Baugrunddynamik und Spezialtiefbau im Kontext der Gesamtprojektplanung

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1 Technische Universität Berlin Mitteilung des Fachgebiets Grundbau und Bodenmechanik Heft Nr. x, 2005, xx-xx Vortrag zum 1. Hans Lorenz Symposium am Baugrunddynamik und Spezialtiefbau im Kontext der Gesamtprojektplanung Dipl.-Ing. Architekt Bernd Bötzel Vorstand DU Diederichs Projektmanagement AG & Co. KG, Berlin Dipl.-Ing. Hans L. Hebener Gesellschafter/Geschäftsführer GuD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH, Berlin Zusammenfassung Vom Projektsteuerer werden im Rahmen der Grundlagenermittlung und Generalablaufplanung frühzeitig verbindliche Aussagen zu Planungs- und Ausführungszeiten erwartet. Die im verdichteten Berliner Stadtraum übliche zwei- bis dreigeschossige Unterkellerung erfordert somit bei der Grundlagenermittlung eine intensive Auseinandersetzung mit den Planungs- und Ausführungsabläufen von komplexen Tiefbaumaßnahmen und dies zu einem Zeitpunkt, an dem der Hochbauarchitekt i. d. R. weder verbindliche Geschosshöhen noch klare Tragstrukturen liefern kann. Die Erfahrungen bei der Realisierung diverser Großprojekte sind Grundlage für die Zielstellung von DU Diederichs, eine konsequente Trennung von Hochbau und Spezialtiefbau zu forcieren, um die Baugrubenumschließung als eigenständiges Ingenieurbauwerk vorgezogen zu realisieren. Die Bündelung von Baugrundbegutachtung, Baugrubenplanung und -statik sowie den Leistungen des Sachverständigen für Geotechnik gem. DIN 1054 sichern zusammen mit einer messtechnischen Qualitätsüberwachung eine qualifizierte und sicherere Abwicklung. Projektspezifische Schnittstellenabstimmungen sowohl bei angrenzenden Tunnelbauwerken und setzungsgefährdeten Nachbargebäuden als auch eine intensive Auseinandersetzung mit Nachbarbelangen und Beweissicherung erfordern eine kooperative und strategische Herangehensweise an den Überraschungsbaustoff Baugrund 1.

2 2 Bernd Bötzel, Hans L. Hebener Im Folgenden werden einige termin- und kostenrelevante Risiken im Spezialtiefbau dargestellt und erläutert. Weiterhin wird kurz der Umgang mit Fragen des Erschütterungsschutzes bei innerstädtischen Bauen zusammengefasst. Abschließend werden zwei einfache Verfahren zur Terminabschätzung vorgestellt. 1 Projektsteuerung 1.1 Projektvorbereitung Im Idealfall wird ein Projektsteuerer zu einem sehr frühen Zeitpunkt der Projektabwicklung eingebunden und hat damit noch alle Chancen, die Projektstrategie zu beeinflussen. Bei Großprojekten ist die Projektidee meist durch einen Architektenwettbewerb vorgegeben. Der Projektsteuerer wird in der Regel im Wettbewerb mit weiteren Mitbewerbern ausgesucht, wobei sowohl die Fachkunde, Erfahrung, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit als auch das Honorar eine wesentliche Rolle spielen. Die Vergütung für Projektsteuerung ist nach AHO/DVP 2 anlog HOAI ermittelbar, aber im Gegensatz zur HOAI frei verhandelbar. Somit setzt sich immer mehr eine aufwandsorientierte Vergütung durch, die oft bereits zum Zeitpunkt der Beauftragung pauschaliert wird. Damit löst sich die Vergütung von den anrechenbaren Kosten, so dass ein Projektsteuerer bei Kosteneinsparungen nicht durch Honorarabzug bestraft, bei Kostenüberschreitung aber auch nicht mit Honorarerhöhung belohnt wird. Gleichwohl entsteht durch die frühe Pauschalierung ein hohes Kostenrisiko hinsichtlich falscher Termineinschätzungen. Fehlende Erfahrung insbesondere beim Spezialtiefbau im Raum Berlin oder eine nicht durchdachte Vergabestrategie führen somit schnell zu hohen Honorareinbußen und im schlimmsten Fall auch zu Regressen. 