DE4429052A1 - Verfahren zur Bodenstabilisierung im Unterbau von Gleisfahrbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Es ist dem Fachmann bekannt, daß sogenannte "unruhige Gleisstränge", das sind Gleis-Denivellierun­ gen, die vom Meßwagen der Bahn feststellbar sind, in vielen Fällen ein Indiz für das Vorliegen von unterhalb des Gleisunterbaus im Boden inselartig vorhandener Auf­ weichzonen sind, das heißt wassergesättigter, pla­ stisch verformbarer Bodenzonen, welche ihre ursprüng­ liche Tragfähigkeit verloren haben und auch als "Ton­ linsen" bezeichnet werden. Werden diese Zonen vermin­ derter Tragfähigkeit nicht saniert, so bilden sich im Gleisbereich ungleichmäßige, das heißt lokal zen­ trierte Verformungen, was den Bahnbetrieb schwer beein­ trächtigen kann.

Zum Begriff der "Verformung" sei in diesem Zusam­ menhang erwähnt, daß eine leichte Verformung aufgrund der natürlichen Formbarkeit des Bodenmaterials prak­ tisch immer gegeben ist und auch in gewissen Grenzen akzeptiert wird. Gefährlich sind dagegen diejenigen Sackungen und sonstigen Niveausenkungen, welche an lo­ kal eng begrenzten Stellen - nämlich oberhalb der oben erwähnten Aufweichzonen - auftreten. Es ist dies auch der Grund dafür, daß diese Aufweichzonen, wie die Er­ fahrung gezeigt hat, nicht einfach durch Einspritzen oder Einpressen eines harten bzw. aushärtenden Mate­ rials (Beton, Schotter, Kies etc.) saniert werden können, da sich dann an den betreffenden Stellen des Gleisunterbaus stabile Festkörper bilden, die nun im direkten Gegensatz zur Aufweichzone ein hartes Auflager darstellen, wobei andererseits die Gefahr besteht, daß diese harten Inseln aufgrund der dynamischen Einwirkun­ gen aus dem Zugverkehr unkontrolliert "wandern".

Es gibt ja bekanntlich zahlreiche Vorschläge, um derartige grundbautechnische Probleme einer dauerhaften Lösung zuzuführen. So wird in der "Eisenbahntechnischen Rundschau", Heft 6, 1958, das Einrammen von Kiespfählen als günstige Lösung zur Verdichtung des Untergrundes empfohlen. In einem im August 1980 erschienenen Artikel von Dr. Ing. Josef Brauns, "Untergrundverbesserung mittels Sandpfählen oder Schottersäulen" wird ebenfalls das Einrütteln und Einrammen von harten Materialsäulen empfohlen. Auch ist der Injektionspfahl schon vielfach angewendet worden.

Allen diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß von außen eine pfahlartige, harte Materialsäule in den Untergrund eingetrieben wird, die zwar dazu dienen kann, Kräfte von außen oder vom oberen Erdbe­ reich in tiefere Bodenschichten abzuleiten, die sich aber erfahrungsgemäß nicht dazu eignet, die Tragfähig­ keit geschwächter, aufgeweichter Bodeninseln derjenigen des umgebenden Erdreichs anzugleichen. Genau dies ist aber das Problem, das aufgrund neuester Erkenntnisse im Hinblick auf eine dauerhafte Sanierung der genannten Tonlinsen gelöst werden muß.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein Verfahren der eingangs definierten Art vorzu­ schlagen, das es auf umkomplizierte Weise und unter Einsatz vorhandenen Materials gestattet, derartige im Unterbau von Gleisanlagen lokalisierte Zonen reduzier­ ter Tragfähigkeit dauerhaft zu sanieren, wobei unter "Sanierung" nun nicht eine beliebige lokale Verhärtung, sondern die von einem Meßverfahren begleitete Anglei­ chung an die Trageigenschaften des umgebenden, tragfä­ higen Erdreichs verstanden wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das im kennzeich­ nenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs definierte Verfahren.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung ist eine verein­ fachte Darstellung eines zur Sichtbarmachung bestehen­ der Aufweichzonen aufgeschnittenen Gleisunterbaus.

