EP3656926B1 - Verfahren zur stabilisierung und anhebung von bauwerken - Google Patents

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EP3656926B1
EP3656926B1 EP18207351.0A EP18207351A EP3656926B1 EP 3656926 B1 EP3656926 B1 EP 3656926B1 EP 18207351 A EP18207351 A EP 18207351A EP 3656926 B1 EP3656926 B1 EP 3656926B1
Authority
EP
European Patent Office
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injections
fracture
injection
ground
compaction
Prior art date
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Active
Application number
EP18207351.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3656926C0 (de
EP3656926A1 (de
Inventor
Reiner Otterbein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keller Holding GmbH
Original Assignee
Keller Holding GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Keller Holding GmbH filed Critical Keller Holding GmbH
Priority to EP18207351.0A priority Critical patent/EP3656926B1/de
Publication of EP3656926A1 publication Critical patent/EP3656926A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3656926C0 publication Critical patent/EP3656926C0/de
Publication of EP3656926B1 publication Critical patent/EP3656926B1/de
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D35/00—Straightening, lifting, or lowering of foundation structures or of constructions erected on foundations

Definitions

  • the invention relates to a method for stabilizing and controlled lifting of buildings and components.
  • the DE 35 21 434 A1 discloses an injection method in which boreholes are drilled in the ground, valve pipes are inserted into the boreholes, the remaining annular space in the borehole is filled with blocking or sealing means, injection liquids are introduced into the valve pipes, which solidify to form a solid body, with the solid bodies breaking through the blocking means and break up, displace and compact the in-situ soil.
  • a method for securing buildings against subsoil movements due to a mobile ground step which forms an offset flank between a stationary subsoil block and a sagging subsoil block.
  • an abutment zone serving as a stabilization layer is formed in the ground at a distance below the structure to be secured by injecting a binding agent suspension.
  • a non-positive volume replacement zone is formed to compensate for any subsidence that has occurred or is to be expected.
  • the volume replacement zone is formed by injecting different binder suspensions.
  • the binder suspension is injected via valve pipes that are arranged one-dimensionally or multidimensionally in the ground and extend like a fan. Depending on the lowering and/or inclination measurements carried out, further adhesion or volume tracking injections are carried out in the volume replacement zone.
  • first layers are injected into the ground, using a suspension with a high permeability with a microcement, and several second layers, which lie between the first layers and which are created using a suspension with a lower permeability.
  • An injection method for securing buildings is known from prospectus 61-02 D of the applicant, which is also marketed by the applicant under the brand name Soilfrac method.
  • flow paths fracs
  • Valve pipes are installed in the ground to be treated.
  • a hardening suspension (jacket mixture) is filled into the annular space between the borehole wall and the valve pipe.
  • An injection hose is inserted into the valve pipe to inject the Soilfrac suspension.
  • a double packer is attached to its lower end, which seals the valve tube above and below the valve and thus enables individual valve stages to be pressed.
  • valve stages are pressed once or several times.
  • injection quantity, the maximum injection pressure and, in the case of repetition, the hardening pause must be observed as specified.
  • Valve pipes can be kept operational for long periods of time.
  • both methods can only be used to a limited extent or no longer at all.
  • a targeted lifting of components is hardly controllable or the effort becomes uneconomical due to undefined stress generation within the hardening areas.
  • the time and technical effort (injection effort) is hardly achievable and targeted remedial measures can therefore not be carried out safely.
  • One object of the present invention is to propose a method for stabilizing or controlled raising of buildings, which enables targeted raising and possibly also subsequent compensation of ground changes, particularly in soft soils.
  • a method for stabilizing structures comprising: carrying out compaction injections underneath the structure, in each case by sinking an injection pipe and injecting an injection agent into the ground, with a series of individual injection bodies lying one on top of the other being produced, which together each form a stabilization element; performing fracturing grouting beneath the structure by means of at least one in-soil fracturing grouting tube which is buried to a depth of at least one quarter of the depth of the longest stabilizing element; characterized in that the break-up injections - viewed in horizontal section - are carried out in soil areas between two or more stabilizing elements; and wherein the break-up injections are carried out by injecting a suspension at different depths, such that the break-up injection bodies produced by means of break-up injections have an overlap of at least a quarter of the longest stabilization element with the stabilization elements in the depth direction.
  • An advantage of the method described is that the stabilization elements produced by means of compaction injections already result in a stabilization structure in the ground if break-up injections are then carried out by means of suspension in overlapping depth areas.
  • compaction injections on the one hand and break-up injections on the other hand work together in a favorable manner.
  • the compaction injections that are introduced first which in this respect can also be referred to as primary injections, cause large-volume bracing and pre-stabilization of the previously relaxed or only insufficiently stable soil.
  • the subsequent break-up injections which in this respect can also be referred to as secondary injections, use the one already established previously Prestressing the soil for further uplift injections.
  • the at least partial overlap in the depth direction or vertical direction between the break-up injections and the stabilization elements previously introduced into the soil by means of compaction injections prevents uncontrolled lateral migration of the suspension, since the stabilization elements form a barrier when the suspension is introduced.
  • the break-up injection bodies produced with it and the previously produced stabilization elements act functionally in parallel, ie the building is supported on both body structures at the same time.
  • the steps described, that the fracturing injections - viewed in horizontal section - are carried out in soil areas between two or more stabilization elements and that the fracturing injections are made to a depth of at least one quarter of the longest stabilization element, only for a partial number, in particular a majority of the break-up injections, optionally also for all break-up injections.
  • the grout used for the compaction injections has a greater stiffness, pastiness and/or viscosity when injected than the suspension for the fracturing injections.
  • compact stabilization elements are created by means of the compaction injections, while lamellar structures are produced in the soil with the break-up injections.
  • the fracturing injections are carried out by means of a plurality of fracturing injection tubes which are placed and left in the ground. These tubes remaining in the ground can also be referred to as sleeve tubes or valve tubes.
  • several injection passes over the pipe system can be adapted to the local situation and repeated as part of the break-up injections.
  • the necessary elevations can be finely controlled after a short time using individual stages of the break-up injection pipes or sleeve pipes immediately during injection.
  • the break-up injections can also be repeated afterwards, for example after several years to generate further increases.
  • the positive effect is particularly evident in cohesive or very soft or loose soils where there is a risk of uncontrolled suspension migration.
  • the method can also be used in a targeted manner for small or unstable foundations.
  • compaction injection is understood as an injection method with displacement of the subsoil, with the purpose of pressing an injection medium with high internal friction into the ground in order to compact the ground without breaking it up.
  • the injection medium which is in particular pasty and injected under high pressure, displaces the in-situ soil and compacts it in the process.
  • the internal friction of the grout ensures that a compact grout is created in the ground.
  • a mortar or another pasty thickening agent can be used, for example, as the injection agent for the compression injections.
  • the injection agent used has a relatively high rigidity or high viscosity, which is also referred to as pasty.
  • the rigidity of the grout is preferably equal to or greater than that of fresh concrete in the plastic consistency range, ie plastic, rigid or very rigid.
  • the associated slump classes for the consistency range of fresh concrete according to DIN 1045 are F2 or less (F1), the associated compaction classes are C2 or less (C1, C0).
  • an grout with a water solids ratio of less than 0.6 is used.
