Methan aus Weichschichten Sicheres Bauen bei Bodenluftbelastung

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1 Methan aus Weichschichten Sicheres Bauen bei Bodenluftbelastung Hinweise für Planer, Bauherren und Architekten

2 Impressum Impressum Herausgeber Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt Neuenfelder Straße Hamburg V.i.S.d.P.: Christian Landbeck Bestellungen über: Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (BSU) Amt für Umweltschutz Abteilung Bodenschutz / Altlasten Neuenfelder Straße Hamburg Telefon 040/ bodenschutz-altlasten@bsu.hamburg.de Redaktion: Ragnhild Hummel, Petra Eickers Gestaltung: Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung, Mediengestaltung Abbildungsnachweis: Fotos / Skizzen: Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt: Seiten 4, 6, 7, 8, 9, 10 Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung: Titelbild, Seite 2, 11, 12 Anmerkung zur Verteilung: Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit des Senats der Freien und Hansestadt Hamburg herausgegeben. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern oder Wahlhelfern während eines Wahlkampfes zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Dies gilt für Europa-, Bundestags-, Landtags- und Kommunalwahlen. Missbräuchlich ist insbesondere die Verteilung auf Wahlveranstaltungen, an Informationsständen der Parteien sowie das Einlegen, Aufdrucken oder Aufkleben parteipolitischer Information oder Werbemittel. Untersagt ist gleichfalls die Weitergabe an Dritte zum Zwecke der Wahlwerbung. Unabhängig davon, wann, auf welchem Weg und in welcher Anzahl diese Schrift dem Empfänger zugegangen ist, darf sie auch ohne zeitlichen Bezug zu einer bevorstehenden Wahl nicht in einer Weise verwendet werden, die als Parteinahme der Landesregierung zugunsten einzelner politischer Gruppen verstanden werden könnte. Den Parteien ist es jedoch gestattet, die Druckschrift zur Unterrichtung ihrer eigenen Mitglieder zu verwenden. Auflage: 2000 Stück gedruckt auf 80% Recyclingpapier August 2014

3 Inhalt Inhalt Einleitung 3 MethangasbildendeWeichschichtennatürlichenUrsprungs 4 AuswirkungenaufeineBebauung 6 BaulicheGassicherungsmaßnahmen 8 Bodenluftuntersuchungen 11 HinweiseundAuskünfte 13

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5 Einleitung Vorab: Gefahren erkennen und beheben EinlEitung Viele Baugrundstücke in Hamburg befindensichingebieten,diesogenannteweichschichten(klei,schlick, Mudde, Torf) mit unterschiedlichen GehaltenanorganischenSubstanzen imuntergrundaufweisen. IndenletztenJahrenwurdenbeiUntersuchungen in verschiedenen Bebauungsplangebieten, insbesondere im Elbe-Urstromtal, Methangase geogenen Ursprungs in zumteil hohenkonzentrationennachgewiesen. MitdieserBroschüremöchtenwir die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt Bauherren, Architekten und Ingenieurbüros über den Umgang mit einer BodenluftbelastungdurchMethanundKohlendioxid informieren. Es werden bauliche Sicherungsmaßnahmen zur Abwehr von Gefahren durch Bodengase sowie Verfahren zur Ermittlung der Bodenluftbelastungaufgezeigt.

6 MEthangasbIldEndE WEIchschIchtEn natürlichen ursprungs die basis: fester boden unter den füssen? MEthAngAsBildEndE WEichschichtEn natürlichen ursprungs Das größte Gebiet in Hamburg, das Weichschichten im Untergrund aufweist, ist das Elbe-Urstromtal. Der oberflächennahe Untergrund des Elbe-Urstromtals besteht aus holozänen(nacheiszeitlichen)organischen BildungenundSedimentenwieKlei, Schlick,Mudde,TorfundSand. Diese feinkörnigen Sedimente werdenentsprechendihrerverformungsempfindlichkeit als Weichschichten bezeichnet. Sie überlagern überwiegendguttragfähigesande. Die Mächtigkeit der Weichschichten liegt im Schnitt zwischen 1 und 10 Metern. SiesindzumTeilvonmehrerenMeter mächtigenauffüllungenunterschiedlicherzusammensetzungbedeckt. Weichschichten außerhalb des Elbe- Urstromtals findet man zudem in Niederungsgebieten, Mooren und Flusstälern. DieEigenschaftenderWeichschichten wie geringe Wasserdurchlässigkeit (Staunässe), Frost-, Setzungs- und Verformungsempfindlichkeiterfordern bei einer Bebauung spezielle Gründungsmaßnahmen. Da die Mächtigkeiten und die Zusammensetzung derweichschichtenkleinräumigstark wechseln, werden vor einer Bebauung jeweils detaillierte Baugrunduntersuchungendurchgeführt. Zur Gewinnung einer ersten Einschätzung können im Geologischen LandesamtgeologischeKarten,Baugrundkarten und archivierte Bohrprofileeingesehenwerden. Elbe-Urstromtal Auszug aus der Baugrundübersichtskarte Hamburg 4 / 5

