Hochdruckinjektion

Die Hochdruckinjektion ist ein geotechnisches Verfahren zur Baugrundverbesserung, Abdichtung und Unterfangung. Mit sehr hohen Druckstrahlen wird eine Zementsuspension in den Boden eingebracht, der Boden aufgeschlossen und mit Bindemittel vermischt. So entstehen tragfähige und dichte Körper aus Soilcrete (Boden-Zement-Gemisch). Das Verfahren ist in innerstädtischen Baugruben, im Bestand, im Tunnelbau und in sensiblen Bereichen etabliert. In vielen Projekten berührt die Hochdruckinjektion direkt Aufgaben aus Betonabbruch und Spezialrückbau: Öffnungen schaffen, Fundamentköpfe freilegen, Bewehrung trennen oder verfestigte Bereiche präzise nacharbeiten. Hierfür kommen abhängig von der Situation Betonzangen, Stein- und Betonspaltgeräte sowie weitere hydraulische Werkzeuge der Darda GmbH zum Einsatz, um erschütterungsarm und kontrolliert zu arbeiten.

Definition: Was versteht man unter Hochdruckinjektion

Unter Hochdruckinjektion (HDI, Jetgrouting) versteht man das Erzeugen von zylindrischen Säulen oder flächigen Elementen im Boden durch das Austreten einer Zementsuspension mit sehr hoher Geschwindigkeit und einem Druck typischerweise zwischen 200 und 600 bar. Die Hochenergie-Strahlen schneiden, erodieren und mischen den anstehenden Boden. Während der gleichzeitigen Rotation und des definierten Rückzugs des Bohrgestänges entsteht ein homogener Boden-Zement-Körper mit anforderungsgerecht einstellbaren Durchmessern und Eigenschaften. HDI unterscheidet sich von klassischen Injektionsverpressungen mit niedrigerem Druck dadurch, dass der Boden aktiv aufgeschlossen und mit Bindemittel neu aufgebaut wird. Resultate sind tragfähige Säulen, Pfahlköpfe, Unterfangungskörper, Dichtungsschirme oder abdichtende Sohlen.

Funktionsweise und Verfahren der Hochdruckinjektion (Jetgrouting)

Die Baugrundverbesserung erfolgt über ein Bohrgestänge mit Injektionsmonitor. Nach dem Erreichen der Zieltiefe wird die Zementsuspension mit hoher Energie durch Düsen in den Boden eingetragen. Die Kombination aus Düsendurchmesser, Injektionsdruck, Rotationsgeschwindigkeit und Rückzugsgeschwindigkeit steuert die Geometrie und Qualität der HDI-Körper.

Verfahrenstypen

• Single-Jet: Hochdruckstrahl aus Zementsuspension allein. Universell einsetzbar, reduziert die Bauplatzlogistik.
• Double-Jet: Koaxialer Luftmantel (Luft-Wasser) um die Zementsuspension erhöht Reichweite und Erosionsleistung, geeignet für dichtere Böden.
• Triple-Jet: Separater Wasserstrahl schneidet den Boden, Luft unterstützt, Zement folgt nach. Hohe Leistungsfähigkeit bei schwer aufschließbaren Schichten.

Prozessparameter und Steuergrößen

• Injektionsdruck und Volumenstrom der Suspension
• Rotations- und Rückzugs­geschwindigkeit des Bohrgestänges
• Düsendurchmesser, Düsenanzahl und Austrittswinkel
• Wasser-Zement-Faktor (w/z), Dichte und Rheologie der Suspension
• Überlappung benachbarter Säulen zur Bildung dichter Elemente

Je nach Boden (Sand, Schluff, Ton, Auffüllungen) und Ziel (Tragfähigkeit, Dichtigkeit) variieren Durchmesser typischerweise zwischen etwa 0,6 und 2,0 m. Die resultierenden Eigenschaften (Druckfestigkeit, Permeabilität) werden über Mischung, Energieeintrag und Nachbehandlung eingestellt.