  • the water-solids value designates the mixing ratio of water to solids, the solids being in particular mortar or another thick substance, as mentioned above.
  • a break-up injection method is understood to mean an injection method in which a suspension with a relatively low viscosity is injected into the soil.
  • This method is also marketed by the applicant under the name Soilfrac method.
  • the ground is broken open and it arise skeletal branches or lamellar structures.
  • the increase in volume causes a corresponding consolidation in the soil, which compacts the soil structure and reduces the pore space.
  • the suspension used for the break-up injections has a water binding average value (mixing ratio of water to binding agent) of preferably greater than 0.8.
  • cement, rock flour, dam and/or bentonite can be used as a binder.
  • setting accelerators such as water glass or other silicates can be added to the suspension.
  • the compaction injections can be carried out in several rows and/or levels.
  • the rows or planes can run parallel and/or at an angle to one another.
  • the rows and/or levels preferably run at least mostly below the structure to be supported.
  • at least some of the compression injections are carried out in such a way that the stabilizing elements produced therewith enclose an angle of 0° to 80°, in particular 0° to 60°, preferably 0° to 45°, relative to a vertical axis.
  • the compression injections are carried out along an edge area of the structure or a foundation of the structure, so that the stabilization elements produced by means of compression injections form a limiting structure in the ground below the edge area of the structure. This ensures a particularly good pre-stabilization or structure against undesired migration of the suspension during the subsequent soil frac injections.
  • the break-up injection tubes - viewed in vertical section - can be inserted into the ground in spaces between two or more adjacent stabilization bodies.
  • the break-up injection pipes that these can be introduced into the ground in several rows or levels, which can be arranged parallel or at an angle to one another.
  • At least one can Partial number of break-up injection tubes are introduced into the ground in such a way that they enclose an angle of 0° to 80°, in particular 0° to 60°, preferably 0° to 45°, with a vertical axis.
  • a measuring system is installed on at least one part of the structure to check the inclination or height.
  • the measuring system can be permanently integrated into the structure or temporarily attached to it.
  • a measuring system can also be provided on the base plate for height monitoring.
  • One or more measuring systems are conceivable.
  • the at least one measuring system is designed to record at least one physical measured variable representing the inclination and/or height of the structure.
  • the height and/or inclination of the building can be monitored by means of this measured variable(s) while the break-up injections are being carried out, so that an exact elevation or alignment is made possible.
  • the alignment can preferably be automated or, if high accuracy is maintained, can be carried out manually in individual cases.
  • core drillings can be made in the foundation, through which grouting pipes for producing the compression injections and/or the break-up injection pipes for making the break-up injections are passed.
  • the secondary injections and further post-injections can be carried out using the break-up injection pipes.
  • Core drilling is optional.
  • the bores can also be guided past the side of the foundation.
  • Figure 1A shows a building 2 with foundation 4, base plate 3, side wall 5 and roof 6 in vertical section.
  • the foundation 4 is designed as a single foundation and is arranged in the ground, with the use of strip foundations also being possible.
  • the soil layers 8, 9 lying below the top edge 7 of the terrain have different properties.
  • the texture of the top soil layer 8 is soft, while the underlying soil layer 9 represents a stable soil.
  • FIG. 1A shows the building after installing a measuring system 10 for checking the inclination or height.
  • the measuring system 10 can, for example, be attached to the wall 5 of the building 2 and, if necessary, a measuring system 10′ can also be attached to the base plate 3 and is only shown schematically in the present case. It is designed to record at least one physical measurement variable representing the inclination and/or height of the building 2 .
  • the measuring system can have at least one height sensor and/or at least one inclination sensor, with a hose scale and/or a tilt meter also being used can come.
  • the height or inclination of the structure 2 can be monitored by means of the recorded measured variables while the method according to the invention is being carried out, so that an exact elevation or alignment is made possible.
  • Core bores 11 that have been drilled through the foundation 4 can also be seen.
  • the core bores 11, which can optionally be produced depending on the structural space conditions of the structure to be stabilized, are used to place empty pipes for injections to be carried out later, namely compression and/or break-up injections, which will be described in more detail below.
  • compaction injections are carried out below the structure 2 or below the foundation 4 in order to produce a plurality of stabilization elements 12, 13.
  • the compression injections are each produced by sinking an injection pipe (not shown) and injecting an in particular pasty or stiff injection medium into the ground 8 .
  • the pasty injection agent introduced under high pressure displaces the existing soil 8, 9 and compacts it without breaking it up.
  • the internal friction of the grout creates a compact grout in the ground.
  • the injections are carried out in such a way that a row of individual, superimposed injection bodies 14, 14', 14", etc. is produced, which together form a stabilizing element 12a, 12b, 12c, 13a, 13b.
  • the stabilizing elements can act from the foundation Support vertical forces downwards with a higher load-bearing capacity in the lower-lying floor areas 9. They are designed in particular in the form of columns and in this respect can also be referred to as column elements.
  • the injection agent has a relatively high rigidity or high viscosity in the processing state, so that compact injection bodies 14, 14 ', 14 "etc. are produced. It goes without saying that other pasty thick materials can also be used as injection agent.
  • the stiffness of the injection agent can in particular equally stiff or be stiffer than fresh concrete of consistency classes C2 (compaction class) and/or F2 (slump class) according to DIN 1045, i.e. plastic to stiff.
  • FIG. 2A shows, which shows a plan view of the compaction arrangement, several rows of stabilizing elements 12, 13 are produced along the foundation 4.
  • the arrangement and number of stabilizing elements can be selected individually according to the technical requirements with regard to the soil conditions and the building in order to achieve the desired compaction result.
  • the compression injections can be carried out in a number of rows and/or levels, with the rows or levels being able to run parallel and/or at an angle to one another.
  • the stabilizing elements 12, 13 are produced at least for the most part below the structure 2 to be supported.
  • the stabilizing elements 12, 13 can be introduced into the base 8, 9 in a fan-like manner and enclose an angle of, for example, between 0° and 80° or less relative to a vertical axis.
  • stabilizing elements 12, 13 are arranged in four planes Ea, Eb, Ec, Ed. Stabilizing elements lying in one plane can be introduced into the ground like a fan.
  • a first stabilizing element 12a is introduced into the floor 8, 9 at an angle of 90° to the horizontal in a floor area lying outside of the side wall 5, as is a second column element 13a , which is introduced into the floor 8 below the floor plate 3 at an angle of approximately 70° to the horizontal.
  • the first stabilizing element 12a and the second stabilizing element 13a both extend into the lower floor area 9, the respective depths being denoted by T12a and T13a.
  • the stabilizing elements 12a, 13a and each further stabilizing element designed analogously thereto can support forces acting from the foundation 4 or from the building 2 in the lower-lying ground region 9.
  • a corresponding arrangement of stabilizing elements 12d, 13d is provided in a plane Ed lying on the other side of the foundation 4. So form the stabilizing elements 12a, 13a of the first Level Ea and the stabilization elements 12d, 13c of the second level Ed stabilizations in the foundation 4 laterally adjacent soil areas.
  • first column elements 12b is introduced into the floor 8, 9 at an angle of approximately 85° to the horizontal in an outer edge region below the foundation 4, as well as a second column element 13b is introduced into the floor 8, 9 at an angle of approximately 70° to the horizontal below an inner edge region of the foundation 4 or below the base plate 3.
