Kombination von bewehrten Kies-/Schottertragschichten mit dem CSV-Verfahren
Auf Grund der stetig knapper werdenden Platzverhältnisse werden auch auf Grundstücken mit sehr schlechten Bodenverhältnissen zunehmend Bauvorhaben realisiert, bei denen Bodenverbesserungsmaßnahmen, z.B. Tragelemente des Spezialtiefbaus, ausgeführt werden müssen. Problematisch ist hierbei die Befahrbarkeit des Geländes mit den erforderlichen Baufahrzeugen, um die Tragelemente herzustellen. Durch die Verlegung von Geokunststoffen, insbesondere von biaxial gestreckten Geogittern, zusammen mit einer Schüttlage aus Kies, Schotter oder Recyclingmaterial, wird die Befahrbarkeit auf einer Arbeitsplattform über den wenig tragfähigen Untergrund erreicht.
Bei der nachfolgenden Herstellung von Tragelementen ist es erforderlich, die zuvor verlegten Geokunststoffe zu durchdringen. Um einen Nachweis für die Durchführbarkeit bei biaxial gestreckten Tensar Geogitter durchzuführen, sind im Rahmen eines Bauvorhabens in Dorfen (Landkreis Erding) Probefelder errichtet worden. Die Zielsetzung dieser Probefelder war, die Herstellung von CSV-Säulen durch ein biaxial gestrecktes Tensar Geogitter hindurch und den Verbund zwischen CSV-Säule mit dem Geogitter zu prüfen. Weiterhin sollte die Gewölbewirkung innerhalb einer Tensar-Lastübertragungsmatratze oberhalb von CSV-Säulen untersucht werden.
Im Baugebiet Dorfen wurden zur Gründung von zwei Verbrauchermärkten CSV-Säulen hergestellt. Wegen der schlechten Untergrundverhältnisse wurden beim Bau des Gewerbe- sowie des Wohngebietes biaxial gestreckte Tensar Geogitter zur Bewehrung des Straßen- und Parkflächenunterbaus sowie zur Kanalgründung eingesetzt.
Erforderlich wurden die Gründungsmaßnahmen mit dem CSV-Verfahren und die Stabilisierung der ungebundenen mineralischen Tragschichten mit den biaxial gestreckten Geogittern durch die Lage des Baugebietes im Tal des Flusses Isen. Durch dessen Eintiefung kam es zu Umlagerungen der anstehenden feinkörnigen Böden und zur Bildung von Torfen in ehemaligen Teilarmen des Flusses, die innerhalb der humosen, tonigen Schluffe in verschiedenen Tiefen und Mächtigkeiten auftreten.
Bereits seit 1988 werden biaxial gestreckte Tensar Geogitter erfolgreich eingesetzt, um Lasten über eine Tragschicht aus rolligem Boden auf Pfähle oder Rüttelstopfsäulen, die in den tragfähigen Untergrund einbinden, zu übertragen.
Abbildung 1: Detailansicht zur Herstellung der CSV-Säulen (Photo: S. Eberlein)
Beim CSV-Verfahren (Combined Soil Stabilization with Vertical Columns) handelt es sich um eine Bodenverbesserung mit Kalk-/Zement-/Sandsäulen. Ein spezieller Bohrkopf bringt eine Trockenmischung aus Sand und Zement bzw. Kalk in gering tragfähigen, bindigen Boden ein, wodurch Säulen mit einem Durchmesser von 10 bis 20 cm hergestellt werden (Abbildung 1).
Es wurden zwei Versuchsfelder mit der Kombination, bestehend aus biaxial gestreckten Tensar Geogittern (Typ SS30 und SSLA30) mit einem Straßenbauvliesstoff, mit gleichen Zugfestigkeiten der Geogitter, jedoch mit unterschiedlichen Öffnungsweiten der Geogitter, hergestellt. Beide Probefelder wurden mit einem Recyclingmaterial der Körnung 0/100 mm überschüttet und mit einer schweren Rüttelplatte verdichtet. Auf der so hergestellten Arbeitsebene wurden die CSV-Säulen mit einem Abstand von 1,30 m, bestehend aus einem Gemisch aus 75% Sand und 25% Portlandzement PZ 35, eingebaut. Insbesondere im Niveau des Säulenkopfes wurde bis in eine Tiefe von 0,30 m das Stabilisierungsmaterial „gestopft“, um eine gute Verbindung mit den Geogittern zu erreichen. Anschließend wurden Teilflächen der Versuchsfelder mit einer 0,40 m sowie mit einer 0,65 m dicken, zusätzlichen Lage aus Recyclingmaterial der Körnung 0/100 mm hergestellt. Die anschließend durchgeführten Lastplattendruckversuche zeigten einen direkten Zusammenhang zwischen der zunehmenden Schüttdicke und einem höheren Verformungsmodul Ev2.
