32-01D - der Keller Grundbau GmbH
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Tiefreichende<br />
Boden stabilisierung<br />
Bodenverbesserung durch<br />
Bodenmischverfahren<br />
Prospekt <strong>32</strong>-01 D
Inhalt<br />
Tiefreichende<br />
Boden stabilisierung................. 3<br />
Nass-Misch-Verfahren............ 4<br />
Trocken-Misch-Verfahren ...... 6<br />
Oberflächennahe<br />
Massen stabilisierung............... 7<br />
Adressen.................................. 8
Tiefreichende Bodenstabilisierung<br />
Beispiele<br />
Die tiefreichende Bodenstabilisierung wurde<br />
in Japan und Skandinavien erfunden und durch<br />
<strong>Keller</strong> weiterentwickelt. Weltweit eingesetzt,<br />
wird es immer häufiger zur Verbesserung<br />
gering tragfähiger Böden sowie zur Verringerung<br />
<strong>der</strong> Durchlässigkeit von Böden herangezogen.<br />
Das Verfahren ermöglicht dabei signifikante<br />
Verbesserungen <strong>der</strong> mechanischen und<br />
physikalischen Parameter des anstehenden<br />
Bodens, da dieser nach <strong>der</strong> Durchmischung<br />
mit Zement o<strong>der</strong> an<strong>der</strong>en Bindemitteln zu<br />
einem so genannten Soil-Mix („Boden-Mix“)<br />
wird. Das verbesserte Bodenmaterial weist<br />
dabei grundsätzlich höhere Festigkeiten<br />
und Steifigkeiten sowie geringere Durchlässigkeiten<br />
als <strong>der</strong> natürliche Boden auf.<br />
Obwohl die Technologie auf einfachen<br />
Prinzipien basiert, erfor<strong>der</strong>t ihre Anwendung<br />
umfangreiche Erfahrungen und Fachkenntnisse<br />
in den jeweiligen Planungsstadien<br />
des geotechnischen Entwurfs sowie<br />
in <strong>der</strong> Ausführung. Außerdem sind für<br />
das Verfahren spezielle Trägergeräte und<br />
Mischwerkzeuge notwendig, um die Kriterien<br />
<strong>der</strong> laufenden Qualitätskontrolle und<br />
Leistungsüberwachung erfüllen zu können.<br />
Nass- und Trocken-Misch-Verfahren<br />
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen<br />
zwei Mischverfahren. Der anstehende,<br />
zu verbessernde Boden kann mit bindemittelhaltiger<br />
Suspension (Nass-Misch-<br />
Verfahren) o<strong>der</strong> mit trockenem Bindemittel<br />
(Trocken-Misch-Verfahren) gemischt<br />
werden. Es können auch Hochdruckverfahren<br />
eingesetzt werden, um die mechanische<br />
Durchmischung zu verbessern.<br />
Wichtigste Vorteile<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
ökonomisch<br />
erschütterungsarm<br />
flexibel in <strong>der</strong> Anwendung<br />
reduzierte Ausführungszeiten<br />
umweltfreundlich<br />
Die Nass-Misch-Methode ist beson<strong>der</strong>s<br />
gut in weichen Tonen und Schluffen mit<br />
geringen Wassergehalten, Sanden und feinkörnigen<br />
Kiesen geeignet, auch wenn diese<br />
geschichtet o<strong>der</strong> mit zwischengelagerten<br />
steifen und dichten Lagen vorkommen.<br />
Die Trocken-Misch-Methode bietet sich bei<br />
sehr weichen Böden mit sehr hohem Wassergehalt<br />
an, die für die Zugabe trockener<br />
Bindemittel geeignet sind. Die Stabilisierung<br />
von organischen Böden und Schlämmen<br />
ist ebenfalls möglich, jedoch schwerer zu<br />
erzielen. Sie erfor<strong>der</strong>t sorgfältig angepasste<br />
Bindemittel und Ausführungsprozeduren.<br />
Vorteile <strong>der</strong> Technologie<br />
Die tiefreichende Bodenstabilisierung basiert<br />
auf dem Konzept, anstehende Böden <strong>der</strong>art<br />
zu verbessern, dass die dem Entwurf<br />
zugrunde liegenden Anfor<strong>der</strong>ungen erreicht<br />
werden und problematische Aushub- und<br />
Bodenaustauschmaßnahmen sowie teure<br />
Tiefgründungen entfallen können. Eine<br />
große Anwendungsbreite und variable<br />
