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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

Gründung - th-owl.de · Die DIN-Norm 8196 „Erd- und Grundbau” deniert Bodenarten hinsichtlich ihrer bautechnischen Eignung. Die DIN-Norm 18300 „Erdarbeiten“ deniert Bodenklassen

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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

1 Definition GründungDie Gründung bzw. das Fundament ist der Übergang vom Bauwerk zum Boden. Sie hat die Aufgabe, alle auftre-tenden 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 BaugrundDie Voraussetzung zur Planung und Errichtung einer einwandfreien Gründung ist die genaue Kenntnis des Bau-grundes. Die Erstellung eines Bauwerks stört in der Regel den über lange Zeit gewachsenen Gleichgewichtszu- stand 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 (Sach-verständiger für Böschungen) angewiesen. Deren qualifizierte Gutachten, basierend auf sorgfältigen Baugrund-untersuchungen (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.

2.1 Untersuchung des BaugrundesDie genaue Kenntnis über die Beschaffenheit des Baugrundes, die anstehenden Bodenarten, Lagerungsdichte, Verhalten bei Belastung, Durchlässigkeit, Kapillarität und Frostempfindlichkeit sind die Voraussetzung für die Fest-legung 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.

UntersuchungsvorgangZur Untersuchung eines größeren Baugeländes werden Erkundungsbohrungen durchgeführt. Diese werden zu-nächst 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, Grund-wasserverhältnissen und Erfahrungen aus bestehenden Bauwerken in direkter Nachbarschaft hinzugezogen. Die Erkundungsbohrungen müssen unter Berücksichtigung der DIN 1054 ausgeführt werden.

BodenprobeBodenproben sind alle 1,0-1,50 m zu ent- nehmen. Hierbei sind Din 4021 und 4022 zu beachten. Während bei klei-nen 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.

SchürfungDas 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 ge-führt. Für Baugrunduntersuchungen nach DIN 1054 genügt die Schürfung wegen der geforderten Untersuchungs-tiefe von 6m nicht.

Sondierung / RammsondierungAls weiteres Verfahren für Voruntersuchungen in geringen Tiefen eignen sich Schlagsondierungen mit Sondierei-sen 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 Scherfestig-keit und Tragfähigkeit längs einer Vertikalen ermittelt und als Rammdiagramm aufgezeichnet. Die Bodenschichten werden aus der Charakteristik der Eindringwerte ermittelt.

BohrungBohrungen 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.

Aufschlussbohrung

Stechzylinder

2.2 Arten des BaugrundesAls 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 minerali-schen Bestandteile bilden Ablagerungen mit mehr oder wenig großen Zwischenräumen. Boden kann neben minera-lischen 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 14688-1 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 18300 „Erdarbeiten“ definiert Bodenklassen hinsichtlich ihrer Lösbarkeit um Art und Umfang von Bodenarbeiten beurteilen zu können.

FelsEr 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 Grün-dung notwendig.

Nichtbindiger BodenGeröll, Kies, Kiessand, Sand und ihre Misch- ungen werden als nichtbindige (rollige) Böden bezeichnet. Der Mas-senanteil 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 wasserdurchläs-sig. Die Tragfähigkeit nimmt mit der Korngröße und der Dichte der Lagerung zu.

Geröllbesteht aus groben Gesteinstrümmern mit einem Durchmesser >70 mm. Geröll kann je nach Lagerungsdichte, Entstehungs- und Gesteinsart mit 300–800 kN/m2 belastet werden.

Kiesbesteht aus Gesteinstrümmern mit 2-63mm Durchmesser. Man unterscheidet zwischen: Feinkies mit 2–6,3 mm, Mittelkies 6,3–20 mm und Grobkies 20–63 mm. Kies hat eine Tragfä- higkeit von ca. 400 kN/m2. Tieferliegende Schichten weisen in der Regel eine höhere Tragfähigkeit auf.

Kiessandist 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.

Grobsandzählt mit Korngrößen von 0,6–2 mm und einer zulässigen Bodenpressung von 300kN/ m2 noch zum guten Bau-grund.

Fein- und Mittelsandmit Korngrößen von 0,06–0,6 mm haben eine Tragfähigkeit von 200 kN/m2. Ach bei den Sanden wächst die Trag-fähigkeit 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%.

