René Schäfer - Das Baustellenhandbuch für den Tiefbau

Schürfe, Erkundungsstollen {Erkundungsstollen} und -schächte

Neben Bohrungen können oberhalb des Grundwasserspiegels bei geringen Erkundungstiefen auch Schürfe ausgeführt werden. Diese sind meist preiswert zu realisieren und bieten den Vorteil, dass Schichtverläufe besser erkennbar als in einer Bohrung sind. Auch können qualitativ höherwertige Proben von „Hand“ gewonnen und relativ einfach eine größere Anzahl an Proben gezogen werden.

Schürfe können beispielsweise ausgeführt werden

Ein Schurf kann im standfesten Boden mithilfe eines Baggers erstellt werden, üblicherweise kann eine Tiefe bis ca. 4-5 m erreicht werden, mit Greifarmverlängerung sind auch größere Tiefen realisierbar. Neben der Standsicherheit sind bei der Ausführung von Schürfen folgende Aspekte zu beachten:

Die Standsicherheit ist unbedingt zu beachten, besondere Vorsicht ist bei unregelmäßigen Querschnitten, inhomogenem Aushub, Sickerwasser und geringem Feinkorngehalt geboten. Hinweise dazu sind in Kapitel 9 enthalten. Im Zweifel sollte der Schurf nicht begangen und erst durch einen Verbau gesichert werden.

Bei großen Bauvorhaben (Tunnelbauwerke, Talsperren) können zur Erkundung auch Erkundungsstollen und -schächte ausgeführt werden. Hiermit lassen sich deutlich größere Erkenntnisse hinsichtlich der zu erwartenden Baugrundverhältnisse (Schichtaufbau, Klüfte, Schichtflächen, Störungen, Wasserführung, Lösbarkeit etc.) gewinnen. Ferner ist auch eine genauere Abschätzung des Gebirgsverhaltens (z. B. Druckhaftigkeit, Verformungseigenschaften, Standsicherheit) möglich.

Für detailliertere Angaben zur Ausführung von Bohrungen und Schürfen sei auf das Merkblatt zur Qualitätssicherung bei der geotechnischen Erkundung (M QGeoE) der FGSV hingewiesen.

2.2.2 Indirekte Baugrundaufschlüsse und Feldversuche

{Baugrundaufschlüsse, indirekt}

Aufgrund der vergleichsweise hohen Kosten bei den direkten Baugrundaufschlüssen werden vielfach auch indirekte Baugrundaufschlüsse bzw. Sondierungen {Sondierung} durchgeführt. Da auf Bohrungen oder Schürfe meist nicht verzichtet werden darf, werden indirekte Aufschlüsse in erster Linie zur Ergänzung direkter Aufschlüsse verwendet. Hiermit lassen sich beispielsweise Schichtgrenzen verfolgen bzw. flächenhaft überprüfen, Lagerungsdichten bzw. Konsistenzen des Bodens abschätzen oder auch Hohlräume {Hohlräume} im Untergrund erkunden.

Ferner können mittels Feldversuchen und Feldmessungen auch Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften des Gebirges, über den Primärspannungszustand und über die Wasserdurchlässigkeit gewonnen werden.

Aus den indirekten Baugrundaufschlüssen werden nachfolgend die Gebräuchlichsten kurz vorgestellt:

Rammsondierung {Rammsondierung}

Bei einer Rammsondierung wird eine Sonde mit einer festgelegten Energie in den Boden eingerammt. Hierbei wird als Messgröße die Schlagzahl, die für eine festgelegte Eindringtiefe (z. B. 10 cm) notwendig ist, erfasst. Mit einer Rammsondierung können so über den untersuchten Bereich u. a. die Lagerungsdichte {Lagerungsdichte} und die Konsistenz des Bodens abgeschätzt werden.

Drucksondierung {Drucksondierung}

Bei einer Drucksondierung wird über ein Gestänge ein Messkopf mit kegelförmiger Spitze mit einer konstanten Geschwindigkeit in den Boden gedrückt. Hierbei können der Spitzendruck, die Mantelreibung und ggf. auch der Porenwasserdruck gemessen werden. Aus diesen Messgrößen ist ebenfalls eine Abschätzung der Lagerungsdichte bzw. der Konsistenz des Bodens möglich, wobei die Aussagequalität im Vergleich zur vorgenannten Rammsondierung besser ist. Da es sich bei den Drucksondierungen um ein statisches Verfahren handelt, ist ein entsprechendes Widerlager erforderlich, wodurch der Einsatzbereich von Drucksondierungen begrenzt wird (z. B. keine Ausführung in Böschungsbereichen).

