In der Natur liegen häufig Böden vor, die aufgrund ihrer Struktur und Beschaffenheit nicht als Baugrund geeignet sind. Das entscheidende Kriterium ist dabei im Wesentlichen die Setzungsverträglichkeit.
Grundsätzlich liegen auf Seiten der Tragwerksplanung verschiedene Möglichkeiten vor, um die Sohlspannungenzu reduzieren, etwa durch Minimierung der Bauwerkslasten, Wahl alternativer Tragwerkskonzepte oder Rückgriff auf eine Flächengründung, die mitunter auch vergrößert werden kann. Gewissermaßen stellt die Tieferlegung der Gründung, etwa durch Schaffung eines Kellergeschosses, eine sinnvolle Alternative dar, insofern darunterliegende geeignete Bodenschichten zugänglich gemacht werden.
Andererseits stehen geotechnische Maßnahmen zur Verfügung, um einen mäßigen bis schlechten Baugrund trotz aller Bedenken als Baugrund einzusetzen.
Derartige Maßnahmen sind zuweilen natürlich auch im Hochbau notwendig. Allerdings könnte im Hochbau zumindest ein Baugrundstück gewählt werden, das weniger problematisch ist. Im Bereich der Trassenführung von Verkehrsinfrastrukturprojekten sind Alternativen naturgemäß schwieriger. Im Hochwasserschutz ist hingegen vielfach eine Alternative zu Böden, die ehemalige Überschwemmungsgebiete darstellen, nicht denkbar. Dammschüttungen werden folglich direkt auf schlechtem Baugrund ausgeführt, weshalb Bodenverbesserungsmaßnamne dringend erforderlich sind,
Bodenverdichtung:
Die Verdichtung sieht das Auspressen von Luft und Wasser aus den Poren vor und ist grundsätzlich das einfachste mechanische Baugrundverbesserungsverfahren. Infolgedessen ist der Prozess bei nichtbindigen Böden aufgrund der großen Poren einfach, wohingegen der Prozess bei bindigen Böden schwierig ist.
Bei feinkörnigen Böden ist der Wassergehalt essentiell. Die Verdichtung besteht darin, die Kohäsionskräfte durch Kneten und Aufbrechen der Kornstruktur zu überwinden, indem Wasserwegigkeiten entstehen sollen, die die Porenwasserdrücke abbauen. Daraus folgt, dass die Methoden, die zur Verdichtung von grobkörnigen Böden zur Verfügung stehen, in feinkörnigen Böden unter Umständen nicht wirksam oder kontraproduktiv sind.
Breiige oder weiche bindige Böden sind wegen des hohen Wassergehaltes nicht effizient verdichtbar. Bindige Böden können durch Auflast / Entwässerung verdichtet werden, durch das Rüttelstopfverfahren oder durch Oberflächenverdichtung. Folglich kommen in der Regel für die Oberflächenverdichtung Vibrationsstampfer mit geringen Frequenzen zur Anwendung.
Grundsätzlich ist die Verdichtung für grobkörnige Böden (zumindest Sand) einsetzbar, während bei feinkörnigen Böden der Bodenaustausch vorgezogen wird.
Behandlungen von Böden mit Bindemitteln:
Mit Bindemitteln können grundsätzlich alle Bodentypen verbessert werden. Allerdings sind folgende Bodenarten wenig geeignet [2]:
- Ausgeprägt plastische Tone
- Böden mit Steinen: Zur Eignung dieser Böden ist eine Zerkleinerung notwendig
- Böden mit organischen Beimengungen
- Organogene Böden
Nicht geeignet sind Böden aus Steinen, die nicht zerkleinerbar sind und organische Böden.
Bodenverbesserung mit Bindemitteln:
Die Bodenverbesserung verbessert die Einbaufähigkeit und Verdichtbarkeit und trägt dadurch zur Verbesserung der Tragfähigkeit der obersten Schichten.
Anwendung: Nasse feinkörnige und gemischtkörnige Böden.
Methode: Beimischung hydraulischer Bindemittel (Kalk, Kalkhydrat, Zement).
Wirkung: Die Bindemittel bewirken eine schnelle Verbesserung der Einbaufähigkeit und Verdichtbarkeit des Bodens. Dadurch werden der Kornaufbau, der Wassergehalt, die Plastizität, das Quellvermögen, die Durchlässigkeit, die Scherfestigkeit und die Verdichtbarkeit verbessert.
Bodenverfestigung mit Bindemitteln:
Im Rahmen der Bodenverfestigung wird der Boden durch Zugabe von Bindemitteln dauerhaft tragfähig und frostbeständig gemacht. Der positive Effekt liegt darin begründet, dass der Boden dann teilweise als Frostschutzschicht gilt.
Methode: Beimischung hydraulischer Bindemittel (Kalk, Kalkhydrat, hydraulischer Kalk, Zement)
Wirkung: Dauerhafte Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Beanspruchung durch Verkehr und Klima durch Erhöhung der Tragfähigkeit, Wasserunempfindlichkeit und Frostbeständigkeit.
Zu unterscheiden ist zwischen Bodenverbesserung und Bodenverfestigung.
Bodenverbesserung durch Geokunststoffe:
Zu den Geokunststoffen gehören Geotextilien (Vliesstoffe, Gewebe, Maschenware), den Geotextilien verwandte Produkte (Geogitter, Geomatten, Geozellen), Geoverbundstoffe (Geogitter und Vlies sowie Dränmatten) sowie undurchlässige Produkte, nämlich Dichtungsbahnen.
Geokunststoffe bewirken die Flächenstabilisierung, das Bewehren von Dämmen und Böschungen, die Verwirklichung von Gründungspolstern und Erosionsschutz.
Im Bereich von Stützkonstruktionen besteht der Vorteil von Geokunststoffen darin, dass diese weitgehend setzungsunempflindlich sind.
Bodenaustausch:
Insofern Böden nicht verdichtbar und auch nicht anderweitig zu verbessern sind, werden diese im Bereich des Druckausbreitungsbereiches ausgekoffert und durch gut verdichtbares Bodenmaterial ersetzt. Als Austauschmaterial geeignet sind: Kiessand 0-30 (Gesteinskörnung), Schottergemisch 0-56, gebrochenes Steinmaterial 0-200 oder Unterbeton.
Ein Bodenaustausch kann teilweise oder vollständig erfolgen. Ein vollständiger Bodenaustausch sieht den Aushub des nicht geeigneten Bodens in voller Tiefe in der Fläche der Spannungsausbreitung vor.
Ein teilweiser Bodenaustausch wird bis zur rechnerisch erforderlichen Tiefe durchgeführt, in welcher die aus der Spannung erwartbaren Setzungen verträglich sind. Infolgedessen wird eine Polstergründung eingebracht. Zu prüfen ist dabei die Auswirkung des Wassers auf den Bodenpolster.
Die Polstergründung ist gut zu verdichten und erfolgt in der Regel lageweise. Durch ein Vlies oder eine filterstabile Schicht ist die Durchmischung des ursprünglichen Bodenmaterials mit dem Gründungskoffer zu verhindern. Grundsätzlich muss dabei das Grundwasser mindesten 0,5 Meter unter der tiefsten Aushubsohle liegen.
Zur zusätzlichen Verstärkung des Gründungskoffers werden Geogitterbewehrungen verwendet.
Literatur:
[1] Helmut Prinz und Roland Strauß: „Ingenieurgeologie“, Springer Spektrum, Berlin 2017
[2] Wolfgang Dachroth: „Handbuch der Baugeologie und Geotechnik“, Springer Verlag, Berlin 2017
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