Erd- und Oberflächenarbeiten bei Leitungsverlegungen. ZTVA

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Erd- und Oberflächenarbeiten
bei Leitungsverlegungen
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/ 99
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Autoren:
Matthias Heuser und Alexander E. Zeller
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ISSN-Nr.: 1436-3968
© 1999 DVGW Bonn, August 1999
DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V.
Technisch-wissenschaftliche Vereinigung
Postfach 14 03 62
D-53058 Bonn
Telefon (0 2 28) 91 88-5
Telefax (0 2 28) 91 88-9 90
Nachdruck und fotomechanische Wiedergabe, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des
DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V., Bonn, gestattet.
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ZTVA – StB 97 –
Nachweis der Bodenverdichtung –
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Erd- und Oberflächenarbeiten bei
Leitungsverlegungen
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
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Mit der vorliegenden Gas-Wasser-Information soll
den im Leitungsbau für die Aufgrabung und Verfüllung verantwortlichen Fachleuten eine Unterlage zur
Verfügung gestellt werden, die es Ihnen ermöglicht,
zielgerecht die gestellten Aufgaben zu erfüllen. Von
den Autoren Dipl.-Ing. Matthias Heuser und Dipl.Ing. Alexander E. Zeller aus dem DVGW-Arbeitskreis
„Mitbenutzen von Verkehrswegen“ wurden die wesentlichen Forderungen der einschlägigen Regelwerke angesprochen und deren Hintergründe erläutert. Die hier gemachten Hinweise sollten bei der
Planung, Ausschreibung und Bauausführung Beachtung finden. Nur bei klaren Vorgaben ist eine
sach- und kostengerechte Ausführung zu erwarten
und eine gesicherte Überprüfung möglich.
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Vorwort
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Die Mitglieder des DVGW-Arbeitskreises „Mitbenutzen von Verkehrswegen“ hoffen hiermit zur Akzeptanz der einschlägigen Technischen Regeln beigetragen zu haben und deren Anwendung zu erleichtern.
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Bonn, September 1999
DVGW Deutscher Verein des
Gas- und Wasserfaches e. V.
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Inhaltsverzeichnis
Prüfverfahren zum Nachweis
ausreichender Verdichtung
Problemstellung
5.1
Direkter Nachweis der Bodenverdichtung
Erstellung der ZTVA – St B 97
5.1.1
Proctor-Versuch (Laborversuch)
5.1.2
Bestimmung der Trockendichte (Feldversuch)
Einleitung
1.1
Wirtschaftliche Aspekte
1.2
1.3
Die wichtigsten Aussagen
und Forderungen der ZTVA – St B 97
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2
Begriffe
2.2
Bautechnischer Grundsatz
2.3
Qualifizierte Firmen
2.4
Fugenausbildung
2.5
Randzonen/Abtreppungen
2.6
Reststreifen
2.7
Baustufen
2.8
Füllboden
3
Bodenverdichtung in Leitungsgräben
3.1
Grundlagen der Bodenverdichtung
3.1.1
Nichtbindige Böden (grobkörnige Böden)
3.1.2
Bindige Böden (feinkörnige Böden)
3.2
Anhaltswerte für Verdichtungsmöglichkeiten
Berechnung des auf der Baustelle (Feldversuch) erzielten Verdichtungsgrades DPr.
5.1.4
Nachteil des direkten Prüfverfahrens
5.2
Indirekter Nachweis der Bodenverdichtung
5.2.1
Statischer Lastplattendruckversuch
5.2.2
Rammsondierung
5.2.3
Dynamischer Plattendruckversuch
5.2.4
Leitungsgrabensonde
5.2.5
Überwachung des Arbeitsverfahrens
6
Zusammenfassung
rü
Literaturverzeichnis
Prüfung der Bodenverdichtung
und der Tragfähigkeit
Verdichtungsanforderungen nach
ZTVA – St B 97
zu
4.1
5.1.3
ck
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2.1
4
n
5
1
4.2
Prüfumfang in der Leitungs- und
Verfüllzone
4.2.1
Eigenüberwachungsprüfungen
4.2.2
Kontrollprüfungen
4.3
Prüfungen des Oberbaues
4.3.1
Frostschutzschicht, Kies- oder
Schottertragschicht
4.4
Problematik beim Leitungsbau
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
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zu
Einleitung
1.2
1.1
Wirtschaftliche Aspekte
Das Rechtsverhältnis zwischen den Eigentümern
der Straßen (Straßenbaulastträger) und den Versorgungsunternehmen wird durch Konzessionsverträge, Rahmen- oder Gestattungsverträge geregelt.
Die Konzessionsverträge behandeln im wesentlichen die Versorgungspflicht, das Benutzungsrecht
der öffentlichen Wege und Plätze, die Zahlung einer
Konzessionsabgabe und die Gewährleistung bei
den Grabungsarbeiten, wobei eine „ordnungsgemäße Wiederherstellung“ gefordert wird. Weitergehende technische Regeln zu den Wiederherstellungsarbeiten fehlten meist.
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Für die Erweiterung, Erneuerung, Veränderung und
Reparatur von Leitungsnetzen werden die öffentlichen Straßen, Wege und Plätze zum Teil wiederholt
aufgegraben. Der Aufbruch, die Verfüllung und die
Oberflächenwiederherstellung von Aufgrabungen in
Verkehrsflächenbefestigungen stellen einen sehr
komplexen Problemkreis dar, der sowohl aus technischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht für Versorgungsunternehmen von großer Bedeutung ist.
Problemstellung
n
1
Die Forderungen der Straßenbaulastträger nach mehr
Qualität bei der Wiederherstellung von Straßen im Zusammenhang mit Leitungsbaumaßnahmen gründeten sich auf diverse Schadensfälle:
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Die wirtschaftliche Bedeutung der Erd- und Oberflächenarbeiten beim Leitungsbau wird sehr schnell
deutlich, wenn man die durchschnittlichen Verlegekosten in ausgebauten Ortsstraßen (d. h. mit befestigten Oberflächen) betrachtet. Auf die Rohrmaterialkosten sowie auf die Rohrverlegungskosten
entfallen jeweils etwa 10 – 20 %. Für Aufbruch, Aushub, Rohrbettung, Verfüllung, Verdichtung und Wiederherstellung des Oberbaues müssen 60 – 80 %,
bezogen auf die Gesamtkosten, in Ansatz gebracht
werden (Bild 1).
! Setzungsschäden an Straßen durch mangelhafte
Verdichtung
! Schäden im Nahtbereich zwischen alter und
wiederhergestellter Befestigung
! Rißbildungen im Bereich der Randzonen
10 – 20 %
Rohrmaterial
10 – 20 %
Rohrverlegung
60 – 80 %
Erd- und Oberflächenarbeiten
Bild 1: Leitungsverlegekosten in Innerortsbereichen
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
7
Man sprach in diesem Zusammenhang von
! schwerwiegenden Substanzschädigungen
! zusätzlichem Unterhaltungsaufwand
! vorzeitigen Instandsetzungsmaßnahmen
! Wertminderung.
1.3
Erstellung der ZTVA – StB
„Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für
Aufgrabungen in Verkehrsflächen“
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! vorzeitiger Herabsetzung des Gebrauchswertes
der Straße
sondern sie in die umgebenden Regeln der Technik
einzupassen. Für ihr Verständnis sind alle diese Regeln aus den Nachbarbereichen unerläßlich. Für den
Praktiker am Bau, dem es unmöglich ist, das gesamte Regelwerk ständig mitzuführen, ist in dem
Anhang zur ZTVA – StB das Wesentliche an Hand
gegeben für die ordnungsgemäße Abwicklung von
Baumaßnahmen.
n
! Schäden an Deckschichten durch unsachgemäßen Einbau (z. B. zu geringe Mischguttemperatur).
