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Probebelastungen von CMC-Säulengruppen – Einfluss der Lastverteilungsschicht auf die Beanspruchung des Untergrundes und der Säulen
Prof. Dr.-Ing. N. Meyer,
Dipl.-Ing. A. Emersleben,
Dipl.-Ing. J. F. Kirstein
1 Einleitung
Verschiedene Lastverteilungsschichten sind das wesentliche Unterscheidungsmerkmal
zwischen Baugrundverbesserungstechniken und Pfahlkonstruktionen. CMC-Säulen sind
erschütterungsfrei, vollverdrängend hergestellte pfahlartige Tragelemente zur Baugrund-
verbesserung. Im Gegensatz zu Pfählen handelt es sich dabei um unbewehrte Säulen die
über unterschiedliche Lastverteilungsschichten von der Bauwerkskonstruktion getrennt
sind und den umgebenen Baugrund in unterschiedlichem Maße am Lastabtrag beteiligen
(Abb. 1).
Abb. 1: Wirkungsweise von CMC-Säulen mit Lastverteilungsschichten
In der Fachwelt bestehen zahlreiche Ansätze zur Bemessung von aufgeständerten Grün-
dungspolstern [17]. Verschiedene Konstruktionen vor allem in Kombination mit Geokunst-
stoffen nach den Richtlinien der Hersteller und hydraulisch gebundenen Tragschichten mit
den Erfahrungen der Erbauer haben sich als Lastverteilungsschichten auch unter Hoch-
bauten bewährt.
Der Einsatz von Geozellen ist bislang vorwiegend aus dem Verkehrswegebau bekannt [1,
7,14]. Sie bieten mit ihrer räumlichen Höhe als Ersatz für Geogitter in Lastverteilungs-
schichten über CMC-Säulen mit Ihrem Tragverhalten eine neue Alternative zu hydraulisch
gebundene Tragschichten. Nachfolgend werden Versuchsergebnisse solcher Konstruktio-
nen im Vergleich zu den bei Großprojekten gemessenen Werten erläutert.
2 Baugrundverbesserung mit CMC-Säulen
2.1 Verfahrensbeschreibung CMC-Säulen
Auf dem Braunschweiger Pfahlsymposium 2005 wurden verschiedene Betonsäulen als
pfahlartige Tragglieder vorgestellt, die hinsichtlich ihres Herstellungsverfahrens sehr un-
terschiedlich sind.
Tabelle 1: Gegenüberstellung der Vollverdrängersysteme [5]
CMC-Säulen werden als drehendes Vollverdrängungssystem mit hohem Drehmoment
erschütterungsfrei eingebracht. Abgesehen von einer leichten Aufwölbung an der Ober-
fläche der Arbeitsebene wird kein Boden gefördert, wodurch sich das Verfahren grund-
legend von der Bohrpfahlnorm DIN 4014 [8] bzw. der seit Juni 1999 vorliegenden EN 1536
[9] unterscheidet.
Die Bezeichnung Controlled Modulus Columns ergibt sich aus der exakt auf einander
abgestimmten Geräteeinheit. Die üblicherweise auf einem Kettengerät installierte Beton-
pumpe ist mechanisch sowie elektronisch mit dem Trägergerät verbunden und sorgt für
den passenden Betondruck. In der zentralen Kontrolleinheit werden alle Ausführungs-
parameter gesteuert und protokolliert. Die kontinuierlichen Messintervalle visualisieren den
entstehenden Säulenquerschnitt zur Kontrolle während seiner Herstellung.
Abb. 2: Optimal auf einander abgestimmte CMC Geräteeinheit
Die schlanken Tragelemente der CMC-Säulen mit Durchmessern von 25 cm, 30 cm,
33 cm, 36 cm, 40 cm, 42 cm oder 60 cm unterscheiden sich hinsichtlich des Materials und
der Einbindung von den Pfählen. Nach dem Durchteufen der Weichschicht sind bereits
geringe Einbindungen in den tragfähigen Baugrund ausreichend. Die Bodenverdrängung
bewirkt eine Verbesserung des umliegenden Bodens, der rechnerisch mit seinen boden-
mechanischen Eigenschaften angesetzt wird.
