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In die Tiefe gehen

Rüttelstopfverdichtung sorgt für tragfähigen Untergrund

Über Cat Baumaschinen samt Aufsatzrüttler und Schleusenrohr wurden Stopfsäulen bis in 5 m Tiefe in einem vorgegebenen Raster und mit einem Ø von durchschnittlich 60 cm angelegt.

Bremen (ABZ). – Um die Produktionskapazität um 50 % zu steigern sowie Forschung und Entwicklung um das Dreifache zu vergrößern, investiert Actega DS mehr als 19 Mio. Euro in den Ausbau seines Standorts in Bremen. Der Hersteller von Dichtungsmassen für Verschlüsse und Verpackungen für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie will seine Produktions- und Lagerflächen um 8000 m² erweitern – der Standort soll fit für die Zukunft werden. Generalübernehmer IE Plast wird das Industriegebäude realisieren und für diesen hat Schütt Ingenieurbau die Bauleitung übernommen. Doch bevor die Fundamente und Bodenplatte für den Neubau erstellt werden können, musste der Baugrund in der Tiefe verbessert werden. Ecosoil Ost aus Senftenberg sorgte daher für die Tragfähigkeit mithilfe einer Rüttelstopfverdichtung, wobei die beiden Cat Kettenbagger 330F VA+ und 326 FLN als Trägergeräte der Rüttelstopfausrüstung zum Einsatz kamen. Schließlich soll es beim späteren Abtrag von Lasten nicht zu Setzungen der Fundamente kommen. Im Vorfeld wurde der Baugrund erkundet und dabei festgestellt, dass das 11 000 m² große Baufeld, welches an den bestehenden Standort von Actega DS anschließt, weiche Bodenschichten und der nördliche Bereich auch noch Torfeinlagerungen aufwies. "Diese setzungsrelevanten Schichten müssen durch Rüttelstopfsäulen in einem vorher ermittelten Raster ersetzt werden, um entsprechende Bodenkennwerte und eine durchgängig hohe Steifigkeit zu erreichen, damit spätere Setzungen auf ein bestimmtes Maß minimiert werden", erklärte Olaf Kloppe, Geschäftsbereichsleiter Spezialleistungen bei Ecosoil Ost – In seinen Verantwortungsbereich fallen Baugrundverbesserung, selektiver Rückbau und Entwässerung. Auf dem Bremer Areal wurden Cat Baumaschinen samt Aufsatzrüttler und Schleusenrohr eingesetzt. Über diese wurden Stopfsäulen bis in 5 m Tiefe, in einem vorgegebenen Raster und mit einem Ø von durchschnittlich 60 cm angelegt – so wie es die Ausführungsplanung vorgab. Dabei wurde ein Bodenersatz in Form von tragfähigem Schotter mit der Körnung 0 bis 45 mm durchgeführt. Mit diesem Mineralgemisch lässt sich weicher, feinkörniger und organischer Baugrund wie in Bremen, der eine niedrige Scherfestigkeit und geringe Lagerungsdichte aufwies, gut verbessern.

Den Rüttler beschickte ein Cat Mobilbagger M318D, der die Zugabe des Schotters übernahm. Durch seinen Tiltrotator, der das Drehen des Baggerlöffels um 180° gewährleistet, lassen sich die Stopfgeräte auch unter beengten Verhältnissen, wenn entlang von Spundwänden oder dem Verbau gearbeitet wird, beschicken.

"Unser System bietet den Vorteil, dass durch das Materialrohr mit einem Ø von 450 mm Materialien mit einer gut abgestuften Kornverteilung eingebaut werden können. Diese Mineralgemische lassen sich besser verdichten und man erhält Steinsäulen mit einem hohen Steifemodul. Es kommt nicht mehr zu Verstopfungen. Dafür erzielt man einen sauberen Materialfluss im Rohr", so Kloppe.

Trotzdem wurde noch im Bereich des angrenzenden Bestandsgebäudes von Actega darauf geachtet, die Vibrationen in Grenzen zu halten. Um Erschütterungen zu vermeiden, wurde daher erst vorgebohrt, bevor dann die Stopfsäulen angelegt wurden. Bei der angewandten Rüttelstopfverdichtung wurde der anstehende und nicht tragfähige Boden verdrängt und tragfähiges Material dann durch mehrere Stopfschritte mit 220 bar Anpressdruck in den bestehenden Boden eingebracht. Der Schotter wurde in den entstehenden Hohlräumen durch etappenweises Ziehen des Rüttlers verdichtet. Dabei entstand eine Rüttelstopfsäule, die eng mit dem Boden verzahnt ist und den anstehenden kohäsiven Boden durch die höhere Steifigkeit des eingebauten Zugabematerials verbessern sollte.