Die Neuausgabe wurde erforderlich, weil seit der
Einführung der ZTVA – StB 1989 neue Ausgaben der
ZTVE – StB, der ZTVT – StB, der ZTV Asphalt – StB,
der ZTV-Beton – StB und der ATV erschienen sind.
Darüber hinaus wurden weitere praktische Erfahrungen und neuzeitliche Entwicklungen, insbesondere
bei der Prüfung der Bodenverdichtung berücksichtigt.
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In einem Symposium über den kommunalen Straßenbau von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und
Verkehrswesen Anfang der 80er Jahre, bei dem auch
der Fragenkomplex von Aufgrabungen und deren
Wiederherstellung angesprochen wurde, zeigte sich
großes Interesse und Regelungsbedarf bei den Vertretern kommunaler Straßenbaulastträger. Dies führte
dazu, daß sich ein Arbeitskreis bei der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV)
mit der Problematik Aufgrabungen in Verkehrsflächen
befaßte. Neben den Vertretern der Straßenbaulastträger haben Mitarbeiter aus der Versorgungswirtschaft
(DVGW, BGW, VDEW, AGFW), der Deutschen Bundespost, der Abwassertechnischen Vereinigung und
des Bundesverbandes der Bauindustrie ihre Interessen eingebracht. Die ZTVA – StB wurde auf der Basis
der bestehenden allgemeinen technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) und zusätzlichen technischen Vorschriften und der Erfahrungen bei der Durchführung der Aufgrabungen im
kommunalen Straßenbau erstellt. Sie regeln die technische Ausführung der Aufgrabungen und die Wiederherstellung des Straßenkörpers.
Die ZTVA – StB wurde erstmals 1989 vom Bundesverkehrsminister für seine Dienststellen eingeführt
und für alle anderen Bereiche der öffentlichen Straßen empfohlen. Dieses Regelwerk findet nun bereits
seit ungefähr neun Jahren Anwendung und stellt
somit den „Stand der Technik“ dar. Mittlerweile liegt
die überarbeitete Ausgabe 1997 vor.
Man hat sich in dem Arbeitskreis dazu entschlossen,
die ZTVA – StB nicht isoliert in den Raum zu stellen,
8
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
Es ist davon auszugehen, daß die Forderung nach
„ordnungsgemäßer Wiederherstellung“ (z. B. in Konzessionsverträgen) vollständig erfüllt wird, wenn die
Wiederherstellungsarbeiten gemäß ZTVA – StB durchgeführt werden.
2
Die wichtigsten Aussagen
und Forderungen der ZTVA –
StB 97
2.1
Begriffe
Den technischen Anforderungen und Verfahrensweisen sind zunächst einmal Begriffserklärungen vorangestellt, die eine einheitliche Terminologie der am
Bau Beteiligten ermöglichen sollen. Dies dient einerseits dem besseren Verständnis und der Interpretation der ZTVA – StB selbst, andererseits der oftmals
2.2
Bautechnischer Grundsatz
2.3
Qualifizierte Firmen
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Jede Aufgrabung einer Verkehrsfläche stellt eine dauerhafte Störung der Lagerungsdichte, der Schichtenfolge und des Schichtenverbundes der Verkehrsflächenbefestigung dar. Deshalb ist grundsätzlich
anzustreben, eine aufgegrabene Verkehrsflächenbefestigung so wieder herzustellen, daß sie dem ursprünglichen Zustand technisch gleichwertig ist.
und Scherbeanspruchungen schadensfrei widerstehen, sollten über eine hinreichend große Dehnbarkeit, insbesondere bei tiefen Temperaturen, verfügen
und eine dauerhafte, sichere Verklebung erreichen.
Deshalb wird eine ausreichend dicke, standfeste Fugenfüllung von durchgehend mindestens 1 cm Breite verlangt. Man spricht in diesem Zusammenhang
von einem „weichen Gelenk“.
n
erforderlichen Abstimmung zwischen Mitarbeitern
von Versorgungsunternehmen, die häufig keine erdund straßenbautechnische Spezialausbildung erfahren haben und den Vertretern der Tiefbauämter.
! Einbau thermoplastischer Fugenbänder
! Vergießen nachträglich gefräster Fugen mit geeigneter Vergußmasse.
Beide Verfahren sind bei technisch korrekter Herstellung als qualitativ gleichwertig zu betrachten.
Unabhängig von der Art der Fugenausbildung sind
alle durchtrennten Asphaltschichten mit Heißbitumen B 200, Bitumenemulsion oder bituminöser
Spachtelmasse vollflächig anzustreichen oder zu
beschichten.
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Um eine ordnungsgemäße Wiederherstellung zu erreichen, sollen nur qualifizierte Firmen zum Einsatz
kommen. Im Sinne der VOB – Teil A sind dies Firmen,
welche die erforderliche Fachkunde, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit besitzen und über ausreichende technische und wirtschaftliche Mittel verfügen. Die personelle Ausstattung muß gewährleisten,
daß die Firma jederzeit ausreichend Fachpersonal
zur Verfügung hat, um die geforderte Leistung zu erfüllen. Des weiteren muß sichergestellt sein, daß
durch Bauleitung und Aufsicht die Arbeiten koordiniert, die Ausführung überwacht, Ausführungsfristen
eingehalten und behördliche Anweisungen erfüllt
werden.
Hier werden zwei technische Möglichkeiten ausgewiesen:
zu
Im Hinblick auf die technische Ausstattung muß die
Firma nachweisen, daß sie entsprechende Geräte
mit ausgebildetem Fachpersonal zur fachgerechten
Durchführung und fristgerechter Fertigstellung zur
Verfügung hat.
2.4
Fugenausbildung
Die sorgfältige Ausbildung der Fugen in Asphaltdeckschichten, sowohl im Fahrbahnbereich als auch
in Geh- und Radwegen bzw. Verkehrsnebenflächen,
ist unerläßlich. Das Ziel bei der endgültigen Herstellung der Deckschicht ist ein dauerhaft dichter Anschluß an der Stelle zwischen alter und neuer Befestigung. Die Anschlüsse müssen auftretenden Zug-
2.5
Randzonen/Abtreppungen
Bei Aufgrabungen werden die Randzonen der vorhandenen Verkehrsflächenbefestigung in der Regel
aufgelockert. Um den nicht standfesten Bereich zu
erfassen und mitzuverdichten, ist ein Zurücknehmen
oder -schneiden der gebundenen Tragschicht und
Decke nach dem Einbau der ungebundenen Tragschichten (Frostschutzschicht) notwendig.
Durch das Auftrennen des Oberbaues und das Ausheben des Leitungsgrabens werden alle Schichten
des Straßenkörpers durchgraben und es tritt eine
Verformung ein. Insbesondere für die ungebundenen Schichten erfolgt eine Lockerung, die die Tragfähigkeit der verbleibenden Flächen beeinträchtigt.
Es ist deshalb in der Regel erforderlich, nach dem
Einbringen der ungebundenen Schichten die gebundenen Schichten um 15 cm bzw. 20 cm, in jedem
Falle jedoch entsprechend der Auflockerungen
zurückzunehmen und mit dem Verdichten der unge-
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9
ggf. die Wirtschaftlichkeit der Wiederherstellungsarbeiten sowie das Aussehen der Oberfläche verbessert.
Das Prinzip der Abtreppung gilt ebenfalls bei Pflaster- und Plattenbelägen. Auch hier ist nach dem Einbau der ungebundenen Schichten eine zusätzliche
Formatbreite aufzunehmen, um die Ränder nachverdichten zu können.