Nach dem Erreichen der Endteufe im Vollverdrängungsverfahren werden spezielle sand-
basierte Betone an der CMC-Schleuse mit an den Boden angepasstem Betondruck
injiziert. Für unterschiedliche Körnungslinien des Zuschlagmaterials stehen verschiedene
Schlussmechanismen zur Verfügung (Abb. 3 bis 5). Bei den CMC-Säulen entsteht je nach
chemischen Betonangriffsgrad vom Säulenfuß bis zum Säulenkopf ein einheitlicher Quer-
schnitt mit kontinuierlichen Betonfestigkeiten von C8/10 bis C35/45.
Abb. 3: CMC-Fertiger mit zentrischer Schleuse für sandbasierten Spezialbeton
Abb. 4: CMC-Fertiger mit seitlicher Schleuse für sandbasierten Spezial-beton
Abb. 5: CMC-Fertiger mit verlorener Fußplatte für Normalbeton
2.2 Unterschiedliche Lastverteilungsschichten
In der Literatur findet sich der Falltürversuch von Terzaghi (1936) [18] zur bodenmechani-
schen Untersuchung der Gewölbeausbildung. Die Gewölbeausbildung setzt eine ausreich-
ende Überdeckungshöhe voraus.
Abb. 6: Gewölbeausbildung im Falltürversuch nach Terzaghi (1936) [18]
Je geringer die Gewölbehöhen und je weicher die Böden zwischen dem engen Raster der
vertikalen Tragelemente bei schlaffer Lasteintragung sind, desto mehr Maßnahmen
werden zur Stabilisierung der Lastverteilungskonstruktion erforderlich (Abb. 7).
Abb. 7: Abhängigkeit der Lastverteilungsschicht von der Überdeckungshöhe und dem Lasteintrag [13]
2.2.1 Einsatz von Geokunststoffen bei schlaffen Lasteintrag
Besonders beim schlaffen Lasteintrag im Verkehrswegebau werden Geokunststoffe ein-
gesetzt und für die Aufnahme von Membran- und Spreizkräften bemessen. Die BAST hat
2002 Bemessungsverfahren und Erfahrungen von Bauverfahren beim Straßenbau auf
wenig tragfähigem Untergrund zusammenfasst [17]. Es besteht weiterhin fachliche
Diskussion über das Tragverhalten und besonders über die hohen Sicherheitsbeiwerte für
das Langzeitverhalten der Geokunststoffe.
Abb. 8: Gewölbemodell mit Membran- wir-kung Bemessen nach der Seil theorie [17]
Abb. 9: Plattenmodell mit Biegezug- bewehrung nach der Balken- theorie [17]
Die zweidimensionalen Geokunststoffe werden als Scheiben lotrecht belastet. Die Bemes-
sungsansätze sind an die Seiltheorie angelehnt und erfordern sowohl dehnsteife Kunst-
stoffe als auch ausreichende Verankerungslängen. Aus diesem Grund werden die Geo-
kunststoffe zur Verbesserung Ihrer Balkenwirkung teilweise in mehreren Lagen eingebaut.
2.2.2 Verzicht auf Geokunststoffe bei starrem Lasteintrag
Bei starrem Lasteintrag kann auf zusätzliche Maßnahmen verzichtet werden. Eine Lastver-
teilungsschicht kann unterhalb der Fundamente eingebaut werden. Dadurch kann durch
einen entsprechenden Ansatz der Bettung des verbesserten Bodens die Biegezugbemes-
sung des Fundamentes optimiert werden, wobei durch Einstanzungen der Säulenköpfe in
die Lastverteilungsschicht mit geringfügigen Setzungen zu rechnen ist.
Abb. 10: Fundament auf Schottertrag- schicht
Abb. 11: Bodenplatte auf unbewehrter Lastverteilungsschicht
Grundsätzlich ist die Wirkungsweise von starrem Lasteintrag auch bei ausgedehnten
Bodenplatten gegeben und im Einzelfall in Abhängigkeit des gewählten Rasterabstandes
und der Bettung durch die Weichschicht zu prüfen. Auf der europäischen Baugrundtagung
in Prag sind Versuche und Berechnungsansätze für geringmächtige Lastverteilungsschich-
ten zwischen Bodenplatten und Säulerastern durch Ménard Soltraitement zusammen mit
dem Büro Véritas [4] veröffentlicht worden.
