Für eine Baugrunduntersuchung erhebt man im Rahmen einer Baugrunderkundung Bohrprofile und führt boden- bzw. felsmechanischen Untersuchungen durch. Damit erhält man Aufschluss über die geologische, hydrologische und bodenmechanische Beschaffenheit des Baugrundes. Durch Ermittlung des Schichtenverlaufs und der chemischen Eigenschaften des Wassers sowie des Baugrundes werden ergänzend die Grundwasserverhältnisse untersucht.
Aus der Baugrunduntersuchung ist man in der Lage, technische Möglichkeiten der Injektion wie beispielsweise herkömmliche Bodeninjektionen oder Hochdruckinjektionen zur Bodenverbesserung abzuleiten. Zudem erhält man Aufschluss über die Wasserhaltung.
Bestandteil der Baugrubensicherung: Die Bodenabdichtung
Spezialtiefbauer stellen bei der Baugrubensicherung sicher, dass die Baugrube annähernd wasserdicht ist. Damit ist es möglich, eine nachteilige Beeinflussung der Umgebung der Baugrube und des Grundwassers auszuschließen. Vertikale Bodenabdichtungen lassen sich in der Regel mit Bohrpfahl- oder Dichtwänden herstellen. Bei der horizontalen Abdichtung kann man sich eine natürliche wasserdichte Bodenschicht zunutze machen. In diese werden die vertikalen Dichtwände gegründet. Sind die Böden wasserdurchlässig, so muss künstlich eine wasserdichte Bodenschicht mit Injektionsverfahren geschaffen werden.
Bodenabdichtung und statische Verfestigung mit Hochdruckinjektionen
Hochdruckinjektionen bilden im Untergrund Körper aus, die sowohl dichtend als auch statisch wirken. Eines der gebräuchlichsten Verfahren im Spezialtiefbau ist das Düsenstrahlverfahren, das weitgehend unabhängig vom Baugrund eingesetzt werden kann. Das Verfahren ist jedoch aufwendig, da es notwendig ist, den zu behandelnden Boden hydrodynamisch zu lösen und mit dem Injektionsmittel gut zu durchmischen. Der Anwendungsbereich des Verfahrens ist begrenzt, da es sich auf die Festigkeit des Baugrundes nachteilig auswirken kann.
Hochdruckinjektionen finden vor allem in folgenden Bereichen zur Bodenabdichtung Verwendung:
- Für die Abdichtung von Baugrubensohlen
- Zur Herstellung dichter Verbauten von Baugruben
- Für die Herstellung von Dichtschirmen beim Dammbau
Es stehen unterschiedliche Düsenstrahlverfahren für Hochdruckinjektionen zur Verfügung. Die Wahl des Verfahrens erfolgt in der Regel in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit. Die Techniken unterscheidet man danach, ob für das Schneiden und darauffolgende Verfestigen des Bodens zusätzlich Wasser bzw. Luft genutzt werden.
Die Körper im Untergrund, sogenannte Injektionssäulen, stellt man in mehreren Arbeitsschritten bzw. -phasen her:
Schritt 1: Man führt bis in die vorgesehene Tiefe eine Bohrung durch. In der Regel kommt ein durch Spülung unterstütztes Nassbohrverfahren zum Einsatz, das die Injektionslanze in den Boden einbohrt. Sobald die erforderliche Tiefe erreicht ist, wird die Maschine vom Bohrspülen auf Düseninjektion umgeschaltet.
Schritt 2: Ein Schneidstrahl aus Wasser und Zementsuspension fräst und schneidet den anstehenden Boden unter sehr hohem Druck auf. Der Boden verflüssigt sich und es kommt zu einer Vermischung der eingepressten Bindemittelsuspension mit den herausgeschnittenen Bodenteilen. Unmittelbar nach dem Starten der Injektion zieht und dreht man das Bohrgestänge gleichzeitig. Nach dem Erhärten bildet sich ein betonartiger, zylindrischer Körper in Form einer sogenannten Jet-Säule.
Hochdruckinjektionen weisen eine gute Umweltverträglichkeit auf und stellen oft die wirtschaftlich und technisch beste Lösung einer Bauaufgabe dar.