Der neben der Grabung verbleibende Belag ist
während der Bauarbeiten den Belastungen aus vorbeifließendem Verkehr oder den Baugeräten der
Grabungsfirma ausgesetzt. Es besteht hierbei die
große Gefahr, daß durch Setzungen in den ungebundenen Schichten schmale Reststreifen des
befestigten Oberbaues in Bewegung geraten.
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In begründeten Ausnahmefällen (z. B. standfester
Boden, standfeste kornabgestufte Gemische aus gebrochenem Gestein in der ungebundenen Tragschicht) kann mit Zustimmung des Straßenbaulastträgers auf die Abtreppung verzichtet werden.
2.6
n
bundenen Schicht im Leitungsgraben auch die
Randzone der vorhandenen ungebundenen Schichten nachzuverdichten (Bild 2).
Reststreifen
2.7
Baustufen
ck
ge
Das Entfernen von Reststreifen (z. B. zu Rinne, Bordstein, Rasenkantenstein oder benachbarter Naht)
des gebundenen Oberbaues ist erforderlich. Durch
das Entfernen der Reststreifen wird gleichzeitig die
Wiederherstellung des Oberbaues vereinfacht und
Deshalb besteht die Forderung, Reststreifen < 35 cm
vor Oberflächenwiederherstellung zu entfernen. Es
ist zu prüfen, ob vom Veranlasser unter Kostenbeteiligung des Straßenbaulastträgers eine weitergehende Erneuerung der Verkehrsflächen durchgeführt
werden kann.
In der Regel erfolgt die Wiederherstellung von Verkehrsflächen bei Rad- und Gehwegen in einer Bau-
Wiederherstellungsbreite b
c
Grabenbreite a
zu
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Abtreppung C
Decke
gebundene Tragschicht
ungebundene Tragschicht
Verfüllzone
Leitungszone
Bild 2: Abtreppungen
10
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
In Anlehnung an die DIN 18196 sind die Böden zusammengefaßt, die näherungsweise die gleichen
bodenphysikalischen Eigenschaften aufweisen.
Die Verwendung von Böden der Verdichtungsklasse
V 1 ist wegen der geringen Wasser- und damit Witterungsempfindlichkeit für Rohrgrabenverfüllungen
am unproblematischsten.
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Für diesen Fall erfolgt die Wiederherstellung
zunächst durch den Einbau eines provisorischen
Oberbaues, der eben und bündig bis an die vorhandene Oberkante anschließt. Der provisorische Oberbau kann sowohl aus Pflaster als auch aus Asphalt
bestehen. Bei der endgültigen Wiederherstellung
wird das Provisorium entfernt und durch den endgültigen Oberbau ersetzt.
Böden
n
stufe, dabei wird der Oberbau in einem Zuge wiederhergestellt. Sie kann bei Fahrbahnflächen im Einvernehmen mit dem Straßenbaulastträger bei Bedarf
in zwei Stufen erfolgen, wenn z. B. mit größeren Setzungen zu rechnen ist.
2.8
! organische und organogene Böden
! Böden mit organischen Beimengungen
! ausgeprägt plastische, feinkörnige Böden
! aufquellende Böden.
ck
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In allen anderen Fällen erfolgt der Einbau des Oberbaues zunächst mit Asphalt-Tragschichtmaterial, wo
erforderlich mit Asphalt-Binder, bis zur Deckenhöhe.
Die Deckschicht wird zu einem späteren Zeitpunkt
aufgebracht, wobei die Tragschicht bzw. Binderschicht in Dicke der Deckschicht vorher abgefräst
wird.
Folgende Böden sind für die Verfüllung von Leitungsgräben ungeeignet:
Füllboden
Vor dem Hintergrund der Deponie-Problematik und
der Ressourcenschonung soll nach Möglichkeit der
anstehende Boden wieder eingebaut werden.
rü
Für die Verfüllung von Leitungsgräben werden drei
Verdichtbarkeitsklassen (Tabelle 1) unterschieden.
Tabelle 1: Verdichtbarkeitsklassen
zu
Verdichts- Kurzbeschreibung
barkeitsklasse
Bodengruppe
(DIN 18196)
V1
nicht bindige bis
GW, GI, GE, SW,
schwach bindige,
SI, SE, GU, GT,
grobkörnige und ge- SU, ST
mischtkörnige Böden
V2
bindige, gemischtkörnige Böden
GU*, GT*, SU*,
ST*
V3
bindige, feinkörnige
UL, UM, TL, TM
3
Bodenverdichtung
in Leitungsgräben
Hinter diesem Begriff verbirgt sich ein sehr schwieriger und komplexer Problemkreis. Da mittlerweile bei
den Überprüfungsmethoden mehr Möglichkeiten zur
Anwendung kommen können (dynamischer Plattendruckversuch, Leitungsgrabensonde, Überwachung
des Arbeitsverfahrens), soll diesem Themenkomplex
hier besondere Bedeutung zukommen.
Der Füllboden in Rohrleitungsgräben muß so verdichtet werden, daß unter der Verkehrseinwirkung
keine Nachsackungen eintreten und daß die Leitungen durch das Verdichten nicht beschädigt werden.
Vor dem Verfüllen ist darauf zu achten, daß die betreffende Leitung auf der Grabensohle gleichmäßig
aufliegt. Harte Stellen, wie Fels oder größere Steine,
sind unter der Leitung zu entfernen. Die Ausbildung
der Leitungszone wird, abgestellt auf die jeweiligen
Rohrmaterialien und Rohrumhüllungen, vom Betreiber festgelegt. Im Bereich der Rohrleitung ist der
Boden in entsprechenden Lagen einzubringen und
von Hand oder mit leichtem Verdichtungsgerät
sorgfältig und gleichmäßig zu verdichten. Hierbei ist
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
11
3.1
Grundlagen der Bodenverdichtung
Nichtbindige Böden (grobkörnige Böden)
Nichtbindige Böden weichen in Wasser nicht auf,
sind im allgemeinen frostsicher und weitgehend
wasserdurchlässig, trocknen schnell aus und sind
nur wenig witterungsempfindlich. Die Tragfähigkeit
beruht auf dem Reibungswiderstand der einzelnen
Körner zueinander und steigt bei zunehmender Zahl
von Berührungsstellen. Die Verdichtung erfolgt
durch eine Umlagerung der Körner, wobei es darauf
ankommt, die Poren zwischen den großen Körnern
jeweils durch die vorhandenen kleineren Körner auszufüllen. Hierdurch entsteht je nach Kornaufbau des
Bodens ein vielfach in sich abgestütztes Korngerüst
mit einer höchstmöglichen Anzahl von kraftübertragenden Berührungspunkten, die einen hohen Verformungswiderstand gewährleisten. Vornehmlich werden Rüttel-, Schwingungs- und Vibrationsgeräte
(dynamische Verdichtung) eingesetzt, deren Wirkungsweise darauf beruht, daß die Reibung stark
herabgesetzt wird, und die Körner infolge der gleichzeitig wirkenden Auflast des Verdichtungsgerätes in
der Lage sind, aneinander vorbeizugleiten, um in
einen entsprechend engeren Kornverband zu gelangen.
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ge
Unter Verdichtung eines Bodens versteht man eine
bleibende Volumenverringerung. Bei Lockergesteinen besteht die Verdichtung fast ausschließlich aus
der Verringerung des Porenanteils. Dabei soll ein Teil
der Luft oder des Wassers aus den Poren des Bodens herausgepreßt und der freigewordene Porenraum durch Bodenteilchen ausgefüllt werden.
