Gründung. 1. Definition Gründung - Gründung als Basis eines Bauwerks. 2. Baugrund

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1 Gründung 1. Definition Gründung - Gründung als Basis eines Bauwerks 2. Baugrund 2.1 Untersuchung des Baugrundes - Untersuchungsvorgang - Bodenprobe - Schürfung - Sondierung / Rammsondierung - Bohrung 2.2 Arten des Baugrundes - Fels - Nichtbindiger Boden - Bindiger Boden - Organischer Boden - Gewachsener Boden - Geschütteter Boden 2.3 Verhalten des Baugrundes - Druckausbreitung - Setzungen - Bodenpressung - Wasserdurchlässigkeit - Bodenfrost - Baugrundverbesserung 3. Baugrube 3.1 Aushub - GeböschteWände - Massenermittlung im Erdbau 3.2 Baugrubenverbau - Trägerbohlenwände - Spundwände - Bohrpfahlwände - Schlitzwände - Cassionbauweise 3.3 Wasserhaltung - Trockenlegung der Baugrube - Grundwasserabsenkung durch Vakuumbrunnen - Abdichtung der Baugrube 4. Gründungsarten 4.1 Flachgründung - Streifenfundamente - Einzelfundamente - Plattenfundamente und Fundamentroste - Größe und Form der Fundamente 4.2 Tiefgründungen - Pfahlgründung - Rüttelpfähle - Bohrpfähle - Kombinierte Pfahl- und Plattengründung - Brunnengründung 5 Sicherungsmaßnahmen Inhalte sind aus dem Internet zusammengeführt Prof. Manfred Lux

2 1 Definition Gründung Die Gründung bzw. das Fundament ist der Übergang vom Bauwerk zum Boden. Sie hat die Aufgabe, alle auftretenden Lasten aus Eigengewicht, Nutzung, Schnee und Winddruck in den Baugrund abzuleiten. Die Gründung soll die durch das Bauwerk und dessen Nutzung verursachten Verformungen des Baugrundes minimieren und diese in einem für das Bauwerk verträglichen Rahmen halten. Als Verbindung zwischen Bauwerk und Baugrund kommt der Gründung und dem Fun- dament neben seiner technischen Funktion auch eine wichtige gestalterische Aufgabe zu. In allen Epochen des Bauens finden sich Beispiele, bei denen die Gründung als Sockel zur Präsentation von Architektur und Gesellschaft dient. Das Fundament als kräftige Basis des Hauses, oder als unsichtbare Gründung unter einem schwebenden Gebäude. Bauelemente der Gründung können auch als gestalterisches Mittel eingesetzt werden. 2 Baugrund Die Voraussetzung zur Planung und Errichtung einer einwandfreien Gründung ist die genaue Kenntnis des Baugrundes. Die Erstellung eines Bauwerks stört in der Regel den über lange Zeit gewachsenen Gleichgewichtszustand des Grundes. Zur Einschätzung der Wechselwirkungen zwischen Baugrund und geplantem Bauwerk ist der Architekt auf die Unterstützung von Tragwerksplaner, Bodengutachter und eventuell auf weitere Fachleute (Sachverständiger für Böschungen) angewiesen. Deren qualifizierte Gutachten, basierend auf sorgfältigen Baugrunduntersuchungen (Probebohrungen, Schürfgruben etc.) geben dem Architekten detailierte Informationen über die Beschaffenheit des Baugrundes und Empfehlungen zu nötigen Maßnahmen im Bereich der Gründung, Drainage, Abdichtung usw. an die Hand. Die Gutachten zum Baugrund sind Planungsgrundlagen. Deshalb empfiehlt es sich diese möglichst frühzeitig einzuholen. Aufschlussbohrung 2.1 Untersuchung des Baugrundes Die genaue Kenntnis über die Beschaffenheit des Baugrundes, die anstehenden Bodenarten, Lagerungsdichte, Verhalten bei Belastung, Durchlässigkeit, Kapillarität und Frostempfindlichkeit sind die Voraussetzung für die Festlegung der geeigneten Gründungsart und Gründungstiefe. Diese haben entscheidenden Einfluß auf die technische, finanzielle und terminliche Abwicklung eines Bauvorhabens. Es sollte deshalb schon vor Planungsbeginn eine Bodenuntersuchung durchgeführt werden. Untersuchungsvorgang Zur Untersuchung eines größeren Baugeländes werden Erkundungsbohrungen durchgeführt. Diese werden zunächst in größeren Abständen und schachbrettartiger Anordnung angelegt (Hauptbohrungen). Sie müssen so tief geführt werden bis eine Tragschicht mit ausreichender Mächtigkeit nachgewiesen ist. Zur genaueren Deutung werden Zusatzbohrungen oder Sondierungen sowie zusätzliche Informationen aus geologischen Karten, Grundwasserverhältnissen und Erfahrungen aus bestehenden Bauwerken in direkter Nachbarschaft hinzugezogen. Die Erkundungsbohrungen müssen unter Berücksichtigung der DIN 1054 ausgeführt werden. Stechzylinder Bodenprobe Bodenproben sind alle 1,0-1,50 m zu ent- nehmen. Hierbei sind Din 4021 und 4022 zu beachten. Während bei kleinen Bauten die Tragfähigkeit der Bodenschichten meistens mit den in der DIN 1054 angegebenen Werten bestimmt werden können, ist es bei größeren Bauten nötig, ungestörte Proben zu entnehmen und deren Tragfähigkeit mittels erdstoffphysikalischer Untersuchung zu bestimmen. Schürfung Das Ausheben einer Schürfgrube ist eine einfache und wirkungsvolle Methode zur Baugrunduntersuchung. Wegen evtl. nötiger Sicherung und Wasserhaltung werden Schürfgruben in der Regel nur bis in eine Tiefe von 2-3m geführt. Für Baugrunduntersuchungen nach DIN 1054 genügt die Schürfung wegen der geforderten Untersuchungstiefe von 6m nicht. Sondierung / Rammsondierung Als weiteres Verfahren für Voruntersuchungen in geringen Tiefen eignen sich Schlagsondierungen mit Sondiereisen oder Peilstangen (Stahlstangen von 2-4 m Länge). Bei diesem Verfahren wird aus Messungen des Vortriebs-, Verdrängungs- und Reibungswiderstandes der gleichförmig in den Boden getriebenen Prüfsonde die Scherfestigkeit und Tragfähigkeit längs einer Vertikalen ermittelt und als Rammdiagramm aufgezeichnet. Die Bodenschichten werden aus der Charakteristik der Eindringwerte ermittelt. Bohrung Bohrungen sind im Vergleich zu Rammsondierungen aufwendiger. Sie liefern lückenlose Bodenaufschlüsse mit ungestörten Bodenproben. Aus diesen können im erdstoffphysikalischen Labor Tragfähigkeit, Lagerung, Struktur und Wasserhaushalt bestimmt werden.

