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Tiefenrüttelverfahren

       
Die Tiefenrüttelverfahren sind vielseitige Systeme zur Baugrundverbesserung und dienen der Gründung von Bauwerken auf nicht ausreichend tragfähigem Baugrund. Keller entwickelte den Tiefenrüttler (Patent 1934), der zunächst nur zur Verdichtung von Sand und Kies, also von grobkörnigen Böden, eingesetzt wurde.

Tiefenrüttler werden heutzutage für vier Hauptverfahren eingesetzt, die sich hinsichtlich der Wirkungsweise und der Lastabtragung unterscheiden. Das Gründungskonzept wird deshalb von Keller oft in enger Zusammenarbeit mit dem  Baugrundgutachter und dem Statiker entwickelt.



Rütteldruckverdichtung (RDV)


Mit dem Rütteldruckverfahren werden grobkörnige, kohäsionslose Böden durch Eigenverdichtung zu hoher Tragfähigkeit gebracht.

Natürlich gelagerte oder auch künstlich aufgeschüttete Sande und Kiese sind oftmals zu locker und zu inhomogen, um für eine Bebauung geeignet zu sein. Durch eine Baugrundverbesserung mit unserem Rütteldruckverfahren können solche Böden schnell, wirtschaftlich und zuverlässig verdichtet werden, sodass sie anschliessend ohne aufwändige Erdbauarbeiten oder Tiefgründungen für die meisten Bauvorhaben ausreichend standsicher und verformungsarm sind. Der ebenfalls erreichte Abdichtungseffekt wird oft gezielt für eine kostengünstige Baugrubenwasserhaltung eingesetzt.

Das Verfahren der Rütteldruckverdichtung beruht auf dem Effekt, dass durch die Vibration des Tiefenrüttlers mit Hilfe von Wasserspülung die Reibung zwischen den Bodenkörnern kurzzeitig aufgehoben wird und vorhandene Porenräume infolge der Schwerkraft bis zur dichtesten Lagerung gebracht werden. Je nach Bodenbeschaffenheit und Verdichtungsaufwand tritt dabei eine Volumenverminderung bis zu 15 % ein. Dieses fehlende Volumen ist während der Arbeiten zuzuführen.

Durch eine entsprechende Anordnung der Verdichtungszentren lassen sich Bodenkörper beliebigen Ausmasses verdichten. Die beste Anordnung der Verdichtungspunkte wird mit Versuchen ermittelt, bei denen unterschiedliche Rastermasse und Verfahrensweisen getestet werden. Als Erfinder der Tiefenrütteltechnik verfügen wir selbstverständlich über einen reichen Erfahrungsschatz und eine grosse Palette von Rüttlern, um das technisch und wirtschaftlich optimale Gründungskonzept zu erstellen.

Die Nachweise können vielfältig geschehen und werden vorab an den Boden angepasst abgestimmt. Hauptsächlich werden Rammsondierungen (DPH) dafür eingesetzt.

Rüttelstopfverdichtung (RSV)


Beim Rüttelstopfverfahren werden in gemischt- und feinkörnigen Böden Säulen aus Kies oder Schotter eingebaut.

Gemischt- und feinkörnige Böden besitzen oft eine ungenügende Tragfähigkeit und Steifigkeit. Übersteigen die feinkörnigen Anteile etwa 5 %, ist eine ausreichende Eigenverdichtung nicht mehr zu erwarten. Dann kommt das Rüttelstopfverfahren zur Verbesserung in Frage. Dieses Verfahren ist auch für die Verbesserung von Anschüttungen aus Bauschutt, Schlacke oder Abraum geeignet.

Meistens wird bei der Rüttelstopfverdichtung der Schleusenrüttler eingesetzt, bei dem aufbereitetes Zugabematerial mit Druckluftunterstützung an der Rüttlerspitze austritt. Wegen der erforderlichen speziellen Ausrüstung wurden Tragraupen mit Mäklerführung entwickelt, die einen zusätzlichen Andruck beim Versenken und Verdichten ermöglichen (Aktivierung) und die Vertikalität der Säulen sicherstellen. Beim Rüttelstopfverfahren wird in alternierenden Schritten gearbeitet. Der beim Rüttlerhub austretende Kies wird beim Wiederversenken verdichtet und seitlich in den Boden verdrängt. Auf diese Weise entstehen Stopfsäulen, die im Verbund mit dem Boden die Lasten abtragen.

Wie bei allen Tiefenverdichtungsarbeiten werden auch hier diverse Herstellparameter während der Ausführung automatisch als Qualitätskontrolle aufgezeichnet.


Vermörtelte Stopfsäulen, Fertigmörtel- und Betonstopfsäulen (VSS, FSS, BSS)


Diese Gründungselemente werden in der gleichen Weise hergestellt, wie im Rüttelstopfverfahren beschrieben. Als Zugabematerial wird entweder Zementsuspension zusätzlich eingebracht oder ein spezieller Beton eingebaut. Dieser verhält sich wie das Zugabematerial bei der Rüttelstopfverdichtung. Verdichtungseffekte auf den umgebenden Boden durch Rütteln und Verdrängung werden dadurch nicht geschmälert.

Beim Gründungsentwurf wird für diese Gründungselemente ein äusseres Tragverhalten angegeben, das durch eine Vielzahl von Probebelastungsergebnissen belegt ist. Je nach anstehendem Baugrund und verwendetem Material können in der Regel zulässige Belastungen zwischen 400 und 800 kN erreicht werden.


Betonrüttelsäulen (BRS)


Mit Betonrüttel-/Betonstopfsäulen werden pfahlartige Elemente hergestellt, über die verhältnismässig hohe Lasten abgetragen werden können.

Sie werden angewendet, wenn höhere Belastungen gefragt sind und auch Anschlussbewehrungskörbe bzw. Einstabbewehrung eingebaut werden müssen.

Bei den Betonrüttelsäulen wird auf die gezielte Verdichtung des umgebenden Bodens verzichtet. Wie bei anderen pfahlartigen Gründungselementen kann aber im Fussbereich eine hochgradige Verbesserung ausgeführt und damit eine besonders hohe Tragfähigkeit und geringe Verformung erzielt werden.

Betonrüttelsäulen werden im Schaft in der Regel mit Durchmessern zwischen 40 und 60 cm hergestellt. Die Belastung liegt je nach anstehendem Baugrund und entsprechend einer möglichen Fussausbildung zwischen 600 und 1000 kN.

Zu den Referenzen mit diesen Verfahren


Dynamische Intensivverdichtung


Bei diesem Verfahren wird der Boden mit einem schweren Fallgewicht aus Beton oder Stahl verdichtet. In der Regel wird es mit einem Seilbagger auf etwa 30 m Höhe angehoben und dann ungebremst auf den zu verdichtenden Boden fallen gelassen. Durch die hohe kinetische Energie kommt es beim Aufprall zu Kornumlagerungen und einem Abdrängen des Porenwassers bis in Tiefen von etwa 10 m. In einem zuvor dimensionierten Raster können in dieser Weise große Flächen verdichtet und vor allem auch homogenisiert werden.

Das Verfahren ist, abgesehen von bindigen Böden mit sehr niedrigen Wasserdurchlässigkeiten, für fast alle Bodenarten geeignet. Besonders für die Verdichtung sehr inhomogener Ablagerungen, wie sie z. B. bei Deponien angetroffen werden, wird das Verfahren eingesetzt.

Da die Intensivverdichtung mit starken Erschütterungen einhergeht, ist sie für den Einsatz in der Nähe von Gebäuden nicht geeignet.