Bauen im Grundwasser - Lehrstuhl und Prüfamt für Grundbau

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Bauen im Grundwasser
Lehrstuhl für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau
S Bauen im Grundwasser
S.1
Bautechnisch maßgebende Informationen zum Grundwasser
S.1.1 Allgemeines
Beim Herstellen eines ausreichend tiefen Bohrloches wird in der Regel Wasser angetroffen. Der Versuch, unterirdische
Wässer als Bergwasser, Schichtwasser, Sickerwasser und "eigentlichem" Grundwasser zu unterscheiden, ist nicht zielführend. Alles Wasser im Boden ist Grundwasser, allenfalls sollte man Leckwasser aus undichten Leitungen ausnehmen.
Schon ein Regentropfen, der langsam und über manchen Umweg zur Tiefe sickert, ist Grundwasser und auch unter einem mächtigen Grundwasservorkommen können wasserfreie Gesteinsschichten folgen. Im Untergrund gibt es wasserstauende und wasserleitende Schichten, letztere können Grundwasser in technisch relevanter Menge enthalten. Aber
auch das Porenwasser in wasserstauenden Schichten ist Grundwasser und ein nicht dräniertes Bauwerk in einer nur
sehr gering wasserleitenden Schicht erfährt langfristig einen Wasserdruck. Die Druckspiegel von Grundwässern in verschiedenen Schichten können sehr verschieden sein, wenn sie im Abfluss unterschiedliche Vorfluter haben oder wenn
sie im Zufluss aus Oberflächenbereichen mit verschiedener Höhenlage gespeist werden.
Informationen zur Qualität des Grundwassers sind insofern von bautechnischer Bedeutung, da Inhaltsstoffe des Grundwassers für Baustoffe korrosiv sein können. Außerdem können wasserrechtliche Gesichtspunkte mit dem Ziel der Erhaltung der Qualität des natürlichen Grundwassers erheblichen Einfluss auf Baumaßnahmen nehmen.
Das Grundwasser als natürliches Gut ist zu schützen, da es als Trinkwasser und Heilwasser nicht verschmutzt werden
darf und das Grundwasser einen wichtigen Puffer im Gesamtkreislauf des Wassers darstellt. Bauwerke können das
Grundwasser beeinträchtigen. Folgende Forderungen sind zu stellen, um das Grundwasser vor Bauwerken zu schützen:
-
Grundwasserabsenkungen sind zu minimieren.
Abflusswege und Fließgeschwindigkeit des Grundwassers sollen erhalten bleiben.
Grundwassersperrschichten zwischen verschiedenen Grundwasserstockwerken dürfen nicht zerstört werden.
Durch Baumaßnahmen darf keine unzulässige Qualitätsveränderung des Grundwassers entstehen.
S.1.2 Interessenkonflikt zwischen Bauwerken und Grundwasser
Es besteht ein Konflikt zwischen den Interessen, Bauwerke vor Grundwasser zu schützen und das Grundwasser vor
Bauwerken zu schützen. Die beiden Interessen, die sich hier gegenüber stehen, sind einfach zu charakterisieren:
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Auf der einen Seite ist es für ein Bauwerk immer wirtschaftlich, für einen möglichst tief liegenden Grundwasserstand
ausgebildet zu werden, da das Erreichen der Auftriebssicherheit sowie die Bemessung von Bodenplatten und Untergeschosswänden gegen Wasserdruck mit hoch bewehrtem Beton erkauft werden müssen. Eine Grenze wird dann erreicht, wenn die Betriebskosten für Pumpen einer Dränanlage die Investitions- und Zinskosten für die Herstellung der
Auftriebsicherheit übersteigen.
-
Andererseits besteht das allgemeine Interesse, möglichst wenig Grundwasser über Dränanlagen dem natürlichen
Wasserkreislauf zu entziehen. Aus dieser Sicht wäre es optimal, jedes Gebäude bis zur Geländeoberfläche wasserdicht auszubilden und jegliche Dränung zu untersagen. Dagegen spricht aber sofort, dass auch die Öffentlichkeit ein
Interesse daran hat, dass Bauwerke wirtschaftlich erstellt werden können, und in gewissem Umfang ist der Entzug
von Grundwasser ebenso wie die Versiegelung von Oberflächen ja auch durchaus vertretbar.
S.1.3 Feststellen von Grundwasserständen
Um zu beurteilen, ob ein Bauwerk (Gebäude, Baugrube, im Einschnitt liegender Verkehrsweg, etc.) mit Grundwasser in
Kontakt kommen kann, muss erkundet werden, auf welcher Höhe das Grundwasser "normalerweise" steht, wie hoch es
ansteigen und ob bzw. wie häufig es über einen für jedes Bauwerk festzulegenden Bemessungswasserstand hinaus
ansteigen kann. Diese Informationen müssen für alle voneinander verschiedenen Grundwasserstockwerke gewonnen
werden, sofern der Wasserdruck in den verschiedenen wasserführenden Schichten auf ein Bauwerk einwirken kann. Um
dieses Wissen zu erlangen, sind Erkundungsbohrungen notwendig, in denen detaillierte Beobachtungen durchgeführt
werden müssen, siehe Abschnitt G.2 im Kapitel G, "Wasser im Baugrund", und die zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden. Mit Hilfe von Grundwassermessstellen kann festgestellt werden:
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Bauen im Grundwasser
-
welcher Grundwasserleiter an welcher Stelle welchen Druckspiegel aufweist, und ob das Grundwasser eine freie
Grundwasseroberfläche aufweist oder unter Deckschichten - im Extremfall sogar artesisch - gespannt ist;
-
wie sich die räumliche Entwicklung des Grundwassers darstellt (Grundwassergleichen, Fließrichtung);
welchen zeitlichen Verlauf die Grundwasser- / Druckwasserspiegel aufweisen.
Von besonderem Interesse ist in der Regel die mögliche zukünftige zeitliche Entwicklung von Grundwasserständen. Im
Rückblick können langfristig beobachtete Messstellen - in der Regel dürften derartige Daten über die Unteren Wasserbehörden, Stadtbahn-Bauämter oder Geologischen Landesämter verfügbar gemacht werden können - ausgewertet werden,
z.B. um die Schwankungsbreite und historische Maximalwerte in einem Grundwasserleiter festzustellen. Neue aktuelle
Messstellen im gleichen Grundwasserleiter können dann auf der Grundlage von wenigen Messungen in diese Datenreihen "eingehängt" werden, was natürlich voraussetzt, dass zeitgleich auch Werte der alten Messstellen gewonnen werden.
Die Schwankungsbreiten von Grundwasserständen können in Abhängigkeit von den Eigenschaften (Durchlässigkeit,
Mächtigkeit, Gefälle) und Randbedingungen (Einzugsgebiet des Zuflusses, Vorfluter) eines Grundwasserleiters stark
variieren. Eine Schwankungsbreite von wenigen Metern sollte man als normal ansehen, in Karstgebieten können es auch
mehrere Zehnermeter sein. Bei der Festlegung von Bemessungswasserspiegeln müssen also stets langfristige regionale
Erfahrungen genutzt werden.
Ein Beispiel für schwankende Grundwasserstandsdaten für eine langfristig beobachtete GW-Messstelle im Rheintal ist in
Abschnitt G.2 im Kapitel G, "Wasser im Baugrund", grafisch wiedergegeben. Trägt man von dieser etwa 40 Jahre lang
beobachteten Messstelle die jährlichen Maximalwerte (Bild S01.10) in Form eines Histogramms (Bild S01.20) auf, dann
kann man eine statistische Auswertung vornehmen.