"Das Verfahren ist selbstregulierend – je weicher der Boden, desto dickere Säulen stellen sich ein und umgekehrt: in steiferen Bodenpartien fallen die Säulendurchmesser kleiner aus. Die Eindringtiefe des Rüttlers wird über den Widerstand geregelt. Somit passen sich die Säulenlängen den tragfähigen Horizonten an", führte Kloppe aus. Im Bereich der Torfeinlagerungen wurde die Rüttelstopfverdichtung sowohl unter den Fundamenten als auch unter der Bodenplatte hergestellt.

Ecosoil Ost hat ein eigenes System, die Verdränger-Eco-Säule, entwickelt. Das Verfahren VES kann je nach Baugrund, Lastanforderungen sowie Örtlichkeiten angepasst werden. Ob ungebunden, hydraulisch gebunden, erschütterungsarm oder erschütterungsfrei, großflächig, eng oder auch unter begrenzter Bauhöhe – durch das Aufsatzrüttler-Schleusenrohrsystem, Tiefenrüttler-Schleusenrohrsystem oder bohrende Verdrängersystem kann das Unternehmen eine passende Lösung zur Baugrundverbesserung anbieten. Alle Systemvarianten wie VES-Vibro, VES-Vibro-Injekt, VESSchotter, VES-Beton oder VES-Suspension sind durch Bodenverdrängung, Nutzung der anstehenden Ressourcen sowie durch die Verwendung von wirtschaftlichen Zuschlagstoffen gekennzeichnet.

Die Spezialtiefbausparte bietet neben der Rüttelstopf- auch die Rütteldruckverdichtung, Spreng- und Fallgewichtsverdichtung an. Eine "oberflächennahe" flächendeckende Verdichtung wird mit der hochenergetischen dynamischen Schlagverdichtung erzielt. Das geht auf die Kooperation zu dem Unternehmen Landpac zurück und erlaubt Ecosoil Ost, ein Verfahren einzusetzen, bei dem eine Drei- oder Fünfeckwalze durch die Unwucht und ihre hohe Geschwindigkeit eine Schlagwirkung in bis zu 7 m Tiefe erreicht. Liegen Böden und Bauwerkslasten vor, bei denen ungebundene Stein-Säulen ungeeignet oder unwirtschaftlich sind, greift der Spezialtiefbaubereich von Ecosoil Ost auch auf hydraulisch gebundene Stopfsäulen zurück und bringt Schotter anstelle von Beton oder eine Suspension wie Mörtel ein. "Bei einer begrenzten Tiefe wie hier in Bremen von 6 m und den vorherrschenden weichen Böden sind Schottersäulen jedoch die wirtschaftlichste Lösung. Somit muss kein Material ausgebaut, abtransportiert und entsorgt werden", meinte der Geschäftsbereichsleiter von Ecosoil Ost.

Aufgrund des engen Zeitfensters der Bauzeit rückte das Unternehmen gleich mit zwei Geräten an, die leicht versetzt in zwei Reihen die Rüttelstopfsäulen herstellten. Ein Team von vier Fahrern und einem Vorarbeiter der 130 Mitarbeiter starken Belegschaft gewährleistete, dass in Summe 1200 Säulen bzw. 6000 lfd. M. hergestellt wurden. Überprüft wurde die Einbauqualität durch Drucksondierungen, deren Spitzenwiderstand die Einbaudichte des Säulenmaterials wiederspiegelt.

An den Cat Baumaschinen hat Ecosoil Ost je eine Prozessdatenerfassung von Jean-Lutz installiert. Damit werden während der Säulenherstellung Daten wie Datum, Zeit, Tiefe, Druck- oder Stromaufnahme sowie eingebaute Materialmenge aufgezeichnet und dokumentiert. Auch die beiden eingesetzten Cat Kettenbagger hat Ecosoil Ost an Einsätze in der Baugrundverbesserung angepasst. Sie lassen sowohl Arbeiten mit Aufsatz- als auch mit Tiefenrüttler zu, wobei bei letzterem auch ein zusätzliches externes Stromaggregat und ein Kompressor erforderlich sind. "Bis wir soweit waren, mussten wir einiges lernen und Lehrgeld bezahlen. Z. B. haben wir nach ersten Erfahrungen selbstöffnende Klappen an der Schleusenspitze oder auch eine schwingungsentkoppelnde Montage des Aufgabetrichters am Materialrohr entwickelt. Vorher haben wir das nicht beachtet und somit sind Rohr und Trichter gerissen", führte Kloppe aus.

