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Verfahren zur Verbesserung der Tragfähigkeit natürlicher Bodenschichten
und künstlicher Aufschüttungen durch Einbringen tragfähigen Materials unter Rütteln
Die Erfindung bezieht sich auf die Baugrundverbesserung für Gründungen, wobei zur
Erhöhung der Tragfähigkeit natürlicher Bodenschichten oder von künstlichen Aufschüttungen
tragfähiges Material, wie z. B. Steine, in das für sich nicht tragfähige Bodenmaterial
eingebracht werden.
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Zu den ältesten Gründungsmethoden gehört die Entfernung nicht tragfähiger
Schichten, wie Ton, Schlamm oder Moorboden, durch Aushub und der Ersatz durch tragfähiges
Material, z. B. durch Sand oder Kies, und gegebenenfalls eine zusätzliche Verdichtung
oder der Zusatz von Magerbeton. In vielen Fällen ist dieses Vorgehen nicht wirtschaftlich,
besonders dann, wenn eine teure Aussteifung der Baugrube mit zeitweise zusätzlicher
Wasserhaltung erforderlich ist.
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Eine andere Methode zur Verbesserung der Tragfähigkeit besteht darin,
die nicht tragfähigen Schichten derart zum Ausweichen zu bringen, daß auf diese
aufgelagerte Block- oder Kiesschüttungen zum Ab-
sinken gebracht werden, und
zwar aus der Überlegung, daß durch eine in den nicht tragfähigen Boden eingebrachte
Sprengladung das Gefüge dieser Schichten zerstört wird, die auflastende Schüttung
dabei leicht angehoben wird und durch die Wucht ihrer Last die nicht tragfähige
Schicht nach den Seiten ausfließen und ausweichen läßt (Moorbodensprengung). Die
Kosten eines solchen Verfahrens stellen sich zwar
meist noch geringer
als die Hälfte deZ Kosten für einen Vollaushub der vorerwähnten Art, dagegen besteht
aber bei der Sprengmetho& keine sichere Gewähr dafür, daß der weiche, nicht
tragfähige Boden in seinem gesamten Bereich entfernt wird, vor allem ist mit späteren
Setzungen im eingebrachten Boden zu rechnen ' da dieser keine Verdichtungsbehandlung
erfahren hat.
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Bekannt sind ferner Verfahren, um weiche Baugrundschichten durch Einrammen
von Schotter und Kies zu verbessern. Um hierbei ein seitliches Abfließen der eingebrachten
Massen zu vermeiden, sind Spundwände erforderlich, die zuvor zur Begrenzung der
zu verbessernden Schichten eingebracht werden müssen; außerdem ist die Tiefenwirkung
der Rammarbeit sehr beschränkt.
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Nach einem bekannten Verfahren dient die Einbringung tragfähigen Materials
beispielsweise zur Verbesserung der Tragfähigkeit des Bodens im Bereich des unteren
Endes von Vortreibrohren für Betonpfähle, wobei das tragfähige Material durch kräftige
Rammschläge eines geschlossenen Rammbären eingebracht und das zu verbessernde Bodenmaterial
zusammengedrückt oder seitlich verdrängt wird.
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Nach einem anderen bekannten Verfahren bedient man sich einer Oberflächenverdichtung
durch eine Rüttelmaschine, deren Belastung und Schwingungszahl auf die Bodenart
abgestimmt ist, in einem weiteren Fall einer Vorbelastungsbehandlung ohne Schwingungen.
In diesen Fällen wird jedoch keine ausreichende Tiefenwirkung erzielt, so daß sie
in der Regel nur zur Verbesserung schlechten Baugrundes geringer Mächtigkeit in
Betracht kommen und bei Böden mit thixotropen Eigenschaften, z. B. Tonböden, als
für die Praxis nicht brauchbar angesehen wurden und selbst bei der Möglichkeit eines
Herabbringens der Schüttung auf größere Tiefe noch Setzungen zu erwarten sind.
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Der Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Baugrundverbesserung durch Einbringen tragfähigen Materials in nicht tragfähigen
gewachsenen oder aufgeschütteten Boden zu schaffen, das die genannten Nachteile
nicht aufweist. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
zum Einrütteln des als einmalige Schüttung oder in mehreren Lagen aufgebrachten
tragfähigen Materials bis zur Bildung eines in die gewünschte Tiefe reichenden tragfähigen
Skeletts Rüttelelemente verwendet werden, die infolge ihrer Ausbildung als Lochplatten,
Roste od. dgl. ein Hindurchtreten des nicht als Füllmaterial benötigten Anteiles
des nicht tragfähigen gewachsenen oder aufgeschütteten Bodens nach oben zulassen.
