Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von rolligen Böden zum Zweck der Baugrundverbesserung bzw. - stabilisierung durch nach einem Raster durchgeführte Verdichtungsvorgänge, bei denen ein Tiefenrüttler von der Bodenoberfläche aus in den Boden eingerüttelt wird und der Tiefenrüttler unter Verdichtung des Bodens rüttelnd nach oben gezogen wird, wobei als Füllmaterial von der Oberfläche aus rolliges Material zugegeben wird. Solche Verfahren werden unter der Bezeichnung Rütteldruckverdichtung/Vibro Compaction von der Anmelderin seit langem durchgeführt. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens erstreckt sich auf alle rolligen und damit verdichtbaren Böden. Als Zugabematerial wird ebenfalls rolliges Material verwendet und zwar vorrangig Sand oder Kies-Sand-Gemische. Das Zugabematerial füllt die um den Tiefenrüttler herum infolge Einspülung und Bodenverdichtung entstandenen Bodentrichter auf und bildet selber verdichtete Bodenkörper. Die weit über diese Bodenkörper aus Zugabematerial hinausgehenden Verdichtungsbereiche im gewachsenen Boden überschneiden einander durch die Rasteranordnung der Verdichtungsvorgänge, so daß der Boden nach Abschluß des Verfahrens insgesamt verdichtet ist.

Ist der gewachsene Boden, der zu verdichten ist, aus Sand und/oder wird Sand als Füllmaterial verwendet, ist zu berücksichtigen, daß aufgrund des geringeren Reibungswinkels von Sand die Eigenschaften auch des verdichteten Bodens noch mäßig sind, insbesondere ist mit Setzungserscheinungen unter Fundamenten zu rechnen. Besonders die oberen 2 bis 3 m verdichteten Bodens haben häufig nicht die gewünschten Eigenschaften.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art vorzuschlagen, das auch bei weniger tragfähigen Böden zu befriedigenden Ergebnissen führt. Die Lösung besteht darin, daß als Zugabematerial während des Ziehens des Tiefenrüttlers von der Oberfläche aus zumindest phasenweise faserversetztes rolliges Material zugegeben wird. Zumindest ab einer bestimmten Tiefe unter der späteren Fundamentsohle bis in Oberflächennähe soll faserversetztes Zugabematerial verwendet werden. Als Zugabematerial wird hierbei bevorzugt bindemittelfreies Material, insbesondere Sand oder Kies-Sand-Gemische verwendet. Die beigemischten Fasern können Stahlfasern, Glasfasern oder Kunststoffasern sein. Als solches bekannt sind multifile Fasern, gespleißte Fasern, Faserbündel oder kleine Fasernetze, die aufgrund der sogenannten Faserkohäsion zu einer Erhöhung der Scherfestigkeit des Grundmaterials führen. Eine günstige Länge der einzelnen Fasern liegt in der Größenordnung von 50 mm. Fasern aus Polypropylen haben dabei eine Dichte von etwa 0,9 kg/dm³. Die Zuschlagmenge kann bei Kunststoffasern in der Größenordnung von 1 bis 3 kg Fasern je m³ Zugabematerial betragen. Der Kohäsionswert des faserbewehrten Zugabematerials sollte zwischen 5 und 50 kN/m², insbesondere zwischen 10 und 30 kN/m² liegen. Das Rastermaß, nach dem die einzelnen Verdichtungsvorgänge ausgeführt werden, kann zwischen 2 und 5 m liegen.

In bevorzugter Ausführung wird vorgeschlagen, daß phasenweise, insbesondere in tragfähigen Bodenschichten (Tragschichten) faserfreies Zugabematerial zugegeben wird. Da die Faserzuschläge einen Kostenfaktor darstellen, ist hiermit eine äußerst sparsame Verwendung möglich, ohne die ausreichende Tragfähigkeit des verdichteten Bodens zu beeinträchtigen.

Es ist günstig, den Tiefenrüttler jeweils bis in eine tragfähige Bodenschicht einzurütteln.

Das wesentliche Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß die Stabilität des Bodens durch Einsatz von Zugabematerial mit einer Faserbewehrung überall dort verbessert wird, wo eine Zugabe herkömmlichen unbewehrten Materials nicht zur gewünschten Verbesserung des Bodens durch Verdichtung führt.

Die Verdichtung des Bodens erfolgt in grundsätzlich bekannter Rütteldrucktechnik mittels eines Tiefenrüttlers. Die Faserzumischung zum Zugabematerial erfolgt an der Oberfläche. Fasermaterial wird in bestimmte Sand- oder Kieschargen eingemischt. Je nach vorliegender Bodenschicht kann unbewehrtes Zugabematerial oder faserbewehrtes Zugabematerial in den entstehenden Rüttlerkrater/Rütteltrichter zugegeben werden.

Grundsätzlich ist es möglich, mit von unten nach oben zunehmendem Faserbewehrungsanteil im Zugabematerial zu arbeiten, da die Tragfähigkeit des Bodens bei gleichbleibender Bodenbeschaffenheit nach oben abnimmt.

Der Verfahrensablauf beruht weitgehend auf der bekannten Rütteldrucktechnik, bei der der Tiefenrüttler jeweils um einen Höhenabschnitt unter Zugabe von Zugabematerial im Rüttelloch gezogen wird und dann zur Verdichtung des zugeführten Materials eine Zeitlang auf einer Tiefe gehalten wird oder auch wieder um einen Teilabschnitt eingerüttelt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verdichtungsverfahren können tragfähige Böden hergestellt werden, die sofort nach Fertigstellung belastet werden können. Aufgrund ihrer Herstellungsweise mit faserbewehrtem Zugabematerial sind nur geringe Setzungen bei dem Aufbringen von Lasten zu erwarten.

