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ffi& Bündnel

39 . JahrgangDezember 1986

Schwerpunkt:Wald undWaldwege

Farbteil:Sind unsereWälder über-erschlossen?

Service:Die ttBündnerWaldn-Tisch-agenda 87

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R. Ehrbar

Sanierung von Strassenrutschungenmit verankerten Kleinbohrpfählen

1. E in le i tunglm Jahr 1983 wurde ers tma ls e ine St ras-

senrutschung mit dem nachstehend beschr ie-benen Verfahren saniert (Ehrbar, 1984). In derZwischenzei t wurde es bei e inem halben Dut-zend weiterer Fäl le angewandt und sowohl inkonstrukt iven Belangen als auch ausführungs-technisch verbessert . Die bisher igen Erfahrun-gen er lauben es, d ieses Verfahren einem brei-te ren Fachpub l ikum bekannt zu machen undzu empfehlen.

2. SystembeschreibungStrassenrutschungen werden häuf ig mit

Schwergewichtsstützbauwerken saniert (2.8.Steinkorbmauern, Steinblockmauern, Holzkä-sten, Betonmauern). Bei fundat ions- oder aus-führungstechnischen Schwier igkei ten ist dashier vorgestellte Verfahren oft zweckmässiger.Als Beispiel sei d ie Rutschung an der Precht-s t rasse in Me ls e rwähnt (Abb. 1 ,2 ) .Dor t s tandbis mindestens 9 m Tiefe kein Fels an. Füreinen schwimmenden Holzkasten war dieRutschmasse zu lang, die Glei t f läche zu t ief ,und die Strasse bergsei ts zu verschieben kamwegen der Labi l i tät des stei len Hanges (Han-gne igung 40 ' ) und der nachgewiesenen Ge-lände- und Grundbruchgefahr einer Futter-mauer nicht in Frage. So entstand die ldee, denGlei tkörper mit t ief fundierten Pfählen zu stabi-

l is ieren und das wiederherzustel lende Stras-senprof i l auf d iese Pfähle abzustützen. In engerZusammenarbe i t m i t der aus führenden Bohr -f i rma wurde das nachfolgend beschr iebeneTragsystem entwickelt.

Die Rutschmasse im Bereich des Stras-senkörpers wird mit senkrechten ln jekt ions-bohrpfählen längs des talsei t igen Bankettesstabi l is ier t . Diese Pfähle werden mit Stahlpro-f i len oder E isenbahnsch ienen armier t . lm f re i -stehenden Bereich der Bewehrung wird einevert ikale Wand aufgebaut und hinterfül l t , wo-durch der Strassenkörper wiederhergestel l twerden kann (Abb. 2, 3, 5) . ln der Regel isteine Verankerung der einzelnen Pfähle nöt ig.Bei d ieser Tragkonstrukt ion handel t es s ich umdie k le inmasss täb l i che Anwendung des Sy-stems der verankerten Trägerbohlwand oderRüh lwand. D ie Über legungen zum Tragverha l -ten basieren auf den dafür entwickel ten Theo-r ien .

3. Stat i t , Dimensionierung

3.1 Aussere KräfteDer stat ischen Analyse wurden die fo l -

genden äusseren Kräf te zugrunde gelegt:

Lasten:G: Gewich t der H in te r fü l lungP: Verkehrslast

Abb. 1: Rutschung Prechtstrasse, Mels, Mai1983.

Abb. 2: SanierteMels , Jun i 1983.

Rutschung Prechtstrasse,

Sanierung von Strassenrutschungen 6 1

Abb. 3: Ansicht eines ausgeführten Projektes.(Rutschsanierung Schwammtobel, Oberriet,August 1985) .

p: gleichmässig vertei l te NutzlastE6: akt ive Erddruckkraf t auf d ie Wand

Rückhal tekräf te:Ep' passiver Erdwiderstand vor den Bohl-

t ragernB: untere Auf lagerkraf t bei Einspannung im

FelsV: Ankerkraft

Weitere Vert ikalkräf te mussen bei den vorhan-denen Randbed ingungen in der Rege l n ich tberücksicht igt werden.

