Untergrundertüchtigung eines Streckenabschnittes ... - Gepro Dresden

UNTERBAUSANIERUNG
Untergrundertüchtigung eines
Streckenabschnittes über Weichschicht
Bei komplizierten Baugrundverhältnissen erfolgte statt einer tiefreichenden Untergrundverbesserung
die Ertüchtigung mit einem geokunststoffverstärkten Tragschichtsystem.
Abb. 1: ABS 23 Saarbrücken – Ludwigshafen (POS Nord) [3]
Ralph Fischer
René Kipper
Marek Moede
Matthias Mortag
Dirk Wegener
Gemäß Modul 836.3001 der seit 01.10.2008
geltenden 1. Aktualisierung der Richtlinie
836 sind Nachweise der dynamischen Stabilität
des Unterbaus für Strecken mit Fester
Fahrbahn sowie für Strecken mit Schotteroberbau
zu führen, die mit Geschwindigkeiten
> 200 km/h befahren werden sollen.
Weiterhin können entsprechende Untersuchungen
erforderlich werden, wenn schwingungsempfi
ndliche Böden im Untergrund
verbleiben. Anhand eines Projektbeispiels
vom Ausbau der Schnellbahnverbindung
Paris – Ostfrankreich – Südwestdeutschland
werden beispielhaft Untersuchungen
zur dynamischen Stabilität von Strecken
auf Weichschichten, die Ableitung bautechnischer
Empfehlungen zur Ertüchtigung,
deren bauliche Umsetzung sowie Ergebnisse
von Messungen zum Nachweis des
Ertüchtigungserfolges dargestellt.
Aufgabenstellung und
Ausgangssituation
Im Zuge der Schnellbahnverbindung Paris
– Ostfrankreich – Südwestdeutschland
(POS) werden innerhalb der ABS 23 Saarbrücken
– Ludwigshafen (POS Nord) im
Planfeststellungsabschnitt 4.2 Hauptstuhl/
Ramstein – Miesenbach Ausbaumaßnahmen
durchgeführt (Abb. 1). Hier soll nach
Abschluss der 2. Baustufe die Betriebsge-
schwindigkeit von bisher 160 km/h auf
200 km/h angehoben werden, wodurch
sich die dynamische Beanspruchung von
Oberbau, Unterbau und Untergrund erhöht.
Für den Streckenbereich km 24,850 bis
km 25,050 war im Rahmen der Entwurfsplanung
aufgrund von vergleichsweise
gleisnah anstehenden Torfschichten sowie
einer geringen Lagerungsdichte der in
Höhe des Planums anstehenden Böden
das Erfordernis tiefreichender Ertüchtigungsmaßnahmen
ausgewiesen worden.
Die Herstellung eines Erdbetonkörpers
bis zur Sohle der organischen Böden mittels
tiefer Bodenstabilisierung war hierbei
als Vorzugsvariante für den Fall benannt
worden, dass keine konkreteren Kenntnisse
über die dynamische Stabilität des
Untergrundes bei Schwingungsmessungen
gewonnen werden können.
Die DB AG hatte deshalb für den Teilbereich
km 24,850 bis km 25,050 eine Ertüchtigung
mit Erdbetonkörpern ausgeschrieben,
jedoch dem Auftragnehmer die Möglichkeit
zur Ausführung von Detailuntersuchungen
mit dem Ziel einer Prüfung der Ertüchtigungsvariante
offen gehalten. Seitens der
bauausführenden Arge wurde eine solche
vertiefende Begutachtung für den Bereich
km 24,850 bis km 25,100 beauftragt. Zielstellung
war die Bewertung der Möglichkeit
einer alternativen Gründungsgestaltung mit
verstärktem Tragschichtsystem.
Der Umfang der vertiefenden Begutachtung
wurde mit der fachlich zuständigen
Organisationseinheit bei der DB Netz AG
abgestimmt. Für die Beurteilung der dy-
namischen Gebrauchstauglichkeit wurden
neue Ergebnisse des von der DB Netz AG
geleiteten Forschungsthemas „Erarbeitung
von Kriterien zur Beurteilung der
Notwendigkeit von Ertüchtigungen bei
Eisenbahnstrecken auf Weichschichten“
herangezogen. Über die im Rahmen des
Forschungsthemas erarbeiteten Grundsätze
zur Nachweisführung der dynamischen
Stabilität wurde in [4] sowie [5] berichtet.
Baugrundsituation
Im Zuge der Baugrunderkundung im Rahmen
der Entwurfsplanung wurde die Baugrundschichtung
im Torfbereich von ca.
km 24,7 bis ca. km 25,2 mit insgesamt
25 Rammkernsondierungen mit Aufschlusstiefen
von 3,0 bis 5,0 m unter SO
erkundet. Der Abstand der Rammkernsondierungen
betrug dabei
• ca. 20 m in Gleisachse im Torfabschnitt
zwischen km 24,850 und km 25,050,
• ca. 50 m in Gleisachse in den angrenzenden
Abschnitten und
• ca. 100 m im Bereich des Dammfußes.