3 2.2 Arten des Baugrundes Als Boden bezeichnet man die Verwitterungsrinde der Erdkruste. Seine Bildung beruht auf der Verwitterung von Festgestein (Fels) aufgrund physikalischer, chemischer und biologischer Prozesse. Die dabei gelösten mineralischen Bestandteile bilden Ablagerungen mit mehr oder wenig großen Zwischenräumen. Boden kann neben mineralischen auch organische Bestandteile enthalten. Als gewachsenen Boden bezeichnet man Boden, welcher durch Verwitterung und Ablagerung lokal entstanden ist und noch keine Veränderung erfahren hat. Man unterscheidet zwischen Erdstoffen auf primären und Erdstoffen auf sekundären Lagerstätten. Erdstoffe auf primären Lagerstätten ruhen über dem Gestein, aus welchem sie durch Verwitterung selber entstanden sind. Erdstoffe auf sekundären Lagerstätten sind durch ihre Verlagerung mehr oder weniger stark entmischt. Eine exakte Trennung der diversen Gesteinsgruppen ist oft nicht möglich, weil sich Durchmischungen und Einschlüsse verschiedener Herkunft finden. In solchen Fällen ist die Heterogenität der Zusammensetzung maßgebend für die konstruktiven Maßnahmen. Im folgenden werden die Bodenbeschaffenheiten als Baugrund in ihren typischen Kategorien beschrieben. Die EN ISO und -2 definiert Bodenarten hinsichtlich ihrer Korngrößen und Korngrößenverteilung. Die DIN-Norm 8196 Erd- und Grundbau definiert Bodenarten hinsichtlich ihrer bautechnischen Eignung. Die DIN-Norm Erdarbeiten definiert Bodenklassen hinsichtlich ihrer Lösbarkeit um Art und Umfang von Bodenarbeiten beurteilen zu können. Fels Er gilt als sehr guter Baugrund. Die zulässige Bodenpressung ist in der DIN 1054 definiert. Bei Gründungen auf wasserundurchlässigen Gesteinsarten: Granit, Basalt, Kalkstein, kristallienem Schiefer, feinkörnigem Sandstein besteht keine Frostgefahr. Die wasserdurchlässigen, porösen Gesteinsarten: Tuff, Bims und körniger Sandstein sind über der Frostgrenze einer stetig fortschreitenden Verwitterung ausgesetzt. Auf ihnen ist eine frostfreie Gründung notwendig. Akropolis - Untergrund Felsmassiv Nichtbindiger Boden Geröll, Kies, Kiessand, Sand und ihre Misch- ungen werden als nichtbindige (rollige) Böden bezeichnet. Der Massenanteil der Bestandteile mit Korngrößen <0,06 mm ist weniger als 5% bzw. liegt bei gemischtkörnigen Böden max. bei 15%. Nichtbindige Böden zeichnen sich durch große bis sehr große Scherfestigkeit und überwiegend gute Zusammendrückbarkeit aus. Sie besitzen keine Kohäsion (Verkittung der Einzelkörner) und sind wasserdurchlässig. Die Tragfähigkeit nimmt mit der Korngröße und der Dichte der Lagerung zu. Geröll besteht aus groben Gesteinstrümmern mit einem Durchmesser >70 mm. Geröll kann je nach Lagerungsdichte, Entstehungs- und Gesteinsart mit kn/m2 belastet werden. Fels, Basaltsäule Kies besteht aus Gesteinstrümmern mit 2-63mm Durchmesser. Man unterscheidet zwischen: Feinkies mit 2 6,3 mm, Mittelkies 6,3 20 mm und Grobkies mm. Kies hat eine Tragfä- higkeit von ca. 400 kn/m2. Tieferliegende Schichten weisen in der Regel eine höhere Tragfähigkeit auf. Kiessand ist ein Gemisch aus Kies und Sand. Bei einer Mischung mit mindestens 1/3 Raumteilen Kies, kann Kiessand wie Kies belastet werden. Sand besteht aus Gesteinsteilen <2 mm Durchmesser. Grobsand zählt mit Korngrößen von 0,6 2 mm und einer zulässigen Bodenpressung von 300kN/ m2 noch zum guten Baugrund. Kies (nichtbindiger Boden) Fein- und Mittelsand mit Korngrößen von 0,06 0,6 mm haben eine Tragfähigkeit von 200 kn/m2. Ach bei den Sanden wächst die Tragfähigkeit bei tieferliegenden Schichten. Das Verhältnis des Volumens der Festmasse zum Volumen der Hohlräume wird als Porenvolumen bezeich- net. Bei gleichkörnigem Sand schwankt das Porenvolumen zwischen 25% und 50%, bei ungleichkörnigem Kiessand zwischen 15% und 30%. Lehm (bindiger Boden)

4 Bindiger Boden Ton, Lehm und Mergel sind bindige Erdstoffe. Die Verkittung der Körner miteinander beruht auf Kohäsion. Sie vergrößert sich mit zunehmenden Tongehalt. Die engen Poren bindiger Böden setzen dem Eindringen und Entweichen von Wasser erheblichen Widerstand entgegen. Das Porenwasser im Boden kann nur langsam entweichen, dies führt zu einer verminderten Zusammendrückbarkeit. Setzungen können so auch noch nach Jahren auftreten. Zahlenmäßig wird die Volumenänderung durch das Schrumpfmaß nach Scheidig ausgedrückt. Es gibt Aufschluß über die Güte des Baugrundes. Ton gilt als guter Baugrund, wenn er trocken ist und eine Schichtdicke von mindestens 3m aufweist. In diesem Zustand kann Ton mit 300 kn/m 2 belastet werden. Die Tragfähigkeit von Tonböden wird durch Nässe, Frost und große Austrocknung gemindert und sollte vor diesen Einflüssen geschützt werden. Ton enthält 50% - 80% Teilchen <0,01 mm Durchmesser. Ist der Gehalt an diesen Feinstoffen geringer spricht man von magerem Ton oder Lehm. Lehm ist ein Gemenge aus Ton und Sand. Bei geringem Tongehalt im Lehm spricht man von magerem Lehm. In trockenem Zustand und genügender Mächtigkeit kann Lehm wie Ton gepreßt werden. Mit zunehmendem Wassergehalt sinkt