3.2 Bodenmechanische ParameterD ie fo lgenden bodenmechan ischen Pa-

rameter müssen für die Berechnung der äusse-ren Kräf te und den Nachweis der Glei ts icher-hei t ermit te l t werden:

ö: wirksame Kohäsiono: ef fekt iver Reibungswinkelr i spezi f isches Gewichtu: Porenwasserdrücke

Fal ls keine Mess- oder Erfahrungswerte vor-handen sind, können vernünft ige Ansätze zudiesen Parametern dadurch gewonnen wer-den, dass für die jewei l ige Rutschung einerückwärtsger ichtete Stabi l i tätsanalyse mit e i -nem vorgegebenen Sicherhei tsgrad F von 1.0ausgeführt wird. Jede der bisher mit In jek-t ionsbohrpfählen sanierte Rutschung wurdeauf diese Art untersucht.

lm rammbaren Untergrund sol l te derVer lauf der Felsoberf läche mit te ls Rammson-dierungen best immt werden.

Abb. 4= Die Ankerseile werden mit einerSchlaufe am Pfahl befestigt. (Rutschsanie-rung Riet l iwald, Ruf i , Jul i 1986).

3.3 Lasten und BelastungDie akt ive Erddruckkraf t auf d ie Wand

kann nach der bekannten Theor ie von Cou-lomb best immt werden.

Bei der Wahl der Verkehrslast is t d iegrösste normalerweise vorkommende Last fürden Holz- und Baustof f t ransport zu berück-sicht igen. Zur Ermit t lung des akt iven Erddruk-kes aus der Verkehrslast können die einzelnenAchs las ten durch e ine g le ichmäss ige L in ien-last ersetzt werden, mit welcher aufgrund derCu lmann- Konst ruk t ion d ie zusätz l i che Erd-druckkraf t berechnet wird.

Diese Berechnungsmethode zeigt , dassbei der k lassischen Erddruckvertei lung die ma-x ima le Erddruckspannung in der Nähe der Kro-ne der Wand erwartet werden muss. Damitw i rd d ie D imens ion ie rung der E lemente derWand (Wandboh len) von der Wandhohe prak-t i sch unabhäng ig .

Nach SIA-Norm 191 is t der Erddruck ausder Eigenlast des Bodens und der Nutzlastenim Normalfal l g le ichmässig, a lso rechteckför-mig , über d ie Baugrubent ie fe zu ver te i len .

D ie Wand so l l te n ich t mi t s ta rk tonha l t i -gen Mater ia l ien h in te r fü l l t werden. Gut gee ig -ne t s ind h ingegen ton ige K iese mi t wen ig Fe in -an te i len (USCS-Klasse GC) sowie d ie s i l t igen( U S C S - K l a s s e n G M , G M - M L , G M - G C ) u n dsauberen Kiese.

Sanierung von Strassenrutschungen 62

3.4 Dimensionierung der Pfähle undAnkerBe i den Pfäh len s ind d ie fo lgenden La-

gerungsarten zu unterscheiden:

a) Der Pfahl is t im Boden frei aufgelagert .b) Der Pfahl is t im Boden oder Fels te i lweise

oder vol l e ingespannt.

D ie Lagerungsar t i s t fü r d ie D imens ion ie rungwesent l i ch . In der Rege l w i rd e ine E inspan-nung im Untergrund angestrebt.

lm Lockermater ia l gelagerte Pfähle kön-nen nach der Theor ie von Weissenbach unterVerwendung der Nomogramme von Blum be-rechnet werden. Für diese Berechnungen seiauf die Spezial l i teratur verwiesen (2.8. Weis-senbach, 1975 u . 1977) . S ie ze igen, dass derErdwiderstand vor Bohl t rägern etwa im Oua-drat mit der Einbindet iefe zunimmt.

Wird der Pfahl fuss im Fels eingespannt,erfolgt d ie Berechnung nach dem Model l deseinsei t ig eingespannten Trägers.

D ie P fäh le wurden b isher mi t SBB-Schienen, Prof i l l (WFuss : 235 cmt), bewehrt .Es kommen aber auch andere Walzprof i le inFrage. Wicht ig ist jedoch, dass der erforder l i -che Bohr lochdurchmesser 225 mm nicht über-steigt , wei l sonst zu grosse Bohrmaschineneingesetzt werden müssen. Der Pfahlabstandwi rd je nach Wandhöhe in v ie len Fä l len zwi -schen 1 .5 m und 3 .0 m l iegen. D ie zu läss igeWandhöhe dieser Konstrukt ion ist auf 3.0 mbegrenzt.

