Hochdruck-Injektionen zur Bodenverfestigung im Spezialtiefbau

Beim Düsenstrahlverfahren handelt es sich um eine Baugrundverdichtung durch Hochdruck-Injektionen. Instabile, wasserführende oder anderweitig komplexe Baugründe werden mit einer Zementsuspension verdichtet und für die Bebauung oder für eine Abdichtung gegen Grundwasser optimiert.

Hochdruck-Injektionen zur Bodenverfestigung im Spezialtiefbau

Wie das Düsenstrahlverfahren funktioniert

Die Funktionsweise des Düsenstrahlverfahrens, auch HDI (Hochdruck-Injektion) genannt, basiert auf einer über Düsen erfolgenden Zerteilung und Verdichtung des Bodengrundes.

Im Spezialtiefbau wird zwischen drei verschiedenen Systemen, deren Einsatz sich nach den Gegebenheiten des Bodens richtet, unterschieden. Da das Verfahren bei praktisch jedem Boden zur Anwendung kommen kann, hat sich die Methode im Bereich der Bodenbefestigung und Tiefgründung im Bau und in der Abdichtung von Fundamenten etabliert. Ein Grund dafür ist die erschütterungsfreie Ausführung der Hochdruck-Injektionen. Auch der geringe Platzbedarf, da keine große Baugrube geschachtet und anschließend mit Beton gefüllt werden muss, spricht für die Einsatzmöglichkeiten und Vorteile des Düsenstrahlverfahrens. Für die Verdichtung des Bodens ist nur ein kleines Bohrgestänge nötig, wodurch auch flache Bodenbearbeitungen durchgeführt werden können. Der Aufschnitt des Bodengrundes und die Verfestigung durch Zugabe der Zementsuspension erfolgen praktisch in einem Arbeitsschritt.

Die Baugrundteilung wird mit viel Energie und je nach Verfahren mit Wasser vorgenommen, während der Boden gleichzeitig mit der selbst-härtenden Suspension in gleichmäßiger Einspritzung gefüllt wird. Mit dem Bohrgestänge wird das im Düsenstrahlverfahren eingebrachte Injektionsgut gleichmäßig mit dem Originalbodengrund vermischt und gepresst. Die Ziehgeschwindigkeit, der Anpressdruck und die Verteilung der Zementsuspension erfolgen maschinell und damit gleichmäßig. So entsteht im bearbeiteten Boden ein homogener und gleichmäßig fester Körper, der nach seiner Aushärtung vollständig dicht und für den geplanten Einsatzweck optimiert ist.

Vor- und Nachteile des Düsenstrahlverfahrens

Das Düsenstrahlverfahren bringt einige Vorteile mit sich. Hauptsächlich nennenswert ist das kleine Bohrgestänge mit einem Bohrer, der nicht größer als 15 Zentimeter im Durchmesser sein muss. Auch die Anwendungshöhe und Aufbauhöhe erweisen sich aufgrund ihrer Flexibilität vorteilhaft. Die erschütterungsarme Methode zeichnet Hochdruck-Injektionen zur Tiefgründung aus und sorgt dafür, dass das Verfahren auch in bewohnten Gebieten - so zum Beispiel bei Bauvorhaben zwischen Häuserzeilen zum Einsatz kommen kann. Bauland, dessen Untergrund sich zum Beispiel durch einen hohen Grundwasserspiegel nicht für eine Bebauung eignet, kann unter Einsatz des Düsenstrahlverfahrens befestigt und damit bebaubar gemacht werden. Auch bei Hanglagen, wo die Injektionen mit Hochdruck zur Befestigung der Aufschüttung eingebracht werden, erzielt der Bauherr durch diese Maßnahme im Spezialtiefbau einen Vorteil.

Im Vergleich zu anderen Methoden zeichnet sich das Düsenstrahlverfahren durch seinen verhältnismäßig geringen Arbeitsaufwand und die damit verbundene Einsparung an Zeit aus. Die Verfestigungskörper im Boden können alle kantigen geometrischen Formen aufweisen und in jeder Größe, sowie in verschiedenen Sonderformen gestrahlt werden. Für die Befestigung von Tunnel- und Kanalanlagen, für wasserfreie Fundamente und eine Ableitung des Grundwassers, sowie für nachträgliche Pfahlbauten eignet sich die Hochdruck-Injektion hervorragend. Durch die drei möglichen Systeme lässt sich das Verfahren explizit auf die Gegebenheiten vor Ort, sowie auf die Flächengröße und die Aufbauhöhe anpassen.