Die Ergebnisse zeigten, dass auch bei Wahl enger Säulenraster mit kleinen Säulendurch-
messern geringe Überdeckungshöhen trotz einer unbewehrten Bodenplatte unter
bestimmten Voraussetzungen einen starren Lasteintrag erzeugen.
2.2.3 Hydraulisch gebundene Tragschichten
Hydraulisch gebundene Tragschichten, die mit Ihren Festigkeiten in den Bereich der
Magerbetone reichen, bewirken als Druckkörper einen starren Lasteintrag in die vertikalen
Tragelemente. Sie kommen bei erhöhten Setzungsanforderungen und bei sehr weichen
Böden zum Einsatz, wenn ein Bettungsausfall der Weichschicht berücksichtigt werden
muss. Die gebundenen Tragschichten bieten gegenüber Geokunststoffen aufgrund Ihrer
räumlichen Eigenschaften und der entfallenden Verankerungslängen besonders beim Ge-
wölbeschub an den Rändern der Fläche Vorteile. Die Bemessung der Schichtmächtigkeit
der hydraulisch gebundenen Tragschicht erfolgt in der Regel mittels eines Finite Element
Modells als Druckgewölbe.
Abb. 12: Einsatz von hydraulisch gebundenen Tragschichten über CMC-Säulen
2.2.4 CMC-Säulen mit Geozellen zur Lastverteilung
Geozellen sind dreidimensionale Zellen aus polymeren Kunststoffen, die mit dem Füllbo-
den zusammen einen Verbundwerkstoff ergeben. Die Zellenwände verhindern dabei das
seitliche Ausdehnen des Füllbodens unter Belastung und erhöhen dadurch die Steifigkeit
und die Tragfähigkeit des Bodens (Abb. 13).
Durch die Tragwirkung der Geozellen wird auch die Spannungsverteilung im Untergrund
beeinflusst. Durch die Geozellenstabilisierung werden die aufgebrachten Lasten über eine
größere Fläche verteilt und die Spannungen und damit auch die Verformungen in der
Kontaktfläche zwischen Stabilisierungsschicht und Untergrund werden reduziert [15, 16].
In der Vergangenheit wurden die Geozellen als Seitenrandbefestigung, bzw. zur Stabilisie-
rung von mineralischen Tragschichten im bituminösen Straßenbau bei gering tragfähigen
Böden eingesetzt [14].
Abb. 13: Tragsystem Geozellen
Da eine mit Geozellen stabilisierte Tragschicht in der Lage ist, Einzellasten ähnlich einer
Platte über eine größere Fläche zu verteilen, wurde die Idee entwickelt, die Geozellen zur
Lasteinleitung in die CMC-Säulen einzusetzen und dadurch den Aufbau und die Mächtig-
keit der Lastverteilungsschicht zu optimieren (Abb. 14).
Abb. 14: Einsatz von Geozellen in der Lastverteilungsschicht über CMC-Säulen
Die Versuchsanordnung zum Einsatz von Geozellen in der Lastverteilungsschicht über
CMC-Säulen ist in Kapitel 4 dargestellt und näher erläutert. Vorher werden andere, bereits
ausgeführte, CMC-Projekte mit üblichen Lastverteilungsschichten kurz vorgestellt, um die
Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse der Geozellen über CMC-Säulen herzuleiten.
3 Ausgeführte Projekte
3.1 Gründung der hohen Dammbereiche BAB A281 BA3/1 auf CMC-Säulen
Die Bremer Autobahn BAB A 281 verläuft im Bauabschnitt 3-1 in Dammlage auf setzungs-
empfindlichen Auelehmen, die oberflächennah bis in Tiefen von in weicher bis breiiger
Konsistenz anstehen. Die Auelehme wurden bei einem Wassergehalt von 21% bis 104%
mit Steifemodulen von 2 bis 4 MN/m² im Baugrundgutachten der HS Bremen [12] ange-
sprochen. Die unterlagernden Sande der Weserterrassen wiesen eine lockere bis mittel-
dichte Lagerung auf.
Um die Setzungen vorwegzunehmen, wurde auf einem ca. 1500 m langen Teilstück der
Autobahntrasse eine Vorbelastung von mindestens 1,5 m Sand aufgebracht und die
Konsolidation der Weichschichten großflächig durch Vertikaldräns im Raster von 1,5 m
beschleunigt.