In grober Näherung liegt eine Gauß'sche Normalverteilung vor,
daher ist der Mittelwert einer Wahrscheinlichkeit von 50 % zuzuordnen. Das gemittelte jährliche Hochwasser, das bei dieser Messstelle 137,7 mNN beträgt, wird demnach statistisch alle 2 Jahre
auftreten. Der Wahrscheinlichkeit 0,9 = 90 % entspricht eine Jährlichkeit von 10 Jahren und ihr ist ein Grundwasserstand von 137,9
mNN zuzuordnen. Durch Extrapolation lassen sich so auch 100jährliche oder 1000-jährliche Ereignisse feststellen, wobei die Erfahrung aus der Auswertung von Extremereignissen, wie z.B. dem
Jahrhunderthochwasser der Elbe im August 2002 zeigt, dass die
Verlässlichkeit von solchen aus begrenzten Rückblicken gewonnenen Extremwerten stark eingeschränkt ist. Daher ist es üblich,
additiv Sicherheitszuschläge vorzunehmen.
Beispiel: Für geplante Bauwerke der Ausbaustrecke KarlsruheBasel der Deutschen Bahn war aufgrund zweijähriger Messreihen
an einem System von Messstellen in den Bauwerksbereichen der
mittlere Grundwasserstand bekannt. Diesen mittleren, für alle Bauwerke entsprechend der Grundwasserfließrichtung verschiedenen
Wasserständen wurden die Hochwassercharakteristiken aus den
wenigen langfristigen Messstellen superponiert. Damit waren statistisch nach bestem Wissen abgesicherte Grundwasserstandsinformationen für alle Bauwerke dieses Bahnabschnittes gegeben.
S.1.4 Bemessungswasserstand
HW (mNN)
138,00
137,80
137,60
137,40
137,20
137,00
1948 1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988
Bild S01.10: jährliche Hochwässer; Auswertung
der Grundwasserganglinie aus Bild G02.40
Häufigkeit
Mittelwert:
Jährlichkeit 2
20
18
16
14
HW10
12
10
8
6
4
HW50
2
0
Der Wasserstand, für den ein Gebäude ausgebildet wird, wird
HW (mNN) 137,00
137,50
138,00
138,50
Bemessungswasserstand genannt. Jedem Bauwerk sollte ein Bemessungswasserstand zugeordnet werden. Dieser kann für verBild S01.20: Häufigkeit und Höhe jährlicher
schiedene Phasen verschieden sein, z.B. für eine begrenzte BauHochwässer
zeit anders als für die Dauernutzung. Für ein Bauwerk, für welches
erwartet wird, dass es stets oberhalb des Grundwasserspiegels liegt, ist dementsprechend in der Tragwerksplanung die
Bauwerkssohle oder eine tiefer liegende Kote als Bemessungswasserstand anzugeben.
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Bauen im Grundwasser
Im Zuge der Bearbeitung von Gründungsgutachten wurde der
Verfasser sehr oft gefragt, wie hoch das Grundwasser steht und
gelegentlich auch, wie hoch das Grundwasser ansteigen kann,
aber nur ganz selten wurde erkannt, dass die Höhenlage des
Grundwasserspiegels im Bauwerksbereich durch Dränungen gesteuert werden kann. Eine Ausnahme war ein Statiker, der auf die
Frage, ob er mit Grundwasser gerechnet und welchen Wasserdruck er angenommen habe, antwortete, dass er für einen Wasserdruck bis zur Höhe der Kellerfenster dimensioniert habe, spätestens dann würde es in die Waschküche laufen, die einen Bodenablauf hat.
Der Bemessungswasserstand ist der Grundwasserstand, für den
das Bauwerk bemessen wird (Bild S01.30). Alle Bauteile unterhalb
des Bemessungswasserstandes sind wasserdicht und auftriebsicher herzustellen und auf Wasserdruck zu bemessen. Höhere
Wasserstände als der Bemessungswasserstand dürfen nicht auftreten, sonst wird die Sicherheit des Gebäudes beeinträchtigt. Zur
Vermeidung unzulässig hoher Grundwasserstände dient eine Sicherheitsdränung. Falls bei extremen Grundwasserhochständen
der Bemessungswasserstand überschritten wird und gleichzeitig
das Sicherheitsdränsystem nicht oder nicht in ausreichendem Maß
funktioniert, sollte das Bauwerk geflutet werden. Die Alternativen
zur Flutung: Aufschwimmen eines Bauwerks wegen Verlust der
Auftriebssicherheit oder Überbeanspruchung mit starker Rissbildung (dauerhafte Undichtigkeit) führen in der Regel zu einem größeren Schaden.
Bild S01.30: Wasserdruckbelastung für ein Gebäude im Grundwasser
Bild S01.40: Prinzipskizze eines Bauwerks im
Grundwasser mit Wasserdruck-AusgleichsSchichten und Sicherheitsdränsystem
In der Prinzipskizze Bild S01.40 ist mit einem Schnitt durch ein
Untergeschoss dargestellt, wie sich die Festlegung des Bemessungswasserstandes für ein Gebäude, welches ins Grundwasser
einbindet, auswirkt. Für das Gebäude ist ein Bemessungswasserstand definiert, zur Festlegung: siehe unten. Auf dieser Höhe liegt
eine Ringdränleitung, die an eine Vorflut angeschlossen ist. Das
Grundwasser kann am Bauwerk nicht über das Niveau dieser
Dränleitung ansteigen, da die Leitung dann eine GrundwasserabBild S01.50: Sicherheitsdränsystem in Funktion
senkung bewirkt. Falls der Vorfluter nicht funktioniert oder die Leitung verstopft ist, tritt ein Notüberlauf in Kraft. Bis zur Höhe der
Dränebene, also des Bemessungswasserstandes, muss das Bauwerk wasserdicht ausgebildet und auftriebsicher gestaltet werden. Es ist für die Druckbeanspruchungen auf die Wände und Bodenplatte zu bemessen.
Je tiefer der Bemessungswasserstand gewählt wird, umso häufiger wird diese Sicherheitsdränung Wasser abzuführen
haben. Falls er zu hoch gewählt wird, führt dies zu einer unwirtschaftlichen Bauwerksbemessung, falls er zu tief angesetzt wird, wird dem Grundwasserkörper zu häufig und zu viel Wasser entzogen.
Je fundierter der Bemessungswasserstand festgelegt wird und je genauer die Wassermengen abgeschätzt werden können, die im Fall des Anspringens der Dränanlage anfallen, umso besser kann eine Entscheidung im oben genannten
Interessenkonflikt getroffen werden.
Zur Abschätzung der Wassermengen ist neben geometrischen Angaben vor allem eine sichere Ermittlung der Durchlässigkeit von Bedeutung, für die in Kapitel G, "Wasser im Baugrund" verschiedene Verfahren genannt sind: Durchlässigkeit
aus Kornverteilung, Pumpversuche mit räumlicher und/oder zeitlicher Beobachtung, Einschwingversuch.
