von Weichstellen im Untergrund, in Einbindungsbereichen der vorhandenen mit der neuen Straße und am Übergang Damm zu tiefgegründeten Brückenbauwerken auf. An letzteren Übergängen wurden zur Verminderung von Setzungsdifferenzen EPS-Leichtbaustoffe erfolgreich eingesetzt. Nach Besichtigung der Strecken in den Jahren 2003 und 2004 haben die Setzungen unter Verkehr keinen nennenswerten Einfluss auf die Qualität der Straßen und ihre Gebrauchstauglichkeit gehabt.
30 years of experience with roads built on subsoils with a low load-bearing capacity
Since the 1970s, the Federal Highway Research Institute (BASt) has been engaged in an introduction and advancement of techniques of construction on subsoil with a low load-bearing capacity such as clay, silt, digested sludge, peat and landfills. On recommendation by the BASt, a number of new projects involving federal trunk road construction made use of the pre-loading and heaping techniques, both aimed at consolidation and accompanied by measurements. The primary goal of these measurements was to observe the consolidation processes, register the resultant vertical and horizontal deformations as well as changes in subsoil tension, and regulate the construction process wherever necessary. Following completion of the roads, the measurements were continued to ascertain the influences exerted by the construction techniques' structural and economic attributes on the roads' operational characteristics and thereby gather empirical data governing future use of these construction techniques in similar cases.
The findings yielded by measurements of the operational characteristics of roads built on subsoils with a low load-bearing capacity were recently assessed and rated. Presented here are 6 long-term projects: Federal main road B 10n (Plochingen/Reichenbach), federal main road B 10n (Uhingen), motorway A 27 (Bremerhaven -Cuxhaven), federal main road B 73n (near Cuxhaven), motorway A 26 (Rübke experimental embankment), federal main road B 211 (Großenmeer municipal bypass from the 1970s and 1980s). Also presented are 3 follow-up projects: Federal main road B 212 (Nordenham municipal bypass), motorway E 31 (Emden western bypass) and federal main roads B 212 / B 437 (Weser tunnel linkage routes).
The consolidation techniques mentioned above are intended to fully anticipate subsidence potential during the construction phase to prevent any negative influences on the road's operational characteristics at a later stage. To accomplish this with the heaping technique while keeping profitability in mind, the last third of the embankment should be heaped at the end of the lay time.
Supportive methods permit a flexible use of the consolidation techniques. Inserting reinforcement elements made of geo-plastics into the embankment base lowers susceptibility to failure resulting from terrain collapse. The duration of the consolidation process can be positively influenced by installing vertical and horizontal drains as supportive measures. An installation of vertical drains permits pore water to flow off quickly, thus accelerating the consolidation process. Vertical drains prove especially effective when arranged at intervals of < 2 m. For embankments across landfills, the dynamic intensive compaction technique sometimes proves suitable as a supportive measure for homogenizing subsoil. The compaction potential of landfills varies. The dynamic intensive compaction does not provide adequate results on terrain in the proximity of ground water levels.
As part of geo-technical measurements, a number of devices were used to determine pore water pressure, vertical and horizontal deformation, earth pressure and base tension. Proven here are horizontal inclination measurement devices, pneumatic pore-water pressure and subsidence sensors, as well as automatic, continuous measurement units with remote data transmission capability.
By matching consolidation parameters with prevailing subsoil conditions, the major portion of subsidence occurring over the entire measurement period was accounted for already during the construction phase, so that in most cases, only minor subsidence was still measured following production of the carriageway pavement. Significant differences in subsidence occurred on transitions from compacted landfill to natural subsoil, changes in landfill composition, transitions between road embankments of different ages, soft spots in the subsoil, linkages between old and new road sections, and transitions from embankments to deep-rooted bridge structures. In the last case, EPS lightweight substances proved successful in reducing differences in subsidence. Inspections of these routes in 2003 and 2004 revealed that sudsidences occurring under traffic load had not significantly influenced the roads' quality or operational characteristics.