Auf einer Teilstrecke von ca. 600 m Länge erfolgte die Gründung des im Mittel ca. 10 m
hohen Straßendammes als aufgeständertes Gründungspolster auf ungefähr 15.000 CMC-
Säulen, um Mitnahmesetzungen an der Nachbarbebauung zu vermeiden. Die CMC-
Säulen erfüllten die Anforderungen an ein erschütterungsfreies System, so dass die
hydraulisch gebundenen Säulen unmittelbar an den angrenzenden Hafengleisen und
zwischen den Pfählen der Brückenwiderlager hergestellt werden konnten.
Im Sinne einer einheitlichen Gründung wurden die CMC-Säulen im Bauabschnitt 3-1 voll-
flächig anstelle der vorgesehenen vermörtelten Stopfsäulen eingesetzt.
Zunächst wurden 6 statische Probebelastungen an verschiedenen, maßgebenden Bau-
grundprofilen durchgeführt und die Berechnungsansätze für die Säulen mit 40 cm Durch-
messer überprüft. Die äußere Tragfähigkeit von 500 kN wurde mit einer Sicherheit größer
1,75 nachgewiesen [11].
Die CMC-Säulen wurden in Anbetracht der Dammlasten von im Mittel 10 m Höhe
(maximale Höhe 13 m mit Vorbelastung) in einem quadratischen Raster von 1,58 m
hergestellt. Die zugeordnete Fläche je Säule beträgt 2,5 m².
Die Setzungsprognose erfolgte mittels der Finiten Element Methode. Dabei wird ersatz-
weise eine Säule mit dem umgebenden Boden ausgeschnitten und radialsymmetrisch
modelliert. Als Ergebnis werden die Spannungen und Verformungen der Bodenverbesse-
rung aus CMC-Säulen und umgebenden Boden berechnet und dargestellt (Abb.15).
Abb. 15: Radialsymmetrisches Finite Elemente Modell
Infolge der Belastung von ca. 200 kN/m² bis 220 kN/m² aus der Dammschüttung wurden je
nach Bemessungsprofil bis zu 8 cm Setzungen prognostiziert. Die Verformungen infolge
der Verkehrsbelastung nach Fertigstellung der Autobahn sind mit maximal ca. 1 cm
berechnet worden und sind damit mit dem angrenzenden tief gegründeten Brückenbau-
werken verträglich.
Infolge der 10 m hohen verdichteten Dammschüttung ist eine ausreichende Über-
deckungshöhe gegeben, so dass sich ein Gewölbe ausbilden kann und sich dadurch eine
Lastumlagerung auf die steifen Säulen ergibt. Der wenig tragfähige Boden zwischen den
Säulen wird dadurch entlastet und muss nur noch das Bodeneigengewicht unterhalb des
Gewölbes aufnehmen [13, 19].
Zur Aufnahme von seitlichen Spreizkräften im Bereich der Dammböschung wurde ein
Geogitter über den Säulen eingelegt.
Die Berechnungsergebnisse wurden im Zuge der Dammschüttung mittels Beobachtungs-
methode überprüft. Im Bereich der Vertikaldräns wurden die Setzungen zur Kontrolle des
Konsolidationsverlaufes gemessen und der Schüttprozess mit Inklinometermessungen
überwacht. Hier wurde der 10 m hohe Damm zusätzlich mit 3 m Sand überschüttet. Die
gemessenen Setzungen betrugen im Übergang zu den CMC-Säulen bis zu 50 cm und
entsprachen der Setzungsprognose für diesen Bereich.
Abb. 16: Blick von dem ca. 10 m hohen Damm mit den CMC-Säulen zu dem Über- schüttbereich der Vertikaldräns mit zusätzlich 3 m Vorbelastung.
Die zur Konsolidation mit Vertikaldräns erforderlichen Vorbelastungsmassen von ca. 3 m
Sand wurden bis ca. 10 m in den mit CMC-Säulen gegründeten Dammbereich gezogen.
Dieser Übergangsbereich wurde mit zusätzlicher Messtechnik in Form von Setzungs-
pegeln auf und zwischen den CMC-Säulen ausgestattet.
