Um eine sinnvolle Verfahrensauswahl beim Verkehrswegebau auf gering tragfähigem Untergrund zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Vielfalt der Verfahren sowie deren Anwen-dungsbereiche zu kennen. Ein übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist es daher, die derzeit existierenden und ausgeführten Verfahren zur Baugrundverbesserung zu erfassen und in eine Gesamtübersicht zu integrieren. Dazu werden zunächst alle relevanten Baugrundverbesserungsmaßnahmen hinsichtlich ihrer Haupteigenschaften zugeordnet. Im Anschluss daran erfolgt die genauere Betrachtung der benannten Verfahren hinsichtlich der Anwendungsbereiche, Verfahrensbeschreibung, Vor- und Nachteile sowie deren Anwendungskriterien.
Ausgehend von der Betrachtung der verschiedenen Verfahren wird für den Neubau der Südumgehung von Mühlhausen im Rahmen einer Vorbemessung die vergleichende Betrachtung verschiedener Baugrundverbesserungsvarianten durchgeführt. Ausgehend von dieser Vorbemessung werden die wirtschaftlich und gebrauchstauglich sinnvollsten Verfahren für eine intensivere Betrachtung ausgewählt. Auf Grundlage der gewählten Verfahren werden erdstatische Berechnungen zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit durchgeführt. Des Weiteren wird anhand numerischer Berechungen das Setzungsverhalten in Abhängigkeit von den verfahrensspezifischen Eigenschaften untersucht und bewertet.
Im Anschluss daran erfolgte unter anderem eine Bewertung der verschiedenen Verfahren hinsichtlich der Standsicherheit, der Gebrauchstauglichkeit, der Wirtschaftlichkeit und der Ausführungszeit. Dazu werden verschiedene Kriterien benannt und für diese Verfahren vergleichend gegenüber gestellt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Ziele der Arbeit
2 Bauverfahren beim Straßenbau auf wenig tragfähigen Untergrund
2.1 Abgrenzung der Bauverfahren
2.2 Konsolidationsverfahren
2.2.1 Statische Methoden
2.2.2 Dynamische Konsolidation
2.2.3 Hilfsmaßnahmen zur Unterstützung der Konsolidierung
2.3 Bodenersatzverfahren
2.3.1 Bodenaustausch
2.3.2 Bodenverdrängung
2.4 Verfahren mit aufgeständerten Gründungspolstern
2.4.1 Methode ohne verdrängender Wirkung
2.4.2 Methode mit verdrängender Wirkung
2.5 Zusammenfassende Darstellung der Baugrundverbesserungsmaßnahmen
3 Variantenuntersuchung im Rahmen des Neubaus der B 247 / B 249 in der Ortslage von Mühlhausen
3.1 Projektbeschreibung
3.2 Der Vorbemessungsdamm
3.3 Analyse der Verfahren hinsichtlich ihrer Ausführbarkeit
3.4 Vorbemessung der Verfahren
3.4.1 Überschüttverfahren mit Konsolidierungshilfe
3.4.2 Rüttelstopfverdichtung
3.4.3 Verfahren mit aufgeständerten Gründungspolstern
3.5 Vergleichende Betrachtung der Baugrundverbesserungsverfahren
3.6 Verfahrensauswahl zur genaueren Untersuchung
4 Analytische und numerische Untersuchung der ausgewählten Gründungsverfahren
4.1 Berechnungsquerschnitte und Baugrundmodelle
4.2 Standsicherheitsuntersuchungen zum Überschüttverfahren
4.2.1 Ergebnisse der Konsolidationsberechnung
4.2.2 Ergebnisse der Standsicherheitsberechnungen
4.2.3 Numerische Berechnungen zum Zeit-Setzungsverhalten
4.3 Standsicherheits- und Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen für das Verfahren mit aufgeständerten Gründungspolstern
4.3.1 Nachweis der Tragfähigkeit der Säulen
4.3.2 Bemessung der Geokunststoffbewehrung
4.3.3 Standsicherheitsuntersuchungen des aufgehenden Dammbauwerkes
4.3.4 Numerische Verformungsberechnungen
5 Vergleichende Betrachtung der vorgestellten Gründungsvarianten
5.1 Allgemeines
5.2 Bewertungskriterien
5.2.1 Einsatzbereich, Anwendbarkeit, geotechnische Eignung
5.2.2 Bauzeiten
5.2.3 Baukosten
5.2.4 Standsicherheit
5.2.5 Gebrauchstauglichkeit und Langzeitbeständigkeit
5.2.6 Verfahrensrisiko
5.2.7 Bewertungsmatrix
6 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themen
Diese Arbeit zielt darauf ab, die Vielfalt der derzeit existierenden Baugrundverbesserungsverfahren für den Verkehrswegebau auf gering tragfähigem Untergrund zu erfassen und deren technische sowie wirtschaftliche Eignung anhand einer konkreten Fallstudie (Neubau B 247/B 249) zu evaluieren, um Entscheidungsgrundlagen für die Praxis zu schaffen.