die zulässige Bodenpressung. Schluff ist ein Gemenge aus unverfestigten Feinböden und Sedimentgesteinen die zu mindestens 95% aus Komponenten mit einer Korngröße von 0,002 mm bis 0,063 mm bestehen. Schluff nimmt eine Mittelstellung zwischen Sand und Ton ein. Mergel ist ein Gemenge aus Ton, Lehm und 10% - 90% Kalk. In trockenem Zustand bietet Mergel die gleiche Widerstandsfähigkeit gegen Pressung wie trockener Ton und Lehm. Mergel ist gegen Wasser empfindlich, da es den Kalk auschwemmt. Organischer Boden Die organischen Bodenarten setzen sich aus Resten von mehr oder wenig stark zerfal-lenen Pflanzen- und Tierresten zusammen. Je nach Grad der Zersetzung spricht man von nicht zersetzten, mäßig zersetzten und stark zersetzten Torf. Böden mit nennenswertem organischem Anteil werden als Mudden bezeichnet. Die humushaltige, durchlüftete, Kleinlebewesen enthaltende oberste Bodenschicht wird als Mutterboden bezeichnet. Dieser ist aufgrund seiner organischen Anteile als nicht tragfähig einzustufen. Nichtbindige und bindige Böden mit organischen Beimengungen tierischer oder pflanzlicher Herkunft mit mehr als 3 bzw. 5% werden anorganogen genannt. Gewachsener Boden Ein Boden wird als gewachsen bezeichnet, wenn er durch einen abgeklungenen, erdgeschichtlichen Vorgang entstanden ist. Diese Bodenschicht liegt in der Regel unter der oberen Deckschicht, dem Ober- oder Mutterboden. Geschütteter Boden Ein Boden wird als geschüttet bezeichnet, wenn er durch Aufschütten oder Aufspülen entstanden ist. Man unterscheidet unverdichtete und verdichtete Schüttungen. Bei allen geschütteten Böden ist mit mehr oder weniger starken Setzungen zu rechnen. Daher sind diese in der Regel als Baugrund kritisch bzw. unbrauchbar. Ausgenommen sind eingeschlemmter Sand oder Kies die eine Tragfähigkeit von bis 250 kn/m 2 aufweisen können.

5 2.3 Verhalten des Baugrundes Entsprechend seiner Komprimierbarkeit und Scherfestigkeit verformt sich der gedrückte Boden unter der Last des Bauwerks. Die Druckausbreitung im Erdreich ist bei zentrischer Belastung in der Fundamentachse am größten und nimmt nach außen, sowie mit zunehmender Tiefe ab. Das Verhalten des Baugrundes kann durch hydrologische und thermische Einflüsse verändert werden. Druckausbreitung Die Druckausbreitung unter der Fundamentsohle erfolgt bei exakter Messung zwiebelförmig. Mit den Isobaren lassen sich die Spannungen im Erdreich bildlich darstellen, indem beliebig viele Punkte mit der gleichen Pressung verbunden werden. Bodenmechanische Versuche ergeben, dass bei gleicher spezifischer Bodenbelastung die Druckzwiebeln mit zunehmender Fundamentfläche wesentlich tiefer reichen und folglich auch das Setzmaß zunimmt. Darum kann durch eine Probebelastung die spätere Setzung des Bauwerks nur schwer festgestellt werden. Vereinfacht kann angenommen werden, dass sich der Druck in einem Winkel von 45 gleichmäßig unter einem Gründungskörper ausbreitet und unterhalb des Schwerpunktes am größten ist. Mögliche Druckausbreitung im Gefüge des Baugrundes Kohasion und Reibung des Bodens verteilen und zerlegen die Spannungen der Gründungssohle in Druck-, Zug-, Vertikal- und Horizontalkomponenten. Setzungen Die Ursache für Setzungen sind vielfältig. Neben der Zusammendrückbarkeit des Bodens sind folgende äußere Einwirkungen zu bedenken: - Seitliches Ausweichen des Bodens - Verdichten der Bodenstruktur durch Erschütterungen - Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts durch Grundwasseranstieg / absenkung - Abrutschen ganzer Schichten am Hang / Heben / Senken durch Frost - Auftauen - Chemische Veränderungen des Grundes Während gleichmäßige Setzungen in der Regel unbedenklich sind können ungleich- mäßige Setzungen zu großen Schäden am Bauwerk führen. Die Dauer von Setzungen variiert stark. Während nichtbindige Böden unter der Auflast rasch ins Gleichgewicht kommen, kann sich die Konsolidierung eines bindigen Baugrundes aufgrund des langsam austretenden Porenwassers über Jahrzehnte hinziehen. 1. Gebäude zu lang, Gründungsmängel 2. ungleiche Gründungsverhältnisse 3. nachträgliche Belastung der Gründungssohle vorhandener Bauwerke durch Drucküberlastung 4. ungleiche Gründungstiefen, sehr unterschiedliche Baugrundbelastungen, evtl. auch Setzungen in aufgefüllten Bereichen (Arbeitsräume) 5. Grundwasserabsenkung oder Austrocknen bindiger Boden schichten 6. Belastung durch nachträgliche Auflasten