Den in Auswertung der Sondierungen angefertigten
Baugrundlängsschnitt in dem
zu bewertenden Torfbereich zeigt Abb. 2.
Im Bereich der geplanten Ertüchtigung
von km 24,850 bis km 25,050 beträgt die
Mächtigkeit der Weichschicht ca. 1,0 m
und deren Überdeckung bis Oberkante
(OK) Schwelle ca. 2,0 m. In den angrenzenden
Bereichen ist die Weichschichtdicke
kleiner, sie weist jedoch auch eine geringere
Überdeckung auf.
Es wurden Rammsondierungen, Handschürfe
im Schotterbett sowie dynami-
EI-Eisenbahningenieur | Juni 2009
29

UNTERBAUSANIERUNG
Abb. 2: Längsschnitt des Niederungsbereiches in Gleisachsen im Bereich km 24,750 bis km 25,130
Bodenschicht Bereich
sche Plattendruckversuche auf der OK
Tragschicht ausgeführt. Dabei wurden
dynamische Verformungsmoduln von ca.
E V,d = 25 – 30 MN/m² gemessen. Bei den
Untersuchungen wurde festgestellt, dass
im Gleis 1 (Homburg – Ludwigshafen) im
gesamten Niederungsbereich eine Packlage
vorhanden ist, im Gleis 2 (Ludwigshafen –
Homburg) von km 24,800 bis km 25,000
hingegen nicht bzw. nicht vollständig. Die
Feldversuche wurden ergänzt durch bodenmechanische
Laborversuche zur Klassifi zierung.
Die Untersuchungsergebnisse lieferten
Kenntnis über die Baugrundschichtung
im Niederungsbereich und ermöglichten
es, die Art der in Unterbau und Untergrund
anstehenden Böden hinreichend genau zu
klassifi zieren.
Weiterführende Untersuchungen
vor Ertüchtigung
Bestimmung dynamischer
Bodenkennwerte
Die für dynamische Berechnungen notwendigen
Angaben für die organischen
Weichschichten zur Trockendichte, zur
30 EI-Eisenbahningenieur | Juni 2009
natürliche
Dichte
� [g/cm 3 ]
Scherwellengeschwindigkeit
c s [m/s]
Kompressions -
wellen geschwindigkeit
c p [m/s]
Grundwert des
Schubmoduls
2 G = � c d0 s
[MN/m2 ]
Bettungsschotter – 1,80 100
Tab. 1: Zusammenstellung der für die FE-Berechnungen verwendeten Dichte �, Scherwellengeschwindigkeit
cs und Grundwert des dynamischen Schubmoduls Gd0 *)
Schutzschicht – 2,00 100 *)
Dammmaterial Gleisbereich 1,90 170 320 54,9
Sand (SE, SU) Böschungsbereich 1,90 110 205 23,0
Weichschicht Torf
(H, HZ)
Gleisbereich
Böschungsbereich
Dammfußbereich
1,20
1,00
0,80
150
120
75
300
240
150
27,0
14,4
4,50
Untergrund UK Gleisbereich 2,00 220 900 96,8
Torf bis 7,0 m Böschungsbereich 2,00 180 750 64,8
unter SO
Untergrund 7,0 m
Dammfußbereich 2,00 140 580 39,2
bis 10,0 m
unter SO
Gleisbereich 2,00 260 1900 135,2
natürlichen Dichte und zur Dichte bei
Wassersättigung wurden an ungestörten
Bodenproben bei Laboruntersuchungen
direkt bestimmt. Die entsprechenden Dichten
des Bettungsschotters, der einzubauenden
Schutzschicht, des Dammmaterials
und des Untergrundes unter der Weichschicht
sowie die Feststoffdichten wurden
auf Grundlage von Angaben über Bodenart
und Lagerungsdichte plausibel gewählt.
Weiterhin wurden von der GGL Geotechnik
und Geophysik Leipzig GmbH durch
geophysikalische Feldversuche mittels
Tauchwellentomographie die Scher- und
die Kompressionswellengeschwindigkeiten
c S und c P an den drei Stationen km
24,760, km 24,970 und km 25,080 bestimmt.
An allen drei Stationen wurden
die Messprofi le jeweils auf der bahnlinken
Dammschulter und im Bereich des Dammfußes
positioniert. Aus der natürlichen
Dichte � und der Scherwellengeschwindigkeit
cs bei sehr kleinen Scherdehnungen
(� ≈ 10 -6 ) wurde der Grundwert des dynamischen
Schubmoduls G d0 = c s² ∙ �, ermittelt.
