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Bemessung von Schottersäulen für tragfähigen Baugrund in Bochum

Gemeinsam lösen wir die Herausforderungen von morgen.

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Die Baugrundverhältnisse in Bochum sind geprägt von einer komplexen Wechselfolge aus karbonzeitlichen Festgesteinen, oft verwitterten Ton- und Schluffsteinen, sowie quartären Lockersedimenten der Emscher-Niederung und Ruhrterrassen. Besonders in den Talauen und ehemaligen Zechenarealen stoßen Tragwerksplaner immer wieder auf gering tragfähige Auffüllungen und weiche fluviatile Ablagerungen mit Mächtigkeiten von über 5 Metern. Unterhalb der quartären Deckschichten steht das Grundgebirge an, dessen Oberfläche durch jahrhundertelangen Bergbau stark reliefiert ist. Für Bauvorhaben in diesen Zonen reicht die Verdichtung der oberflächennahen Schichten oft nicht aus, sodass eine tiefreichende Baugrundverbesserung mittels Schottersäulen erforderlich wird. Die Rüttelverdichtung allein scheitert hier häufig an bindigen Zwischenlagen, während die CPT-Versuche in Bochum oft schon ab 2 m Tiefe Spitzendrücke unter 2 MPa anzeigen – ein klares Signal für unzureichende Tragfähigkeit. Unser geotechnisches Team hat in den letzten Jahren zahlreiche Bemessungen für Projekte vom Ehrenfeld bis nach Wattenscheid durchgeführt, bei denen die Kombination aus Bergsenkungen und Auelehm die entscheidende Herausforderung darstellte.

Die Dimensionierung von Schottersäulen in Bergsenkungsgebieten erfordert eine Überlagerung von Säulentrag- und Setzungsberechnung mit den prognostizierten Bodenbewegungen aus dem Grubenwasseranstieg.

Vorgehen und Leistungsumfang

Die Bemessung von Schottersäulen in Bochum muss die spezifischen Anforderungen des Eurocode 7 (DIN EN 1997-1:2014) sowie der ergänzenden DIN 4018 erfüllen, die für das Ruhrgebiet aufgrund der Bergbauhistorie verschärfte Nachweise gegen differenzielle Setzungen fordert. Wir stützen unsere Berechnungen auf die in-situ ermittelten Kennwerte, insbesondere den Spitzendruck aus Drucksondierungen und den Durchlässigkeitsbeiwert, der in den schluffigen Aueböden Bochums häufig unter 1×10⁻⁷ m/s liegt. Die Säulentragfähigkeit wird nach dem Verfahren von Priebe (1995) ermittelt, wobei wir das Verbesserungsverhältnis n₀ iterativ an die in Bochum typischen Spannungs-Dehnungs-Korrelationen anpassen. Ein kritischer Parameter ist der Ersatzflächenwinkel, den wir über Scherversuche im Triaxialgerät an ungestörten Proben aus den umgebenden Weichschichten validieren. Für die Abschätzung der Setzungsmulde unter kombinierter Flach- und Tiefgründung greifen wir zudem auf die Ergebnisse der Baugrunduntersuchung mittels SPT-Bohrung zurück, die in den sandigeren Partien der Ruhrterrassen eine bessere Auflösung liefert als die Drucksonde.
Bemessung von Schottersäulen für tragfähigen Baugrund in Bochum
Technisches Referenzbild — Bochum

Lokale Besonderheiten

Die Stadtentwicklung Bochums ist untrennbar mit dem Steinkohlenbergbau verbunden, der über 150 Jahre lang das Stadtbild und den Untergrund geprägt hat. Mit dem Ende der Kohleförderung und dem anschließenden Grubenwasseranstieg entstehen in vielen Quartieren neue geotechnische Risiken: Die Flutung alter Strecken führt zu einer Reaktivierung von Senkungsmulden, die bei unzureichend bemessenen Schottersäulen zu ungleichmäßigen Setzungen und Rissbildungen in der aufgehenden Bausubstanz führen können. Besonders kritisch ist dies in den Stadtteilen Hamme und Hofstede, wo mächtige Talfüllungen über flachgründigem Karbon anstehen. Ein weiteres Problem ist die hydraulische Interaktion: In den ehemaligen Zechenbereichen können artesisch gespannte Grundwässer aus dem Karbon in die quartären Schichten aufsteigen und die Tragfähigkeit der verbesserten Bodenzone durch Porenwasserüberdrücke temporär reduzieren. Unsere Bemessung berücksichtigt deshalb stets einen konservativen Ansatz für den Porenwasserdruck und eine räumliche Extrapolation der Bergbaudokumentation aus dem Markscheidewesen.