  • the first stabilizing element 12b of level Eb has a similar depth to the first stabilizing element 12a of the first level Ea
  • the second stabilizing element 12b of level Eb has a similar depth to the second stabilizing element 13a of the first level Ea.
  • Plane Ec is immediately adjacent to plane Eb. Only one stabilizing element 12c is provided here, which is introduced into the floor 8 at an angle of approximately 45° to the horizontal below an inner edge region of the foundation 4 or below the base plate 3 .
  • Figure 1C shows the state after the introduction of the stabilization elements 12, 13 by means of compression injections.
  • break-up injections are carried out underneath the structure 2 by means of break-up injection pipes 15, 16 introduced into the ground 8.
  • the break-up injection pipes 15, 16, which can be designed in the form of sleeve pipes, can be introduced into the ground 8 before, with a time overlap and/or after the stabilization elements 12, 13 have been produced. It is provided that at least some of the sleeve tubes 15, 16, preferably the majority or even all of the sleeve tubes, down to a depth T15, T16 of at least a quarter, preferably at least a third, in particular at least half of the depth T12 of the longest stabilization element is introduced into the floor 8.
  • FIG. 1C shows the state after the insertion of the cuff tubes 15, 16 in the ground 8.
  • the cuff tubes 15, 16 can be made of steel, plastic or composite material. They each have several openings along their length for injecting the suspension and are also referred to as valve tubes.
  • the break-up injections are made by injecting a suspension at different depths along the respective sleeve tube 15,16.
  • the in-situ soil 8 is broken up and skeletal branches 17, 17', 17" etc. or lamellar structures are formed.
  • the increase in volume causes a corresponding consolidation in the soil, which compacts the soil structure and reduces the pore space.
  • the suspension used for the break-up injections has a lower viscosity than the injection agent used to produce the stabilizing elements 12, 13.
  • the suspension preferably has a water binding agent value, i.e. the mixing ratio of water to binding agent, of preferably greater than 0.8.
  • Cement can be used as a binding agent, for example, with optional if required, setting accelerators such as water glass or other silicates can be added.
  • the break-up injections are carried out in soil areas between the stabilizing elements 12, 13 both in the horizontal section and in the vertical section.
  • the sleeve tubes 15, 16 can be introduced into the ground in several rows or levels, which can be arranged parallel or at an angle to one another. At least some of the sleeve tubes, preferably the majority or all of the sleeve tubes 15, 16, can be introduced into the ground in such a way that they enclose an angle of 0° to 80° or less with a vertical axis.
  • the two injection methods described, or the compression structures produced with them work together to achieve good stabilization and/or controlled lifting of the structure.
  • the stabilization elements 12, 13 introduced first into the base 8, 9 cause a large-volume bracing and pre-stabilization of the base.
  • the subsequently introduced break-up injections use the prestressing of the soil 8, 9 that has already been built up, whereby by the vertical overlapping of the break-up injections produced and the previously produced stabilizing elements 12, 13 prevent uncontrolled migration of the suspension, since the stabilizing elements 12, 13 form a barrier when the suspension is introduced.
  • the break-up injection bodies 18 produced with it and the previously produced stabilizing elements 12, 13 act functionally in parallel, ie the building 2 is supported on both body structures at the same time.
  • the break-up injections are pressed into the bottom 8 in four planes Fa, Fb, Fc, Fd, said planes Fa, Fb, Fc, Fd being arranged between the two outer planes Ea, Ed of the compression injections.
  • the first plane Fa which lies between the outer stabilization plane Ea and the middle stabilization plane Eb when viewed in horizontal section
  • the collar tube 16a is inserted into the floor 8 at an angle of approximately 55° to the horizontal in a floor area below the foundation 4 .
  • Another sleeve tube 18b is introduced into the floor 8 in a second plane Fb at an angle of approximately 85° to the horizontal below the foundation 4 .
  • the first break-up injection body 18a is thus created between the stabilizing elements 12c and 13b, and the second break-up injection body 18b between the stabilizing elements 13b and 12b.
  • Further break-up grouts 18c, 18d are injected into soilfrac planes Fc, Fd which are made analogous to break-up grouts 18a, 18b in terms of orientation and configuration between the central stabilization plane Eb and the second outer stabilization plane Ed.
  • the compression arrangement is shown after injecting the suspension and producing the break-up injection bodies 18a, 18b, which are shown here with bold lines.
  • the inventive combination of the compaction injection method with the break-up injection method proposes a safe and precisely controllable compensation method with which targeted elevations are possible immediately or at a later point in time as required, especially in soft soils.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung und gesteuerten Anhebung von Bauwerken und Bauteilen.
  • Die DE 35 21 434 A1 offenbart ein Injektionsverfahren, bei dem Bohrlöcher in den Boden gebohrt werden, in die Bohrlöcher Ventilrohre eingesteckt werden, der verbleibende Bohrlochringraum mit Sperr- bzw. Dichtungsmittel ausgefüllt wird, in die Ventilrohre Injektionsflüssigkeiten eingeleitet werden, die zum Feststoffkörper erstarren, wobei die Feststoffkörper das Sperrmittel durchbrechen und den anstehenden Boden aufbrechen, verdrängen und verdichten.
  • Aus der DE 41 37 359 A1 ist ein Verfahren zur Sicherung von Bauwerken gegen Baugrundbewegungen aufgrund einer mobilen Erdstufe bekannt, die zwischen einem ruhenden Baugrundblock und einem absackenden Baugrundblock eine Versatzflanke ausbildet. Dabei wird im Boden im Abstand unterhalb des zu sichernden Bauwerks mittels Injizieren einer Bindemittelsuspension eine als Stabilisierungsschicht dienende Widerlagerzone ausgebildet. Unterhalb der Widerlagerzone wird eine kraftschlüssig mit dieser verbundene Volumenersatzzone zum Ausgleich von aufgetretenen oder zu erwartenden Senkungen ausgebildet. Die Volumenersatzzone wird durch Injizieren unterschiedlicher Bindemittelsuspensionen gebildet. Die Injektion der Bindemittelsuspension erfolgt über ein- oder mehrdimensional im Boden angeordnete, sich fächerartig erstreckende Ventilrohre. In Abhängigkeit von durchgeführten Senkungs- und/oder Neigungsmessungen werden weitere Kraftschluss- bzw. Volumennachführinjektionen in der Volumenersatzzone durchgeführt.
  • Aus der RU 2603783 ist ein Verfahren zur Sicherung von Bauwerken bekannt. Hierfür werden erste Schichten in den Boden injiziert, mittels einer Suspension mit einer hohen Durchlässigkeit mit einem Mikrozement, sowie mehrere zweite Schichten, die zwischen den ersten Schichten liegen und die mittels einer Suspension mit einer geringeren Durchlässigkeit erzeugt werden.