In Tab. 1 sind die bodendynamischen
Kennwerte für die einzelnen Schichten zusammengestellt.
Der Schubmodul Gd ergibt sich unter Berücksichtigung
der Scherdehnung � aus
dem Grundwert des Schubmoduls G d0.
Weil die Scherdehnung ein Ergebnis der
FE-Berechnungen darstellt, erfolgt die Festlegung
des Schubmoduls iterativ unter anfänglicher
Annahme eines Schubmoduls
G d0, anschließender Ermittlung der Scherdehnung
� und erneuter Berechnung des
Schubmoduls G d unter Berücksichtigung
der ermittelten Scherdehnung �.
Schwingungsmessungen
vor Ertüchtigung
Zur Ermittlung der Größe der Schwingungen
und zur Verifi zierung der Berechnungsannahmen
für die nachfolgend beschriebenen
Berechnungen zur dynamischen
Gebrauchstauglichkeit bzw. Stabilität wurden
vor dem Streckenausbau Schwingungsmessungen
in drei Messquerschnitten von
der FH Regensburg durchgeführt. Die Messquerschnitte
km 24,970 und km 24,940
wurden innerhalb des Torfbereiches und
der Messquerschnitt km 24,760 als Referenzquerschnitt
außerhalb des Torfbereiches
angeordnet.
Als Schwingungsaufnehmer wurden einaxiale
und dreiaxiale Geophone verwendet.
Pro Messquerschnitt wurden diese
jeweils auf der Schwelle, 1,0 m unter SO,
2,0 m unter SO, am Dammfuß sowie auf
der Dammschulter positioniert. In Abb. 3
ist die Anordnung der einzelnen Schwingungsaufnehmer
und der schematisierten
Baugrundschichtung beispielhaft für den
Messquerschnitt km 24,940 dargestellt.
Während der Schwingungsmessungen am
11.07.2007 verkehrten sowohl Personenzüge
mit einer maximalen Geschwindigkeit
von 120 km/h als auch Güterzüge mit
einer maximalen Geschwindigkeit von
100 km/h.
Im Ergebnis der Schwingungsmessungen
wurde festgestellt, dass sowohl die effektiven
Schwinggeschwindigkeiten als auch die
Einsenkungen im Bereich der vorgesehenen
Ertüchtigung km 24,940 und km 24,970
gegenüber der Referenz km 24,760 im Mittel
um ca. 20 % größer sind.
Prognoseberechnungen zur
dynamischen Stabilität
Auf Grundlage der durchgeführten bodenmechanischen
und bodendynamischen
Untersuchungen für den Unterbau
und Untergrund wurde eine dynamische
FE-Berechnung für die gegenwärtige Geschwindigkeit
mit v = 120 km/h geführt.
Aufbauend auf einem Vergleich mit den
Ergebnissen der Schwingungsmessungen
bei den zum Zeitpunkt der Messungen
vorhandenen Zuggattungen und Betriebsgeschwindigkeiten
wurde eine Prognose-

erechnung zur dynamischen Stabilität für
die künftige maximale Betriebsgeschwindigkeit
von v = 200 km/h durchgeführt.
Über die Grundsätze der Nachweisführung
mit einer Systematisierung der Einwirkungen,
Betrachtung zu den Widerständen und
Beurteilung der dynamischen Stabilität auf
Grundlage einer Bewertung der Scherdehnungen
im Vergleich zur Scherdehnungsgrenze
wurde in [4] sowie [5] berichtet.
Im Ergebnis der Berechungen wurden für
den vorhandenen Zustand sowie als Prognose
für den Zielzustand mit bewehrter
Tragschicht die Einsenkungen, Schwinggeschwindigkeiten
und Scherdehnungen
ermittelt. In den Abb. 4 und 5 sind die berechneten
Scherdehnungen � mit der Scherdehnungsgrenze
� tv,U gegenübergestellt.
In den Abb. 4 und 5 ist die Scherdehnungsgrenze
� tv,U = 8,0 ∙ 10 -5 eingetragen. Diese
grenzt die Bereiche mit geringen Scherdehnungen,
die beim Schotteroberbau dauerhaft
ohne auffällige Beeinträchtigungen
verkraftet werden können, vom Bereich
mit großen Scherdehnungen ab.
In Abb. 4 ist zu sehen, dass ohne bauliche
Veränderungen die Scherdehnungsgrenze
von � tv,U = 8,0 ∙ 10 -5 infolge Zugverkehr mit
200 km/h deutlich überschritten würde.
Auch bei Zugverkehr bis 160 km/h würde
lokal im oberen Dammbereich die Scherdehnungsgrenze
überschritten.