Herstellungsraster bei <strong>der</strong> Ausführung von<br />
Boden-Mix-Säulen erlauben sichere und sehr<br />
kostengünstige geotechnische Lösungen.<br />
Die Verwendung nicht-toxischer Bindemittel<br />
als Boden-Additiv, inklusive industrieller<br />
Nebenprodukte, sowie ein reduziertes<br />
Abraumvolumen im Vergleich zu klassischen<br />
Bohrpfählen machen das Verfahren<br />
zu einer umweltfreundlichen Technologie.<br />
Hinweise zur Ausführungspraxis und zu<br />
Qualitätskontrollen für die tiefreichende<br />
Bodenstabilisierung sind in <strong>der</strong> Europäischen<br />
Norm EN 14679 enthalten.<br />
Typische Anwendungen<br />
•<br />
Dichtwände<br />
• Verstärkung von Einzel-, Streifenund<br />
Plattenfundamenten<br />
• Gründung von Brücken<br />
und Windkraftanlagen<br />
• Baugrubensicherung mit<br />
bewehrten Säulen<br />
•<br />
•<br />
Hangstabilisierung<br />
Schüttungen auf weichen Böden<br />
• umwelttechnische Stabilisierung<br />
und Verfestigung<br />
• Herabsetzung des Verflüssigungspotenzials<br />
Einbau einer Dichtwand in<br />
einen Damm (Deutschland)<br />
Baugrubensicherung<br />
(Österreich)<br />
Sicherung einer tiefen<br />
Baugrube (Polen)<br />
Tiefreichende Bodenstabilisierung<br />
zur Landgewinnung<br />
(Singapur)<br />
3
Das Nass-Misch-Verfahren<br />
Mechanisches Nass-Misch-Verfahren<br />
Einbau einer DSM-Säule<br />
Beim Nass-Misch-Verfahren (Deep Soil<br />
Mixing, System <strong>Keller</strong>) wird ein speziel les<br />
Misch werkzeug in den Boden ab ge teuft, das<br />
aus Bohr gestänge, Paddel und Bohrkopf<br />
besteht.<br />
Das Bohren verursacht kaum Vibrationen<br />
und wird durch die Zugabe einer Zementsuspension<br />
unterstützt, die aus den Düsen<br />
an Bohrkopf und Paddel austritt. Ist die<br />
erfor<strong>der</strong>liche Bohrtiefe erreicht, geht die<br />
Säulenherstellung in die nächste Phase.<br />
In Abhängigkeit von <strong>der</strong> Anwendung variiert<br />
<strong>der</strong> Durchmesser einer Säule zwischen 40<br />
und 240 cm. Das Mischwerkzeug, das sich,<br />
um die Homo genität des Soil-Mixes zu verbessern,<br />
auf und ab bewegt, gewährleistet<br />
eine sichere Durchmischung <strong>der</strong> Suspension<br />
mit dem Boden. Zusammensetzung und<br />
Volumen <strong>der</strong> Suspension werden dabei,<br />
beson<strong>der</strong>s in Hinblick auf die erfor<strong>der</strong>liche<br />
Festigkeit o<strong>der</strong> Dichtigkeit, an die gefor<strong>der</strong>ten<br />
Parameter des zu stabilisierenden Bodens<br />
angepasst. Die Dichtigkeit kann durch Zugabe<br />
verschiedener weiterer Stoffe, wie zum<br />
Beispiel Bentonit, verbessert werden. Die<br />
Biegesteifigkeit lässt sich bei Bedarf durch das<br />
Einstellen von Bewehrung in die frischen Säulen<br />
erhöhen.<br />
Es ist auch möglich, das Nass-Misch-Verfahren<br />
verrohrt auszuführen. Dieses Verfahren,<br />
Tubular-Soil-Mixing (TSM) genannt, wird<br />
hauptsächlich für Baugrubensicherungen mit<br />
höchsten Qualitätsansprüchen eingesetzt.<br />
Geräteführerstand<br />
Austritt <strong>der</strong> Suspension<br />
DSM-Trägergerät mit<br />
Dreifachmischantrieb<br />
Suspension<br />
1 2 3<br />
Suspensionsdüsen am<br />
Gestänge o<strong>der</strong> entlang<br />
<strong>der</strong> Paddel<br />
4<br />
Suspension kann während des Abteufens und des Ziehens eingebracht werden,<br />
die Intensität ist abhängig von den Bodenverhältnissen.<br />
Herstellprozess
Typische im Nass-Misch-<br />
Verfahren eingesetzte<br />
Werkzeuge<br />
Qualitätskontrolle<br />
Die Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung<br />
wird durch Herstellungsprotokolle sowie die<br />
Ergebnisse verschiedener Laboruntersuchungen<br />
und Feldversuche dokumentiert. Für<br />
