HDI zur Verbesserung des Baugrunds
Das HDI-Verfahren oder auch Düsenstrahlverfahren führt zu einer erheblichen Verbesserung des Baugrundes. Bei dieser Form der Baugrundverbesserung wird der vorhandene Baugrund durch Erdbeton ausgewechselt. Dazu wird der Boden mit einem Hochdruckwasser- oder Suspensionsstrahl aufgeschnitten und gelöst. Ferner erfolgt eine Vermörtelung mit Zementsuspension.
Bei dieser Methode der Bodenvergütung oder Bodenverfestigung wird dem Boden eine höhere Tragfähigkeit verliehen, die einen erheblichen Schutz für die Menschen darstellt. Der Boden wird dabei mit dem Injektionsgut vermischt. Sogar während des laufenden Betriebes in fertigen Gebäuden dienen die Injektionen mit Hochdruck der Absicherung. Daher werden diese gerade in älteren Gebäuden gerne auch nachträglich angewendet.
Unterschiedliche Verfahren der Hochdruck-Injektionen
In der Regel kommen drei Phasensysteme zum Einsatz, die von der Beschaffenheit des Bodens abhängen. Beim 1-Phasen-System werden ausschließlich Bindemittel verwendet. Dies reicht bei geringen Tiefen aus. Im 2-Phasen-System wird Wasser verwendet zum Schneiden und zum anderen Bindemittel für die Verfestigung. Manchmal nutzt dieses System zur Lockerung des Bodens Luft statt Wasser. Beim Düsenstrahlverfahren im 3-Phasen-System können Luft und Wasser gleichzeitig zum Schneiden des Bodens eingesetzt werden.
Bohrgeräte im Einsatz
Im Bereich der Hochdruck-Injektionen werden für die Bearbeitung durch den Düsenstrahl spezielle Injektions-Bohrgeräte verwendet, die sämtliche Voraussetzungen zum Verfahren abdecken. Aber auch konventionelle Bohrgeräte, die in der Ankertechnik eingesetzt werden, leisten gute Dienste. Dazu müssen diese durch entsprechende Sonderausstattung unterstützt werden. Teil dieser Sonderausrüstung konventioneller Bohrgeräte im Spezialtiefbau sind Bohrgetriebe mit Durchgang und zusätzlichem Spannkopf, Mastverlängerung und weiteren Komponenten. Eine Hochleistungs-Mischanlage und entsprechende Pumpe sowie eine Messstation sind dabei ebenfalls unerlässlich.
Beim Verfahren mit Hochdruck-Injektionen spielen zudem die notwendigen Druckfestigkeiten eine entscheidende Rolle. Erzielbare Druckfestigkeiten variieren zwischen 20N/mm² (bei Kies) und 3 N/mm² (bei organischen Bodenqualitäten). Bei der Planung sind eventuelle Biegebeanspruchungen zu berücksichtigen.
Vorteile der Hochdruck-Injektion (HDI)
Das Düsenstrahlverfahren erfordert lediglich einen geringen Platzbedarf. Damit lassen sich Verfestigungskörper in jeder beliebigen Form, Tiefe und Größe herstellen. Der Arbeitsprozess verläuft erschütterungsarm, wodurch mögliche Schäden ausgeschlossen sind. Die Verfestigungskörper verfügen über eine hohe Tragfähigkeit. Darüber hinaus ist die Anwendung des Düsenstrahls im Spezialtiefbau durch die Kombination zur geringen Arbeitshöhe ideal geeignet für Bauprojekte, die in Wohngebieten stattfinden.
Zwecke für Injektionen mit Hochdruck bei der Tiefgründung
Allgemein lässt sich sagen, dass das Düsenstrahlverfahren immer dann zum Einsatz kommt, wenn eine Stabilisierung des Grundes erfolgen soll. Dabei lassen sich nahezu sämtliche geotechnischen Bereiche abdecken. Die sechs wesentlichen Anwendungen zum Verfahren im Detail vorgestellt:
- Bodenvergütung im Baugrubenbereich
- Tunnelsicherung
- Unterfangungen von Gebäuden
- Dichtwände
- Erstellen von Dichtsohlen
- Pfahlgründung
Neben der Stabilisierung des Bodengrundes ist das Düsenstrahlverfahren mit Hochdruck-Injektionen zur Tunnelsicherung eine unverzichtbare Maßnahme. In Beton und Zement des Tunnels können sich schnell Risse bilden, Wasser kann eindringen. Ferner kann ein Tunnel, insbesondere im Gebirge, ohne Anwendung von Hochdruck-Maßnahmen seine Stabilität verlieren. Daher kommt die Ausführung mit dem Düsenstrahl im Spezialtiefbau bei Tunneln als Vor-Injektion zum Einsatz. Dazu werden Bohrlöcher mit gewünschtem Durchmesser ins Gebirge in gewünschter Richtung gebohrt und diese sofort durch Hochdruck-Injektionen gefestigt.
Auch Aufträge wie Unterfangungen von Dichtsohlen werden durch das Düsenstrahlverfahren gelöst. Zur Verankerung in tiefen Baugruben, aber auch zur nachträglichen Pfahlgründung im Keller, im Gebirge oder unter Wasser findet die Bearbeitung mit dem Düsenstrahl ortsunabhängig Anwendung. Dies kann sowohl der Hamburger Hafen sein als auch Nordirland. Die Art der verwendeten Pfähle ergibt sich aus der entsprechenden Gegend. Dies können Ortbetonrammpfähle sein oder verpresste Mikropfähle zur Ergänzung.
Anwendungsgrenzen des Düsenstrahlverfahrens
Durch das Düsenstrahlverfahren wurden die Anwendungsgrenzen der herkömmlichen Injektionen wegen der Umstellung von der Füllung der Poren zur Vermörtelung des Bodens und teilweise zum Bodenersatz deutlich erweitert. Dem Lösevorgang des Baugrundes steht seine Festigkeit gegenüber. Diese ist als die eigentliche Grenze zu definieren. Die Festigkeit des Baugrundes wird dabei durch seine unterschiedlichen Eigenschaften bestimmt.
Risiken und mögliche Fehler
So modern und effektiv das Verfahren der Hochdruck-Injektionen auch ist, so birgt es wie alle anderen Baumaßnahmen auch Risiken. Fehler können auch bei größter Sorgfalt vorkommen. Diese können sein zu kleiner oder zu großer Säulendurchmesser. Die Säulen selbst können zu kurz ausfallen. Säulenachsen weichen von der geplanten Neigung ab. Die Festigkeit der Düsenstrahlkörper ist zu gering. Auch eine zu hohe Festigkeit der Düsenstrahlkörper kann diese Baumaßnahme beeinträchtigen. Gebäudeschäden durch die Herstellung der Düsenstrahlkörper können nicht ganz ausgeschlossen werden.
Bauaufsichtliche Maßnahmen
Die Ausführung sowie die Bemessung von Trageelementen durch das Düsenstrahlverfahren oder Hochdruck-Injektionsverfahren unterliegt keiner technischen Regelung. Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) erteilt die dazu erforderlichen allgemein gültigen Bauartgenehmigungen. Das ausführende Bauunternehmen unterzeichnet dazu eine Übereinstimmungserklärung, dass die von ihr erstellten Säulen- oder Wandelemente entsprechend den Bestimmungen der Bauartgenehmigung ausgeführt werden. Der Einsatz derartiger Verfahren zur Baugrundverbesserung unterliegt der bauaufsichtlichen Zulässigkeit und bedarf damit keiner gesonderten Bauartgenehmigung.
