DE10218771A1

DE10218771A1 - Baugrubenumschließung und Verfahren zum Herstellen einer Baugrubenumschließung

Info

Publication number: DE10218771A1
Application number: DE10218771A
Authority: DE
Inventors: Lars Liersch; Wolfgang Schwarz
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2022-04-27
Also published as: DE10218771B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugrubenumschließung zur Abdichtung einer Baugrube gegen Grundwasser, mit einer im Wesentlichen vertikal verlaufenden Umschließungswand und einer im Wesentlichen horizontal verlaufenden Abdichtungssohle, welche durch Einpressen eines Injektionsmediums in einen porösen Bodenbereich unterhalb der Sohle der Baugrube hergestellt ist. Das Injektionsmedium wird in Poren des Bodenbereiches aufgenommen und hierdurch wird eine wasserundurchlässige Schicht in dem Bodenbereich gebildet. Zum Bilden der wasserundurchlässigen Schicht ist das Injektionsmedium eine Mischung, welche als Komponenten zumindest einen Abdichtungsgrundstoff mit einem pH-Wert zwischen 8 und 10 und einen Härter aufweist, welcher eine Lösung mit Metallsalzen mit monovalenten und/oder polyvalenten Kationen ist, wobei das Injektionsmedium einen an das Grundwasser angepassten, neutralen pH-Wert zwischen 7 und 9 besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugrubenumschließung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Her stellen der Baugrubenumschließung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Baugruben, deren Sohlen unterhalb eines Grundwasserspiegels liegen, bedürfen in aller Regel einer Baugrubenumschlie ßung. Diese soll einen Eintritt des Grundwassers in die Baugrube verhindern. Sofern keine horizontal verlaufende, wassersperrende Bodenschicht vorhanden ist, muss für die Baugrubenumschließung eine im Wesentlichen horizontal ver laufende Abdichtungssohle erstellt werden.

Zum Herstellen einer derartigen Abdichtungssohle für eine Baugrubenumschließung sind verschiedene Verfahren bekannt. So wird beispielsweise mit einem sogenannten Düsenstrahl verfahren eine Abdichtungssohle aus Zement in einem Boden bereich unterhalb der Baugrubensohle eingebracht.

Das Verfahren ist sehr zeitaufwändig und mit relativ hohen Kosten verbunden.

Zur Herstellung einer gattungsgemäßen Abdichtungssohle ist ein sogenanntes Weichgel-Injektionsverfahren bekannt, bei welchem ein Weichgel auf Wasserglasbasis in einen Bodenbe reich unterhalb der Baugrubensohle injiziert wird. Bei ei ner so hergestellten Abdichtungssohle härtet das Weichgel nicht aus, sondern bildet zum Erzeugen der wasserundurch lässigen Schicht eine gelartige Struktur. Aufgrund der bes seren Fließfähigkeit des Weichgels können diese Abdich tungssohlen im Vergleich zu dem vorgenannten bekannten Ver fahren schneller und auch kostengünstiger erstellt werden.

Allerdings werden diese effizient herzustellenden Abdich tungssohlen in vielen Fällen dort nicht zugelassen, wo be sonders hohe Anforderungen an den Grundwasserschutz ge stellt werden. Es besteht der Verdacht einer Umweltbelas tung durch diese Weichgelsohlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baugrubenumschließung zu schaffen, welche sowohl wirt schaftlich herstellbar als auch besonders schonend für Grundwasser und Boden ist. Weiter ist es Aufgabe der Er findung, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Baugrubenumschließung zu schaffen.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Baugrubenum schließung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Ver fahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzug te Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ausgehend von einer Abdichtungssohle zur horizontalen Ab dichtung einer Baugrube gegen Grundwasser, bei welcher in einen porösen Bodenbereich unterhalb einer Sohle der Bau grube ein Injektionsmedium eingepresst ist, welches in den Poren des Bodenbereiches aufgenommen ist und hierdurch eine wasserundurchlässige Schicht in dem Bodenbereich bildet, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die wasserun durchlässige Schicht mit einem Injektionsmedium gebildet ist, welches einen im Wesentlichen neutralen pH-Wert zwi schen 7 und 9 besitzt.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die bisher für Weichgelsohlen verwendeten glasartig erstarren den Alkalisilikate in wässriger Lösung stark alkalisch reagieren. Das vornehmlich zum Einsatz kommende Natrium- oder Kalium-Wasserglas hat dabei einen pH-Wert von 12 bis 13. Es wurde nach der Erfindung festgestellt, dass die bei dieser alkalisch reagierenden Substanz freiwerdenden Hy droxidionen in dem Grundwasser Ursache für Ausfällungen sein können. Diese Ausfällungen in dem Grundwasser werden als Umweltbelastung erachtet.