  • Aus dem Prospekt 61-02 D der Anmelderin ist ein Injektionsverfahren zur Sicherung von Bauwerken bekannt, das auch von der Anmelderin auch unter dem Markennamen Soilfrac-Verfahren vermarktet wird. Bei diesem Verfahren werden im Boden Fließwege geöffnet (Fracs) in die das Injektionsgut eindringt und erhärtet. Durch mehrmalige Einwirkung kann eine große Bandbreite an Boden verbessert und es können Hebungen eingeleitet werden. In den zu behandelnden Baugrund werden Ventilrohre eingebaut. In dem Ringraum zwischen Bohrlochwand und Ventilrohr wird eine erhärtende Suspension (Mantelmischung) eingefüllt. Zum Einpressen der Soilfrac-Suspension wird in das Ventilrohr ein Injektionsschlauch eingeführt. An dessen unterem Ende ist ein Doppelpacker befestigt, der das Ventilrohr ober- und unterhalb des Ventils abdichtet und so die Verpressung von einzelnen Ventilstufen ermöglicht. Die einzelnen Ventilstufen werden je nach Bauaufgabe einmal oder mehrmals verpresst. Dazu ist die Injektionsmenge, der maximale Injektionsdruck und bei Wiederholung die Erhärtungspause nach Vorgabe einzuhalten. Ventilrohre können über lange Zeiträume betriebsbereit gehalten werden.
  • Aus dem Prospekt 66-01 D der Anmelderin ist ein Verfahren zur Verdichtungsinjektion (Compaction Grouting) zur Gründungssanierung bei setzungsgefährdeten Bauwerken bekannt.
  • Unter gewissen Randbedingungen wie Geometrie oder Art des Baukörpers sowie auch der geologischen Situation sind beide Verfahren nur noch beschränkt oder gar nicht mehr einsetzbar. Eine gezielte Anhebung von Bauteilen ist kaum steuerbar beziehungsweise der Aufwand wird durch undefinierte Spannungserzeugung innerhalb der Verfestigungsbereiche unwirtschaftlich. Gerade in besonders weichen Bodenschichtungen ist der zeitliche und technische Aufwand (Injektionsaufwand) kaum erreichbar und gezielte Rückstellungen damit nicht sicher ausführbar.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Stabilisierung beziehungsweise gesteuerten Anhebung von Bauwerken vorzuschlagen, das insbesondere in weichen Böden eine gezielte Anhebung und gegebenenfalls auch nachträgliche Kompensation von Bodenveränderungen ermöglicht.
  • Zur Lösung wird ein Verfahren zur Stabilisierung von Bauwerken vorgeschlagen, umfassend: Durchführung von Verdichtungsinjektionen unterhalb des Bauwerks jeweils durch Abteufen eines Injektionsrohres und Einpressen eines Injektionsmittels in den Boden, wobei eine Reihe von einzelnen, übereinanderliegenden Injektionskörpern hergestellt wird, die gemeinsam jeweils ein Stabilisierungselement bilden; Durchführung von Aufbrechinjektionen unterhalb des Bauwerks mittels zumindest eines in den Boden eingebrachten Aufbrech-Injektionsrohres, das bis in eine Tiefe von mindestens einem Viertel der Tiefe des längsten Stabilisierungselements in den Boden eingebracht wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrechinjektionen - im Horizontalschnitt betrachtet - in Bodenbereichen zwischen zwei oder mehr Stabilisierungselementen durchgeführt werden; und wobei die Aufbrechinjektionen durch Einpressen einer Suspension in verschiedenen Tiefen vorgenommen werden, derart, dass die mittels Aufbrechinjektionen hergestellten Aufbrechinjektionskörper mit den Stabilsierungselementen in Tiefenrichtung eine Überdeckung von mindestens einem Viertel des längsten Stabilisierungselements haben.
  • Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist, dass durch die mittels Verdichtungsinjektionen hergestellten Stabilisierungselemente bereits eine Stabilisierungsstruktur im Boden besteht, wenn anschließend Aufbrechinjektionen mittels Suspension in überdeckenden Tiefenbereichen durchgeführt werden. Dabei wirken beide Verfahren, Verdichtungsinjektionen einerseits und Aufbrechinjektionen andererseits, in günstiger Weise zusammen. Die zuerst eingebrachten Verdichtungsinjektionen, welche insofern auch als Primärinjektionen bezeichnet werden können, bewirken eine großvolumige Verspannung und Vorstabilisierung des vorher entspannten oder nur unzureichend tragfähigen Bodens. Die nachfolgenden Aufbrechinjektionen, die insofern auch als Sekundärinjektionen bezeichnet werden können, nutzen die bereits vorher aufgebaute Vorspannung des Bodens für weitere Hebungsinjektionen. Durch die zumindest teilweise Überdeckung in Tiefenrichtung beziehungsweise vertikale Richtung zwischen den Aufbrechinjektionen und den vorher mittels Verdichtungsinjektionen in den Boden eingebrachten Stabilisierungselementen wird insbesondere eine unkontrollierte seitliche Suspensionsabwanderung verhindert, da die Stabilisierungselemente eine Barriere beim Einbringen der Suspension bilden. Nach dem Erstarren der Suspension wirken die hiermit hergestellten Aufbrechinjektionskörper und die vormals hergestellten Stabilisierungselemente funktional parallel, das heißt das Bauwerk stützt sich auf beiden Körperstrukturen gleichzeitig ab. Es versteht sich, dass die beschriebenen Schritte, dass die Aufbrechinjektionen - im Horizontalschnitt betrachtet - in Bodenbereichen zwischen zwei oder mehr Stabilisierungselementen durchgeführt werden und, dass die Aufbrechinjektionen bis in eine Tiefe von mindestens einem Viertel des längsten Stabilisierungselements erstellt werden, nur für eine Teilzahl, insbesondere eine Mehrzahl der Aufbrechinjektionen, gegebenenfalls auch für alle Aufbrechinjektionen gelten kann.
  • Das für die Verdichtungsinjektionen verwendete Injektionsmittel hat beim Einpressen eine größere Steifheit, Pastösität und/oder Viskosität, als die Suspension für die Aufbrechinjektionen. So werden mittels der Verdichtungsinjektionen kompakte Stabilisierungselemente erzeugt, während mit den Aufbrechinjektionen lamellenartige Strukturen im Boden hergestellt werden.
  • Vorzugsweise werden die Aufbrechinjektionen mittels mehrerer Aufbrech-Injektionsrohre durchgeführt, die in den Boden eingebracht werden und dort verbleiben. Diese im Boden verbleibenden Rohre können auch als Manschettenrohre oder Ventilrohre bezeichnet werden. Je nach Erfordernis können im Rahmen der Aufbrechinjektionen mehrere Injektionsdurchgänge über das Rohrsystem an die örtliche Situation angepasst und wiederholt werden. So kann die gewünschte Höhe beziehungsweise Neigung des Bauwerks gezielt eingestellt werden, was auch nachträglich weiterhin möglich bleibt. Dabei können erforderliche Anhebungen nach kurzer Zeit individuell über einzelne Stufen der Aufbrech-Injektionsrohre beziehungsweise Manschettenrohre unmittelbar beim Injizieren fein gesteuert werden. Die Aufbrechinjektionen können bei Bedarf aber auch im Nachgang, beispielsweise nach mehreren Jahren, wiederholt werden, um weitere Anhebungen zu erzeugen. Die positive Wirkungsweise zeigt sich insbesondere bei bindigen oder auch sehr weichen oder lockeren Böden, in denen die Gefahr von unkontrollierten Suspensionsabwanderungen gegeben ist. Zusätzlich kann das Verfahren auch zielgerichtet bei kleinen oder instabilen Gründungskörpern angewendet werden.
