ERSCHÜTTERUNGSREDUKTION

Unterspült und erschüttert

Es kommt bei Setzungen häufig vor, dass es nicht nur eine Schadensursache gibt. So war es auch in diesem Fall. Das besondere war aber hier ein nahezu gleichzeitiger „Angriff“ von zwei Seiten: einem maroden Kanalsystem und einer Hauptverkehrsstraße.

 

 

 

Es kommt bei Setzungen häufig vor, dass es nicht nur eine Schadensursache gibt. So war es auch in diesem Fall. Das besondere war aber hier ein nahezu gleichzeitiger „Angriff“ von zwei Seiten: einem maroden Kanalsystem und einer Hauptverkehrsstraße.

Ein 1933 erbautes Wohnhaus in einer westfälischen Kreisstadt wies erhebliche Schäden in Form von Rissen (bis zu 6 mm stark) im Mauerwerk auf. Folglich beauftragten die Eigentümer einen Baugrundgutachter mit dem Ziel, Aufschluss zu bekommen über
-    die Zusammensetzung und den Zustand des Baugrundes,
-    die Setzungsempfindlichkeit in Bezug auf mögliche Erschütterungsschwingungen,
-    mögliche Ausspülungen durch einen nahe verlaufenden Bach.

 

 

Der Baugrund in der Gründungsebene des auf einer Betonplatte mit Streifenfundamenten ruhenden Hauses besteht im wesentlichen aus gewachsenem Schluff von weicher Konsistenz. Dieser Boden wird als nicht besonders tragfähig angesehen, wobei erschwerend hinzu kommt, dass der Boden eine durchweg feuchte Konsistenz aufweist. Somit lag der Schluss nahe, dass es zu Ausspülungen durch ein Leck im direkt hinter dem Haus verlaufenden und verrohrten Bach gekommen sein könnte. Eine durchgeführte Kamerabefahrung zeigte, dass die Steinzeugrohre erheblich beschädigt waren. Dadurch kam es zu einem „Wegspülen“ des Baugrundes mit der Folge, dass Hohlräume entstanden und entsprechende Setzungen aufgetreten sind.

Das erklärte aber nicht die Risse auf der Vorderseite des Hauses. Hier geriet die sehr stark befahrene Hauptverkehrsstraße ins Visier, die parallel zum Grundstück verläuft. Die Gutachter vermuteten durchaus einen dynamischen Einfluss des Schwerlastverkehrs, der zu Erschütterungen des Gebäudes mit der Übertragung in den Baugrund führt. Spezielle Erschütterungsuntersuchungen bestätigten diese Vermutung.

Die Sanierung erfolgte dann in mehreren Schritten. Zunächst wurde seitens der Stadt das marode Kanalsystem erneuert, um weitere Ausspülungen zu vermeiden. Anschließend kam die DeepInjection®-Methode von URETEK zum Einsatz. Mit der Injektion des Expansionsharzes wurden vorhandene Hohlräume aufgefüllt, der Baugrund im Bereich der gesamten Bodenplatte verstärkt und der durchgehende Kraftschluss zwischen Fundamentsohle und Baugrund wieder hergestellt. Dabei konnten die abgesackten Bereiche bauwerksverträglich etwas angehoben werden.

 

 

Doch wie sollten die Erschütterungen durch den Verkehr abgemildert werden? Hierzu gibt es ein aktuelles Forschungsprojekt der RWTH Aachen mit URETEK, bei dem die Erschütterungsreduktion von Harzinjektionen untersucht wird. Das expandierende Harz wirkt dabei wie ein Isolierkörper, der wirksam die Auswirkungen der Erschütterungen reduziert. Dieses Verfahren wurde hier eingesetzt; entlang der Grundstücksgrenze zur Straße hin wurden Injektionen in eine Tiefe von ca. 3,50 m gesetzt. Während der Injektion wurden die Lanzen mit einem Ziehgerät langsam und gleichmäßig nach oben gezogen, um eine gleichmäßige Abschirmung zu erreichen.

 

Abschließend konnte dann der zufriedene Bauherr die „kosmetischen“ Reparaturen an der Hausfassade in Angriff nehmen.

