Um ein geplantes Bauprojekt bei schlechten Baugrundverhältnissen oder bei instabilen Bodenverhältnissen - z.B. instabilen Böschungen - verwirklichen zu können, sind oft mehr oder weniger aufwändige Maßnahmen zur Verbesserung der Tragfähigkeit des anstehenden Baugrunds erforderlich. Diese Maßnahmen werden allgemein als »Bodenverbesserungsmaßnahmen« oder kurz »Bodenverbesserung« bezeichnet.
Ein Baugrund gilt als „schlecht“, wenn er sich unter den aufzubringenden Lasten zu stark verformen oder wenn er - direkt oder indirekt - durch die Baumaßnahme versagen würde. Im Falle der zu starken Verformung spricht man von einem „nicht tragfähigen“ Boden, während im Fall des Versagens - insbesondere im Hinblick auf Böschungen - der Boden als „nicht standsicher“ bezeichnet wird.
Bei nicht tragfähigen Böden müssen die Lasten entweder auf eine tiefer liegende, tragfähige Schicht übertragen werden (Tiefgründung) oder die Tragfähigkeit muss durch geeignete Maßnahmen verbessert werden. Dies geschieht durch
• Bodenaustausch,
• Bodenverdichtung,
• Bodenverfestigung.
Bei nicht standsicheren (standfesten) Böschungen erfolgt eine Stützung am Böschungsfuß entweder durch konventionelle Stützmauern (Schwergewichtsmauer, Winkelstützmauer u.a.), wenn der Böschungsanschnitt zumindest kurzzeitig oder abschnittsweise standfest ist oder eine Böschung nachträglich hergestellt wird; oder sie erfolgt durch vorher hergestellte Stützwände in Form von Pfahlwänden, Scheiben, Zellen und stützmauerartigen Verbundkonstruktionen, wenn der Einschnitt nachträglich ausgeführt wird. Darüber hinaus können vorsorglich oder nachträglich Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden, die die Bewegung eines möglichen Gleitkörpers verhindern oder stabilisieren. Zu derartigen Verbesserungsmaßnahmen zählen
• Entwässerungsmaßnahmen,
• Bodenverdübelungen und Bodenvernagelungen,
• Ingenieurbiologische Bauweisen.
Neben vielen anderen Faktoren wird die Auswahl der klassischen Bodenverbesserungsmethoden weitgehend von der anstehenden Bodenart bestimmt.
Das einfachste Verfahren der Bodenverbesserung stellt der Bodenaustausch dar. Hierbei werden weniger tragfähige Schichten wie weiche, bindige Böden oder Torfe usw., ausgehoben und durch verdichtbare Kiese, Sande oder gebrochene Materialien ersetzt. Besonders wirtschaftlich ist das Verfahren, wenn die auszutauschende Bodenschicht oberflächennah ansteht, nur eine Dicke von weniger als 3 bis 4 m besitzt und der Aushub und Einbau im Trockenen erfolgen kann.
Weitere mögliche Verfahren zur Bodenverbesserung sind:
• Bodenverbesserung durch Vorbelastung
Bei diesem Verfahren werden die zu erwartenden Setzungen aus dem Bauwerk oder Verkehrslasten durch Überschütten (Vorbelastung) des setzungsempfindlichen Untergrunds vorweggenommen. Die Vorbelastung wird entweder vor Errichtung des endgültigen Bauwerks wieder entfernt (Setzung weitgehend eingetreten) oder ist planmäßig so aufgebracht, dass z.B. im Straßenbau nach Einwirkungszeit der Vorbelastung und weitgehend abgeklungenen Setzungen die endgültige Gradientenhöhe erreicht ist.
• Bodenverbesserung durch Verdichtung
Bei der Verbesserung der Böden durch Verdichtung muss zwischen rolligen und bindigen Böden unterschieden werden. Die Verdichtung rolliger Böden zielt darauf, den Porenanteil zu verringern, was z.B. durch die Einleitung von Schwingungsenergie (Rütteln) geschehen kann. Bindige Böden sind i.a. wassergesättigt, so dass eine Verdichtung erst dann eintreten kann, wenn Porenwasser aus dem Boden ausgedrückt worden ist. Dieses Herauspressen von Porenwasser gelingt aber nicht durch Rütteln, sondern nur durch eine statische bzw. quasistatische Belastung.
• Rüttelstopfverdichtung
Zur Untergrundverbesserung feinkörniger und gemischtkörniger Böden wird das Rüttelstopfverfahren eingesetzt. Hierbei wird beim Absenken des Rüttlers bis zur tragfähigen Bodenschicht der feinkörnige Boden im Wesentlichen verdrängt oder durch Wasserzugabe ausgespült. Beim Ziehen wird grobkörniges Material (Kies, Schotter, Splitt) stufenweise zugegeben. Nach jeder Auffüllstufe sinkt der Rüttler ab und verdichtet bzw. verdrängt dabei das eingefüllte Material. So entsteht von unten nach oben ein aus Grobmaterial aufgebauter, mit dem Baugrund eng verzahnter Tragkörper.