Einsatzgebiete, Bauzustände und Schnittstellen zum Rückbau

HDI wird in der Praxis für Unterfangungen, Auftriebssicherungen, Baugrubensohlen, Dichtungsschirme, Fundamentverstärkungen sowie zur Reduzierung von Wasserzutritten im Tunnelbau genutzt. In Bestandssituationen sind präzise Schnittstellen zwischen Injektion und Abbrucharbeiten entscheidend, um Bestandsbauteile zu schützen und die Leistungsfähigkeit der HDI-Körper zu sichern.

Betonabbruch im Umfeld von HDI-Elementen

• Öffnungen und Zugänge für Bohrlafetten werden häufig erschütterungsarm hergestellt. Betonzangen minimieren Vibrationen und schützen angrenzende Strukturen, die durch HDI stabilisiert oder abgedichtet werden.
• Selektives Freilegen von Fundamentköpfen und Unterfangungen: kontrollierte Stein- und Betonspaltgeräte ermöglichen kontrollierte Trennfugen ohne großflächige Erschütterungen.
• Bewehrungstrennung beim Rückbau von Aufbeton oder beim Durchtrennen bestehender Bauteile im Injektionsbereich erfolgt mit Stahlscheren, Kombischeren oder Multi Cutters.
• Hydraulikaggregate versorgen die genannten Werkzeuge zuverlässig auch in beengten Bausituationen und geschlossenen Räumen.

Die Kombination aus HDI und erschütterungsarmem Rückbau begrenzt Setzungen, schützt sensible Leitungen und reduziert das Risiko von Rissbildungen in benachbarten Bauteilen.

Felsabbruch und Tunnelbau

Im Tunnelbau wird HDI als Vorausinjektion zur Abdichtung und Konsolidierung vor dem Ausbruch eingesetzt. Nach der Injektion folgen mechanische Ausbau- und Profilarbeiten. Für lokale Profilkorrekturen, Entfernen von verfestigten Punkten oder das Trennen von Einbauteilen werden je nach Material und Geometrie Betonzangen, Steinspaltzylinder und Stahlscheren genutzt. Die geringe Erschütterung ist hierbei besonders wichtig, um die Wirksamkeit der abdichtenden HDI-Körper nicht zu beeinträchtigen.

Bauablauf und Ausrüstung

Ein typischer Ablauf beginnt mit Baugrunderkundung, Bemessung und Versuchssäulen. Danach folgen Bohrung, Hochdruckinjektion, Aushub von Spoil (Ausräumgut) und Qualitätssicherung. Eingesetzte Hauptkomponenten sind Bohrgerät, Injektionsmonitor, Hochdruckpumpe, Misch- und Dosieranlage, Mess- und Dokumentationstechnik.

1. Erkundung und Planung: Zielgeometrien, Säulenraster, Überlappungen, Zugang.
2. Bohrung: Erreichen der Zieltiefe unter Berücksichtigung von Hindernissen und Leitungen.
3. Injektion: Steuerung von Druck, Drehzahl und Rückzugsgeschwindigkeit; kontinuierliche Protokollierung.
4. Ausräumen: Abtransport des Bodenauswurfs; saubere Baustelle für Folgeschritte.
5. Nachbehandlung: ggf. Nachinjektionen, Oberflächenvorbereitung, Anschluss an Bestandsbauteile.

Wo Anpassungen an Bestandsbeton nötig sind, ergänzen Betonzangen und Stein- und Betonspaltgeräte den Ablauf, etwa um saubere Kanten für Unterfangungen herzustellen oder um Zugänge für zusätzliche Säulen zu schaffen.

Materialtechnik und Mischgut

Als Bindemittel dient überwiegend Zement. Je nach Zielwerten können Zusatzmittel (z. B. zur Fließverbesserung) eingesetzt werden. Der Wasser-Zement-Faktor steuert Verarbeitbarkeit und Endfestigkeit. Eine stabile, entmischungsarme Suspension ist wichtig, um gleichmäßige Säulen zu erzeugen und Ausspülungen zu vermeiden. Temperatur, Mischenergie und Verweilzeit im Mischer beeinflussen die Rheologie. Für dichte Dichtungsschirme wird auf geringe Permeabilität bei ausreichender Verbindung zum Untergrund geachtet.