S.1.4.1 Hoher Bemessungswasserstand bei großer Durchlässigkeit
Da z.B. die Kiese im Rheintal oder in der Münchner Schotterebene sehr stark wasserdurchlässig sind und bei der
Grundwasserabsenkung eines Hochwassers sehr viel Wasser anfallen würde, sollte in solchen Fällen ein Bemessungswasserstand festgelegt werden, der statistisch nur selten überschritten wird. Zusätzlich soll ein Sicherheitsdränsystem so
dimensioniert und regelmäßig gewartet werden, dass es bis zu einem Hochwasser mit z.B. der Jährlichkeit 100 die zu
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erwartenden Wassermengen sicher abführen kann. Bei noch höheren Grundwasserständen oder bei Ausfall der Dränanlage wird das Bauwerk über Noteinläufe geflutet, was dann zwar zu einem Nutzungsausfall und zu Wasserschäden, nicht
aber zu einem Totalschaden führt. So ein Totalschaden ist übrigens vor wenigen Jahren im Donautal entstanden, als eine
Bodenplatte infolge einer Überbeanspruchung durch hohen Wasserdruck starke Risse erhielt und sie anschließend auch
für niedrigere Wasserstände keine Wasserdichtigkeit mehr aufwies. Ein weiterer extrem großer Schaden war das Aufschwimmen des Schürmann-Baus in Bad Godesberg, hier allerdings durch Zutritt des Hochwasser führenden Rheins in
den Raum zwischen Baugrubenumschließung und (wasserundurchlässigem) Baukörper.
S.1.4.2 Niedriger Bemessungswasserstand bei geringer Durchlässigkeit
Bei Bohrungen für die Baugrunderkundung eines Grundstücks nahe des Bodensees in Konstanz wurde folgender geologischer Schichtenaufbau festgestellt: Zuoberst liegt ein junger Seeton eher weicher Konsistenz, darunter ein eiszeitlich
gebildeter, überwiegend steifer Beckenton. In etwa 20 m Tiefe folgen Kiese geringer Mächtigkeit und Geschiebemergel.
Bei den Bohrungen wurde in den zuoberst liegenden Deckschichten kein Grundwasser angetroffen. Kurz bevor die Kiese
erreicht wurden, trat in den Bohrlöchern jedoch ein hydraulischer Grundbruch auf und das Wasser stieg in sehr kurzer
Zeit bis auf das Niveau des benachbarten Bodensees an. Für das geplante Gebäude mit einem Untergeschoss, welches
unter den Bodenseewasserspiegel reichen sollte, musste ein Bemessungswasserstand festgelegt werden. Die Wasserstandsdaten des Bodensees werden seit etwa 100 Jahren statistisch erfasst. Danach liegt das 50-jährliche Hochwasser,
welches bei vielen anderen Gebäuden im Bodenseeraum als Bemessungswasserstand verwendet wurde, bei 150 mNN.
Im Zusammenhang mit einem Dränsystem ist es jedoch nicht zwingend erforderlich, einen derartig hohen Bemessungswasserstand zu verwenden, da die bindigen Böden auf den obersten 20 m nur sehr gering wasserdurchlässig sind und
zum Bodensee hin einen Damm bilden. Dennoch ist nicht auszuschließen, dass langfristig über einen Ausgleich des
Porenwasserdrucks oder über alte verfüllte Kanäle und Gräben oder entlang der zur Gründung des Gebäudes vorgesehenen, bis in den Kies reichenden Pfähle etwas Wasser zum Bauwerksbereich zutritt und sich im verfüllten Arbeitsraum
des Gebäudes sammelt. Der Wasserstand hier könnte mit dem Bodenseewasserspiegel mit gedämpfter Amplitude und
deutlicher Zeitverzögerung korrespondieren.
Daher wurde der Mittelwasserspiegel des Bodensees mit einem Zuschlag von 1 m als Bemessungswasserstand für das
Gebäude im Zusammenhang mit der Anordnung einer Sicherheitsdränage auf diesem Niveau empfohlen. Dieser Bemessungswasserstand wird statistisch nur von den mittleren Hochwässern des Bodensees im Hochsommer überschritten. Es
war nicht anzunehmen, dass das Grundwasser im Grundstücksbereich je diesen Stand erreichen wird. Auf Grund der
sehr geringen Durchlässigkeiten der das Gebäude umgebenden Bodenschichten kann diese Dränage im Hochwasserfall
allenfalls geringe Wassermengen liefern, die abzupumpen und in den Bodensee einzuleiten nur unerhebliche Kosten
zur Folge hätte und für den Wasserhaushalt ohne Bedeutung wäre. Im wasserrechtlichen Verfahren wurde deutlich gemacht, dass - wenn überhaupt - nur Hochwasserspitzen des Grundwassers dräniert würden, und der Bemessungswasserstand wurde von den Aufsichtsbehörden akzeptiert. Gegenüber dem 50-jährlichen Bodenseehochwasser liegt der so
begründete Bemessungswasserstand um 1,5 m tiefer. Mit dem Argument, "das haben wir noch nie so gemacht, und wir
können die Auftriebsicherheit des Gebäudes doch nicht vom Funktionieren einer Dränage abhängig machen", wurde auf
Betreiben des Prüfingenieurs später der Bemessungswasserstand doch noch auf den 50-jährlichen Bodenseewasserhochstand angehoben. Dies hatte Mehrkosten von mehr als 1 % der Gesamt-Baukosten zur Folge.
S.1.4.3 Bemessungswasserstand bei Grundwasser im Gefälle
Vor allem in schwach durchlässigem Untergrund oder bei Bauwerken, die sich über sehr große Flächen erstrecken (z.B.
auch Tunnel) kann im Bereich eines Bauwerks der natürliche Grundwasserspiegel deutlich differieren. Aufgrund des
Fließwiderstandes, den ein schwach durchlässiger Boden bietet, kann die Grundwasseroberfläche ein deutliches Gefälle
aufweisen. Z.B. ergeben sich aus 3 %, Gefälle bei geplanten Bauwerksabmessungen von 50 m bereits 1,5 m Wasserspiegelunterschied im Bauwerksbereich. Wenn - z.B. im Zusammenhang mit einem Sicherheitsdränsystem - stark durchlässige Schichten um ein Bauwerk herum angeordnet werden, kommt es um das Bauwerk herum zu einer Ausspiegelung
des Wassers, demzufolge in Oberstrom zu einer Absenkung und im Unterstrom zu einer Aufhöhung des Grundwasserspiegels (Bild S01.60). Im Bauwerksbereich stellt sich ein mittlerer Wasserspiegel ein, was auch bei der Festlegung eines
Bemessungswasserspiegels berücksichtigt werden kann.
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Alternativ dazu kann technisch mit Hilfe von Grundwassersperren
ein kaskadenartiges System geschaffen werden, durch welches der
Grundwasserspiegel um das Bauwerk herum bereichsweise gestaffelt eingestellt wird. Derartige Grundwassersperren werden z.B.
durch Betonstreifen unterhalb der Bauwerkssohle (0,5 m bis 1 m
breit) und durch spezielle Verfüllbereiche des Arbeitsraums zwischen Verbau (bzw. Baugrubenböschung) und Bauwerk mit bindigem Boden, ebenfalls streifenförmig, etwa 1 m bis 2 m breit hergestellt (Bild S01.70).
Mit Hilfe von Grundwassersperren wird es möglich, verschiedenen
Teilen eines Bauwerkes verschiedene Bemessungswasserstände
zuzuordnen. Für jeden Bereich mit konstantem Bemessungswasserspiegel wird ein eigenes Sicherheitsdränsystem eingerichtet.
Die Sicherheitsdränleitungen aus einem Bereich mit höherem Bemessungswasserstand leiten im Hochwasserfall Wasser in den
nächst tiefer liegenden Bereich ab. Der Bereich mit dem tiefstliegenden Bemessungswasserstand wird über einen externen Vorfluter entwässert. Dazu werden die Grundwassersperren im Arbeitsraum jeweils bis auf die Höhe des höher liegenden Bemessungswasserstandes geführt.
