Bodenverbesserung durch Verdichtung

Solide Verhältnisse mit ausreichender Tragfähigkeit des Bodens sind eine notwendige Voraussetzung für Bauprojekte. Wenn qualitativ schlechter Baugrund vorliegt, lässt sich die Tragfähigkeit des Bodens durch stabilisierende Maßnahmen erhöhen. Unterschiedliche Verfahren zur Verdichtung des Bodens stehen zur Verfügung, um eine Baugrundverbesserung zu erzielen. Das Ziel der Verdichtung im Spezialtiefbau ist die technisch und wirtschaftlich beste Lösung der Bauaufgabe unter Wahrung der Umweltverträglichkeit sicherzustellen.

Mit Verdichtung stabile Verhältnisse im Boden schaffen

Verfahren der mechanischen Verdichtung zur Bodenverfestigung kommen zum Einsatz, wenn nicht bindige Böden vorliegen. Grundsätzlich unterscheidet man dabei zwischen Oberflächenverdichtungen und Tiefenverdichtungen. Im Spezialtiefbau sind unterschiedliche Verfahren etabliert, die eine ausreichende Baugrundverbesserung gewährleisten.

Walzen oder Rüttler kommen für die Oberflächenverdichtung zum Einsatz und verdichten lagenweise kornabgestufte Schüttungen.

Tiefenverdichtungen ermöglichen, das Setzungsmaß des Bodens zu verringern und dynamische Kräfte in den Baugrund einzuleiten. Verdrängung oder Vibration sind die üblichen Verfahren zur Tiefenverdichtung. Sowohl Bodenverdichtungspfähle als auch Stopfverdichtung sowie mit Mörtel kombinierte Stopfverdichtung führen zu einer Verdrängung des Bodens und damit zu einer entsprechenden Verdichtung. Der Verdichtungsvorgang wird so lange fortgesetzt, bis eine ausreichende Bodenverbesserung vorliegt.

Anwendung

Verfahren der Bodenverbesserung durch Verdichtung haben ein breites Einsatzspektrum. Unter anderem finden sie in folgenden Bereichen Anwendung:

Häfen und Küsteninfrastrukturen
Dämme
Transportinfrastruktur für Gleistrassen, Brücken, Brückenpfeiler, Straßendämme und -böschungen
Gebäude
Windkraftanlagen, Kraftwerke und Anlagen für erneuerbare Energie

Die dank der Verdichtung erzielte Baugrundverbesserung ist dabei durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

Die Tragfähigkeit ist erhöht.
Das Setzungsmaß des Bodens ist reduziert.
Es entsteht kein Aushub. Insbesondere bei kontaminierten Böden kann dadurch eine Umweltbelastung vermieden werden, da weder Transport noch Deponierung erforderlich sind.
Der Grundwasserspiegel bleibt erhalten und wird nicht abgesenkt. Daher kann eine Gefährdung benachbarter Bauwerke vermieden werden.
Die mit der Verdichtung erreichten Gründungsverhältnisse sind gleichwertig mit naturbelassenem Boden, der ausreichende Tragfähigkeit aufweist.
Die Umweltverträglichkeit ist hervorragend, da für den Einbau natürliche Füllmaterialien Verwendung finden.
In seismisch aktiven Bereichen ist es möglich, die Bodenverflüssigung im Falle eines Erdbebens zu reduzieren.
Die Bodenverdichtung lässt sich problemlos mit Bohrpfählen im Rahmen einer Pfahlgründung kombinieren, um hohe Ansprüche an Standfestigkeit und Tragfähigkeit zu erfüllen.

Verfahren zur Tiefenverdichtung

Tiefenrüttelverfahren sind oftmals eine wirtschaftliche und schnelle Möglichkeit, um eine entsprechende Bodenverbesserung zu erzielen. Die Verfahren zur Bodenverbesserung im Spezialtiefbau sind sehr vielseitig einsetzbar. Sie ermöglichen eine flexible Anpassung an unterschiedliche Fundamentanforderungen und Bodenbedingungen und weisen eine Reihe von Vorteilen auf:

Die Boden- bzw. Baugrundverbesserung lässt sich kostengünstig erzielen.
Da ausschließlich natürliches Material, das vor Ort vorhanden ist, eingesetzt wird, handelt es sich um ausgesprochen umweltfreundliche Verfahren.
Die Ausführung kann in nahezu beliebiger Tiefe erfolgen.
Die Herstellung erfolgt schnell und stellt sicher, dass nachfolgende Bauarbeiten zügig folgen können.
Auf Grundlage der erzielten Baugrundverbesserung lassen sich Bodenplatten und Fundamente besonders wirtschaftlich dimensionieren.
Die Herstellungsverfahren sind leise und weisen nur geringe Vibrationen auf.
Die Verfahren zur Tiefenverdichtung lassen sich bei Bedarf hervorragend mit Bohrpfählen für eine Pfahlgründung kombinieren.

