DE2631745A1

DE2631745A1 - Verfahren zur bodenvernagelung

Info

Publication number: DE2631745A1
Application number: DE19762631745
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dr Ing Bauer; Gerd Prof Dr-Ing Gudehus; Manfred Dr Stocker
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1976-07-15
Publication date: 1978-01-26
Also published as: CH621173A5; GB1580142A; ES460724A1

Description

Die Erfindung hat ein Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit von gewachsenem Boden, insbesondere binodigem Boden zum Gegenstand, dessen Stabilität durch künstliche oder natürliche Eingriffe beeinträchtigt ist. Das Verfahren ist besonders zur Verbesserung des Baugrundes für flachgegründete Gebäude, Dammschüttungen, Strassenbauten sowie zur Sicherung von Böschungen und Baugrubenwänden geeignet.

Die mangelnde Stabilität gewachsenen Bodens beruht regelmässig auf zu geringer Kohäsion. Zur Verbesserung der Kohäsion sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, die - sofern sie überhaupt eine dauerhafte Verbesserung der Kohäsion gewährleisten - aufwendig und damit unwirtschaftlich sind. Eekannt sind Verfahren zur Bodenverfestigung mittels Injektion von erhärtenden Flüssigkeiten wie Betonmilch. Bodenverfestigungen durch Schotterpfähle, elektro-chemische und mechanische Verfahren sonstiger Art. Zur Sicherung von Böschungen und Baugrubenwänden sind Jnjektionszugverankerungsverfahren vielfältiger Art bekannt. Die bekanntesten Verfahren haben ferner den Nachteil, dass sie sich nicht gleichmässig für alle Bodenarten eignen.

709884/005 7

ORSGIMAL !M8PEGTED

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Kohäsionsverbesserung insbesondere bindiger Böden zu finden, das vielseitig anwendbar und wirtschaftlich ist.

Die Lösung der Aufgabe wird in einem Verfahren zum Vernageln des Bodens mit Bewehrungsstäben aus Stahl, Kunststoff oder dergleichen gesehen, die mittels Schlagen, Bohren, Rütteln, Spülen oder Drücken rasterförmig über die zu verbessernde Fläche verteilt in den bestehenden Zug-, Druck- und Scherrichtungen des Bodens entsprechenden Winkeln in den Boden eingebracht werden, wodurch planmässig durch den Haftungs- oder Verdübelungseffekt ein Verbundkörper mit erhöhter Schubsteifigkeit und Schubfestigkeit entsteht.

Die Bewehrungsstäbe sind vorzugsweise 3-15 Meter lang. Sie können aus Vollstäben, Rohren oder Profilen beliebiger Querschnitte bestehen, in rolligen Böden können die Bewehrungsstäbe zur Erhöhung der Reibung mit erhärtenden Baustoffen umgepresst werden. Ferner kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche gegen Feuchtigkeitseinflüsse und Verwitterung mit einer Schicht abzudecken. Diese kann aus Spritzbeton bestehen. Unter Umständen ist auch eine Vorspannung der Bewehrungsstäbe von Vorteil.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die nachstehenden Ausführungsbeispiele verwiesen.

Bei einem Boden mit überwiegender Festigkeit aus Reibung und Dilatanz, beispielsweise dichtem Kiessand mit schwachbindigen Anteilen, kommt es ähnlich wie bei Stahlbeton vorwiegend auf Haftverbund an. 709884/0057

-3-OR1G1NAU.1NSPECTED

--2Γ-

¹⁴ ■ ..331745

Die ilewehrungsstäbe müssen über ausreichende Mantelreibung und Eintragungslänge eine Haftkraft übernehmen, die der Zugfest!gkeit des Stabes entspricht. Zur Verwendung gefangen zweckmässig gerippte Stahlstäbe von ca 2 - 4 cm Durchmesser. Die Stäbe werden bei Längen bis zu ca 7 m mittels Druck und Erschütterung zusammen mit einem Schlauch eingetrieben und auf ganzer Länge mit Zement verpresst. Durch die Verpressung wird die Mantel reibung erhöht und ein Korrosionsschutz erreicht.

Für die Dimensionierung der Nägel und des Zementmantels wird zweckmässigerweise Von folgenden Formeln ausgegangen:

a) Ermittlung der Zugkraft:

^Z <_ TL da t T_m

b) Ermittlung der Festigkeit:

Dabei sind

y ~ Eintragungslänge
df= Durchmesser des Nagels
d_a= Durchmesser des Zementmantels Z = Zugkraft
T_m = Mantelreibung
■Tp = Festigkeit

Die Gruppenwirkung einer Anzahl von Nägeln richtet sich nach der Formel T_n = ^ Zj cos *j, wobei der Gleitfugenwiderstand sich aus dem Widerstand des Nagels T_n und des Hodens T^, zusammensetzt. Der Bodenwiderstand T^r ist = ei'+ N tan 0. O^ist der Winkel der Gleitfuge gegenüber der Horizontalen.