Bild S01.60: Ausspiegelung von Grundwasser bei
wasserdurchlässiger Bauwerksumgebung
S.1.5 Maßnahmen zum Schutz des natürlichen Grundwassers
Die oben genannte Forderung, Abflusswege und Fließgeschwindigkeit des Grundwassers zu erhalten, also den Grundwasserstrom
in seinem natürlichen Fließverhalten möglichst wenig zu stören,
erfordert bautechnische Maßnahmen. Andernfalls wirkt ein Baukörper wie ein umströmter Störkörper und bewirkt einen Aufstau im
Oberstrom sowie einen Sunk im Unterstrom. Um dies zu verhindern, muss dem Wasser um das Bauwerk herum ein möglichst
widerstandsarmer Fließweg geboten werden. Dazu ist z.B. ein
Rohrleitungssystem mit Hilfe von Dränleitungen zum Sammeln und
Abführen von Grundwasser sowie von Dükern unter dem Bauwerk
hindurch geeignet. Ebenso ist es möglich, die wasserdurchlässigen
Schichten, die im Zusammenhang mit dem Sicherheitsdränsystem
erforderlich sind, auch für diesen Zweck zu nutzen (Bild S01.80).
Die Lösung mit Dükern bietet den Vorteil, dass die Rohrleitungen
gezielt kontrolliert und bei Erfordernis gereinigt werden können.
Auch gekoppelte Lösungen: kontrollierbare Leitungen innerhalb
flächig durchlässiger Schichten sind möglich. Ziel ist immer, dass
die Summe der Wirkungen aus dem hohen Fließwiderstand des
Bauwerks und dem geringen Fließwiderstand des Grundwasserumleitungssystems etwa gleich ist der Wirkung des natürlichen
Fließwiderstandes des Baugrunds.
Bild S01.70: Grundwassersperre teilt Bauwerk in
Bereiche unterschiedlicher Bemessungswasserstände
Eine weitere wasserwirtschaftliche Forderung ist, dass Grundwassersperrschichten zwischen verschiedenen GrundwasserstockwerBild S01.80: durchlässige Schichten um ein Bauken nicht zerstört werden dürfen. Dies gilt zunächst auch in der
werk herum zur Sicherstellung der GrundwasserHinsicht, dass Oberflächenwasser keinen unmittelbaren Zufluss
Umläufigkeit
zum Grundwasserkörper erhalten soll. Regenwasser soll zuvor
immer eine belebte Bodenzone durchlaufen. Es muss zudem zwingend verhindert werden, dass eine lokal begrenzte Verunreinigung
an der Geländeoberfläche auf schnellem, nicht mehr aufzuhaltendem Weg in das Grundwasser gelangt. Daher ist es
dringend geboten, durchlässig verfüllte Arbeitsräume an der Geländeoberfläche mit einer gering durchlässigen Schicht
abzuschließen. Geeignet ist hierzu ein Lehmschlag (bindiger Boden, gezielt zur Abdichtung eingebaut).
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Ausbildung von Baugruben im Grundwasser
Die einfachste Art, Baugruben herzustellen, die
unter den freien Grundwasserspiegel reichen, ist
der Aushub im Trockenen bei gleichzeitigem Betrieb einer Wasserhaltung, Bild S02.10.
Im Einzelfall ist zu entscheiden, ob eine Wasserhaltung mit Hilfe von Brunnen oder eine offene
Wasserhaltung ausgeführt werden kann. Die Baugrube kann frei geböscht oder mit einem wasserdurchlässigen Verbau gestützt sein. Solange bei
großen Durchlässigkeiten und großen Absenktiefen die Energie- und Einleitungskosten nicht maßgebend werden, erfordert diese Lösung den geringsten bautechnischen Aufwand. Nachteilig ist
der häufig weit über die Baugrube hinausreichende
Absenktrichter des Grundwasserspiegels mit seinen Auswirkungen:
-
Verlust des Auftriebs der entwässerten Böden.
Dadurch entstehen Setzungen, deren Größe
von der Zusammendrückbarkeit abhängt. In
Fels und rolligen Böden ist das kein Problem, in
bindigen und vor allem in organischen Böden,
in denen bei Änderung des Wasserhaushaltes
außerdem Zersetzungsvorgänge gefördert
werden, können Setzungen entstehen, die für
bestehende Bebauungen nicht verträglich sind.
-
Benachbarte Brunnen, Quellen und Wasserfassungen können trocken fallen oder weniger
ergiebig werden.
-
Pflanzen in der Nachbarschaft können beeinträchtigt werden. Die meisten Pflanzen sind jedoch nicht davon abhängig, dass sie im geschlossenen Grundwasserkörper wurzeln.
Bild S02.10: Baugrube mit Grundwasserabsenkung
Bild S02.20: teildichte Baugrube
-
Durch künstlich veränderte Strömungen können in vielen Städten leider vorhandene Schadstoff-Belastungen im
Grundwasser verlagert werden. Dies kann erhebliche Rechtsfolgen haben.
-
Die Förderung und Ableitung großer Wassermengen wird technisch zunehmend aufwändiger. Häufig muss entnommenes Grundwasser an anderer Stelle wieder eingeleitet werden (Schluckbrunnen). Dann und auch bei Einleitung in
natürliche Gewässer müssen hohe Anforderungen an die Reinheit des Wassers gestellt werden. Falls belastetes
Wasser gefördert wird, darf es nur nach einer Reinigung wieder eingeleitet werden.
Falls eine Grundwasserabsenkung ausscheidet, müssen dichte Baugruben hergestellt werden, sofern nicht das fertige
Bauwerk als Caisson oder Senkkasten in den Baugrund eingebracht wird. Als für diesen Zweck ausreichend dicht herzustellende Baugrubenwände kommen Spundwände, überschnittene Bohrpfahlwände, Schlitzwände, Mixed-in-PlaceWände, sowie Bodenkörper, die mit Spezialverfahren wasserundurchlässig gemacht werden, in Frage. Gegenüber wasserdurchlässigen Wänden entsteht der Nachteil, dass die Baugrubenwände nicht nur den Erddruck, sondern zusätzlich
den in der Regel noch deutlich höheren Wasserdruck aufnehmen müssen, was zu hohen Stützkräften in Ankern oder
Steifen führt. Um einen Wasserzustrom von der Sohle auszuschließen, kommen folgende Verfahren in Frage:
-
Teildichte Baugrube (Bild S02.20): Oft ist es möglich, Wände in natürliche Stauer einzubinden, deren Durchlässigkeit erheblich geringer ist als die der darüber liegenden Sande oder Kiese. Liegt der Stauer deutlich tiefer als die Baugrubensohle, dann sind regelmäßig Einphasen-Schlitzwände als Umschließung wirtschaftlich, in die im Bereich der
Baugrube und des horizontalen Erdauflagers eine biegesteife statisch nutzbare Spundwand eingestellt wird. Die zur
Tiefe fortgesetzte Einphasen-Schlitzwand dient nur der Abdichtung. Die Festigkeit der Einphasen-Schlitzwand muss
so hoch sein, dass sie die Kräfte zwischen Boden und Spundwand sicher abtragen und die Vertikalkräfte (Spundwandeigengewicht, V-Komponenten der Anker) aufnehmen kann. Hierzu sind verschiedene Nachweise zu führen,
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siehe Bild S02.30, wobei das Gleichgewicht in verschiedenen Rundschnitten betrachtet wird. Wenn man den Stahl
der Spundwand später wiedergewinnen will, darf die Festigkeit darüber hinaus nicht zu groß sein, siehe hierzu (VOGT
/ STIEGELER, 2003).
