EP1496161B1

EP1496161B1 - Verfahren zum Stabilisieren eines Bodens für eine Verkehrsstrecke

Info

Publication number: EP1496161B1
Application number: EP20040077004
Authority: EP
Inventors: Wouter Theodoor Van Bijsterveld; Adriaan Hermann De Bondt
Original assignee: Ooms Avenhorn Holding BV
Current assignee: Ooms Avenhorn Holding BV
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: EP1496161A1; NL1023902C2; DE502004000504D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stabilisieren eines Bodens für eine Verkehrstrasse, wie eine Straße oder eine Eisenbahnlinie, wobei mit einer Bodenbearbeitungsvorrichtung in Trassenrichtung mindestens eine grabenförmige Bahn durch Lösen des Bodenmaterials und Vermischen desselben mit einem Stabilisierungsmittel bearbeitet wird, wodurch in Trassenrichtung eine verstärkte Bodenwand gebildet wird.
Ein solches Verfahren ist aus dem deutschen Patentantrag 195 42 031 und dem niederländischen Patentantrag 1010451 bekannt. Mithilfe eines solchen Verfahrens kann gegenüber einem herkömmlichen, zeitaufwändigen Verfahren mit einem geschütteten Sandkörper in Gebieten mit weniger tragkräftigem Boden wie Lehm-/Moorböden relativ schnell eine Verkehrstrasse gebildet werden. Ein aufgeschütteter Sandkörper erfordert eine lange Setzungswartezeit, bevor die Verkehrstrasse fertiggestellt werden kann, während Restsetzungen relativ viele Wartungsarbeiten erfordern. Mit Bodenwänden kann eine Verkehrstrasse nicht nur schneller fertiggestellt werden, sondern es entsteht außerdem noch eine setzungsarme Konstruktion und also eine Verminderung der erforderlichen Wartungsarbeiten.
Die Stabilisierung durch die Bodenwände wird erreicht, indem man das gelöste Bodenmaterial mit dem Stabilisierungsmittel, dessen Hauptbestandteil Zement ist, mischt, und dessen Volumen laut dem niederländischen Patentantrag 1010451, beispielsweise 10 bis 25 % des Volumens des gelösten Bodenmaterials betragen kann. Nach Vermischung ist das Volumen der Mischung deshalb größer als das Volumen der grabenförmigen Bahn. Das zusätzlich gebildete Volumen wird als überschüssiges Material abtransportiert, wozu bei der Vorrichtung laut dem niederländischen Patentantrag 1010451 eine spezielle Abfuhranlage bei der Mischkammer angebracht wurde. Nach der Fertigstellung der Bodenwände erstrecken sich diese, wie im deutschen Patentantrag 195 42 031 angegeben, in Trassenrichtung unter dem anzulegenden Weg oder der anzulegenden Eisenbahnlinie.
Mit der Erfindung wird eine weitere Verbesserung, insbesondere Stärkung, der Stabilisierung des Bodens beabsichtigt.
Das wird entsprechend der Erfindung bei einem Verfahren wie durch den beiliegenden Anspruch 1 definiert indem in Trassenrichtung mindestens zwei Bodenwände gebildet werden, die sich zueinander hauptsächlich parallel erstrecken, wobei als Folge der Zugabe des Stabilisierungsmittels zum Bodenmaterial die aus der grabenförmigen Bahn austretende Mischung zwischen und über den Bodenwänden eingeebnet wird zu einer Schicht, die mit einer weiteren Bodenbearbeitungsvorrichtung derart bearbeitet wird, dass diese Schicht eine Einheit mit den oberen Enden der Bodenwände bildet. Mit diesen Maßnahmen werden jeweils zwei nebeneinander liegende Bodenwände zu einem monolithischen, umgekehrt U-förmigen Bodenprofil mit sowohl vertikaler als auch horizontaler belastungsverteilender Wirkung verbunden, wobei außerdem die Verbindung der vertikalen Teile mit dem horizontalen Teil momentfest ist, wodurch sowohl die Lastenübertragung und somit die Tragkraft der Verkehrstrasse auf die Bodenwände weiter gefördert wird, sowie eine stabile und beständige Konstruktion erhalten wird. Dazu kommt noch der zusätzliche Vorteil, dass diese Wirkungen durch Verwendung einer bisher als überflüssig betrachteten und deshalb abzutransportierenden Überschuss an Mischung erreicht werden, was eine direkte und unvermeidliche Folge der Art und Weise ist, in der die Bodenwände hergestellt werden.
