Verdichtungstechniken “ Seismic Resilience

Verdichtungstechniken

Bei Verdichtungsverfahren werden die Bodenpartikel in eine engere Anordnung gebracht, was zu einer höheren Dichte führt. Dies erhöht die Scherfestigkeit und die Verflüssigungsbeständigkeit des Bodens.

Die Verdichtung hat den Vorteil, dass der Grad der Behandlung leicht überprüft werden kann, und wenn eine Verflüssigung ausgelöst wird, werden die Verschiebungen fast immer reduziert.

Die Verdichtungstechniken verursachen jedoch in der Regel einen hohen Lärm- und Vibrationspegel, die seitliche Ausdehnung der Verbesserung muss größer sein als bei Verfestigungs- oder Verstärkungstechniken, und es kann mehrere Wochen dauern, bis die Behandlung überprüft ist. Mit Ausnahme der Verdichtungsinjektion und der Harzinjektion sind Verdichtungstechniken in der Regel auch für die Behandlung von Böden unterhalb bestehender Bauwerke ungeeignet.

Dennoch ist die Verdichtung von lockeren, sandigen Ablagerungen durch Vibration oder Schlagverdichtung weit verbreitet und gehört zu den beliebtesten Gegenmaßnahmen bei Verflüssigung.

Dynamische Verdichtung

Bei der dynamischen Verdichtung wird wiederholt ein schweres Gewicht (in der Regel 5-20 Tonnen) auf die Bodenoberfläche fallen gelassen, um die Dichte des Bodens direkt unter dem Aufschlagpunkt zu erhöhen.

Während sich der Boden verdichtet, bilden sich an der Oberfläche große Aufprallkrater, die immer wieder aufgefüllt und neu verdichtet werden müssen, bis der Boden seine Zielfestigkeit erreicht hat.

Die Fallhöhe, das Gewicht und der Abstand variieren je nach Boden- und Grundwasserverhältnissen.

Die dynamische Verdichtung ist bei Projekten in Neuseeland weit verbreitet und kann eine hervorragende Bodenverbesserung bewirken. Sie ist dafür bekannt, dass sie schnell und wirtschaftlich ist, insbesondere bei der Behandlung großer Flächen. Aufgrund der starken Vibrationen, die während des Verfahrens erzeugt werden, ist sie jedoch nicht für vibrationsempfindliche Gebiete oder Standorte in der Nähe hochwertiger Bauwerke geeignet.

Schnellschlagverdichtung

Die Schnellschlagverdichtung ist eine kleinere Version der dynamischen Verdichtung. Dabei wird ein Rammhammer verwendet, der an einer großen Stahlplatte befestigt ist, die am Arm eines Baggers angebracht ist. Die Endplatte wird mit schnellen Hammerschlägen in den Boden getrieben.

Dadurch wird die Bodendichte durch die Verdichtung der Oberflächenschichten beim Einschlagen der Platte und durch die Vibrationsverdichtung der tieferen Böden erhöht.

Die Rüttelstopfverdichtung kann die Bodendichte bis in mehrere Meter Tiefe verbessern und eignet sich besonders für sandige Böden in Gebieten, in denen ein ausreichender Abstand zu benachbarten Gebäuden besteht.

Die Rüttelstopfverdichtung funktioniert durch Vibration der Bodenpartikelmatrix, um deren Dichte zu erhöhen.

Vibrationsverdichtung

Bei der Vibrationsverdichtung wird eine beschwerte Sonde (oder Vibroflot) in den Boden eingeführt, um horizontale Schwingungen zu erzeugen.

Wenn die Sonde in die unterste Tiefe des zu verdichtenden Bodens eingeführt ist, wird sie aktiviert und entweder wiederholt zwischen der oberen und unteren Zieltiefe zurückgezogen und abgesenkt, mit einer bestimmten Geschwindigkeit zurückgezogen oder in bestimmten Schritten zurückgezogen.

Der Vorgang wird je nach Größe des zu verdichtenden Geländes in der Regel mehrmals in einem quadratischen oder dreieckigen Raster wiederholt.

Manchmal werden Wasser, Luftstrahlen oder Aushub eingesetzt, um die Sonde beim Erreichen ihrer Zieltiefe zu unterstützen. Wenn sich der Boden verdichtet, entsteht um die Sonde herum ein Hohlraum, und es muss Material in das Loch eingebracht werden, um dies auszugleichen.

Typische Behandlungstiefen liegen zwischen 5 und 15 m, aber die Rüttelstopfverdichtung wurde bis zu 35 m tief durchgeführt.