Basierend auf dieser Erkenntnis ist es ein Grundgedanke der Erfindung, eine Abdichtungssohle mit einem neutralen pH- Wert zu schaffen. Neben einem vorzugsweise einzustellenden pH-Wert von 7 wurde erkannt, dass auch ein nur schwach ba sisch oder sauer reagierendes Injektionsmedium noch ausrei chend umweltverträglich ist, sofern der pH-Wert in einem pH-Wertbereich zwischen 6 und 9 liegt. Es wurde festge stellt, dass eine Abdichtungssohle mit einem derartigen pH- Wert bei der natürlichen Pufferwirkung des Bodens und des Grundwassers keine oder keine nennenswerten Ausfällungen hervorruft. Eine derartige Abdichtungssohle kann daher auch in den Bereichen hergestellt werden, bei welchen bisher we gen besonders hoher Sensibilität der Reinheit des Grundwas sers Weichgelabdichtsohlen nicht zugelassen wurden. Insge samt schafft die Erfindung eine Baugrubenumschließung welche wirtschaftlich mit hoher Dichtigkeit und großer Umwelt verträglichkeit hergestellt werden kann.

Eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei einer ausreichenden Stabilität der wasserundurchlässigen Schicht wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die mit dem Injektionsme dium gebildete wasserundurchlässige Schicht eine Dicke in einer Größenordnung von 0,5 bis 3 m hat.

Grundsätzlich kann das verwendete Injektionsmedium mit dem neutralen pH-Wert, welcher vorzugsweise zwischen 7 und 9 beträgt, eine nicht aushärtbare flüssige oder auch zähflüs sige Struktur besitzen. Bevorzugt ist es jedoch nach der Erfindung, dass das Injektionsmedium zum Bilden der wasser undurchlässigen Schicht eine gelartige Struktur aufweist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, dass zwischen der Sohle der Baugrube und der gebildeten wasserundurchlässigen Schicht eine Bodenschicht verbleibt, deren Gewicht die Auftriebskräfte nach einer Grundwasserabsenkung im Inneren der Baugrube kompensiert. Es handelt sich hierbei um die einfachste und kosteneffi zienteste Möglichkeit der Auftriebssicherung. Es sind je doch weitere Verfahren möglich, bei welchen eine dünnere verbliebene Bodenschicht zusätzlich durch Zugelemente zur Auftriebssicherung in Bodenbereichen unterhalb der wasser- undurchlässigen Schicht verankert werden kann. Weiterhin könnten zusätzliche Gewichte zur Kompensation der Auf triebskräfte auf die Sohle der Baugrube aufgelegt werden. Hinsichtlich der Stabilität der wasserundurchlässigen Schicht ist es jedoch in aller Regel erforderlich, dass eine gewisse Bodenschicht zwischen der Sohle der Baugrube und der gebildeten wasserundurchlässigen Schicht ver bleibt.

