Vorteile vom Düsenstrahlverfahren
Das Düsenstrahlverfahren benötigt Im Vergleich zu anderen Verfahren für die Errichtung von Unterfangungen oder die Baugrubensicherung vergleichsweise kleine Geräte. Die Technik findet daher auch im Inneren von Gebäuden Anwendung. Mit dem Düsenstrahlverfahren können im Vergleich zu anderen gebräuchlichen Bodeninjektionen die im Untergrund ausgebildeten Körper bis knapp unter die Geländekante hergestellt werden. Ein umsichtiges Vorgehen dabei vermeidet eventuelle Hebungen. Die Hochdruckinjektionen können jedoch eine Hebung des Gebäudes bewirken, wenn dies gewünscht ist.
Das Verfahren im Einzelnen
Beim Düsenstrahlverfahren handelt es sich um eine Form der Bodeninjektion im Bereich des Spezialtiefbaus. Unter Hochdruck erfolgt die Vermischung des anstehenden Bodens mit einer zementhaltigen Bindemittelsuspension. Als anstehendes Gestein wird das nahe der Erdoberfläche befindliche Gestein bezeichnet. Das Resultat ist ein Zement-Bodengemisch-Körper im Erdreich, der eine Verfestigung und Abdichtung bewirkt.
Je nach Bodenbeschaffenheit wird ein anderes Düsenstrahlverfahren für Hochdruckinjektionen im Spezialtiefbau genutzt. Die Verfahren unterscheiden sich darin, ob zusätzlich Wasser und / oder Luft beim Schneiden und darauffolgenden Verfestigen des Bodens genutzt wird.
Die Herstellung einer Säule erfolgt grundsätzlich in mehreren Arbeitsschritten, die als Phasen der Hochdruckinjektionen bezeichnet werden:
In der ersten Phase erfolgt die Bohrung in die vorgesehene Tiefe. In der Regel wird ein spülungsunterstütztes Nassbohrverfahren verwendet, um die Injektionslanze in den Boden einzubohren. Ist die benötigte Endtiefe erreicht, wird vom Bohrspülen auf die Düseninjektion umgeschaltet.
In der zweiten Phase wird mit sehr hohem Druck mittels Schneidstrahl aus Wasser oder Zementsuspension der anstehende Boden aufgefräst und aufgeschnitten. Der Boden wird erodiert und verflüssigt. Die herausgeschnittenen Bodenteile und die eingepresste Bindemittelsuspension vermischen sich. Der natürliche Boden und der Zuschlagstoff bilden einen betonartigen Körper und verbleiben in erhärtetem Zustand im Baugrund in der Form einer Jet-Säule. Das Bohrgestänge wird nach dem Starten der Injektion gleichzeitig gezogen und gedreht. Damit ergibt sich ein wendelförmig aufgeschnittener Boden und es entsteht ein zylindrischer Beton-ähnlicher Körper.
Drei Typen von Düsenstrahlverfahren finden Anwendung:
- Beim 1-Phasensystem wird die Suspension mit einer einzigen Düse injiziert.
- Das 2-Phasensystem verwendet einen mit Druckluft ummantelten Bindemittelstrahl.
- Beim 3-Phasensystem wird der Boden mit einem Wasserstrahl aufgeschnitten, der von Druckluft ummantelt ist. Da auf diese Art der Boden bereits vorerodiert ist, kann das Bindemittel mit einem geringen Druck injiziert werden, was vorteilhaft ist. Eine wesentlich geringere Abnutzung des Gerätes, insbesondere des Düsenkopfes, ist die Folge.
Baugrunduntersuchung
Die Baugrunduntersuchung ist eine Voraussetzung für das Gelingen von Bodeninjektionen. Ein guter Kenntnisstand über den beim unterirdischen Vortrieb angetroffenen Boden ist von großer Bedeutung für die Projektierung und termingerechte Durchführung der Arbeiten. Damit werden Überraschungen vermieden und Kosten gespart.
Bei der Beschaffenheit des Baugrundes wird zwischen Fels und Boden unterschieden. Vor allem die Eigenschaften der Hohlräume im Baugrund sind dabei für Bodeninjektionen wichtig. Bohrprofile sowie boden- und felsmechanische Untersuchungen liefern die erforderlichen Informationen in Form einer Baugrunderkundung. Dazu erfolgt in einem genügend großen Bereich des Projektgebietes die geologische, bodenmechanische und hydrologische Erfassung des Baugrundes. Für die Grundwasserverhältnisse erhebt man chemische Eigenschaften des Wassers und des Baugrundes, den Schichtverlauf sowie allenfalls Findlinge.