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 





BAUWERKSANHEBUNG

Von schief zu gerade in drei Tagen

Seetone im Baugrund brachten ein Wohn- und Betriebsgebäude im oberbayrischen Bichl aus dem Lot. Nach zehn Jahren Setzungserscheinungen kam der Neubau bei einer Schiefstellung von knapp 15 Zentimetern endlich zum Stillstand. Zurück zu ebenen Verhältnissen sollte es nun wieder gehen: eine Sanierung mit der URETEK-FloorLift®-Methode sorgte für gerade Ergebnisse.

Im Jahre 2000 entstand das Wohn- und Betriebsgebäude. Vier Innenstützen nehmen die Lasten aus den in Längsachse verlaufenden Spannbetonträgern auf, auf denen die Stahlbetonzwischendecke ruht. Das zweigeschossige Gebäude mit den Abmessungen von 30 x 13 Meter gründet auf einer circa 40 Zentimeter starken, zweilagig bewehrten Gründungsbodenplatte. Im Bereich der vier tragenden Stützen ist die Gründungsbodenplatte in einer Stärke von 60 Zentimeter ausgebildet. Umlaufend erhielt die Bodenplatte eine circa 60 Zentimeter tiefe und konstruktiv bewehrte Frostschürze.

 

Bereits von Baubeginn an kam es kontinuierlich zu ungleichmäßigen Setzungserscheinungen. Die Hauptsetzungen traten an der nördlichen Gebäuderückseite mittig im Bereich der Sanitäranlagen auf und es kam zu einer einseitigen Schiefstellung und horizontalen Rissen im Obergeschoss.

 

 

 Ein ingenieurgeologisches Gutachten im Jahre 2004 ergab, dass tiefreichende sehr ungünstige Baugrundverhältnisse vorliegen. Die Gründungsbodenplatte ruht auf einer knapp über ein Meter starken Schicht aus sandigem Kies und zum Teil aus Recyclingmaterial von mitteldichter bis dichter Lagerung. Darunter setzt sich der Boden bis in circa 17 Meter Tiefe aus wechselnd gelagerten tonigen und schluffigen Böden mit organischen bis torfigen Anteilen, sogenannten Seetonen, zusammen. Seetone sind geologisch betrachtet junge und nicht vorbelastete, unkonsolidierte Böden, die sehr stark zusammendrückbar und setzungsempfindlich sind.
Aufgrund sehr hoher Sanierungskosten von mehreren Hunderttausend Euro für die vorgeschlagenen Pfahlsysteme bzw. bei einer Sanierung auf Basis von Zementinjektionen entschied man sich zunächst dafür, dass Setzungsverhalten des Gebäudes über die Zeit genauer zu untersuchen.

 

Das in den folgenden Jahren aufgelegte kontinuierliche Messprogramm ergab dann, dass die Setzungen von bis zu 14,6 Zentimetern im Jahre 2010 weitestgehend abgeklungen waren. Daraufhin wurde beschlossen, das Bauwerk mit Hilfe der FloorLift®-Methode anzuheben und bezogen auf den Erdgeschossfußboden horizontal auszurichten. Über 12 bis 16 Millimeter große Bohrlöcher wurde das Zweikomponenten-Expansionsharz einerseits in 60 Zentimeter Tiefe direkt unter die Gründungssohle der vier Innenstützen injiziert, während gleichzeitig über ein variierendes Raster zwischen 0,8 bis 3 Metern Injektionen unter die Bodenplatte erfolgten. Durch die Expansionskraft der Harze wurde das gesamte Gebäude in mehrfach überlagernden Schritten bauwerksverträglich, das heißt möglichst spannungsarm, wieder in eine horizontale Lage gebracht. Der unter der Gründungsbodenplatte liegende mitteldicht bis dicht gelagerte Kieskoffer diente dabei als Widerlager für die Anhebung. Abschließende Injektionen im Bereich der Fundamentsohle der Frostschürze gewährleisteten die Wiederherstellung einer kraftschlüssigen Auflage.

HOHLRAUMAUFFÜLLUNG UND BAUWERKSANHEBUNG

Königliches Bauwerk aus Schieflage befreit

Ein Hochwasserschaden führte im Klärwerk der Stadt Celle erst zu einer Lockerung des Baugrunds unter einem Becken und in der Folge zu einer Schiefstellung des „Königstuhls“. Abriss und Neubau war aufgrund von strikten Zeitvorgaben keine Option für den Betreiber. Mit einer Hohlraumauffüllung und der Anhebung des „königlichen“ Bauwerks durch die URETEK DeepInjection®-Methode kam trotzdem alles wieder ins Lot.

