Bodenverbesserung bezeichnet alle Maßnahmen, mit denen ein anstehender oder umgelagerter Boden so behandelt wird, dass er einbau-, verdichtungs- und befahrbar wird, ohne dass ein dauerhafter Festigkeitsgewinn planmäßig in Anspruch genommen wird. Typischer Anlass sind zu feuchte bindige Böden, die im Erdbau nicht auf den geforderten Verdichtungsgrad zu bringen sind. Grundlage für Ausführung und Abnahme im Straßenbau sind die ZTV E-StB; die Nachweise erfolgen über Verformungsmodul und Verdichtungsgrad. Abzugrenzen ist die Bodenverbesserung von der Bodenverfestigung und vom Bodenaustausch, die andere Ziele und andere Prüfanforderungen haben.
Abgrenzung zu Bodenverfestigung und Bodenaustausch
Die drei Maßnahmen werden in der Praxis häufig verwechselt, unterscheiden sich aber in Zielsetzung, Bindemitteleinsatz und Nachweisführung. Die Bodenverbesserung stellt die Einbaufähigkeit her, die Bodenverfestigung erzeugt eine dauerhaft tragfähige, frostwiderstandsfähige Schicht mit nachweisbarer Festigkeit, und der Bodenaustausch ersetzt den ungeeigneten Boden durch geeignetes Material. Die Wahl folgt aus Bodenart, Wassergehalt, Aushub- und Entsorgungsaufwand, Bauzeit und der Frage, ob die behandelte Schicht rechnerisch in den Oberbau eingeht.
| Maßnahme | Ziel | Typische Mittel | Nachweisschwerpunkt |
|---|---|---|---|
| Bodenverbesserung | Einbau-, Verdichtungs- und Befahrbarkeit herstellen | Feinkalk oder Kalkhydrat, geringe Bindemittelmengen | Verdichtungsgrad und Verformungsmodul |
| Bodenverfestigung | dauerhaft tragfähige und frostwiderstandsfähige Schicht | Zement oder hydraulische Mischbinder | Festigkeit, Frostwiderstand, Schichtdicke |
| Bodenaustausch | ungeeigneten Boden ersetzen | Aushub und Einbau geeigneter Schüttstoffe | Materialeignung, Verdichtungsgrad, Verformungsmodul |
| Geokunststoffbewehrte Tragschicht | Lastverteilung und Verhinderung der Materialvermischung | Geogitter, Geozellen, Trennvlies mit Schüttmaterial | Verformungsmodul, Verformungsverhalten, Einbauqualität |
Bindemittel, Verfahrensablauf und Eignungsprüfung
Bei bindigen, zu feuchten Böden wird überwiegend Feinkalk (Branntkalk) eingesetzt. Seine Wirkung beruht auf drei Effekten: dem Wasserentzug durch die Hydratation des Branntkalks, der Wasserdampfabgabe aus der Reaktionswärme und dem Kationenaustausch, der die Plastizität senkt und den Boden krümelig macht. Kalkhydrat wirkt demgegenüber ohne Hydratationswärme allein über Kationenaustausch und Wasserbindung und wird eingesetzt, wo der Arbeitsschutz beim Umgang mit Branntkalk oder die Staubentwicklung dagegen sprechen. Zement und hydraulische Mischbinder werden dort verwendet, wo neben der Einbaufähigkeit ein Festigkeitsgewinn erwünscht ist; damit geht die Maßnahme in eine Verfestigung über.
Der Ablauf ist in den ZTV E-StB geregelt: Vor der Ausführung ist eine Eignungsprüfung durchzuführen, in der Bindemittelart und Bindemittelmenge am tatsächlich anstehenden Boden festgelegt und die erreichbaren Kennwerte belegt werden. Auf der Baustelle folgen das Aufstreuen mit dosierfähigem Streugerät, das Einmischen mit der Bodenfräse in definierter Frästiefe, das Homogenisieren, die Verdichtung und die Nachbehandlung. Die Ausführung ist witterungsabhängig: Bei Frost und bei starkem Niederschlag ist die Behandlung auszusetzen, weil weder die Verteilung noch die Reaktion sicher gesteuert werden kann. Zu beachten sind zudem der Anstieg des pH-Werts, der Arbeitsschutz beim Umgang mit Branntkalk und die Kalkverträglichkeit sulfathaltiger Böden.
Geokunststoffbewehrte Tragschichten als Alternative
Nicht jeder Boden ist bindemittelgeeignet, und nicht auf jeder Baustelle steht das Ausführungsfenster für eine Kalkbehandlung zur Verfügung. In diesen Fällen ist die geokunststoffbewehrte Tragschicht die technische Alternative: Ein Geogitter verspannt das darüber eingebaute grobkörnige Material, verteilt die Radlasten flächig und begrenzt die Spurrinnenbildung auf weichem Untergrund. Geozellen erzeugen einen vergleichbaren Effekt durch seitliche Stützung des Füllmaterials und lassen auch weniger hochwertige Schüttstoffe zu. Ein Trennvlies verhindert, dass sich Feinkorn des Untergrunds und Tragschichtmaterial vermischen, und erhält damit die Funktion der Schicht über die Nutzungsdauer. Bemessungsgrundlagen sind die EBGEO für bewehrte Erdkörper und das Merkblatt M Geok E für die Anwendung im Erdbau des Straßenbaus. Die Bauweise ist weitgehend witterungsunabhängig, unmittelbar nach dem Verdichten befahrbar und vollständig rückbaubar.
