15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 245 Weiterentwicklung eines Bodenmischverfahrens für Trag- und Dichtelemente Dipl.-Ing. Sebastian Böhm Implenia ICS, Frankfurt am Main Dipl.-Ing. Thomas Schmitt Implenia ICS-TCC, Mannheim Dr.-Ing. Jörg Menke Implenia ICS-TCC, Mannheim Zusammenfassung Bodenmischverfahren sind seit Jahrzehnten international etabliert, wurden jedoch seit der Einführung nur in Details weiterentwickelt. Lange Zeit wurden die Bodenmischverfahren in Deutschland selten und nur von wenigen Firmen eingesetzt. Im Rahmen des Nachhaltigkeitsgedankens gelangen die Bodenmischverfahren jedoch wieder in den Fokus der Anwender. Implenia hat das Verfahren weiterentwickelt, um schneller, nachhaltiger und günstiger produzieren zu können. Das Implenia-Soil-Mixing (ISM) genannte Verfahren ist der nächste Entwicklungsschritt in der Produktion von Trag- und Dichtelementen im Bodenmischverfahren. 1. Einführung Im Bodenmischverfahren werden Dichtwände, Baugrubensicherungen und Baugrundverbesserungen hergestellt. Der anstehende Boden wird durch ein Bohr- und Mischwerkzeug aufgebrochen, umgelagert und die Porenräume mit Bindemittelsuspension gefüllt. Der Boden wird dabei direkt im Untergrund, ohne Aushub und Abfuhr und Entsorgung von Bohrgut bearbeitet. Als statisch wirksame Tragelemente können Stahlträger oder Betonfertigteile eingestellt und bei Bedarf auch rückverankert oder ausgesteift werden. Nach dem Aushärten des Boden-Bindemittelgemisches entsteht ein dichter und stabiler Körper aus hydraulisch gebundenem Material. Durch die Verwendung des Bodens als Zuschlagsstoff werden Antransporte zur Baustelle (z. B. Transportbeton) und Abtransporte von der Baustelle (Bodenaushub) deutlich reduziert. Im Vergleich zu anderen Verbauverfahren ist das Bodenmischverfahren in der Regel nachhaltiger, schneller und kostengünstiger. 2. Historie Mit der Entwicklung von Bodenmischverfahren ist in den 1950er Jahren in den USA begonnen worden. Auch Japan und Skandinavien sind bekannte Anwendungsregionen. Die Entwicklung erfolgte in beiden Regionen unabhängig voneinander. In Japan wurde das Nassmischverfahren entwickelt, in Skandinavien das Trockenmischverfahren. In Deutschland haben sich erst ab den 90-er Jahren Nassmischverfahren etabliert. Vorreiter in diesem Bereich war die Firma Bauer mit dem Mixed-in-Place-Verfahren (MiP) und Sidla & Schönberger mit dem Fräs-Misch-Injektions-Verfahren. Abb. 1: Herstellung Bodenmischwand ISM 246 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Weiterentwicklung eines Bodenmischverfahrens für Trag- und Dichtelemente 3. Normung und Zulassung Das Bodenmischverfahren ist in der Norm DIN EN 14679: 2005 Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtief bau) Tiefreichende Bodenstabilisierung geregelt. Damit entfällt auch das Erfordernis der früher üblichen Zulassung der ausführenden Firmen. Dies ist so auch in der Mitteilung des Deutschen Instituts für Bautechnik DIBt, Bauaufsichtliche Anforderungen an Baugrubenumschließungen Stand: 03. November 2020 festgelegt: „Gemäß MBO sind Baugrubenumschließungen als Hilfseinrichtungen zur statischen Sicherung von Bauzuständen zu betrachten und somit eine bauliche Anlage. Die Einhaltung (Erfüllung) der sich daraus ergebenen bauaufsichtlichen Anforderungen lässt sich insgesamt für Baugrubenumschließungen, hergestellt mit typischen geotechnischen Gründungs- und Sicherungselementen, anhand Technischer Baubestimmungen und allgemein anerkannter Regeln der Technik nachweisen. Daher sind bis auf wenige Ausnahmen für Baugrubenumschließungen Verwendbarkeitsnachweise für die verwendeten Bauprodukte und Bauartgenehmigungen für die Bauverfahren nicht erforderlich. Es ist lediglich sicherzustellen, dass die statische Bemessung fachkundig aufgestellt und hinreichend geprüft wurde und die Ausführung der bzw. die fertige Baugrubenumschließung für die Dauer der Maßnahme der Baustellenüberwachung unterliegt.