In Abb. 5 ist zu sehen, dass die Scherdehnungsgrenze
von � tv,U = 8,0 ∙ 10 -5 eingehalten
und damit die dynamische Gebrauchstauglichkeit
für den Zugverkehr bis
200 km/h im Zielzustand mit einem bewehrten
Tragschichtsystem von d = 60 cm
gewährleistet ist.
Im Ergebnis dieser Untersuchungen lässt
sich weiterhin feststellen, dass mit dem
60 cm dicken geokunststoffverstärkten
Tragschichtsystem und einer entsprechenden
Nachverdichtung des Erdplanums auf
E v2 ≥ 45 MN/m² sowie dem elastischen
Oberbau mit Schienen UIC 60, Zwischenlagen
Zw 900 und Schwellen B 90 die dynamische
Beanspruchung des Unterbaus
und Untergrundes nicht höher als die Beanspruchung
im vorhandenen Zustand bei
ca. 120 km/h ist.
Bautechnische Empfehlung
Im Ergebnis der Berechnungen zur dynamischen
Stabilität wurde eine bautechnische
Empfehlung zur Ertüchtigung abgeleitet. Für
die geplante Erhöhung der Geschwindigkeit
von 160 km/h auf 200 km/h wurde für den
Teilabschnitt km 24,850 bis km 25,050 die
Herstellung eines geokunststoffverstärkten
Tragschichtsystems mit folgenden Anforderungen
an den Unterbau empfohlen:
• Verformungsmodul auf dem Erdplanum
EV2 ≥ 45 MN/m² bzw. EVd ≥ 30 MN/m²
gemäß den Instandhaltungskriterien von
Modul 836.0501,
Abb. 3: Anordnung der Schwingungsaufnehmer in Messquerschnitt km 24,940
Abb. 4: Berechnungsergebnisse für die Scherdehnungen für den vorhandenen baulichen Zustand vor
Ertüchtigung mit vorhandener und künftiger Zuggeschwindigkeit.
• Verformungsmodul auf dem Zwischenplanum
und dem Planum EV2 ≥ 80 MN/
m² bzw. EVd ≥ 40 MN/m² ebenfalls gemäß
den Instandhaltungskriterien von
Modul 836.0501,
• zweifach geokunststoffbewehrtes Tragschichtsystem
mit d = 60 cm mit folgendem
Aufbau von oben nach unten:
– 20 cm Schutzschicht aus KG 1 gemäß
DBS 918 062,
�������������
��������������������������� – Geokunststoff (Geogitter) gemäß Kapitel
4.6 der Prüfungsbedingungen für
Geokunststoffe in Zulassungsverfahren
des Eisenbahn-Bundesamtes vom
01.02.2007 und TM 2007/058,
– 40 cm Schutzschicht aus KG 2 gemäß
DBS 918 062,
– Geokunststoff (Verbundstoff) gemäß
Kapitel 4.5 der Prüfungsbedingungen
für Geokunststoffe in Zulassungsver-
EI-Eisenbahningenieur | Juni 2009
31

UNTERBAUSANIERUNG
Abb. 5: Prognostizierte Scherdehnungen für den Zielzustand mit bewehrter Tragschicht
Abb. 6: Regelquerprofi l für den Zielzustand im Bereich km 24,850 bis km 25,100
fahren des Eisenbahn-Bundesamtes
vom 01.02.2007 und TM 2007/058.
In Abb. 6 ist das Regelquerprofi l für den
Zielzustand schematisch dargestellt.
Weiterhin wurde der Einbau von Schwellen
B 90 im Ertüchtigungsbereich empfohlen,
die gegenüber Schwellen B 70 eine bessere
Lastverteilung aufweisen.
Die Ausführungsplanung wurde auf
Grundlage der gegebenen bautechnischen
Empfehlung erarbeitet. Im Zuge der bauaufsichtlichen
Beteiligung des Eisenbahn-
Abb. 7: Blick auf das mit der RM 900 freigelegte
Planum (Gleis 1, 20.01.2008)
32 EI-Eisenbahningenieur | Juni 2009
Bundesamtes wurde der Ertüchtigungsbereich
auf km 24,850 bis km 25,100
erweitert.
UiG und ZiE für
die Baumaßnahme
Für die Umsetzung der Ausführungsplanung
waren eine unternehmensinterne Genehmigung
der DB Netz AG (UiG) sowie
eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) des
Eisenbahn-Bundesamtes notwendig. Diese
wurden von der zuständigen Stelle der
DB Netz AG bzw. dem EBA unter Voraussetzung
der Einhaltung der nachfolgenden
Forderungen erteilt:
• der ingenieurtechnischen Begleitung und
Kontrolle der Bauausführung, insbesondere
des Tragschicht- und Geogittereinbaus
sowie der Erdbaukontroll- und Eigenüberwachungsprüfungen
und
• der messtechnischen Verifi zierung der im
Gutachten getroffenen Berechnungsannahmen
und messtechnische Kontrolle
des Ertüchtigungserfolges, insbesondere
durch Schwingungsmessungen unter
Betrieb sowie Laufzeitmessungen nach
Einbau der Tragschicht.