Die in diesem Bereich infolge der Dammschüttung bis 13 m Höhe gemessenen Setzungen
von maximal 5 cm liegen deutlich unterhalb der FEM-Prognosen.
Abb. 17: Herstellung von CMC-Säulen zwischen den Schrägpfählen der Brücken
Die schlanken CMC-Säulen wurden im Bauabschnitt 3-1 vollflächig ausgeführt und als
erschütterungsfreies Verfahren bis zwischen die Pfähle der Brückenbauwerke hergestellt.
Im Bauabschnitt 2-1 wurden die CMC-Säulen nachträglich eingesetzt, um zwischen den
Brückenbauwerken und der angrenzenden Bodenverbesserung mit vermörtelten Stopf-
säulen einen setzungsverträglichen Übergang zu schaffen.
3.2 Hochbauten
Die CMC-Säulen wurden nach Ihrer ersten Anwendung im Verkehrswegebau mit ver-
schiedenen Lastverteilungsschichten unter zahlreichen Hochbauvorhaben eingesetzt.
In Hamburg Moorfleet wurde das Logistikcenter der FIEGE Gruppe in zwei Bauabschnitten
von 40.000 m² und anschließend 30.000 m² ausgeführt. Die Belastungen der Einzelfun-
damente betrugen bis zu 5.000 kN. Im Bereich der Bodenplatten waren infolge der Hoch-
regale Flächenlasten von 50 kN/m² zu erwarten.
Im Untergrund waren oberflächennah organische Weichschichten bestehend aus Klei mit
33% bis 204% Wassergehalt und Torfe mit maximal 245% Wassergehalt bis zu einer
Mächtigkeit von maximal 6,7 m vorhanden, die von mitteldicht gelagerten Sanden als trag-
fähigem Baugrund unterlagert wurden [3]. In Abbildung 18 ist das typische Ergebnis einer
Drucksondierung angegeben.
Abb. 18: Drucksondierung am Versuchsfeld mit Geozellen auf 16 CMC-Säulen
In beiden Bauabschnitten wurden insgesamt 17.100 CMC-Säulen mit einem Raster von
5 m² je Säule ausgeführt.
Die Einzelfundamente wurden für eine Sohlnormalspannung von ca. 250 kN/m² ausgelegt
und tragen die Lasten teils direkt über eine Magerbetonschicht auf die CMC-Säulen ab
(Abb. 19). Bei größeren Fundamentabmessungen wurden die Lasten über eine starke
Schotterschicht auf die CMC-Säulen übertragen (Abb. 18).
Abb. 19: Einzelfundamte mit Schotter- polster auf CMC-Säulen
Abb. 20: Einzelfundamtente mit Sauber- keitsschicht auf CMC-Säulen
Als Lastverteilungsschicht über den CMC-Säulen wurde unter der 20 cm starken stahl-
faserbewehrten Bodenplatte eine zementverfestigte Sandschicht mit einer Mächtigkeit von
ca. 1 m ausgeführt. Die Aufnahme der Horizontalkräfte am Höhenversprung von ca. 1,2 m
erfolgte mittels System Bewehrter Erde.
Die Berechnung der Verformungen wurde mit verschiedenen Finite Element Modellen
durchgeführt. Infolge der einheitlich angesetzten Flächenlast von 50 kN/m² sowie ideali-
sierter Laststellungen der Hochregale wurden Setzungen bis maximal 3 cm prognostiziert
(Abb. 21).
Abb. 21: Finite Elemente Modelle zur Prognose von Setzungen infolge unterschiedlicher
Laststellungen
Die Verformungsmessungen an ausgewählten, hoch belasteten Stützen im ersten Bauab-
schnitt, ergaben Setzungen von maximal 1 cm.
Nach Fertigstellung des ersten Bauabschnittes (FIEGE I) wurde der zweite Bauabschnitt
mit dem gleichen Verfahren hergestellt.
Abb. 22: FIEGE II Hamburg Moorfleet: Produktion CMC-Säulen und Herstellung der hydraulisch gebundenen Tragschicht in mehreren Lagen
Die Vorteile des erschütterungsfreien Verfahrens ermöglichten eine einheitliche Gründung
gleichen Rasters beim Anbau der drei zusätzlichen Hallen von FIEGE II an die vier beste-
henden Halle von FIEGE I (Abb. 23).