“ Das DIBt fasst weiterhin zusammen: „Der vorübergehende Einsatz der Tragelemente (im Allgemeinen < 2 Jahre) zur Baugrubenumschließung ist ohne bauaufsichtlichen Verbzw. Anwendbarkeitsnachweis zulässig. Diese Tragelemente können in Anlehnung an DIN 4093 „Bemessung von verfestigten Bodenkörpern --Hergestellt mit Düsenstrahl-, Deep-Mixing- oder Injektions-Verfahren“ bemessen werden. Der Einsatz der Verfahren zur Baugrundverbesserung ist bauaufsichtlich zulässig und bedarf keiner Bauartgenehmigung.“ (www. dibt.de Stand 18.11.2025) 4. Vorteile und Einsatzgrenzen Im Bodenmischverfahren können kostengünstige und nachhaltige Dicht- und Verbauwände bzw. Bodenverbesserungen ausgeführt werden. Besonders große Kostenvorteile können beim Bauen in kontaminierten Bereichen realisiert werden. Da der anstehende Boden den Bauelementen als Zuschlagsstoff in-situ untergemischt wird, reduziert sich die Menge zu entsorgenden Bodens erheblich. Es reduzieren sich sowohl Transporte zur Entsorgung von Boden als Aushub als auch solche zur Andienung von Zuschlagsstoffen für die Herstellung der Tragbzw. Dichtelemente. Darüber hinaus ist die Ausführung in der Regel schneller als bei anderen Bauverfahren. Im Gegensatz zu ebenfalls kostengünstigen und nachhaltigen gerüttelten Gründungen oder Verbauten erfolgt die Herstellung im Bodenmischverfahren erschütterungsärmer und leiser. Im Vergleich mit Gründungen oder Verbauvarianten aus Beton sind die Bauteile, die im Bodenmischverfahren hergestellt werden, systembedingt jedoch in der Regel weniger tragfähig und verformungsanfälliger. Dieser Nachteil kann auch durch eng eingestellte Tragelemente oder zusätzliche Aussteifungen/ Rückhaltesysteme nur bedingt ausgeglichen werden. Insbesondere mit bewehrte Betonbauteilen lassen sich in der Regel deutlich steifere und tragfähigere Bauteile herstellen. Auch beim Vorhandensein großer Bohr-Hindernisse gelangt das Bodenmischverfahren an seine Grenzen. Das Durchörtern von Hindernissen bzw. die Einbindung in felsigen Untergrund gelingt mit den Bohrwerkzeugen des Bodenmischverfahrens nur bedingt. Die Vorteile des Verfahrens werden durch die dann erforderlichen Vorabmaßnahmen meist konterkariert. 5. ISM - Implenia Soil Mixing Durch innovative Neuerungen und konsequente Weiterentwicklungen und den Einsatz modernster Geräte- und Messtechnik ist es Implenia gelungen, das Bodenmischverfahren insbesondere für die Herstellung tragender Bauteile wesentlich zu verbessern. Die wesentlichen Innovationen werden nachfolgend vorgestellt. Um die Vorteile des Bodenmischverfahrens perfekt zu nutzen, empfiehlt es sich, Verbauwände und Gründungen in sehr guter Qualität, d. h. möglichst homogen, geometrisch exakt und in hoher Festigkeit herzustellen. Die Einhaltung der vorgenannten Parameter hängt wesentlich davon ab, mit welcher Genauigkeit gearbeitet wird und wie gut der Boden mit dem eingebrachten Bindemittel versetzt und vermischt wird. Durch innovative Neuerungen, konsequente Weiterentwicklungen und den Einsatz modernster Geräte- und Messtechnik ist es Implenia gelungen, das Bodenmischverfahren insbesondere für die Herstellung tragender Bauteile wesentlich zu verbessern. Diese Innovationen werden nachfolgend vorgestellt. 