Aufgrund der bisher igen Erfahrungen istdie erforder l iche Ankerkraf t ohne Schwier ig-ke i ten er re ichbar . Nach SIA-Norm 191 ha t derProjektverfasser die Ankerkräfte und die rech-ner isch freie Anker länge zu ermit te ln, währendes Sache des Unternehmers ist , d ie Veranke-rungslängen festzulegen. Die erforder l iche An-kerkraf t is t entweder durch die Erfül lung derGleichgewichtsbedingungen für die Tragkon-strukt ion oder durch den Nachweis der Gelän-debruchsicherheit des Gesamtsystems zu be-st immen.

E inen Anha l tspunk t fü r d ie D imens ion ie -rung der P fäh le und Anker geben d ie fo lgen-den Werte, d ie jedoch je nach Bodeneigen-schaften und Lagerungsverhäl tn issen derPfähle im Einzel fa l l überprüf t werden müssen:

Wandhöhe: 1 .50 m 2 .00 m 2 .50 m 3 .00 mPfahlabstand: 3.50 m 3.00 m 2.50 m 2.00 m

lm Lockermater ia l beträgt die minimal erfor-der l i che E inb indet ie fe 4 -5 m. D ie Gebrauchs-

k ra f t der Anker fü r d ie D imens ion ie rung derAnkersei le wird auf 200 kN (20 t) festgelegt. Inder Rege l i s t e ine Verankerungs länge (Veran-kerungszone) von 3 .0 m ausre ichend. D ie An-kersei le werden meistens ca. 50 cm unter demKopf des Pfahles befestigt.

3.5 Dimensionierung der WandbohlenDie Auf lösung der D imens ion ie rungs-

formel zeigt , dass der erforder l iche Durchmes-ser der Wandbohlen proport ional zur Wurzeldes akt iven Erddruckes ist . Al l fä l l ige Unsicher-hei ten in der Lastannahme werden also abge-schwächt . Be i e iner Aus fachung mi t Nade l -rundho lz w i rd e in Boh lendurchmesser von 20cm in den meis ten Fä l len genügen.

3.6 Nachweis der GleitsicherheitDas San ierungskonzept ha t zum Z ie l , d ie

Glei t f läche mit ln jekt ionsbohrpfählen zu ver-nageln und den Glei tkörper im standfesten Un-tergrund zu verankern. Die Glei ts icherhei t derTrag konstrukt ion a ls Ganzes ( Sicherhei t gegenGeländebruch) i s t nachzuweisen (Abb.6) . D ieGle i ts icherhe i t w i rd nach SIA-Norm 191 de f i -n ier t a ls Verhäl tn is der Scherfest igkei t zuScherspannung:

F = 5 r f = Scherfest igkei t

T ' t : vorhandene Scherspannung

Die stabi l is ierende Kraf t der Pfähle bei Biege-bruch w i rd a ls Schubwiders tand (S) e inesbeidsei t ig eingespannten Dübelelementes be-rücks ich t ig t (vg l . Huder , 1983) . D ie Ana lyseverschiedener Glei tkreise zu Abb. 6 zeigt , dassin d iesem Be isp ie l d ie P fäh le a l le ine ke ine aus-re ichende Zunahme der G le i ts icherhe i t bewi r -ken und dass deren Verankerung somit uner-läss l i ch i s t . Der in Abb.6 darges te l l te G le i tk re isergab beispielsweise folgendes Resul tat :

- G le i ts icherhe i t ohne Pfah l und ohne Anker :F : 0 ,96

- G le i ts icherhe i t m i t P fah l , ohne Anker :F : 1 . 0 6

- G le i ts icherhe i t m i t P fah l , m i t Anker F : 1 .38

In d iesem Be isp ie l w i rd somi t der lab i le Zu-s tand durch den Pfah l und den Anker au f e ineSicherhe i t von F : 1 .38 angehoben. Um d ieAnkerkräf te in der Stabi l i tätsrechnung berück-s ich t igen zu dür fen , müssen d ie Anker längenso festgelegt werden, dass die Glei t f lächen inder verankerten Zone bzw. die Verankerungs-körper h in te r den Gle i t f lächen l iegen.