Bauausführung
Der Herstellung des geokunststoffverstärkten
Tragschichtsystems in Gleis 1
im Streckenbereich km 24,850 bis
km 25,100 erfolgten am 20./21.01.2008;
in Gleis 2 wurden die Umbauarbeiten am
04./05.05.2008 durchgeführt.
Hierbei wurden durch die bauausführende
Schweerbau GmbH & Co. KG die Bettung
und die vorhandene Schutzschicht mit der
Bettungsreinigungsmaschine RM 900 ausgebaut.
Der Einbau des geokunststoffverstärkten
Tragschichtsystems erfolgte in jeweils
zwei Bearbeitungsgängen ebenfalls gleisgebunden
mit der Umbaumaschine SVV 100.
Die Abb. 7 bis 9 zeigen während der Ausführung
angefertigte Fotoaufnahmen.
Beim Einbau der Schutzschichten im Umbaubereich
km 24,850 bis km 25,100 hatte
es sich bewährt, jeweils einen zweiten
Verdichtungsübergang mit der Umbaumaschine
SVV auszuführen und den Verdichtungsgrad
der Schutzschicht unmittelbar
nach jedem Verdichtungsübergang zu bestimmen.
Auf diese Weise konnten im Ertüchtigungsbereich
Defi zite beim Verdichtungsgrad
der Schutzschicht vermieden
werden.
Nachweis des
Ertüchtigungserfolges
Der Nachweis des Ertüchtigungserfolges
beinhaltete Laufzeitmessungen zur Ermittlung
der bodendynamischen Kennwerte der
Tragschicht sowie Schwingungsmessungen
infolge Zugverkehr nach Inbetriebnahme,
um die im Gutachten prognostizierten
dynamischen Beanspruchungen (Schwinggeschwindigkeiten
und Scherdehnungen)
messtechnisch nachweisen zu können.
Laufzeitmessungen
Es wurden jeweils in den drei Messquerschnitten
km 24,760 (Referenz),
km 24,940 und km 24,970 Laufzeitmessungen
zur Ermittlung der bodendynamischen
Eigenschaften der Tragschicht in
zwei Teilmessungen durchgeführt.
Die erste Teilmessung wurde von der GGL
GmbH unter Verwendung von temporär
auf der Tragschichtoberkante bzw. auf der
Geländeoberfl äche angeordneten Geophonen
und ca. zwei Tage nach Einbau der
Tragschicht und der verbleibenden Geophone
durchgeführt (Abb. 10).
Die zweite Teilmessung erfolgte zusammen
mit den Schwingungsmessungen ca. acht
Wochen nach Inbetriebnahme, also nach
vollständigem Einbau des Oberbaus und
nach Eintragung von dynamischen Belastungen
aus Zugverkehr (Abb. 11).
Die Ergebnisse der Laufzeitmessungen
(P-Wellen- und SH-Wellengeschwindigkeiten)
sowie die sich daraus ergebenden
Querdehnzahlen sind in Tab. 2 zusammengestellt.

Abb. 8: Einbau von KG 2 über dem auf dem Planum verlegten Verbundstoff
(Gleis 2, 04.05.2008)
Die Laufzeitmessungen ergaben, dass die
Scher-(SH) und Kompressions-(P)wellen
geschwindigkeiten nach Einbau des kompletten
Oberbaus und der bereits eingetragenen
dynamischen Belastung aus Zugverkehr
tatsächlich um ca. den Faktor 1,7 bis
1,8 höher sind als kurz nach Einbau der
Tragschicht. Aufgrund der Beziehung G d =
c s² ∙ � ist damit der dynamische Schubmodul
G d um ca. Faktor 3,0 größer.
Ursache dafür ist einerseits die Zunahme
der mittleren allseitigen effektiven Spannung
�‘ m durch den Einbau des kompletten
Oberbaus und der bereits eingetragenen
dynamischen Belastung aus Zugverkehr.