jede Säule wird ein Protokoll erstellt, das<br />
Zeit und Datum <strong>der</strong> Herstellung, Länge <strong>der</strong><br />
Säule, Bohr- und Ziehgeschwindigkeit, Mischgeschwindigkeit,<br />
Druck und Durchfluss <strong>der</strong><br />
gepumpten Suspension und den totalen Suspensionsverbrauch<br />
erfasst. Proben aus den<br />
frischen Säulen werden grundsätzlich in flüssigem<br />
Zustand gewonnen (Frischmörtelprobe).<br />
Es können aber auch Kernbohrungen und<br />
an<strong>der</strong>e Methoden zur Probengewinnung<br />
herangezogen werden, um die Homogenität,<br />
Integrität und Steifigkeit <strong>der</strong> hergestellten<br />
Säulen zu überprüfen.<br />
Die Auswahl geeigneter Prüfverfahren hängt<br />
von den Anfor<strong>der</strong>ungen an die Bodenstabilisierung<br />
sowie von <strong>der</strong> zu erzielen den Festigkeit<br />
des stabilisierten Bodens ab.<br />
Entwurf<br />
Mit <strong>der</strong> Planung des Bodenmischverfahrens<br />
geht eine Auswahl und Beurteilung <strong>der</strong> spezifischen,<br />
zu verbessernden Parameter unter<br />
den vorliegenden Bodenverhältnissen (Boden-<br />
Mix-Entwurf) einher, sowie eine Festlegung<br />
des Einbau-Rasters und <strong>der</strong> Dimensionen<br />
<strong>der</strong> Säulen (geotechnischer Entwurf).<br />
Die zu erzielende Festigkeit wird in Abhängigkeit<br />
von den physikalischen und chemischen<br />
Eigenschaften des anstehenden Bodens,<br />
Grund wassereigenschaften, Typ und Menge<br />
des eingesetzten Bindemittels und an<strong>der</strong>en<br />
verfahrensrelevanten Spezifikationen bestimmt.<br />
Die geotechnische Dimensionierung<br />
beinhaltet unter an<strong>der</strong>em eine Stabilitäts- und<br />
Setzungsanalyse. Die Software GRETA <strong>der</strong><br />
Firma GeTec wird dazu oft herangezogen.<br />
Freigelegte Dichtwand mit<br />
überschnittenen DSM-Säulen<br />
Freigelegte DSM-Säulen<br />
Block Raster Wand Einzelsäulen<br />
Beispiele für DSM-Einbau-Raster<br />
Freigelegte DSM-Säulen zur Gründung<br />
eines Brückenfundaments<br />
5
Das Trocken-Misch-Verfahren<br />
Mechanisches Trocken-Misch-Verfahren<br />
<strong>Keller</strong>-Bohrgerät für das<br />
Trocken-Misch-Verfahren<br />
(LCM, Schweden)<br />
Im Gegensatz zum Nass-Misch-Verfahren ist<br />
das Trocken-Misch-Verfahren nur in Böden<br />
möglich, <strong>der</strong>en Wassergehalt hoch genug ist,<br />
um eine chemische Reaktion zwischen dem<br />
stabilisierenden Bindemittel, das in trockener<br />
Form eingebracht wird, dem Boden und dem<br />
Grundwasser zu ermöglichen.<br />
Der grundsätzliche Vorteil des Verfahrens<br />
liegt darin, dass eine Stabilisierung von nicht<br />
tragfähigen Bodenschichten – auch in organischen<br />
Böden und großen Tiefen mit hohen<br />
Produktionsraten – kosteneffizient und mit<br />
minimalen Rücklaufmengen möglich ist. Das<br />
Verfahren kann auch bei tiefen Temperaturen<br />
ausgeführt werden.<br />
Die typische Baustellenausrüstung für einen<br />
Einsatz besteht aus einem mobilen Shuttle<br />
o<strong>der</strong> einem stationären Bindemittel behälter<br />
mit För<strong>der</strong>anlage und einem ab ge stimmten<br />
Bohrgerät, das mit einem speziellen Mischwerkzeug<br />
am Ende des Bohrstranges für die<br />
Herstellung <strong>der</strong> Säulen ausgerüstet ist. Übliche<br />
Säulendurchmesser sind 60 bis 80 cm bei<br />
Ausführungstiefen bis zu 25 m.<br />
Eingebracht und gemischt wird das Bindemittel<br />
während des Ziehens des Gestänges,<br />
wobei die Drehrichtung gegenüber <strong>der</strong><br />
Ab teuf phase umgekehrt wird. Das Bindemittel<br />
wird dabei mit Druckluft über Schläuche<br />
vom Lagerbehälter zum Bohrgerät transportiert.<br />
Luftdruck und Bindemittelmenge<br />
werden automatisch kontrolliert, so dass sie<br />