45 Meter Durchmesser, 3.200 Kubikmeter Fassungsvermögen – dies sind die Parameter eines Nachklärbeckens innerhalb der Kläranlage der Stadt Celle. Darin wird die Biomasse vom Wasser getrennt. Kernstück des Klärbeckens ist der sogenannte Königsstuhl, ein mittig im Becken aufragendes Stahlbetonbauwerk. Hier befinden sich die Zu- und Ableitungen für Abwasser und Klärschlamm sowie die Achsen und die Technik für die Rundräumer. Genau dieses zentrale Bauwerk hatte sich bedrohlich geneigt. Was war geschehen?

 

 

Ein Hochwasserereignis der nahe gelegen Aller führte zu einem Aufschwimmen des gesamten Klärbeckens. Durch einen Riss in der Beckensohle trat Grundwasser ein und es wurden mehrere Kubikmeter Sand aus dem Untergrund in das Klärbecken gespült. Die Folge: Auflockerungen des Baugrunds und eine Schiefstellung des Königsstuhls um circa 19 cm – das Becken konnte so nicht mehr genutzt werden.

 

Viele Alternativen kamen zur Sanierung nicht in Frage. Ein kompletter Abriss des Klärbeckens mit anschließendem Neubau schied aus Zeitgründen aus, da die Anlage bereits im Winter 2011 wieder gebraucht würde. Blieben also das Einbringen von hydraulischen Presspfählen, DSV-Säulen (Düsenstrahlverfahren) oder die URETEK-Methode. Aus wirtschaftlichen Gründen und zur Vermeidung umfangreicher Erd- und Bauarbeiten entschied sich die Stadt Celle für die DeepInjection®-Methode von URETEK. Neben der extrem kurzen Baustellenzeit sprach auch die mit der Anhebung des Königsstuhls verbundene Stabilisierung der Lockerzonen und Hohlraumauffüllung für dieses Verfahren.

Die vorab durchgeführten Sondierungen des Ingenieurbüros Marienwerder aus Hannover ergaben, dass der Baugrund unterhalb der Fundamentsohle des Königstuhls aus feinsandigem,
schwach kiesigem Mittelsand besteht und bis zu einer Tiefe von 3,80 Meter nur locker gelagert ist. Der Königsstuhl weist außen einen Durchmesser von 5,60 Meter auf, im Inneren liegt er sogar bei nur 3,40 Meter. Die Fundamentsohle des Bauwerks gründet 1,80 Meter unter Oberkante Beckensohle. Für die URETEK-Mitarbeiter gestaltete sich die Ausführung als anspruchsvolle Aufgabe, da aufgrund der sehr begrenzten Platzverhältnisse im Inneren der Aktionsradius sehr eingeschränkt war.

 

 

Als weiteres schwieriges Detail offenbarte sich das Setzen der Bohrlöcher, da der Sockel des Königstuhls aus ca. 1,5 Meter dickem Beton mit einem hohen Bewehrungsgrad errichtet worden war. Ein Teil der Arbeiten zur Baugrundverstärkung musste deshalb auch von außen durchgeführt werden. Für das Verfüllen der Hohlräume wurden die Injektionslanzen durch 16 Millimeter starke Bohrlöcher bis circa 3,50 Meter unter Oberkante der Fundamentsohle geführt. Gleichzeitig wurden ebenfalls Injektionen bis circa 1,20 Meter in den Baugrund gesetzt. Durch die Lanzen wurde das Zweikomponenten-Expansionsharz flüssig und unter kontrolliertem Druck in den Baugrund gepresst, so dass es aufgrund der Volumenvergrößerung der Harze und der so entstehende Expansionskraft zu einer örtlichen Aufsprengung und Verdichtung des Bodens kam.

 

Parallel dazu fand die Anhebung zur Korrektur der Schiefstellung des Königstuhls statt. Die URETEK-Mitarbeiter injizierten das Expansionsharz direkt in den Baugrund unter der Sohlplatte. Unter der millimetergenauen Überwachung mittels Nivellierlaser durch das Planungsbüro Wittig in Winsen wurde dann der Königstuhl durch weitere Materialzugabe kontrolliert angehoben und in die gewünschte Position gebracht.