Bemessung, Qualitätssicherung und Monitoring

Die Bemessung basiert auf Baugrunddaten, Säulendurchmesser, Überlappung und Zielkennwerten (Druckfestigkeit, Steifigkeit, Permeabilität). Qualitätssicherung umfasst kontinuierliche Aufzeichnung der Prozessgrößen, Abgleich mit Sollwerten sowie Prüfungen an Proben.

• Aufzeichnungen: Druck, Volumenstrom, Drehzahl, Rückzugsgeschwindigkeit, w/z, Gesamtvolumen.
• Geometriekontrolle: Bohrprotokolle, Vermessung, Auswertung von Versuchssäulen.
• Materialprüfungen: Entnahme von Kernen, Druck- und Durchlässigkeitsprüfungen.
• Überwachung der Umgebung: Setzungen, Erschütterungen, Wasserstände.

Dokumentation und Nachweisführung

Die lückenlose Dokumentation der Injektionsparameter, Materialkennwerte und Prüfergebnisse ist Grundlage für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit. In Bestandsnähe wird zusätzlich die Beeinflussung angrenzender Bauteile überwacht. Bei begleitenden Rückbauarbeiten erleichtern definierte Trennschnitte mit Betonzangen oder Spaltgeräten die spätere Abnahme und Sichtprüfung von Anschlusszonen.

Umwelt-, Sicherheits- und Genehmigungsaspekte

Der Umgang mit Suspensionen, Ausräumgut und Grundwasser erfordert Schutzmaßnahmen. Dazu zählen Auffangsysteme für Spül- und Injektionsreste, staub- und spritzarmes Arbeiten sowie geordnete Entsorgung. Erschütterungen und Lärm sind zu begrenzen; erschütterungsarme Arbeitsmittel unterstützen dies. Bei Arbeiten an oder in Bestandsbauwerken können Genehmigungen und besondere Schutzkonzepte notwendig sein. Rechtliche Anforderungen sind projektspezifisch und sollten frühzeitig und sorgfältig mit den zuständigen Stellen abgestimmt werden, ohne hieraus eine verbindliche Rechtsberatung abzuleiten.

Typische Herausforderungen und praxisnahe Lösungen

• Heterogene Böden: Anpassung von Druck, Düsen und Rückzugsgeschwindigkeit; Versuchssäulen zur Parametrisierung.
• Beengte Zugänge: Sequenzierung der Arbeiten; Öffnungen und Arbeitsräume mit Betonzangen herstellen, um Erschütterungen und Sekundärschäden zu vermeiden.
• Einbauten und Hindernisse: Lokales Freilegen mit Stein- und Betonspaltgeräten; Bewehrung und Profile mit Stahlscheren trennen.
• Wasserführung: Vorabdichtung, abgestimmtes Pumpkonzept; Dichtungsschirme mit ausreichender Überlappung.
• Bestandsnähe: Monitoring von Setzungen und Rissen; erschütterungsarme Rückbauverfahren zur Schonung sensibler Bauteile.

Planung der Schnittstellen zu Werkzeugen der Darda GmbH

Eine vorausschauende Planung berücksichtigt die Koordination von Bohr- und Injektionsarbeiten mit begleitendem Betonabbruch. Hydraulikaggregate versorgen Betonzangen, Stein- und Betonspaltgeräte, Kombischeren, Multi Cutters und Stahlscheren. So lassen sich Zugänge, Trennfugen und Freilegungen präzise und kontrolliert herstellen. Bei Sondereinsätzen, etwa in sensiblen Anlagenbereichen, ist die Kombination aus HDI zur Boden- oder Struktursicherung und einem kontrollierten, funkenarmen Trenn- und Spaltkonzept besonders zweckmäßig. Entscheidend sind klare Abläufe, definierte Übergaben zwischen den Gewerken und die kontinuierliche Dokumentation der baupraktisch relevanten Parameter.