Hinsichtlich einer Baugrubenumschließung mit einer im We sentlichen horizontal verlaufenden Abdichtungssohle und einer im Wesentlichen vertikal verlaufenden Umschließungs wand ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die vorausgehend beschriebene Abdichtungssohle für die Baugru benumschließung vorgesehen ist. Die Abdichtungssohle wird dabei an ihrem Außenumfangsrand dicht mit der vertikal ver laufenden Umschließungswand verbunden, so dass insgesamt eine dichte Baugrubenumschließung erreicht wird. Als Um schließungswände können sowohl Bohrpfahlwände, Schlitzwände oder rückverankerte und abgedichtete Stützwandelemente ein gesetzt werden.

Ausgehend von einem Injektionsmedium zum Herstellen einer Abdichtungssohle einer Baugrube, welches in einen porösen Bodenbereich unterhalb einer Sohle der Baugrube einpressbar und zum Bilden einer stabilen wasserundurchlässigen Schicht in Poren des Bodenbereiches aufnehmbar ist, ist vorgesehen, dass das Injektionsmedium einen im Wesentlichen neutralen pH-Wert zwischen 6 und 9 besitzt. Mit diesem Injektionsme dium können grundwasserschonende Abdichtungssohlen mit ho her Wirtschaftlichkeit erstellt werden.

Eine besonders einfache Handhabung wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass das Injektionsmedium eine Mischung ist, welche als Komponenten zumindest einen Abdichtungs grundstoff und einen Härter aufweist.

Vorzugsweise weist dabei der Abdichtungsgrundstoff einen pH-Wert zwischen 8 und 10 auf und der Härter ist eine Lö sung mit Metallsalzen mit monovalenten und/oder polyvalen ten Kationen. Ausgehend von einem schwach basischen Abdich tungsgrundstoff kann durch die Zugabe des Härters, welcher in aller Regel ein Geliermedium ist, der pH-Wert des In jektionsmediums auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Es kann so eine nahezu optimale Anpassung an die Gegebenheiten des Bodens oder des Grundwassers erfolgen.

Eine besonders hohe Dichtigkeit und eine wirtschaftliche Herstellung wird nach der Erfindung weiter dadurch er reicht, dass der Abdichtungsgrundstoff eine kolloidale Lösung auf Wasserbasis ist. Die Herstellung des Injektions mediums auf der Basis von Wasser ist sowohl hinsichtlich der Kosten besonders günstig und unter Umweltgesichtspunkten grundwasserneutral. Die leimartige Lösung kann insbesondere auf Grundlage von Silikaten erstellt werden. Durch entspre chende Behandlung mit Ionenaustauschern kann ein gewünsch ter pH-Wert eingestellt werden.

Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass der Abdichtungsgrundstoff ein Kieselsol ist. Unter Kieselsol wird allgemein eine wässrige Lösung kolloidaler Silikate mit der Bezeichnung (SiO₂)_x × nH₂O verstanden. Es wurde festgestellt, dass Kieselsol insbesondere bei Zu gabe eines Härters aus Metallsalzen im Boden eingebracht ei ne Abdichtungssohle mit hervorragenden Abdichtungseigen schaften bei einem neutralen pH-Wert ergibt.

Dabei ist es bevorzugt, dass die Teilchengröße der SiO₂-Partikel in dem Kieselsol zwischen 5 bis 150 nm beträgt. Die Teilchengröße kann bei der Herstellung des Kieselsols eingestellt und auf die Porosität des Bodens, in welchen das Kieselsol zur Bildung der wasserundurch lässigen Sicht eingebracht Wird, abgestimmt werden.

Erste Versuche, insbesondere bei Verwendung von Kieselsol als Abdichtungsgrundstoff, haben besonders gute Eigen schaften hinsichtlich der Neutralität ergeben, wenn ein Härter mit mindestens einer der folgenden Komponenten ver wendet wird:

- Al₂(SO₄)₃ sowie dessen Hydrate,
- AlCl₃ sowie dessen Hydrate,
- FeSO₄ sowie dessen Hydrate,
- FeCl₃ sowie dessen Hydrate,
- FeCl₂ sowie dessen Hydrate,
- MgCl₂,
- MgSO₄ sowie dessen Hydrate,
- NaHCO₃,
- NaHSO₄,
- NaCl,
- Na₂SO₄ sowie dessen Hydrate,
- KHPO₄,
- KHCO₃,
- KHSO₄,
- KCl,
- K₂SO₄.
- CaCl₂ sowie dessen Hydrate.