Akropolis - Untergrund Felsmassiv

Fels, Basaltsäule

Kies (nichtbindiger Boden)

Lehm (bindiger Boden)

Bindiger BodenTon, 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 Entwei-chen 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/m2 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 Wasser- gehalt sinkt die zulässige Bodenpressung.

Schluff ist ein Gemenge aus unverfestigten Feinböden und Sedimentgesteinen die zu mindestens 95% aus Kom-ponenten 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 Wi-derstandsfähigkeit gegen Pressung wie trockener Ton und Lehm. Mergel ist gegen Wasser empfindlich, da es den Kalk auschwemmt.

Organischer BodenDie organischen Bodenarten setzen sich aus Resten von mehr oder wenig stark zerfal-lenen Pflanzen- und Tier-resten zusammen. Je nach Grad der Zersetzung spricht man von nicht zersetzten, mäßig zersetzten und stark zer-setzten Torf. Böden mit nennenswertem organischem Anteil werden als „Mudden“ bezeichnet. Die humushaltige, durchlüftete, Kleinlebewesen enthaltende oberste Bodenschicht wird als Mutterboden bezeichnet. Dieser ist auf-grund 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 BodenEin Boden wird als gewachsen bezeichnet, wenn er durch einen abgeklungenen, erdgeschichtlichen Vorgang ent-standen ist. Diese Bodenschicht liegt in der Regel unter der oberen Deckschicht, dem Ober- oder Mutterboden.

Geschütteter BodenEin Boden wird als geschüttet bezeichnet, wenn er durch Aufschütten oder Aufspülen entstanden ist. Man unter-scheidet unverdichtete und verdichtete Schüttungen. Bei allen geschütteten Böden ist mit mehr oder weniger star-ken 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/m2 aufweisen können.

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.

DruckausbreitungDie 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 zu-nimmt. 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.

SetzungenDie 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 gro-ßen 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.

Mögliche Druckausbreitung im Gefüge des BaugrundesKohasion und Reibung des Bodens verteilen und zerlegen die Spannungen der Gründungssohle in Druck-, Zug-, Vertikal- und Horizontalkomponenten.

1. Gebäude zu lang, Gründungsmängel

2. ungleiche Gründungsverhältnisse

3. nachträgliche Belastung der Gründungssohle vorhandener Bauwerke durch Drucküberlastung

4. ungleiche Gründungstiefen, sehr unterschiedliche Baugrund- belastungen, evtl. auch Setzungen in aufgefüllten Bereichen (Arbeitsräume)

5. Grundwasserabsenkung oder Austrocknen bindiger Boden schichten

6. Belastung durch nachträgliche Auflasten

BodenpressungNach 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.

WasserdurchlässigkeitDas Abflußvermögen des Wassers in den verschiedenen Bodenarten bedingt die Wahl des richtigen Wasserhal-tungssystems. Die Anzahl und Größe der Poren bestimmt die Wasserdurchlässigkeit des Bodens. Diese wird be-schrieben über den Durchlässigkeitsbeiwert k . Durchlässigkeitsbeiwert und Druckgefällewert ermöglichen die Er-mittlung der Wasserabflußgeschwindigkeit.

BodenfrostUnabhängig 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.

BaugrundverbesserungMittels Baugrundverbesserung können die Eigenschaften des Baugrunds hinsichtlich der Tragfähigkeit, des Verfor-mungsverhaltens 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)

1. Grundbruch2. Böschungsbruch3. Geländebruch

Wasser in Abhängigkeit von Bodenschichten

3. Baugrube

Nach Freimachen des Baugeländes werden die Grundfläche und Höhenlage der geplanten baulichen Anlage abge-steckt (§68 Abs.3 BbgBO). Die Absteckung führt ein öffentlich bestellter Vermessungsingenieur anhand der geneh-migten 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 Auseinander-setzungen 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. Felsklassifizie-rung nach DIN 18300 zu berücksichtigen.

3.1 AushubDie Humusschicht wird abgeschoben und separat gelagert. Nach Möglichkeit wird auch das für die spätere Hin-terfüllung 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.

Geböschte WändeSind 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 Boden60° steifer oder halbfester bindiger Boden80° leichter Fels90° schwerer Fels

BermeEine 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.

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.