Bohrpfahlwände zur Bodenabdichtung
Spezialtiefbauer nutzen häufig Großbohrpfahlwände, die sich zur Baugrubensicherung hervorragend eignen. Verschiedene Varianten stehen zur Disposition:
- Überschnitten ausgeführte Bohrpfahlwände
- Tangierende Bohrpfahlwände
- Aufgelöste Bohrpfahlwände - Man führt sie mit Spritzbeton oder einer Kombination von Spritzbeton und Holzausfachung aus.
Man führt bei Bohrpfahlwänden für die Qualitätssicherung und die dauerhafte Gewährleistung der Sicherheit eine Pfahlprüfung durch. Die Prüfung wird von einem zertifizierten Pfahlprüfer durchgeführt. Es kommen dabei unterschiedliche Prüfmethoden zum Einsatz:
- Statische Pfahlprüfung
- Dynamische Pfahlprüfung
- Integritätstests für aufgelöste Pfahlwände
Dank einer Pfahlprüfung ist es möglich, die Einbringung der Kraft über ein Spann- und Prüfsystem zu kontrollieren. Das Verfahren ist in Deutschland nach DIN EN 1537 technisch genormt.
Dicht-, Spund- und Schlitzwände
Dicht-, Spund- und Schlitzwände finden bei der Baugrubensicherung im Grundwasser Verwendung. Dichtwände mit einer Dicke von etwa 80 bis 100 cm werden als Schmalwände gegen einströmendes Wasser genutzt und dienen zur vertikalen Bodenabdichtung. Stahlbohlen werden als Schalungen in den Boden eingebracht. Zur Bodenabdichtung verpresst man den Hohlraum zwischen den Stahlbohlen mit zementgebundener Dichtmasse.
Ist Rammen bei den Bauarbeiten zulässig, dann können Spundwände wirtschaftlich eingesetzt werden. Aus Stahl gefertigte Spundwände halten bei hohem Wasserandrang das Wasser zurück und bewirken dadurch eine entsprechende Bodenabdichtung.
Liegt bei Tiefgründungen im städtischen Tiefbau eine nahe Randbebauung kombiniert mit anstehendem Grundwasser vor, dann kommen Schlitzwände zum Einsatz.
Weichgelsohlen für Bodenabdichtung ohne statische Wirkung
Horizontale Abdichtungen in sandigen oder kiesigen Böden stellt man mittels Injektion her. Dadurch kommt es zur Verfüllung des Porenraums. Diese als Weichgelsohle bezeichnete Abdichtung hat keinerlei statische Wirkung. Eine vorausgehende Planung ist erforderlich, um eine Sohle dieser Art nutzen zu können. In der Planung wird festgelegt, in welcher Tiefe die Dichtsohle liegen muss, damit sie bezüglich des Grundwasserspiegels und der Aushubtiefe auftriebssicher liegt. Das Ziel ist, ein Gleichgewicht zwischen dem vertikal nach oben drückenden Grundwasser und dem Bodengewicht oberhalb der Sohle zu erreichen.
Zur Herstellung der Abdichtung stellt man in einem ersten Schritt die Baugrubensicherung in der erforderlichen Tiefe fertig. Spund-, Schlitz- oder Bohrpfahlwände kommen dafür zum Einsatz. In Folge teuft man ein Raster von vertikalen Injektionsrohren bis zur Tiefe der Injektionssohle ab. Das Injektionsmittel wird dann an allen Rasterpunkten eingebracht. Anschließend kann die Absenkung des Grundwassers innerhalb der abgedichteten Baugrube durchgeführt werden.
Die für Weichgelsohlen zum Einsatz kommenden Injektionsmittel können das Grundwasser beeinträchtigen. Indem die Rezeptur an die Untergrundverhältnisse entsprechend angepasst wird, ist eine schnelle und vollständige Aushärtung gewährleistet. Dadurch vermeidet man Injektionsmittelreste im Untergrund und damit eine nachteilige Beeinflussung des Grundwassers.
Fazit
Für den Schutz des Bauwerks vor Wasser und Gasen sowie für den Schutz der Umwelt ist eine Bodenabdichtung bei Tiefgründungen und Nachgründungen unabdingbar. Spezialtiefbauer benötigen viel Erfahrung und Know-how, um mit moderner Bautechnik und geschulten Mitarbeitern die notwendigen baulichen Maßnahmen optimal umzusetzen. Ergebnis einer professionellen Bodenabdichtung ist die wirtschaftlich und technisch beste Lösung, die Umweltschutz und Sicherheit gewährleistet.