- Klassifizierung und Analyse von Baugrundverbesserungsmethoden
- Variantenuntersuchung und Vorbemessung für spezifische Bodenverhältnisse
- Analytische und numerische Untersuchung der Standsicherheit und Verformung
- Vergleichende Bewertung der Verfahren hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Bauzeit und Risiko
Auszug aus dem Buch
2.4 Verfahren mit aufgeständerten Gründungspolstern
Aufgeständerte Gründungspolster sind Verbundkonstruktionen aus lastverteilenden mineralischen Tragschichten und vertikalen Tragelementen und umgebenden Boden. Im Bereich der Dammaufstandsfläche werden die Bauwerkslasten über die horizontale Tragschicht in vertikale Tragelemente und den tiefer liegenden tragfähigen Baugrund eingeleitet. Bei diesen Verfahren wird der wenig tragfähige Untergrund je nach gewähltem Traysystem nur bedingt zur Lastabtragung herangezogen. Der Grad der erzielbaren Bodenverbesserung hängt von den bodenmechanischen Eigenschaften des wenig tragfähigen Baugrundes und des Säulenmaterials ab.
Rein qualitativ betrachtet beruht die Verbesserung des wenig tragfähigen Baugrundes (Weichschicht) mit aufgeständerten Gründungspolstern auf der Verkürzung der Konsolidierungszeit, Verminderung der Zusammendrückbarkeit, Erhöhung der Tragfähigkeit und Vergrößerung der Scherfestigkeit des umgebenden Bodens. Die eingebrachten vertikalen Tragelemente vermindern die Setzung des Baugrundes, da sie steifer sind als der umgebende Boden. Der Grad der Lastverteilung auf die Tragelemente hängt ganz wesentlich von der seitlichen Stützung dieser ab. Zur Mobilisierung dieser Stützwirkungen sind horizontale Verformungen erforderlich, die auch zu Setzungen an der Oberfläche führen. Da sich beim „Nachgeben“ der Tragelemente die Lasten auf die Weichschicht umlagern, kommt es zu Setzungen in der Weichschicht. Diese führen wiederum dazu, dass die seitliche Stützung der Tragelemente erhöht wird und somit wieder mehr Last aufgenommen werden kann. Schließlich kommt es zu einem lastabhängigen Gleichgewichtszustand. Letztendlich führt diese Interaktion zwischen Weichschicht und Tragelement zu einem flexiblen und selbstregulierenden Tragverhalten. Insgesamt ergeben sich bei diesen Verfahren nach der Bauzeit nur noch geringe Setzungen, was einerseits auf die Spannungsreduzierung über der Weichschicht und andererseits auf die eingetretene Konsolidierung der Weichschicht infolge der Tragelemente (Vertikaldräns) zurückzuführen ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vorstellung der Problemstellung bei der Trassenführung auf wenig tragfähigem Baugrund und Definition der Zielsetzung der Arbeit.