1 Mutterboden2 Brett für genaues Messen 3 Schnurkerbe4 Fluchtschnur5 Lot6 Baugrubensohle7 Fundamentgraben

Böschungswinkel DIN 4124

45° nichtbindiger oder weicher bindiger Boden

60° steifer oderhalbfester bindiger Boden

80° leichter Fels

90° schwerer Fels

Schnitt durch abgeböschte Baugrube und Fundamentgraben

Baugrubenböschung mit Berme

Eine Berme ist ein horizontales Stück oder ein Absatz in der Bö-schung 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.

3.2 BaugrubenverbauDurch einen Verbau werden Baugruben mit großen Tiefen, in beengten Situationen, an Straßen und im Stadtbe-reich 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.

TrägerbohlenwändeDiese Verbauweise wird auch „Berliner Verbau“ bezeichnet. Hierbei werden Holzbohlen oder Kanthölzer waage-recht zwischen eingerammte oder in Bohrlöcher eingebrachte Stahlträger gelegt.

SpundwändeSpundwände 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 Profil-schlösser 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 anderen-orts wieder verwendet werden. Aus der großen Varianz an verschiedenen Profilarten, Profilgrößen und Wandungs-stärken 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.

BohrpfahlwändeBohrpfahlwände bestehen aus Betonpfählen, die so dicht gesetzt werden, dass sich ihre Querschnitte überschnei-den. 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. Bohr-pfahlwände können aber auch als tragende und sichtbare Bauteile in die Konstruktion eines Neubaus einbezogen werden.

SchlitzwändeBei 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 herge-stellt werden.

CaissonbauweiseDiese Bauweise wird auch als Senkkastenbau- weise bezeichnet und wird für Gründungen unter Wasser ange-wand. Hierzu wird ein unten offener, aber sonst dichter Betonkasten hergestellt. Dieser bildet den Arbeitsraum, wel-cher 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.

Berliner Verbau

Spundwände

Bohrpfahlwände

Schlitzwände

3.3 WasserhaltungUnter 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 BaugrubeHierzu 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 (Pum-pensumpf) 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.

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 Baugru-be herum Rohrfilterbrunnen angeordnet über die das anfallende Wasser abgepumpt wird (geschlossene Wasser-haltung). Mit dieser Methode sind Grundwasserabsenkungen bis etwa 4,00 m Tiefe möglich. Bei tieferen Baugru-ben 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.

VakuumbrunnenIn 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, be-schränkt sich der Wirkungskreis eines Vakuumbrunnens auf ca. 1,00 m.

Abdichtung der BaugrubeSpund-, Bohrpfahl oder Schlitzwände bilden um die Baugruben einen dichten Verbau gegen seitlichen Wasse-randrang. 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 Zement-milch 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 Grundwas-serdruck stand zu halten.

Offene Wasserhaltung (Profil und schematischer Grundriss einer Baugrube)1. Pumpensumpf2. Drainage in Kiesbett 3. Arbeitsraum4. Baugrubenböschung 5. Bauwerksrand

Grundwasserabsenkung (Profil und schematischer Grundriss einer Baugrube)1. Pumpe mit Sandfang2. Reservepumpe3. Ringleitung mit Absperrschieber 4. Saugrohre (“Brunnen”)5. Sichtkontrolle6. Baugrubenverbau (Spundwand) 7. Arbeitsraum8. Bauwerksrand9. Absenkungskurve

4 GründungsartenFundamente 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 auftre-tenden 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 FlachgründungenFlachgründungen 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 Plattenfun-damenten. 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

StreifenfundamenteStreifenfundamente werden im Hochbau am häufigsten eingesetzt. In der Regel werden Sie als bewehrte oder un-bewehrte 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 Stahlbe-ton hergestellt. Der Lastverteilungswinkel liegt bei 50 bis 60°. Bewehrte Fundamente werden auf einer Sauberkeits-schicht aus Magerbeton (C8) von 5cm ausgeführt.

EinzelfundamenteEinzelfundamente werden wegen der höheren Belastung fast immer aus Stahlbeton hergestellt. Nach Beanspru-chung werden Ort- betonstützen mittels Bewehrung direkt in die Bodenplatte eingebunden oder eingespannt. Fer-tigteilstützen 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.