Bild S02.30: Kraftwirkungen und Spannungen zur vertikalen Gleichgewichtsbetrachtung bei
A: Rundschnitt um die Dichtschlitzwand (äußeres System)
B: Rundschnitt um die Spundwand (inneres System)
C: Rundschnitt um die erdseitige Hälfte der Dichtschlitzwand inkl. Spundwand (inneres System)
Man muss aufpassen, wenn der natürliche Stauer nur eine geringe Mächtigkeit hat und darunter nochmals durchlässige Böden anstehen, in denen gespanntes Grundwasser ansteht. Dann muss der Stauer ausreichend tief liegen,
damit kein hydraulischer Grundbruch auftritt oder es muss der Wasserdruck unter der Sperrschicht durch eine
Grundwasserentspannung reduziert werden. Möglich und auch schon zur Ausführung gekommen ist, die Sperrschicht
zur Tiefe zu verankern.
-
Tiefliegende Sohldichtung (Bild S02.40):
Falls keine natürliche Dichtungsschicht unterhalb der Sohle erreichbar ist, kann eine künstliche horizontale Dichtungsschicht z.B. am wirtschaftlichsten als Weichgelsohle oder als Düsenstrahlsohle hergestellt werden. In Sanden
sind auch Injektionssohlen mit Feinstzement
erstellt worden. Da Feinstzement aber sehr
schnell aus der Suspension ausfiltert, ist die
Herstellung einer sicher dichten Sohle schwierig. Dichtungssohlen müssen stets so tief liegen, dass das Gewicht des oberhalb der Sohle
liegenden Bodens mit ausreichender Sicherheit
größer ist als der Wasserdruck unterhalb der
Dichtschicht.
Bild S02.40: tiefliegende Sohldichtung
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
-
S.3
verankerte Düsenstrahlsohle (Bild S02.50):
Wird die Dichtungssohle höher angeordnet, so
muss sie zur Tiefe hin verankert werden. Dabei
wird Boden unterhalb der Dichtungssohle zur
Gewährleistung der Auftriebssicherheit angehängt. Da diese Lösung ein stabiles Gewölbe
mit definierter Festigkeit erfordert, kann sie
nicht mit Weichgel ausgeführt werden, sondern
wird stets als Düsenstrahlsohle hergestellt. Die
Verankerung kann dabei zweckmäßig aus Gewipfählen bestehen. Gegenüber der tiefliegenden Sohldichtung haben verankerte Düsenstrahlsohlen den Vorteil, dass die Umschließungswände nicht so tief geführt werden müssen.
Die tiefliegenden Sohlen und die verankerte
Düsenstrahlsohle erlauben, dass das Grundwasser innerhalb des Troges abgesenkt wird,
bevor der tief reichende Baugrubenaushub zur
Ausführung kommt, der daher im Trockenen
vorgenommen werden kann.
Bild S02.50: verankerte Düsenstrahlsohle
Unterwasserbetonsohle (Bild S02.60):
Dagegen wird bei Ausführung einer Unterwasserbetonsohle nach Herstellung der Baugruben-Umschließungs-Wände, Aushub bis zum
Grundwasserspiegel und Verankerung der
Wände der Hauptaushub unter Wasser ausgeführt. Anschließend werden z.B. von Pontons
aus die Verankerungspfähle als GEWI-Pfähle
Bild S02.60: Unterwasserbetonsohle
oder als RI-Pfähle eingebracht. Dann wird unter
Wasser eine in der Regel unbewehrte Betonsohle gegossen, die über Gewölbe die von unten auf sie wirkenden Wasserdruckkräfte in die Pfähle einleitet. Es sind
auch schon bewehrte Sohlen und Sohlen aus Stahlfaserbeton hergestellt worden mit dem Ziel, die Dicke der Sohle zu
reduzieren oder die Abstände zwischen den Pfählen zu vergrößern. Mit dem Betonieren der Sohle muss der Schlamm
abgesaugt werden, der sich auf der Sohle des durch die umschlossene Baugrube gebildeten Baggersees bildet. Der
dichte Anschluss des Betons an die Pfähle und die Wände erfordert die teure Mitwirkung von Tauchern, die auf solche Arbeiten spezialisiert sind.
Nachweise zur Sicherheit gegen Auftrieb
Entsprechend dem EC 7 ist nachzuweisen, dass als möglicher Grenzzustand der Tragfähigkeit ein Gleichgewichtsverlust
des Bauwerks oder Baugrunds infolge Auftrieb durch Wasserdruck (UPL) nicht erreicht wird. Der Nachweis dazu muss so
geführt werden, dass der Bemessungswert der Kombination von destabilisierenden ständigen und veränderlichen vertikalen Einwirkungen Vdst,d kleiner oder gleich dem Bemessungswert der stabilisierenden ständigen vertikalen Einwirkungen
ist. Die folgende Gleichung gilt für den einfachen Fall, dass keine Verankerungen und keine stabilisierenden Kräfte im
Boden wirksam sind. Bei günstigen ständigen Einwirkungen sind die beteiligten Wichten mit ihrem unteren charakteristi3
3
schen Wert, z. B. bei unbewehrtem Beton mit  = 23,0 kN/m und bei Stahlbeton mit  = 24,0 kN/m , zu berücksichtigen.
Vdst,d  Gstb,d
mit
Vdst,d = Gdst,d + Qdst,d
Beim Nachweis von Auftriebs-Grenzzuständen nach EC 7 und DIN 1054:2005 sind bei den Einwirkungen die in der
Tabelle S03.10 genannten Teilsicherheitsbeiwerte F anzuwenden:
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Bauen im Grundwasser
Teilsicherheitsbeiwerte, anzuwenden auf
folgende charakteristische Einwirkungen:
nach EC 7
ständige
-
ungünstige (destabilisierend)
günstige (stabilisierend)
veränderliche
-
nach DIN 1054:2010-12
Symbol
ungünstige (destabilisierend)
Wert
BS P
BS T
BS A
G,dst
G,stb
1,00
0,90
1,05
0,95
1,05
0,95
1,00
0,95
Q,dst
1,50
1,50
1,30
1,00
Tabelle S03.10: Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen (F) beim Nachweis UPL nach EC 7 bzw. beim Nachweis
nach DIN 1054
In DIN 1054:2010, in der der Nachweis gegen
Verlust der Lagesicherheit im Sinne des Grenzzustandes GZ 1A geführt wird, wird ergänzend zum
EC 7 eine Unterscheidung für drei Bemessungssituationen vorgenommen (siehe Tabelle S03.10).
Bild S03.10 zeigt ein einfaches Beispiel. Darin sind
Gdst,d = Ak·G,dst und Qdst,d = Zk·Q,dst
und
Gstb,d = Gk·G;stb.
Falls zur Verhinderung des Auftriebs Widerstände
im Boden mobilisiert werden sollen, z.B. eine Bodenauflast auf einem Sporn, eine Wandreibung,
ein Scherwiderstand im Boden, Zugpfähle oder
(vorgespannte) Anker (siehe Bild S03.20), dann
sind nach EC 7 die in Tabelle S03.20 genannten
Teilsicherheitsbeiwerte auf die entsprechenden
charakteristischen Einwirkungen anzuwenden.
Dann ergibt sich beispielsweise der Bemessungswert der stabilisierenden Wirkung einer Ankerkraft
FZ,d nach EC 7 aus dem charakteristischen Herausziehwiderstand, dividiert durch den zugehöri-
Bild S03.10: Nachweis der Auftriebssicherheit mit Teilsicherheitsbeiwerten ohne Bodenwiderstände (DIN 1054:2005, Lastfall 1)
gen Teilsicherheitsbeiwert R = 1,4. Der Bemessungswert der Scherkraft in der Scherfuge, hier
bezeichnet mit Fs,d, errechnet sich nach EC 7 mit
Hilfe von Bemessungswerten des Scherwinkels
und der Kohäsion (bzw. von cu), also entsprechenden charakteristischen Werten dividiert durch die
zugehörigen Teilsicherheitsbeiwerte 1,25 (bzw.