7 Methangasbildende Weichschichten natürlichen Ursprungs Gase und Bodenarten In den Weichschichten werden die GaseMethanundKohlendioxiddurch denabbauderorganischenbestandteile produziert. Je mehr organische Substanzen in den Weichschichten enthalten sind, desto mehr Gase werden gebildet. Mudde und Torf enthaltendenhöchstenanteilanorganischersubstanz. Methan (CH 4 )entstehtdurchbakterielle Umsetzung organischer Substanzenunteranaeroben(unterSauerstoffabschluss) Bedingungen. Es ist einungiftiges,farb-undgeruchloses Gas, das mit der Luft explosionsfähige Gemische bilden kann (untere ExplosionsgrenzeUEGca.4,5Vol.-% CH 4, obere Explosionsgrenze OEG ca.16,5vol.-%ch 4 ).BeihöherenAnteilenistesbrennbar. Klei ist ein im Elbeästuar (Trichtermündung der Elbe) abgelagertes Gezeitensediment. Er zeichnet sich durch einen hohen Feinkornanteil aus, die organischenanteile können zumteilkleinräumigwechseln. Schlickisteinfeinkörniges,schlammartiges Sediment mit einem hohen Anteil an organischer Substanz. Durch anthropogene (durch Menschen verursachte) Beeinflussung weist Schlick im Bereich der Elbe, derkanäleundderhafenbecken im Gegensatz zur Mudde und zum Klei meisthoheschadstoffgehalteauf. In den Weichschichten werden die Gase Methan und Kohlendioxid infolge von natürlichen Zersetzungsprozessen produziert. Kohlendioxid (CO 2 ) wird durch den Abbau organischer Substanzen gebildet. Es ist ein nicht brennbares, farb- und geruchloses Gas. In höheren Konzentrationen können durch Kohlendioxid Erstickungsgefahren entstehen. Mudden sind in stehenden Gewässern abgelagerte Sedimente mit einem hohen Anteil an organischem Material, das unter weitgehendem Sauerstoffabschluss einen Fäulnisprozess durchläuft. Mudden werden auchalsfaulschlammbezeichnet. Der Begriff Weichschichten umfasst BodenartenwieKlei,Schlick,Mudde undtorf. Torfe sind abgestorbene Pflanzenreste, die im Wasser unter Sauerstoffabschluss konserviert werden. DurchdenWasserabschlusswirddie Zersetzung der organischen Substanzgehemmt,abernichtverhindert. Torfeenthaltenmehrals30Masse-% organische Substanz, welche zu unterschiedlichen Anteilen aus PflanzenrestenundHuminstoffenbesteht.

8 auswirkungen auf EInE bebauung SICherheIt: GaSe kontrolliert ableiten AusWirKungEn Auf EinE BEBAuung Im Rahmen von BebauungsplanverfahreninGebieten,dieWeichschichtenimUntergrundaufweisen,führte die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt in den letzten Jahren systematische Bodenluftuntersuchungendurch. Fast überall wurde eine deutliche Bodenluftbelastung mit z. T. hohen Methan- und Kohlendioxidkonzentrationennachgewiesen. Eine Bodenluftbelastung steht der Bebauung nicht im Weg. Zur Vorsorge sind jedoch ab einer Weichschichtenmächtigkeit von d 2 Meter bauliche Maßnahmen zur Ableitung der Bodengase erforderlich. Die Bodengase können bis in die oberflächennahen Bodenschichten aufsteigen und sich insbesondere unterversiegelten/bebautenflächen anreichernundggf.inbaulicheanlageneindringen.besondersgefährdet sindengeräume,schächteundkellerräume. DurchdenMethan-undKohlendioxidanteil können in erster Linie Explosions- und Erstickungsgefahren entstehen. Zur Abwehr dieser Gefahren sind daherabeinerweichschichtenmächtigkeitvond 2MeterfürNeubauvorhaben vorsorglich Gassicherungsmaßnahmenvorzusehen. WennkeinegenauenKenntnisseüber diebodenluftbelastungindemzubebauenden Bereich vorliegen, können zur Überprüfung einer eventuellen Gasbildung zunächst Bodenluftuntersuchungendurchgeführtwerden. Entstehung von Bodengasen und Ableitung am Gebäude 6 / 7