In der Mitte der Tragschicht ist �‘ m nach
Abb. 9: Durchführung des zweiten Verdichtungsüberganges auf Oberfl äche
Tragschicht (Gleis 2, 05.05.2008)
dem Einbau des Oberbaus und der eingetragenen
dynamischen Belastung (q Zunahme
der Horizontalspannung infolge
Verdichtungserddruck) mit �‘ m ≈ 45 kN/m²
ca. dreimal so groß wie kurz nach Einbau
der Tragschicht mit �‘ m ≈ 15 kN/m². Aufgrund
der Abhängigkeit des dynamischen
Schubmoduls G d0 � �‘ m 0,5 nach (E-1-4) aus
EI-Eisenbahningenieur | Juni 2009
33

UNTERBAUSANIERUNG
den Empfehlungen des Arbeitskreises Baugrunddynamik
(2002) wird der dynamische
Schubmodul bei einer Verdreifachung
der mittleren allseitigen effektiven Spannung
um den Faktor 3 0,5 ≈ 1,73 größer.
Weitere Ursache ist vermutlich die Verringerung
des Wassergehaltes unter Betriebs-
Abb. 10: Laufzeitmessung auf der Tragschicht zwei Tage nach deren Einbau
Abb. 11: Laufzeitmessung ca. acht Wochen nach Inbetriebnahme
Abb. 12: Messquerschnitt km 24,970 mit Darstellung der Messaufnehmer
Station
[km]
1. Teilmessung
(2 Tage nach Tragschichteinbau)
SH-Wave
[m/s]
P-Wave
[m/s]
Tab. 2: Ergebnisse der Laufzeitmessungen
34 EI-Eisenbahningenieur | Juni 2009
Querdehnzahl
� [-]
bedingungen gegenüber dem für die Verdichtung
optimalen Einbauwassergehalt,
wodurch es ebenfalls zu einer Zunahme der
Steifi gkeit der Tragschicht kommt. Möglicherweise
könnte auch durch den Einbau
der Geophone (Abb. 10) die Tragschicht
im Umfeld der Geophone oberfl ächennah
SH-Wave
[m/s]
2. Teilmessung
(8 Wochen nach Inbetriebnahme)
P-Wave
[m/s]
Querdehnzahl
� [-]
24,760 162 295 0,28 313 591 0,25
24,940 152 267 0,26 282 470 0,22
24,970 176 288 0,20 303 506 0,21
Mittelwert 163 283 0,25 299 522 0,23
gelockert worden sein, wodurch ebenfalls
anfänglich geringe Wellengeschwindigkeiten
verursacht sein können.
Der Grundwert des dynamischen Schubmoduls
der Tragschicht beträgt ca. acht
Wochen nach Inbetriebnahme:
G d0,TS = c s,TS ∙ � TS
mit: � TS= 2,25 g/cm³ (in Eigen- bzw.
Fremdüberwachung ermittelt)
c s,TS = 280 – 300 m/s (mittels direkter Laufzeitmessungen
ermittelt)
–> G d0,TS = 180 – 200 MN/m².
Schwingungsmessungen
Zur Bestätigung der im Gutachten (2007)
prognostizierten dynamischen Beanspruchungen
(Schwinggeschwindigkeiten und
Scherdehnungen) wurden gemeinsam mit
der FH Regensburg Schwingungsmessungen
infolge Zugverkehr nach Inbetriebnahme
in den drei Messquerschnitten
km 24,760 (Referenz), km 24,940 und
km 24,970 durchgeführt. Beispielhaft ist
in Abb. 12 der Messquerschnitt km 24,970
mit den Messaufnehmern dargestellt.
Es wurden ICE mit einer Geschwindigkeit
von ca. 160 km/h, IC mit ca. 140 km/h, Regionalzüge
mit ca. 120 km/h und Güterzüge
mit ca. 100 km/h gemessen und ausgewertet.
Dazu wurden die Maximalwerte der
einzelnen Achsen bzw. Drehgestelle der Zugüberfahrten
der Intercityexpresszüge (ICE)
und Intercityzüge (IC) zusammengestellt
und anschließend statistisch ausgewertet.
Die statistische Auswertung wurde jeweils
für die einzelnen Schwingungsaufnehmer
sowohl für die maximalen Schwinggeschwindigkeiten
als auch für die effektiven
Schwinggeschwindigkeiten geführt. Dabei
wurden die Ergebnisse für die beiden Messquerschnitte
km 24,970 und km 24,940
im Bereich der vorgesehenen Ertüchtigung
mit ähnlicher Weichschichtdicke und
Überdeckung zusammengefasst und die Ergebnisse
für den Referenzmessquerschnitt
km 24,760 separat ausgewertet.
Beispielhaft sind in Abb. 13 die Schwinggeschwindigkeiten
für einen ICE 3 mit ca.
160 km/h im Zeit- und Frequenzbereich
für den Messquerschnitt km 24,970 dargestellt.
In Abb. 13 ist zu sehen, dass die
Schwinggeschwindigkeiten sowohl im
Zeitbereich als auch im Frequenzbereich
an der Unterkante der Tragschicht (rote Linien)
in etwa so groß wie in der Mitte der
Tragschicht (blaue Linien) sind. Die ca. 1,0
m unterhalb der Tragschicht gemessenen
Schwinggeschwindigkeiten (grüne Linien)
sind hingegen deutlich niedriger.