  • Als Verdichtungsinjektion wird im Rahmen dieser Offenbarung, wie auch nach allgemeinen technischen Verständnis, ein Injektionsverfahren mit Verdrängung des Baugrundes verstanden, mit dem Zweck, ein Injektionsmittel mit hoher innerer Reibung in den Boden zu pressen, um den Boden zu verdichten ohne ihn aufzubrechen. Das unter hohem Druck eingebrachte, insbesondere pastöse Injektionsmittel verdrängt den anstehenden Boden und verdichtet ihn dabei. Die innere Reibung des Injektionsmittels gewährleistet, dass ein kompakter Injektionskörper im Boden entsteht.
  • Als Injektionsmittel für die Verdichtungsinjektionen kann beispielsweise ein Mörtel oder ein anderes pastöses Dickmittel verwendet werden. Das verwendete Injektionsmittel hat im Verarbeitungszustand eine verhältnismäßig hohe Steifigkeit beziehungsweise hohe Viskosität, was auch mit pastös bezeichnet wird. Vorzugsweise ist die Steifheit des Injektionsmittels gleich groß oder größer, als die von Frischbeton des Konsistenzbereichs plastisch, das heißt plastisch, steif oder sehr steif. Die zugehörigen Ausbreitmaßklassen für den Konsistenzbereich von Frischbeton nach DIN 1045 lauten F2 oder kleiner (F1), die zugehörigen Verdichtungsmaßklassen sind C2 oder kleiner (C1, C0). Vorzugsweise wird ein Injektionsmittel mit einem Wasserfeststoffwert von kleiner 0,6 verwendet. Dabei bezeichnet der Wasserfeststoffwert das Mischungsverhältnis von Wasser zu Feststoff, wobei der Feststoff insbesondere Mörtel oder ein anderer Dickstoff sein kann, wie oben erwähnt.
  • Unter Aufbrechinjektionsverfahren wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung, wie auch nach allgemeinen technischen Verständnis, ein Injektionsverfahren verstanden, bei dem eine Suspension mit verhältnismäßig geringer Viskosität in den Boden eingepresst werden. Dieses Verfahren wird von der Anmelderin auch unter der Bezeichnung Soilfrac-Verfahren vermarktet. Dabei wird der Boden aufgebrochen und es entstehen skelettartige Verästelungen beziehungsweise lamellenförmige Strukturen. Die Volumenzunahme bewirkt dabei eine entsprechende Konsolidation im Boden, welche die Bodenstruktur verdichtet und den Porenraum verringert. Die für die Aufbrechinjektionen verwendete Suspension hat einen Wasserbindemittelwert (Mischungsverhältnis von Wasser zu Bindemittel) von vorzugsweise größer als 0,8. Als Bindemittel kann beispielsweise Zement, Steinmehl, Dämmer und/oder Bentonit verwendet werden. Optional können der die Suspension Erstarrungsbeschleuniger wie Wasserglas oder andere Silikate hinzugefügt werden.
  • Die Verdichtungsinjektionen können in mehreren Reihen und/oder Ebenen durchgeführt werden. Dabei können die Reihen beziehungsweise Ebenen parallel und/oder winklig zueinander verlaufen. Die Reihen und/oder Ebenen verlaufen vorzugsweise zumindest größtenteils unterhalb des abzustützenden Bauwerks. Nach einer möglichen Verfahrensführung wird zumindest eine Teilzahl der Verdichtungsinjektionen derart durchgeführt, dass die damit hergestellten Stabilisierungselemente relativ zu einer Vertikalachse einen Winkel von 0° bis 80°, insbesondere von 0° bis 60°, vorzugsweise von 0° bis 45° einschließen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Verdichtungsinjektionen entlang eines Randbereichs des Bauwerks beziehungsweise eines Fundaments des Bauwerks durchgeführt, so dass die mittels Verdichtungsinjektionen hergestellten Stabilisierungselemente eine begrenzende Struktur im Boden unterhalb des Randbereichs des Bauwerks bilden. Hierdurch wird eine besonders gute Vorstabilisierung beziehungsweise Struktur gegen ungewünschte Suspensionsabwanderung bei den nachfolgenden Soilfrac-Injektionen gewährleistet.
  • Für eine gute Verzahnung beziehungsweise zusammenwirkende Stabilisierung der Stabilisierungskörper einerseits und der Soilfrac-Körper andererseits können die Aufbrech-Injektionsrohre - im Vertikalschnitt betrachtet - jeweils in Zwischenräume zwischen zwei oder mehr benachbarter Stabilisierungskörper in den Boden eingebracht werden. Entsprechend gilt auch für die Aufbrech-Injektionsrohre, dass diese in mehreren Reihen beziehungsweise Ebenen in den Boden eingebracht werden können, die parallel oder winklig zueinander angeordnet sein können. Dabei kann zumindest eine Teilzahl der Aufbrech-Injektionsrohre derart in den Boden eingebracht werden, dass sie mit einer Vertikalachse einen Winkel von 0° bis 80°, insbesondere 0° bis 60°, vorzugsweise von 0° bis 45° einschließen.
  • Nach einer bevorzugten Verfahrensführung wird zur Kontrolle der Neigung beziehungsweise Höhe ein Messsystem an zumindest einem Teil des Bauwerks installiert. Das Messsystem kann dauerhaft am Bauwerk integriert sein oder temporär an diesem angebracht werden. Alternativ oder in Ergänzung kann ein Messsystem auch auf der Bodenplatte zur Höhenüberwachung vorgesehen sein. Es sind ein oder mehrere Messsysteme denkbar. Das mindestens eine Messsystem ist ausgestaltet, um zumindest eine die Neigung und/oder Höhe des Bauwerks repräsentierende physikalische Messgröße zu erfassen. Mittels dieser Messgröße(n) kann während der Durchführung der Aufbrechinjektionen die Höhe und/oder Neigung des Bauwerks überwacht werden, so dass eine genaue Anhebung beziehungsweise Ausrichtung ermöglicht wird. Die Ausrichtung kann bevorzugt automatisiert oder bei Einhaltung hoher Genauigkeiten im Einzelfall manuell vorgenommen werden.
  • Nach einer möglichen Verfahrensführung können Kernbohrungen im Fundament hergestellt werden, durch welche Verpressrohre zur Herstellung der Verdichtungsinjektionen und/oder die Aufbrech-Injektionsrohre zur Herstellung der Aufbrechinjektionen hindurchgeführt werden. Mittels der Aufbrech-Injektionsrohre können die Sekündärverpressungen und weitere Nachverpressungen durchgeführt werden. Die Durchführung von Kernbohrungen ist optional. Nach einer ergänzenden oder alternativen Ausführung können die Bohrungen auch seitlich am Fundament vorbeigeführt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
    • Figur 1
    ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Stabilisierung beziehungsweise gesteuerten Anhebung eines Bauwerks, schematisch im Vertikalschnitt
    1. a) nach dem Installieren eines Messsystems am Bauwerk und Durchführung von Kernbohrungen im Fundament des Bauwerks;
    2. b) nach dem Herstellen von Stabilisierungselementen mittels Verdichtungsinjektionen;
    3. c) nach dem Einbringen von Aufbrech-Injektionsrohren in Bereichen zwischen bereits hergestellten Stabilisierungselementen;
    4. d) nach dem Durchführen von Aufbrechinjektionen mittels der AufbrechInjektionsrohre; und
    Figur 2
    die Anordnung von Bauwerk und dem gemäß Figur 1 hergestellten Stabilisierungssystem in fertig hergestelltem Zustand
    1. a) in Draufsicht und
    2. b) in Seitenansicht.