5.1 Trägergerät und Antrieb Für die Produktion setzt Implenia besonders leitungsstarke Liebherr-Ramm-Drehbohrgeräte Typ LRB 355 ein. Jedes der drei nebeneinander angeordneten Bodenmischwerkzeuge wird mit einem Hydraulikmotor angetrieben. Fallweise wird mit zwei unterschiedlich leistungsstarken Bodenmischantrieben gearbeitet. Der Standardantrieb mit 65 kNm Drehmoment eignet sich für geringere Bohrtiefen von 12-15 m. Diese Konfiguration ist in Europa auch noch bei anderen Spezialtief baufirmen vorhanden. Für größere Tiefen und schwieriger zu bearbeitende Böden ist zudem - nur bei Implenia - ein Bodenmischantrieb mit der Drehmomentleistung von 100 kNm verfügbar. Dies ist der aktuell stärkste verfügbare Antrieb für das Mischen von Verbau- und Dichtwänden. Damit können auch schwierigen Bodenformationen Bohrtiefen von bis zu 20 m erreicht werden. Das Trägergerät LRB 355 kann weiterhin neben dem ISM-Bodenmischverfahren auch als Bohrgerät zur Herstellung von Pfählen und als Rammgerät für Spundwände und Träger verwendet werden, so dass auf einem Baufeld verschiedene anstehende Bauaufgaben mit demselben Gerät ausgeführt werden können. 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 247 Weiterentwicklung eines Bodenmischverfahrens für Trag- und Dichtelemente Abb. 2: Trägergerät LRB 355 mit Bodenmischwerkzeug ISM Abb. 3: Drehantrieb 3MA100, Anordnung Hydraulikmotore 5.2 Bohr-Misch-Werkzeuge Die drei nebeneinander angeordneten Bohr-Mischstränge setzen sich (von unten nach oben) jeweils aus den Haupt- Komponenten Zentrierpilot, Schneidleiste, Suspensionszuführung, Mischpaddel und Homogenisierungsbereich zusammen. Der Zentrierpilot und die Schneidleisten brechen den gewachsenen Boden auf und erlauben das schnelle Eindringen in den Bodenkörper. In diesem Bereich erfolgt auch die Suspensionszuführung, um das Abbohren zu erleichtern und um im nachfolgenden Mischbereich die Suspension in den Boden einzuarbeiten. Durch den konzipierten Mischbereich ergibt sich auch die Möglichkeit, stärker bindige Bodenschichten zu bearbeiten. Darüber ist die erste Parallelführung der Mischstränge angeordnet. Diese Führung besitzt Abstreifelemente, um die einspringenden Zwickel zwischen den drei runden Bohrquerschnitten aus dem Boden auszubrechen und ebenfalls in das Bodenmischgut zu fördern. Bei Bedarf kann hier auch eine Probeentnahmevorrichtung montiert werden, um In-Situ Proben des frischen Bodenmischgutes aus der Tiefe zu entnehmen. Der darüber befindliche restliche Bereich des Mischwerkzeuges setzt sich aus abwechseln angeordneten Schneckenteilen und Führungen zusammen. Dieser Bereich dient zur weiteren Homogenisierung des bereits gemischten Materials. Der nominelle Bohrdurchmesser der drei Mischwerkzeuge beträgt 58 cm. In Längsrichtung ergibt sich mit einem Achsabstand 60 cm so eine Arbeitslänge von ca. 180 cm für das gesamte Werkzeug. Abb. 4: Bodenmischwerkzeug ISM 5.3 Verfahren Beim ISM-Verfahren erfolgt bereits kurz nach dem Eindringen des Bohr-Mischwerkzeuges in den Bodenkörper die Zugabe der Bindemittelsuspension. Hierdurch wird nicht nur der Abbohrvorgang vereinfacht, sondern auch direkt während des Abteufens der eigentliche Mischvorgang gestartet. Dadurch kann die gesamte Dauer, in der sich der Mischstrang im Boden befindet, zum Mischen und Homogenisieren genutzt werden. Die Zugabe der Mischsuspension erfolgt - im Gegensatz zu bislang üblichen Methoden mit Zugabe nur über den mittleren Strang - beim ISM-Verfahren über alle drei Mischstränge gleichzeitig. Dies wird möglich, weil die Seelen der Bohrschnecken nicht mit Messtechnik bestückt sind (siehe hierzu auch 5.5. Messtechnik). Die Suspensionszugabe 248 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Weiterentwicklung