32-01D - der Keller Grundbau GmbH

Tiefreichende
Boden stabilisierung
Bodenverbesserung durch
Bodenmischverfahren
Prospekt 32-01 D

Inhalt
Tiefreichende
Boden stabilisierung................. 3
Nass-Misch-Verfahren............ 4
Trocken-Misch-Verfahren ...... 6
Oberflächennahe
Massen stabilisierung............... 7
Adressen.................................. 8

Tiefreichende Bodenstabilisierung
Beispiele
Die tiefreichende Bodenstabilisierung wurde
in Japan und Skandinavien erfunden und durch
Keller weiterentwickelt. Weltweit eingesetzt,
wird es immer häufiger zur Verbesserung
gering tragfähiger Böden sowie zur Verringerung
der Durchlässigkeit von Böden herangezogen.
Das Verfahren ermöglicht dabei signifikante
Verbesserungen der mechanischen und
physikalischen Parameter des anstehenden
Bodens, da dieser nach der Durchmischung
mit Zement oder anderen Bindemitteln zu
einem so genannten Soil-Mix („Boden-Mix“)
wird. Das verbesserte Bodenmaterial weist
dabei grundsätzlich höhere Festigkeiten
und Steifigkeiten sowie geringere Durchlässigkeiten
als der natürliche Boden auf.
Obwohl die Technologie auf einfachen
Prinzipien basiert, erfordert ihre Anwendung
umfangreiche Erfahrungen und Fachkenntnisse
in den jeweiligen Planungsstadien
des geotechnischen Entwurfs sowie
in der Ausführung. Außerdem sind für
das Verfahren spezielle Trägergeräte und
Mischwerkzeuge notwendig, um die Kriterien
der laufenden Qualitätskontrolle und
Leistungsüberwachung erfüllen zu können.
Nass- und Trocken-Misch-Verfahren
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen
zwei Mischverfahren. Der anstehende,
zu verbessernde Boden kann mit bindemittelhaltiger
Suspension (Nass-Misch-
Verfahren) oder mit trockenem Bindemittel
(Trocken-Misch-Verfahren) gemischt
werden. Es können auch Hochdruckverfahren
eingesetzt werden, um die mechanische
Durchmischung zu verbessern.
Wichtigste Vorteile
•
•
•
•
•
ökonomisch
erschütterungsarm
flexibel in der Anwendung
reduzierte Ausführungszeiten
umweltfreundlich
Die Nass-Misch-Methode ist besonders
gut in weichen Tonen und Schluffen mit
geringen Wassergehalten, Sanden und feinkörnigen
Kiesen geeignet, auch wenn diese
geschichtet oder mit zwischengelagerten
steifen und dichten Lagen vorkommen.
Die Trocken-Misch-Methode bietet sich bei
sehr weichen Böden mit sehr hohem Wassergehalt
an, die für die Zugabe trockener
Bindemittel geeignet sind. Die Stabilisierung
von organischen Böden und Schlämmen
ist ebenfalls möglich, jedoch schwerer zu
erzielen. Sie erfordert sorgfältig angepasste
Bindemittel und Ausführungsprozeduren.
Vorteile der Technologie
Die tiefreichende Bodenstabilisierung basiert
auf dem Konzept, anstehende Böden derart
zu verbessern, dass die dem Entwurf
zugrunde liegenden Anforderungen erreicht
werden und problematische Aushub- und
Bodenaustauschmaßnahmen sowie teure
Tiefgründungen entfallen können. Eine
große Anwendungsbreite und variable
Herstellungsraster bei der Ausführung von
Boden-Mix-Säulen erlauben sichere und sehr
kostengünstige geotechnische Lösungen.
Die Verwendung nicht-toxischer Bindemittel
als Boden-Additiv, inklusive industrieller
Nebenprodukte, sowie ein reduziertes
Abraumvolumen im Vergleich zu klassischen
Bohrpfählen machen das Verfahren
zu einer umweltfreundlichen Technologie.
Hinweise zur Ausführungspraxis und zu
Qualitätskontrollen für die tiefreichende
Bodenstabilisierung sind in der Europäischen
Norm EN 14679 enthalten.
Typische Anwendungen
•
Dichtwände
• Verstärkung von Einzel-, Streifenund
Plattenfundamenten
• Gründung von Brücken
und Windkraftanlagen
• Baugrubensicherung mit
bewehrten Säulen
•
•
Hangstabilisierung
Schüttungen auf weichen Böden
• umwelttechnische Stabilisierung
und Verfestigung
• Herabsetzung des Verflüssigungspotenzials
Einbau einer Dichtwand in
einen Damm (Deutschland)
Baugrubensicherung
(Österreich)
Sicherung einer tiefen
Baugrube (Polen)
Tiefreichende Bodenstabilisierung
zur Landgewinnung
(Singapur)
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Das Nass-Misch-Verfahren
Mechanisches Nass-Misch-Verfahren
Einbau einer DSM-Säule
Beim Nass-Misch-Verfahren (Deep Soil
Mixing, System Keller) wird ein speziel les
Misch werkzeug in den Boden ab ge teuft, das
aus Bohr gestänge, Paddel und Bohrkopf
besteht.
