Die Bodenverhältnisse in Herne sind geprägt von einer komplexen Wechsellagerung quartärer Sande und Kiese über den Tonmergelsteinen des Oberkreide-Emscher-Mergels, durchsetzt von anthropogenen Auffüllungen aus der über 150-jährigen Bergbaugeschichte. In den nördlichen Stadtteilen entlang der Emscher trifft man regelmäßig auf locker gelagerte, setzungsempfindliche Sande mit Lagerungsdichten unter Dpr = 30 %, die ohne tiefgreifende Bodenverbesserung keine ausreichende Tragfähigkeit für lastabtragende Fundamente bieten. Hinzu kommt ein flurnaher Grundwasserstand von oft nur 1,5 bis 2,5 Metern unter Geländeoberkante, der das Spülverhalten des vibrierten Materials und die Porenwasserüberdruckentwicklung während des Verdichtungsvorgangs maßgeblich beeinflusst. Die Bemessung der Rütteldruckverdichtung muss in Herne zudem die Gefahr von Reaktivierungen alter Tagesbrüche berücksichtigen, was eine enge Verzahnung von geotechnischer Erkundung mittels CPT-Versuch und der eigentlichen Verdichtungsplanung erfordert.
Die Verdichtungswilligkeit eines Bodens ist keine Materialkonstante – in Herne entscheidet der Porenwasserdruckabbau während der ersten Rüttelpause über die spätere Tragfähigkeit der verbesserten Zone.
Methodik und Umfang
Die Auslegung einer Rütteldruckverdichtung folgt in Herne den Vorgaben der DIN 4094-3 in Verbindung mit den Empfehlungen des Arbeitskreises Baugrundverbesserung, wobei die lokale Geologie eine detaillierte Betrachtung der Energieeintragsparameter erzwingt. Anders als auf jungfräulichen fluviatilen Sanden des Oberrheingrabens muss im Ruhrgebiet stets mit Einlagerungen von Bergematerial und Schlacken gerechnet werden, die das Rüttelverhalten durch erhöhte Mantelreibung am Tiefenrüttler verändern. Die charakteristischen Werte der Lagerungsdichte nach Verdichtung werden über schwere Rammsondierungen (DPH) und Drucksondierungen kalibriert, wobei ein Zielwert von Ic > 1,8 oder qc > 7,5 MN/m² für die Gründung von
Bodenplatten in den Gewerbegebieten von Herne-Wanne angestrebt wird. Die Rasterabstände, die üblicherweise zwischen 1,80 m und 3,20 m im Dreiecksraster variieren, sind dabei Ergebnis iterativer Setzungsberechnungen, die die Steifemoduln aus den Drucksondierungen nach der Verdichtung mit den ursprünglichen Werten aus der Baugrunderkundung vergleichen. In Herne ergänzen wir diese Planung oft durch vorlaufende
Schürfgruben, um den tatsächlichen Fremdstoffanteil in den Auffüllungen zu dokumentieren und die Gefahr von Rüttlerblockaden im Vorfeld zu minimieren.
Lokale Besonderheiten
Ein klassischer Fehler bei der Bemessung in Herne ist die unkritische Übernahme von Verdichtungsparametern aus nichtbergbaulichen Regionen, ohne die lokale Spülkornverteilung im Feinkornbereich zu prüfen. Enthält der anstehende Sand durch Bergbauverwitterung mehr als 12 Prozent Schluff, kann der Tiefenrüttler bei ungenügender Wasserzugabe keine ausreichende Verflüssigung der Kornmatrix erzeugen – der Boden 'atmet' nur, ohne sich signifikant zu verdichten. Die Folge ist ein unzureichender Steifemodul, der erst bei der Abnahmeprüfung auffällt und dann teure Nachverdichtungen oder den Wechsel auf ein Pfahlgründungssystem mit Pfählen erzwingt. Ein weiteres Risiko ergibt sich aus den flurnahen Grundwasserleitern im Emschertal: Wird der Porenwasserüberdruck durch zu enge Rüttelabstände oder zu kurze Pausenzeiten nicht abgebaut, entstehen hydraulische Kurzschlüsse in benachbarte, nicht verdichtete Bereiche, die das gesamte Verdichtungsraster unwirksam machen können. Die Bemessung muss daher ein detailliertes Porenwasserdruck-Monitoring während der ersten Rüttelgänge vorsehen.
Häufige Fragen
Ab welcher Tiefe ist eine Rütteldruckverdichtung in Herne wirtschaftlich sinnvoll?
Die Wirtschaftlichkeit hängt vom Verhältnis der Verdichtungstiefe zur Rasterfläche ab. In Herne, wo locker gelagerte Sande oft bis in 6 bis 8 Meter Tiefe anstehen und mit steifen Mergeln unterlagert sind, ist die Rütteldruckverdichtung bei Gründungspolstern ab 2,5 Metern Mächtigkeit in der Regel günstiger als ein Bodenaustausch. Entscheidend ist die Erreichbarkeit des Rüttlers auf beengten innerstädtischen Grundstücken.
Welchen Einfluss haben alte Bergwerkshohlräume auf die Verdichtungsplanung?
Tagesnahe Hohlräume unter 15 Metern Tiefe müssen vor der Verdichtung durch Erkundungsbohrungen ausgeschlossen werden, da der Rüttelvorgang sonst einen Verbruch auslösen kann. Der übliche Sicherheitsabstand zwischen Rüttelspitze und kartiertem Hohlraum beträgt 5 Meter, sofern keine Verwahrung nachgewiesen ist. Wir gleichen die Rütteltiefen mit den Grubenbildern der Bezirksregierung Arnsberg ab.
Wie wird die Qualität der Verdichtung in heterogenen Auffüllungen nachgewiesen?
In den für Herne typischen Auffüllungen mit wechselnden Anteilen an Ziegelbruch, Schlacke und Sand ist die alleinige Rammsondierung oft nicht aussagekräftig. Wir setzen auf eine Kombination aus schwerer Rammsondierung (DPH) und CPT mit lokaler Reibungsmessung, ergänzt durch dynamische Plattendruckversuche auf der Verdichtungsebene. Die Abnahmekriterien werden projektspezifisch im Vorfeld mit dem Baugrundgutachter festgelegt.
Mit welchen Kosten muss ich für die Bemessung einer Rütteldruckverdichtung rechnen?
Die Ingenieurleistungen für die reine Bemessung und Qualitätsüberwachung einer Rütteldruckverdichtung in Herne liegen je nach Umfang der Vorerkundung und Anzahl der Abnahmesondierungen zwischen €1.260 und €4.850. Die Ausführungskosten der Verdichtungsarbeiten selbst sind darin nicht enthalten und werden vom ausführenden Spezialtiefbauunternehmen kalkuliert.
Kann man die Rütteldruckverdichtung mit anderen Verbesserungsmethoden kombinieren?
Ja, insbesondere in den Übergangsbereichen zwischen gut verdichtbaren Sanden und bindigen Schichten ist eine Kombination mit Schottersäulen oder einer partiellen Bodenvermörtelung sinnvoll. Die Bemessung sieht dann eine zonierte Behandlung vor, bei der die Rütteldruckverdichtung die Fläche abdeckt und die Säulen punktuelle Lastkonzentrationen oder Randbereiche mit höherem Feinkornanteil verstärken.