Größe und Form der FundamenteDie erforderliche Fundamentfläche (A) ergibt sich aus den auftretenden Lasten (F) und dem aufnehmbaren Sohl-druck ( ơzul.): A (m2) = F (kN) / ơzul. (kN/m2)Die Fundamenthöhe ist vom Druckverteilungswinkel im Fundament abhängig. Dieser hängt wesentlich vom Fun-damentmaterial 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 FundamentrostePlattenfundamente 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 unterschied-licher 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 aufge-hen den Betonwänden eine wasserdichte „Weiße Wanne“ bildet.

Die Mindestdicke der Bodenplatte beträgt dann 25 cm. Alternativ zu einer durchgehenden Platte kann unter Um-ständen auch ein Fundamentrost als tragender Rahmen für die gebündelte Abtragung einzelner Lasten dienen.

Bei ausmittiger Fundament-belastung biegesteife Verbindung mit aufgehender Wand

FrostschürzeEine 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.

4.2 TiefgründungenWenn tragfähiger Baugrund erst in größerer Tiefe vorhanden ist und Bodenverbesserungen nicht möglich sind, wer-den Tiefgründungen ausgeführt. Die häufigste Art ist hierbei die Pfahlgründung, daneben gibt es noch eine Vielzahl anderer Verfahren z.B. die Brunnen- und die Senkkastengründung.

PfahlgründungMan 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 festgelager- tem Kies stehen. Dabei werden die Kräfte hauptsächlich über den Pfahlfuß übertragen.“Schwebende” Pfahlgründungen übertragen die Lasten hauptsächlich durch Reibung auf die umliegenden Erdstof-fe (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 Pha-sen 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.

Frostfreie Gründungstiefe unabhängig von Baugrund und Geländeformation

Stehende Gründung Schwebende Gründung

Alte Gebäude stehen seit Jahrhun- derten noch heute auf gerammten Holzpfahlgründungen. Ein beson-ders prominentes Beispiel hierfür ist die Stadt Venedig. Ihre Häuser sind auf ca. 20m lange Holzstämme ge-gründet. So lange die Hölzer unter Wasser stehen, verfaulen sie nicht. Die Absenkung des Meeresspiegels birgt für diese Bauten allerdings eine elementare Gefähr- dung. Heu-te werden Tiefengrün- dungen fast nur noch mit Pfählen aus Stahlbeton hergestellt.

RammpfähleAls Rammpfähle kommen massive Spannbetonpfähle (Länge bis zu 25m, Durchmesser 30 bis 35cm) sowie Schleu-derbetonpfähle (Länge bis zu 50m, Durchmesser bis 100cm) zum Einsatz. Stahlpfähle werden fast ausschließlich im See- und Hafenbau eingesetzt.

RüttelpfähleZur 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 set-zungsarm 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 Auf-nahme von leichten und mittelschweren Lasten geeignet. Dieses Verfahren ist auch bei weichen und organischen Schichten über tragfähigem Grund anwendbar.

BohrpfähleWenn 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.

Kombinierte Pfahl- u. PlattengründungRamm- und Bohrpfähle können in Bündeln mit Stahlbetonüberzügen oder -platten zu Pfahlgruppen und “Pfahlros-ten” zusammengefaßt werden.

BrunnengründungHierbei werden Rohre in der Regel aus Stahlbeton in den Baugrund eingebracht, indem man den Innenberech aus-baggert. 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.

Rammpfähle

Herstellung von Bohrpfählen1. Bohren bzw. Eintreiben der Mantelrohre, Ausbaggern2. Einstampfen des Pfahlfußes3. Einbringen der Bewehrung, Betonieren, Ziehen der Mantelrohre 4. Zusammenfassen Bohrpfähle zu Pfahlrost

Rüttel-Druck-Verfahren

Rüttel-Stopf-Verfahren

Pfahlrost für zwei Pfähle

5 SicherungsmaßnahmenWerden neue Gründungsbauwerke neben bestehenden Gebäuden errichtet und liegen dabei die neuen Funda-mente tiefer als die bestehenden, ist die Gefahr von nachträglichen Setzungen an den Bestandsgebäuden gege-ben. Diese können zu Rissbildung und sogar zum Einsturz führen. Um dies zu verhindern, müssen die bestehen-den 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 1423senkrechter Schnitt / Aufsicht, Bauabschnitte

Sicherung durch abschnittsweise Unter- fangung bei geringfügiger Tiefergründung von Lückenbauten