eines Bodenmischverfahrens für Trag- und Dichtelemente kann für jeden Strang einzeln gesteuert werden, so dass auf unvorhergesehene Situation direkt reagiert werden kann. Die Zugabe von Suspension erfolgt üblicherweise nur während des Abbohrvorgangs. Bei Bedarf kann jedoch auch während des Ziehens Suspension zugegeben werden. Zur sorgfältigen Durchmischung auch der tiefsten Bereiche kann durch ein- oder mehrfaches Rückziehen und Wiedereinfahren der Bohr-Mischwerkzeuge der untere Mischbereich und mögliche Einbindung der Bodenmischwand in bindige Schichten bearbeitet werden. Die Ausführung von Verbauwänden in einem erweiterten Pilgerschritt kann damit in der Regel entfallen. Die Herstellreihenfolge der einzelnen Wandelemente ist in sogenannte Primär- und Sekundärstiche unterteilt. Zunächst werden mehrere Primärstiche tangierende abgebohrt und gemischt. Anschließend werden versetzte Sekundärstiche in die abgebohrt. So werden eventuelle noch unbearbeitete Zwischenbereiche zwischen benachbarten Stichen zuverlässig bearbeitet und eine durchgängige Wand erzeugt. Aufgrund der gleichzeitigen Bindemittelzugabe in alle drei Bohrstränge entfällt ein sonst notwendiger dritter Mischvorgang zur homogenen Herstellung. Abb. 5: Herstellablauf Standard ISM mit Primär- und Sekundärstichen 5.4 Dokumentation Die Herstellparameter werden vom Bohrgerät während dem Bohr- und Mischvorgang kontinuierlich erfasst und gespeichert. Die Daten werden online in das Liebherr- Auswerteprogramm „My Jobsite“ übertragen und können dort begutachtet werden, ohne dabei direkt vor Ort anwesend sein zu müssen. Dies erleichtert die fachtechnische Begleitung der Bauausführung deutlich. Die erfassten Daten werden als umfassendes Herstellprotokoll normgerecht dargestellt. 5.5 Messtechnik Eine wesentliche Verbesserung der bislang verfügbaren Messtechnik wurde durch Einsatz des firmeneigenen Kombinierten Inklinometer-Kreisel-Systems (KIKS) erzielt. Dieses System besteht aus elektronischen Neigungssensoren zur Messung der Vertikalität in Wandlängs- und Querrichtung sowie einem Gyrokreisel zur Erfassung einer möglichen Verdrehung der drei Bohr- Mischwerkzeuge über die Bohrtiefe. Die beim Abbohren und Ziehen erfassten Daten werden am Ende des Mischvorganges dem Gerätefahrer direkt angezeigt und gespeichert. Der Gerätefahrer kann somit direkt die ordnungsgemäße Herstellung kontrollieren und bei eventuellen Abweichungen über der vorgegebenen Toleranz sofort zusätzliche Mischpunkte zur Korrektur und Sicherstellung einer durchgängig homogenen Wand ausführen. Abb. 6: Messsystem KIKS 6. Qualitätssicherung Die-Qualitätssicherung ist-ein integraler Bestandteil des Qualitätsmanagements. Sie umfasst organisatorische und technische Maßnahmen, die dazu dienen, die festgelegte Qualität des Produkts sicherzustellen, zu überprüfen und zu optimieren. 6.1 Eingangskontrolle Baustoffe Die angelieferten Baustoffe werden vor dem Anmischen einer Eingangskontrolle unterzogen und die Übereinstimmung mit den Bestellvorgaben bestätigt. Von jeder Lieferung wird eine Rückstellprobe entnommen und bis zur Abnahme frostfrei und trocken auf bewahrt. Angelieferte Tragelemente (Profilgröße, Länge, Anzahl, Güte etc.) werden ebenfalls auf Übereinstimmung mit der Bestellvorgabe überprüft. 6.2 Anmischen der Suspension Die einzelnen Mischchargen werden in einem Mischer WIMI 2300 oder MCM 2500 registriert und können ausgelesen werden. (Zeit Start-Ende, Einwaagen kg, Mischzeit, Entleerzeit). 