Im oben Genannten wird über mindestens zwei Bodenwände gesprochen. Als rein illustratives, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel wird weiterhin eine Konstruktion zum Tragen eines Wegs mit zwei Fahrstreifen und einer Verhärtungsbreite von 7,5 m besprochen, worunter in Trassenrichtung vier Bodenwände angebracht sind und eigentlich die Rede von einem zusammengesetzten, monolithischen, umgekehrt U-förmigen Bodenprofil ist. Aus Gründen der Kurzfassung werden weiterhin die verschiedenen erhaltenen Formen der Ausführungen der Bodenprofile als Tunnelprofil bezeichnet. In den oben genannten, gleichartigen Fällen kann entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bevorzugt werden, dass sich die eingeebnete Schicht ausragend bis an einer außen gelegenen Bodenwand vorbei erstreckt. Dann würde sich jeweils eine Bodenwand hauptsächlich senkrecht unter einer erwarteten Spur eines die Straße belastenden Rads eines über die Strasse fahrenden Fahrzeugs erstrecken.
Abhängig von der gewünschten Stärke und Dicke der Schicht, die die Bodenwände zu einem Tunnelprofil verbindet, wird entsprechend einer Vorzugsausführungsform der Erfindung vorgesehen oder nicht vorgesehen, dass auf der eingeebneten Schicht eine weitere Schicht, bestehend aus einer Mischung aus Sand, Zement und eventuellen weiteren Zugaben, angebracht wird; diese zusätzliche Schicht wird mit der eingeebneten Schicht bei deren Verarbeitung vermischt. Somit ist immer genau die gewünschte Schichtdicke und -stärke zu realisieren.
Zum Optimieren des Verbindens der eingeebneten Schicht mit den Bodenwänden zu einem Tunnelprofil wird entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass zum Anbringen der Bodenwände ein Unterboden aus einer Schicht Sand angebracht wird, welche bei der Bearbeitung der eingeebneten Schicht wenigstens teilweise mit der eingeebneten Schicht vermischt wird. So ist eine besonders intensive, sowie kontrollierte Verbindung der eingeebneten Schicht mit den oberen Enden der Bodenwände, die anfangs bis in die Sandschicht reichten, zu realisieren und somit eine optimale Tragfähigkeit für das Tunnelprofil.
Vor dem Fertigstellen der Verkehrstrasse nach dem Aushärten des gebildeten Tunnelprofils wird vorgesehen, dass auf einer so erhaltenen monolithischen Konstruktion, bestehend aus mindestens zwei Bodenwänden und einer, diese an ihren oberen Enden verbindenden und abdeckenden Schicht, weitere Abdeckschichten angebracht werden. Dabei kann man an Asphaltschichten mit oder ohne mindestens einer Unterschicht aus Mischgranulat oder ein Bahngleis mit Schienen und Schwellen mit oder ohne Unterschicht denken.
Besonders effektiv kann man vorgehen, wenn der Arbeitsvorgang des Lösens des Bodenmaterials in einer grabenförmigen Bahn und des Vermischens des gelösten Bodenmaterials mit einem Stabilisierungsmittel mit einer Fräslanze ausgeführt wird, welche in einem mehr oder weniger schrägen Stand in den Boden gesteckt wird und anschließend die Bearbeitung der eingeebneten Schicht und einer eventuellen darauf oder darunter angebrachten Schicht mit einer Fräsrolle ausgeführt wird, deren Achslinie hauptsächlich parallel zur Oberfläche der zu bildenden Verkehrstrasse verläuft.
Unter Verweis auf eine in der Zeichnung, wenn auch nur als nicht beschränkendes Beispiel, dargestellten Ausführungsform wird das Verfahren laut der Erfindung nunmehr näher erläutert. Dabei zeigt die einfache Abbildung der Zeichnung im Querschnitt eine Straßenkonstruktion, die mit dem Verfahren laut der Erfindung hergestellt wurde, wobei der linke Teil der einfachen Abbildung teilweise eine Zwischenphase während der Herstellung und der rechte Teil die fertiggestellte Straßenkonstruktion zeigt.
Die in der einfachen Abbildung gezeigte Konstruktion bildet eine zweispurige Straße mit einer vollständig verhärteten Breite von ca. 7,5 m und an den gegenüberliegenden Seiten einen halb verhärteten Straßenrand von ca. 2 m. Für die Herstellung einer solchen Straße wurde wie folgt vorgegangen.