<strong>der</strong> spezifizierten Dosierung des Bindemittels<br />
in <strong>der</strong> jeweiligen Bodenzone entsprechen. Als<br />
Faustregel mag gelten, dass plastische Tone<br />
und Schluffe mit Kalk o<strong>der</strong> Zement-Kalk-<br />
Mischungen verfestigt werden, während für<br />
organische Böden Flugasche verwendet wird.<br />
Ausblasen des Bindemittels<br />
aus dem Mischwerkzeug<br />
<strong>Keller</strong>-Shuttle, Typ 1010,<br />
für Trocken-Misch-Arbeiten<br />
Bohrgeräte und Shuttles<br />
im Einsatz<br />
Bindemittel<br />
1 2 3<br />
4<br />
Herstellprozess<br />
6
Eine Auswahl an Werkzeugen<br />
für unterschiedliche Böden<br />
Qualitätskontrolle<br />
Ähnlich wie bei den mit dem Nass-Misch-<br />
Verfahren hergestellten Säulen werden<br />
die Maßnahmen zur Qualitätskontrolle<br />
(Überwachung und Aufzeichnungen <strong>der</strong><br />
Herstellparameter) während und nach<br />
Beendigung <strong>der</strong> Arbeiten durchgeführt.<br />
Die Herstellung jedes Säulenelements<br />
wird durch eine selbstschreibende Aufzeichnungseinheit<br />
auf Papier protokolliert.<br />
Nach Beendigung <strong>der</strong> Arbeiten werden<br />
Tests durchgeführt, um die für den Entwurf<br />
getroffenen Annahmen zu verifizieren.<br />
Die Standardtests umfassen<br />
modifizierte Drucksondierungen in Säulen<br />
mit geringen Festigkeitsanfor<strong>der</strong>ungen,<br />
aber auch Ausziehver suche (Pull Out<br />
Resistance Test, PORT). Zudem können<br />
je nach Bedarf Laborver suche an Bohrkernen<br />
durchgeführt werden.<br />
Herstellprotokoll<br />
Modifizierte<br />
Drucksondierung<br />
Ausziehversuche<br />
(Pull Out Resistance<br />
Test, PORT)<br />
Tiefe<br />
Scherfestigkeit<br />
Feldversuche zur Qualitätskontrolle<br />
Oberflächennahe Massenstabilisierung<br />
Das oberflächennahe Trocken-Mischen<br />
bietet eine kostengünstige Lösung zur Verbesserung<br />
von Böden o<strong>der</strong> Sanierung von<br />
Standorten, bei denen beachtliche Volumen<br />
sehr schlechter o<strong>der</strong> kontaminierter oberflächennaher<br />
Böden mit hohem Wassergehalt,<br />
wie Ablagerungen von ausgebaggerten<br />
Sedimenten, nassen organischen Böden<br />
o<strong>der</strong> Abfallschlämmen, anstehen. Bei dieser<br />
Methode kommen spezielle Mischwerkzeuge<br />
zum Einsatz, die meist an den Auslegern von<br />
Hydraulikbaggern montiert sind. Die Durchmischung<br />
erfolgt vertikal o<strong>der</strong> horizontal mit<br />
Mischwerkzeugen, ähnlich Schraubenpropellern,<br />
mit einer in <strong>der</strong> Mitte befindlichen<br />
Düse für die Zugabe des Bindemittels.<br />
Das Bindemittel wird von einer separaten<br />
Einheit, bestehend aus einem luftdruckbeaufschlagten<br />
Bindemittelbehälter,<br />
einem Kompressor, einem Luftentfeuchter<br />
und einer Kontrolleinheit, beschickt.<br />
Die Stabilisierung erfolgt, abhängig von <strong>der</strong><br />
Reichweite des Trägergeräts, in Abschnitten,<br />
welche normalerweise eine Fläche von<br />
8 –10 m² und ein Tiefe von ca. 4 m umfasst.<br />
Nachdem das erfor<strong>der</strong>liche Bindemittelvolumen<br />
eingebaut wurde, erfolgt eine<br />
weitere Durchmischung bis zum Erreichen<br />
<strong>der</strong> optimalen Mischungseigenschaften.<br />
Beispiele für Mischwerkzeuge<br />
zur Massenstabilisierung<br />
Gering tragfähiger<br />
Boden<br />
Verbesserter Boden<br />
Gering tragfähiger<br />
Boden<br />
Verbesserter Boden<br />
7
www.<strong>Keller</strong><strong>Grundbau</strong>.de<br />
www.<strong>Keller</strong><strong>Grundbau</strong>.at<br />
www.keller-mts.ch<br />
www.<strong>Keller</strong><strong>Grundbau</strong>.com<br />
Ein Unternehmen <strong>der</strong> <strong>Keller</strong> Group plc