709884/0057

ORIG-if-:AL INSPECTED : ■ ·■-. -

-4-

Bei einem Boden mit überwiegender i-estigkeit aus un— drainierter Kohäsion und sehr geringer rieibung (z.B. steifplastischer· Seeton) hat die Bewehrung vor allem eine Dübelwirkung. Durch genügende Breite des Querschnitts und ausreichende Abtragungslänge ist ein seitliches Durchpflügen der Stäbe zu verhindern. Der Querkraftbeanspruchung hat der Bewehrungsstab eine ausreichende Schub- und Eiegefestigkeit entgegenzusetzen. Eine technisch und wirtschaftlich optimale Verdübelung wird mit Stäben erzielt, die bei der Verformung des umgebenden Lodens mit plastifiziert werden. Zur Au sführung eignen sich dünnwandige, breite Stahlprofile, die mittels Druck und Erschütterung eingetrieben werden. Die Ausführungslänge ist grundsätzlich nicht beschränkt, praktisch kommen jedoch Bangen von ca 5 - 1ij m in Frage. Die Querschnittsbreite liegt zwischen ca 2L und 50 cm. Der satte Abschluss der Stäbe in den gewachsenen Eoden bietet ausserdem einen Korrosionsschutz.

Für die Dimensionierung der Nägel, die zur Verdübelung dienen, wird zweckmässigerweise von folgenden Formeln ausgegangen:

a) Ermittlung des Durchpflügewiderstandes:

Q ^'<■·;, 14. Jc_n C-

b) Ermittlung des Knickwiderstades:

Q — V 2. 10 dc_n ivlp '
Dabei sind

£ = Eintragungslänge
d -Querschnittsbreite
Q = Dübelquerkraft
M = Biegemoment
c_n = Kohäsion
Mp = Fliessmoment

7098B4/0057

BAD ORIGINAL

531745

Der Gleitfugen widerstand T, der sich aus dem Eodenanteil Γ ^ = c · und dem Nagelanteil T^i errechnet, ergibt einen Nagelanteil von T[\] = 5Γ Qi sin°£;, wobei :L· der Winkel gegenüber der Horizontalen ist.

Bei fviischböden, deren Festigkeit zu etwa gleichen Teilen auf Reibung und Kohäsion beruht, ist die kombinierte Wirkung von Verdübelung und Haftung anzustreben. Die kombinierte Dimensionierung ist dann durch Kombination der Verfahren iterativ einem Optimum anzunähern. Zur Ausführung eignen sich Rohrquerschnitte von ca 5 - 20 cm Q und bis zu ca 20 m Länge, je nach Dilatanz des Bodens mit ode¹" ohne Zementverpressung.

Diejenige Oberfläche, an welcher die Vernagelung austritt, bedarf einer gesonderten Befestigung je nach dem Überwiegen von Zughaftung oder Schubverdübelung.

Ein überwiegend rolliger oder stark überkonsolidiert bindiger Eoden erhält zweckmässigerweise eine wenige Zentimeter dicke Schale, auf der Eelastungsteller zur Übertragung der Nagelkräfte aufliegen. Die Schale dient vor allem der Versiegelung des Erdreichs gegen Verwitterung und Verminderung der Kohäsion. Sofern Sickerwasser vorhanden ist, sind hinter der Schale flache Drainagestränge anzuordnen. Die Teller sind gegen Einstanzen in den Eoden zu bemessen und zur Herstellung eines kraftschlüssigen Verbundes zumindest leicht anzupassen. Als Werkstoff für die Schale ist Spritzbeton vorzusehen, grundsätzlich kommen aber auch andere Werkstoffe infrage. Die Teller sind zweckmässig vorgefertigt aus Stahl und Beton.

709884/0057 -6-

BAD ORIGINAL

--er-

Ein überwiegend kohäsiver Eoden erfordert an der Austrittsfläche der Vernagelung eine schubsteife Scheibe. Entsprechend ihrem Material ist die Dicke der Scheibe so zu wählen, dass die gekennzeichneten Verdübelungsbedingungen eingehalten sind. Je nach der Überbauung ist diese Scheibe aus Eeton oder verdichtetem Erdreich auszuführen. Bei der Überschüttung mit einem Damm nimmt auf diese Weise die Eodenvernagelung zugleich den für den Untergrund u.U. nicht tragbaren Spreizschub auf.