6 Bodenpressung Nach Klärung der Bodenbeschaffenheit können die zulässigen Bodenpressungen der unter der Fundamentsohle liegenden Bodenschichten bestimmt werden. Die Ermittlung erfolgt nach DIN 1054 durch den Tragwerksplaner und den Bodenmechaniker. Die zulässige Pressung einer Bodenart darf nur teilweise als Tragfähigkeit angenommen werden. Wenn die eingeleitete Last die Tragfähigkeit des Bodens überschreitet kommt es zum Grundbruch. Der Boden weicht s eitlich aus und erfährt rings um das Bauwerk einen Auftrieb. Bei kleinen Grundflächen weicht der Boden leichter aus als bei großen. Die zulässigen Bodenpressungen sind abhängig von der Gründungstiefe und der Gründungsbreite. Mit zunehmender Fundamentbreite wächst bei gleicher Bodenpressung das Setzungsmaß, da die Spannungen in größerer Tiefe wirken. Die zulässigen Bodenpressungen sind deshalb nicht nur abhängig von der Beschaffenheit des Baugrundes, son- dern auch von der Setzungsempfindlichkeit des zu errichtenden Bauwerks sowie von der Breite seiner Fundamente und deren Einbindtiefe. 1. Grundbruch 2. Böschungsbruch 3. Geländebruch Wasserdurchlässigkeit Das Abflußvermögen des Wassers in den verschiedenen Bodenarten bedingt die Wahl des richtigen Wasserhaltungssystems. Die Anzahl und Größe der Poren bestimmt die Wasserdurchlässigkeit des Bodens. Diese wird beschrieben über den Durchlässigkeitsbeiwert k. Durchlässigkeitsbeiwert und Druckgefällewert ermöglichen die Ermittlung der Wasserabflußgeschwindigkeit. Bodenfrost Unabhängig von den jahreszeitlichen Schwankungen ist die Temperatur des Erdreichs wenige Meter unter Gelände konstant ca. 7 C. In den obersten Bodenschichten dringt bei Außenlufttemperaturen unter 0 C der Frost ein. Die Eindringtiefe des Frostes hängt ab von der Tiefe der Temperaturen, ihrer Dauer und von der Wärmeleitfähigkeit des Bodens. Beim Gefrieren vergrößert das Wasser im Erdreich sein Volumen um 1/11 = 9%. Die Eisbildung und deren Auswirkungen sind in bindigen und nichtbindigen Böden verschieden. Während sich in bindigen, tonhaltigen Böden Eislinsen und Eisbänder senkrecht zur Richtung der Frosteinwirkung bilden und dabei die Bodenschichten heben und schieben, werden in nichtbindigen Böden (Sand, Kiessand und Kies) die einzelnen Körner von Eis- kristallen umschlossen, wobei sich auch mit Wasser gesättigte Böden nicht heben und senken. Nach DIN 1054 muß die Gründungs- sohle frostfrei liegen. Dieser Wert ist regional unterschiedlich, in Deutschland beträgt die Frosttiefe 0,80 m -1,80 m. Baugrundverbesserung Mittels Baugrundverbesserung können die Eigenschaften des Baugrunds hinsichtlich der Tragfähigkeit, des Verformungsverhaltens und / oder der Wasserdurchlässigkeit positiv verändert werden. Hierzu stehen folgende Verfahren zur Verfügung: - Bodenaustausch - Entwässerung des Bodens - Injektionen - Vermischen des Bodens mit Bindemitteln z.b. Bitumen, Kalk oder Zement - thermische Verfahren - elektrochemische Verfahren - Verdichtung durch Rüttelverfahren (siehe Tiefengründung) Wasser in Abhängigkeit von Bodenschichten

7 3. Baugrube Nach Freimachen des Baugeländes werden die Grundfläche und Höhenlage der geplanten baulichen Anlage abgesteckt ( 68 Abs.3 BbgBO). Die Absteckung führt ein öffentlich bestellter Vermessungsingenieur anhand der genehmigten Projektunterlagen durch. Er überträgt das geplante Vorhaben in die Örtlichkeit, die Eckpunkte des Bauwerks werden mit Pfählen markiert und auf dem Schnurgerüst gesichert. Der Vermessungsingenieur garantiert eine mit der Baugenehmigung übereinstimmende Lage des zu errichtenden Bauwerks und beugt so späteren Auseinandersetzungen mit den Nachbarn oder der Bauordnungsbehörde vor. Nach dem Abstecken des Bauwerks kann mit dem Aushub der Baugrube begonnen werden. Für die Abrechnung der Erdarbeiten ist die Boden- bzw. Felsklassifizierung nach DIN zu berücksichtigen. 3.1 Aushub Die Humusschicht wird abgeschoben und separat gelagert. Nach Möglichkeit wird auch das für die spätere Hinterfüllung notwendige Material auf dem Grundstück gelagert. Der An- und Abtransport von Aushubmaterial ist aufwendig, erzeugt Kosten und wird nach Möglichkeit vermieden. Die Aushubarbeiten erfolgen in der Regel mit Maschineneinsatz. Lediglich Nacharbeiten und schmale Funda- mentschlitze werden von Hand ausgeführt. Nach Verdichtung der Gründungssohle mit dem Rüttler wird eine Sauberkeitsschicht von ca. 5cm Stärke aus Sand und Kies aufgebracht. 1 Mutterboden 2 Brett für genaues Messen 3 Schnurkerbe 4 Fluchtschnur 5 Lot 6 Baugrubensohle 7 Fundamentgraben Geböschte Wände Sind die Platzverhältnisse ausreichend, kann eine geböschte Baugrube ausgeführt werden. Diese Methode ist einfach und günstig. Es gelten je nach Bodenart verschiedene Böschungswinkel. Die zulässigen Böschungswinkel sind in der DIN 4124 aufgeführt. 45 nichtbindiger oder weicher bindiger Boden 60 steifer oder halbfester bindiger Boden 80 leichter Fels 90 schwerer Fels Berme Eine Berme ist ein horizontales Stück oder ein Absatz in der Böschung eines Dammes, eines Walls, einer Baugrube oder an einem Hang. Sie unterteilt die Böschung in zwei oder mehrere Abschnitte. Eine Berme soll den Erd- druck auf den Fuß der Böschung ver- mindern. Eine Böschung mit steilem Hang und Bermen ist standsicherer als eine durchgehende Böschung ohne Bermen. Ein Böschungsbruch wird so vermieden. Böschungswinkel DIN nichtbindiger oder weicher bindiger Boden 60 steifer oder halbfester bindiger Boden 80 leichter Fels 90 schwerer Fels Grundsätzlich müssen die Grubenränder ab einer Tiefe von 1,25 m abgeböscht und an den Rändern in einer Breite von 0,60 m von Lasten freigehalten werden. Bei Baugruben mit größeren Tiefen müssen Berme