Ausschlaggebend war es, ein passendes Trägergerät zu finden und es mit den Anbaugeräten so zu verbinden, dass der Baugrund in 6 m Tiefe verbessert werden kann und dabei gleichzeitig auch Erschütterungen minimiert werden. Erst fiel die Wahl auf einen Cat 326FLN – ein Vorschlag, den Thomas Köppen, leitender Verkaufsrepräsentant der Zeppelin Niederlassung Cottbus, dem Unternehmen unterbreitete.

Als 2017 wieder bei ihm angefragt wurde, sollte er Ecosoil Ost einen eine Nummer größeren und schwereren Hydraulikbagger beschaffen.

Da der Cat 330 VA+ in der Standardausführung ohne Verstellausleger auskommt, dieser aber aufgrund der endgültigen Höhe von 10 m Grundvoraussetzung für Ecosoil Ost war, wurde das Trägergerät von der Zeppelin Customizing Abteilung an die Erfordernisse angepasst und mit einem solchen bestückt.

Insgesamt wird nun eine Versenktiefe von mehr als 6 m mit genügend Anpresskraft erreicht. "Die Leistung der Hydraulikpumpen ist ausreichend für die Arbeiten und um den Rüttler zu betreiben", so das Urteil von Kloppe. Lediglich eine Zusatzleitung für den Rücklauf des Öls beim Aufsatzrüttler musste zusätzlich angebracht werden. Doch die 6 m reichen dem Geschäftsbereichsleiter Spezialleistungen nicht – "wir suchen derzeit nach einer Ersatzinvestition, um mit einem Kettenbagger als Trägergerät auch Böden in bis zu 10 m Tiefe tragfähig zu machen", erläuterte Kloppe. Ecosoil Ost wollte sich bei beiden Baggern seine Flexibilität offenlassen. "Schnelle Rüstzeiten sind eine Grundvoraussetzung. Aber es geht auch noch um den weiteren Verwendungszweck: Oftmals verzögern sich Bauvorhaben, weil die Baugenehmigung nicht vorliegt. Damit wir einen nahtlosen Einsatz unserer Maschinen haben, werden diese neben der Baugrundverbesserung auch im selektiven Rückbau eingesetzt", berichtete Kloppe. Seit 2001 wird der Betrieb immer wieder beauftragt, Fassaden ehemaliger DDR-Plattenbauten abzutragen, wenn die mehrgeschossigen Gebäude aus ästhetischen Gründen erneuert werden. Dann müssen die beiden Bagger mithelfen, die Platten zu beseitigen und in der Regel gleich vor Ort zerkleinern oder Balkone abbrechen, Fahrstühle sowie Treppenaufgänge entfernen oder ganze Geschosse herunterholen. Aber auch der schwere Erdbau ist ein weiteres Betätigungsfeld des Unternehmens, sodass beide Baumaschinen als Grundausstattung einen Erdbauausleger erhielten. "Damit erzielt man eine größere Reichweite gegenüber einem Standard-Monoblockausleger und schon erweitert sich wiederum das Betätigungsfeld", so Thomas Köppen.

Ecosoil Ost hat sich in den vergangenen Jahre auf die geotechnische Sanierung der Hinterlassenschaften und der Folgenutzung des Bergbaus konzentriert. "Da diese in Zukunft jedoch immer weniger werden, haben wir uns dazu entschlossen, die Baugrundverbesserung bundesweit anzubieten und diese zusammen mit dem amphibischen und normalen Wasserbau, dem Erd- und Deponiebau, dem selektiven Rückbau und der Entwässerung stärker in den Vordergrund zu stellen", meinte Kloppe.

Nach Abschluss der Arbeiten in Bremen wartete dann schon die nächste Aufgabe auf den Cat 330F VA+. Für die Deutsche Bahn in Frankfurt am Main verbessert er den Baugrund für ein Trogbauwerk.

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Dieser Artikel erschien in der Ausgabe Allgemeine Bauzeitung 28/2019.

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