Die Verdichtungswilligkeit von Böden ist abhängig
von
! der Bodenart
3.1.1
zo
ge
Um die Betriebssicherheit der Leitungen und des
Straßenkörpers unter der Belastung des Verkehrs zu
gewährleisten, sind Füllböden, Verdichtungsgeräte,
Grabenverbau und Bauablauf aufeinander abzustimmen.
nichtbindige Böden, verhalten.
n
darauf zu achten, daß der Boden gleichzeitig an beiden Seiten der Rohrleitung eingebracht und auch
hier verdichtet wird, um ein einseitiges Verschieben
zu verhindern. Eine Verletzung der Umhüllung oder
der Verbindungen ist in jedem Falle zu vermeiden.
! der Kornform und Kornrauhigkeit
! der Körngrößenverteilung
rü
! dem Wassergehalt.
Im Hinblick auf die unterschiedlichen Verdichtungseigenschaften der Böden sind grundsätzlich folgende Gruppen zu unterscheiden:
Im allgemeinen werden bei der Verdichtung von
nichtbindigen Böden mit Vibrationsplatten und Vibrationsstampfern sehr gute Ergebnisse erzielt. Für
größere Flächenverdichtungen werden Vibrationswalzen eingesetzt.
zu
! grobkörnige Böden, nichtbindig (Sande, Kiese)
! feinkörnige Böden, bindig (Schluffe, Tone)
! gemischtkörnige Böden (bindige Sande und
Kiese).
Obwohl es keinen eindeutigen Grenzwert für bindiges oder nichtbindiges Verhalten hinsichtlich der Verdichtung gibt, kann näherungsweise angenommen
werden, daß sich alle Böden mit weniger als 15 Gew.
% Feinkornanteile mit Korndurchmesser d < 0,06
mm bei der Verdichtung wie Sande und Kiese, d. h.
12
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
3.1.2
Bindige Böden (feinkörnige Böden)
Die feinen, mehlartigen, mit dem bloßen Auge nicht
mehr erkennbaren Einzelkörner haften aneinander.
Die Poren sind sehr klein und zum überwiegenden
Teil untereinander abgeschlossen. Bindige Böden
weichen unter Wasser auf, sind in der Regel frostempfindlich, nicht wasserdurchlässig, trocknen
langsam aus und sind meist witterungsempfindlich.
Die fachgerechte Verdichtung bindiger Böden ist nur
im Bereich des optimalen Wassergehaltes möglich.
Dynamisch wirkend
SchaffußWalze
(Drücken,
Kneten)
Sämtliche
Böden und
Mat. +/-
Bindige
Böden +
zo
ge
Geräte
Glatte
Walze
(Drücken)
Eignung
n
System
Statisch wirkend
StampfRamme
(Stampfen,
Schlagen)
VibrationsWalze
Platte
(Vibrieren, Rütteln)
ck
ge
MischNichtbindige
Böden +
Böden +
(andere Böden jeweils +/-)
Bild 3: Gerätearten zur Bodenverdichtung
Zum Einsatz kommen Geräte mit knetender,
drückender und schlagender Wirkung (Bild 3).
zu
rü
Die Einwirkung der Schlagarbeit, z. B. eines Vibrationsstampfers, in den bindigen Boden bewirkt eine
Überwindung der Haftfestigkeit der einzelnen Körner
(Kohäsion). Man erreicht auch in diesen Böden, daß
sowohl Luft- als auch Wassereinschlüsse an die
Oberfläche verdrängt werden und dadurch eine dichtere Lagerung erzielt wird. Eine große Sprunghöhe
am Stampfeinsatz ist wünschenswert, da somit eine
hohe Einzelschlagarbeit erreicht werden kann. Für
schwere bindige Böden lassen sich auch Vibrationswalzen mit Noppen- oder Schaffußprofilbandagen
einsetzen mit knetender Tätigkeit bei gleichzeitiger
Vibration.
3.2
Anhaltswerte für Verdichtungsmöglichkeiten
Von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und
Verkehrswesen, Köln wurde eine Übersicht erstellt,
in der die verschiedenen Typen von Verdichtungsgeräten nach Gewichtsklassen aufgeteilt und in Zu-
sammenhang mit verschiedenen Bodengruppen
und Verdichtungstiefen gebracht werden (Tabelle 2).
4
Prüfung der Bodenverdichtung und der Tragfähigkeit
Durch Verdichtungskontrollen soll die Güte der erzielten Verdichtung nachgewiesen werden. Die Verdichtung beim Wiederverfüllen muß die Tragfähigkeit der eingebauten Schichten, also ein dauerhaft
standfestes Planum und einen den technischen Vorschriften entsprechenden Oberbau sicherstellen,
damit Sackungen weitgehend ausgeschlossen werden können.
4.1
Verdichtungsanforderungen nach ZTVA
– StB 97
Für die Verdichtungsgrade und die Verformungsmoduln in den einzelnen Bereichen der Grabenverfüllung wie Leitungs- und Verfüllzone, Frostschutzschicht und ungebundene Tragschichten (Bild 4)
gelten nach ZTVA – StB 97 die in den “Zusätzlichen
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
13
Tabelle 2: Anhaltswerte für Verdichtungsmöglichkeiten
Bodengruppen
Verdichtungsgeräte
I
II
III
gewicht
Grobkörnige Böden (nicht
bindig – schwach bindig)
Gemischtkörnige Böden
(schwach bindig – bindig)
Feinkörnige Böden
(bindig)
kg
Eignung
Schütthöhe Zahl
Eigcm
Überg. nung
n
der
Betriebs-
Schütthöhe Zahl
Eigcm
Überg. nung
Schütthöhe
cm
zo
ge
Zonen und Art
Zahl
Überg.
1. Leichte Verdichtungsgeräte (vorwiegend für die Leitungszone)
bis 25
+
bis 15
mittel
25 – 60
+
20 – 40
Explosionsstampfer
leicht
bis 100
•
20 – 30
VibrationsPlatten
leicht
bis 100
+
bis 20
100 – 300
+
bis 600
+
VibrationsWalzen
mittel
leicht
2–4
+
bis 15
2–4
+
bis 10
2–4
2–4
+
15 – 30
3–4
+
10 – 30
2–4
3–4
+
15 – 25
3–5
+
20 – 30
3–5
3–5
•
bis 15
4–6
–
–
–
20 – 30
3–5
•
15 – 25
4–6
–
–
–
20 – 30
4–6
•
15 – 25
5–6
–
–
–
ck
ge
leicht
VibrationsStampfer
2. Mittelschwere und schwere Verdichtungsgeräte (oberhalb der Leitungszone)
25 – 60
+
20 – 40
2–4
+
15 – 30
2–4
+
10 – 30
2–4
schwer 60 – 200
+
40 – 50
2–4
+
20 – 40
2–4
+
20 – 30
2–4
Explosions- mittel 100 – 500
Stampfer
schwer über 500
•
20 – 40
3–4
+
25 – 35
3–4
+
20 – 30
3–5
•
30 – 50
3–4
+
30 – 50
3–4
+
30 – 40
3–5
300 – 750
+
30 – 50
3–5
•
20 – 40
3–5
–
–
–
schwer über 750
+
40 – 70
3–5
•
30 – 50
3–5
–
–
–
+
20 – 50
4–6
+
20 – 40
5–6
–
–
–
mittel
zu
rü
VibrationsStampfer
VibrationsPlatten
VibrationsWalzen
mittel
600 – 8000
+ gut geeignet
14
• bedingt geeignet
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
– nicht geeignet
Abtreppung
Abtreppung
Nahtausbildung als Fuge
(weiches Gelenk)
n
A
E
Grabentiefe
Verfüllzone
ck
ge
D
Leitungszone
Planum
zo
ge
C
Oberbau
B
Grabenbreite
rü
Bild 4: Beispiel: Grabenprofil, Begriffe und Zoneneinteilung, A: Deckschicht; B: Asphalt-Tragschicht, C: ungebundene Tragschichten, D: Verfüllzone, E: Leitungszone
zu
Vertragsbedingungen für Erdarbeiten im Straßenbau” (ZTVT-StB) vorgeschriebenen Werte. Hiernach
sind in der Regel die in Tabelle 3 zusammengestellten Anforderungen zu erfüllen.