1,40).
Etwas abweichend davon wird nach den Ergänzungsregeln in DIN 1054:2010 der Bemessungswert der Scherkraft in der Scherfuge aus dem
Minimalwert des aktiven Erddrucks als charakteristische Kraft mit charakteristischen Werten der
Scherfestigkeit errechnet, die anschließend mit
dem Teilsicherheitsbeiwert
Bild S03.20: Nachweis der Auftriebssicherheit mit Darstellung der
Bemessungswerte der Einwirkungen und Widerstände (DIN
1054:2005, Lastfall 1)
G,stb (also = 0,95)
multipliziert und zusätzlich mit einem als Anpassungsfaktor bezeichneten Faktor von  = 0,8 multipliziert wird. Dies gilt
ebenso bei Ansatz von Wandreibungskräften. Damit die Sicherheit gegen Aufschwimmen nicht maßgeblich von den
Scherkräften abhängig ist, muss bei Dauerbauwerken zusätzlich nachgewiesen werden, dass die Grenzzustandsbedingung ohne Ansatz der Scherkräfte mit den Teilsicherheitsbeiwerten der Bemessungssituation BS A erfüllt ist.
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S.10
Bauen im Grundwasser
Bei Bemessung nach DIN 1054:2010, die im Fall von Ankern wichtige Ergänzungen zum EC 7-1 festlegt, müssen bei
Pfählen und Ankern, die der Auftriebssicherheit
dienen, mehrere Punkte beachtet werden:
Teilsicherheitsbeiwerte für Boden- Stehen die Pfähle in großem Abstand zueikenngrößen, anzuwenden auf chaSymbol
Wert
nander, dann ist die Summe der n Einzelwirrakteristische Werte von
kungen der Pfähle zu berücksichtigen. In der
Tangens des effektiven Scherwinkels
1,25
'
Grenzzustandsgleichung werden dabei charakeffektive Kohäsion
1,25
c’
teristische "Einwirkungen auf das Zugelement,
Scherfestigkeit im undränierten ZuFz,k" definiert.
1,40
cu
stand
Ak·G,dst + Qk·Q,dst

Gk;stb · G,stb
+ n·Fz;k·G,stb
Die Gleichung wird benutzt, um die "Einwirkung" Fz,k zu bestimmen. Um den erforderlichen charakteristischen Herausziehwiderstand
R1,k eines Zugpfahles zu ermitteln, ist dann
nachzuweisen, dass Fz,k·G  R1,k / P.
-
Herauszieh-Widerstand des Pfahles
s,t
1,40
Anker-Zugwiderstand
R
1,40
Wichte

1,00
Tabelle S03.20: Teilsicherheitsbeiwerte für Bodenkenngrößen
beim Nachweis UPL nach EC 7
Bei engem Abstand der Zugelemente ist die Gruppenwirkung der Verankerung dadurch zu berücksichtigen, dass
statt der Einzelwirkungen der Pfähle das Gewicht des angehängten Bodens mit seiner charakteristischen Größe GE,k
(Charakteristische Eigenlast des von der Zugelementengruppe erfassten Bodenvolumens unter Auftrieb) berücksichtigt wird.
Ak·G,dst + Qk·Q,dst  Gk,stb · G,stb + GE,k·G,stb
Dabei ergibt sich mit den Bezeichnungen aus Bild S03.30 GE,k aus

1


2
2
GE,k  n  la  lb   L   la  lb  cot       ' .
3



Hierin ist  wiederum der Anpassungsfaktor mit der Größe  = 0,8.
-
Die Zugpfähle oder Verpressanker selbst sind nach den Regeln des Grenzzustandes
GEO-2 bzw STR zu bemessen. Hier gilt Ed  Rd. Zur Ermittlung von Rd aus Rk ist dabei
die Besonderheit zu beachten, dass nach oben wirkende Kräfte (z.B. Auftrieb bzw. abhebende Kräfte) als ungünstige Einwirkungen mit den Teilsicherheitsbeiwerten für ständige
Bild S03.30: an einen
Pfahl angehängter
Bodenkörper (Berechnungsmodell)
Lasten (z.B. für BS P G = 1,35) bzw. für veränderliche Lasten (z.B. für BS P Q = 1,5)
beaufschlagt werden, aber ständige nach unten gerichtete Kräfte wie das Eigengewicht und Reibungskräfte mit dem
Teilsicherheitsfaktor
kraft):
G,inf = 1,0. Hier gilt (mit Index Z für Zug und D für Druck und FS,k = charakteristischer Scher-
Ed = EGZ,k·G + EQZ,k·Q – (EGD,k + FS,k)·G,inf .
 Rd folgt mit n als Anzahl an Ankern und dem Teilsicherheitsbeiwert A gegen Herausziehen eines Ankers:
Rk/A  Ed/n. Bei der Eignungsprüfung entsprechender Anker ist die Prüfkraft PP aus der erforderlichen charakteristischen Ankerkraft Rk = Fz,k entsprechend PP = k·Fz,k zu ermitteln. Dabei ist k  1,50 (Anker, die für den akAus Ed
tiven Erddruck oder für Auftriebskräfte bemessen werden).
Beispiel: Der charakteristische Herausziehwiderstand eines Ankers beträgt 600 kN. Der Bemessungswert des Herausziehwiderstandes ist dann Rd,einzel = 600 / 1,1 = 545 kN. Als charakteristischer stabilisierender Wert der Einwirkung eines
Ankers beim Auftriebsnachweis Fz,k darf dann 545/1,35 = 404 kN eingehen, bzw. als Bemessungswert der stabilisierenden Einwirkung 404·0,95 = 384 kN.
Bauen im Grundwasser
Seite
S.11
25 der zuletzt genannten Anker mit je 8 m Länge sollen im Raster von 2,5 m·2,5 m angeordnet sein. Der Reibungswinkel
 beträgt 30°, die effektive Wichte des Verankerungsbodens 10 kN/m3. Damit errechnet sich

1


GE,k  25  2,5  2,5   8   2,5 2  2,5 2  cot 30   0,8  10  7448 kN
3



bzw. bezogen auf einen Einzelanker eine charakteristische stabilisierende Einwirkung von 7448/25 = 298 kN. Die Gruppenwirkung beschränkt hier die Wirkung des Einzelpfahles, es ist wirtschaftlich sinnvoll, die Rasterabstände entsprechend zu vergrößern.
S.4
Abdichten von Bauwerken
S.4.1 Allgemeines
An Bauwerke, die in das Grundwasser einbinden, wird in der Regel die Forderung der Wasserdichtigkeit gestellt. Mit
Abstand die weiteste Verbreitung hat heute die Bauweise mit WU-Beton. Neben der besonderen Beton-Rezeptur ist dabei die Rissesicherung von entscheidender Bedeutung. WU-Beton muss so bewehrt sein, dass er Zwängungs-Zugkräfte,
die beim Schwinden und infolge von Temperaturbeanspruchungen unvermeidbar auftreten, so aufnehmen kann, dass
dabei entstehende Risse fein verteilt sind und nur sehr geringe Rissweiten aufweisen.
Dennoch ist WU-Beton nicht wasserdicht. In geringem Umfang tritt Wasser als Dampf durch ihn hindurch. Innenflächen
von WU-Beton-Bodenplatten oder -Wänden müssen daher belüftet sein. Wasserunduchlässige Anstriche auf solchen
Flächen lösen sich früher oder später ab, da sich hinter ihnen ein Wasserdampfdruck aufbaut. So ist es auch praktisch
nicht möglich, ein Bauwerk nachträglich durch Maßnahmen an der Bauwerksinnenseite vollständig abzudichten.