eingebaut werden. Bei der Dimensionierung der Baugrube ist ein zusätzlicher Arbeitsraum von 0,50 m zwischen Außenkante Schalung für die Kellerwände und dem Böschungsfuß zu berücksichtigen. Bei Aushubtiefen über 5 m und Kranstellungen direkt am Baugrubenrand sind statische Böschungsnachweise nötig. Schnitt durch abgeböschte Baugrube und Fundamentgraben Baugrubenböschung mit Berme Eine Berme ist ein horizontales Stück oder ein Absatz in der Böschung eines Dammes, eines Walls, einer Baugrube oder an einem Hang. Sie unterteilt die Böschung in zwei oder mehrere Abschnitte. Eine Berme soll den Erd- druck auf den Fuß der Böschung ver- mindern. Eine Böschung mit steilem Hang und Bermen ist standsicherer als eine durchgehende Böschung ohne Bermen. Ein Böschungsbruch wird so vermieden.

8 3.2 Baugrubenverbau Durch einen Verbau werden Baugruben mit großen Tiefen, in beengten Situationen, an Straßen und im Stadtbereich gesichert. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Verbauarten. Im Folgenden werden einige vorgestellt. Man unterscheidet waagerechten und senk- rechten Verbau. Beim waagerechten Verbau werden mit fortschreitenden Aushub Bohlen horizontal untereinander gefügt. Der Verbau darf höchstens 1-2 Bohlenbreiten hinter dem Aushub zurückbleiben und ist durch Brusthöl-zer zu sichern. Bei locker gelagerten, weichen Böden ist ein senkrechter Verbau auszuführen. Hierzu werden Holzbohlen oder Kanaldielen dem Aushub voraus senkrecht eingetrieben. Die Einbindtiefe muß dabei mindestens 30 cm betragen. Trägerbohlenwände Diese Verbauweise wird auch Berliner Verbau bezeichnet. Hierbei werden Holzbohlen oder Kanthölzer waagerecht zwischen eingerammte oder in Bohrlöcher eingebrachte Stahlträger gelegt. Berliner Verbau Spundwände Spundwände sind widerstandsfähige, mehrfach verwendbare Stahlprofile zum Verbau von Baugruben. Aufgrund ihres geringen Querschnitts lassen sie sich gut rammen und ziehen. Die Koppelung der Elemente mittels Profilschlösser gewährleistet hohe Dich- tigkeit und gute Kraftübertragung. Mittels Einspannung der Spundwände im Erdreich und möglichen Profillängen bis zu 25m sind große Baugrubentiefen möglich. Nachdem die Spundwände ihre Aufgabe als vorübergehende Stützkonstruktion erfüllt haben werden sie wieder gezogen und können anderenorts wieder verwendet werden. Aus der großen Varianz an verschiedenen Profilarten, Profilgrößen und Wandungsstärken kann der für die jeweilige Situation geeignetste Typ gewählt werden. Mit ihrem geringen Volumen und ihrer guten Stapelbarkeit lassen sich Spundwände gut lagern und transportieren. Bohrpfahlwände Bohrpfahlwände bestehen aus Betonpfählen, die so dicht gesetzt werden, dass sich ihre Querschnitte überschneiden. Zuerst stellt man eine Reihe unbewehrter Pfähle auf Lücke. Im zweiten Arbeitsgang werden in den Lücken weitere Löcher gebohrt, welche in die bestehenden Pfähle an den Rändern einschneiden. Diese werden dann ggf. bewehrt ausgeführt. Es entsteht eine steife, deformierungsarme Palisadenwand. In der Regel werden anschließend nach dem Prinzip der Funktionstrennung dicht vor die Bohrpfähle die Außenwände des Neubaus gesetzt. Bohrpfahlwände können aber auch als tragende und sichtbare Bauteile in die Konstruktion eines Neubaus einbezogen werden. Spundwände Schlitzwände Bei dieser Bauweise wird das Erdreich beim Aushub des Erdschlitzes und während des Betoniervorgangs durch eine Stützflüssigkeit abgestützt. Aufwändige Schalungen können somit eingespart werden. Schlitzwände haben mindestens eine Dicke von 0,5 m. Mit diesem Verfahren kann praktisch jede gewünschte Baugrubentiefe hergestellt werden. Caissonbauweise Diese Bauweise wird auch als Senkkastenbau- weise bezeichnet und wird für Gründungen unter Wasser angewand. Hierzu wird ein unten offener, aber sonst dichter Betonkasten hergestellt. Dieser bildet den Arbeitsraum, welcher innen mittels Überdruck wasserfrei gehalten wird. Über eine Druckluftschleuse und Schachtrohre gelangt man in den Arbeitsraum. Dort wird der Boden bis auf den trag- fähigen Untergrund abgegraben und dadurch der Kasten abgesenkt. Die Entsorgung erfolgt über Schachtrohre. Nach der Absenkung wird die Arbeitskammer ausbetoniert und bildet dann das fertige Fundament für den darüber geplanten Bau. Bohrpfahlwände Schlitzwände

