Baugrubensicherung für Schutz und Sicherheit im Spezialtiefbau

Im Spezialtiefbau benötigen Baugruben eine Baugrubensicherung, damit die eigentlichen Arbeiten im Hoch- oder Tiefbau beginnen können. Der permanente Blick auf Sicherheit und die Minimierung von Risiken beim Finden der wirtschaftlich und technisch besten Lösung einer Bauaufgabe haben dabei klare Priorität.

Baugruben als technische Herausforderung

Eine Baugrube, also jener Raum, der unterhalb einer Geländefläche ausgehoben wird, ist Bestandteil vieler Bauprojekte. Das Bauen im Baugrund stellt eine spezielle technische Herausforderung dar. Zusätzlich zum entstehenden Bauwerk muss die Baugrubensohle den benötigten seitlichen Arbeitsraum aufnehmen. Die Baugrubenumschließung umgibt den Arbeitsraum und kann als Böschung oder als Baugrubenverbau ausgebildet sein. Eine Baugrubensicherung am oberen Rand der Baugrube verhindert das Nachrutschen von Material und Einstürzen der Grube.

Wenn die örtlichen Verhältnisse es zulassen, werden Baugruben flach mit Böschung ausgeführt. Im innerstädtischen Bereich ist dies vor allem wegen Platzmangels kaum möglich. Hier sind senkrechte Aushebungen mit Abstützung der Wände und Vorkehrungen am Boden erforderlich. Falls die Tragfähigkeit erhöht werden muss, werden Maßnahmen zur Bodenverbesserung gesetzt. Einströmendes Wasser ist einer der primären Gründe, um eine Bodenabdichtung durchzuführen.

Jede Baugrubensicherung im Spezialtiefbau wird dabei den örtlichen Gegebenheiten, der Art der Baugrubenumschließung und dem Ausmaß der Baugrube angepasst und individuell auf die Bedürfnisse des Auftraggebers ausgerichtet. Die Durchführung erfordert viel Erfahrung kombiniert mit der ständigen Bereitschaft, die spezifischen Verhältnisse vor Ort laufend zu berücksichtigen.

Methoden der Baugrubensicherung

Die angebotenen Leistungen rund um die Baugrubensicherung sind vielfältig und reichen von der Beratung hinsichtlich des geotechnischen Risikos und einer ersten Bodenerkundung bis hin zu Pfahlprobebelastungen für eine sichere und kostengünstige Grundbaugestaltung.

Geböschte Baugrube

Ist ausreichend Platz vorhanden und ist das Bauvorhaben nicht tief, so sind Böschungen die einfachste und wirtschaftlichste Methode. Das primäre Ziel ist auf der Baustelle die Sicherheit der Beschäftigten zu gewährleisten. Realisiert wird die Baugrubensicherung durch Einhalten der Böschungswinkel. Die Böschungswinkel hängen von der Bodenbeschaffenheit ab. Erfolgt kein gesonderter Standsicherheitsnachweis, so gelten:

45° Böschungswinkel bei nicht bindigen und weichen Böden
60° Böschungswinkel bei steifen und halbfesten bindigen Böden
80° Böschungswinkel bei festen und bindigen Böden oder Fels

Der Nachweis der Standsicherheit ist in bestimmten Fällen notwendig, etwa wenn die Böschung eine bestimmte Höhe überschreitet, die Wasser- und Bodenverhältnisse schwierig sind, bestehende bauliche Anlagen gefährdet werden können oder die Auflasten an der Böschungsoberkante eine bestimmte Größe überschreiten. Vernetzungen finden als Sicherungsvariante von Locker- oder Festgesteinshängen Verwendung.

Baugrubenverbau

Sind die Platzverhältnisse beengt, wie dies etwa in einer Baulücke der Fall ist, so wird ein Baugrubenverbau ausgeführt. Dies kann auch notwendig sein, wenn die Boden- und Wasserverhältnisse keine geböschte Baugrube erlauben.

Trägerbohlwände gehören zu den weichen Verbauarten der Baugrubensicherung im Spezialtiefbau. In Abständen von 1,0 bis 3,5 m entlang der Baugrubenwand werden Stahlträger entweder eingerammt, eingerüttelt oder in vorbereitete Bohrlöcher eingestellt. Mit Holzträgern, Beton oder Spritzbeton werden die Felder dazwischen ausgefacht bzw. ausgefüllt. Damit werden die Erddruckkräfte in die Stahlträger eingeleitet. In den Fällen, in denen keine große Steifigkeit der Baugrubenwände benötigt wird und die Grube oberhalb des Grundwasserstands ist, kommt diese Variante zum Einsatz.

Ist die Baugrubensohle tiefer als der Grundwasserpegel, so ist vor Beginn der Erdarbeiten eine Grundwasserabsenkung nötig sowie eine entsprechende Bodenabdichtung. Liegt die Baugrubensohle über dem Grundwasserpegel, so ist eine offene Wasserhaltung ausreichend, d.h. das anfallende Schichten- und Oberflächenwasser wird aus der Baugrube abgepumpt.