Die dargestellte Gleisanlage zeigt in üblicher Weise den Gleisfahrbahn-Oberbau I und den dazugehörigen Unterbau II. Der Oberbau I umfaßt seinerseits die auf Schwellen 1 ruhenden Schienen 2 und die im allgemeinen aus Schotter bestehende Bettung 3. Dieser Oberbau stützt sich auf den geschütteten oder natürlichen Un­ tergrund des Gleisfahrbahn-Unterbaus II.

Innerhalb des unterhalb der Gleisstrecke befind­ lichen Erdreichs sind zwei mit A, B bezeichnete Tonlin­ sen bzw. Aufweichzonen, das heißt lokal begrenzte Bodenzonen geringer Tragfähigkeit, im Schnitt angedeu­ tet. Die genaue Lage derartiger Aufweichzonen läßt sich zunächst durch die Beobachtung der bereits ein­ gangs erwähnten "unruhigen Gleislage" annähernd fest­ stellen und dann, falls noch erforderlich, durch die den Meßwagen des Bahnpersonals zur Verfügung stehenden Sondierungsvorrichtungen präzisieren.

Um nun die Konsistenz, das heißt den Wasserge­ halt, die spezifische Dichte und damit die Druckbelast­ barkeit der geschwächten Bodenzonen derjenigen des tragfähigen, umgebenden Erdreichs anzupassen, wird zu­ nächst mittels eines schematisch angedeuteten Stempels 4, der durch einen Bagger hydraulisch betätigbar sein kann, das im Bereich E befindliche Erdreich, das zwi­ schen Aufweichzone A, B und Dammaußenseite die gering­ ste Entfernung (Dicke noch tragfähigen Materials) be­ sitzt, mit aufeinanderfolgenden Schlägen so bearbeitet, daß das tragfähige Material E als Druckübertragungsme­ dium dient und sich der aufgebrachte Druck über dassel­ be auf das stärker wasserhaltige Material der Aufweich­ zonen A bzw. B überträgt. Gleichzeitig bzw. zwischen den einzelnen Schlägen werden Rammsonden R von außen bis in die Aufweichzonen A, B vorgetrieben und ver­ merkt, wie sich die Schlagfrequenz für Erzielung einer bestimmten Eindringtiefe in den Aufweichzonen A, B ge­ genüber dem tragfähigen, darüber liegenden Erdreich verändert, das heißt reduziert. Die Schlagbearbeitung mittels der Stempel 4 kann nun einerseits fortgesetzt werden, bis eine wiederholte Rammsondierung, die mit der gleichen oder einer neuen Rammsonde erfolgt, die Angleichung der Tragfähigkeit der Aufweichzonen A, B an diejenige des belastbaren umgebenden Erdreichs anzeigt.

In vielen Fällen mag es, je nach Art und Zusam­ mensetzung des Dammaterials, genügen, die Konsolidie­ rung nur durch aufeinanderfolgende Schläge bei gleich­ zeitiger Rammsondierung durchzuführen. Durch Versuche konnte allerdings festgestellt werden, daß eine länger - beispielsweise über mehrere Stunden, eventuell auch Tage - anhaltende Aufrechterhaltung des vom Stempel 4 ausgeübten Druckes erst die gewünschte dauerhafte Trag­ fähigkeitsangleichung gewährleistet.

Je nach Mächtigkeit der Aufweichzone kann dieser Vorgang von verschiedenen Ansatzpunkten her wiederholt werden, bis der Widerstand im Aufweichzonenbereich dem des umgebenden tragfähigen Bodenmaterials mindestens annähernd entspricht.

Auch kann es von Vorteil sein, eine Aufweichzone A, B einerseits mittels einer ersten Schlagvorrichtung intermittierend zu bearbeiten, während sie andererseits durch eine zweite Schlagvorrichtung unter einem unter dem Schlagdruck liegenden Dauerdruck gehalten wird. Das beim Schlagvorgang in die Umgebung verdrängte Poren­ wasser hat bei dieser Verfahrensvariante nicht mehr die Möglichkeit, in den Schlagintervallen in die Aufweich­ zonen zurückzuströmen.

Da die Entwässerung der Aufweichzonen einen wich­ tigen Aspekt der Konsolidierung darstellt und das beim Schlagvorgang verdrängte Wasser keinesfalls an Ort und Stelle verbleiben darf, werden Drainagerohre 5 von außen bis in die Aufweichzonen A, B eingetrieben, die vorzugsweise nach außen geneigt sind, gegebenenfalls aber auch an eine Unterdruckvorrichtung zwecks Zwangs­ absaugung angeschlossen sein können.