Sanierung von Strassenrutschungen 63

OUERSCHNITT,

Abb. 5: Schematischer Ouerschnitt undG rundriss der Tragkonstruktion.

4. BauausführungVorgängig zu den Bohrarbeiten ist ein

Arbeitsplanum zu erstellen. Wenn von der ver-bliebenen Strasse aus'gebohrt werden kann,genügt ein schmales Planum von b0 cm Breite(als Fundament für die Wand). Andernfallsmuss das Planum genügend breit sein, um derBohrmaschine als Fahrbahn dienen zu können(ca. 2.50 m).

Bei den Bohrarbeiten werden zuerst dieSchrägbohrlöcher (g Bg mm) für die Ankergebohrt. Der leicht schräge Verlauf dieserBohrlöcher (2.8. 20') ist für deren Injizierungnotwendig. Sie werden am besten im Dreh-schlagbohrverfahren erstellt. In diese Löcherwird eine geschlitzte 2"-Stahllanze gestossen.Die seitlichen Schlitze ermöglichen äs der Ze-mentsuspension, in den Boden zu infiltrieren.Die Stahllanzen nehmen das genoppte Anker-seil auf. Schliesslich werden die BohrlöcherTit gil.t Spezialzementsuspension ausinji-ziert. Uber den Zementverbund wird die Anker-kraft vom Seil durch Mantelreibung auf denBoden übertragen. Die Seilanker weiden nichtvorgespannt.

Anschliessend werden die vertikalen Lö-cher für die Pfähle gebohrt. Bewährt hat sichein Bohrlochdurchmesser von 225 mm. DieBewehrung (bisher eine SBB-Schiene, prof i ll), reicht bis auf die Höhe des wiederherzustel-lenden Bankettes. Der Hohlraum zwischen derBohrlochwand und der Bewehrung wird mit

Abb. 6: Untersuchung der Gleitsicherheit.

einem Splitt rcfi6 mm ausgefüllt. Dann wer-den auch die vertikalen Bohrlöeher mit der Spe-zialzementsuspension ausinjiziert. Schluss-endfich werden die Ankerseile mit verbridetenSchlaufen an der Bewehrung befestigt(Abb.4) sowie die vertikale Wanä aufgebaütund hinterfüllt.

Der Durchmesser des Bohrloches für dievertikalen Pfähle soll 225 mm nicht überschrei-ten, damit kleine Bohrmaschinen eingesetztwerden können. Auch diese Bohrlöchel wer-den am besten im Drehschlagbohrverfahrenerstellt, wobei es sich gezeigt hat, dass einSenkhammer nötig ist.

Die Bohrlöcher werden mit Druckluft ge-spült, was ihnen auch die vorübergehend nöti-ge Standfestigkeit verleiht. Die Zementinjek-tion erfolgt bei den Vertikalbohrlöchern überkleine Röhren vom Pfahlfuss her. Die Zement-suspension infiltriert auch hier in den Boden,wodurch ein inniger, räumlich nicht eindeutigdefinierter Verbund zwischen dem pfahl unJdem umgebenden Lockermaterial entsteht.Deshalb werden diese Injektionsbohrpfähleauch als Wurzelpfahl bezeichnet. Bisher wur_den sowohl im Lockermaterial als auch im Felseingespannte Pfähle erstellt. Die Einbindetiefeim Fels kann beispielsweise auf 1.0 m festge-legt werden, was einer teilweisen Einspannungentsprechen dürfte.

Der Injektionsmörtel weist einen retativhohen Wasserzementwert von ca. 0.6 auf, wo-

Sanieru ng von Strassen rutschu ngen 64

durch der E inpressdruck k le in geha l ten werdenkann (etwa 2bar) . Die in der Li teratur angege-benen Grenzwerte für d ie In jekt ionsfähigkei tder Böden tref fen fur das vor l iegende Verfah-ren sche inbar n ich t zu , denn es wurden Bödenmit e inem wesent l ich grösseren Feinkornantei ler fo lgreich in j iz ier t . Der Zementverbrauch lagb isher im Mi t te l be i 75 kg i m1, mi t e iner Var ia -t i o n v o n 1 5 b i s 1 7 5 k g / m ' .

Der Korrosionsschutz der Anker ist imBohrloch durch die stark basische Reakt iondes Injekt ionsgutes gewährleistet . Die f re ieSe i l länge kann durch e inen Schrumpfsch lauchgeschützt werden. Es sol l ten nur verzinkte Sei-le verwendet werden.