BAUGRUNDVERSTÄRKUNG

Für Hoffenheim den Boden bereitet

 

 

 

Der Aufstieg von 1899 Hoffenheim ist ebenso atemberaubend wie rasant. Die neuen Dimensionen, in die man gestoßen ist, führen dazu, dass zurzeit nicht nur ein neues Stadion gebaut, sondern auch ein Trainingsgelände geschaffen wird. Doch dafür musste zunächst der Boden bereitet werden.

 

Das Schloss Seehälde in Zuzenhausen soll das Herzstück des neuen Trainingszentrums werden. Das Hauptgebäude aus dem 18. Jht. ist ein dreistöckiger barocker Putzbau mit zwei turmartigen Seitenelementen und mächtigem Walmdach. Für die Umnutzung wird es umfassend saniert, dabei soll das bestehende Gebäude weitgehend erhalten bleiben. Hier ist später der Sitz der Geschäftsstelle vorgesehen.

Vor Beginn der geplanten Sanierung wurde die Töniges GmbH mit der Überprüfung der Baugrundverhältnisse und der Grundwassersituation beauftragt. Aus dem ingenieurgeologischen Baugrundgutachten hat sich ergeben, dass die Rückseite des Gebäudes nahezu setzungsfrei in den Felsgesteinen des Gipskeupers gründet. Im Bereich der Vorderseite dagegen stehen als direkte Gründungsböden überwiegend setzungsempfindliche Auelehme und Schwemmlöße mit steifer Konsistenz an.

 

 

 

 

Desweiteren wurden zahlreiche vertikale Risse im Bereich der Fensteröffnungen in der südlichen (hofseitigen) Außenwand festgestellt. Diese laufen vom Erdgeschoss bis in den oberen Fries an der Dachrinne durch. Die meisten dieser Risse sind wohl typisch für einen ca. 240 Jahre alten Mauerwerksbau mit Holzbalkendecken und fehlenden Längsaussteifungen (Verschlauderungen) in jeder Deckenebene. Allerdings war auffällig, dass die beiden Friese zwischen dem linken Teil des Gebäudes und dem linken Türmchen nicht ganz horizontal verlaufen, sondern einem leichten Bogen nach unten folgen. Links neben den Fenstern des linken Türmchens zeigt sich dann auch der stärkste Vertikalriss.

 

Die Empfehlung des Baugrundgutachters: Um weiteren Setzungsdifferenzen und somit Gebäudeschäden vorzubeugen, soll der Baugrund im Bereich der Vorderseite (Gründung im Bereich Auenlehme / Schwemmlösse) verbessert und stabilisiert werden. Dafür kommen zum einen Tiefeninjektionen mit „quellfähigem Material“, also z.B. die URETEK-Methode, in Betracht. Zum anderen lässt sich derselbe Effekt auch mittels Düsenstrahl- oder HDI-Verfahren erreichen. Die Entscheidung fiel schließlich auf die URETEK-Methode, da mit diesem Verfahren am schnellsten die Baugrundverbesserung zu erreichen war. Schließlich waren die Arbeiten am Nebengebäude schon weit fortgeschritten.

 

 

 

 

So wurden an insgesamt nur 8 Arbeitstagen durch die Injektion des Zweikomponenten-Expansionsharzes ca. 55 lfm Felssteinfundamenten „behandelt“. Dabei ist der Baugrund in 3 Ebenen bis -4 m unter GOK bis zu einer minimalen Hebungsreaktion der Fundamente (ca. 0,5 mm je Injektionsebene) verstärkt worden.

In der Beschaulichkeit des Seebachtales, ohne Lärmstress von Autobahn und Bahn, können sich dann bald die Profikicker von 1899 Hoffenheim in aller Ruhe und Abgeschiedenheit auf große sportliche Ziele vorbereiten.

BODENVERDICHTUNG 

Berg- und Talbahn

Für die Fahrgäste der Rhein-Neckar-Verkehrsgesellschaft auf der Mannheimer Stadtbahnlinie 7 ging es sprichwörtlich auf und ab. Die Schienenstränge waren in einem Streckenabschnitt von ca. 100 m Länge an mehreren Stellen leicht eingesenkt. Dabei war die Strecke, die als sog. Rasengleis hergestellt worden war, erst 1996 in Betrieb gegangen.