1.2 Planerbindung Um einen effizienten Planungs- und Bauablauf zu strukturieren, wird von DU Diederichs bei komplexen Großprojekten mit mehrgeschossigen Tiefgaragen immer eine Trennung der Hochbauplanung von der Planung der Baufeldfreimachung und Baugrubenumschließung angestrebt. Im ersten Schritt werden neben den Architekten, Tragwerks- und TGA-Fachplanern die Gutachter für Brandschutz, Bauphysik und Bau- und Raumakustik nach bzw. analog VOF 3 ausgeschrieben und vertraglich gebunden. Parallel dazu streben wir an, ein separates Planerteam für die Vorbereitenden Maß-

3 Baugrunddynamik und Spezialtiefbau im Kontext des Gesamtablaufs 3 nahmen inkl. Baugrubenumschließung zu beauftragen. Dieses soll den nötigen Vorlauf für eine vorgezogene Realisierung der Baufeldfreimachung und Baugrubenumschließung gewährleisten. Sowohl Baugrundbegutachtung, Baugrubenplanung und -statik sowie die Leistungen des Sachverständigen für Geotechnik gem. DIN 1054 werden als ein Fachlos zusammengefasst und an einen Fachplaner vergeben. 1.3 Vorgezogene Maßnahmen Durch eine vorgezogene Ausschreibung und Ausführung von Suchschachtungen im gesamten Bereich der Dichtwände und des Vorverbaus werden bestehende Medienleitungen aber auch Fundamentreste frühzeitig erkannt und vom Vermesser präzise eingemessen. Dieses Aufmaß bietet die Grundlage für eine koordinierte Leitungsplanung, in der sowohl die bestehenden Leitungen als auch die neu zu erstellenden bzw. zu ändernden Trassen erfasst werden. Die umfangreichen Abstimmungen mit den Leitungsträgern und den Behörden erfordern einen erheblichen Zeitvorlauf, insbesondere wenn noch Medientrassen umgelegt werden müssen. Da der Aushub im bebauten Innenstadtbereich in Berlin meist kontaminiert ist, sind neben dem klassischen Baugrundgutachten auch Raster- bzw. sofern die Fläche dazu ausreicht auch Haufwerksbeprobungen vorzunehmen. Für sämtliche besonders überwachungsbedürftigen Abfälle sind Andienungsunterlagen für die Sonderabfallgesellschaft Berlin/ Brandenburg zu erstellen. 1.4 Genehmigungsverfahren Die Planungs- und Realisierungszeiträume werden immer kürzer. Ein Baubeginn nach Abschluss der Ausführungsplanung ist nahezu unüblich. Somit wird mit Baufeldfreimachung, Abbruch, und Medienumlegung bereits begonnen, bevor die Hochbaugenehmigung vorliegt und die Ausführungsplanung abgeschlossen ist. Bereits bei der Grundlagenermittlung muss in Berlin die in den Bezirken sehr unterschiedliche Genehmigungsfähigkeit von Wänden im Straßenland beachtet werden. Zudem muss sehr zeitnah eine Grundlage für vorgezogene Genehmigungsschritte geschaffen werden. Für eine mehrgeschossige Baugrube wird in der Regel bereits auf Grundlage der Vorplanung der Architekten die Wasserrechtliche Genehmigung eingeholt. Um einen frühzeitigen Baubeginn der Baugrubenumschließung zu sichern, werden Teilbaugenehmigungen für Abbruch und Baugrubenumschließung erforderlich. Hierbei müssen Tiefgründungen oder Kombinierte Pfahlplattengründungen ebenfalls genehmigungstechnisch berücksichtigt werden.