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Typische Werte

ParameterTypischer Wert
Säulendurchmesser (üblich)0,60 – 0,80 m
Maximale Einbautiefe in Bochum8 – 14 m (je nach Felsoberkante)
Verbesserungsfaktor n₀ (Priebe)2,0 – 3,5 (bindige Aueböden)
Erforderlicher Spitzendruck qc nach Verbesserung> 6 MPa (unter Fundamenten)
Setzungsreduktion40 – 70 % gegenüber unbehandeltem Boden
Nachweis gegen hydraulischen GrundbruchErforderlich bei Aushubtiefen > 3 m im Auelehm

Verwandte Dienstleistungen

01

Geotechnische Vorerkundung und Laboranalyse

Durchführung von Drucksondierungen und Entnahme ungestörter Proben zur Bestimmung der Kornverteilung, Plastizität und Scherfestigkeit der Bochumer Aueböden als Eingangsparameter für die Säulendimensionierung.

02

Numerische Bemessung der Schottersäulen

Berechnung des Verbesserungsfaktors, der Säulensteifigkeit und der Gruppenwirkung mittels Finite-Elemente-Modellen, kalibriert an den lokalen Steifigkeitsprofilen des Ruhrkarbons.

03

Bauausführung und Qualitätssicherung

Fachtechnische Begleitung der Rüttelstopfverdichtung mit kontinuierlicher Parameteraufzeichnung, Lastplattendruckversuchen und Probebelastungen an Einzelsäulen.

04

Setzungsmonitoring und Beweissicherung

Installation von Setzungspegeln und Inklinometern zur messtechnischen Überwachung der Gründung über mehrere Jahre, insbesondere während des Grubenwasseranstiegs in Bochum.

Geltende Normen

DIN EN 1997-1:2014 (Eurocode 7), DIN 4018: Berechnung der Sohlspannungsverteilung, DIN 4094-1/2: Baugrunderkundung, Priebe, H. (1995): Die Bemessung von Rüttelstopfverdichtungen, DGGT-Empfehlungen des AK Baugrundverbesserung

Gängige Fragen

Ab welcher Baugrundsteifigkeit sind Schottersäulen in Bochum wirtschaftlich sinnvoll?

Schottersäulen bieten in Bochum dann einen wirtschaftlichen Vorteil, wenn der undränierte Scherfestigkeitswert cu unter 30 kPa liegt und die Mächtigkeit der Weichschicht mindestens 3 Meter beträgt. Bei steiferen Böden mit cu > 50 kPa oder flachgründigem Fels sind meist konventionelle Flachgründungen oder eine Bodenvermörtelung die kostengünstigere Alternative.

Wie wird der Einfluss des Grubenwasseranstiegs in der Bemessung berücksichtigt?

Der Grubenwasseranstieg wird über einen zeitabhängigen Porenwasserdruckansatz in der numerischen Simulation abgebildet. Wir koppeln die Setzungsberechnung mit den Prognosen der Bezirksregierung Arnsberg zum Flutungsstand und legen einen konservativen Bemessungswasserstand zugrunde, der 2 Meter über dem aktuell gemessenen Niveau liegt.

Mit welchen Kosten muss man für die Bemessung von Schottersäulen in Bochum rechnen?

Die reine Bemessungsleistung für Schottersäulen liegt in Bochum je nach Projektgröße und erforderlichem Erkundungsumfang zwischen €1.320 und €4.800. Dieser Rahmen deckt die geotechnische Berechnung inklusive numerischer Simulation, die Ausarbeitung des Ausführungsplans und die fachtechnische Begleitung der ersten Baustellentage ab.

Welche Abnahmeprüfungen sind nach der Herstellung der Schottersäulen erforderlich?

Gemäß den DGGT-Empfehlungen und der DIN 4094-3 führen wir in Bochum mindestens eine Lastplattendruckversuch je 50 Säulen durch, ergänzt um Probebelastungen an 2 % der Einzelsäulen. Zusätzlich ist in den bergbaubeeinflussten Zonen eine Nachprüfung der Durchlässigkeit mittels Versickerungsversuch im Bohrloch vorgeschrieben, um die ordnungsgemäße Drainagewirkung der Säulen zu belegen.

Standort und Servicegebiet

Wir betreuen Projekte in Bochum und seinem Großraum.

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