Man stellt Bodenabdichtungen im Spezialtiefbau in Form von Bodeninjektionen oder Dichtwänden her. Ein guter Kenntnisstand über die Beschaffenheit des Untergrundes ist dabei von großer Bedeutung für die Projektierung und die termingerechte Durchführung der Arbeiten. Mittels einer Baugrunduntersuchung können Überraschungen vermieden und Kosten gespart werden.
Eine Baugrunduntersuchung erfolgt durch eine Baugrunderkundung mithilfe von Bohrprofilen sowie boden- und felsmechanischen Untersuchungen. Man erfasst die geologische, bodenmechanische und hydrologische Beschaffenheit des Baugrundes. Die Grundwasserverhältnisse untersucht man durch Erhebung der chemischen Eigenschaften des Wassers und des Baugrundes sowie dem Schichtenverlauf.
In puncto Bodenabdichtung zieht man aus der Baugrunduntersuchung folgende Schlüsse:
- Injektionsmöglichkeiten wie herkömmliche Bodeninjektionen oder Hochdruckinjektionen
- Wasserhaltung
Abdichtung von Baugruben
Um eine nachteilige Beeinflussung der Baugrubenumgebung und des Grundwassers auszuschließen, stellt man im Rahmen einer Baugrubensicherung nahezu wasserdichte Baugruben her. Die vertikale Bodenabdichtung erreicht man in der Regel mit Dicht- oder Bohrpfahlwänden. Die horizontale Abdichtung kann eine natürliche wasserdichte Bodenschicht sein. In diese gründet man die vertikalen Dichtwände. In wasserdurchlässigen Böden muss eine wasserdichte Bodenschicht künstlich geschaffen werden. Dies ist je nach Bodenbeschaffenheit mit unterschiedlichen Injektionsverfahren möglich.
Hochdruckinjektionen - Abdichtung und statische Verfestigung
Mithilfe von Hochdruckinjektionen im Spezialtiefbau bildet man im Untergrund Körper aus, die gleichermaßen dichtend und statisch wirken. Das Düsenstrahlverfahren ist eines der am häufigsten verwendeten Verfahren. Es hat den großen Vorteil, weitgehend unabhängig vom Baugrund zu sein. Es ist jedoch notwendig, den zu behandelnden Boden hydrodynamisch zu lösen und mit dem Injektionsmittel intensiv zu vermischen. Die Festigkeit des Baugrundes kann dadurch beeinträchtigt werden, was den Anwendungsbereich des Verfahrens begrenzt.
Man setzt Hochdruckinjektionen in diesen Bereichen zur Bodenabdichtung ein:
- Abdichten der Baugrubensohle
- Herstellung dichter Verbauten von Baugruben
- Errichtung von Dichtschirmen für Dämme
Abhängig von der Bodenbeschaffenheit nutzt man unterschiedliche Düsenstrahlverfahren für Hochdruckinjektionen. Man unterscheidet die Verfahren je nachdem, ob beim Schneiden und darauffolgenden Verfestigen des Bodens zusätzlich die Nutzung von Wasser und / oder Luft erfolgt.
Eine Injektionssäule wird in mehreren Arbeitsschritten hergestellt, die auch als Phasen der Hochdruckinjektion bezeichnet werden:
Phase 1: Durchführung der Bohrung in die vorgesehene Tiefe. Meist verwendet man ein spülungsunterstütztes Nassbohrverfahren, um die Injektionslanze in den Boden einzubohren. Ist die nötige Endtiefe erreicht, erfolgt die Umschaltung vom Bohrspülen auf die Düseninjektion.
Phase 2: Der anstehende Boden wird mittels Schneidstrahl aus Wasser und Zementsuspension unter sehr hohem Druck aufgefräst und aufgeschnitten. Dies führt dazu, dass der Boden erodiert und verflüssigt. Die eingepresste Bindemittelsuspension und die herausgeschnittenen Bodenteile vermischen sich. Natürlicher Boden und Zuschlagstoff bilden einen betonartigen Körper aus, der in der Form einer Jet-Säule in erhärtetem Zustand im Baugrund verbleibt. Nach dem Starten der Injektion zieht und dreht man das Bohrgestänge gleichzeitig. Dies führt zu einem wendelförmig aufgeschnittenen Boden und zur Entstehung eines zylindrischen Beton-ähnlichen Körpers.
Folgende drei Düsenstrahlverfahren werden eingesetzt:
- Das 1-Phasensystem injiziert die Suspension mit einer einzigen Düse.
- Das 2-Phasensystem macht von einem mit Druckluft ummantelten Bindemittelstrahl Gebrauch.
- Das 3-Phasensystem schneidet den Boden mit einem von Druckluft ummantelten Wasserstrahl auf. Auf diese Weise ist der Boden bereits vorerodiert. Das Bindemittel kann mit geringem Druck injiziert werden. Eine wesentlich geringere Abnutzung des Gerätes ist der wesentliche Vorteil dieses Systems
Hochdruckinjektionen ermöglichen die wirtschaftlich und technisch beste Lösung einer Bauaufgabe bei gleichzeitig guter Umweltverträglichkeit zu realisieren.