• Dynamische Intensivverdichtung
Die Verdichtung mit Fallmassen zählt zu den ältesten Methoden der Baugrundverbesserung, wobei die Massen und die Fallhöhe an die jeweiligen technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten und Notwendigkeiten angepasst wurden. Etwa seit 1970 wurden mit diesem Verfahren setzungsempfindliche Böden sogar unter Wasser mit Erfolg verbessert. Das Verfahren ist sowohl bei Sanden als auch bei tonigen Schluffen und organischen Böden anwendbar; des weiteren bei künstlichen Aufschüttungen wie Industrie- oder Hausmülldeponien. Bei der dynamischen Intensivverdichtung werden verhältnismäßig große Gewichte aus einer vorher festgelegten Höhe auf den zu verbessernden Boden wiederholt fallengelassen. Die Fallhöhe beträgt zwischen 10 und 40 Metern. Die Fallgewichte können quadratisch oder - was verdrängungstechnisch günstiger ist - achteckig sein. Sie haben je nach Bauart und gewünschter Tiefenwirkung ein Gewicht bis zu 2000 kN (200 Tonnen). Sie bestehen aus Stahlbeton bzw. Stahl.
• Bodenverbesserung durch Poreninjektion
Unter Injektionen versteht man das Einbringen von Injektionsgut unter Druck in die Poren und Klüfte des Untergrundes. Bei den Injektionsmitteln unterscheidet man je nach deren Ausgangsstoffen und deren Zusammensetzung zwischen Lösungen, Suspensionen, Emulsionen sowie Mörtel und Pasten. Infolge Sedimentation, Filtration oder chemischer Reaktion des Injektionsmaterials wird nach dem Verpressen je nach Eigenfestigkeit des Injektionsmittels eine Abdichtung oder Verfestigung des Untergrunds erreicht. Die Wahl des Verpressmittels wird weitgehendst von der Art des zu injizierenden Bodens bestimmt.
• Bodenverbesserung mittels Hochdruckinjektionen
Dieses Verfahren ist unter mehreren Namen bekannt: Düsenstrahlverfahren, Soilcrete-Verfahren, HDI-Verfahren, „Jet-Grouting“-Verfahren. Das Verfahren wurde zunächst für die Herstellung von Verfestigungskörpern entwickelt, kann aber auch für Injektionssohlen verwendet werden. Beim HDI-Verfahren wird der Boden nicht mehr durch das Injektionsmittel penetriert, sondern durch einen Hochdruck-Düsenstrahl gelöst und mit der Injektionssuspension auf Zementbasis vermischt. Dieser Vorgang ist von der Porengröße des Bodens weitgehend unabhängig, so dass das Verfahren auch in feinkörnigen Böden eingesetzt werden kann.
• Bodenentwässerung
Zu den wirksamsten Methoden der Bodenverbesserung im Sinne einer Erhöhung der Tragfähigkeit des Baugrunds oder der Erhöhung der Standsicherheit einer Böschung gehören die verschiedenen Entwässerungsmethoden. Die Tragfähigkeit insbesondere bindiger Böden ist u.a. vom Wassergehalt abhängig. Wenn es gelingt, diesen zu reduzieren, dann können auch die Scherfestigkeit, der Steifemodul und die anderen Bodenparameter erhöht werden. Des Weiteren können Setzungen vorweggenommen und damit der Baugrund verbessert werden. Durch Reduktion des Wassergehalts kann zunächst natürlich durch Wasserhaltungsverfahren erreicht werden. Hierzu gehören die Grundwasserabsenkung durch Brunnen, Dränagen, Vakuumanlagen und mittels Elektroosmose.
• Bodenverdübelung
Zur Aufnahme von Schubkräften as Böschungsbewegungen können starre Verdübelungselemente innerhalb der Rutschzone eingebaut werden. In der Regel sind die Pfähle in Form von Einzelpfählen, Pfahlreihen, Pfahlscheiben oder Kreiszellen usw. Oft werden derartige Verdübelungselemente mit horizontalen Dränagesystemen kombiniert, die die Rutschung verursachende Sickerwässer ableiten.
• Bodenvernagelung
Weitere Bodenverbesserungs- und Stabilisierungsmöglichkeiten von Böschungen sind unter dem Begriff „bewehrte Erde“ und „Bodenvernagelungen“ bekannt. Hierunter wird ein Verbundkörper aus Boden und „Bewehrung“ verstanden, wobei es sich bei der „Bewehrung“ um dünne Injektionspfähle, Stahl- oder Kunststoffstäbe, Reibungsbänder, Matten, Geotextilien usw. handelt, welche in verschiedener Art und Richtung eingebracht werden. Wird die „Bewehrung“ lagenweise zusammen mit der Schüttung von unten nach oben eingebaut, spricht man von „bewehrter Erde“, während der Einbau der Nägel bei der Herstellung eines Geländeeinschnitts von oben nach unten, was für instabile Hänge oder bei Platzmangel von Vorteil ist.
• Sonderverfahren der Bodenverbesserung
Zu den Sondergebieten der Bodenverbesserung gehören u.a. das weite Feld der Ingenieurbiologischen Bauweisen, die Bodenverbesserung mit Textilverfahren oder chemischen und mineralischen Zusätzen (Kalk, Zement) sowie thermische Verfahren. Zur Sicherung kurzzeitig standfester Böden werden zunehmend Ingenieurbiologische Lösungen (Lebendverbau) in Verbindung mit Geotextilien eingesetzt. Hier gilt es, die noch vorhandene Kohäsion des Anschnitts zu schützen, indem sandwichartige Wandelemente oder Matten, in die Pflanzenstecklinge eingebaut werden, vorgesetzt werden.
siehe auch:
- Baugrund
- Bodenverhältnisse
- Bodenfeuchte
- Bodenfeuchtigkeit
- Eisschanze
- Erddruck
- Frosthebung
- Fundamente
- Grundbruch
- Kornformen
- Makadam
- Schluff
- Unterfangung
- Wasser
- Winkelverdrehung