Eine besonders wirtschaftlich herzustellende Abdichtsohle wird nach der Erfindung mit einem Injektionsmedium er reicht, welches aus 60 bis 80 Gew.-% Wasser, 10 bis 30 Gew.-% Kieselsol und 2 bis 10 Gew.-% Härter besteht. Durch den An teil des Härters kann die sogenannte Gelierzeit des Kiesel sols eingestellt werden. Je höher der Prozentanteil des Härters an dem Injektionsmedium, desto schneller nimmt das Injektionsmedium eine stabile gelartige Struktur an. Durch den Anteil des Kieselsols in dem Injektionsmedium kann so wohl die Stabilität als auch die Dichtigkeit der zu erzeu genden Abdichtungsohle beeinflusst werden.

Ein besonders wirtschaftliches Erstellen der Abdichtsohle wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass das Injek tionsmedium beim Einpressen in den porösen Bodenbereich im Wesentlichen flüssig ist und dass das Injektionsmedium zum Bilden der wasserundurchlässigen Schicht eine gelartige Struktur annimmt. Dabei kann die sogenannte Gelierzeit, wie zuvor ausgeführt, durch den Anteil des Härters, insbeson dere bei Verwendung eines Metallsalzes, eingestellt werden.

Eine weitere Verbesserung der Herstellung der Abdichtungs sohle ist nach der Erfindung dadurch möglich, dass das In jektionsmedium thixotrop ist. Das heißt, unter mechani scher Einwirkung etwa bei Einpressen des Injektionsmediums in den Boden ist dieses flüssig, während das Injektionsme dium ohne einwirkende mechanische Verschiebekraft einen festen gelartigen Zustand einnimmt.

Die Erfindung umfasst weiter ein Verfahren zum Erstellen einer Abdichtungssohle zur horizontalen Abdichtung einer Baugrube gegen Grundwasser, wobei in einen porösen Boden bereich unterhalb einer Sohle der Baugrube ein Injektions medium eingepresst wird, welches in den Poren des Bodenbe reiches aufgenommen und hierdurch eine wasserundurchlässi ge Schicht in dem Bodenbereich gebildet wird. Bei diesem Verfahren ist es vorgesehen, dass die wasserundurchlässige Schicht mit einem Injektionsmedium gebildet wird, welches einen im Wesentlichen neutralen pH-Wert zwischen 6 und 10 besitzt. Das Verfahren dient insbesondere zur Erstellung einer Abdichtsohle gemäß der vorliegenden Beschreibung bzw. verwendet ein Injektionsmedium gemäß der vorherigen Be schreibung.

Bei diesem Verfahren wird das Injektionsmedium vor einem Injizieren in den Boden aus zumindest einem Abdichtungs grundstoff und einem Härter gemischt. Zum Einstellen eines gewünschten pH-Wertes des Injektionsmediums wird der Ab dichtungsgrundstoff mit einem schwach alkalischen pH-Wert, insbesondere zwischen 9 und 10, ausgewählt, während als Härter eine Lösung mit Metallsalzen mit monovalenten und/oder polyvalenten Kationen zugemischt wird.

Durch die Auswahl der Art und Menge des Härters wird wei ter eine definierte Gelierzeit, insbesondere zwischen we nigen Minuten und einigen Stunden, eingestellt.

Mit der Erfindung ist so insgesamt eine Baugrubenum schließung besonders wirtschaftlich herstellbar, welche zu dem hohen Anforderungen an einen Umweltschutz und insbeson dere einen Grundwasserschutz Rechnung trägt.

