Injektion und Anhebung zur strukturellen Sanierung eines Hochhauses

Warum das Richten schiefer Türme wichtig ist

Moderne Städte sind voll von hohen Gebäuden, die auf begrenztem Raum stehen, und viele dieser Grundstücke liegen auf weichem oder ungleichmäßigem Untergrund. Wenn der Boden unter einem Hochhaus an einer Stelle stärker nachgibt als an einer anderen, kann die gesamte Struktur langsam kippen und damit die Sicherheit und den Komfort der Menschen im Inneren gefährden. Dieser Beitrag verfolgt den Fall eines 26-stöckigen Gebäudes im Kreis Mengshan, Guangxi, China, das bedenklich zu kippen begonnen hatte, und erklärt, wie Ingenieure eine sorgfältig geplante unterirdische „Injektion und Anhebung“-Methode einsetzten, um es behutsam wieder annähernd lotrecht zu bringen, ohne es abzureißen.

Verborgene Probleme unter einem Stadtturm

Nachdem das Gebäude die Rohbauhöhe erreicht hatte, bemerkten Ingenieure wachsende Risse am Keller und Anzeichen dafür, dass sich die gesamte Konstruktion nach Südosten verschob. Präzise Vermessungen zeigten, dass Teile des Fundaments um mehr als 20 Zentimeter abgesackt waren und die Neigung des Gebäudes deutlich über den Komfort- und zulässigen Grenzwerten lag. Eine detaillierte geologische Untersuchung klärte die Ursache. Unter der Bodenplatte lag eine lose Schotterschicht mit vielen Hohlräumen und darunter eine tiefere Gesteinsschicht mit natürlichen Kavernen. Diese „leeren Hohlräume“ reduzierten die Tragfähigkeit von Boden und Fels, sodass einzelne Abschnitte stärker nachgaben als andere und die Kellerwände und die Platte in Zug beansprucht wurden.

Mit virtuellen Modellen unter die Oberfläche schauen

Da Ingenieure nicht direkt in den Untergrund blicken können, erstellte das Team ein dreidimensionales Computermodell des Gebäudes und des umgebenden Bodens. In dieser virtuellen Nachbildung wurden die vor Ort gefundenen Schichten und die beim Bohren entdeckten Hohlräume abgebildet. Anschließend ließen sie das simulierte Gebäude unter der Wirkung der Schwerkraft „einsinken“, um sein Verhalten zu beobachten. Das Absenkmuster im Modell stimmte eng mit den Messungen vor Ort überein und bestätigte, dass schwache, poröse Schichten und unterirdische Hohlräume die Hauptverursacher waren. Lieferten die Forscher das Modell ohne Kavernen, wurde die Setzung viel gleichmäßiger und die Neigung ging deutlich zurück — ein deutlicher Hinweis darauf, wie stark diese verborgenen Räume das Problem beeinflussten.

Vor der Anhebung Festigung durch Injektion

Allein Material unter eine Gebäudeseite zu pumpen und es anzuheben birgt erhebliche Risiken: Die Anhebung kann ungleichmäßig verlaufen, neue Risse können entstehen und das Gebäude kann wieder kippen, wenn injiziertes Material schrumpft oder sich verlagert. Um dies zu vermeiden, entwarfen die Forscher ein zweistufiges Vorgehen. Zuerst erfolgte die Verstärkung. Sie bohrten ein Raster von Löchern um und unter das Gebäude, das sowohl flache Schotterlagen als auch tiefer liegende schwache Gesteinsschichten anvisierte. In diese Bohrungen injizierten sie ein speziell entwickeltes Vergussmaterial aus Aluminium- und Eisen‑Industrienebenprodukten, gemischt mit Zement. In Tests härtete diese Mischung schnell aus, breitete sich nur in einem kontrollierten Radius aus, erreichte hohe Festigkeiten und schrumpfte nur wenig, sodass sie Kavernen füllen, lose Partikel vernetzen und steife „Säulen“ im Boden bilden konnte, ohne sich später vom umgebenden Boden zurückzuziehen.

Behutsame, eng überwachte Anhebung

Erst nachdem der Untergrund verstärkt worden war, begann das Team mit der eigentlichen Anhebung durch Verguss. Hauptsächlich an den stärker abgesackten Ost- und Südseiten injizierten sie den Verguss schrittweise von der Bohrungssohle nach oben, mit niedrigen Drücken und sehr kleinen täglichen Anhebungsgrenzen. Zehn Gerätegruppen arbeiteten koordiniert und bewegten sich von Zonen mit größter Setzung hin zu stabileren Bereichen. Während der 45-tägigen Maßnahme überwachte ein automatisches System in Echtzeit minimale Änderungen in Gebäudehöhe und Neigung an Dutzenden von Messpunkten, sodass die Mannschaften Injektionsraten und Drücke laufend anpassen konnten. Computersimulationen des Anhebungsprozesses, die den Verguss als sich vergrößerndes Volumen im Boden darstellten, halfen zu bestätigen, dass die geplanten Drücke ausreichend waren, um das Gebäude anzuheben, aber nicht so hoch, dass die Struktur beschädigt würde.

Ein einst kipper Turm wieder im zulässigen Bereich

Nach Abschluss der Arbeiten zeigten Messungen, dass die maximale Neigung des Fundaments von etwa 6 Promille auf nur 0,3 Promille gesunken war — klar innerhalb der akzeptierten Sicherheits- und Komfortgrenzen. Die Setzungsdifferenz über das Gebäude nahm dramatisch ab, und die Beanspruchungen in Kellerwänden und -platte fielen unter die Zugfestigkeit des Betons, wodurch das Risiko neuer Risse sank. Durch die Kombination einer maßgeschneiderten Vergussmischung, einer „erst verstärken, dann anheben“-Strategie, sorgfältiger Lochlage, druckarmer, gestufter Injektion und Echtzeitüberwachung demonstrierte das Team ein praktikables Verfahren, um bereits stehende Hochhäuser auf problematischem Untergrund zu retten. Für Stadtbewohner bedeutet das: Selbst wenn der Boden unter einem Turm still und leise versagt, existieren heute ingenieurtechnische Methoden, um die Stabilität wiederherzustellen, ohne das Gebäude zu sperren oder abzureißen.

Zitation: Cui, X. Grouting uplift for structural rectification of a high-rise building. Sci Rep 16, 10462 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38875-z

Schlüsselwörter: Gebäudesetzungen, Bodenverbesserung, Fundamentinjektion, Hochhaussicherheit, strukturelle Sanierung