Können die in den ZTVE-StB vorgeschriebenen
Werte für den Verdichtungsgrad nicht erreicht werden, weil zum Beispiel die Dichte des den Leitungsgraben umgebenden Bodens dies nicht zuläßt, so
muß zumindest der Verdichtungsgrad bzw. die Tragfähigkeit des vorgefundenen Bodens bis zum Planum erreicht werden.
4.2
Prüfumfang in der Leitungsund Verfüllzone
4.2.1
Eigenüberwachungsprüfungen
Die Verdichtung der Verfüllzone ist grundsätzlich zu
überprüfen und nachzuweisen. Abweichend von
den ZTVE-StB wird bei flachen und schmalen Leitungsgräben auf eine gesonderte Überprüfung der
Leitungszone verzichtet.
Ist eine „Überwachung des Arbeitsverfahrens” als
Prüfmethode nicht vereinbart, so sind als Eigenüberwachungsprüfung eine Prüfung je angefangene
50 m Grabenlänge pro angefangenen m Grabentiefe
durchzuführen.
Bei Grabentiefen von mehr als 2,00 m ist die Gleichmäßigkeit der Verdichtung mit der leichten Rammsonde nach DIN 4094 alle 25 m zu überprüfen.
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15
In Gräben, die Fahrbahnen queren, ist mindestens
eine Prüfung erforderlich.
(Anmerkung: die angeführten Werte sind nach
ZTVE-StB 76 geforderte „Mindestwerte“, nach den
ZTVE-StB 94 sind sie „Anforderungen an das 10 %Mindestquantil“).
Bodenart
Verdichtungs- Verformungsgrad: DPr
modul: EV2
* 97 %
* 45 MN/m2
Kies, schluffig (GU)
* 100 %
* 45 MN/m2
* 100 %
* 100 MN/m2
* 103 %
* 150 MN/m2
ungebundene Tragschichten*) GW
*) Kies- und Schottertragschichten, direkt auf Planum
Bei Muffen- und Kopflöchern kann in begründeten
Fällen eine Prüfung verlangt werden.
rü
Die Prüfung der Tragfähigkeit des Planums ist bei
Aufträgen ab 50 m2 zusammenhängende Fläche je
angefangene 100 m Grabenlänge durchzuführen.
zu
Auf die gesonderte Prüfung der Tragfähigkeit des
Planums wird verzichtet, wenn bei den Eigenüberwachungsprüfungen als indirekte Prüfverfahren Tragfähigkeitsprüfungen vorgenommen wurden oder eine
“Überwachung des Arbeitsverfahrens” als Prüfmethode vereinbart wurde.
Die Protokolle der Eigenüberwachungsprüfungen
sind vorzulegen.
Die Protokolle sind den Straßenbaulastträgern auf
Verlangen vorzulegen.
4.2.2
16
Auf die Durchführung von Kontrollprüfungen kann
verzichtet werden, wenn der Veranlasser an der
Durchführung der Eigenüberwachungsprüfung des
Auftragnehmers teilnimmt und die ordnungsgemäße
Durchführung bestätigt und dokumentiert.
4.3
Prüfungen des Oberbaues
Die Prüfungen der eingebauten Schichtdicken und
die Verdichtung der einzelnen Oberbauschichten
sind entsprechend den Technischen Vorschriften
durchzuführen.
4.3.1
Frostschutzschicht, Kies- oder Schottertragschicht
ck
ge
bindige Böden
Sand (SE), Kies
Die Prüfprotokolle sind dem Straßenbaulastträger
auf Verlangen vorzulegen.
zo
ge
Tabelle 3: Anforderungen gemäß ZTVA – StB 97
an den Verdichtungsgrad der Grabenverfüllung und an die Verformungsmoduln auf dem Planum und der ungebundenen Tragschicht.
Der Umfang der vom Veranlasser vorzunehmenden
Kontrollprüfung soll etwa 30 % des Umfanges der
Eigenüberwachungsprüfungen betragen.
n
Die Verdichtung der Schachtumgebungen ist in jedem Fall zu prüfen.
Kontrollprüfungen
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Als Eigenüberwachungsprüfung ist der Verformungsmodul nach DIN 18134 bei Aufträgen ab 50 m2 zusammenhängende Fläche je angefangene 100 m
Grabenlänge zu bestimmen, wenn nicht eine Überwachung des Arbeitsverfahrens vereinbart wurde.
In begründeten Fällen kann der Umfang der Eigenüberwachungsprüfungen erhöht werden. Dies ist in
der Leistungsbeschreibung zu vereinbaren.
Für Kontrollprüfungen gilt sinngemäß Abschnitt 4.2.2.
4.4
Problematik beim Leitungsbau
Die Kontrolle von Verdichtungsleistungen ist generell
im Erdbau sehr aufwendig und schwierig. Wesentlich verstärkt treten Probleme jedoch auf Rohrbaustellen im Hinblick auf die beengten Grabenverhältnisse und den linienförmig ausgebildeten Leitungsbaustellen zutage.
Da die Qualitätssicherung mit den herkömmlichen
Prüfverfahren (Dichtebestimmungen in Verbindung
mit dem Proctorversuch, statische Plattendruckversuche, Rammsondierungen)
! teilweise sehr zeitintensiv sind,
! nur zu punktuellen Ergebnissen führen,
Je nach überwiegend anstehendem Boden haben
bestimmte Geräte Vorzüge. Aufgrund des geringen
Zeitbedarfs für eine Messung lassen sich in kurzer
Zeit viele Verdichtungskontrollen mit sofortiger Aussage über die Verdichtung und deren Gleichmäßigkeit ausführen, so daß auch statistische Gesichtspunkte durch eine größere Anzahl von Versuchswerten berücksichtigt werden können.
zo
ge
! ihre Ergebnisse teilweise nicht sofort auf der Baustelle zur Verfügung stehen und
Im Rahmen des DVGW-FE-Vorhabens 07/93 “Beurteilung von Prüfverfahren zum Nachweis der Bodenverdichtung in Leitungsgräben” wurde die Einsetzbarkeit dieser neuen Prüfmethoden zur Verdichtungskontrolle in Leitungsgräben bestätigt und der
Nachweis der einfachen Handarbeit für flächendeckende Kontrollen erbracht.
n
! aufgrund der Baustellensituation überhaupt nicht
oder nur unter erschwerten Bedingungen durchführbar sind,
! unverhältnismäßig hohe Kosten verursachen,
mußte nach neuen Prüfverfahren gesucht werden
und diese den herkömmlichen in den Vorschriften
und Richtlinien verankerten Verfahren vergleichend
gegenübergestellt werden.
Versuche auf Erdplanien bei gleicher Verdichtung
wiesen nach, daß die Verläßlichkeit des dynamischen Lastplattendruckgerätes besser ist als die des
statischen Lastplattendruckversuches, der unter
Baustellenverhältnissen im Graben kaum durchführbar ist.
ck
ge
Im Hinblick auf den Einsatz von Rohrleitungsbaustellen galt es, für die neuen Meßmethoden folgende
Forderungen aus der Praxis zu erfüllen:
! Eignung der Meßmethoden auch bei schwierigen
Baustellen- und Betriebsbedingungen,
! geringer Zeitbedarf, möglichst keine Arbeitsunterbrechung während der Messungen,
! vertretbare Kosten,
5
Prüfverfahren zum
Nachweis ausreichender
Verdichtung
5.1
Direkter Nachweis der Bodenverdichtung
5.1.1
Proctor-Versuch (Laborversuch)
! geringer Personalbedarf, Versuch sollte durch
eine bis zwei Personen durchführbar sein,
rü
! unkomplizierte Prüfmethode, sofortige Verfügbarkeit des Ergebnisses sowie des Meßprotokolls auf der Baustelle (kein Laborversuch),
zu
! geringer Meßaufwand; statt aufwendiger, punktueller Messungen sollten künftig flächendeckende Aussagen gemacht werden können.