Für die Planung der Ausführung zieht man aus der Auswertung folgende Schlüsse:
- Abbaumöglichkeit
- Injektionsmöglichkeiten wie Hochdruckinjektionen oder herkömmliche Bodeninjektionen
- Setzungsverhalten
- Standfestigkeit der Vortriebseinheit
- Wasserhaltung
- Zulässige Bodenpressungen
Injektionsmittel und Umweltverträglichkeit
Folgende Kriterien bestimmen die Auswahl des Injektionsmittels:
- Injizierbarkeit: Hierfür nimmt man vor allem die Kornverteilung des zu injizierenden Bodens zur Hilfe.
- Zweck der Hochdruckinjektionen: Es kann sich primär um eine reine Hohlraumfüllung, eine Verfestigung oder eine Abdichtung handeln.
- Anforderungen an die Langzeitbeständigkeit
- Preis des Injektionsmittels
- Umweltverträglichkeit
Es ist oft der Fall, dass man Hochdruckinjektionen unterhalb des Grundwasserspiegels und zusätzlich in Gebieten mit dichter Besiedlung durchführt. Der Einsatz von Injektionen kann das Wasser beeinträchtigen. Daher ist es notwendig, die eingesetzten Injektionsmittel auf ihre Umweltverträglichkeit hin zu prüfen. Vor der Durchführung von Hochdruckinjektionen wird der Zustand des Grundwassers erhoben, um allenfalls die Beeinträchtigung durch Injektionsarbeiten bestimmen zu können.
Es werden verschiedene Injektionsmittel zur Verwendung eingesetzt. Zementsuspensionen bzw. Mikrozemente bestehen hauptsächlich aus natürlich vorkommenden Mineralien. Zementsuspensionen gefährden das Grundwasser allenfalls gering und vorübergehend. Die Belastung wird bei strömendem Wasser zudem durch Verdünnungseffekte reduziert. Eine Suspension auf Zementbasis wird als Bindemittel verwendet. Diesem gibt man noch Betonit und bei Bedarf verschiedene chemische Zusatzmittel bei. Zwar setzt Betonit die Betonfestigkeit herab, es bewirkt aber, dass bereits der Frischbeton wasserdicht ist. Damit kann das Bindemittel nicht ausgewaschen werden. Dies ist insbesondere bei fließendem Grundwasser von Bedeutung.
Anorganische Silikagele können als bedingt umweltverträglich angesehen werden. In Trinkwasserfassungsgebieten sollte man sie wegen den erhöhten Werten von Natronlauge und Aluminium-Ionen meiden. Organische Silikagele können jedoch das Grundwasser beeinträchtigen. Für den lokalen Einsatz im Grundwasser sind Weichgele mit einem anorganischen Härter zulässig. Hartgele auf der Basis von Wasserglas werden in Grundwasserzonen nicht eingesetzt.
Reaktive Kunstharze sind in Form von PMA-Harzen die unbedenklichsten Vertreter bezüglich Umwelt. Schäume haben einzelne Komponenten, die wassergefährdend sind und dürfen ungemischt nicht in Kanalisation, Gewässer oder Böden geleitet werden. Schnell abbindende Polyurethane sind dafür ökologisch weitgehend unbedenklich.
Eine mögliche Beeinträchtigung des Grundwassers ist demnach hauptsächlich auf nicht erhärtete, mobile Injektionsmittel zurückzuführen. Dank einer den Untergrundverhältnissen angepassten Rezeptur kann man sicherstellen, dass die Aushärtung schnell und vollständig erfolgt. Die Intensität und Dauer der Beeinflussung können durch Umlenken oder Absenken des Grundwasserstroms gedämpft bzw. verkürzt werden.
Fazit
Hochdruckinjektionen wie das Düsenstrahlverfahren sind im Spezialtiefbau unverzichtbar und stellen eine hohe Tragfähigkeit, ein minimiertes Ausmaß von Setzungen und gute Abdichtung bei gleichzeitig guter Umweltverträglichkeit sicher. Bodeninjektionen vereinen die technisch beste Lösung und Wirtschaftlichkeit in überzeugender Form.