Bohrpfahlwände zur Bodenabdichtung
Zur Baugrubensicherung im Spezialtiefbau können Großbohrpfahlwände optimal eingesetzt werden. Diese Ausführungen nutzt man zur Abdichtung:
- Überschnittene Bohrpfahlwand
- Tangierende Bohrpfahlwand
- Aufgelöste Bohrpfahlwand mit Spritzbeton oder einer Kombination von Holzausfachung und Spritzbeton
Für die dauerhafte Gewährleistung der Sicherheit und zur Qualitätssicherung führt man bei Bohrpfahlwänden eine Pfahlprüfung durch. Bei der Pfahlprüfung kommen unterschiedliche Prüfmethoden, wie der Integritätstest bei aufgelösten Pfahlwänden, die Statische Pfahlprüfung sowie die Dynamische Pfahlprüfung zum Einsatz., welche durch einen zertifizierten Pfahlprüfer durchgeführt werden. Die Pfahlprüfung ermöglicht es, die jeweilige Krafteinbringung über ein Spann- und Prüfsystem zu kontrollieren. In Deutschland ist das Verfahren in der DIN EN 1537 technisch genormt.
Dicht -, Schlitz- und Spundwände
Dicht -, Schlitz- und Spundwände verwendet man bei der Baugrubensicherung im Grundwasser. Etwa 80 bis 100 cm dicke Dichtwände nutzt man als Schmalwände zur vertikalen Bodenabdichtung gegen einströmendes Wasser. Als Schalungen bringt man Stahlbohlen in den Boden ein. Den Hohlraum zwischen den Stahlbohlen verpresst man zur Bodenabdichtung mit zementgebundener Dichtmasse.
Schlitzwände werden in der Regel im städtischen Tiefbau bei naher Randbebauung und anstehendem Grundwasser eingesetzt.
Spundwände können dann wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn das Rammen (ein Verfahren) zulässig ist. Spundwände aus Stahl halten bei hohem Wasserandrang das Wasser zurück und bewirken eine entsprechende Bodenabdichtung.
Weichgelsohlen - Abdichtung ohne statische Wirkung
Mittels einer Injektion stellt man in sandigen oder kiesigen Böden durch Verfüllung des Porenraums horizontale Abdichtungen her. Diese sogenannten Weichgelsohlen sind für reine Abdichtungszwecke geeignet und weisen keinerlei statische Wirkung auf.
Damit man eine solche Sohle nutzen kann, ist eine vorausgehende Planung erforderlich. In der Planung bestimmt man, in welcher Tiefe die Dichtsohle bezüglich des Grundwasserstandes und der Aushubtiefe auftriebssicher zu liegen hat: Ziel ist ein Gleichgewicht zwischen dem auf die Weichgelsohle vertikal nach oben drückenden Grundwasser und dem Bodengewicht oberhalb der Sohle zu erreichen. Bei der Ermittlung des Gleichgewichts vergrößert man das Bodengewicht um einen Sicherheitsfaktor. Die Tiefe der Sohlenlage fixiert auch die Tiefe der umschließenden Sicherung der Baugrube. Diese reicht in der Regel etwa 50 cm unter die planmäßige Sohle.
Für die Abdichtung erfolgt zuerst die Fertigstellung der Baugrubensicherung in der erforderlichen Tiefe. Dafür setzt man beispielsweise Spundwände, Schlitzwände oder Bohrpfahlwände ein. Anschließend teuft man ein Raster von vertikalen Injektionsrohren bis in die Tiefe der Injektionssohle ab. Hat man das Injektionsmittel an allen Rasterpunkten eingebracht, kann die Absenkung des Grundwassers innerhalb der abgedichteten Baugrube erfolgen.
Die für eine Weichgelsohle verwendeten Injektionsmittel können das Grundwasser beeinträchtigen und kommen daher nur unter bestimmten Voraussetzungen zum Einsatz. Mittels einer an die Untergrundverhältnisse angepassten Rezeptur kann man eine schnelle und vollständige Aushärtung sicherstellen. Damit ist es möglich eine nachteilige Beeinflussung des Grundwassers durch nicht gehärtete Injektionsmittelreste zu vermeiden beziehungsweise zu minimieren.
Fazit
Bodenabdichtung ist essenziell zum Schutz des Bauwerks vor Wasser und Gasen sowie zum Schutz der Umwelt. Es ist viel Erfahrung und Know-how notwendig, um mithilfe moderner Bautechnik und geschulter Mitarbeiter die notwendigen Maßnahmen im Spezialtiefbau optimal umzusetzen. Das Ergebnis ist die wirtschaftlich und technische beste Lösung vereint mit dem Schutz der Umwelt und Sicherheit.