Das Bestreben, neue praxisgerechtere und auf die
Verhältnisse beim Leitungsbau abgestimmte Prüfverfahren einsetzen zu können, führte zur Entwicklung
! des dynamischen Lastplattendruckversuches,
! der Leitungsgrabensonde und
! der Prüfmethode “Überwachung des Arbeitsverfahrens”.
Der Amerikaner Proctor hat durch den nach ihm benannten Versuch festgestellt, daß nur bei einem optimalen Wassergehalt der Boden die höchstmögliche
Dichte erhalten kann. Bei der Verdichtung bindiger
und auch nichtbindiger Böden hat sich gezeigt, daß
unter der Voraussetzung gleicher Verdichtungsarbeit
die größte Dichte nur bei einem bestimmten Wassergehalt erreicht werden kann.
Zur Festlegung der erreichbaren maximalen Trockendichte wird im Labor eine Probe des betreffenden Bodens unter bestimmten Bedingungen verdichtet.
Diese als „Proctor-Versuch“ bekannte Prüfmethode
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zo
ge
Trockendichte [t/m3 ]
e
lini
gs
un
ttig
Sä
n
100 % Proctordichte
Wassergehalt [%]
ck
ge
Wpr
Bild 5: Beispiel einer Proctorkurve
rü
ist genormt. Bei diesem Versuch wird eine Bodenprobe mit verschiedenen Wassergehalten bei gleichbleibender Verdichtungsarbeit in ein genormtes Gefäß
(Proctor-Topf) eingestampft. Unter Berücksichtigung
des Wassergehaltes wird dann für die einzelnen so
verdichteten Proben die erreichte Trockendichte ermittelt und die Ergebnisse graphisch aufgezeichnet
(Bild 5).
zu
Die im Scheitel der Proctor-Kurve vorhandene
Trockendichte wird als 100 %-Proctor-Dichte angenommen. Der dazugehörige Wassergehalt wird als
der „optimale Wassergehalt“ bezeichnet. Ist nun die
Proctor-Dichte bekannt, muß nur noch die Trockendichte des anstehenden Bodens auf der Baustelle
ermittelt werden. Wird die Trockendichte mit der
Proctor-Dichte ins Verhältnis gesetzt, erhält man als
Ergebnis den Verdichtungsgrad DPr.
(DIN 18125, Teil II):
! Ausstechzylinder-Versuch
! Sandersatz-Versuch
! Ballon-Versuch (Densitometer).
Bei den vorgenannten Verfahren wird jeweils eine
Bodenprobe gezogen und deren Volumen auf unterschiedliche Weise bestimmt, im Anschluß getrocknet und gewogen. Mit den damit ermittelten Werten
läßt sich die Trockendichte bestimmen und auf den
Verdichtungsgrad rückschließen bzw. die ermittelten
Werte aus dem Feldversuch mit den Laborwerten
aus dem Proctor-Versuch in Beziehung setzen.
Wassergehalt und Dichte können auch mit der radiometrischen Meßsonde ermittelt werden.
5.1.3
5.1.2
Bestimmung der Trockendichte
(Feldversuch)
Man unterscheidet folgende Verfahren
18
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
Berechnung des auf der Baustelle (Feldversuch) erzielten Verdichtungsgrades DPr.
Der in der Praxis erreichte Verdichtungsgrad DPr. errechnet sich also mit
DPr auf der Baustelle bzw. im Feldversuch erreichte
Verdichtungsgrad in %
!d auf der Baustelle mit einem im Abschnitt 5.1.2
aufgezeichneten Verfahren ermittelte Trockendichte
dichte (= 100 % Proctordichte).
zo
ge
!Pr im Proctorversuch ermittelte höchste Trocken-
druckversuches:
Die Probebelastungen erfordern ein Gegengewicht
von etwa 5 t unmittelbar über dem Rohrgraben. Da
der dafür üblicherweise verwandte vollbeladene
LKW nur unter großen Schwierigkeiten über den
teilverfüllten Graben gebracht werden kann, ist dieser Verdichtungsnachweis in schmalen Leitungsgräben nicht praxisgerecht.
n
DPr = !d · 100 [%]
5.2.2
Rammsondierung
5.2
Indirekter Nachweis der
Bodenverdichtung
5.2.1
Statischer Lastplattendruckversuch
Bei Rammsondierungen wird eine Sonde mit definierter Spitze mittels eines Rammbären mit gleichbleibender Fallhöhe in den Untergrund gerammt.
Dabei werden die Schlagzahlen je 10 cm Eindringtiefe aufgezeichnet. Im Leitungsgrabenbau kommt die
leichte Rammsonde – auch Künzelstab genannt –
mit einem Rammbären von 10 kg zum Einsatz. Um
bei diesem Verfahren brauchbare Ergebnisse in den
oberen 30 bis 50 cm zu erhalten, sollten Ersatzauflasten zur Anwendung kommen, da der Boden ansonsten seitlich nach oben verdrängt wird (Grundbruch).
Zur Aussage über eine ausreichende Bodenverdichtung müssen Korrelationswerte zur Proctor-Dichte
bzw. zum Lastplattendruckversuch vorliegen.
Die Tragfähigkeit des Bodens wird mit dem konventionellen statischen Lastplattendruckversuch bestimmt. Bei diesem Prüfverfahren wird der Boden
durch eine kreisförmige Lastplatte mit Hilfe einer
Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und
entlastet. Damit wird für jede mittlere Normalspannung unter der Platte die zugehörige Setzung gemessen und in einem Diagramm als Druck-Setzungs-Linie dargestellt. Anschließend werden die
Verformungsmoduln EV1 bzw. EV2 anhand der DruckSetzungs-Linie der Erst- bzw. Zweitbelastung ermittelt.
Vorteil der leichten Rammsonde:
Das Gerät ist sehr robust und unempfindlich gegen
Witterungseinflüsse. Es bedarf keiner Kalibrierung
und Eichung. Das Bedienpersonal braucht keine
spezielle Kenntnisse, es muß jedoch in die Versuchshandhabung eingewiesen sein. Der Zeitbedarf
je Versuch im Graben (1 m tief) einschließlich Aufund Abbau sowie Umsetzen auf eine benachbarte
Versuchsstelle liegt bei etwa 8 min. Das Gerät eignet
sich bei bekanntem Schichtaufbau gut für nachträgliche Kontrollprüfungen.
5.1.4
Nachteil des direkten Prüfverfahrens
zu
rü
ck
ge
Der Proctorversuch ist durch die Laborversuche
sehr zeitintensiv (Ergebnis erst nach 1 bis 2 Tagen)
und nicht in den Arbeitsprozeß integrierbar. Die radiometrischen Verfahren zur Dichtebestimmung mit
der Isotopensonde unterliegen den Strahlenschutzbestimmungen und dürfen nur durch Strahlenschutzbeauftragte angewandt werden. Sie scheiden damit für praktikable Eigenüberwachungen aus.
Als Maß für die Güte der Verdichtungsqualität, also
für die Tragfähigkeit des Bodens, sind in den technischen Vorschriften Mindestwerte für den Elastizitätsmodul EV2 und ein begrenztes Verhältnis EV2/EV1
angegeben.
Nachteil des statischen Lastplatten-
Nachteil der leichten Rammsonde:
Die leichte Rammsonde findet bei sehr grobkörnigen
Böden ihre Grenze. Bei Rammsondierungen ist ein
großes Augenmerk auf die tatsächliche Rohr- bzw.