Ursache dafür ist die offensichtlich lastverteilend
und plattenartig wirkende Tragschicht.
Die Tragschicht selbst ist relativ
steif, wie durch die direkten Laufzeitmessungen
ermittelt werden konnte. Dadurch
kommt es innerhalb der Tragschicht zu
keiner nennenswerten Reduzierung der

Schwinggeschwindigkeit, jedoch zu einer
guten lastverteilenden Wirkung. Unterhalb
der Tragschicht werden dadurch jedoch die
Schwinggeschwindigkeiten relativ gering.
In Abb. 14 und 15 ist zu sehen, dass die
Ergebnisse der FE-Berechnungen (blaue
Linien) mit den Messergebnissen (blaue
Kreuze mit Schwankungsbereich) jeweils
für den ICE 3 mit ca. 160 km/h im Oberbau
und in der Mitte der Tragschicht relativ
gut übereinstimmen. Die ca. 1,0 m unterhalb
der Tragschicht gemessenen Schwinggeschwindigkeiten
und über die Beziehung
� = veff /cs ermittelten Scherdehnungen
sind hingegen deutlich niedriger als die berechneten
Schwinggeschwindigkeiten bzw.
Scherdehnungen. Die positive lastverteilende
Wirkung ist also offensichtlich noch
größer als im Gutachten [2] für die Prognoseberechnung
angenommen wurde.
Abb. 14 und 15 enthalten weiterhin die
Berechnungsergebnisse der Prognoseberechnung
für den Zugtyp 1 nach DIN-
Fachbericht 101 mit 22,5 t Radsatzlast und
200 km/h sowie für den ICE 1 mit 19,5 t
Radsatzlast und ebenfalls 200 km/h. Die
Schwinggeschwindigkeiten und Scherdehnungen
sind aufgrund der höheren Geschwindigkeit
und der höheren Radsatzlast
entsprechend größer als beim ICE 3 mit ca.
14 t Radsatzlast.
Die bei dem zukünftigen Verkehr mit
200 km/h auftretenden Schwinggeschwindigkeiten
werden auch hier entsprechend
dem Verhältnis zu den berechneten
Schwinggeschwindigkeiten des ICE 3 mit
160 km/h größer sein, wobei sich auch
dann eine deutliche Reduzierung der
Schwinggeschwindigkeit unterhalb der
Tragschicht einstellen wird. Damit bestätigt
sich die im Gutachten [2] geführte Prognose
zur Einhaltung der Scherdehnungsgrenze
bei Zuggeschwindigkeiten bis 200 km/h
(Abb. 5).
Baukosten
Gegenüber der Herstellung von Erdbetonkörpern
besaß die ausgeführte Ertüchtigungsvariante
mit einem zweifach geokunststoffverstärkten
Tragschichtsystem
Kostenvorteile. Die Baukosten für die Tiefbaumaßnahmen
bei Ertüchtigung mit einem
geokunststoffbewehrten Tragschichtsystem
betrugen ca. 40 % der Baukosten
der ursprünglich geplanten Ertüchtigungsvariante.
Auch unter Berücksichtigung des
erhöhten ingenieurtechnischen Aufwandes
für die erforderlichen weiterführenden Untersuchungen,
die Prognoseberechnungen
zur dynamischen Stabilität und die Messungen
zum Nachweis des Ertüchtigungserfolges
ergaben sich Kosteneinsparungen.
Zusammenfassung
Für den Streckenabschnitt km 24,850 bis
km 25,100 der ABS 23 Saarbrücken – Lud-
Abb. 13: Ergebnisse der Schwinggeschwindigkeiten für einen ICE 3 mit ca. 160 km/h im Zeit- und
Frequenzbereich im Messquerschnitt km 24,970 ca. acht Wochen nach Inbetriebnahme
Abb. 14: Vergleich der effektiven Schwinggeschwindigkeiten der Prognoseberechnung für den Zielzustand
für km 24,970 mit den Messergebnissen für km 24,940 und km 24,970 ca. acht Wochen nach
Inbetriebnahme
EI-Eisenbahningenieur | Juni 2009
35

UNTERBAUSANIERUNG
Abb. 15: Vergleich der Scherdehnungen der Prognoseberechnung für den Zielzustand für km 24,970 mit
den aus den Messergebnissen ermittelten Scherdehnungen für km 24,940 und km 24,970 ca. acht
Wochen nach Inbetriebnahme
wigshafen (POS Nord) wurde auf Grundlage
weiterführender Untersuchungen zur
Ermittlung von bodenmechanischen und
bodendynamischen Kennwerten eine rechnerische
Beurteilung der Standsicherheit
und der dynamischen Stabilität geführt.