Wirkliche Nachteile sind nicht vorhanden, was nicht zuletzt ein Grund dafür ist, dass das Düsenstrahlverfahren zur Verdichtung des Bodengrundes bei vielen Bauvorhaben beauftragt wird. Die Methode eignet sich für sandige und lehmige, aber auch für kieshaltige und sonstige Untergründe. Den Einsatzbereichen sind kaum Grenzen gesetzt und das Ergebnis ist von enormer Stabilität.

Weniger Arbeitsaufwand - grenzenlose Anwendungsmöglichkeiten

Hochdruck-Injektionen erzielen sehr hohe, dennoch aber unterschiedliche Druckfestigkeiten. Für das Ergebnis verantwortlich sind der Pressdruck und die Bodenart, die mit der Zementsuspension verdichtet wird. Lediglich Biegebeanspruchungen sind nicht aufnehmbar, da das Düsenstrahlverfahren herstellungsbedingt keinen Bewehrungsbau vorsieht. Die Säulendicke pro Herstellung kann bis zu 180 Zentimeter betragen, wodurch sich der Anwendungsbereich von Hochdruck-Injektionen erhöht und erkennen lässt, wie vielseitig die Möglichkeiten in der Tiefgründung sind. Durch die Kombination aus Bodenschnitt und Verdichtung spart der Bauherr Zeit und kann seine Kosten im Spezialtiefbau senken. Häufig wird die Methode in besiedelten Wohngebieten, sowie vor der Gebäudeerrichtung im Lückenschluss verwendet. Die Begründung für diese Einsatzbereiche ist einfach und bezieht sich auf die Vorteile der erschütterungsarmen und auch in engen Arealen möglichen Anwendung der Technik. Muss ein Baugrund verbessert, verfestigt und von Wasserdurchdringungen befreit werden, zeichnet sich das Düsenstrahlverfahren als einfachste und annähernd überall realisierbare Methode aus. Die Qualitäts- und Güteprüfungen erfolgen nicht erst bei Abnahme des Projekts, sondern begleiten die gesamten Baumaßnahmen von Anfang an.

Welche Gegebenheiten bei Hochdruck-Injektionen vorherrschen müssen

Der hauptsächliche Fokus richtet sich auf die Bodenbeschaffenheit. Aber auch die baulichen Details im Bezug auf die Statik fließen in die Bodenverdichtung ein. Der durch die Zementsuspension verdichtete und verhärtete Boden muss sich für die Traglast des darauf zu errichtenden Bauwerks eignen. Da es sich beim Düsenstrahlverfahren um eine Veränderung des Bodens handelt, sind Genehmigungen der zuständigen Behörde nötig. In Natur- und Wildschutzgebieten kann eine Tiefgründung abgelehnt und damit ein Bauvorhaben als nicht realisierbar erklärt werden. Gleiches gilt auch in Trinkwasserschutzgebieten, obwohl es in diesem Bereich aufgrund der Sicherheit des Verfahrens Ausnahmen gibt. Diese gelten im Regelfall für die Sanierung von Bestandsbauwerken, die durch eine Hochdruck-Injektion im Bodengrund stabilisiert und gesichert werden. Herrschen begrenzte Platzverhältnisse vor oder stellen die Arbeitshöhen vor eine Herausforderung, muss die Problematik bereits in der Bauplanung einkalkuliert werden. Durch die sehr kleinen Geräte kann das Düsenstrahlverfahren im Bedarfsfall auch im Gebäudeinneren eingesetzt werden. Der erstellte verhärtete Körper kann bis kurz unter die Geländekante reichen oder auch eine Erhebung des Gebäudes durch eine Anhebung des Untergrundes ermöglichen.

Worauf beim Düsenstrahlen zu achten ist

Wichtig ist, dass man den Auftrag an ein erfahrenes und technisch optimal ausgerüstetes Unternehmen vergibt. Hochdruck-Injektionen unterliegen der DIN Norm und müssen die strikten Auflagen des Gesetzgebers erfüllen.

Diese Methode der Bodenverdichtung oder Bodenanhebung eignet sich aufgrund der technischen Möglichkeiten für den kommunalen und den privaten Bau. Im Vergleich zu anderen Methoden der Baugrundstabilisierung ist die Düsenstrahl-Injektion mit einigen Zeit- und Preisvorteilen realisierbar. Eine vorherige Bodenprüfung des Geländes ist notwendig, um das richtige der drei Systeme anzuwenden. Da auch die Zusammensetzung der Zementsuspension vom Bodengrund und der Bearbeitungsfläche abhängt, misst das ausführende Unternehmen diesen Faktoren größte Bedeutung bei. Bei der Erstellung von Dichtwänden in bewohnten Gebieten oder im Hausinneren muss die Statik der Bebauung am Arbeitsort und der Umgebung geprüft werden. Dies gilt auch für die Hochdruck-Injektion zur Hangstabilisierung und bei allen nachträglichen Tiefgründungen in bebauter Umgebung.