Flügelscherversuch {Flügelscherversuch}

Beim Flügelscherversuch wird eine Sonde in den Boden gedrückt und mit einer gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit (30°/min) gedreht, bis es zum Bruch des Bodens kommt. Beim Einsatz ist eine ausreichende Überdeckung der Sonde (≥ 30 cm) sicherzustellen. Gemessen wird das maximale aufgebrachte Drehmoment. Aus diesem kann die undränierte Scherfestigkeit {Scherfestigkeit} des Bodens abgeleitet werden.

Bohrlochaufweitungsversuch {Bohrlochaufweitungsversuch}/Dilatometerversuch {Dilatometerversuch}

Mit einem Bohrlochaufweitungsversuch bzw. einer Dilatometermessung kann das Spannungs-Dehnungs-Verhalten des anstehenden Untergrunds bestimmt werden.

Hierzu wird in das Bohrloch eine zylindrische, radial dehnbare Sonde eingeführt. Mit der Sonde wird ein Druck auf die Bohrlochwand aufgebracht und die hierdurch entstehenden Verformungen werden mit Wegaufnehmern gemessen oder über das in die Sonde eingepresste Flüssigkeitsvolumen ermittelt. Aus dem Verhältnis des aufgebrachten Drucks und den gemessenen Verformungen bzw. dem eingepressten Flüssigkeitsvolumen kann der Elastizitätsmodul des Gebirgs berechnet werden. Der Versuch kann an beliebigen Stellen innerhalb eines Bohrlochs ausgeführt werden.

Im Gegensatz zu Laborversuchen (z. B. einaxiale Druckversuche) lassen sich bei in situ Verfahren die Eigenschaften des Baugrunds in nahezu ungestörtem Zustand und in einem größeren Bereich erfassen.

Plattendruckversuch {Plattendruckversuch}

Mit einem Plattendruckversuch kann die Tragfähigkeit eines Bodens {Tragfähigkeit Boden} bestimmt werden. Beim statischen Plattendruckversuch wird hierzu eine kreisförmige genormte Platte auf den Untergrund gedrückt. Als Gegengewicht dienen meist Bagger, LKW o. ä. Der Druck (bzw. die Last) in den einzelnen Versuchsphasen Belastung – Entlastung – Wiederbelastung, wird jeweils in mehreren Laststufen aufgebracht bzw. reduziert. Aus der Einsenktiefe der Lastplatte (Setzung) und den zugehörigen Laststufen wird die Drucksetzungslinie ermittelt. Aus dieser lassen sich die Verformungsmoduli {Verformungsmodul} Ev1 (Belastung) und Ev2 (Wiederbelastung) bestimmen. Die Bewertung der Tragfähigkeit erfolgt i. d. R. anhand des Ev2-Werts sowie des Verhältniswerts Ev2 zu Ev1. Zu beachten ist, dass die Einflusstiefe des Lastplattendruckversuchs i. d. R. auf den ein- bis zweifachen Durchmesser der Lastplatte (D = 300 mm oder 600 mm) begrenzt ist. Der Versuch kann somit nicht zur Bewertung der Tragfähigkeit des Baugrunds in Bezug auf eine Bauwerksgründung genutzt werden und ersetzt in diesem Fall keine Aufschlussbohrung bzw. Sondierung mit den o. g. erforderlichen Aufschlusstiefen. Typischer Einsatzbereich des statischen Lastplattendruckversuchs ist die Prüfung der Tragfähigkeit des Erdplanums {Planum} bei Straßenbaumaßnahmen und die Überprüfung erzielter Verdichtungsgrade {Verdichtungsgrad} im Erdbau.

Alternativ kann ein dynamischer Lastplattendruckversuch durchgeführt werden. Hier wird statt der statischen Belastung eine dynamische Last in Form eines Fallgewichts verwendet. Das Gerät ist einfach zu handhaben und benötigt kein Gegengewicht wie beim statischen Lastplattendruckersuch. Ermittelt wird hier der dynamische Verformungsmodul Edyn. Dieser kann über Erfahrungswerte mit dem statischen Verformungsmodul Ev2 korreliert werden bzw. sollte durch Vergleichsversuche mit der statischen Lastplatte kalibriert werden.