2 Bauverfahren beim Straßenbau auf wenig tragfähigen Untergrund: Systematische Übersicht über diverse Baugrundverbesserungsmaßnahmen unterteilt in Konsolidations-, Bodenersatz- und Aufständerungsverfahren.
3 Variantenuntersuchung im Rahmen des Neubaus der B 247 / B 249 in der Ortslage von Mühlhausen: Anwendung der Verfahren auf ein konkretes Projekt unter Berücksichtigung von Vorbemessungen und Ausführbarkeitsanalysen.
4 Analytische und numerische Untersuchung der ausgewählten Gründungsverfahren: Vertiefte technische Bewertung der Standsicherheit und des Verformungsverhaltens durch analytische Modelle und Finite-Elemente-Methoden.
5 Vergleichende Betrachtung der vorgestellten Gründungsvarianten: Synoptischer Vergleich der Verfahren hinsichtlich Baukosten, Zeitaufwand, Setzungsverhalten und methodischer Risiken zur Unterstützung der Entscheidungsfindung.
6 Zusammenfassung: Resümee der Arbeit und Fazit über die Eignung der verschiedenen Ansätze für die Baupraxis.
Schlüsselwörter
Baugrundverbesserung, Verkehrswegebau, Konsolidationsverfahren, Bodenersatzverfahren, aufgeständerte Gründungspolster, Standsicherheit, Setzungsverhalten, Finite-Elemente-Methode, Geokunststoffe, Bodendynamik, Dammbau, Tragfähigkeit, Wirtschaftlichkeit, Geotechnik, Bodenmechanik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der technischen und wirtschaftlichen Untersuchung verschiedener Verfahren zur Baugrundverbesserung für den Bau von Verkehrswegen auf Böden mit geringer Tragfähigkeit.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Arbeit fokussiert auf Konsolidationsverfahren, Bodenersatzverfahren sowie Verfahren mit aufgeständerten Gründungspolstern. Zusätzlich wird die Standsicherheit und das Setzungsverhalten bei diesen Verfahren analysiert.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel besteht darin, für ein konkretes Bauvorhaben (Neubau der B 247/B 249 in Mühlhausen) das wirtschaftlich und technisch sinnvollste Gründungsverfahren durch einen systematischen Vergleich zu ermitteln.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Neben einer umfassenden Literaturstudie nutzt die Arbeit analytische Berechnungsverfahren sowie numerische Analysen mittels der Finiten-Element-Methode (FEM), um das Trag- und Verformungsverhalten der verschiedenen Gründungsvarianten zu prognostizieren.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil erfolgt eine detaillierte Vorbemessung ausgewählter Verfahren für den Neubau in Mühlhausen sowie die anschließende analytische und numerische Untersuchung der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Baugrundverbesserung, Geotechnik, Standsicherheit, Setzungsberechnung, finite Elemente und Verkehrswegebau charakterisieren.
Was ist das Ergebnis der numerischen Berechnung für das Profil C-C?
Die numerische Auswertung für das Profil C-C zeigt eine gute Übereinstimmung mit dem angenommenen Tragmodell und verdeutlicht das günstige Setzungsverhalten bei der gewählten Gründungsvariante.
Warum wird im Überschüttverfahren eine zusätzliche Überschüttung aufgebracht?
Die zusätzliche Überschüttung dient dazu, den Konsolidierungsvorgang zu beschleunigen und Sekundärsetzungen bereits während der Bauphase vorwegzunehmen, um spätere Instandhaltungsaufwände zu minimieren.
- Quote paper
- Steffen Stolze (Author), 2004, Variantenuntersuchung zum Bau von Verkehrswegen auf gering tragfähigen Untergrund, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/47475