Nachweise: Verformungsmodul, Verdichtungsgrad und Prüfumfang
Die Abnahme erfolgt nicht über die eingebaute Bindemittelmenge, sondern über das Verformungs- und Verdichtungsverhalten. Der Verformungsmodul Ev2 wird mit dem statischen Plattendruckversuch nach DIN 18134 bestimmt; auf dem Planum wird in der Regel Ev2 von mindestens 45 MN/m² gefordert, auf der Oberkante der Frostschutzschicht je nach Belastungsklasse ein deutlich höherer Wert von 120 MN/m². Zusätzlich wird das Verhältnis von Ev2 zu Ev1 begrenzt, um eine nur scheinbar ausreichende Steifigkeit bei unzureichender Verdichtung zu erkennen.
Der Verdichtungsgrad DPr wird auf die einfache Proctordichte nach DIN 18127 bezogen; die ZTV E-StB fordern in den oberen Bereichen des Erdkörpers höhere Werte als in tieferen Lagen. Als schnelles Ersatzverfahren für die flächige Eigenüberwachung dient der dynamische Plattendruckversuch mit dem Verformungsmodul Evd, dessen Korrelation zum statischen Versuch baustellenbezogen abzusichern ist. Prüfstellen und Prüfhäufigkeit sind nach den ZTV E-StB festzulegen und zwischen Eigenüberwachung des Auftragnehmers und Kontrollprüfungen des Auftraggebers zu unterscheiden. Ergänzend sind Frostempfindlichkeitsklasse, Wassergehalt und Schichtdicke zu dokumentieren.
Verwandte ViaCon-Lösungen
Produkte für die Verbesserung und Bewehrung von Erdbauwerken bündeln die GeoTechnical Solutions; für bewehrte Tragschichten stehen die Geogitter von ViaCon und für die seitliche Stützung von Füllmaterial die Geozellen zur Verfügung. Die Abgrenzung zur bindemittelgestützten Behandlung erläutert der Beitrag zur Bodenstabilisierung, die Wirkungsweise der Bewehrungslagen der Eintrag zum Geogitter. Für den Oberbau ist der Beitrag zur Frostschutzschicht maßgeblich, und die dauerhafte Trennung der Schichten beschreibt der Eintrag zum Trennvlies.
Häufige Fragen zur Bodenverbesserung
Wann ist eine Bodenverbesserung sinnvoller als ein Bodenaustausch?
Wenn der anstehende Boden grundsätzlich geeignet, aber zu feucht oder zu plastisch ist und Aushub, Transport, Entsorgung und Ersatzmaterial den Aufwand der Behandlung übersteigen. Für die Bodenverbesserung sprechen zudem kurze Wege, knappe Deponiekapazitäten und die Massenbilanz der Baustelle. Gegen sie sprechen organische oder stark sulfathaltige Böden, hoher Grundwasserstand und ein fehlendes witterungsgünstiges Ausführungsfenster.
Wie wird die erforderliche Bindemittelmenge festgelegt?
Über die Eignungsprüfung nach ZTV E-StB am tatsächlich anstehenden Boden, nicht über Erfahrungswerte. Geprüft werden Bindemittelart, Bindemittelmenge, der Wassergehalt vor und nach der Behandlung sowie die erreichbaren Verdichtungs- und Verformungskennwerte. Erst das Ergebnis dieser Prüfung ist Grundlage der Ausführung; wechselt die Bodenart im Baufeld, ist die Eignungsprüfung für den neuen Bereich zu wiederholen.
Welcher Ev2-Wert ist auf dem Planum nachzuweisen?
Auf dem Planum wird in der Regel ein Verformungsmodul Ev2 von mindestens 45 MN/m² gefordert, auf der Oberkante der Frostschutzschicht je nach Belastungsklasse 120 MN/m². Gemessen wird mit dem statischen Plattendruckversuch nach DIN 18134. Ergänzend ist das Verhältnis von Ev2 zu Ev1 zu beachten, das eine unzureichende Verdichtung trotz ausreichender Steifigkeit aufdeckt.
Kann bei Frost oder anhaltendem Regen behandelt werden?
Nein. Bei Frost lässt sich das Bindemittel nicht gleichmäßig einmischen und die Reaktion nicht sicher steuern; bei starkem Niederschlag wird der Wassergehalt unkontrollierbar und das gestreute Bindemittel abgeschwemmt. Die Behandlung ist daher an ein Witterungsfenster gebunden. Wo dieses nicht verfügbar ist, ist eine geokunststoffbewehrte Tragschicht die witterungsunabhängige Alternative.