9 Auswirkungen auf eine Bebauung Wird bei den BodenluftuntersuchungenkeinMethannachgewiesenund liegen die Konzentrationen für Kohlendioxid unter 5 Vol.-%, sind keine Sicherungsmaßnahmenerforderlich. > keine gefangenen Räume unterhalb der Sohle zur Sicherstellung dergaswegsamkeit, > Möglic hkeiten zur GasentweichunganderGeländeoberfläche. Beim Nachweis von Methan und erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen ist der Einbau einer passiven Gasdränagemitfolgendenkonstruktiven Elementenvorzusehen: > Sand /Kiesfilterschicht (s. Anforderungen S. 8/9) unterhalb des Gebäudes und vertikale DränschichtzurAbleitungvonevtl.anstehendenGasen, > gasdichte Abdichtung aller Leitungsdurchführungen durch die SohlenundunterirdischenAußenwände, Wenn keine genauen Kenntnisse über die Bodenluftbelastung in dem zu bebauenden Bereich vorliegen, sind für Neubauvorhaben entweder vorsorglich Sicherungsmaßnahmen gegen Bodengase (Dränagesystem) oder zunächst Bodenluftuntersuchungen vorzusehen. DieBodengasekönnendannüberdie vertikaledränageindieatmosphäre entweichen. Unmittelbar nach dem Austritt erfolgt eineverdünnung mit der Luft, sodass keine BeeinträchtigungfürdieMenschenentsteht. Einbau der horizontalen Flächendränage und der Fundamentdurchbrüche

10 bauliche gassicherungsmassnahmen know-how: das müssen SIe beachten BAulichE gassicherungsmassnahmen Mit den Gassicherungsmaßnahmen müssen Gasansammlungen unter demgebäudeundgaseintritteindas GebäudeverhindertundeinekontrollierteGasableitungzudenGebäudeseitenermöglichtwerden. Folgende Anforderungen werden seitens der Behörde für Stadtentwicklung und Kantstein Umwelt Kieselsteine an eine Gasdränagegestellt. Geländeoberkante Füllboden 0,3 m gewachsener bzw. aufgefüllter Boden bei Ring-/ Streifenfundament Entlüftungsdurchbrüche DN 100 Abstand a ~ 2,0 m Kantstein Kieselsteine Geländeoberkante Horizontale Flächendränage Unterhalb der Bodenplatte ist für die Ableitung der Bodengase eine Flächendränage aus Sand oder Kies, Korngröße 0,2 mm in einer Mächtigkeit von mindestens 0,3 m herzustellen.dasmaterialmussgutedränageeigenschaftengemäßdin18196 aufweisen. Zum Schutz vor Zementschlämmen Erdgeschoss istdieflächendränagebeimschütten der Bodenplatte durch eine Baufolie zuschützen. gasdichte Gasdichte Leitungsdurchführung Leitungsdurchführungen Zur Verhinderung von BodengaseintritteninGebäudesindalleDurchführungen durch die Sohlen und Kellergeschoss unterirdischen Außenwände für die Ver-undEntsorgungsleitungendauerelastischundgasdichtauszuführen. PE-Folie Schutz vor Verschlämmung Kies / Sand Körnung > 0,2 mm Mächtigkeit 0,3 m Erdgeschoss Füllboden Geländeoberkante Kies / Sand Körnung > 0,2 mm Breite 0,3 m 0,3 m Füllboden gewachsener bzw. aufgefüllter gewachsener Boden bzw. aufgefüllter Boden Kantstein bei Ring-/ Streifenfundament Entlüftungsdurchbrüche DN 100 Abstand a ~ 2,0 m Kieselsteine gasdichte Leitungsdurchführung gasdichte Leitungsdurchführung Kellergeschoss PE-Folie Schutz PE-Folie vor Verschlämmung Schutz vor Verschlämmung Kies / Sand Körnung > 0,2 mm Mächtigkeit 0,3 m Gasdichte Leitungsdurchführung Prinzipskizze 1 / Schnitt: Bautechnische Maßnahmen gegen Bodengaseintritte für unterkellerte Gebäude 8 / 9 Geländeoberkante Kantstein Kieselsteine gasdichte