Kabellage zu richten, damit diese gesichert nicht beschädigt werden.
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Ausklinkvorrichtung
zo
ge
n
Führungsrohr bzw. Führungsstange
Fallgewicht
Federelement
Kippschutzvorrichtung
Setzungsmeßeinrichtung
ck
ge
Lastplatte
Tragegriff
Bild 6: Bestandteile des leichten Fallgewichtsgerätes
5.2.3
Dynamischer Plattendruckversuch
zu
rü
Der dynamische Plattendruckversuch mit Hilfe des
leichten Fallgewichtgerätes eignet sich insbesondere zur Prüfung der Tragfähigkeit und der Verdichtungsqualität von grobkörnigen und gemischtkörnigen Böden. Der wesentliche Vorteil gegenüber dem
langwierigen und aufwendigen statischen Lastplattendruckversuch besteht u. a. darin, daß kein schweres Gerät als Gegengewicht notwendig ist. Der
Versuch ist innerhalb weniger Minuten durch eine
Person auszuführen und eignet sich besonders als
Prüfverfahren in beengten Verhältnissen und Leitungsgräben. Die Bestandteile des leichten Fallgewichtsgerätes sind in Bild 6 dargestellt.
Nach Auslösen des Stoßes wird die Kraft über eine
Feder auf die Grundplatte übertragen und dringt in
den Boden ein; es entsteht ein Setzungsvorgang.
Dieser wird durch die Messung der Geschwindig-
20
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
keit/Beschleunigung in sehr kurzen Zeitintervallen
berechnet. Dieser Vorgang wird 3 x als Vorbelastung
sowie weitere 3 x für die eigentliche Messung durchgeführt.
Als Ergebnis erhält man den dynamischen Verformungsmodul EVd, also eine Normgröße für die Standfestigkeit des Bodens unter definierter Stoßbelastung mit der Stoßdauer t s.
Es wurden im Rahmen umfangreicher Forschungsarbeiten Zusammenhänge zwischen der gemessenen
Setzung und der Tragfähigkeit sowie des Verdichtungsgrades des Bodens festgestellt. Wenn Korrelationswerte für die zu verwendenden Verfüllböden
vorliegen, kann dieses Verfahren nach der Prüfvorschrift TP BF-StB, Teil B 8.3, angewendet werden.
Zur Ermittlung „eigener“ Vergleichswerte empfiehlt
sich folgende Vorgehensweise:
Nach augenscheinlich ausreichender und abge-
versuche, wenn der Wassergehalt an den einzelnen
Prüfstellen nicht stark voneinander abweicht.
n
Sollen Korrelationswerte zum Verdichtungsgrad geschaffen werden, so wird zunächst der erreichte Verdichtungsgrad durch die Entnahme von 2 Ausstechzylindern oder eine Aufgrabung für das
Ballongerät festgestellt. Anschließend werden, ebenfalls im Abstand von ca. 30 cm, dynamische Plattendruckversuche durchgeführt.
zo
ge
schlossener Verdichtung des Verfüllbodens wird
unter Beachtung der in den Prüfvorschriften
beschriebenen Bedingungen in der Mitte des Leitungsgrabens ein statischer Plattendruckversuch
durchgeführt. Im Anschluß daran werden im Abstand von 30 cm zwei dynamische Plattendruckversuche durchgeführt. Außerdem wird im Anschluß an
den statischen Plattendruckversuch der Wassergehalt des Verfüllbodens bestimmt. Dieses Vorgehen
wird an weiteren Stellen im Leitungsgraben wiederholt. Anschließend werden die Mittelwerte der gemessenen Evd-Werte in Bezug gesetzt zu den Mittelwerten der Ev2-Werte der statischen Plattendruck-
ck
ge
Mit den so ermittelten Korrelationswerten zwischen
Evd-Wert und Ev2-Wert bzw. Evd-Wert und Verdichtungsgrad DPr können dann beliebig viele Folge-
zu
rü
1 Sondiergestänge
2 Führungsstange
3 elektrischer Bohr- und
Schlaghammer
4 fahrbare Bodenplatte
5 Auflasten
6 Hebevorrichtung
7 Rahmen mit Meßfühler
8 Auswerteeinheit
und Drucker
Bild 7: Leitungsgrabensonde
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
21
Bei der Leitungsgrabensonde (Bild 7) wird eine Sondierstange mit Hilfe eines elektrischen Schlaghammers in den Boden gerammt und die benötigte Zeit
pro 10 cm Weg gemessen. Der Eindringwiderstand,
der in Sekunden pro 10 cm Eindringtiefe angegeben
wird, ist bei gleicher Bodenart ein Maß für die Bodendichte. Über einen angeschlossenen Drucker kann
ein Protokoll ausgegeben werden.
n
untersuchungen mit dem leichten Fallgewichtsgerät
durchgeführt werden, wenn der gleiche Verfüllboden
zum Einsatz kommt. Es empfiehlt sich, die Ermittlung der Korrelationswerte gemeinsam von Auftraggeber und Auftragnehmer durchführen zu lassen.
zo
ge
Vorteile des dynamischen Plattendruckversuches:
Das Gerät ist von einem Mann bedienbar. Das Bedienpersonal muß lediglich in die Versuchshandhabung eingewiesen sein. Der Zeitbedarf je Versuch im
Graben (1 m tief) einschließlich Auf- und Abbau sowie
Umsetzen auf eine benachbarte Versuchsstelle liegt
bei etwa 5 min. In kurzer Zeit lassen sich viele Verdichtungskontrollen mit sofortiger Aussage (Protokollausdruck bereits auf der Baustelle möglich) über
die Verdichtung und deren Gleichmäßigkeit ggfs.
auch mit einer Wertung unter Beachtung einer statistischen Analyse ausführen. Der Versuch ist sehr viel
kostengünstiger als der statische Lastplattendruckversuch. Die Aussagekraft der Versuchswerte aus
dem dynamischen Lastplattendruckversuch ist gegenüber dem statischen Lastplattendruckgerät
gleichwertig; die Streuung der Versuchswerte dabei
sogar geringer. Das dynamische Gerät läßt sich bei
fast allen Böden einsetzen.
Die Stadtwerke München haben eine Leitungsgrabensonde entwickelt, die Sondierungen bis zu 1 m
Tiefe, auch in schwer rammbaren Kiesböden, ermöglicht. Zusätzliche Auflasten auf der Bodenplatte
bewirken, daß auch in den oberen 30 – 50 cm brauchbare Ergebnisse erzielt werden (siehe Abschnitt 5.2.2
Rammsondierung).
Nachteile des dynamischen Plattendruckversuches:
Die Leitungsgrabensonde eignet sich auch in schwer
rammbaren Böden.
rü
ck
ge
Vorteile der Leitungsgrabensonde:
Das Gerät ist von ein bis zwei Personen leicht handhabbar. Dieses Prüfverfahren zeichnet sich durch
eine sehr rasche Ausführbarkeit aus. Der Zeitbedarf
je Versuch im Graben (1 m tief) einschließlich Aufund Abbau sowie Umsetzen auf eine benachbarte
Versuchsstelle liegt bei etwa 4 min.
zu
Das dynamische Lastplattendruckgerät erfaßt wie
beim statischen Lastplattendruckversuch die Verhältnisse nur bis ca. 50 cm Tiefe, ist also hauptsächlich für die Verdichtungsüberprüfung bei lageweisem
Einbau von Verfüllmaterial geeignet.
Die Kalibrierung der Geräte muß einmal im Jahr
überprüft werden.
