Was geschieht bei einer Bodenvereisung und wann ist sie vonnöten?
Die Bodenvereisungen ist ein spezielles Verfahren für den Tief- bzw. Spezialtiefbau. Ziel ist es dabei, den Baugrund unkompliziert zu stabilisieren, damit dieser bei Aushubarbeiten nicht einstürzt oder das Bodenwasser in Gruben oder Tunnel einbricht. Daher kommt die Boden- bzw. Baugrundvereisung vorwiegend bei der Errichtung von Baugruben und -gräben, zur Abdichtung von Schlitz- oder Pfahlwänden, beim Bau von Tunneln und Unterführungen oder aber beim Vertiefen von Bodenplatten und Fundamenten unterhalb des Grundwasserspiegels zum Einsatz. Des Weiteren kann es das Verfahren erleichtern, Bodenproben für eine Baugrundanalyse zu entnehmen oder Altlasten zu sanieren. Außerdem wird es bei Rettungseinsätzen unter Tage genutzt.
Die Bodenvereisung macht sich das natürliche Vorhandensein von Boden- bzw. Porenwasser im Baugrund zunutze. Wird dieses hart gefroren, stabilisiert das den Boden temporär, bis andere Maßnahmen zur Baugrundsicherung getroffen werden können oder die zu errichtende Struktur erstellt wurde. Im Anschluss kann das Wasser wieder auftauen und der Boden erhält seine natürliche Beschaffenheit zurück.
Bei einer Baugrundvereisung werden zwei verschiedene Varianten unterschieden: die Solevereisung und die Stickstoffvereisung. In jedem Fall ist es zunächst erforderlich, über Bohrungen Leitungen für einen geschlossenen Kreislauf in den Boden einzubringen. Bei der Solevereisung wird nun eine Salzlösung in die Rohre eingebracht, welche Temperaturen von etwa -35 bis -40 Grad Celsius aufweist. Durch die Zirkulation entzieht das Mittel dem Baugrund thermische Energie, bis die Bodentemperatur weit genug abfällt, dass das Porenwasser des Erdreichs hart gefriert. Der Vorgang nimmt für gewöhnlich mehrere Wochen bis einen Monat in Anspruch. Die Stickstoffvereisung läuft hingegen wesentlich schneller ab – sie benötigt meist nur wenige Tage bis eine Woche. Hier kommt flüssiger Stickstoff mit einer Temperatur unter -196 Grad Celsius zum Einsatz. Beim Entzug der Wärme des Bodens, um das Gefrieren zu erzielen, evaporiert er schließlich zu Gas, welches dann einfach in die Atmosphäre abgelassen werden kann. Aus diesem Grund muss konstant Stickstoff nachgeliefert werden.
Ist der Boden vereist, schließt sich die so genannte Haltephase an. Dabei wird das Verfahren in einem intermittierenden Betrieb fortgeführt, damit der Baugrund nicht frühzeitig auftaut. Sind die Baumaßnahmen beendet, erfolgt die Auftauphase. Durch die Abschaltung der zur Bodenvereisung erforderlichen Maßnahmen erwärmt sich das Erdreich durch die Umgebungswärme langsam wieder und das gefrorene Porenwasser wird sukzessive flüssig, bis der Normalzustand wiederhergestellt ist.
Welche Vorteile bietet die Bodenvereisung?
Die Wahl der Bodenvereisung für die Stabilisierung des Baugrunds bietet die unterschiedlichsten Vorteile gegenüber anderen Verfahren, die zum Erreichen der Bauziele notwendig sind. Zum einen handelt es sich um eine einzelne, zuverlässige Variante, um den Boden zu festigen – es sind also keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich. Die Baugrundvereisung ist zudem sicher und erprobt und es besteht ein umfassendes Monitoring. Durch das Gefrieren des Boden- oder Grundwassers ist keine aufwendige Absenkungen von diesem vonnöten, was den Bauablauf beschleunigt. Die Anlagen sind zudem sehr platzsparend, wodurch das Verfahren auch in beengten Situationen zum Einsatz kommen kann. Nicht zuletzt ist die Methode umweltfreundlich, da in einem geschlossenen System gearbeitet und der natürliche Zustand des Bodens nur temporär verändert wird. Kommt flüssiger Stickstoff zum Einsatz, ist dieser als Kältemittel ohnehin komplett unschädlich und kann einfach in die Atmosphäre abgelassen werden, die ja größtenteils aus Stickstoff besteht. Bei der Solevereisung kann das Kühlmittel hingegen problemlos wiederverwertet werden, was Kosten reduziert – dafür dauert die Methode etwas länger.
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