Häufig kommt im Spezialtiefbau ein Schleusenrüttler zum Einsatz. An der Spitze des Rüttlers tritt zugegebenes grobkörniges Material wie Kies oder Schotter mit Druckluftunterstützung aus. Es kommen auch Maschinen zur Verwendung, die einen zusätzlichen Andruck beim Versenken des Rüttlers bewirken. Damit lässt sich der Boden noch stärker verdichten.

Zum Zweck der Qualitätssicherung erfolgt bei der Herstellung die digitale Aufzeichnung von relevanten gemessenen Parametern.

Rütteldruckverdichtung

Das Verfahren kommt in nicht bindigen sowie in schwach bindigen Böden wie etwa Kies oder Sand zum Einsatz. Der verbesserte Baugrund ist nach Durchführung der Verdichtung für hohe Belastungen ebenso wie für dynamische Beanspruchung und damit auch für eine Pfahlgründung geeignet. Das Setzungsmaß ist sehr gering. Das Verfahren zeichnet sich durch seine hervorragende Wirtschaftlichkeit in wassergesättigten Böden unterhalb des Grundwasserspiegels aus.

Rüttelstopfverdichtung

Die Rüttelstopfverdichtung kommt in gemischtkörnigen Böden wie etwa sandigem Schluff zum Einsatz. Ergebnis des Verdichtungsvorgangs sind sogenannte Rüttelstopfsäulen im Boden. Im Verbund mit dem Boden ist die Rüttelstopfsäule in der Lage, leichte bis mittelschwere Bauwerkslasten abzutragen. Das Verfahren ist unter Zugabe von Grobkorn auch für bindige Böden mit nicht dränierter Scherfestigkeit im Bereich von 20 bis 80 kN/m2 geeignet.

Die Rüttelstopfverdichtung hat ein breites Einsatzspektrum und zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus:

Bedingt durch die von der Rüttelstopfsäule bewirkten Verdichtung verringert sich die Bauwerkssetzung auf ein Minimum.
Dank der erhöhten Baugrundtragfähigkeit lässt sich die Fundamentgröße reduzieren.
Die Wasserdurchlässigkeit des Bodens erhöht sich durch die aus Kies oder Schotter beschaffene Rüttelstopfsäule.
Die erzielte Baugrundverbesserung ermöglicht Flachgründungen.
Böschungs- und Hangstabilisierungen sind mithilfe der Rüttelstopfverdichtung möglich.
Die Säule reduziert das Potenzial des Bodens, sich zu verflüssigen, was in seismisch aktiven Bereichen einen entscheidenden Vorteil im Fall eines Erdbebens darstellt.
Die Kombination von Bohrpfählen mit umlaufenden Rüttelstopfsäulen erlaubt eine wirtschaftliche Pfahlgründung, die auch im Erdbebenfall standsicher ist.

Rüttelortbetonsäulen

Rüttelortbetonsäulen kommen über tragfähigem Untergrund zur Anwendung, wenn weiche Deckschichten, die auch organisch sein können, vorliegen. Die Säulen sind sehr setzungsarm. Das Verfahren eignet sich für leichte bis mittelschwere Bauwerkslasten.

Es stehen je nach Anforderung noch weitere Ausführungsvarianten zur Verfügung. So stellt man beispielsweise Betonstopfsäulen her, indem Beton durch den Rüttler in den Boden gestopft wird. Alternativ mischt man für die Herstellung von Fertigmörtelstopfsäulen den eingebrachten Kies mit Zementsuspension.

Qualitätsmanagement

In der Regel protokolliert man bei der Herstellung mehrere relevante Produktionsparameter. Dazu gehören neben der Tiefe und der für die Absenkung eingesetzten Kraft die Stromstärke, die Uhrzeit und das Datum sowie die Elementnummer. Gegebenenfalls werden die Parameter noch um die Reihenfolge von Hebe- und Senkvorgängen ergänzt. Die Leistungsfähigkeit der Bodenverbesserung lässt sich dank der in Echtzeit erfassten und analysierten Daten laufend kontrollieren.

Fazit

Bodenverbesserung durch Verdichtung schafft insbesondere in gemischtkörnigen Böden solide Voraussetzungen im Untergrund für die Realisierung vieler Bauvorhaben. Die Verfahren zeichnen sich durch Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit aus, da natürliches und vor Ort verfügbares Material genutzt wird. Dank der schnellen, leisen und vibrationsarmen Herstellung der Verdichtung ist gewährleistet, dass nachfolgende Bautätigkeiten zügig anschließen können.

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