Prognoseberechnungen hatten gezeigt,
dass die Ertüchtigung des Streckenbereiches
durch die Herstellung eines geokunststoffverstärkten
Schutzschichtsystems in
Verbindung mit Maßnahmen am Oberbau
alternativ zu der ursprünglich vorgesehenen
tiefreichenden Ertüchtigungsmaßnahme
erfolgen kann.
Nach Ausführung der Baumaßnahmen
wurden bei verifi zierenden Messungen
die Prognosen zur dynamischen Gebrauchstauglichkeit
bestätigt und der Erfolg
der Ertüchtigung nachgewiesen.
Die durchgeführten weiterführenden Untersuchungen
wurden von der Schweerbau
GmbH & Co. KG als Partner der bauausführenden
Arbeitsgemeinschaft im Zuge eines
Nebenangebotes veranlasst. Die Schweerbau
GmbH & Co. KG hat der Gepro Ingenieurgesellschaft
mbH freundlicherweise
gestattet, die bei dem Bauvorhaben gewonnenen
Ergebnisse und Messdaten bei der
Bearbeitung des von der DB AG geleiteten
Forschungsthemas „Erarbeitung von Kriterien
zur Beurteilung der Notwendigkeit
von Ertüchtigungen bei Eisenbahnstrecken
auf Weichschichten“ zu verwenden.
LITERATUR
[1] „Empfehlungen des Arbeitskreises Baugrunddynamik“ der
DGGT, Grundbauinstitut der TU Berlin, Dezember 2002
[2] „Gutachten zur Beurteilung der Notwendigkeit tiefreichender
Untergrundertüchtigung bzw. der alternativen Gründungsgestaltung
mit verstärktem Tragschichtsystem“, Gepro
Ingenieurgesellschaft mbH, 14.09.2007
Summary
Subgrade improvement on a line section via soft layer
M.Sc. René Kipper
Gepro Ingenieurgesellschaft mbH,
Dresden
rene.kipper@gepro-dresden.de
Dipl.-Ing. Marek Moede
Schweerbau GmbH & Co. KG,
Stadthagen
moede@schweerbau.de
Dipl.-Ing. Matthias Mortag
DB Netz AG, Frankfurt
matthias.mortag@dbnetze.com
Dipl.-Ing. Dirk Wegener
Gepro Ingenieurgesellschaft mbH,
Dresden
dirk.wegener@gepro-dresden.de
������������������������
�����������������������������������������
��������������������������������
[3] Gutfrucht, M., Mortag, M.: Ausbaustrecke Saarbrücken –
Ludwigshafen (POS Nord) Projektziele und Sachstand,
Eisenbahntechnische Rundschau, 05/2007
[4] Lieberenz, K., Vogel, W.: Gebrauchstauglichkeit von
Eisenbahnstrecken auf weichem Untergrund, Der Eisenbahningenieur
(59) 10/2008
[5] Lieberenz, K., Wegener, D.: Abtragung der Lasten im
System Oberbau, Unterbau und Untergrund, Eisenbahningenieur-Kalender
2009
����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Dipl.-Geol. Ralph Fischer
DB Netz AG, Frankfurt
ralph.fi scher@dbnetze.com
For the line section between km 24,850 – km 25,100 on the upgraded line 23 Saarbrücken – Ludwigshafen
(POS Nord), based on further investigations to determine soil-mechanics and soil-dynamics
values, calculations were made to evaluate the static and dynamic stability. Forecast estimations
had shown that the improvement of the line section could be undertaken through putting in place a
geotextiles-reinforced protective layer system in conjunction with measures on the permanent way,
as an alternative to the originally planned extensive improvement measures. Following completion
of the work, verifi cations confi rmed the forecasts made on the dynamic serviceability and hence the
successful execution of the improvement measure.
������������������
���������������������������������������������������������������������������������������������������������
����������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������
���������������������������������������������������������������������������������������������������������
����������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������
���������������������

��������������������������
���������������
����������������������������������������������
����������������
������������������������
����������
����������
�������
�����������������
�������
����������������
��������������������
�������������������������
����������
����������
�������
�����������������
�������
����������������������������������������
���������������������������������������
�������������������������������������������
����������������������������������������
�������������������������������������������
�������������������������������������������
��������������������������������������������
��������������������������������������������
�����������
�������������������������������������
����������������������������������������
������������������������������������������
������������������������������������������
���������������������������������������
����������������������
�� ���������������������������������������������������������������
�� �������
�� ��������������������������������������
�� �����������������������������������������������������������
�������������������
�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�����
������������
�����
��������
�����������������
�����������
������
������������������
����������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������
�������������