Erweiterung des Vereisungsverfahrens zur umweltverträglichen Herstellung komplizierter Untergeschosskonstruktionen bei strömendem Grundwasser

Im Rahmen von Zukunft Bau des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung wurde am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen das Forschungsvorhaben "Erweiterung des Vereisungsverfahrens zur umweltverträglichen Herstellung komplizierter Untergeschosskonstruktionen bei strömendem Grundwasser" durchgeführt. Das Forschungsvorhaben beinhaltete zum einen numerische Berechnungen mit dem Programmsystem SHEMAT und zum anderen die Erfassung der Grundwassersituation einer konkreten Baumaßnahme mittels klassischer Methoden und mit Hilfe des Grundwasser-Fluss-Visualisierungs-Verfahrens (GFV-Verfahren). Die numerischen Berechnungen gliedern sich in eine Parameterstudie zur Beurteilung des Einflusses verschiedener Bodenkennwerte und Randbedingungen, die Untersuchung verschiedener Optimierungsmöglichkeiten von Vereisungsmaßnahmen durch strömungsangepasste Gefrierrohranordnungen und in die Nachrechnung einer konkreten Baumaßnahme auf. Die Parameterstudie zeigte, dass die Grundwasserfließgeschwindigkeit einen entscheidenden Einfluss auf das Gefrierverhalten und damit auf den Erfolg und die Sicherheit von Vereisungsmaßnahmen hat. Mit Hilfe der weiterführenden Untersuchungen wurde gezeigt, dass sich durch eine strömungsangepasste Anordnung der Gefrierrohre, auch ohne oder nur durch wenige zusätzliche Rohre, wesentlich kürzere Aufgefrierzeiten erreichen lassen. Für die Nachrechnung einer konkreten Baumaßnahme wurde zunächst die Grundwassersituation mittels verschiedener Pegelmessungen, eines Pumpversuchs und numerischer Strömungsberechnungen sowie durch Messungen mit dem GFV-Verfahren erkundet. Die Nachrechnungen zeigten, dass eine hinreichend genaue Abbildung konkreter Vereisungsmaßnahmen mit SHEMAT möglich ist, wenn die Grundwasserverhältnisse bekannt sind und realitätsnah berücksichtigt werden. Findet eine ausreichende Erkundung der Grundwassersituation statt, lassen sich bereits im Vorfeld von Vereisungsmaßnahmen durch numerische Berechnungen Optimierungsmöglichkeiten untersuchen, welche während der Durchführung zu kürzeren Aufgefrierzeiten führen können.