5.2.4
Leitungsgrabensonde
Ebenfalls für die Verhältnisse beim Leitungsbau
wurde die Leitungsgrabensonde entwickelt. Der ursprüngliche Einsatzbereich waren flache Leitungsgräben mit Sondierungstiefen bis 50 cm.
22
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
Das Meßprotokoll wird bereits auf der Baustelle ausgedruckt, die Meßergebnisse stehen also sofort auf
der Baustelle zur Wertung zur Verfügung.
Nachteile der Leitungsgrabensonde:
Bei den Messungen mit der Leitungsgrabensonde
muß für den Antrieb des elektrischen Schlag- und
Bohrhammers ein kleiner Ersatzstromerzeuger mitgeführt werden.
5.2.5
Überwachung des Arbeitsverfahrens
Zur Überprüfung der Bodenverdichtung kann auch
die Probeverdichtung und Arbeitsanweisung angewendet werden. Für jede einzubauende Bodenart
wird im Leitungsgraben ein Probefeld angelegt und,
abgestellt auf das gewählte Verdichtungsgerät, mittels Probeverdichtung die günstigste Schütthöhe
! Bodenart
! Art des Verdichtungsgerätes
! Anzahl der erforderlichen Verdichtungsübergänge
Zusammenfassung
n
6
Die Anwendung der ZTVA – StB hat sich im Hinblick
auf das Verfüllen und Verdichten sowie die Oberflächenwiederherstellung von Aufgrabungen in Verkehrsflächen in der Praxis bewährt. Mit der Einhaltung dieses Regelwerkes werden die Forderungen
nach ordnungsgemäßer, technisch gleichwertiger
Wiederherstellung voll erfüllt.
Die überarbeitete Fassung aus dem Jahre 1997
weist drei weitere indirekte Verfahren zur Überprüfung der Bodenverdichtung und Tragfähigkeit aus
(dynamischer Plattendruckversuch, Leitungsgrabensonde, Überwachung des Arbeitsverfahrens),
die dem Praktiker vor Ort nunmehr die Möglichkeit
von wirtschaftlich vertretbaren Qualitätskontrollen
an Hand gibt.
ck
ge
! maximal zulässige Schütthöhe
bestätigt mit seiner Unterschrift die ordnungsgemäße Durchführung, so kann auf die Durchführung
von Kontrollprüfungen ebenfalls verzichtet werden.
zo
ge
und die erforderliche Anzahl der Verdichtungsübergänge zum Erreichen der gestellten Anforderungen
ermittelt. Für die Probeverdichtung muß das Gerät
verwendet werden, das auch im anschließenden
Baustellenbetrieb für die Verdichtung eingesetzt
wird. Die Gerätewahl richtet sich nach Bodenart,
vorgesehener Verdichtung, Tiefe und Baustellenbedingungen. Die Probefelder werden in voller Breite
und mit den jeweils vorgesehenen Geräteübergängen verdichtet. Anschließend erfolgt die Prüfung
der Verdichtung. Aufgrund der auf dem Probefeld
ermittelten Ergebnisse wird eine Arbeitsanweisung
mit folgenden Angaben erstellt:
! zulässige Wassergehaltsspanne für den einzubauenden Boden.
rü
Bei der Bauausführung ist zu überprüfen, ob die Arbeitsanweisung eingehalten wird. Dies kann durch
Führung eines Protokolls (Eigenüberwachungsprüfung) erfolgen. Bestehen Zweifel an der Einhaltung der Arbeitsweise, ist durch konventionelle Prüfung oder durch Schnellverfahren (z. B. Sondierungen, dynamischer Lastplattendruckversuch) zu
prüfen, ob der Verdichtungserfolg erreicht wurde.
Im Rahmen des DVGW-FE-Vorhabens 07/93 „Beurteilung von Prüfverfahren zum Nachweis der Bodenverdichtung in Leitungsgräben” wurde nachgewiesen, daß diese neuen Schnellprüfmethoden in
beengten Grabenverhältnissen und den linienförmig
ausgebildeten Leitungsbaustellen einsetzbar sind.
zu
Vorteile der Prüfmethode „Überwachung des
Arbeitsverfahrens”:
Diese Methode empfiehlt sich besonders für kleine
Baumaßnahmen oder beengte Arbeitsräume wie
Leitungsgräben.
Sind für die Gesamtheit der in Betracht kommenden
Verfüllböden und der einzusetzenden Verdichtungsgeräte jeweils Probefelder angelegt und durch Versuche nachgewiesen worden, sind künftig nur noch
in Zweifelsfällen Messungen auf der Baustelle nötig.
Überprüft der Auftraggeber die Ausführung des vereinbarten Arbeitsverfahrens auf der Baustelle und
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
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n
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ge
ck
ge
rü
zu
24
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
Brüggemann, K.
Verfüllung von Leitungsgräben.
Prüftechnische Aspekte.
Unterlagen der FGSV, S. 109 – 112
zo
ge
ZTVA-StB 97: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für
Aufgrabungen in Verkehrsflächen
Forschungsgesellschaft für Straßenund Verkehrswesen e.V., Köln, Arbeitsausschuß Kommunaler Straßenbau, Ausgabe 1997
DVGW-Forschungsvorhaben 07/93:
Beurteilung von Prüfverfahren zum Nachweis
der Bodenverdichtung in Leitungsgräben
Teil 1: Schlußbericht Juli 1994
Teil 2: Schlußbericht April 1997
Im Auftrag des Deutschen Vereins des Gas- und
Wasserfaches e.V. (DVGW)
n
Literaturverzeichnis
ZTVE-StB 94: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für
Erdarbeiten im Straßenbau
Forschungsgesellschaft für Straßenund Verkehrswesen e. V., Köln, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau,
Ausgabe 1994/Fassung 1997
TB BF-StB,
Technische Prüfvorschriften für
Boden und Fels im Straßenbau
Dynamischer Plattendruckversuch
mit Hilfe des leichten Fallgewichtsgerätes.
Forschungsgesellschaft für Straßenund Verkehrswesen e.V., Köln, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau,
Ausgabe 1997
zu
rü
Teil B 8.3
TP BF-StB,
Teil E 3
R. Voss und R. Floss
Die Bodenverdichtung im Straßenbau
BUNDESANSTALT FÜR STRASSENWESEN
ck
ge
ZTVT-StB 95: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für
Tragschichten im Straßenbau
Forschungsgesellschaft für Straßenund Verkehrswesen e.V., Köln, Arbeitsausschuß Kommunaler Straßenbau, Ausgabe 1995
Dipl.-Ing. Dirk R. Weissig
Grundlagen der Bodenverdichtung
Technische Prüfvorschriften für
Boden und Fels im Straßenbau
Prüfung der Verdichtung durch
Probeverdichtung und Arbeitsanweisung.
Forschungsgesellschaft für Straßenund Verkehrswesen e.V., Köln, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau,
Ausgabe 1994
W. Rengstl
Die Verdichtung von Leitungsgräben mit Kies;
vergleichende Untersuchungen zur Verdichtungskontrolle.
Diplomarbeit an der FHS München, Fachbereich 02, Januar 1994
R. Floss, W. Kudla,
G. Peiker
Leitungsgrabensonde – ein Schnellverfahren
zur Verdichtungsprüfung bei beengtem Arbeitsraum. Straße und Autobahn 42 (1990) Nr. 9,
S. 384 – 391.
Dipl.-Ing. W. Ruppert
Prüfmittel zur Ermittlung der Grabenverdichtung
Stand der Prüfmitteltechnik in der Baugrubenverdichtung
Dipl.-Ing. W. Ruppert
Das „Leichte Fallgewicht“ – ein wirtschaftlicher Nachweis der Bodenverdichtung
Internationale Fachzeitschrift Straßen- und
Tiefbau 7/8 ’96
Gas-Wasser-Information Nr. 15 • 8/99
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zu