Eine der fortschrittlichsten Methoden der Bodenverbesserung ist das Mikropfahlverfahren, das nicht nur als tragendes Element im Boden integriert wird, sondern durch die Injektion von Zementschlämme auch die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit und Verhalten) des Bodens verbessert. Ingenieure verwenden grundsätzlich zwei Hauptmethoden zur Bodenverbesserung: die Nutzung tragender Elemente im Boden und die Verbesserung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Bodens durch Zugabe von Materialien und Stoffen. Beide Ansätze umfassen spezifische Methoden, und in diesem Zusammenhang vereint das Mikropfahlverfahren mit Zementschlämme die Vorteile beider Ansätze.
Mikropfähle sind Pfähle mit einem Durchmesser von weniger als 300 mm, die in der Regel mit leichter Stahlbewehrung und Zementschlämme-Injektion kombiniert werden. Die Geschichte der Anwendung dieser Methode reicht bis zum Zweiten Weltkrieg zurück, und mit der Zeit, aufgrund ihrer Effizienz und der Möglichkeit, sie in beschädigten Gebäuden anzuwenden, sowie ihrer schnellen Ausführung zur Sanierung und Verstärkung von Bauwerken, hat sie sich weiter verbreitet.
Anwendungen des Mikropfahlverfahrens
Für die Durchführung eines Projekts muss zunächst die geotechnische Beschaffenheit des Standorts untersucht werden, gefolgt von der Analyse der Erdbebenflüssigkeit in verschiedenen Bodenschichten und des Potenzials für Liquefaction im Falle eines Erdbebens. Bei Liquefaction wird die Scherfestigkeit des Bodens stark verringert, was zu erheblichen Setzungen auf der Fundamentoberfläche führt und ernsthafte Schäden bis hin zur Zerstörung verursachen kann. In einigen Projekten besteht das Ziel darin, die Tragfähigkeit der Säulen auf dem Fundament zu gewährleisten und die Last auf tiefere Schichten zu übertragen. Mikropfähle werden in beiden Fällen als eine bevorzugte Option vorgeschlagen.
Im ersten Fall, wenn der Boden in den oberflächennahen Schichten (bis etwa 10 m Tiefe) liquefizieren kann, wird der Mikropfahl in einer Tiefe ausgeführt, die eine angemessene Bodenreaktion bei kritischen Bedingungen wie Erdbeben garantiert und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit des Fundaments gegen zusätzliche Lasten und ungleichmäßige Setzungen gewährleistet, ohne unnötige Kosten zu verursachen.
Ein weiteres Kriterium für die Bestimmung der geeigneten Mikropfahltiefe ist die Feldbeobachtung, die sich auf die Eindringgeschwindigkeit während der Mikropfahlinstallation stützt und die Änderungen der Eindringgeschwindigkeit basierend auf der Anzahl der Hammerschläge (eingebrachte Energie) erfasst. Mit fortschreitender Arbeit kann die Entwurfs- und Bohrtiefe entsprechend den geologischen Bedingungen angepasst werden.
Im zweiten Fall, wenn Mikropfähle mit Zementschlämme-Injektion verwendet werden, führt dies neben der Verbesserung der Bodenfestigkeit auch zu einer verbesserten Tragfähigkeit der Säulen auf dem Fundament und ermöglicht die Lastübertragung auf tiefere Schichten. Die Länge des Mikropfahls wird in diesem Fall entsprechend der erforderlichen Tragfähigkeit berechnet.
In diesem Zusammenhang ist die Anordnung der Mikropfähle im Plan und die Berechnung ihrer optimalen Tiefe von großer Bedeutung. Eine ordnungsgemäße Anordnung gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionskräfte unter dem Fundament, wodurch die Struktur des oberen Fundaments homogen und optimal gestaltet wird. Faktoren wie die Position der Fundamente und Säulen, die Verteilung und die Menge der konzentrierten und gleichmäßig verteilten Lasten, die Widerstandsfähigkeit und Tragfähigkeit des Bodens, die Durchlässigkeit des Bodens, die Tiefe der Mikropfähle sowie die geometrischen und strukturellen Merkmale des Fundaments haben Einfluss auf das Design und die Anordnung der Mikropfähle.