Die Wasserdichtigkeit von Bauwerken kann wesentlich erhöht werden, wenn auf der Bauwerksaußenseite wasserdruckhaltende Beschichtungen aufgebracht werden. Bei Bauwerken mit sehr hohen Anforderungen an Wasserdichtigkeit sind
solche Maßnahmen daher angebracht. Derartige Beschichtungen können zwingend erforderlich werden, wenn aggressive Wässer vorliegen, die Beton auf Dauer angreifen.
S.4.2 Wasserdruckhaltende Beschichtungen, allgemeine Hinweise
Eine wasserdruckhaltende Beschichtung ist eine künstliche Sperrschicht ohne eigene Festigkeit, durch die verhindert
wird, dass drückendes Wasser durch einen Gründungskörper oder eine im Boden stehende Wand hindurchtritt. diese
Definition grenzt die Beschichtung gegenüber natürlichen Sperrschichten wie Ton, sowie Dichtungswänden und Dichtungssohlen (siehe Kapitel R, "Spezialverfahren") ab. Je nachdem, ob die Beschichtung den Konstruktionsteil auf der
dem Wasserdruck zugewandten oder auf der abgewandten Seite versiegelt, unterscheidet man die Außenhautdichtung
und die Innenhautdichtung.
Maßgebende Richtlinien: DIN 18 195 Bauwerksabdichtungen;
-
Teil 1
Allgemeines
Teil 2
Stoffe
Teil 3
Verarbeitung der Stoffe
Teil 6
Abdichtungen gegen von außen drückendes Wasser, Ausführung und Bemessung
Teil 7
Abdichtungen gegen von innen drückendes Wasser, Ausführung und Bemessung
Teil 8
Fugen
Teil 9
Durchdringungen, Übergänge, Abschlüsse
Teil 10
Schutzschichten und Schutzmaßnahmen
Als Beschichtungs-Materialien kommen in erster Linie bituminierte Pappen, Kunststoff-Folien oder Metallbleche sowie
Kombinationen dieser Materialien in Frage. Die beschichtete Fläche darf keine scharfen Kanten oder Unebenheiten haben, und die Beschichtung muss, sofern es sich nicht um Stahlblech handelt, durch eine Schutzschicht vor mechanischen
Beschädigungen bewahrt werden.
Das schwierigste Problem einer Beschichtung ist, sie so zu bemessen und zu konstruieren, dass sie ebenso lange funktionsfähig bleibt wie der zu schützende Bauteil. Die Frage der Dauerhaftigkeit stellt sich bei allen Beschichtungsarbeiten:
bituminierte Pappen können verrotten, wenn sie mit Luft in Berührung kommen, Kunststoff-Folien können verspröden und
Metallbleche korrodieren.
Seite
S.12
Bauen im Grundwasser
S.4.3 Beschichtung mit Bitumenbahnen
Die nackte Bitumenbahn ist eine Beschichtung aus Rohfilzpappe
(500 g/m²), die mit Bitumen getränkt ist. Das Bitumen dichtet; die
Pappe wirkt als Zugbewehrung. Zur Sicherheit gegen Fehlstellen
muss sie mindestens zweilagig verlegt werden. Im übrigen steigt
die Anzahl der erforderlichen Lagen mit der Höhe des Wasserdrucks, s. HAACK / EMIG (1991). Auf diese Weise wird gewährleistet, dass Risse bis etwa 10 mm Breite und 2 mm Stufenhöhe überbrückt werden können.
Um zu verhüten, dass die Pappe infolge Luftzutritt verrottet, muss
eine dauernde Druckvorspannung von 1 N/cm² gewährleistet sein.
Bild S04.10 zeigt, dass damit auch die Wasseraufnahme der Pappe deutlich begrenzt ist.
Wasseraufnahme in Gew.-%
12
8
4
0
0
10
Vorspannung [N/cm²]
erf. Mindestdruck
20
Bild S04.10: Wasseraufnahme von Pappe in
Abhängigkeit vom flächig wirksamen Druck
Auch die höchstzulässige Druckspannung ist begrenzt: je nach der
Anzahl der Papplagen dürfen Werte von 0,6 bis 1,5 MN/m² nicht
überschritten werden, um die Stabilität des Schichtenpakets nicht
zu gefährden und ein Wegkriechen des Bitumens zu vermeiden.
Das erzwingt das Einschalten lastverteilender Zwischenglieder an
Stellen, wo z.B. Einzellasten aus Säulen in eine Sohlplatte einzuleiten sind.
Die Mindestdruckspannung darf nur durch den effektiven Erddruck
oder eine Druckplatte (Bild S04.50), nicht durch Wasserdruck zustande kommen. Der Wasserdruck darf allenfalls indirekt mit herangezogen werden, indem die von der Wasserdruckseite her gesehen zweite Papplage durch eine Metall- oder Kunststofffolie
ersetzt wird. Die 1. Papplage hat nur eine vorübergehende Funktion und darf dann verrotten.
Bild S04.20: Dichtungsbahnen für "Flammschmelz-Klebeverfahren" (FSK)
Zu beachten ist auch die Temperatur-Empfindlichkeit der Bitumenbahnen. Bitumen-Schweißbahnen haben statt der Filzpappe ein
fäulnisbeständiges Gewebe als Träger (Glasfaser oder Jute). Daher ist hierbei keine dauernde Druckvorspannung erforderlich. Die
Bahnen werden im "Flammschmelz-Klebeverfahren" (FSK) verlegt,
Bild S04.20. Dabei erfordert das Anschmelzen ein sehr behutsames Arbeiten, damit die Dichtungsbahn nicht zu brennen beginnt.
Beim Gründungsentwurf muss auf einige besondere AusführungsMerkmale konstruktiv Rücksicht genommen werden:
-
Schubkräfte können durch die Beschichtung hindurch nicht
übertragen werden. Die Horizontallasten müssen daher in der
Fundamentsohle durch Nocken, Bild S04.30, in den Baugrund
übertragen werden.
-
An den Anschlüssen der Dichtungsbahnen werden die einzelnen Lagen um 15 cm versetzt (in beiden räumlichen Richtungen) geklebt. Beim Übergang von der Sohlen- zur Wanddichtung ist ein Kehlenstoß oder ein rückläufiger Stoß nach Bild
S04.40 notwendig. Der schwieriger auszuführende rückläufige
Stoß ist z.B. unvermeidlich, wenn die Wände aus Fertigteilen
errichtet werden.
-
Bild S04.30: Nocken in der Sohle zur Übertragung von H-Lasten aus dem Bauwerk in den
Baugrund (HAACK / EMIG, 1991)
Wo sich Absätze in der Sohlplatte nicht vermeiden lassen,
werden Höhenversprünge bis zu 1 m durch eine Anschrägung
unter ca. 30 ausgeglichen. Wenn auch höhere Versprünge mit einer 30-Böschung ausgeführt werden sollen, muss
die Schrägfläche durch eine Quernocke zwecks Gleitwiderstand unterbrochen werden (EMIG / ARNDT, 1976). Meist
wird es in solchen Fällen wirtschaftlicher sein, eine senkrechte Verspringung nach Bild S04.50 auszuführen. Da die
Seite
S.13
Bauen im Grundwasser
Verfüllung des Raumes zwischen gewachsenem Boden und Wand niemals auf Dauer eine
zuverlässige Druckvorspannung gewährleistet,
muss eine Wandschutzschicht mit Tellerankern
(siehe Bild S04.60) vorgespannt und die obere
Sohldichtung auf einer bewehrten Unterbetonplatte verlegt werden. Die Telleranker lassen
sich vermeiden, wenn die Wand mit Metalloder Kunststoff-Folien gedichtet wird.