Die Eodennägel sind in einem räumlichen Raster derart im Baugrund anzuordnen, dass die globale Standsicherheit und Steifigkeit in erforderlichem Maße erzielt werden. Eei den entsprechenden Nachweisen sind für den vernagelten Eereich des Baugrundes entsprechend dem gewählten Schema die erhöhten Festickeits- und Steifigkeitswerte anzusetzen. Bei der Vernagelung wird die Bewehrung je nach überwiegender Haftung oder überwiegender Verdübelung dimensioniert. Eei gemischten Festigkeits- und Eeanspruchungsbedingungen ergeben sich sinngemäss Zwischenlösungen für Nachweis und Ausführung.

Ein Erdkörper mit Zugbewehrung muss für alle kinematisch möglichen Cruchmechanismen mit Gleitfugen durch den unbewehrten und bewehrten Bereich eine ausreichende Standsicherheit aufweisen. Bei Gleitfugen im bewehrten Bereich kommt die fugenparallele Komponente der Zugkräfte aus Bewehrung zur Schubkraft aus Bodenfestigkeit hinzu. Eei bezüglich Standsicherheit ausreichender Vernagelung erhöht sich die Schubsteifigkeit bis auf den doppelten Wert des vernagelten Bodens. Eine Vorspannung würde die

709884/0057 -^?-

ORlGlNAL INSPECTED

Steifigkeit nur unwesentlich erhöhen und braucht daher nicht angesetzt zu werden. Bei Abmessungen für Bodennägel von 3 - 15 m Länge erweist sich ein Rasterabstand von ca 0, 75 - 1,5 m als zweckmässig.

Entsprechend sind für den Standsicherheitsnachweis überwiegend kohäsiver Böden für Gleitfugen durch den Vernagelungsbereich die Schubkräfte zusätzlich zum Schubwiderstand aus Eodenfestigkeit anzusetzen. Die Schubsteifigkeit kann ebenfalls etwa bis auf das Doppelte gesteigert werden, was vor allem eine gleichmässigere Setzungsmulde zur Folge hat.

Zur Vernagelung einer 10 m tiefen Baugrube in schluffigem

-den Kiessand leichter Lagerung zur vorübergehen*/ Sicherung

ist mithin wie folgt zu verfahren:

- Bodennägel aus geripptem Stahl 0 28 mm, Rasterabstand 1,3 m, Länge 5 - 6 m;

- Spritzbetonschale, 5 cm dick mit Bewehrungsmatte Q 131, i η Aushubabschnitten von T, 3 m - 2, 6 m Tiefe und 10 - 15 m Länge;

- Stahl te 11 er 0 15 cm mit Gewindemuttern mit ca 4 Mp angespannt;

- Verpresskörper, mittlererf Durchmesser 10 cm aus Zementmilch.

Bei einer Untergrundvernagel ung für den Damm einer Strasse oder Eisenbahn dient die Vernagelung dazu, die Setzungen auf dem Damm zu vermindern und zu vergleichmässigen sowie die Umgebung vor seitlichen Bewegungen des Untergrundes zu schützen. Die Vernagelung besteht dementsprechend aus Bodennägeln, Spundwandprofil HL 1, Tiefe 6 - 8 m, Rasterabstand 2 m für eine verdichtete Dammschüttung aus rolligem Material bis 5 m Höhe.

709884/0057

Claims

KARL BAUER Spezialtiefbau

GmbH & Co KG
Schrobenhausen/Obb

Patentansprüche

( 1.) Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit von gewachsenem Boden, dadurch gekennzeichnet, dass Eewehrungsstabe durch Schlagen, Eohren, Rütteln, Spülen oder Drücken rasterförmig über die zu verbessernde Bodenschicht verteilt in den bestehenden Zug-, Druck- und Scherrichtungen des Bodens entsprechenden Winkeln in den Eoden eingebracht werden.
2. Verfahren gemäss A. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsstäbe aus Stahl bestehen.
3. Verfahren gemäss A. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsstäbe 3-15 Meter lang sind.
4. Verfahren gemäss A. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eewehrungsstabe profiliert sind.
5. Verfahren gemäss A. 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei senkrechten oder steil geneigten Erdkörpern die Oberfläche durch eine Schutzhaut, bestehend aus Spritzbeton, dünnwandigen Blechen, Fertigbetonteilen oder ähnlichem qeschützt wird und die Schutzhaut mit den Bewehrungsstäben form- und kraftschlüssig verbunden wird.

709884/0057