Abb. 23: Erschütterungsfreie Ausführung von FIEGE II direkt vor der Wand von FIEGE I
4 Säulengruppenprobebelastung
4.1 Versuchsaufbau
Im Zuge des Bauvorhabens FIEGE konnte in einem Teilbereich ein Probefeld mit CMC-
Säulen und verschiedenen Lastverteilungsschichten ausgeführt werden.
Das Probefeld bestand aus insgesamt 16 CMC-Säulen mit einem Durchmesser von je
40 cm, die quadratisch in einem Abstand von 2,23 m angeordnet waren (Abb. 24).
Abb. 24: Darstellung des Probefeldes mit Messinstrumenten
Als Lastverteilungsschicht über den CMC-Säulen wurde zunächst eine ca. 20 cm mächtige
Ausgleichsschicht aus Sand aufgebracht. Darauf wurden 20 cm hohe Geozellen aufge-
spannt (Abb. 25), mit Sand verfüllt und verdichtet.
Anschließend wurden die Geozellen mit einer 30 cm mächtigen, verdichteten Sandschicht
und einer ca. 20 cm starken Ortbetonplatte überbaut.
Nach dem Aufbau des Probefeldes wurde die Säulengruppe mit einer 2,5 m hohen Sand-
schicht überschüttet, was einer Flächenlast von ca. 40 bis 42,5 kN/m² entsprach.
Zur Messung der aus der Probebelastung resultierenden Vertikalspannungen im Unter-
grund und der Setzungen wurde das Probefeld mit Erddruckmessgebern, Setzungspegeln
und einem Horizontalinklinometer instrumentiert. Die Erddruckmessgeber wurden dabei
sowohl direkt oberhalb der Säulenköpfe als auch in Feldmitte zwischen den Säulen instal-
liert.
Abb. 25: Einbau der Geozellen über den CMC-Säulen
Nach Abschluss der Untersuchungen wurde zunächst der gleiche Aufbau ohne Beton-
platte untersucht. Als dritte Variante kam ein 70 cm starker Aufbau aus Sand (ohne Geo-
zellen und Betonplatte) zur Ausführung.
4.2 Messergebnisse
Bei dem Versuchsaufbau mit Geozellen und der Bodenplatte ergaben sich infolge der
Flächenlast Spannungen von ca. 320 kN/m² auf den Säulen und ca. 23 bis 27 kN/m² in
Feldmitte zwischen den Säulen auf dem Erdplanum. Die gemessenen Setzungen betru-
gen nach einer Woche ca. 3 bis 5 mm.
Nach dem Entfernen der Betonplatte und erneuter Belastung der mit Geozellen bewehrten
Lastverteilungsschicht wurden um ca. 10 bis 20 % höhere Spannungen von ca. 26 bis 29
kN/m² zwischen den Säulen und entsprechend geringere Spannungen von ca. 270 kN/m²
auf den Säulen gemessen. Die Verformungen nahmen geringfügig um 1 bis 2 mm zu.
Bei der dritten Variante, der 70 cm mächtigen Sandschicht als Lastverteilungsschicht
ergaben sich nahezu über die gesamte Fläche Spannungen zwischen 37 und 42 kN/m².
Die Spannungen auf den steiferen CMC-Säulen lagen nur unwesentlich höher.
Die Setzungen in Feldmitte stiegen auf bis zu 1,5 cm an. Langzeitmessungen konnten
wegen des Bauablaufes nicht ausgeführt werden, da das Probefeld wieder geräumt wer-
den musste.
4.3 Bewertung der Messergebnisse der Säulengruppenprobebelastungen
Bei der Lastverteilungsschicht aus Sand ergab sich infolge der schlaffen Belastung ein
nahezu gleichmäßiger Spannungsverlauf über die gesamte Fläche. Wegen der geringen
Höhe der Lastverteilungsschicht von 0,7 m im Vergleich zum Achsabstand der Säulen
kann sich kein Gewölbe ausbilden, welches die Lasten auf die steiferen Säulen überträgt.
Hierzu sind größere Überdeckungshöhen notwendig [13, 20].