Ausgehend von der ursprünglichen Erdoberkante 1 wurde eine Schicht Bodenmaterial von ca. 200 mm abgegraben, wobei abgegrabenes Gras und Mutterboden seitlich entlang dem geplanten Weg abgelegt wurden. Im abgegrabenen Teil wurde dann eine, einen Unterboden bildende Sandschicht 2 von ca. 200 mm geschüttet. Mit einer Fräslanze wurden dann in Trassenrichtung vier Bodenwände 3 gebildet. Unter einer Fräslanze verstehen wir eine Bodenbearbeitungsvorrichtung mit dem Aussehen einer Kettensäge mit überdurchschnittlichen Dimensionen, also einen langgestreckten Rahmen, der eine Breite von einigen Dutzend Zentimetern und einer Länge von mehreren Metern haben kann, um den eine Schaufelradkette läuft. Die Schaufelräder sind so geformt, dass das Bodenmaterial nicht wie beispielsweise bei einer Baggermaschine abgegraben wird, sondern gelöst wird. Dem so in einer grabenförmigen Bahn gelösten Boden wird dann, beispielsweise ah verschiedenen Injektionsstellen entlang des Rahmens, ein Stabilisierungsmittel in Suspension zugefügt. Hauptbestandteil des Stabilisierungsmittels bildet beispielsweise Zement, kann jedoch auch jeder andere geeignete Zusatzstoff oder eine Kombination aus Materialien sein. Die Form der Schaufelräder wird weiterhin so gewählt, dass nicht nur das Bodenmaterial gelöst wird, sondern auch gelöstes Bodenmaterial und zugegebenes Stabilisierungsmittel intensiv vermischt werden. Indem die Fräslanze in Trassenrichtung bewegt wird, wird also eine ununterbrochene Bodenwand 3 mit beispielsweise einer Tiefe von ca. 7 m und einer Breite von ca. 0,35 m gebildet, wobei der Achsabstand der zwei angrenzenden Bodenwände 3 ca. 2 m beträgt.
Indem man dem gelösten Bodenmaterial das Stabilisierungsmittel zugibt und es damit vermischt, erhält man eine Mischungsmenge, die größer ist als der in einer grabenförmigen Bahn gelöste Boden. Wenn die zusätzliche erhaltene Menge, die nicht in der Bodenwand 3 untergebracht werden kann und also aus dem durch die Sandschicht 2 gebildeten Unterboden austritt, ca. 20% beträgt, bedeutet das, dass im vorliegenden Fall ein Überschuss von ungefähr 2m³/m Straße entsteht. Dieser Überschuss wird auf eine Breite von 11,5 m verteilt, d.h. die vorgesehene Fahrbahn mit halb verhärtetem Straßenrand, was eine eingeebnete Schicht 4 mit einer Dicke von ca. 170 mm ergibt. Auf dieser eingeebneten Schicht 4 wird dann eine Sandschicht 5 bis zu einer Höhe von ca. 300 mm über der ursprünglichen Erdoberkante 1 aufgeträgen.
Die so erhaltene Schichtstruktur mit einer Höhe von ca. 500 mm ist im linken Teil der einfachen Abbildung dargestellt. Diese Schichten werden mithilfe einer Röllfräse miteinander vermischt. Unter einer Rollfräse verstehen wir eine Bodenbearbeitungsvorrichtung, mit der mindestens eine horizontale Materialschicht intensiv vermischt und homogenisiert werden kann. Wie im linken Teil der einfachen Abbildung zu sehen ist, reichen die Bodenwände 4 mit ihren oberen Enden bis in die Sandschicht 2 und werden deshalb beim Bearbeiten der Schichtstruktur mit der Rollfräse mitgenommen, sodass die erhaltene, intensiv vermischte, horizontale Schicht 6 (siehe rechten Teil der einfachen Abbildung) nach dem Aushärten zusammen mit den Bodenwänden 4 einen einteiligen, starken, momentfesten, stabilen und beständigen monolithischen Grundkörper bildet, bestehend aus einer horizontalen, belastungsverteilenden Schicht, die von vier, eine Einheit damit bildenden, vertikalen belastungsverteilenden Schichten unterstützt wird.
Es wird angemerkt, dass die Breite von 11,5 m im Allgemeinen nicht in einem Mal mit einer Rollfräse, die sich in Trassenrichtung bewegt, bearbeitet werden kann. Der Misch- oder Stabilisierungsprozess findet dann gebräuchlicherweise in mehreren Bahnen statt. Dabei sind die Positionen der Bodenwände 4 hinsichtlich der Überlappung zwischen verschiedenen Bahnen ein wichtiger Schwerpunkt, insbesondere muss sich eine solche Überlappung vorzugsweise nicht an der Stelle einer Bodenwand 4 befinden.
