Lehmann, Sirko (2021)
Einsatzmöglichkeiten der qualifizierten Bodenverbesserung im Flussdeichbau.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00017543
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird die Einsatzmöglichkeit der qualifizierten Bodenverbesserung im Flussdeichbau untersucht. Die Bemessung von Flussdeichen basiert neben der grundlegenden Kräftebilanzierung auf einer Wahrscheinlichkeits- und Kosten-Nutzen-Analyse für die Festlegung des Bemessungshochwasserstandes. Durch verschiedene Einflüsse können sich diese Grundlagen im Laufe der Lebensdauer des Deiches verändern. Dies führt dazu, dass der Flussdeich den neuen Randbedingungen angepasst werden muss. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, die Eignung der bereits im Verkehrswegebau eingesetzte Technologie der Bodenverbesserung (Bodenvermörtelung) im Flussdeichbau zu überprüfen. Auf diese Weise könnten Deichkubaturen mit steileren Böschungsneigungen realisiert werden, wodurch Flächeneinsparungen möglich sind. Zudem wird die Möglichkeit des Einsatzes der gleichen Technologie für die Gestaltung von Überströmstrecken oder Sanierungen beziehungsweise Aufkadungen geprüft und dargelegt. Dazu wurden verschiedene Untersuchungen an einem Ausschnittmodell eines Ein-Zonen-Deiches mit einer qualifizierten Bodenverbesserung (Mischbindemittel bestehend aus Kalk und Zement) im wasserbaulichen Forschungslabor und an Bodenproben im geotechnischen Prüflabor der Technischen Universität Darmstadt (TU Darmstadt) durchgeführt. Anhand der Ergebnisse dieser Untersuchung werden Empfehlungen für die Praxis formuliert. Bei den wasserbaulichen Modellversuchen wurde zwischen Einstau-, Durchström- und Überströmversuchen sowie Kombinationen dieser Varianten differenziert. Insgesamt wurde das Ausschnittmodell 377 Tage durchströmt und 49 Stunden überströmt. Bei den Überströmversuchen wurden zusätzlich landseitig Variationen durchgeführt. Dabei fanden Versuche mit und ohne ausgebildetem Wechselsprung am Deichfuß der landseitigen Böschung statt. Vor und nach jedem Versuch wurde eine Begutachtung der Deichoberfläche vorgenommen und aufbauend auf weiteren Messparametern auch Rückschlüsse auf die Deichstabilität gezogen. Um die Belastungen, welche auf den Deich einwirken, zu bestimmen, wurden während der Versuche im Ausschnittmodell hydraulische Parameter (Wassertiefe, Durchfluss, Fließgeschwindigkeit) gemessen und anhand einer eindimensional-numerischen Simulation auf eine höhere Auflösung interpoliert. Ausgehend von dieser Datengrundlage wurden Standsicherheitsuntersuchungen durchgeführt. Hierbei wurden stets, neben dem physikalisch abgebildeten Versuchsdeich, noch sechs verschiedene Kubaturen und drei verschiedene Materialien miteinander verglichen, wobei eines dieser Materialien das nicht mittels Bindemittel versetzte Ausgangsmaterial war und somit als Referenz diente. Es lässt sich festhalten, dass das vermörtelte Bodenmaterial in der Regel deutlich geringere Ausnutzungsgrade in den Standsicherheitsnachweisen aufweist als das Ausgangsmaterial, es sei denn, bei dem Nachweis ist grundsätzlich eine andere Komponente (wie der Baugrund oder eine Deckschicht) als der vermörtelte Baustoff maßgebend. In diesem Fall war keine durch die Vermörtelung verursachte Veränderung am Ausnutzungsgrad zu erkennen. Aus dem Vergleich der Nachweise bei gleichzeitiger Veränderung der Kubatur (steilere, kompaktere Kubatur, 1:3  1:1,5) lassen sich folgende weitere Schlüsse ziehen: Mittels Bodenvermörtelung lassen sich bei den meisten Nachweisen die gleichen oder geringere Ausnutzungsgrade (je nach Art und Menge des Bindemittels) erreichen. Durch die geringere Aufstandsfläche erhöhen sich im Vergleich der Ausnutzungsgrad des Abschiebens und die Setzungen (beide vom Baumaterial unabhängig). Dabei hält der vermörtelte Deich sogar Belastungen stand, bei welchen bisher auf Betonsysteme zurückgegriffen werden musste. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass auf dem vermörtelten Bodenmaterial in Verbindung mit einer Oberbodenschicht Gras wachsen kann. Dadurch gliedert sich der Deich gut in die Umgebung ein und erhält die bewehrte zusätzliche Schutzschicht. Gleichzeitig hat sich das vermörtelte Material als resistent gegenüber Wühltieren erwiesen. Schlussendlich leitet die vorliegende Arbeit praxisrelevante Hinweise für den Einsatz des untersuchten Baumaterials in der Praxis ab und gibt Empfehlungen für ein weiteres Vorgehen der Untersuchungen bis hin zur Aufnahme in den Stand der Technik.

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