Bei Anordnung von 20 cm hohen Geozellen zur Stabilisierung des Füllbodens über den
Säulen reduzieren sich die Spannungen in Feldmitte um ca. 30 bis 40 % und damit auch
die Verformungen.
Bei zusätzlichem Ansatz der Bodenplatte, die im Hochbau in der Regel immer vorhanden
ist, reduzieren sich die Spannungen in Feldmitte um weitere 10 bis 20 %. Ein Großteil der
Belastungen wird in die Säulen eingeleitet.
Es verbleiben aber immer noch Spannungen von ca. 20 bis 25 kN/m² zwischen den
Säulen, die zu Verformungen führen. Inwieweit diese sich bei zusätzlicher Belastung
erhöhen, kann derzeit nicht beurteilt werden. Untersuchungen von Vollmert et al. [19] an
einem ähnlichen Bauvorhaben in Bremerhaven haben ergeben, das auch bei größeren
Belastungen nur eine unterproportionale Zunahme der weiteren Spannungen in Feldmitte
zu erwarten ist.
5 Zusammenfassung
CMC-Säulen sind erschütterungsfrei, vollverdrängend hergestellte pfahlartige Tragelemen-
te zur Baugrundverbesserung. Im Gegensatz zu Pfählen sind die Säulen unbewehrt und
ihr wesentlicher Tragmechanismus besteht in einer Beteilung des umgebenden Bodens
am Lastabtrag. Der Lastabtrag in den umgebenen Boden wird dabei im Wesentlichen von
den oberhalb der vertikalen Tragglieder angeordneten Lastverteilungsschichten beein-
flusst. Üblicherweise bestehen die Lastverteilungsschichten unterschiedlicher Mächtigkeit
aus Konstruktionen in Kombination mit Geokunststoffen oder hydraulisch gebundenen
Tragschichten. Der Einsatz dieser Tragsysteme hat sich dabei auch unter setzungsemp-
findlichen Hochbauten zahlreich bewehrt.
Im Zuge einer Baumaßnahme mit CMC-Säulen konnten die Einflüsse unterschiedlicher
Lastverteilungsschichten auf die Setzungen und die Lastverteilung im Untergrund in einem
Probefeld, bestehend aus 16 CMC-Säulen, untersucht werden. Dabei wurde auch der Ein-
satz von so genannten Geozellen innerhalb der Lastverteilungsschicht untersucht. Geozel-
len sind dreidimensionale Bewehrungselemente aus Geokunststoffen, die mit Füllmaterial
befüllt und anschließend verdichtet werden. Der wesentliche Tragmechanismus besteht
darin, dass der von den Zellenwänden eingeschlossene Boden an seiner seitlichen Aus-
dehnung behindert wird und so die Steifigkeit der mit Geozellen bewehrten Schicht erhöht
wird. Die Messergebnisse zeigen, dass eine mit Geozellen bewehrte Lastverteilungs-
schicht im Gegensatz zu einer unbewehrten Sandschicht gleicher Mächtigkeit zu einer
Umlagerung der aus der Auflast resultierenden Vertikalspannungen auf die vertikalen
Tragglieder führt. Dieser Effekt wird mit einer zusätzlichen Betonplatte oberhalb der Last-
verteilungsschicht noch zusätzlich verstärkt. Die in Folge der Auflast auftretenden Setzun-
gen konnten mittels der Geozellen bewehrten Lastverteilungsschicht ebenfalls deutlich
reduziert werden.
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Kontaktadressen:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. N. Meyer Institut für Geotechnik und Markscheidewesen Technische Universität Clausthal Erzstraße 18 38678 Clausthal-Zellerfeld Tel.: 05323 - 72 22 94 Fax: 05323 - 72 24 79 E-Mail: [email protected] Dipl.-Ing. A. Emersleben Institut für Geotechnik und Markscheidewesen Technische Universität Clausthal Erzstraße 18 38678 Clausthal-Zellerfeld Tel.: 05323 - 72 36 99 Fax: 05323 - 72 24 79 E-Mail: [email protected] Dipl.-Ing. Johannes F. Kirstein BVT DYNIV® GmbH Hittfelder Kirchweg 2 21220 Seevetal Tel.: 04105 - 6648 0 Fax: 04105 - 6648 66 E-Mail: [email protected]