Claims

1. Baugrubenumschließung zur Abdichtung einer Baugrube gegen Grundwasser, mit einer im Wesentlichen vertikal verlaufenden Umschließungswand und einer im Wesentli chen horizontal verlaufenden Abdichtungssohle, welche durch Einpressen eines Injektionsmediums in einen po rösen Bodenbereich unterhalb der Sohle der Baugrube hergestellt ist, wobei das Injektionsmedium in Poren des Bodenbereiches aufgenommen und hierdurch eine was serundurchlässige Schicht in dem Bodenbereich gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bilden der wasserundurchlässigen Schicht das Injektionsmedium eine Mischung ist, welche als Kompo nenten zumindest einen Abdichtungsgrundstoff mit einem pH-Wert zwischen 8 und 10 und einen Härter aufweist, welcher eine Lösung mit Metallsalzen mit monovalenten und/oder polyvalenten Kationen ist, wobei das Injek tionsmedium einen an das Grundwasser angepassten, neu tralen pH-Wert zwischen 7 und 9 besitzt.

2. Baugrubenumschließung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Injektionsmedium gebildete wasserun durchlässige Schicht eine Dicke in einer Größenordnung von 0,5 bis 3 m hat.

3. Baugrubenumschließung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmedium zum Bilden der wasserun durchlässigen Schicht eine gelartige Struktur auf weist.

4. Baugrubenumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sohle der Baugrube und der gebilde ten wasserundurchlässigen Schicht eine Bodenschicht verbleibt, deren Gewicht die Auftriebskräfte nach einer Grundwasserabsenkung im Inneren der Baugrube kompensiert.

5. Baugrubenumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdichtungsgrundstoff eine kolloidale Lösung auf Wasserbasis ist.

6. Baugrubenumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdichtungsgrundstoff ein Kieselsol ist.

7. Baugrubenumschließung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengröße der SiO₂-Partikel in dem Kieselsol zwischen 5 bis 150 nm beträgt.

8. Baugrubenumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter mindestens eine der folgenden Kompo nenten aufweist:

- Al₂(SO₄)₃ sowie dessen Hydrate,
- AlCl₃ sowie dessen Hydrate,
- FeSO₄ sowie dessen Hydrate,
- FeCl3 sowie dessen Hydrate,
- FeCl₂ sowie dessen Hydrate,
- MgCl₂,
- MgSO₄ sowie dessen Hydrate,
- NaHCO₃,
- NaHSO₄,
- NaCl,
- Ma₂SO₄ sowie dessen Hydrate,
- KHPO₄,
- KHCO₃,
- KHSO₄,
- KCl,
- K₂SO₄,
- CaCl₂ sowie dessen Hydrate.

9. Baugrubenumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmedium aus 60 bis 80 Gew.-% Wasser, 10 bis 30 Gew.-% Kieselsol und 2 bis 10 Gew.-% Härter besteht.

10. Baugrubenumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmedium beim Einpressen in den po rösen Bodenbereich im Wesentlichen flüssig ist und dass das Injektionsmedium zum Bilden der wasserun durchlässigen Schicht eine gelartige Struktur annimmt.

11. Baugrubenumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmedium thixotrop ist.

12. Verfahren zum Erstellen einer Baugrubenumschließung zur Abdichtung einer Baugrube gegen Grundwasser, ins besondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ei ne im Wesentlichen vertikal verlaufende Umschließungs wand und eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Abdichtungssohle erstellt werden, welche durch Ein pressen eines Injektionsmediums in einen porösen Boden bereich unterhalb der Sohle der Baugrube hergestellt wird, wobei das Injektionsmedium in Poren des Bodenbe reiches aufgenommen und hierdurch eine wasserun durchlässige Schicht in dem Bodenbereich gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmedium einen an das Grundwasser an gepassten, neutralen pH-Wert zwischen 7 und 9 besitzt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bilden der wasserundurchlässigen Schicht das Injektionsmedium eine Mischung ist, welche als Kompo nenten zumindest einen Abdichtungsgrundstoff mit einem pH-Wert zwischen 8 und 10 und einen Härter aufweist, welcher eine Lösung mit Metallsalzen mit monovalenten und/oder polyvalenten Kationen ist.