9 3.3 Wasserhaltung Unter Wasserhaltung versteht man das Trockenhalten einer Baugrube während der Bauzeit. Für gewöhnlich ist hierzu nur nötig, das anfallende Oberflächenwasser, wie z.b. Regenwasser von der Baugrube abzuhalten bzw. abzuleiten. Dies geschieht entweder durch Entwässerungsmulden, Dränung oder durch Abdecken mit Planen. Wesentlich schwieriger ist es, wenn die Baugrubensohle unter dem Grundwasserspiegel liegt. Dann tritt seitlich und von unten Wasser in die Baugrube ein und macht das Arbeiten schwierig bis unmöglich. Außerdem bewirkt das einströmende Wasser einen Auftrieb, der zum Aufschwemmen der Baugrubensohle führen kann. Trockenlegung der Baugrube Hierzu stehen je nach Grundwasserstand und Wasserandrang verschiedene Methoden zur Verfügung. Offene Wasserhaltung durch Pumpensumpf. Hierzu wird an der tiefsten Stelle der Baugrube ein offener Schacht (Pumpensumpf) angelegt, dessen Boden ca. 1,00 m unter der tiefsten Fundamentsohle liegt. Über offene Gräben oder Drainageleitungen wird das anfallende Wasser aus der Baugrube gesammelt und in den Schacht geleitet. Von dort wird es mittels Pumpe in Gräben oder Rohrleitungen zu tiefer gelegenen Wasserläufen (Vorfluter) abgeleitet. Offene Wasserhaltung (Profil und schematischer Grundriss einer Baugrube) 1. Pumpensumpf 2. Drainage in Kiesbett 3. Arbeitsraum 4. Baugrubenböschung 5. Bauwerksrand Grundwasserabsenkung durch Rohrfilterbrunnen. Liegt der höchste Grundwasserstand mehr als etwa 30 cm über der Baugrubensohle ist in der Regel eine Grundwasserabsenkung nötig. Hierzu werden rings um die Baugrube herum Rohrfilterbrunnen angeordnet über die das anfallende Wasser abgepumpt wird (geschlossene Wasserhaltung). Mit dieser Methode sind Grundwasserabsenkungen bis etwa 4,00 m Tiefe möglich. Bei tieferen Baugruben müssen die Pumpen staffelförmig, höhenversetzt werden. Bei Grundwasserabsenkungen besteht die Gefahr der Ausschwemmung von Feinsand aus dem Untergrund und damit verbunden die Gefahr von Setzungen und Setzungsschäden an benachbarten Gebäuden. Um dies auszuschließen muss vorher geprüft werden, ob durch zusätzliche Maßnahmen z. B. chemische Injektionen der Grund verfestigt werden muss. Auch die Vegetation im Umfeld kann von einer Absenkung des Grundwassers negativ betroffen sein. Vakuumbrunnen In Feinsand und Schluff anstehendes Grundwasser fließt durch die Schwerkraft allein nicht mehr aus, sondern wird durch Adhäsion in den Hohlräumen zwischen den Körnern festgehalten. Es bedarf ein Vakuum, welches das Grundwasser mittels Saugpumpe an das Filterrohr zieht. Dabei wird der Feinsand weiter verdichtet deshalb, beschränkt sich der Wirkungskreis eines Vakuumbrunnens auf ca. 1,00 m. Abdichtung der Baugrube Spund-, Bohrpfahl oder Schlitzwände bilden um die Baugruben einen dichten Verbau gegen seitlichen Wasserandrang. Bei kleinen Baugruben kann die Sohle durch Einbringung eine Betonschicht abgedichtet werden. Bei rolligen und feinkörnigen Böden mit großem Grundwasserandrang ist eine Bodenverfestigung der Baugrubensohle sinnvoll. Dabei wird durch Hochdruckinjektion der gewachsene Boden unterhalb der Fundamentsohle mit Zementmilch verpreßt und damit eine Betonschicht hergestellt. Damit diese Betonplatte dem Druck des Grundwassers von unten standhalten kann, muß sie soweit unter der Gründungssohle liegen, daß die Auflast des verbleibenden Bodens und der Gründungssohle höher ist als der Druck des Grundwassers. Wo solche Tiefen nicht machbar sind, muß die Injektions-Schicht mit Bodenankern nach unten in den Baugrund verankert werden um dem Grundwasserdruck stand zu halten. Grundwasserabsenkung (Profil und schematischer Grundriss einer Baugrube) 1. Pumpe mit Sandfang 2. Reservepumpe 3. Ringleitung mit Absperrschieber 4. Saugrohre ( Brunnen ) 5. Sichtkontrolle 6. Baugrubenverbau (Spundwand) 7. Arbeitsraum 8. Bauwerksrand 9. Absenkungskurve

10 4 Gründungsarten Fundamente übertragen die Lasten eines Bauwerks in den Baugrund und sind damit für die Standsicherheit von maßgeblicher Bedeutung. In der Regel ist die Belastbar- keit des Baugrundes aber nicht ausreichend für die auftretenden Lasten aus Decken-, Wand- und Stützenlasten, so daß die direkt mit dem Boden in Kontakt stehenden Teile des Fundaments verbreitert oder vergrößert werden müssen. Diesen Teil des Fundaments nennt man Gründung und Gründungskörper. Die Art der Gründung ist wesentlich von der Tragstruktur, den auftretenden Lasten und der Lage und Qualität einer tragfähigen Bodenschicht abhängig. Es werden Flach- und Tiefgründungen unterschieden (DIN 1054). 4.1 Flachgründungen Flachgründungen werden gewählt, wenn unter dem Bauwerk tragfähiger Boden ansteht und keine Einspannwirkung in den Baugrund erforderlich ist. Es wird im Wesentlichen unterschieden zwischen Streifen-, Einzel- und Plattenfundamenten. Streifen-, Einzelfundamente sind durch eine Verbreiterung des Gründungskörpers gekennzeichnet, so daß die Lasten auf eine größere Fläche verteilt werden. Dient die Bodenplatte auf der gesamten Bauwerksfläche als Gründungskörper, spricht man auch von Plattengründungen. Flachgründungen können senkrechte, geneigte, mittige und ausmittige Kräfte abtragen. Alle Teile der Gründung müssen in frostfreier Tiefe zwischen 0,8 bis 1,50m unter Gelände liegen. Folgende Arten von Flachgründungen werden unterschieden: - Streifenfundamente unter Wänden - Einzelfundamente unter Stützen, Pfeilern - Plattenfundamente und Fundamentroste unter der Bodenplatte Streifenfundamente Streifenfundamente werden im Hochbau am häufigsten eingesetzt. In der Regel werden Sie als bewehrte oder unbewehrte Konstruktionen unter Wänden angeord- net. Die Fundamentbreite ist abhängig vom Fundamentmaterial, der Belastung und der zulässigen Bodenpressung. Bei bestehenden Gebäuden findet man häufig