11 Bauliche Gassicherungsmassnahmen Vertikale Gasdränage Für die vertikale Gasdränage wird ein durchgehender Sand- oder Kiesstreifen(Anforderungwiehorizontale Flächendränage)gefordert,derdirekt andiehorizontaleflächendränageanschließtundsichbiszurgeländeoberkante fortsetzt. Die Schüttung muss Kantstein Kieselsteine eine Breite von mindestens 0,3 m aufweisen. Geländeoberkante Die Gassicherungsmaßnahmen gelten für Neubauvorhaben ab einer Grundfläche von A 50 m². Die Planung der Gasdränage ist durch den Bauherren / Architekten in Zusammenarbeit mit einem geeigneten Ingenieurbüro zu entwickeln. Die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt leistet dabei fachliche Hilfestellung. Erdgeschoss Eine Abdeckung der Dränage kann Füllboden durchkiesoderpflastermitdauerhaft diffusionsoffenerverfugungerfolgen. Bei Pflasterung wird ein Fugenanteil von 20 %, sowie eine Verfüllung der Fugen 0,3 m mit Splittkorn 2/5 mm notwendig. gewachsener bzw. aufgefüllter Boden gasdichte Leitungsdurchführung Kellergeschoss bei Ring-/ Streifenfundament Entlüftungsdurchbrüche DN 100 Abstand a ~ 2,0 m PE-Folie Schutz vor Verschlämmung Kies / Sand Körnung > 0,2 mm Mächtigkeit 0,3 m Geländeoberkante Kieselsteine Kies / Sand Körnung > 0,2 mm Breite 0,3 m Kantstein gasdichte Leitungsdurchführung Füllboden gewachsener bzw. aufgefüllter Boden PE-Folie Schutz vor Verschlämmung bei Ring-/ Streifenfundament Entlüftungsdurchbrüche DN 100 Abstand a ~ 2,0 m Kies / Sand Körnung > 0,2 mm Mächtigkeit 0,3 m Prinzipskizze 2 / Schnitt: Bautechnische Maßnahmen gegen Bodengaseintritte für nicht unterkellerte Gebäude Vertikale Gasdränage

12 bauliche gassicherungsmassnahmen Entlüftungsdurchbrüche im Fundamentbalkenrost Zur Vermeidung gefangener Räume und zur Ableitung anstehender Bodengase sind Frostschürzen, Fundamentbalken, Streifen- und Ringfundamente direkt unterhalb der Sohle mit Entlüftungsdurchbrüchen zu versehen. Die Durchbrüche ( DN 100) sind in einem Abstand von 2 bis 3 Metern anzuordnen. Prinzipskizze 3: Durchbrüche im Fundamentbalkenrost (Horizontal- und Vertikalschnitt) zur Vermeidung gefangener Räume und zur Ableitung anstehender Bodengase 10 / 11

13 Bodenluftuntersuchungen Der CheCk: der bodenluft auf die Spur kommen BodEnluftuntErsuchungEn Zur Ermittlung der BodenluftbelastungempfehlenwirdieDurchführung von Bodenluftuntersuchungen mit dembohrlochverfahren. FolgendeAnforderungenwerdenseitens der Behörde für StadtentwicklungundUmweltanBohrsondierung, Probenahme und Analysenumfang gestellt. Bohrsondierung > Kleinrammbohrungen mit einem Mindestdurchmesservon50mm. > Bohrtiefebis1MeterindieWeichschichtenhinein. > Einbau einer mit einem Packersystem versehenen BodenluftsondeunmittelbarnachderKleinrammbohrung. > Abdichtung des Bohrlochs gegen dieaußenluftmitdempackersystemundkontrollederdichtigkeit mittelsdruckanzeige. > Die Packerunterkante soll ca. 0,2 bis0,3müberdererbohrtengasbildendenweichschichtbzw.über dem gemessenen Wasserstand liegen. > Bei Wasserständen von <1,2 m unter GOK (Geländeoberkante) oder auch bei grobkörnigen Auffüllungenwiez.B.Bauschutt ist zunächsteinebisknappüberden Wasserspiegel reichende Schutzverrohrung in das Bohrloch einzubauen.dieoberkantederschutzverrohrung sollte ca. 0,5 m über GOKreichen.IndieSchutzverrohrung ist dann die Bodenluftmesssondeeinzubauen. Bodenansprache zur Ermittlung der Lage der Weichschichten Kleinrammbohrung