  • Die Figuren 1 und 2, welche im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Stabilisierung beziehungsweise gesteuerten Anhebung eines Bauwerks 2 sowie die fertig hergestellte Anordnung.
  • Figur 1A zeigt ein Bauwerk 2 mit Fundament 4, Bodenplatte 3, Seitenwand 5 und Dach 6 im Vertikalschnitt. Das Fundament 4 ist vorliegend als Einzelfundament ausgebildet und im Boden angeordnet, wobei ebenso die Verwendung von Streifenfundamenten möglich ist. Es ist erkennbar, dass die unter der Geländeoberkante 7 liegenden Bodenschichten 8, 9 eine unterschiedliche Beschaffenheit aufweisen. Beispielhaft ist die Beschaffenheit der obersten Bodenschicht 8 weich, während die darunter liegende Bodenschicht 9 einen tragfähigen Boden darstellt.
  • Figur 1A zeigt das Bauwerk nach dem Installieren eines Messsystems 10 zur Kontrolle der Neigung beziehungsweise Höhe. Das Messsystem 10 kann beispielsweise an der Wand 5 des Bauwerks 2 und gegebenenfalls kann zusätzlich ein Messsystem 10' auf der Bodenplatte 3 angebracht werden und ist vorliegend lediglich schematisch dargestellt. Es ist ausgestaltet, um zumindest eine die Neigung und/oder Höhe des Bauwerks 2 repräsentierende physikalische Messgröße zu erfassen. Hierfür kann das Messsystem zumindest einen Höhensensor und/oder zumindest einen Neigungssensor aufweisen, wobei auch eine Schlauchwaage und/oder ein Tiltmeter zum Einsatz kommen können. Mittels der erfassten Messgrößen kann während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Höhe beziehungsweise Neigung des Bauwerks 2 überwacht werden, so dass eine genaue Anhebung beziehungsweise Ausrichtung ermöglicht wird.
  • Es sind ferner Kernbohrungen 11 erkennbar, die durch das Fundament 4 durchgebohrt worden sind. Die Kernbohrungen 11, welche je nach Bauraumverhältnissen des zu stabilisierenden Bauwerks optional hergestellt werden können, dienen zum Setzen von Leerrohren für später durchzuführende Injektionen, nämlich Verdichtungs- und/oder Aufbrechinjektionen, was nachstehend näher beschrieben wird.
  • In einem ersten Schritt werden Verdichtungsinjektionen unterhalb des Bauwerks 2 beziehungsweise unterhalb des Fundaments 4 durchgeführt, um eine Mehrzahl von Stabilisierungselementen 12, 13 herzustellen. Die Verdichtungsinjektionen werden jeweils durch Abteufen eines Injektionsrohres (nicht dargestellt) und Einpressen eines insbesondere pastösen beziehungsweise steifen Injektionsmittels in den Boden 8 hergestellt. Dabei verdrängt das unter hohem Druck eingebrachte pastöse Injektionsmittel den anstehenden Boden 8, 9 und verdichtet ihn dabei, ohne ihn aufzubrechen. Durch die innere Reibung des Injektionsmittels entsteht jeweils ein kompakter Injektionskörper im Boden. Die Injektionen werden so durchgeführt, dass jeweils eine Reihe von einzelnen, übereinanderliegenden Injektionskörpern 14, 14', 14", usw. hergestellt wird, die gemeinsam jeweils ein Stabilisierungselement 12a, 12b, 12c, 13a, 13b bilden. Die Stabilisierungselemente können vom Fundament einwirkende Vertikalkräfte nach unten in die tieferliegende Bodenbereiche 9 mit höherer Tragfähigkeit abstützen. Sie sind insbesondere säulenförmig gestaltet und können insofern auch als Säulenelemente bezeichnet werden.
  • Als Injektionsmittel für die Verdichtungsinjektionen wird insbesondere ein Mörtel mit einem Wasserfeststoffwert von kleiner 0,6 verwendet. Hierdurch hat das Injektionsmittel im Verarbeitungszustand eine verhältnismäßig hohe Steifigkeit beziehungsweise hohe Viskosität, so dass kompakte Injektionskörper 14, 14', 14" usw. erzeugt werden. Es versteht sich, dass auch andere pastöse Dickstoffe als Injektionsmittel verwendet werden können. Die Steifheit des Injektionsmittels kann insbesondere gleich steif oder steifer als Frischbeton der Konsistenzklassen C2 (Verdichtungsmaßklasse) und/oder F2 (Ausbreitmaßklassen) nach DIN 1045 sein, das heißt plastisch bis steif.
  • Wie insbesondere aus Figur 2A hervorgeht, die eine Draufsicht auf die Verdichtungsanordnung zeigt, werden entlang des Fundaments 4 mehrere Reihen von Stabilisierungselementen 12, 13 hergestellt. Es versteht sich, dass die Anordnung und Anzahl der Stabilisierungselemente nach den technischen Anforderungen in Hinblick auf die Bodenverhältnisse und das Bauwerk individuell gewählt werden, um das gewünschte Verdichtungsergebnis zu erreichen. Insbesondere können die Verdichtungsinjektionen in mehreren Reihen und/oder Ebenen durchgeführt werden, wobei die Reihen beziehungsweise Ebenen parallel und/oder winklig zueinander verlaufen können. Für eine gute Abstützung des Fundaments ist es günstig, wenn die Stabilisierungselemente 12, 13 zumindest größtenteils unterhalb des abzustützenden Bauwerks 2 hergestellt werden. Die Stabilisierungselemente 12, 13 können fächerartig in den Boden 8, 9 eingebracht werden und relativ zu einer Vertikalachse einen Winkel von beispielsweise zwischen 0° bis 80° oder kleiner einschließen.
  • Bei der vorliegenden, beispielhaft gezeigten Ausführungsform sind Stabilisierungselemente 12, 13 in vier Ebenen Ea, Eb, Ec, Ed angeordnet. Jeweils in einer Ebene liegende Stabilisierungselemente können fächerartig in den Boden eingebracht werden. In der ersten Ebene Ea, die in einem seitlichen Randbereich des Fundaments 4 liegt, ist ein erstes Stabilisierungselement 12a unter einem Winkel von 90° zur Horizontalen in einem außerhalb der Seitenwand 5 liegenden Bodenbereich in den Boden 8, 9 eingebracht, sowie ein zweites Säulenelement 13a, das unter einem Winkel von ca. 70° zur Horizontalen unterhalb der Bodenplatte 3 in den Boden 8 eingebracht ist. Das erste Stabilisierungselement 12a und das zweite Stabilisierungselement 13a erstrecken sich beide bis in den unteren Bodenbereich 9, wobei die jeweiligen Tiefen mit T12a und T13a bezeichnet sind. So können die Stabilisierungselemente 12a, 13a und jeder analog hierzu gestaltete weitere Stabilisierungselemente vom Fundament 4 beziehungsweise vom Bauwerk 2 einwirkende Kräfte in den tiefer liegenden Bodenbereich 9 abstützen. Analog zur ersten Ebene Ea ist in einer auf der anderen Seite des Fundaments 4 liegenden Ebene Ed eine entsprechende Anordnung von Stabilisierungselementen 12d, 13d vorgesehen. So bilden die Stabilisierungselemente 12a, 13a der ersten Ebene Ea und die Stabilisierungselemente 12d, 13c der zweiten Ebene Ed Stabilisierungen in zum Fundament 4 seitlich benachbarten Bodenbereichen.