Fundamente aus Bruch-, Natur-, und Ziegelsteinen. Heute werden Streifenfundamente fast ausschließlich aus Beton oder Stahlbeton hergestellt. Der Lastverteilungswinkel liegt bei 50 bis 60. Bewehrte Fundamente werden auf einer Sauberkeitsschicht aus Magerbeton (C8) von 5cm ausgeführt. Einzelfundamente Einzelfundamente werden wegen der höheren Belastung fast immer aus Stahlbeton hergestellt. Nach Beanspruchung werden Ort- betonstützen mittels Bewehrung direkt in die Bodenplatte eingebunden oder eingespannt. Fertigteilstützen werden in Köcherfunda- mente gestellt und vergossen. Eine weitere Form ist das Blockfundament, bei dem die Kraftübertragung über die aufgerauten Wan- dungen der Aussparungen optimiert wird, so dass auf Ausbildung eines Köchers verzichtet werden kann. Bei ausmittiger Fundamentbelastung biegesteife Verbindung mit aufgehender Wand Größe und Form der Fundamente Die erforderliche Fundamentfläche (A) ergibt sich aus den auftretenden Lasten (F) und dem aufnehmbaren Sohldruck ( ơzul.): A (m 2 ) = F (kn) / ơzul. (kn/m 2 ) Die Fundamenthöhe ist vom Druckverteilungswinkel im Fundament abhängig. Dieser hängt wesentlich vom Fundamentmaterial ab. Betonfundamente haben heute im ungün stigsten Fall eine Druckverteilung mit einer Neigung von 1:2, damit einen Druckverteilungswinkel von 63,5 zur Waagerechten. Bei mittig belasteten Fundamenten entspricht die Fundamenthöhe h dem Zweifachen des Fundamentvorsprungs. Plattenfundamente und Fundamentroste Plattenfundamente verteilen die Lasten auf die gesamte Gründungsfläche, so daß eine sehr gleichmäßige und verminderte Bela- stung des Baugrundes erfolgt. Plattenfundamente werden auf einer Sauberkeitsschicht von 5 cm ausgeführt. Plattenfundamente bieten sich aus wirtschaftlichen und herstellungstechnischen Gründen an, wenn: - zahlreiche Einzel- und Streifenfundamente dicht nebeneinander und ggf. in verschiedenen Höhenlagen liegen, - infolge wechselnder oder schlechter Bodenverhältnisse unter dem Bauwerk und / oder wegen stark unterschiedlicher Lasten innerhalb des Gebäudes unregelmäßige Setzungen der Einzelbauteile befürchtet werden müssen, - eine wasserdichte Bodenplatte gegen drückendes Wasser erforderlich ist, die dann in Verbindung mit dem aufgehen den Betonwänden eine wasserdichte Weiße Wanne bildet. Die Mindestdicke der Bodenplatte beträgt dann 25 cm. Alternativ zu einer durchgehenden Platte kann unter Umständen auch ein Fundamentrost als tragender Rahmen für die gebündelte Abtragung einzelner Lasten dienen.

11 Frostschürze Eine Frostschürze kommt bei Flachgründungen von nicht unterkellerten Bauwerken zum Ein- satz. Die Bodenplatte wird ringsum mit dieser Schürze versehen um zu verhindern, dass Oberflächenwasser unter das Bauwerk läuft und im Winter zu Frostschäden führt. Eine Frostschürze sollte bis zum frostfreien Boden hinab reichen und wird in der Regel wie die Bodenplatte aus Stahlbeton hergestellt. Frostfreie Gründungstiefe unabhängig von Baugrund und Geländeformation 4.2 Tiefgründungen Wenn tragfähiger Baugrund erst in größerer Tiefe vorhanden ist und Bodenverbesserungen nicht möglich sind, werden Tiefgründungen ausgeführt. Die häufigste Art ist hierbei die Pfahlgründung, daneben gibt es noch eine Vielzahl anderer Verfahren z.b. die Brunnen- und die Senkkastengründung. Pfahlgründung Man unterscheidet stehende Pfahlgründungen mit Einbindung in tragfähigen Boden und schwebende, bzw. schwimmende Pfahlgründungen ohne Einbindung in tragfähigen Boden. Die Art der Pfahlgründung hängt davon ab, ob mit der Pfahlspitze eine tragfähige Bodenschicht erreicht werden kann. Die sicherste Pfahl gründungsart ist die stehende Gründung bei der die Pfahlspitzen auf einer tragfähigen Bodenschicht z.b. auf Fels oder festgelagertem Kies stehen. Dabei werden die Kräfte hauptsächlich über den Pfahlfuß übertragen. Schwebende Pfahlgründungen übertragen die Lasten hauptsächlich durch Reibung auf die umliegenden Erdstoffe (Mantelreibung). Diese Methode wird angewendet, wenn tragfähige Bodenschichten in so großer Tiefe liegen, daß sie nicht mehr erreicht werden können und wenn die darüberliegenden bin- digen und zusammendrückbaren Schichten nach unten fester, d.h. weniger zusammendrückbar werden. Bei dieser Gründung ist mit längeren Phasen der Setzung zu rech nen. Pfahlgründungen können aus Holz, Stahl, Stahlbeton oder Spannbeton ausgefüht werden. Holzpfähle historischer Gründungen reichen bis in eine Tiefe von 20m. Heute werden fast ausschließlich Betonpfähle verwendet. Sie werden gerammt, gerüttelt oder gebohrt. Stehende Gründung Schwebende Gründung Alte Gebäude stehen seit Jahrhunderten noch heute auf gerammten Holzpfahlgründungen. Ein besonders prominentes Beispiel hierfür ist die Stadt Venedig. Ihre Häuser sind auf ca. 20m lange Holzstämme gegründet. So lange die Hölzer unter Wasser stehen, verfaulen sie nicht. Die Absenkung des Meeresspiegels birgt für diese Bauten allerdings eine elementare Gefähr- dung. Heute werden Tiefengrün- dungen fast nur noch mit Pfählen aus Stahlbeton hergestellt.