4 4 Bernd Bötzel, Hans L. Hebener 1.5 Schnittstellenabstimmung Somit bedarf es einer präzisen Abstimmung der Schnittstellen zwischen den Gewerken der Baugrubenumschließung und den nachfolgenden Gewerken des Rohbaus. Hierfür werden von DU Diederichs in enger Abstimmung mit dem Fachplaner Spezialtiefbau und der Objektüberwachung Hochbau projektspezifische Schnittstellenlisten erarbeitet, die die Grundlage für die Ausschreibung und Realisierung bilden. Eine vom Rohbau getrennte Vergabe des Spezialtiefbaus als separates Teillos schafft wertvolle Zeit für eine bauherrenseitige Ausführungsplanung und Ausschreibung des Hochbaus sowohl als Einzeloder als GU-Vergabe. 2 Probleme und Terminrisiken im Spezialtiefbau Im Folgenden sollen einige Eckpunke und immer wiederkehrende Probleme angesprochen werden, die sowohl zu Termin- als auch zu Kostenrisiken führen können. Es versteht sich von selbst, dass die folgenden Ausführungen lediglich für die komplexen Baugruben im Grundwasser gelten. 2.1 Lage der Dichtwand auf dem Grundstück Es ist im Vorfeld mit den Architekten abzuklären, welcher Platz in den Untergeschossen tatsächlich zur Verfügung steht. Häufig kommt es bei der Realisierung der Stellplätze auf Zentimeter an. Damit ist den Architekten vorzugeben, dass bei Nachbargiebeln mindestens 1,0-1,2 m für Leitwände, Geräteabstand, Wand und Toleranzen einzukalkulieren sind. Im Straßenland sind mindestens 0,6 m Platzbedarf für die Baugrubensicherungswand einzukalkulieren. Dies ist zunächst als Ausgangsbasis zu sehen. Gegebenenfalls können bei Bedarf durch geschickte Verhandlungen mit den bezirklichen Tiefbauämtern 40 cm eingespart werden, in dem unterirdisch (ab 2,50 m unter Gelände) die Baugrubensicherungswände gegen Gebühr im Straßenland verbleiben können. Eine weitere Möglichkeit der Platzersparnis bei Randbebauung bietet die Ausführung einer Unterfangungswand, die jedoch der nachbarlichen Zustimmung bedarf und deutlich teurer ist als eine Schlitzwand oder Pfahlwand. 2.2 Nachbarrechtliche Zustimmungen Nachbarliche Zustimmungen werden benötigt für jede Maßnahme, die in das Nachbargrundstück eingreift, z. B. Unterfangungen, ob konstruktiv zur Gründungsstabilisierung oder als Unterfangungswände um Platz zu gewinnen sowie rückwärtige Verankerungen. Die Benutzung des Straßenlandes für

5 Baugrunddynamik und Spezialtiefbau im Kontext des Gesamtablaufs 5 temporäre Verbaumaßnahmen sowie Verankerung o. ä. müssen vom bezirklichen Tiefbauamt genehmigt werden. Dies ist in der Regel, gegen die entsprechende im Amtsblatt festgelegte Gebühr, möglich. Die Genehmigungen sollten rechtzeitig eingeholt werden, um Terminrisiken zu vermeiden. Schwieriger kann die Verhandlung mit den Nachbarn werden. Wenn die Klärung nicht rechtzeitig erfolgt, liegen hier erhebliche Kosten- und Terminrisiken. Dem kann vorgebeugt werden, durch eine Alternativplanung, die völlig unabhängig von nachbarlichen Zustimmungen ist. Diese Planung soll bis zur Kostenschätzung konsequent durchgeführt werden, auch unter Berücksichtigung des Einflusses auf den Rohbau, um schon frühzeitig die Entscheidungsvorlage zu geben zur Frage, wie viel kostet die Unabhängigkeit oder aber wie teuer sind die Stellplätze, die durch den Platzgewinn entstehen können. Diese Kosten geben die Basis für die Verhandlungen mit den Nachbarn. In jedem Fall gilt: Terminsicherheit, verlangt eine rechtzeitige Klärung mit den Nachbarn! 