Steinsäulen

Bei dieser Technik werden vertikale Säulen aus verdichtetem Füllmaterial in einem dreieckigen oder quadratischen Raster in den Boden eingebracht. Bei diesem Verfahren wird kein Aushub verwendet. Stattdessen wird eine Verdrängungsinjektionstechnik verwendet, die den umgebenden Boden verdichtet.

Die Aufschüttung wird dann mit einer der anderen Verdichtungstechniken (häufig Rüttelstopfverdichtung) verdichtet, wodurch die Dichte des umgebenden Bodens weiter erhöht wird.

Steinsäulen sind am effektivsten bei der Behandlung von Sanden mit weniger als 20 % Feinanteil, können aber auch Standorte mit schluffigen Sanden und sandigen Schluffen wirksam behandeln.

Die Steinsäulen haben in der Regel einen Abstand von 1,5 bis 4,0 m und können den Boden bis zu einer Tiefe von 4 bis 15 m verdichten, aber es wurden auch schon Böden bis zu 30 m Tiefe mit dieser Methode behandelt.

Steinsäulen können während des Baus und während des Betriebs Boden- oder Grundwasserverunreinigungen ausbreiten. Wenn auf oder in der Nähe der Baustelle eine Kontaminationsgefahr besteht, sollten alternative Techniken angewandt werden.

Verdichtungspfähle

Beim Verdichtungspfahlbau werden permanente Rammpfähle installiert, um den Boden durch Verdrängung und Vibration zu verdichten.

Die Pfähle bestehen in der Regel aus vorgespanntem Beton oder Holz und sind in einem quadratischen oder dreieckigen Raster angeordnet, das in einem Abstand von drei bis vier Pfahldurchmessern über die Baustelle verteilt ist. Sie können bis zu 16 m tief gerammt werden.

Bis zu einem gewissen Grad können die Pfähle auch die Scherspannungen im Boden zwischen den Pfählen verringern und so den Widerstand gegen Verflüssigung verbessern. Dies kann ein nützlicher Vorteil sein, wenn es nicht möglich ist, den Boden allein durch Verdichtung zu verbessern.

Verdichtungsinjektion

Bei der Verdichtungsinjektion wird ein sehr steifer Mörtel unter hohem Druck in den Boden injiziert. Der Mörtel vermischt sich nicht mit dem Boden. Durch den Injektionsvorgang dehnt er sich in eine Reihe von abgestuften Knollen aus, die den umgebenden Boden verdrängen und verdichten.

Typischerweise besteht der Zementmörtel aus einem Boden-Zement-Wasser-Gemisch, wobei die Festigkeit des Zementmörtels keine Rolle spielt, da das Verfahren den Boden eher verdichtet als verstärkt.

Da bei diesem Verfahren kleine, wendige und erschütterungsfreie Geräte verwendet werden, eignet sich das Verdichtungsinjektionsverfahren besonders für den Einsatz unter bestehenden Bauwerken und in Verbindung mit der Sanierung von Gebäuden.

Dieses Verfahren kann jedoch zu Bodenerhebungen führen, wenn der Boden nicht genügend Halt bietet, um die Ausdehnung des Zementmörtels zu begrenzen.

Harzinjektion

Die Harzinjektion ähnelt der Verdichtungsinjektion, doch wird anstelle von Zementmörtel ein aggressiv expandierendes Polyurethanharz verwendet.

Injektionsrohre werden in regelmäßigen Abständen auf der gesamten Baustelle in den Boden getrieben, und kontrollierte Mengen einer Harzmischung werden in den Boden gepumpt. Das Harzgemisch reagiert kurz nach der Injektion chemisch, geht von einem flüssigen in einen festen Zustand über und dehnt sich schnell auf ein Vielfaches seines ursprünglichen Volumens aus. Diese Ausdehnung führt zu einer Verdichtung des angrenzenden Bodens.

Bei einer typischen Installation wird das Injektionsrohr entweder stufenweise zurückgezogen, wobei in jeder Stufe ein bestimmtes Volumen an Harz injiziert wird, oder es wird langsam mit gleichmäßiger Geschwindigkeit zurückgezogen, während auf dem Weg ein bestimmtes Volumen an Harz injiziert wird.

Die besten Ergebnisse werden in sauberen Sanden erzielt, aber auch in schluffigen Sanden können gute Ergebnisse erzielt werden.

Obwohl die Harzinjektion auf gerodeten Flächen angewendet werden kann, eignet sie sich besonders für den Einsatz unter bestehenden Strukturen.