Abbildung 2: Detailansicht CSV-Säule mit Geogitter (Photo: S. Eberlein)
Abbildung 3: Ausgegrabene CSV-Säulen mit Geogitter (Photo: S. Eberlein)
Im Zuge der weiteren Untersuchungen wurden die CSV-Säulenköpfe freigelegt, die Oberfläche der Geogitter eingemessen und intensiv visuell begutachtet (vgl. Abbildung 2 und 3). Die visuelle Einbindung der Geokunststoffe lag zwischen 50 und 100%. Nachfolgend wurden die Verbundstoffe in der Mitte zwischen den Säulen durchtrennt und mit den CSV-Säulen zur weiteren Untersuchung ins Labor der Landesgewerbeanstalt Bayern (LGA) gebracht. Hier wurde der Herausziehwiderstand an 20 cm breiten Streifen der Geogitter bestimmt (Abbildung 4).
Abbildung 4: Darstellung des Herausziehversuches (Photo: S. Eberlein)
In einem zweiten Untersuchungsschritt wurden die Verformungen und die Erddrücke in einer bewehrten Tragschicht mit CSV-Säulen gemessen. Hierzu wurde ein weiteres Probefeld mit einem Kombinationsprodukt Tensar SS30-G und einer 25 cm mächtigen Schicht aus Recyclingmaterial (Körnung 0/100 mm), einer zweiten Lage Geogitter (Tensar SS20) sowie einer 25 cm dicken Frostschutzschicht aus Kies der Körnung 0/32 mm angelegt (geogitterbewehrte Lastübertragungsmatratze). Die CSV-Säulen wurden nach der Schüttung einer 20 cm dicken Arbeitsebene des Recyclingmaterials wie bei den zuvor angelegten Probefeldern hergestellt. Um die Gewölbewirkung dieses Aufbaus zu belegen, wurden auf dem Erdplanum (mittig zwischen CSV-Säulen unter- und oberhalb des Tensar Geogitters SS30-G) und jeweils auf CSV-Säulen Setzungsmessplatten und Erddruckmessdosen angeordnet.
Nach der Herstellung dieser bewehrten Lastübertragungsmatratze erfolgte eine Ballastierung mit 1,50 m Frostschutzkies (in drei Schüttlagen), der anschließend auf 75 cm zurückgebaut und abschließend mittels einer schweren Rüttelplatte verdichtet wurde (vgl. Abbildung 5).
Die Ergebnisse der Erddruckmessungen zeigten, dass eine Belastung der Säulenzwischenräume zu einer deutlichen Erhöhung der naheliegenden Erddruckmessdosen auf den CSV-Säulen führt. Dies bedeutet, dass die CSV-Säulen auf Grund ihrer Steifigkeit als lastanziehendes Element wirken. Das biaxial gestreckte Geogitter wirkt ebenfalls bei dem Tragsystem entscheidend mit. Da sich die Erddrücke unterhalb des Geogitters zwischen den Säulen jedoch nur in sehr geringem Maße erhöhen, kann davon ausgegangen werden, dass durch die Ausbildung eines Gewölbes in der Tragschicht eine Lasteintragung in die Säulen erfolgt.
Die Auswertung der Setzungsmessungen ergab eine sehr große Abweichung der gemessenen Setzungen der CSV-Säulen von ca. 5 mm im Vergleich zu den sich aus der Kraft des Bodengewichtes auf die CSV-Säulenköpfe ergebenden rechnerischen Setzungen von nur 0,1 mm. Dies bestätigt die Annahme, dass eine zusätzliche Lasteintragung über das Kombinationsprodukt SS30-G und/oder die geogitterbewehrte Lastübertragungsmatratze in die CSV-Säule erfolgt.
Abbildung 5: Herstellung des zweiten Probefeldes (Photo: S. Eberlein)
Die durchgeführten Untersuchungen zeigen die folgenden Ergebnisse:
- Ein Verbund zwischen den vertikalen CSV-Säulen und dem horizontal verlegten biaxial gestreckten Geogitter, ohne Tragfähigkeitsverlust der CSV-Säulen, konnte bestätigt werden.
- Die Messergebnisse zeigen auf Grund der geringen Vertikalspannungen zwischen den CSV-Säulen im Vergleich zu den deutlich höheren Vertikalspannungen oberhalb der Säulen eindeutig die Ausbildung eines Traggewölbes innerhalb der Lastübertragungsmatratze.
- Durch die bewehrte Tragschicht wird eine hervorragende Lastverteilung sowie ein zusätzlicher Lasteintrag in die CSV-Säulen erreicht.
Untersuchung:
EGT Eberlein Geotechnik
Dipl.-Geol. S. Eberlein
Brennereiweg 2
D-83043 Bad Aibling
Tel.: 08061/9369033
E-Mail: eberlein@eberlein-consulting.com
Geogitterhersteller:
Tensar International GmbH
Brühler Straße 9
D-53119 Bonn
Tel.: +49 (0) 228/913 92-0
Fax.: +49 (0) 228/913 92-11
E-Mail: info@tensar.de
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