Das Bohren verursacht kaum Vibrationen
und wird durch die Zugabe einer Zementsuspension
unterstützt, die aus den Düsen
an Bohrkopf und Paddel austritt. Ist die
erforderliche Bohrtiefe erreicht, geht die
Säulenherstellung in die nächste Phase.
In Abhängigkeit von der Anwendung variiert
der Durchmesser einer Säule zwischen 40
und 240 cm. Das Mischwerkzeug, das sich,
um die Homo genität des Soil-Mixes zu verbessern,
auf und ab bewegt, gewährleistet
eine sichere Durchmischung der Suspension
mit dem Boden. Zusammensetzung und
Volumen der Suspension werden dabei,
besonders in Hinblick auf die erforderliche
Festigkeit oder Dichtigkeit, an die geforderten
Parameter des zu stabilisierenden Bodens
angepasst. Die Dichtigkeit kann durch Zugabe
verschiedener weiterer Stoffe, wie zum
Beispiel Bentonit, verbessert werden. Die
Biegesteifigkeit lässt sich bei Bedarf durch das
Einstellen von Bewehrung in die frischen Säulen
erhöhen.
Es ist auch möglich, das Nass-Misch-Verfahren
verrohrt auszuführen. Dieses Verfahren,
Tubular-Soil-Mixing (TSM) genannt, wird
hauptsächlich für Baugrubensicherungen mit
höchsten Qualitätsansprüchen eingesetzt.
Geräteführerstand
Austritt der Suspension
DSM-Trägergerät mit
Dreifachmischantrieb
Suspension
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Suspensionsdüsen am
Gestänge oder entlang
der Paddel
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Suspension kann während des Abteufens und des Ziehens eingebracht werden,
die Intensität ist abhängig von den Bodenverhältnissen.
Herstellprozess

Typische im Nass-Misch-
Verfahren eingesetzte
Werkzeuge
Qualitätskontrolle
Die Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung
wird durch Herstellungsprotokolle sowie die
Ergebnisse verschiedener Laboruntersuchungen
und Feldversuche dokumentiert. Für
jede Säule wird ein Protokoll erstellt, das
Zeit und Datum der Herstellung, Länge der
Säule, Bohr- und Ziehgeschwindigkeit, Mischgeschwindigkeit,
Druck und Durchfluss der
gepumpten Suspension und den totalen Suspensionsverbrauch
erfasst. Proben aus den
frischen Säulen werden grundsätzlich in flüssigem
Zustand gewonnen (Frischmörtelprobe).
Es können aber auch Kernbohrungen und
andere Methoden zur Probengewinnung
herangezogen werden, um die Homogenität,
Integrität und Steifigkeit der hergestellten
Säulen zu überprüfen.
Die Auswahl geeigneter Prüfverfahren hängt
von den Anforderungen an die Bodenstabilisierung
sowie von der zu erzielen den Festigkeit
des stabilisierten Bodens ab.
Entwurf
Mit der Planung des Bodenmischverfahrens
geht eine Auswahl und Beurteilung der spezifischen,
zu verbessernden Parameter unter
den vorliegenden Bodenverhältnissen (Boden-
Mix-Entwurf) einher, sowie eine Festlegung
des Einbau-Rasters und der Dimensionen
der Säulen (geotechnischer Entwurf).
Die zu erzielende Festigkeit wird in Abhängigkeit
von den physikalischen und chemischen
Eigenschaften des anstehenden Bodens,
Grund wassereigenschaften, Typ und Menge
des eingesetzten Bindemittels und anderen
verfahrensrelevanten Spezifikationen bestimmt.
Die geotechnische Dimensionierung
beinhaltet unter anderem eine Stabilitäts- und
Setzungsanalyse. Die Software GRETA der
Firma GeTec wird dazu oft herangezogen.
Freigelegte Dichtwand mit
überschnittenen DSM-Säulen
Freigelegte DSM-Säulen
Block Raster Wand Einzelsäulen
Beispiele für DSM-Einbau-Raster
Freigelegte DSM-Säulen zur Gründung
eines Brückenfundaments
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Das Trocken-Misch-Verfahren
Mechanisches Trocken-Misch-Verfahren
Keller-Bohrgerät für das
Trocken-Misch-Verfahren
(LCM, Schweden)
Im Gegensatz zum Nass-Misch-Verfahren ist
das Trocken-Misch-Verfahren nur in Böden
möglich, deren Wassergehalt hoch genug ist,
um eine chemische Reaktion zwischen dem
stabilisierenden Bindemittel, das in trockener
Form eingebracht wird, dem Boden und dem
Grundwasser zu ermöglichen.