2.3 Angrenzende U-Bahn-Trassen oder Hauptmedienleitungen Termin-u. Kostenrisiken durch angrenzende U-Bahntrassen und Medienleitungen. Angrenzende U- Bahntunnel dürften in der Regel frühzeitig bekannt sein und keine Überraschungen bringen. Die genaue Lage der Trasse ist zu erkunden und bei der Planung zu berücksichtigen. Hier kommt jedoch als zweite Sachfrage die Erschütterungsproblematik. Hochwertiger Büroraum, ein Hotel oder eine Wohnung vertragen keine Erschütterungen und sekundären Luftschall. Zur Lösung dieses Problems hat sich die folgende Vorgehensweise bewehrt: Im Vorfeld, schon zum Zeitpunkt der Baugrunderkundung, werden Erschütterungsmessungen im Tunnel, wie auch im Baugrund durchgeführt. Die Bohrungen zu den Baugrundaufschlüssen können dabei genutzt werden. Aus den Ergebnissen kann zunächst mit einfachen Mitteln eine Grobprognose durchgeführt werden. Sind die Ergebnisse grenzwertig, muss die Prognose verfeinert werden, in der Regel durch Abbildung der Gebäude als FEM-System. Eklatante Gebäudereaktionen können erkannt werden und mit dem Tragwerksplaner können Maßnahmen ergriffen werden. Häufig ist jedoch bei Anregungen durch S- und U-Bahn der sekundäre Luftschall kritisch. Hier gibt es zwei mögliche Maßnahmen zur Sanierung. Reduzierung der Emission am Gleis Reduzierung der Immission durch Dämmmaßnahmen am Gebäude Da die Reduzierung der Emission durch Maßnahmen am Gleis in der Regel weniger kostenaufwendig ist gilt es frühzeitig mit den Verkehrsbetrieben eine Klärung herbeizuführen, ob grundsätzlich Maß-

6 6 Bernd Bötzel, Hans L. Hebener nahmen am Gleis möglich sind (vorhandene Bauhöhe des Tunnels) und wenn ja, sind bald möglichst vertragliche Regelungen herbeizuführen, mit dem Ziel Kosten- und Terminsicherheit zu erbringen. Im anderen Fall sind in Zusammenarbeit zwischen Dynamik - Gutachter und Tragwerksplaner Schwingungsdämmmaßnahmen am Gebäude zu konzipieren. Schwingungsdämmmaßnahmen am Gebäude können zu erheblichen Eingriffen in die Gebäudestruktur führen. Deshalb ist eine frühzeitige Bearbeitung angeraten. 2.4 Baulogistik Terminbeeinflussende Randbedingungen sind im Wesentlichen die zur Verfügung stehenden BE-Flächen für die Spezialtiefbauarbeiten sowie die verkehrliche Anbindung. Der Zeitbedarf für die Herstellung der Hauptbauteile, wie Wand, Anker und Dichtsohle für jedes Gerät ist relativ klar. Durch die örtlichen Gegebenheiten wird vorgegeben, wie viele Geräte eingesetzt werden können. Die verkehrliche Anbindung gibt vor, wie viel Bodenaushub am Tag entsorgt werden kann. Wer die Mengenansätze