6.3 Suspensionsparameter Es werden täglich frische Suspensionsproben gezogen und nachfolgende Parameter untersucht und im Formblatt „Frischsuspensionsprüfung“ dokumentiert. • spez. Gewicht • Marsh-Auslaufzeit 6.4 Bohrparameter Die Aufzeichnung der relevanten Bohrparameter erfolgt durch das Bohrgerät und wird später ausgelesen und in 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 249 Weiterentwicklung eines Bodenmischverfahrens für Trag- und Dichtelemente einem Protokoll dargestellt. Folgende Herstellparameter werden dokumentiert: • Datum, Uhrzeit Beginn, Ende • Element Nummer • Bindemittelart, Zusammensetzung • Suspensionsdruck • Tiefe • Bohr- und Ziehrate • Umdrehungen Abbohren/ Ziehen • Suspensionsmenge 6.5 Vertikalität und Verdrehung Sofern technisch erforderlich, kann bei dem 3-fach Mischwerkzeug die Neigung und Verdrehung gemessen werden und nach Beendigung des Stiches im Gerät angezeigt und ausgelesen werden. 6.6 Prüfung Bodenmischgut Die Prüfung des Bodenmischgutes erfolgt durch Schöpfproben aus dem frisch hergestellten Bodenmischkörper oder mittels Kernbohrungen aus dem erhärteten Bodenmischkörper. Sofern nicht anders festgelegt werden nach DIN 4093 (Anhang A) je 500 m ³ Verfestigungskörper-=-1 Serie-=-4 Probekörper die erforderlichen Druckfestigkeiten nachgewiesen. In Tonen, Sand-Ton Gemischen, Kies-Ton-Gemischen oder schwach organischen Böden ist die Anzahl Probekörper zu verdoppeln. Die Proben aus dem frischen Bodenmischgut dienen als interne baubegleitende Kontrolle. Nach Aushärtung der Bodenmischproben und Ermittlung der Druckfestigkeiten dienen diese auch für den statischen Nachweis von Voraushubzuständen (z. B. Voraushub auf Ankerlagen). Probenentnahmegerät Mit einem Probenentnahmegerät kann aus einer frisch gemischten ISM-Wand aus definierter Tiefe eine frische Probe entnommen werden. Hierzu wird z. B. ein Probenentnahmegerät an der unteren Lagerbrille des 3-fach Mischwerkzeugs befestigt. Das Bohrwerkzeug fährt langsam drehend nochmals in die ISM-Wand auf die gewünschte Tiefe ein. Beim Einfahren öffnen sich die untere und obere Klappe des Probenentnahmegerätes, das Bodenmischgut strömt vertikal durch den Behälter. Beim Rückzug schließen sich beide Klappen den Behälter. Die maximale Entnahmetiefe ist konstruktiv bedingt circa 3-m über der Endtiefe der ISM-Wand. An der Oberfläche wird der Behälter geöffnet und die Bodenmischprobe beprobt oder abgefüllt. Kernbohrung Aufgrund der geringen Festigkeiten sind vertikal durchgehende Kernbohrungen in Bodenmischelementen sehr schwierig und erfordern spezielles Kernbohrwerkzeug und gut ausgebildetes Personal. Vertikale Kernbohrungen sollten möglichst vermieden werden. Kurze, horizontale Kernbohrungen an freigelegten Elementen sind ausführbar und können zur nachträglichen Ermittlung der Druckfestigkeit genutzt werden. Die horizontale Kernbohrung kann dabei auch nur bis zu einer begrenzten Tiefe in dem Bodenmischelement erfolgen. Die Bohrkernentnahme ist möglichst nur oberhalb des Grundwasserniveaus vorzusehen. Bei Kernbohrungen allgemein ist die mögliche Reduktion der Kernqualität durch den Bohrvorgang zu berücksichtigen. Es ist - abhängig vom maximalen Korndurchmesser - in der Regel ein Mindestkerndurchmesser von 80 bis 100 mm zu empfehlen. Der Probendurchmesser sollte mindestens der 6-fache Korndurchmesser sein. In sehr grobkörnigen Böden ist dies nicht immer umsetzbar, hieraus bedingte Abweichungen sind zu dokumentieren. Linerprobe Zwei ineinander liegende Stahl- oder Kunststoffrohre mit mindestens 100 mm Durchmesser sind am Fuß gegeneinander abgedichtet. Der Liner wird senkrecht in das frische Bodenmischgut eingedrückt oder z. B. mit Hilfe einer Rüttelkappe einvibriert. Nach dem Aushärten wird das Innenrohr gezogen, der Kern entnommen und beprobt.