14 bodenluftuntersuchungen Probenahme und Analyse > Entnahme der Bodenluft mittels einer regelbaren Vakuumpumpe beieinemvolumenstromvonca. 0,5 2l/min. > Kontinuierliche Messung der geförderten Bodenluft auf die Parameter Methan (CH 4 ), Kohlendioxid (CO 2 ) und Sauerstoff (O 2 ) mittels eines DeponiegasmessgerätesvorOrt. > Die gemessenen Gaskonzentrationen sind in einem Messprotokoll inabständen von 2 Minuten zuvermerken.hierbeiistauchdie gemessene maximale Methankonzentration und das dazugehörendevolumenzunotieren. > Nach einem Durchflussvolumen von ca. 20 l ist die Messung zu beenden. Hinweise Bei Vorhandensein von aufgefüllten und ursprünglichen Weichschichten sind zwei Bodenluftmessungen erforderlich: DieersteMessungnachdem Erreichen der aufgefüllten Weichschichten, Die zweite Messung nach dem Erreichen der ursprünglichenweichschichten. D as letzte Prüfzertifikat/Prüfprotokoll über die Wartung/Kalibrierung des eingesetztengerätesmussvorgelegt werden. Kleinrammbohrung Messsystem bestehend aus Packersonde, Pumpe und Deponiegasanalysator 12 / 13

15 Hinweise und Auskünfte Zum schluss: WIr beraten sie gern HInweIse und Auskünfte Vergleichbare bauliche Sicherungsmaßnahmen zur Gasableitung werden in Hamburg für Bauvorhaben auf oder im Umfeld ehemaliger Deponien getroffen. Sie sind als Auflagen Bestandteil der Baugenehmigung. Für Bauvorhaben in Bereichen mit kritischen Methangasvorkommen sind die folgenden Unterlagen bei der Bauaufsichtsbehörde einzureichen: > Baugrundgutachten, > Baubeschreibung mit Erläuterung zur geplanten Abdichtung gegen Bodengase (weiße Wanne mit gasdichten Leitungsdurchführungen oder andere Maßnahmen), > Fundamentplan mit Darstellung der geplanten Entlüftungsdurchbrüche, > Vertikalschnitt Gasdränage (z. B. gemäß der hier aufgeführten Beispiele), > Grundriss Geländeoberkante mit Darstellung der geplanten Gasentweichungsmöglichkeiten. Die Auflagen gelten für Neubauvorhaben ab einer Grundfläche von A 50 m² und bei Weichschichtenmächtigkeiten von d 2 Meter. Informationen zur Mächtigkeit der Weichschichten sowie zu potenziell gefährdeten Gebieten können bei der BSU erfragt werden. Liegen keine genauen Kenntnisse über die Bodenluftbelastung vor, empfehlen wir die Durchführung von Bodenluftuntersuchungen. Ihre Ansprechpartnerinnen Für eine Beratung zu den gastechnischen Sicherungsmaßnahmen, den Bodenluftuntersuchungen und den bereits bekannten Gebieten mit einer Gasbelastung im Untergrund stehen Ihnen folgende Ansprechpartnerinnen der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt gern zur Verfügung: Ragnhild Hummel Telefon 040 / Petra Eickers Telefon 040 / Annette Bader Telefon 040 / Bei diesen Bauvorhaben sind die einzelnen Maßnahmen gegen Bodengase zum jeweiligen Zeitpunkt der Fertigstellung von einem Sachverständigen abzunehmen und zu dokumentieren. Die Abnahmeprotokolle sind der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Amt für Umweltschutz, U25 vorzulegen. vorname.nachname@bsu.hamburg.de Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (BSU) Amt für Umweltschutz Abteilung Bodenschutz / Altlasten Neuenfelder Straße Hamburg Diese Broschüre können Sie im Internet unter herunterladen.

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