Open Access

It is state of technology in district heating systems to use sand as backfill material for district heating pipes (DHP). In conventional pipeline construction, Temporarily Flowable Backfill Materials (TFB) have been already used for backfilling the pipe zone. TFB consists of the excavated material, cement, water and optionally bentonite. Environmental and economic advantages are that the excavated material can be reused and that TFB requires no compaction. In order to embed district heating pipes in TFB, soil mechanical parameters of the TFB are required. Above all the resistance to temperature-induced axial displacement should be well-known in order to estimate the displacements of the DHP, as well as the stress distribution along the DHP. Compared to sand as a non-cohesive backfill TFB have remarkable adhesive contact stresses which result in considerable resistance forces.In this article, the contact behavior between TFB and DHP is described as well as the effect on the DHP statics. Therefore, the results of various laboratory tests are summarized and presented to understand the interface-resistance-characteristics (IRC) of the DHP/ TFB interface. Then, the deduced IRC was implemented in a computer program for some comparative calculations with sand and TFB. Finally, the results of cyclic loading are presented and discussed.

Die Bodenverbesserung mit HybridInjection® der Firma URETEK Deutschland GmbH ist ein Injektionsverfahren, das speziell unter bestehenden Bauwerken als Nachgründung oder Gründungsverstärkung zum Einsatz kommt, welche auf sehr schlecht tragfähigem Untergrund gegründet sind. Dabei werden dünne, mit einem Geotextil umwickelte Stangen (Injektionslanzen Ø = 12 mm) in den Untergrund eingebracht und anschließend das Textil mit Hilfe eines speziellen Harzes expandiert. Dadurch wird der umliegende Boden durch Verdrängung überwiegend radial verdrängt und verdichtet. Zudem wirken die moderat steifen, säulenartigen Expansionskörpern als Lastabtragungselemente und entlasten den Boden dazwischen, womit sie als Bodenverbesserungssäulen eingeordnet werden können. Ziel der gemeinsamen Forschungsarbeit ist es diesen Verbesserungseffekt messtechnisch zu erfassen und zu beziffern, um dadurch das Produkt wirtschaftlicher und auf die jeweilige Lastsituation anbieten zu können. Dazu wurde auf einem Versuchsfeld eine 6,0 m² große Stahlbetonplatte, welche das Fundament eines Gebäudes darstellen soll, mit Hilfe eines 1,5 MN-Hydraulikzylinders in verschiedenen Stufen belastet und die daraus resultierenden Setzungen des Bodens gemessen. Dies geschah zunächst ohne und anschließend mit vier, rechteckig unter der Betonplatte angeordneten Expansionskörpern der Firma URETEK. Der Vorher-Nachher-Vergleich der verschiedenen Auswertungen zeigte, dass der Boden nach dem Einbau der HybridInjection® insgesamt deutlich steifer reagiert. Verglichen wurden dafür das Maß der Setzungen, die Kriechzahl in Anlehnung an die EA-Pfähle, der Verformungsmodul in Anlehnung an den Lastplattendruckversuch, Setzungen und E-Moduln in der Tiefe ermittelt aus Extensometermessungen und zuletzt die Schlagzahlen leichter Rammsondierungen. Die Verbesserungsfaktoren fallen recht unterschiedlich aus und belaufen sich auf Änderungen um bis zu + 68% im Vergleich zum Ausgangszustand ohne Bodenverbesserung.

Stabilisierungssäulen (StS) sind hydraulisch gebundene, pfahlartige Tragglieder und werden zur Reduzierung von Setzungen bzw. zur Erhöhung der Gesamtstandsicherheit angewandt. Aufgrund der fehlenden Bewehrung in Verbindung mit häufig geringen Durchmessern sind StS nicht zum planmäßigen Abtrag von Einwirkungen quer zur Traggliedachse geeignet. Der Beitrag erläutert das laterale Tragverhalten unbewehrter pfahlartiger Tragglieder. In einem Überblick werden typische Ansätze zur Berücksichtigung von StS beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit vorgestellt und es wird herausgearbeitet, dass die bestehenden Ansätze den Beitrag der Tragglieder meist unzutreffend berücksichtigen und häufig erheblich überschätzen. Es wird ein numerisches Strukturmodell vorgestellt, mit welchem das laterale Tragverhalten unbewehrter, hydraulisch gebundener, pfahlartiger Tragglieder untersucht wurde. Anhand systematischer Untersuchungen wird dargelegt, wie StS bei lateralen Gleitkörperbewegungen versagen und welche Versagensmechanismen zu erwarten sind. Die Aktivierung des Traggliedquerwiderstands wird für undrainierte Bedingungen anhand eines einfachen mechanischen Modells erläutert und es werden daraus grundsätzliche Hinweise zu Entwurf und Bemessung geotechnischer Konstruktionen mit StS abgeleitet. Schließlich werden zwei Ansätze zur Berücksichtigung von StS beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit im Gleitkreisverfahren nach Bishop vorgestellt und deren Anwendung anhand eines Schadensfalls aufgezeigt.