-
Durchdringungen der Beschichtung werden
erforderlich, wenn Anker, Rohre oder Bewehrungen durch die Dichtungshaut zu führen sind.
Das gemeinsame Konstruktionsprinzip dabei
ist, das stählerne oder gusseiserne Bauteil mit
einem wasserdicht verbundenen Ringflansch
(Festflansch) zu versehen, der bündig in die zu
dichtende Fläche gelegt wird. Die Dichtungshaut wird über den Festflansch geklebt, dann
ein Losflansch übergestülpt und mit dem Festflansch fest verschraubt. Beispiele sind der Telleranker, Bild S04.60, der Brunnentopf, Bild
S04.70, die Rohrdurchführung, Bild S04.80,
und der Pfahlkopfanschluss, für den Bild
S04.90 3 Varianten zeigt.
Bild S04.40: Kehlenstoß und rückläufiger Stoß (HAACK / EMIG,
1991)
Lösungen mit druckstabilen Flanschen sind
auch bei Druckpfählen ohne Kopfanschluss nötig, weil - siehe oben - die Beschichtung nur
sehr begrenzt Druckspannungen aufnehmen
kann. Bei großen Pfahlzugkräften müssen an
der Durchdringung Laschen o.ä. angeschweißt
werden.
Bild S04.50: vertikaler Versprung in einer bituminösen Abdichtung
(LUFSKY, 1975)
Bild S04.60: Telleranker (LUFSKY,1975)
Bauen im Grundwasser
Bild S04.70: Brunnentopf für Sohldurchdringungen (LUFSKY, 1975)
Seite
S.14
Bild S04.80: Rohrdurchführungen mit Los- / Festflansch (LUFSKY, 1975; HAACK / EMIG, 1991)
oben: starrer Anschluss, unten: flexibler Anschluss
Bild S04.90: Pfahlanschlüsse bei außen abgedichteten Bauwerken (HAACK / EMIG, 1991)
Bauen im Grundwasser
Seite
S.15
S.4.4 Beschichtung mit Kunststoff-Bahnen
Kunststoffbahnen werden einlagig verlegt und nicht vollflächig verklebt: Auf waagerechten Flächen werden sie lose ausgerollt, auf geneigten bzw. lotrechten Flächen in Abständen bis zu maximal 5 m an Kunststoffschienen o.ä. durch Ankleben fixiert. Die Bahnen werden miteinander durch chemisches Anlösen der ca. 5 cm breiten Überlappungen (Quellschweißung) oder bei Dicken über 1,5 mm durch Heißluftschweißung verbunden. Der Übergang von der Sohlplatte zur
Wand erfolgt ausschließlich durch den Kehlenstoß nach Bild S04.40a.
Die Durchdringungen werden bei Kunststoffbahnen prinzipiell ebenso gehandhabt wie bei den Bitumenbahnen. Allerdings
genügt es nicht, die einlagige Kunststoffbahn zusammenzupressen, um eine wasserdichte Verbindung zu haben. Vielmehr ist eine beiderseits fest aufgeklebte oder aufgeschweißte, 3 mm dicke Verstärkung aus dem gleichen Material notwendig, damit beim Zusammenspannen ein ausreichendes elastisches Volumen zur Verfügung steht. Wegen der technischen Details wird auf HAACK / EMIG (1991) und die Angaben der Hersteller verwiesen.
S.4.5 Schutzmaßnahmen bei Beschichtungen
Beim Aufbringen der Beschichtung muss der Baubetrieb in diesem Bereich unterbrochen werden, bis die Beschichtung
durch eine Schutzschicht oder Schutzwand gegen mechanische oder sonstige Beschädigungen gesichert ist. Dies gilt
auch für Unterbrechungen der Abdichtungsarbeiten, wobei die Schutzschicht erst kurz vor der Wiederaufnahme der Dichtungsarbeiten vorsichtig entfernt wird.
Im Tiefbau wird man meist die Baugrubenwand als Außenschale verwenden, die dann mit einem Glattputz versehen
werden muss. Gleiches gilt bei Zweischaligem Tunnelbau. Nach dem Kleben der Dichtung erhält sie einen Zementschlämmanstrich, falls davor Bewehrung gestellt werden soll: auf diese Weise lassen sich Beschädigungen leicht erkennen. Auf dem Markt - vor allem für den Tunnelbau - sind auch Produkte, die bei Beschädigung der Oberfläche deutlich
farblich auffallen. Der Abstand zwischen Beschichtung und Bewehrung muss 5 cm betragen (Richtwert). Falls vor der
Beschichtung gemauert werden soll, lässt man auch einen Abstand von 5 cm und drückt ihn beim Aufmauern laufend mit
Mörtel aus. Alternativ können Schutzschichten aus Kunststoff-Schaumplatten eingesetzt werden.
In frei geböschten Baugruben mauert bzw. betoniert man entweder zuerst die Schutzwand hoch und verfährt dann wie
oben, oder man erstellt erst die Innenschale des Bauwerks, bringt dann außen die Wanddichtung auf und stellt zum
Schluss die Schutzwand her.
Da die Temperaturdehnung eines auf einer Sohldichtung stehenden Bauwerks nicht durch Bodenreibung behindert ist, muss durch
ausreichend viel Fugen, Bild S04.110, gewährleistet sein, dass sich
die senkrechten Schutzwände frei mitbewegen können. Im Übrigen
wird auf die ausführlichen Angaben in DIN 18195 Teil 10 verwiesen.
S.4.6 Fugen in beschichteten Bauteilen
In Bild S04.110 sind bewährte Lösungen für die Ausführung von
Bewegungsfugen in Abhängigkeit von der Größe und Richtung der
erwarteten Bewegungen zusammengestellt. Das Symbol Cu markiert dabei die Verstärkung durch Kupferriffelbleche. Erst bei größeren Bewegungen sind Sonderkonstruktionen mit einer Schlaufenkonstruktion (Kautschukband) notwendig.
Bewegungsfugen außerhalb eines Bauwerks werden in der dünneren Sohlplatte und außerhalb der Übergangszone mit variabler
Höhe angeordnet, Bild S04.100.
Bei der Anordnung von Arbeitsfugen, insbesondere beim Anschluss der Wandbewehrung an die Sohlenbewehrung, muss man
berücksichtigen, bis zu welcher Höhe der Anschluss der Beschichtung reicht.
Bild S04.100: Bewegungsfugen (LUFSKY, 1975)
Bauen im Grundwasser
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Bild S04.110: verschiedene Fugenausbildungen bei Außenabdichtungen (HAACK / EMIG, 1991)
S.5
Schrifttum
EMIG, K.-F. / ARNDT, A. (1976): Abdichtung mit Bitumen. ARBIT Schriftenreihe "Bitumen", Heft 33, 2. Auflage Arbeitsgemeinschaft der Bitumen-Industrie e.V., Hamburg.
HAACK, A. / EMIG, K.-F. (1991): Abdichtungen. In: Grundbtschb. 4. Aufl., Teil 2. Kap. 2.11. Verlag Ernst & Sohn, Berlin.
LUFSKY, K. (1975): Bauwerksabdichtungen. 3. Auflage, Teubner-Verlag, Stuttgart.
VOGT, N. / STIEGELER, R. (2003): Vertikales Gleichgewicht einer in den Suspensionsschlitz eingehängten Spundwand,
Felsbau, Verlag Glückauf