 

Die Schienen sind mittels Einzelstützpunkten auf parallel durchlaufenden Betonlängsbalken befestigt. Unter einem ca. 40 cm starken aufgefüllten Boden (Rasenfläche) befindet sich eine Schottertragschicht mit Mächtigkeiten zwischen 60 und 80 cm.

Mit den Bodenuntersuchungen wurde das Baugeologische Büro Biller en Breu beauftragt. Diese ergaben, dass sich unterhalb der Schotterschicht bindige Auffüllungen aus tonigem, feinsandigem Schluff bis zu 1 m Stärke befinden. Die Konsistenz ist vorwiegend steif. Mittels Rammkernsondierungen wurden die Kennwerte für Setzungsberechnungen bei den angetroffenen Bodenschichten ermittelt.

Die aufgetretenen Setzungen von bis zu 5 cm lassen sich demnach nicht aus der vorhandenen Auflast ableiten. Die Schotterschicht konnte ebenfalls als Schadensverursacher schon bald ausgeschlossen werden, da sich auch in der angrenzenden Straße Risse in der Fahrbahndecke zeigten. Als Ursache für die Einsenkungen auf der Schienenstrecke wurden die schlecht konsolidierten Auffüllungen unter der Schottertragschicht gesehen. Durch den Stadtbahnverkehr war es somit zu den Absackungen und damit zur Durchbiegung der Betonlängsbalken und der Schienen gekommen.

 

Bei der Sanierung kam es darauf an, die Auffüllungen soweit zu verdichten, dass zukünftige Einsenkungen der Schienen vermieden werden können. Zudem sollten die eingesunkenen Schienenbereiche wieder auf die Hochpunkte des Umgebungsniveaus der Gleisstrecke angehoben werden.

Verschiedene konventionelle Sanierungsmethoden standen zur Auswahl, z.B. eine Verdichtung der Auffüllungen und der oberen Bereiche der Decklehme durch das Rüttelstopfverfahren. Auch wurde über den Aushub des vorhandenen Schottermaterials nachgedacht mit einer anschließenden Verfestigung der Auffüllung durch Kalkung des bindigen Bodens. Entscheidend aber war, dass eine längere Sperrung der Stadtbahnstrecke möglichst vermieden werden sollte. Das wäre aber bei einem konventionellen Sanierungsverfahren unumgänglich gewesen. So entschieden sich die Planer für die FloorLift-Methode.

Zuerst wurden entlang der abgesenkten Schienestränge beidseitig 16 mm-Bohrlöcher im Abstand von ca. 80-100 cm angebracht. Anschließend setzten die URETEK-Techniker entsprechend lange Injektionszlanzen ein, die bis unter die Frostschutzschicht reichten. Durch Injektion des URETEK-Expansionsharzes wurde zunächst eine Baugrundverstärkung im Bereich der bindigen Auffüllungen erreicht. Durch die Volumenvergrößerung der Harze (Polymerisation) und die dabei entstehende Expansionskraft (bis 2.000 kN/m² in Abhängigkeit vom Widerstand der Umgebung und der Baukonstruktion) wird der Untergrund örtlich aufgesprengt. Die Expansion der Harze erfolgt in Richtung des geringsten Widerstandes und damit genau dort hin, wo die Verstärkung notwendig ist. Durch weitere gezielte Materialzugabe wurden die abgesackten Schienen millimetergenau wieder auf das Randniveau der Strecke angehoben.

Wegen der extrem kurzen Reaktionszeit der Harze und der millimetergenauen Überwachung durch Nivellierlaser kann der ganze Prozess genau kontrolliert und gesteuert werden. Ein am Bauteil befestigte Laserempfänger registriert jede Ausweichbewegung der Baukonstruktion und der Umgebung und bringt damit den Nachweis für den Zuwachs der Untergrundtragfähigkeit unter der zu diesem Zeitpunkt herrschenden Belastung.

Während der Injektionsarbeiten lief der Stadtbahnverkehr auf der zu sanierenden Strecken ohne Unterbrechung weiter. Die Schrittgeschwindigkeit der Stadtbahn innerhalb dieses Abschnitts sowie das Auf und Ab während der Fahrt gehörte nach Abschluss der Arbeiten der Vergangenheit an.