Für die Baugrubensicherung im Grundwasser werden Spund-, Schlitz- oder Dichtwände eingesetzt. Schmalwände sind ca. 80 bis 100 cm dicke Dichtwände, die zur vertikalen Bodenabdichtung gegen einströmendes Wasser verwendet werden. Dabei erfolgt die Einpressung von Stahlbohlen als Schalungen“in den Boden. Zur Bodenabdichtung wird der Hohlraum zwischen den Stahlbohlen mit zementgebundener Dichtmasse verpresst. Die Sohlenabdichtung erfolgt wiederum mit Injektionssohlen und dient gleichermaßen der Bodenabdichtung.

Im städtischen Tiefbau finden Schlitzwände bei naher Randbebauung und anstehendem Grundwasser Anwendung. Spundwände aus Stahl halten bei hohem Wasserandrang das Wasser zurück, Bodenabdichtung ist die Folge. Sie können wirtschaftlich dort eingesetzt werden, wo Rammen zulässig ist. Ist es möglich vor dem Bodenaushub zu rammen, so ist der Einsatz von Spundwänden vorteilhaft, da sie wenig Aussteifung aufweisen, ein schneller Baufortschritt gegeben ist und sie häufig wiederverwendet werden können. Nachteilig sind die große Lautstärke des Rammvorgangs, die im Boden dadurch auftretenden Vibrationen und die Möglichkeit von Schäden beim Ziehen der Bohlen.

Durch das Ausbetonieren von Bohrlöchern werden Bohrpfahlwände hergestellt. Bohrpfahlwände gehören zu den steifen, verformungsarmen Verbauarten. Bohrpfahlwände können mit verrohrter bzw. ohne verrohrte Bohrung hergestellt werden. Vorteilhaft ist, den ursprünglichen Spannungszustand des umgebenden Bodens zu erhalten. Dies wird durch die Verwendung von verrohrten Bohrungen ermöglicht. Setzung und Bodenbewegungen können bei sorgfältiger Bodenaushebung stark minimiert werden.

Böschungen und Baugrubenwände können auch durch Bodenvernagelung gesichert werden. Zug und Druckfestigkeit werden erreicht, indem natürlicher Boden mit Betonstahl bewehrt wird. Wird ein neues Gebäude tiefer gegründet als das bestehende angrenzende Gebäude, so muss eine Unterfangung erfolgen. Dabei handelt es sich um die Sicherung eines Gebäudes gegen Setzung oder Abrutschen, wenn Erdarbeiten unterhalb seiner Fundamente stattfinden. Stahlbeton, Beton, Spritzbeton, Mauerwerk oder geeignetes Injektionsmaterial können zur Bodenverfestigung eingesetzt werden. Damit wird eine ausreichende Bodenverbesserung gewährleistet und Schäden vermieden.

Temporäre und Dauerhafte Verbauten

Je nachdem ob Wiederverwendbarkeit gegeben ist, werden temporäre und dauerhafte Verbauten unterschieden. Temporäre werden nach ihrem Einsatz aus dem Baugrund entfernt bzw. wieder rückgebaut. Dauerhafte Verbauten werden gegebenenfalls Teil des Bauwerkes und bleiben nach Fertigstellung der Baumaßnahme in Funktion. Dabei kann es sich z.B. um eine Hangsicherung, eine Stützmauer, eine Ufermauer oder eine Dichtwand handeln, um eine entsprechende Bodenabdichtung zu erreichen.

Für erfolgreich ausgeführte permanente oder temporäre Sicherungsmaßnahmen finden unter anderem Bohrgeräte sowie Spritzbetontechnologie Verwendung. Folgende Sicherungstechniken kommen zum Einsatz:

Aussteifungen über Eck oder zur Baugrubensohle
Rückverankerung mittels Erdanker
Einspannung in den Boden
Im Tunnelbau findet die Deckelbauweise Anwendung, bei der sich die Stützwände gegenseitig abstützen

Tragfähigkeit und Verfestigung

Die Tragfähigkeit des Baugrundes kann durch Bodenverbesserung erhöht werden, wenn für das Fundieren von Bauwerken unzureichend dicke tragfähige Bodenschichten oder ungenügend tragfähige Böden vorliegen. Bei der mechanischen Verdichtung nicht bindiger Böden zur Bodenverbesserung werden Oberflächenverdichtungen und Tiefenverdichtungen unterschieden.

Rüttler oder Walzen finden für die Oberflächenverdichtung Verwendung, wenn kornabgestufte Schüttungen lagenweise verdichtet werden können.

Tiefenverdichtungen ermöglichen, dynamische Kräfte in den Baugrund einzuleiten oder das Maß der Setzung zu verringern und erfolgen durch Vibration oder Verdrängung. Die Verdrängung arbeitet nach dem Prinzip der Bodenverdichtung, beispielsweise mit Bodenverdichtungspfählen oder Stopfverdichtung, um eine ausreichende Bodenverbesserung zu erreichen.

Zur Verfestigung oder Bodenabdichtung wird mithilfe von Injektionslanzen flüssiges Medium in Form von Bodeninjektionen eingepresst. Das Vorhandensein von Hohlräumen und Fließwegen ist Voraussetzung für jede Injektion.

Fazit

Das Bauen im Baugrund stellt eine spezielle technische Herausforderung dar. Viel Erfahrung und Know-how sind notwendig, um mittels moderner Bautechnik die Maßnahmen zur Baugrubensicherung im Spezialtiefbau optimal zu setzen - damit Sicherheit, die technisch beste Lösung und Wirtschaftlichkeit gewährleistet sind.

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