Thomas Grundhoff, Matthias Kahl

• Der vorliegende Bericht über Bodenersatzverfahren beim Straßenbau auf wenig tragfähigem Untergrund vervollständigt eine dreiteilige Untersuchung zu dieser Thematik. Die Teile "Konsolidationsverfahren" und "Aufgeständerte Gründungspolster" wurden bereits als Hefte S 24 und S 26 in der Schriftenreihe der Bundesanstalt für Straßenwesen, Unterreihe Straßenbau, veröffentlicht. Bodenersatzverfahren lassen sich unterscheiden in Bodenaustauschverfahren und Bodenverdrängungsverfahren. Bei den Bodenaustauschverfahren sind die Teilleistungen Aushub der Weichschichten und Einbau des Ersatzmaterials zu erbringen. Hiermit ist ein relativ aufwendiger Einsatz von Maschinen und Personal verbunden, dem jedoch der Vorteil einer genaueren Steuerung der Qualität des Ersatzkörpers und im Zusammenhang mit Sicherungsmaßnahmen in Form eines Verbaues die Anpassungsfähigkeit an besondere Randbedingungen (zum Beispiel benachbarte bestehende Bauwerke) gegenübersteht. Hingegen erfordern die Bodenverdrängungsverfahren einen wesentlich weniger aufwendigen Maschinen- und Personaleinsatz, da hierbei im wesentlichen lediglich die Teilleistung Einbau zu erbringen ist. Dies drückt sich auch in den resultierenden Kosten aus , im Vergleich zu den klassischen Austauschverfahren sind die Kosten der Verdrängungsverfahren bei gleicher Ersatzkörperkubatur geringer. Nachteilig bei der Bodenverdrängung ist jedoch, dass eine ausreichende Qualität des Ersatzkörpers, auch bei Einsatz entsprechender Hilfsmittel (zum Beispiel Sprengung), wesentlich schwieriger und weniger zuverlässig zu erreichen ist als bei den Bodenaustauschverfahren. Durchgeführte Standsicherheits- und Verformungsberechnungen an Fallbeispielen zeigen, dass eine Vielfalt an Alternativen und Variationen innerhalb der Gruppe der Bodenaustauschverfahren vorhanden ist, um einen beliebigen Straßendamm auf wenig tragfähigem Untergrund standsicher und verformungsarm zu gründen. Bei einem Teilbodenaustausch sind unter ungünstigen Baugrundverhältnissen mit tief reichenden Weichschichten nennenswerte Restsetzungen nach Fertigstellung eines Straßendammes hinzunehmen. Neben der Setzungsverminderung führt der Teilbodenaustausch jedoch insbesondere bei geringen Dammkörperhöhen, ggf. in Verbindung mit der Verwendung von Geotextilien, auch zu einer Vergleichmäßigung der Setzungen bzw. Verringerung von Setzungsdifferenzen. Eine Serie von durchgeführten Setzungsberechnungen zeigt, dass ein Teilbodenaustausch nicht immer notwendigerweise eine Verminderung der resultierenden Setzungen zur Folge hat. Aufgrund der Wichteerhöhung im Austauschbereich können bei zu geringen Austauschtiefen größere Setzungen eintreten als ohne Bodenaustausch. Bei ungünstigen Bodenverhältnissen muss der Verhältniswert zwischen der in den Untergrund eingeleiteten Zusatzlast aus der Damm- sowie der Ersatzkörperschüttung und der Mächtigkeit der im Untergrund verbleibenden Weichschicht einen ungünstigsten Betrag überschreiten, damit die Setzungen mit zunehmender Austauschtiefe abnehmen. Der wichtigste Anwendungsbereich eines Teilbodenaustausches besteht darin, lediglich eine besonders weiche oberflächennahe Bodenschicht auszutauschen und die in der Natur vorgegebene Inhomogenität der Bodenschichtung mit der Folge von ungleichmäßigen Setzungen auf kurzen Distanzen deutlich zu vermindern.
• This report on soil replacement methods as part of road construction on subsoils with a low load-bearing capacity is the last of a three-part investigation of this topic. The parts titled "Consolidation methods" and "Elevated foundation padding" were published previously as issues S 24 and S 26 forming part of the Federal Highway Research Institute's sub-series on road construction. Soil replacement methods can involve either soil interchange or soil displacement. Soil interchange involves partial measures comprising excavation of soft layers and installation of substitute material. Although this proves relatively elaborate in terms of equipment and manpower, it is advantageous by allowing, firstly, more accurate control of the substitute material's quality and, secondly, adaptation to special boundary conditions through shoring (for example, in the case of neighbouring, existent structures). By contrast, soil displacement methods entail notably less equipment and staff, installation usually being the only partial measure required here. This is also demonstrated by the resulting costs: The costs of soil displacement are lower than those of classical soil interchange, given the same volume of soil substitute. However, one disadvantage of soil displacement is a notably more difficult and less reliable achievement of adequate soil substitute quality compared with the soil interchange method, even if appropriate aids are used (for example, blasting). Stability and deformation calculations on samples have revealed an existence of numerous alternatives and variants within the group of soil interchange techniques permitting a stable, low-deformation installation of any required type of road embankment on subsoil with a low load-bearing capacity. In the case of partial soil interchange under unfavourable subsoil conditions involving extensive soft layers, notable residual subsidence is to be expected after completion of the road embankment. Normally, however, partial soil interchange not only reduces overall subsidence, but also makes it more homogeneous, i.e. results in smaller subsidence differences - especially in the case of low embankments - aided with the use of geo-textiles in certain cases. A series of subsidence calculations has shown that partial soil interchange does not necessarily reduce subsidence. In the case of excessively small substitution depths, increases in specific gravity in the substitution zones can result in greater subsidence than if no interchange is performed. Under unfavourable soil conditions, the ratio between the additional load exerted on the subsoil by the deposited embankment and substitute and the thickness of the soft layer remaining in the subsoil needs to stay above a minimum threshold to ensure that subsidence decreases as the replacement depth increases. The most important variant of partial soil interchange involves a mere substitution of extremely soft soil layers close to the surface to achieve a notable reduction in the natural unevenness of the soil layers and correspondingly reduce unevenness in subsidence over short distances.