  • In weiteren Ebenen Eb, Ec, die zwischen den beiden seitlichen Ebenen Ea und Ed liegen, werden weitere Säulenelemente 12, 13 in den Boden eingebracht. Konkret ist bei der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen, dass in der mittleren Ebene Eb ein erstes Säulenelement 12b unter einem Winkel von ca. 85° zur Horizontalen in einem außenliegenden Randbereich unterhalb des Fundaments 4 in den Boden 8, 9 eingebracht wird, sowie ein zweites Säulenelement 13b unter einem Winkel von ca. 70° zur Horizontalen unterhalb eines innen liegenden Randbereichs des Fundaments 4 beziehungsweise unterhalb der Bodenplatte 3 in den Boden 8, 9 eingebracht wird. Das erste Stabilisierungselement 12b der Ebene Eb hat eine ähnliche Tiefe wie das erste Stabilisierungselement 12a der ersten Ebene Ea, und das zweite Stabilisierungselement 12b der Ebene Eb hat eine ähnliche Tiefe wie das zweite Stabilisierungselement 13a der ersten Ebene Ea. Die Ebene Ec befindet sich unmittelbar benachbart zur Ebene Eb. Hier ist lediglich ein Stabilisierungselement 12c vorgesehen, der unter einem Winkel von ca. 45° zur Horizontalen unterhalb eines innen liegenden Randbereichs des Fundaments 4 beziehungsweise unterhalb der Bodenplatte 3 in den Boden 8 eingebracht wird. In Figur 1C ist der Zustand nach dem Einbringen der Stabilisierungselemente 12, 13 mittels Verdichtungsinjektionen gezeigt.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, das heißt zeitlich nach dem Einpressen zumindest einer Teilzahl der Stabilisierungselemente 12, 13, werden Aufbrechinjektionen unterhalb des Bauwerks 2 mittels in den Boden 8 eingebrachter Aufbrech-Injektionsrohre 15, 16 vorgenommen. Die Aufbrech-Injektionsrohre 15, 16, die in Form von Manschettenrohren gestaltet sein können, können zeitlich vor, mit zeitlicher Überschneidung und/oder nach dem Herstellen der Stabilisierungselemente 12, 13 in den Boden 8 eingebracht werden. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest eine Teilzahl der Manschettenrohre 15, 16, vorzugsweise der größte Teil oder sogar alle Manschettenrohre, bis in eine Tiefe T15, T16 von mindestens einem Viertel, vorzugsweise mindestens einem Drittel, insbesondere mindestens der Hälfte der Tiefe T12 des längsten Stabilisierungselements in den Boden 8 eingebracht wird. Figur 1C zeigt den Zustand nach dem Einbringen der Manschettenrohre 15, 16 in den Boden 8. Die Manschettenrohre 15, 16 können aus Stahl, Kunststoff oder Verbundwerkstoff hergestellt sein. Sie haben über der Länge jeweils mehrere Öffnungen zum Injizieren der Suspension und werden auch als Ventilrohre bezeichnet.
  • Die Aufbrechinjektionen werden durch Einpressen einer Suspension in verschiedenen Tiefen entlang des jeweiligen Manschettenrohres 15, 16 vorgenommen. Dabei wird der anstehende Boden 8 aufgebrochen und es entstehen skelettartige Verästelungen 17, 17', 17" usw. beziehungsweise lamellenförmige Strukturen. Die Volumenzunahme bewirkt dabei eine entsprechende Konsolidation im Boden, welche die Bodenstruktur verdichtet und den Porenraum verringert. Die für die Aufbrechinjektionen verwendete Suspension hat eine geringere Viskosität als das für die Herstellung der Stabilisierungselemente 12, 13 verwendete Injektionsmittel. Vorzugsweise hat die Suspension einen Wasserbindemittelwert, das heißt Mischungsverhältnis von Wasser zu Bindemittel, von vorzugsweise größer als 0,8. Als Bindemittel kann beispielsweise Zement verwendet werden, wobei optional bei Bedarf Erstarrungsbeschleuniger wie Wasserglas oder andere Silikate hinzugefügt werden können.
  • Wie insbesondere in den Figuren 2A und 2B erkennbar, werden die Aufbrechinjektionen sowohl im Horizontalschnitt, als auch im Vertikalschnitt gesehen, in Bodenbereichen zwischen den Stabilisierungselementen 12, 13 durchgeführt. Die Manschettenrohre 15, 16 können in mehreren Reihen beziehungsweise Ebenen in den Boden eingebracht werden, die parallel oder winklig zueinander angeordnet sein können. Dabei kann zumindest eine Teilzahl der Manschettenrohre, vorzugsweise der größte Teil oder alle Manschettenrohre 15, 16, derart in den Boden eingebracht werden, dass sie mit einer Vertikalachse einen Winkel von 0° bis 80° oder kleiner einschließen.
  • Die beiden beschriebenen Injektionsverfahren, beziehungsweise die damit hergestellten Verdichtungsstrukturen (Stabilisierungselemente einerseits und Lamellenelemente andererseits) wirken zusammen, um gemeinsam eine gute Stabilisierung und/oder gesteuerte Anhebung des Bauwerks zu erreichen. Die zuerst in den Boden 8, 9 eingebrachten Stabilisierungselemente 12, 13 bewirken eine großvolumige Verspannung und Vorstabilisierung des Bodens. Die nachfolgend eingebrachten Aufbrechinjektionen nutzen die bereits vorher aufgebaute Vorspannung des Bodens 8, 9, wobei durch die vertikale Überdeckung der erzeugten Aufbrechinjektionen und den vorher hergestellten Stabilisierungselementen 12, 13 eine unkontrollierte Suspensionsabwanderung verhindert wird, da die Stabilisierungselemente 12, 13 eine Barriere beim Einbringen der Suspension bilden. Nach dem Erstarren der Suspension wirken die hiermit hergestellten Aufbrechinjektionskörper 18 und die vormals hergestellten Stabilisierungselemente 12, 13 funktional parallel, das heißt das Bauwerk 2 stützt sich auf beiden Körperstrukturen gleichzeitig ab.