für den Aushub einer Baugrube am Potsdamer Platz, für eine ebenso große Baugrube Unter den Linden/Ecke Friedrichstraße ansetzt, wird eine böse Überraschung erleben. Hier gilt es, projektbezogen zu realistischen Ansätzen zu kommen. Eine effektive Termingestaltung verlangt eine durchdachte Baulogistik bei der die Möglichkeiten und Grenzen des Maschineneinsatzes, der parallel auf der Baustelle möglich ist, berücksichtigt werden müssen. Entsorgungswege für kontaminierten Boden/Bauschutt sollte zur Terminsicherung im Vorfeld geklärt werden. 3 Terminplanung von Baugrubenumschließungen zum Zeitpunkt der Grundlagenermittlung 3.1 Grundlagen der Generalablaufplanung Im Rahmen der Vorplanung kann ein erfahrener Geotechniker präzise Aussagen zur Dauer von mehrgeschossigen Baugruben machen. Leider wollen die meisten Bauherren diese Angaben aber vom Projektsteuerer meist vor dessen Beauftragung haben. Hierbei kann die Erfahrung von bereits realisierten Projekten helfen oder man entwickelt ein effizientes Hilfsmittel zur Terminermittlung. 3.2 DPM-Methoden 4 zur Terminplanung von Baugruben

7 Baugrunddynamik und Spezialtiefbau im Kontext des Gesamtablaufs 7 Um bereits bei Abgabe eines Honorarangebotes eine seriöse Grundlage für eine - Baugrubenterminplanung ermitteln zu können, wurden von DU Diederichs als auch von GuD unterschiedliche Verfahren zur Ermittlung der Ausführungsdauer erarbeitet. Von GuD wurde die nachfolgende Formel entwickelt. Hiermit lässt sich mit wenig Zeitaufwand auf Basis der geometrischen Grunddaten die erforderliche Bauzeit bei zwei- bis viergeschossigen Baugruben abschätzen. Kenntnisse des Spezialtiefbaus sind dabei nicht erforderlich GuD Formel zur Terminschätzung Baugrubendauer Als Eingangsparameter sind die folgenden Grunddaten erforderlich: F - Grundfläche [m²] U - Umfangslänge [m] t - Baugrubentiefe [m] Zusätzlich werden die folgenden Beiwerte definiert. r - Randbebauungsbeiwert Anteil von U, der an Nachbargebäude grenzt 0 r < 1 kein Nachbar vollständig eingeschlossen v - Verkehrsbeiwert - verkehrliche Anbindung = 1 - hohes Verkehrsaufkommen in der Innenstadt (Staugefahr) = 2 - mittleres Verkehrsaufkommen in der Innenstadt = 3 - freies Feld l - Logistikbeiwert F l 0,5 (1) 20 U

8 8 Bernd Bötzel, Hans L. Hebener Die gesamte erforderliche Bauzeit in Kalenderwochen lässt sich dann nach der folgenden Formel ermitteln. B F / (800 l ) U t (1 r) / (250 l ) F / 200 l F (t 3) / (600 (v l) ) (2) Die einzelnen Terme beschreiben die Herstellungsdauer der Hauptgewerke. 1 Baustelleneinrichtung + Voraushub (ohne Abriss von Bestandsgebäuden) 2 Herstellung der Umfassungswände 3 Herstellung einer Dichtsohle 4 Aushub + Anker/Steifeneinbau Überschneidungen in den Gewerken sind dabei berücksichtigt DU-Tabelle Termineinschätzung Baugrubendauer Als Eingangsparameter sind die geometrischen Grunddaten der Baugrube als auch eine Einschätzung zur Ausführungsart und zur Baulogistik erforderlich. Tabelle 1: Terminplanung von Baugruben.