Die sich beim Schlagvorgang zwangsläufig bildende Vertiefung kann mit zusätzlichem Druckübertragungsmate­ rial wie Metall- bzw. Mineralwolle oder Bindemittel (Kalk) nachgefüllt werden. Zur Volumenausfüllung wird vorzugsweise ein praktisch trockenes Granulat, insbe­ sondere Sand, Kies oder Schotter, verwendet. Anstelle der vorzugsweise eingesetzten Rammsondierung kann der Fachmann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch andere, ihm bekannte Sondierungsmethoden verwen­ den.

Claims (7)

1. Verfahren zur Konsolidierung wassergesättig­ ter, plastisch verformbarer Bodenzonen, die inselartig im tragfähigen, festen Unterbau einer Gleisfahrbahn eingebettet sind, wobei die Tragfähigkeit, das heißt Druckbelastbarkeit der betreffenden Bodenzone derjeni­ gen des dieselbe umgebenden Erdreichs mindestens annä­ hernd angeglichen wird, insbesondere ohne die letztere wesentlich zu überschreiten, dadurch gekennzeichnet, daß das tragfähige Bodenmaterial, das die zu stabili­ sierende Bodenzone umschließt, durch von außen mit­ tels einer Schlagvorrichtung auf dieselbe aufgebrachten Druck unter Verdrängung des darin enthaltenen Porenwas­ sers gepreßt wird, wobei sich das im Bereich der Druckausbreitung befindliche ungenügend tragfähige Bo­ denmaterial bleibend entwässert und verfestigt, und gleichzeitig bzw. in Arbeitspausen der Schlagvorrich­ tung von außen, durch den tragfähigen Boden des Gleis­ unterbaus bis in die zu stabilisierende Bodenzone, eine oder mehrere Sondierungen, z. B. Rammsondierungen, ausge­ führt werden und die Arbeit der Schlagvorrichtung ein­ gestellt wird, sobald die Sondierungen eine Bodendruck­ festigkeit in den zu stabilisierenden Bodenzonen an­ zeigen, die der Druckfestigkeit des umgebenden tragfä­ higen Bodenmaterials annähernd entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bearbeitung des Erdreichs mittels der Schlagvorrichtung je nach Mächtigkeit der Aufweich­ zone von verschiedenen Ansatzpunkten her wiederholt wird, bis der Widerstand im Aufweichzonenbereich dem des umgebenden tragfähigen Bodenmaterials entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem als Druckübertragungsmedium die­ nenden tragfähigen Bodenmaterial im Bereich der sich unter der Einwirkung der Schlagvorrichtung bildenden Vertiefung Fremdmaterial, zum Beispiel Metall- bzw. Mi­ neralwolle oder Bindemittel,wie beispielsweise Kalk, zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem als Druckübertragungsmedium dienen­ den tragfähigen Bodenmaterial im Bereich der sich unter der Einwirkung der Schlagvorrichtung bildenden Vertie­ fung ein praktisch trockenes Granulat, insbesondere Sand, Kies oder Schotter zur Volumenausfüllung zuge­ setzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Bodenmaterial mittels der Schlagvorrichtung aufgebrachte Druck über eine bestimmte Zeitspanne, beispielsweise mehrere Stun­ den, gehalten wird, indem das Arbeitsorgan der Schlag­ vorrichtung unmittelbar nach Ausführung eines Schlags nicht zurückgezogen und der auf dasselbe wirkende Me­ diumdruck aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während der mit­ tels der Schlagvorrichtung erfolgenden Konsolidierung in die erwähnte, zu konsolidierende Bodenzone ein Drai­ nagerohr, vorzugsweise in nach außen geneigter Lage, eingebracht wird, um das während der Konsolidierung frei werdende Porenwasser nach außen abzuleiten.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein und dieselbe Aufweich­ zone einerseits einer intermittierenden Schlagbearbei­ tung unterworfen und anderseits gleichzeitig, mittels einer zweiten Schlagvorrichtung, im Erdreich ein Ent­ wässerungsdruck aufrechterhalten wird, um in den Schlagintervallen das Rückströmen des in das umgebende Erdreich verdrängten Porenwassers zu verhindern.