Der grundsätzliche Vorteil des Verfahrens
liegt darin, dass eine Stabilisierung von nicht
tragfähigen Bodenschichten – auch in organischen
Böden und großen Tiefen mit hohen
Produktionsraten – kosteneffizient und mit
minimalen Rücklaufmengen möglich ist. Das
Verfahren kann auch bei tiefen Temperaturen
ausgeführt werden.
Die typische Baustellenausrüstung für einen
Einsatz besteht aus einem mobilen Shuttle
oder einem stationären Bindemittel behälter
mit Förderanlage und einem ab ge stimmten
Bohrgerät, das mit einem speziellen Mischwerkzeug
am Ende des Bohrstranges für die
Herstellung der Säulen ausgerüstet ist. Übliche
Säulendurchmesser sind 60 bis 80 cm bei
Ausführungstiefen bis zu 25 m.
Eingebracht und gemischt wird das Bindemittel
während des Ziehens des Gestänges,
wobei die Drehrichtung gegenüber der
Ab teuf phase umgekehrt wird. Das Bindemittel
wird dabei mit Druckluft über Schläuche
vom Lagerbehälter zum Bohrgerät transportiert.
Luftdruck und Bindemittelmenge
werden automatisch kontrolliert, so dass sie
der spezifizierten Dosierung des Bindemittels
in der jeweiligen Bodenzone entsprechen. Als
Faustregel mag gelten, dass plastische Tone
und Schluffe mit Kalk oder Zement-Kalk-
Mischungen verfestigt werden, während für
organische Böden Flugasche verwendet wird.
Ausblasen des Bindemittels
aus dem Mischwerkzeug
Keller-Shuttle, Typ 1010,
für Trocken-Misch-Arbeiten
Bohrgeräte und Shuttles
im Einsatz
Bindemittel
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Herstellprozess
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Eine Auswahl an Werkzeugen
für unterschiedliche Böden
Qualitätskontrolle
Ähnlich wie bei den mit dem Nass-Misch-
Verfahren hergestellten Säulen werden
die Maßnahmen zur Qualitätskontrolle
(Überwachung und Aufzeichnungen der
Herstellparameter) während und nach
Beendigung der Arbeiten durchgeführt.
Die Herstellung jedes Säulenelements
wird durch eine selbstschreibende Aufzeichnungseinheit
auf Papier protokolliert.
Nach Beendigung der Arbeiten werden
Tests durchgeführt, um die für den Entwurf
getroffenen Annahmen zu verifizieren.
Die Standardtests umfassen
modifizierte Drucksondierungen in Säulen
mit geringen Festigkeitsanforderungen,
aber auch Ausziehver suche (Pull Out
Resistance Test, PORT). Zudem können
je nach Bedarf Laborver suche an Bohrkernen
durchgeführt werden.
Herstellprotokoll
Modifizierte
Drucksondierung
Ausziehversuche
(Pull Out Resistance
Test, PORT)
Tiefe
Scherfestigkeit
Feldversuche zur Qualitätskontrolle
Oberflächennahe Massenstabilisierung
Das oberflächennahe Trocken-Mischen
bietet eine kostengünstige Lösung zur Verbesserung
von Böden oder Sanierung von
Standorten, bei denen beachtliche Volumen
sehr schlechter oder kontaminierter oberflächennaher
Böden mit hohem Wassergehalt,
wie Ablagerungen von ausgebaggerten
Sedimenten, nassen organischen Böden
oder Abfallschlämmen, anstehen. Bei dieser
Methode kommen spezielle Mischwerkzeuge
zum Einsatz, die meist an den Auslegern von
Hydraulikbaggern montiert sind. Die Durchmischung
erfolgt vertikal oder horizontal mit
Mischwerkzeugen, ähnlich Schraubenpropellern,
mit einer in der Mitte befindlichen
Düse für die Zugabe des Bindemittels.
Das Bindemittel wird von einer separaten
Einheit, bestehend aus einem luftdruckbeaufschlagten
Bindemittelbehälter,
einem Kompressor, einem Luftentfeuchter
und einer Kontrolleinheit, beschickt.
Die Stabilisierung erfolgt, abhängig von der
Reichweite des Trägergeräts, in Abschnitten,
welche normalerweise eine Fläche von
8 –10 m² und ein Tiefe von ca. 4 m umfasst.
Nachdem das erforderliche Bindemittelvolumen
eingebaut wurde, erfolgt eine
weitere Durchmischung bis zum Erreichen
der optimalen Mischungseigenschaften.
Beispiele für Mischwerkzeuge
zur Massenstabilisierung
Gering tragfähiger
Boden
Verbesserter Boden
Gering tragfähiger
Boden
Verbesserter Boden
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www.KellerGrundbau.de
www.KellerGrundbau.at
www.keller-mts.ch
www.KellerGrundbau.com
Ein Unternehmen der Keller Group plc