12 Rammpfähle Als Rammpfähle kommen massive Spannbetonpfähle (Länge bis zu 25m, Durchmesser 30 bis 35cm) sowie Schleuderbetonpfähle (Länge bis zu 50m, Durchmesser bis 100cm) zum Einsatz. Stahlpfähle werden fast ausschließlich im See- und Hafenbau eingesetzt. Rüttelpfähle Zur Einbringung von Rüttelpfählen stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Alle sind mit Erschütterungen des Baugrundes verbunden. Das Rüttel-Druck-Verfahren ist setzungsarm und zur Aufnahme von großen Lasten geeignet. Es ist in nicht bindigen und schwach bindigen Böden wie Sand und Kies anwendbar. Hierbei wird durch das von einem Rüttler erzeugte Loch tragfähiger Kies oder Beton gefüllt. Das Rüttel-Stopf-Verfahren ist sehr setzungsarm aber nur zur Aufnahme von leichten und mittelschweren Lasten geeignet. Es ist auch für bindigere Böden wie sandigen Schluff und Schluff geeignet. Hierbei wird das mittels Rüttler eingebrachte, tragfähige Material durch wiederholtes absenken des Rüttlers verdichtet. Rüttel-Ortbetonsäulen sind sehr setzungsarm aber nur zur Aufnahme von leichten und mittelschweren Lasten geeignet. Dieses Verfahren ist auch bei weichen und organischen Schichten über tragfähigem Grund anwendbar. Rüttel-Druck-Verfahren Bohrpfähle Wenn Erschütterungen im Erdreich nicht erwünscht sind kommen Bohrpfähle zum Einsatz. Mit speziellen Geräten können Bohrpfähle auch in unmit- telbarer Nähe zu bestehenden Gebäuden für Unterfangungen oder in beengten Raumverhältnissen gesetzt werden. Das Bohrloch wird während des Bauvorgangs mit einem Man telrohr oder einer Stützflüssigkeit gesichert. Nach Einbringung der Bewehrung und des Betons werden die Mantelrohre wieder gezo- gen. Die Pfähle unterscheiden sich durch die Rauhigkeit ihrer Flanken (Mantelreibung) und die Verbreiterung ihres Pfahlfußes (Spitzendruck). Sie haben in der Regel Durchmesser von 30 bis 100 cm. Großbohrpfähle können mit Durchmessern mit bis zu 250 cm ausgeführt werden. Rammpfähle Kombinierte Pfahl- u. Plattengründung Ramm- und Bohrpfähle können in Bündeln mit Stahlbetonüberzügen oder -platten zu Pfahlgruppen und Pfahlrosten zusammengefaßt werden. Rüttel-Stopf-Verfahren Brunnengründung Hierbei werden Rohre in der Regel aus Stahlbeton in den Baugrund eingebracht, indem man den Innenberech ausbaggert. Durch ihr Eigengewicht sinken dann die Hohlkörper in den Baugrund ein. Ist die tragfähige Bodenschicht erreicht, wird der Hohlraum ganz oder, wenn er genutzt werden soll teilweise mit Sand, Kies oder Beton ausgefüllt. Brunnengründungen sind bei weichen Bodenschichten und hohen Traglasten sinnvoll. Herstellung von Bohrpfählen 1. Bohren bzw. Eintreiben der Mantelrohre, Ausbaggern 2. Einstampfen des Pfahlfußes 3. Einbringen der Bewehrung, Betonieren, Ziehen der Mantelrohre 4. Zusammenfassen Bohrpfähle zu Pfahlrost Pfahlrost für zwei Pfähle

13 5 Sicherungsmaßnahmen Werden neue Gründungsbauwerke neben bestehenden Gebäuden errichtet und liegen dabei die neuen Fundamente tiefer als die bestehenden, ist die Gefahr von nachträglichen Setzungen an den Bestandsgebäuden gegeben. Diese können zu Rissbildung und sogar zum Einsturz führen. Um dies zu verhindern, müssen die bestehenden Fundamente unterfangen werden (DIN 4123). Schon beim Aushub der Baugrube sind Sicherungsmaßnahmen zu ergreifen. Die Sohle der Baugrube darf nur bis 0,50 m über der Unterkante der bestehenden Fundamente abgegra- ben werden. Weitere Abgrabungen dürfen in höchstens 1,25 m breiten Abschnitten erfolgen. Zwischen den 1,25m breiten Abschnitten müssen Zwischenräume von dreifacher Länge bestehen bleiben bis die neuen Unterfangungen tragfähig sind. Zusätzlich kann eine Hilfskonstruktion gegen Kippen und Einstürzen der Altbauten nötig sein. Maßnahmen zur Bodenverfestigung unter den Bestandsgebäuden wie z.b. Hochdruckinjektionen (HDI) oder Gefrierverfahren können sinnvoll sein. Alle Maßnahmen benötigen die Zustimmung der betroffenen Nachbarn und müssen gut dokumentiert werden. Brunnengründung Herstellung von Unterfangungen nach DIN 1423 senkrechter Schnitt / Aufsicht, Bauabschnitte Sicherung durch abschnittsweise Unter- fangung bei geringfügiger Tiefergründung von Lückenbauten