Sonderbauverfahren
Intelligente Lösungen für einen stabilen Baugrund
Den umfangreichsten Teil des Bauprojekts bilden die sehr aufwändigen Arbeiten zur Stabilisierung des Bodens, die sogenannten Untergrundertüchtigungen. Durch historische Überflutungen und Anlagerungen organischer Schichten, wie Torf, sind die Böden in der gesamten Region sehr weich. Dadurch ist das Erdreich instabil und als Untergrund beim Bau von Verkehrswegen ungeeignet. Um die speziellen Anforderungen an den Baugrund zu erfüllen, kommen daher verschiedene besondere Bauverfahren zum Einsatz.
Dieses Verfahren dient dazu, den Untergrund durch ein Gewicht, die sogenannte „Auflast“, zu verdichten. Dazu werden große Mengen an Sand zu einem sehr hohen Bahndamm aufgeschüttet. Das durch das Gewicht austretende Wasser wird in eine im Damm eingebaute Filterschicht und von dort in Seitengräben abgeleitet. Der Dammaufbau erfolgt in einzelnen Lagen mit jeweils bis zu einem Meter Dicke. Dieser provisorische Damm wird circa drei Meter höher sein als im Endzustand und eine steilere Böschungsneigung haben, um die entsprechende Auflast herzustellen. Sobald der Untergrund ausreichend verdichtet ist, wird das nicht weiter erforderliche Material entfernt und die Böschung abgeflacht.
Dieses Verfahren wird beispielsweise bei der Bahnverlegung Sande angewandt. Hier wird von einer Gesamtliegezeit der Auflast von 450 Tagen ausgegangen.
In einigen Abschnitten müssen die vorhandenen Bahndämme für den Streckenausbau verbreitert werden. Ist eine Verbesserung des Untergrunds oder der Austausch des Bodens in diesen Bereichen nicht realisierbar oder aus Platzgründen nicht möglich, wird die Böschung vernagelt.
Für die Böschungsvernagelung werden in einem Raster von zwei mal zwei Metern Stahlpfähle, sogenannte Nägel, im rechten Winkel in den Damm getrieben. Diese können bis zu 14 Meter lang sein. An den aus der Böschung austretenden Enden wird anschließend ein Stahlnetz befestigt. Dank dieses Verfahrens können Bahndämme mit steilen Neigungen und aus relativ weichem Bodenmaterial gesichert werden.
Bei der Fahrwegtiefgründung werden zur Stabilisierung des Bodens lange Betonpfähle tief in den Grund gebohrt und darauf eine Stahlbetonplatte installiert. Somit wird eine Art unterirdisches Brückenbauwerk erstellt, auf welchem dann der Oberbau, also Schotterbett und Gleise, angelegt werden. Das Bauwerk ist im Endzustand nicht mehr sichtbar. Ein solches Verfahren kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Weichschichten im Boden sehr mächtig sind und sich tief in das Erdreich erstrecken.
Südlich der Stadt Varel wurde dieses Verfahren bereits 2012 auf einem rund 1,5 Kilometer langen Abschnitt angewandt. Dazu sind in einem ersten Schritt rund 800 Rammpfähle mit einer Länge von 15 bis 20 Metern in den Untergrund getrieben worden. Anschließend erfolgten die Betonarbeiten für die rund 70 Zentimeter starke und 10,6 Meter breite Stahlbetonplatte. Diese war in insgesamt 45 Plattenabschnitte mit je 34 Meter Länge unterteilt.
Eine andere Möglichkeit der Untergrundstabilisierung ist das sogenannte FMI-Verfahren: die Fräs-Misch-Injektion. Dies ist eine moderne Technologie zur Bodenverfestigung in Dammbereichen und an Moorstellen. Sie kann auch an bestehenden Strecken mit einem instabilen Untergrund eingesetzt werden.
Bei diesem Verfahren fährt eine Fräse mit einem bis zu neun Meter langen Schwert und umlaufender Kette in den Untergrund und vermischt dabei den Boden mit einer Zementsuspension. Das Ergebnis ist ein homogener, wasserundurchlässiger und frostsicherer Erdbeton-Körper. Abhängig von der erforderlichen Tiefe des FMI-Körpers wird der Untergrund schrittweise durch das Fräsen von einem halben bis einem Meter breiten Streifen stabilisiert.
Eine neue innovative Lösung zur Stabilisierung wenig tragfähiger Böden sind Geotextil-ummantelte Säulen. Zur Herstellung werden Stahlrohre in den Untergrund eingebracht. Eine Hülle aus Geotextil im Stahlrohr wird mit örtlich vorhandenem Lockermaterial, zum Beispiel Sand oder Kies befüllt, das sich beim Herausziehen des Stahlrohrs verdichtet. Das Geotextil verhindert die seitliche Ausdehnung der Säulen, die damit an der Oberfläche die gewünschte Tragfähigkeit für den zukünftigen Bahn- beziehungsweise Straßendamm gewährleisten.
Die Planumsschutzschicht ist Bestandteil des Unterbaus. Sie ist eine Tragschicht zwischen Boden, auch Planum genannt, und Schotterbett. Die PSS wirkt lastverteilend, leitet das Oberflächenwasser ab und verhindert das Durchmischen von Schotter und Boden.
Der Einbau einer PSS erfolgt grundsätzlich dann, wenn der Untergrund den geplanten Beanspruchungen des Schienenverkehrs nicht standhält. Somit wirkt sie wie ein „Schutzschild“ für das darunter liegende Erdreich.
Wenn dieses Verfahren zur Untergrundverbesserung nicht ausreicht, wird zusätzlich ein Geogitter-Paket bestehend aus PSS und einer Übergangsschicht (ÜGS) eingebracht.