Nachdem in dieser Art und Weise der eher als Tunnelprofil zu bezeichnende Grundkörper realisiert wurde, wird darauf eine Schicht 7 aus Mischgranulat mit einer Dicke von ca. 250-340 mm angebracht und anschließend eine Schicht 8 aus Leichtgewichtasphalt mit einer Dicke von ca. 80 mm mit darauf einer Schicht 9 aus Leichtgewichtasphalt mit einer Dicke von ca. 60 mm. Durch seitliches Anfüllen mithilfe von früher abgegrabenem Mutterboden und Gras werden die Straßenränder 10 vollendet. Dann wird die Wegtrassenkonstruktion vollendet, indem eine ca. 30 mm dicke, geräuschdämmende Deckschicht 11 angebracht wird.
Selbstverständlich sind innerhalb des Rahmens der Erfindung aus den beigefügten Ansprüchen noch viele Änderungen und Varianten möglich. Zuerst muss wiederholt werden, dass die oben erwähnte und in der Abbildung dargestellte Ausführungsform nur illustrativ ist. So können mehr oder weniger als vier Bodenwände vorhanden sein, ist es möglich eine oder beide Sandschichten wegfallen zu lassen oder dieser andere Stoffe zuzufügen oder nicht zuzufügen. Selbstverständlich sind auch die angegebenen Dimensionierungen nicht beschränkend und in vielerlei Art zu variieren. Dasselbe gilt für die Formgebung des Tunnelprofils. So können die Bodenwände weniger regelmäßig verteilt über die Breite des Tunnelprofils angebracht werden, je nach Anwendungszweck. Letzterer kann auch eine Eisenbahntrasse sein, wobei dann die Verarbeitung des Tunnelprofils an diesen Zweck angepasst ist. Auch können die Bodenwände in Trassenrichtung gesehen eine von einer flachen Ebene abweichende Form haben, sich beispielsweise Zickzack- oder wellenförmig ausstrecken. Weiterhin muss die Anzahl Bodenwände unter der gesamten Verkehrstrasse nicht immer gleich sein. So können stellenweise über einen bestimmten Abstand eine oder mehrere zusätzliche Bodenwände errichtet werden. Auch können Tiefe und Dicke der Bodenwände untereinander oder in Trassenrichtung variieren. Das gilt auch für die Dicke und die Breite der die Bodenwände zu einem einteiligen Tunnelprofil verbindenden eingeebneten Schicht, die außerdem die äußersten Bodenwände überragen kann oder nicht. Das Überragen kann außerdem einseitig sein und die Breite des Überhangs kann sich entlang der Verkehrstrasse ändern.

Claims

Verfahren zum Stabilisieren eines Bodens für eine Verkehrstrasse, wie eine Straße oder eine Eisenbahnlinie, wobei mit einer Bodenbearbeitungsvorrichtung in Trassenrichtung mindestens eine grabenförmige Bahn durch Lösen des Bodenmaterials und Vermischen desselben mit einem Stabilisierungsmittel bearbeitet wird, wodurch in Trassenrichtung eine verstärkte Bodenwand gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Trassenrichtung mindestens zwei in Abstand zweinander liegenden Bodenwände gebildet werden, die sich zueinander hauptsächlich parallel erstrecken, wobei als Folge der Zugabe des Stabilisierungsmittels zum Bodenmaterial die aus der grabenförmigen Bahn austretende Mischung zwischen und über den Bodenwänden eingeebnet wird zu einer Schicht, die mit einer weiteren Bodenbearbeitungsvorrichtung derart bearbeitet wird, dass diese Schicht eine Einheit mit den oberen Enden der Bodenwände bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeebnete Schicht sich über eine außen gelegene Bodenwand ausragend erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die eingeebnete Schicht eine weitere Schicht, bestehend aus einer Mischung aus Sand, Zement und eventuellen weiteren Zusätzen, angebracht wird; diese weitere Schicht wird mit der eingeebneten Schicht bei ihrer Bearbeitung vermischt.
Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anbringen der Bodenwände ein Unterboden aus einer Schicht Sand angebracht wird; diese Sandschicht wird bei der Bearbeitung der eingeebneten Schicht mindestens teilweise mit der eingeebneten Schicht vermischt.
Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer so erhaltenen monolithischen Konstruktion aus mindestens zwei Bodenwänden und einer diese an ihren oberen Enden verbindenden und bedeckenden Schicht weitere Abdeckschichten angebracht werden.
Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösen des Bodenmaterials in einer grabenförmigen Bahn und das Vermischen des gelösten Bodenmaterial mit einem Stabilisierungsmittel mit einer Fräslanze ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der eingeebneten Schicht und einer eventuellen darauf oder darunter angebrachten Schicht mit einer Fräsrolle ausgeführt wird.