9 Baugrunddynamik und Spezialtiefbau im Kontext des Gesamtablaufs Dauer (in Arbeitstagen) Kompensation durch Parallelität Dauer (in AT) Zeitansatz (Menge/AT) Arbeitsvorbereitung % 20 Bohlträgerverbau 0 50% Voraushub 9 75% Unterfangung Nachbargebäude 0 50% Dichtwände Stahlspundwände 0 0% Schlitzwände Giebel 0 0% 0 2, Schlitzwände frei 0 100% 0 5, HDI-Sohle (10h-Schicht) 47 80% Pumpversuch 5 100% 5 5 Aushub % , Ankerlagen 0 50% Feinplanum/ Sauberkeitsschicht 18 75% Länge 1 (in m) Nord Länge 3 (in m) West Länge 3 (in m) Süd Länge 1 (in m) Ost Tiefe (m) Gesamtlänge (m) Fläche (m²) Volumen (m³) Anzahl Ankerlagen Anzahl Geräte/ Kolonnen 155 AT reine Bauzeit je Teilleistung in Arbeitstagen 31 KW 134 AT Schätzung Zeitansatz für Baugrube in Kalenderwochen unter 27 KW Berücksichtigung von parallelen Tätigkeiten In den fett umrandeten Feldern der Spalten 6 bis 10 werden die wesentlichen geometrischen Daten der zu erwartenden Baugrube eingegeben. Die Bewertung der Anzahl der Ankerlagen in Spalte 14 bedarf ebenso einer gewissen Erfahrung wie bei der Auswahl der Verbauart und der Bewertung der Zeitansätze für die jeweiligen Arbeiten in Spalte 5. Die ermittelte Dauer der Ausführung der Einzelgewerke in Spalte 4 kann mit einer gewissen Erfahrung durch die Bewertung des Geräteeinsatzes in Spalte 15 und bei einer projektspezifischen Bewertung der Parallelität der verschiedenen Gewerke schnell zu einer relativ präzisen Einschätzung der Ausführungszeit führen. Fehlerhafte Eingaben sind relativ leicht zu erkennen, da jede Teilleistung einzeln terminlich bewertet wird. Selbstverständlich ist diese Tabelle bei komplexen Gründungssituationen durch angrenzende setzungsgefährdete Gebäude oder eine Rückverankerung verhindernde U-Bahntrasse schnell an Ihren Grenzen. Ebenso sind Ringdecken, Queraussteifung aus Stahl oder auch tiefere Baugruben etc. im Einzelfall zu betrachten Fazit zur Termineinschätzung Baugrubendauer Beide Arten der Zeitermittlung kommen zu relativ ähnlichen Einschätzungen der Ausführungszeit.Die Terminansätze setzen voraus, dass ein weitgehend ungestörter Bauablauf erfolgt. Kritisch ist die Wasserdichtigkeit der Baugrube. Hier hatte sich in den letzten Jahren mit der Erarbeitung der entsprechen-

10 10 Bernd Bötzel, Hans L. Hebener den Qualitätssicherungskonzepte ein verlässlicher Standard herausgestellt. Leider ist es so, dass aufgrund des immer größeren Termin- und Kostendruckes die Bauverfahren und Geräte immer mehr an ihre Grenzen belastet werden. Dies hat zur Folge, dass immer wieder die Sicherheitslevels unterschritten werden und es zu Havarien bzw. zu unverträglich hohen Wasserfördermengen kommt. Die sich daraus ergebenden Verzüge verursachen Kosten, die der Bauherr nicht nur ausschließlich den ausführenden Firmen oder gar den Planern anlasten kann, auch wenn es die Rechtsberater versprechen. Terminsicherheit und damit auch Kostensicherheit haben ihren Preis. Wenn dieser unterschritten wird, ergibt sich zwangsläufig der oftmals bemühte gestörte Bauablauf aufgrund geänderter Baugrundverhältnisse und die daraus resultierenden jahrelangen Rechtsstreitigkeiten. Hier liegt es auch in der Verantwortung des Projektsteuerers, auf den Bauherren mäßigend einzuwirken und auf Grundlage unseriöser Zeit- und Kostenansätze nicht schon im Vorfeld Begehrlichkeiten zu wecken. 1 Englert & Schalk, Geo Lex 01/ Deutscher Verband der Projektmanager e.v. 3 Verdíngungsordnung für Freiberufliche Leistungen 4 Daumenpeilmethode