Der Boden als Herausforderung

Seit Oktober vergangenen Jahres ist Sara bei der ABS 38. Sie kam direkt nach dem Abitur in das Team und lernte so vor Beginn ihres Studiums den Berufsalltag eines Bauingenieurs kennen. Im Rahmen ihres Praktikums beschäftigte sich Sara unter anderem damit, welche Möglichkeiten es gibt, die Tragfähigkeit des Baugrunds zu verbessern. Ihr Wissen teilte sie im Rahmen eines Vortrags mit den anderen Teammitgliedern. Mit ihrem in kürzester Zeit angeeigneten Fachwissen und ihrer Souveränität begeisterte sie dabei auch erfahrene Projektingenieure.

Sara bei ihrem Vortrag vor dem Team. (c) DB Netz AG

Dass beim Bauen schon lange vor dem eigentlichen Baubeginn viel geplant und koordiniert werden muss, ist auch den meisten Laien klar. So müssen etwa Genehmigungen eingeholt und Pläne abgestimmt werden. Darüber hinaus können auch die örtlichen Gegebenheiten, wie zum Beispiel der Boden, das Bauvorhaben vor Herausforderungen stellen. Deshalb ist es wichtig, die Beschaffenheit und den Aufbau des Bodens frühzeitig festzustellen, so die angehende Bauingenieurin. Auf Basis dieser Erkenntnisse, die in dem Bodengutachten zusammengefasst sind, entscheidet der Planer, was und wie gebaut werden kann.

Böden, die sich am besten zum Bauen eignen, sind nicht-bindige Böden. Das sind zum Beispiel Sande und Kiese. Sie sind wasserdurchlässig, frostsicher und gut verdichtbar, erläutert Sara. Treffen Ingenieure hingegen auf bindige Böden, wie Tone und Schluffe, sind meist Maßnahmen zur Erhöhung der Tragfähigkeit zu treffen. Denn bindige Böden sind frostempfindlicher und nur weniger wasserdurchlässig. Sie sind in der Regel witterungsempfindlich und daher im Bereich der Oberfläche oft nicht ausreichend tragfähig.

Während die Beschaffenheit des Bodens bei allen Bauvorhaben untersucht wird, gibt für den Gleisbau bahn-spezifische Anforderungen und Maßnahmen, die aus der jeweiligen Bodenbeschaffenheit abgeleitet werden. (c) DB Netz AG

Wie kann man Boden verfestigen?

Wie kann aus einem bindigen, wenig tragfähigen Boden ein stabiler Baugrund gemacht werden? Dafür gibt es in der Praxis verschiedene Verfahren, die zum Einsatz kommen können:

  • Bodenverfestigung
  • Stabilisierungssäulen
  • Bodenverbesserung
  • Rütteldruckverfahren
  • Vibrations- und Oszillationswalzen

Als erstes geht Sara auf die Bodenverfestigung ein. Um den Boden zu verfestigen können Injektionen eingesetzt werden. Dabei wird ein Bindemittel unter hohem Druck in den Boden eingespritzt. Für Injektionen werden vor allem Zement, Beton und Kalk verwendet, manchmal aber auch Chemikalien auf Silikatbasis. „Wegen der hohen Umweltbelastungen werden Silikate allerdings nur selten benutzt“, sagt die gebürtige Sächsin.

Außerdem gibt es noch Stabilisierungssäulen aus verschiedenen Materialien, wie Zement, Mörtel oder Sand, die den Boden verfestigen sollen. „Die Säulen werden mehrere Meter tief in den Boden eingebracht“, erklärt die angehende Studentin des Bauingenieurwesens. Durch die Verdrängung des weichen, bindigen Bodens und das Auffüllen des freiwerdenden Raumes mit tragfähigem Material (z.B. Kies und Sand) wird dieser verbessert.

Hier im Bild geokunststoffummantelte (GEC) Säulen. (c) DB Netz AG

Bei der Bodenverbesserung können erneut Kalk und Zement Anwendung finden. Dabei wird eine im Voraus exakt festgelegte Menge eines Kalk-Zementgemisches auf den Boden aufgestreut. Anschließend wird das Gemisch in den Boden eingefräst und mit einer Walze verdichtet. Durch den Kalk wird dem Boden Wasser entzogen. Der Zement sorgt für eine höhere Festigkeit.

Das Rütteldruckverfahren zur Bodenverbesserung

Ein weiteres Verfahren zur Bodenverbesserung ist das Rütteldruckverfahren. Dabei wird ein Rüttler unter der Zugabe von Wasser soweit abgesenkt, bis er tragfähigen Boden erreicht, so Sara. Das kann in einer Tiefe von bis zu 30 Metern sein. Danach wird der Rüttler unter der Zugabe von Füllmaterial stufenweise nach oben gezogen und wieder abgesenkt. Dadurch entstehen schrittweise Säulen mit stabilisierender Wirkung.

Hier im Bild das Rüttelstopfverfahren. Dabei entsteht durch den Rüttler sowie das Einführen von Schotter eine Schottersäule, die den umliegenden Boden stabilisiert. (c) DB Netz AG

Durch pure Masse den Boden verdichten

Soll nur die obere Schicht des Bodens verdichtet werden, können Vibrations- oder Oszillationswalzen sowie konventionelle Rüttelplatten angewendet werden. Diese arbeiten mit ihrem hohen Eigengewicht, welches auf den zu verdichtenden Boden einwirkt. Anstelle der Walzen können auch Fallgewichte verwendet werden. Dabei wird entweder ein schweres Gewicht einmalig aus bis zu 30 m Höhe fallen gelassen oder ein leichteres Fallgewicht mit einer Frequenz von 40-60 Schlägen in der Minute aus geringerer Höhe fallen gelassen. „Die zum Teil starken Erschütterungen, die die Walzen und die Fallgewichte verursachen, sind jedoch ein Nachteil dieser Methode“, erklärt Sara.

Kann keine der Methoden angewendet werden, so wird ungeeigneter, wenig tragfähiger Boden mit Hilfe eines Baggers abgetragen. Neues, geeignetes Material wird lagenweise aufgeschüttet und verdichtet. „Das ist mit einem hohen logistischen Aufwand verbunden. Das gesamte Bodenmaterial muss entsorgt und neues beschafft werden“, sagt die zukünftige Bauingenieurin. Deshalb sollte höchstens bei kleinen Abschnitten auf dieses Verfahren zurückgegriffen werden.

Wie Saras Vortrag eindrücklich zeigt, steht ein Bauvorhaben nicht nur vor bürokratischen und planerischen Herausforderungen. Auch die Gegebenheiten vor Ort erfordern mitunter kreative und komplexe Maßnahmen, damit ein Bauvorhaben letztlich realisiert werden kann.

Zur Böschungsabsicherung wird „Hydrozementation“ eingesetzt. Dabei werden im Abstand von 5-7m die Böden mithilfe eines Schaufelbaggers mit Zement vermischt. Dadurch entstehen etwa 2m breite Stützscheiben, die das Abrutschen verhindern. (c) DB Netz AG

Zurück