Man stellt die Rüttelstopfsäule in gemischtkörnigen Böden wie etwa sandigem Schluff her. Unter Zugabe von Grobkorn ist das Verfahren auch für bindige Böden mit nicht dränierter Scherfestigkeit von 20 bis 80 kN/m2 geeignet. Die Rüttelstopfsäule ist im Verbund mit dem Boden in der Lage, leichte bis mittelschwere Bauwerkslasten abzutragen.
Ein Beispiel für die erfolgreiche Anwendung im Spezialtiefbau ist die Errichtung eines Gaskraftwerkes im erdbebengefährdeten Südosten der Türkei. Für die aufwendige Gründung setzte man Bohrpfähle in Kombination mit einer umlaufenden Rüttelstopfverdichtung ein. Die wesentliche Funktion der Rüttelstopfsäule ist dabei, die Verflüssigung des Bodens zu verhindern sowie die Setzungsanforderungen zu erfüllen und die Standfestigkeit zu erhöhen. Die Ausführung in Form von Kiessäulen erwies sich wirtschaftlich und technisch als vorteilhafte Lösung.
Vorteile der Rüttelstopfverdichtung
Das Verfahren zur Baugrundverbesserung im Spezialtiefbau ist sehr vielseitig und ermöglicht eine Anpassung an verschiedene Fundamentanforderungen sowie Bodenbedingungen:
- Die Lösung zur Baugrundverbesserung ist kostengünstig.
- Das Verfahren ist umweltfreundlich, da ausschließlich natürliches und vor Ort vorhandenes Material Verwendung findet.
- Die Ausführung ist in nahezu jeder Tiefe möglich.
- Die Herstellung der Rüttelstopfsäule erfolgt rasch. Nachfolgende Bauarbeiten können zügig folgen.
- Die Bemessung von Bodenplatten und Fundamenten kann durch die erzielte Bodenverbesserung besonders wirtschaftlich erfolgen.
- Die Rüttelstopfsäule wird sehr leise hergestellt und die auftretenden Vibrationen sind gering.
- Verfahrensbedingt muss in der Regel nur ein geringes Volumen des bestehenden Bodens entfernt werden.
- Für anspruchsvolle Pfahlgründungen sind oft Bohrpfähle in Kombination mit Rüttelstopfsäulen gut geeignet.
Verfahren der Baugrundverbesserung
Meist findet im Spezialtiefbau ein Schleusenrüttler Einsatz. Zugegebenes grobkörniges Material wie Schotter oder Kies tritt an der Spitze des Rüttlers mit Druckluftunterstützung aus. Man setzt auch Maschinen ein, die einen zusätzlichen Andruck beim Versenken des Rüttlers bewirken. Dies ermöglicht, den Boden noch stärker zu verdichten.
Bei der Rüttelstopfverdichtung arbeitet man wechselweise mit Hub und Druck. Der beim Hub des Rüttlers austretende Schotter bzw. Kies wird beim Andrücken jeweils verdichtet und seitlich in den Boden verdrängt. Die dadurch entstehende Stopfsäule ist in Verbund mit dem Boden in der Lage, die erforderlichen Lasten abzutragen. Zur Qualitätssicherung erfolgt die digitale Aufzeichnung jener Parameter, die bei der Herstellung gemessen werden.
Böden mit mehr als 10% bindigen Anteilen können durch Schwingungen nicht mehr umgelagert und verdichtet werden. Die Rüttelstopfsäule erzielt bei diesen Bedingungen eine Baugrundverbesserung, da die hergestellte Schottersäule entsprechende Lasten abträgt. Man unterscheidet zwei Verfahrensweisen:
Vorschub von oben: Bei der Rüttelstopfverdichtung 'Top Feed' bringt man den Rüttler unterstütz von Wasser oder einem Wasserluftgemisch auf die endgültige Tiefe ein. An der Oberfläche erfolgt die Zugabe des Einbaumaterials, das über den entstandenen Ringraum zur Spitze des Rüttlers gelangt. Die kontinuierliche Stopfbewegung verdrängt das Material radial und bewirkt eine Verdichtung, bis ein vordefiniertes Abbruchkriterium erreicht ist. Dabei kann es sich um eine bestimmte Menge eingebrachten Schotters oder einen bestimmten erreichten Hydraulikdruck handeln. Man setzt Kiese bzw. Schotter mit Körnungen von maximal 40 bis 60 mm ein und verwendet Wasser als Spülmedium. Für spezielle Bodenverhältnisse nutzt man eine Kombination aus Wasser- und Luftspülung.
Vorschub von unten: Bei der Rüttelstopfverdichtung 'Bottom Feed' bringt man den Schleusenrüttler, der mit Luftspülung und aktivem Vorschub arbeitet, auf die endgültige Tiefe. Der Kies wird über eine Beschickungseinheit und ein Materialrohr bis zur Spitze des Rüttlers transportiert. Durch Stopfung findet die radiale Verdrängung und Verdichtung statt. Die individuell festgelegten Stopfparameter wie Materialmenge und Druck werden laufend überwacht. Man setzt Kies bzw. Schotter mit Körnungen zwischen 8 und 32 mm ein und verwendet Luft als Spülmedium.
Im Fall von dicht gelagerten Deckschichten ist eine Auflockerung des oberen Bereichs mit einem Bagger empfehlenswert, da der Tiefenrüttler diese Schichten nicht oder nur sehr schwer durchdringen kann. In speziellen Situationen ist es notwendig, mit einer Schnecke vorzubohren.
Bei Bedarf stehen weitere Ausführungsvarianten zur Verfügung. Betonstopfsäulen stellt man beispielsweise her, in dem Beton durch den Rüttler in den Boden gestopft wird. Für die Herstellung von Fertigmörtelstopfsäulen mischt man hingegen den eingebrachten Kies mit Zementsuspension.
Qualitätsmanagement
Bei der Herstellung werden in der Regel mehrere Produktionsparameter protokolliert. Neben der Tiefe sowie der für die Absenkung eingesetzten Kraft, der Stromstärke, der Reihenfolge von Senk- und Hebevorgängen, der Uhrzeit und dem Datum zeichnet man beispielsweise jeweils die Elementnummer auf. Dank der in Echtzeit erfassten und analysierten Daten ist es möglich, die Leistungsfähigkeit der Bodenverbesserung laufend zu überprüfen.
Fazit
Die Rüttelstopfsäule bringt eine ausreichende Bodenverbesserung in gemischtkörnigen Böden und zeichnet sich durch Wirtschaftlichkeit aus. Das Verfahren ist umweltfreundlich, da nur natürliches und vor Ort vorliegendes Material verwendet wird. Bohrpfähle kombiniert mit Rüttelstopfsäulen ermöglichen Pfahlgründungen im Spezialtiefbau, die auch in erdbebengefährdeten Gebieten den technischen Anforderungen an Tragfähigkeit und Standfestigkeit gerecht werden.