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Nach einem älteren Vorschlag werden zwar ebenfalls Steine, insbesondere
Grobsteine, in eine Bodenschüttung eingerüttelt, wobei diese durch die Zwischenräume
des#eingeschütteten. Materials nach oben treten soll und wobei man derart vorgehen
kann, daß sich in der Schüttung ein Steinskelett dichtester Lagerung bildet, jedoch
handelt es sich hierbei hinsichtlich der andersartigen Masse, in welche die Steine
eingerüttelt werden, um ein dichtendes Material, da sich dieser Vorschlag auf die
Herstellung von Dichtungseinbauten richtet und nicht auf die Baugrundverbesserung
natürlicher Bodenschichten, die sich nicht auf bindige Böden beschränkt, bei denen
eine Dichtungswirkung nicht die entscheidende Rolle spielt. Vor allem aber wird
bei dem vorliegenden Verfahren zur Baugrundverbesserung durch die Anwendung von
Rüttelelementen mit lotrechten Durchtrittsöffnungen, z. B. in Gestalt von Lochplatten
oder Rosten, ein Einbringen des tragfähigen Materials auf größere Tiefen ermöglicht,
als es sich bei Verwendung von Stampfern, Walzen oder auch durch ein Rütteln mittels
Oberflächenrüttlern erreichen läßt, weil nämlich das nicht tragfähige Material dabei
nicht zusammengedrückt wird und Widerstand leisten kann, sondern nach oben ausweichen
kann. Der durch das Rütteln geänderte Festigkeitszustand des nicht tragfähigen Bodens
wird damit für das ungehemmte Abwandern nach oben ausgenutzt, und durch Nachfüllen
von Steinen oder ein verhältnismäßig einfaches Entfernen kann es oberhalb der gelochten
Elemente unschädlich gemacht werden. Der Vorgang unterscheidet sich damit auch wesentlich
von den unter dem Begriff »Rütteldruckverfahren« bekannten Arbeitsmethoden, bei
denen zwar auch zusätzliches Bodenmaterial oder verfestigbare Zusätze, wie Zementleim,
Verwendung finden, jedoch nur vorhandenes Material zusammengerüttelt wird, bis sich
beim Hochziehen des Rüttlers nach oben ein Trichter bildet, in den zusätzliches
Material, wie Sand oder Kies, eingebracht -wird, und wobei die Mitwirkung aufsteigenden
Wassers eine entscheidende Rolle spielt und die Bildung eines Steingerüstes der
bei vorliegendem Verfahren angestrebten Art nicht möglich ist.
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Ein derartiges in sich verfestigtes Steingerüst übt auf den zwischenliegenden
weichen Boden, z. B. Ton, keinen Druck mehr aus, weil der Druck von den Steinen
übernommen wird, und ist deshalb gegen jede Gefahr einer späteren Setzung gesichert.
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Vorteile bietet das Verfahren gemäß der Erfindung auch besonders dann,
wenn an oder in der Nähe der Baustelle für Schüttungen nur Bodenarten zur Verfügung
stehen, die vorwiegend aus weichem Material zusammengesetzt sind. Durch eine Einrüttelung
einer oder mehrerer auf eine solche Schüttung aufgebrachter Steinlagen kann man
sich leicht das erforderliche Verhältnis von tragfähigem und zwischenraumfüllendem
' Material ohne einen schädlichen Überschuß an letzterem herstellen.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hat damit praktische
Bedeutung in der Gründungstechnik vor allem dort, wo eine Entfernung der vorhandenen
zu weichen Bodenschichten zu kostspielig wäre und andererseits Steine oder Kiesmaterial
wirtschaftlich günstig zur Verfügung stehen oder, wie erwähnt, ein Bodenmaterial
berücksichtigt werden muß, das wegen unzureichender Tragfähigkeit etwa keine genügend
rutschsicheren und setzungsfreien Dammschüttungen ermöglichen würde.
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Es lassen sich danach auch Bahn- und Straßendämme selbst bei wenig
geeignetem anstehendem Bodenmaterial durch Bildung eines gegen Setzungen sicheren
Steinskelettes herstellen. Durch die Bildung eines derartigen Steinskelettes in
dichtester Lagerung,
welches die Schüttung bis auf die tragfähige
Schicht entweder durchsetzt oder mindestens so weit hinuntergeführt wird, daß durch
diese eine genügende Druckverteilung stattfindet, ist man. auch in der Lage, Böschungen
von großer Steilheit zu wählen, weil die Rutschgefahr bei einem eingebrachten Steinskelett
geringer ist. Man kann auf diese Weise einzelne Arbeitsstellen umrahmen, um diese
gegen Ausquetschung zu sichern.
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Bei der Durchführung des Verfahrens kann man entweder Stein- oder
Kiesmaterial lagenweise schütten und einrütteln, wobei der ausgequetschte Boden
so lange unter Nachschüttung von neuem Material weiterbehandelt wird, bis die erforderliche
Tiefe des gebildeten Steingerüstes erreicht ist, oder man kann auch unter Umständen
vorberechnete Mengen der Gesamtschüttung aufbringen, wobei man sich solcher Rüttelgeräte
bedient, die mehr oder weniger in die Aufschüttung eingreifen, und vor allen Dingen
solcher Anordnungen, wie z. B. gelochte Platten, rostartiger Rüttelkörper u. dgl.,
die das weiche, verflüssigte Bodenmaterial zwischen dem Steinmaterial hindurch nach
oben durchtreten lassen, wobei man durch Umrahmung der Arbeitsstelle auch ein seitliches
Ausweichen dieses Materials während des Vorganges der Nachschüttung von Steinmaterial
verhindert.
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Die Zeichnung veranschaulicht in einem Querschnitt in Fig. i den Vorgang
einer Bodenverbesserung bei natürlicher Bodenschicht und in Fig. 2 einen Querschnitt
eines Dammes in Gestalt einer Schüttung aus einem Bodenmaterial mit anteilmäßig
zu hohem Prozentsatz an bindigem Boden.
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Auf dem tragfähigen Grund i liegt eine weiche Bodenschicht 2, in die
lageweise aufgebrachte Steinschüttungen 3 mittels des Rüttlers 4 mit dem
rostartigen Rüttelkorb 5 eingebracht werden, bis sich das links angedeutete
Skelett 6 bildet.
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Bei dem Damm 7, der aus einem Bodenmaterial mit über das Porenvolumen
hinaus überschüssigem weichem Material besteht, werden Steine 8 in solcher
Menge eingerüttelt, bis sich das Skelett 9 gebildet hat. io ist der Rüttler,
der durch die Ausbildung seines auf die Steine 8 aufzusetzenden Arbeitsteiles
als Lochplatte das in Fließzustand gebrachte weiche Bodenmaterial nach oben durchtreten
läßt.