Vor der Durchführung des Verfahrens ist ein detaillierter Baugrundaufschluß erforderlich. Insbesondere zur Festlegung der erforderlichen Faserbewehrungsabschnitte werden vorzugsweise in einem engen Raster Sondierungen ausgeführt.

Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Säulen sind in den Zeichnungen dargestellt, die anschließend beschrieben werden.

Figur 1

zeigt das Einfahren eines Tiefenrüttlers in den Boden unter Spülwasserzugabe zur Bildung eines Bodentrichters;

Figur 2

zeigt das Ziehen des Tiefenrüttlers unter Ausbildung eines verdichteten Bodenbereichs;

Figur 3

zeigt das Zugeben von Zugabematerial, in dem durch Bodenverdichtung erweiterten Bodentrichter in einem späterem Stadium;

Figur 4

zeigt ein Raster zur Durchführung einzelner Verdichtungsvorgänge mit nach Dreiecken angeordneten Zentren;

Figur 5

zeigt ein Raster zur Durchführung einzelner Verdichtungsvorgänge mit nach Quadraten angeordneten Zentren.

In Figur 1 ist in einem vertikalen Schnitt durch den Boden ein Tiefenrüttler 11 gezeigt, der unten an einem Gestänge 12 angeordnet ist, das seinerseits an einem Kranausleger 13 eines Baggers/Raupenfahrzeugs 14 angehängt ist. Der Tiefenrüttler ist von der Bodenoberfläche 21 in eine Bodenschicht 22 aus weniger tragfähigen rolligen Material eingerüttelt und hat mit seiner Spitze eine tragfähige Bodenschicht 23 erreicht. Durch Zugabe von Spülwasser unter hohem Druck ist um den Rüttler herum ein etwa paraboloider Bodentrichter 24 entstanden, der von Boden freigespült ist. Um dieses Ergebnis zu erreichen, ist der Tiefenrüttler 11 gegebenenfalls mehrfach auf und ab zu bewegen. Mit einem Dreieck 33 ist der Grundwasserspiegel markiert. Mit Z-Symbolen sind Scherkegel angedeutet.

In Figur 2 ist der Tiefenrüttler 11 in einer späteren Phase des Verdichtungsvorganges gezeigt, bei dem der Rüttler teilweise in der Bodenschicht 22 zurückgezogen ist und um den Tiefenrüttler herum ein Verdichtungsbereich 25 von etwa zylindrischer Form entstanden ist. Durch die in diesem Bereich bewirkte Bodenverdichtung ist Material des gewachsenen Bodens nachgerutscht, so daß sich der Bodentrichter 24 nach oben erweitert hat. Ein Teil der durch die Verdichtung entstandenen Fehlmenge ist bereits durch von der Bodenoberfläche zugegebenes Zugabematerial aufgefüllt und bildet einen verdichteten Bodenkörper 29.

In Figur 3 ist der Verdichtungsvorgang in einer nochmals späteren Phase gezeigt, wobei der Tiefenrüttler 11 nochmals weiter nach oben gezogen ist und sich der Verdichtungsbereich 25 nach oben vergrößert hat. Der Bodenkörper 29 aus Zugabematerial besteht oberhalb einer Grenzlinie 30 aus faserbewehrtem Zugabematerial. Eine Charge faserbewehrtes Zugabematerial 26 ist an der Bodenoberfläche aufgeschüttet, um in den Bodentrichter 24 eingegeben zu werden. Ein markierter Bodenbereich 27 am Trichterrand des Bodentrichters bezeichnet gewachsenes faserfreies Bodenmaterial, das während der Verdichtung in den Bodentrichter 24 nachrutscht. Ein Abraumhügel 28 an der Bodenoberfläche stellt von einem Erdbewegungsfahrzeug 15 abgehobenen Boden dar, da nach dem Abschluß der Verdichtung die Bodenoberfläche auf Planhöhe gebracht wird. Tiefenangaben in Meter beziehen sich auf das Ursprungsniveau.

Nach dem vollständigen Auffüllen des Bodentrichters 24 kann die Oberfläche zuerst planiert und dann mit einem Oberflächenverdichter behandelt werden. Es bleibt ein verdichteter faserbewehrter Körper 29 aus Zugabematerial im insgesamt verdichteten Boden nachweisbar.

In Figur 4 sind über eine Fläche verteilte Verdichtungsbereiche 25 in Draufsicht erkennbar, wobei jeweils ein Mittelpunkt die Achsenlage des Tiefenrüttlers beim entsprechenden Verdichtungsvorgang bezeichnet. Die Zentren sind unter einer Fundamentplatte 31 nach einem Dreiecksraster angeordnet.

In Figur 5 sind fünf einzelne Verdichtungsbereiche 25 in Draufsicht erkennbar, wobei jeweils ein Mittelpunkt die Achsenlage des Tiefenrüttlers beim entsprechenden Verdichtungsvorgang bezeichnet. Die Zentren sind nach einem quadratischen Raster angeordnet. Mit 30 ist ein Einzelfundament 32 über der Gruppe von fünf Verdichtungsbereichen 25 gezeigt.