Die Bohrarbei ten können bis etwa 50 mRutschbrei te in 3-5 Tagen er ledigt werden,und die gesamte Bauausführung erstreckt s ichüber ca . 14 Tage.

D ie angewandte Bohr - und In jek t ions-technik erfordert e ine Bohrf i rma, welche fürsolche Arbei ten speziel l ausgewiesen ist .

5. BaukostenNach den bisher igen Erfahrungen ist mit

Baukos ten von insgesamt 1200 b is 1600 Fran-ken/ml zu rechnen. ln d ieser Summe s indsämtl iche Kosten (Arbei tsaufwand, Mater ia l ,Maschinen, Transportmit te l ) fur d ie fo lgendenPosi t ionen inbegr i f fen:

- lns ta l la t ionen- Arbe i tsp lanum (2 .T . masch ine l l )- Bohrarbei ten- Bewehrung der Vert ikalpfähle- S tah l lanzen und Ankerse i le- Se i lha l te rungen, Br iden- Sp l i t t fü l lung- Zement in jekt ionen- Wand aus imprägn ier tem Rundho lz- H in te r fü l lung der Wand ink l . Mater ia l l ie fe -

r u n g- Wiederhers te l lung der Fahrbahn a ls Natur -

strasse (Koffer und Verschleissschicht)- {a l lweise ein verzinktes Stahlgeländer- Baugru nd un tersuchu ng- Pro jek t ie rung, Bau le i tung, Bauaufs ich t .

Der Kos tenante i l fü r d ie P fäh le und d ieAnker l iegt zwischen 50 und 70% der Gesamt-kos ten . E ine gewisse Uns icherhe i t l i eg t im Ver -brauch an In jek t ionsgut . Der Kos tenvoran-sch lag so l l te desha lb fü r d ie In jek t ionsbohr -p fäh le e ine ausre ichende Reserve en tha l ten .

6. Zusammenfassung undDiskussionDie San ierung von St rassenru tschungen

mi t veranker ten K le inbohrp fäh len ha t s ich inder bisher igen Praxis bewährt . Das Verfahrenweis t gegenuber anderen San ierungsmögl ich-kei ten fo lgende Vortei le auf:- Ke in Erdaushub und ke ine zusätz l i chen An-

schn i t te im ins tab i len Hang.- Keine Verminderung der Scherfest igkei t des

Bodens während des Bauvorganges (ke ineErschut te rungen durch Rammen, ke ine Was-serspü lung) .

- Andauernde Verbesserung der Bodenfes t ig -ke i t durch Bodenvermör te lung.

- Rekonstrukt ion des Strassenkörpers mit mi-n ima lem Schüt tvo lumen, dadurch andauern -

de Ent lastung der Rutschf läche.- Leichte Stützwand.- Ke ine Fundat ionsprob leme, s icher e r re ichba-

re Gründungst ie fe (Rammhindern isse sp ie -len ke ine Ro l le ) .

- Ke ine k la f fenden Fugen (w ie be i Rammpfäh-l e n ) .

- Wasserdurchlässige Stützkonstrukt ion.- Rasche Bauausführung.- Sehr wenig Baustof f t ransporte, a lso umwelt-

schonend.- Asthet isch ansprechende Lösung, den lnter-

essen des Landschaftsschutzes entspre-c h e n d .

Die Baukosten l iegen in vertretbaremRahmen. D ie vorges te l l te Lösung b i lde t 'e inewesent l i che Bere icherung der Pa le t te mög l i -cher Methoden zur San ierung von St rassenru t -schungen. Da d ie Bauausführung auch au fschwier igen Bauste l len im Geb i rge mög l ich is t ,dürf te dieses Verfahren in der Forstpraxis mitder Zei t e ine weitere Verbrei tung erfahren.

Mod i f i ka t ionen s ind hauptsäch l i ch inder Verwendung einer zweiten Anker lage fürWandhöhen über 3.0 m sowie im Ersatz desRundho lzes zwecks Ver längerung der Lebens-dauer der Wand denkbar .

LiteraturverzeichnisEhrbar , R . , 1984: San ierung e ines Rutsches mi t

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Schutzmassnahmen 6 5

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