  • Bei der vorliegenden, beispielhaft gezeigten Ausführungsform werden die Aufbrechinjektionen in vier Ebenen Fa, Fb, Fc, Fd in den Boden 8 eingepresst, wobei die genannten Ebenen Fa, Fb, Fc, Fd zwischen den beiden äußeren Ebenen Ea, Ed der Verdichtungsinjektionen angeordnet sind. In der ersten Ebene Fa, die im Horizontalschnitt betrachtet zwischen der äußeren Stabilisierungsebene Ea und der mittleren Stabilisierungsebene Eb liegt, ist das Manschettenrohr 16a unter einem Winkel von ca. 55° zur Horizontalen in einem unterhalb des Fundaments 4 liegenden Bodenbereich in den Boden 8 eingebracht. Ein weiteres Manschettenrohr 18b ist In einer zweiten Ebene Fb unter einem Winkel von ca. 85° zur Horizontalen unterhalb des Fundaments 4 in den Boden 8 eingebracht. Im Vertikalschnitt betrachtet (Figur 2B) wird der erste Aufbrechinjektionskörper 18a somit zwischen den Stabilisierungselementen 12c und 13b erstellt, und der zweite Aufbrechinjektionskörper 18b zwischen den Stabilisierungselementen 13b und 12b. Es sind weitere Aufbrechinjektionskörper 18c, 18d in Soilfrac-Ebenen Fc, Fd injiziert, die hinsichtlich der Ausrichtung und Ausgestaltung zwischen der mittleren Stabilisierungsebene Eb und der zweiten äußeren Stabilisierungsebene Ed analog zu den Aufbrechinjektionskörper 18a, 18b hergestellt sind. In Figur 1D ist die Verdichtungsanordnung nach dem Einpressen der Suspension und Herstellen der Aufbrechinjektionskörper 18a, 18b gezeigt, welche vorliegend mit fetten Linien dargestellt sind.
  • Mittels der Aufbrechinjektionen können mehrere Injektionsdurchgänge über das Rohrsystem 15, 16 in Abhängigkeit von den örtlichen Bodenverhältnissen oder sonstigen technischen Rahmenbedingungen wiederholt werden. So kann die gewünschte Höhe beziehungsweise Neigung des Bauwerks 2 gezielt eingestellt werden.
  • Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Kombination des Verdichtungsinjektionsverfahrens mit dem Aufbrechinjektionsverfahren ein sicheres und genau steuerbares Kompensationsverfahren vorgeschlagen, mit dem besonders in weichen Böden gezielte Anhebungen unmittelbar oder zu einem späteren Zeitpunkt nach Erfordernis möglich sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Bauwerk
    3
    Bodenplatte
    4
    Fundament
    5
    Seitenwand
    6
    Dach
    7
    Geländeoberkante
    8
    Bodenschicht
    9
    Bodenschicht
    10, 10'
    Messsystem
    11
    Kernbohrungen
    12
    Stabilisierungselement
    13
    Stabilisierungselement
    14, 14', 14"
    Injektionskörper
    15
    Manschettenrohr
    16
    Manschettenrohr
    17, 17', 17"
    Verästelungen
    18
    Aufbrechinjektionskörper
    A
    Vertikalachse
    Ea, Eb, Ec, Ed
    Ebene
    Fa, Fb, Fc, Fd
    Ebene

Claims (15)

  1. Verfahren zur Stabilisierung und Anhebung von Bauwerken, umfassend:
    Durchführung von Verdichtungsinjektionen unterhalb des Bauwerks (2) jeweils durch Abteufen eines Injektionsrohres und Einpressen eines Injektionsmittels in den Boden (8, 9), wobei eine Reihe von einzelnen, übereinanderliegenden Injektionskörpern (14, 14', 14") hergestellt wird, die gemeinsam jeweils ein Stabilisierungselement (12, 13) bilden;
    Durchführung von Aufbrechinjektionen unterhalb des Bauwerks (2) mittels zumindest eines in den Boden (8) eingebrachten Aufbrech-Injektionsrohres (15, 16), das bis in eine Tiefe (T15, T16) von mindestens einem Viertel der Tiefe (T12a) des längsten Stabilisierungselements (12, 13) in den Boden eingebracht wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrechinjektionen - im Horizontalschnitt betrachtet - in Bodenbereichen zwischen zwei oder mehr Stabilisierungselementen (12, 13) durchgeführt werden, und
    wobei die Aufbrechinjektionen durch Einpressen einer Suspension in verschiedenen Tiefen vorgenommen werden, derart, dass die mittels Aufbrechinjektionen hergestellten Aufbrechinjektionskörper (17, 18) mit den Stabilisierungselementen (12, 13) in Tiefenrichtung eine Überdeckung von mindestens einem Viertel des längsten Stabilisierungselements (12, 13) haben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die Verdichtungsinjektionen ein Injektionsmittel verwendet wird, das beim Einpressen eine größere Steifheit und/oder Pastösität aufweist, als die Suspension.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verdichtungsinjektionen in mehreren Reihen und/oder Ebenen (Ea, Eb, Ec, Ed) durchgeführt werden, die parallel oder winklig zueinander angeordnet sein können.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verdichtungsinjektionen entlang eines Randbereichs eines Fundaments (4) des Bauwerks (2) durchgeführt werden, so dass die mittels Verdichtungsinjektionen hergestellten Stabilisierungselemente (12, 13) eine begrenzende Struktur im Boden unterhalb des Randbereichs des Fundaments (4) bilden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eine Teilzahl der Verdichtungsinjektionen derart durchgeführt wird, dass die damit hergestellten Stabilisierungselemente (12, 13) relativ zu einer Vertikalachse (A) einen Winkel von 0° bis 80°, insbesondere 0° bis 60°, insbesondere 0° bis 45° einschließen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass - im Vertikalschnitt betrachtet - jeweils ein Aufbrech-Injektionsrohr (15, 16) zwischen zwei benachbarte Stabilisierungselementen (12, 13) in den Boden (8, 9) eingebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Aufbrech-Injektionsrohre (15, 16) in mehreren Ebenen (Fa, Fb, Fc, Fd) in den Boden (8) eingebracht werden, die parallel oder winklig zueinander angeordnet sein können.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eine Teilzahl der Aufbrech-Injektionsrohre (15, 16) derart in den Boden (8) eingebracht wird, dass sie mit einer Vertikalachse (A) einen Winkel von 0° bis 80°, insbesondere 0° bis 60°, insbesondere 0° bis 45° einschlie-ßen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die Verdichtungsinjektionen ein Injektionsmittel mit einem Wasserfeststoffwert von kleiner 0,6 verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die Aufbrechinjektionen eine Suspension mit einem Wasserbindemittelwert von größer 0,8 verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Suspension Erstarrungsbeschleuniger wie Wasserglas oder andere Silikate enthält.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Messsystem (10, 10') an zumindest einem Teil des Bauwerks (2) installiert wird, wobei das Messsystem (10, 10') ausgestaltet ist, um zumindest eine die Neigung und/oder Höhe des Bauwerks (2) repräsentierende physikalische Messgröße zu erfassen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass während der Durchführung der Aufbrechinjektionen die Höhe und/oder Neigung des Bauwerks (2) mittels des Messsystems (10, 10') überwacht wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Kernbohrungen (11) im Fundament (4) hergestellt werden, durch welche Verpressrohre zur Herstellung der Verdichtungsinjektionen und/oder die Aufbrech-Injektionsrohre (15, 16) zur Herstellung der Aufbrechinjektionen hindurchgeführt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere Aufbrech-Injektionsrohre (15, 16) verwendet werden, die nach der Durchführung der Aufbrechinjektionen im Boden (8) verbleiben, wobei mittels der Aufbrech-Injektionsrohre (15, 16) mehrfache Nachverpressungen, insbesondere auch zu späteren Zeiten, durchgeführt werden.
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