Vierfach rückverankerte, mithilfe des Düsenstrahlverfahrens hergestellte Unterfangung
Vierfach rückverankerte, mithilfe des Düsenstrahlverfahrens hergestellte Unterfangung (Quelle: Keller Grundbau)

Bauwerkserhaltung

17. August 2022 | Teilen auf:

Wenn die Tragreserven ausgereizt sind

Methoden der Gründungssanierung: Eines der zentralen Themen beim Bauen im Bestand ist wegen der Komplexität und wegen des Problems der häufig massiven Eingriffe in den baulichen Bestand die Frage nach der Ausnutzung respektive nach der Ausreizung der Tragreserven der Bestandsfundamentierung. Eine unzureichende, also über die Tragreserve hinaus beanspruchte Gründung kann durch verschiedene Methoden saniert beziehungsweise ertüchtigt werden.
Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach, Dr.-Ing. Anke Werner

In einem ausführlichen, zweiteiligen Artikel haben wir in B+B Bauen im Bestand 3.2022 und 4.2022 (erscheint am 1. September) die verschiedenen Methoden einer Gründungssanierung vorgestellt: Grundsätzlich kann dies durch eine Nachgründung des Gebäudebestands oder durch die Ertüchtigung des unterhalb der Gründungsebene vorhandenen Baugrundes erfolgen. Vier unterschiedliche Unterfangungsarten haben unsere Autoren, Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach und Dr.-Ing. Anke Werner, in ihren Artikeln unter die Lupe genommen und fünf Varianten einer Baugrundertüchtigung – von Injektionsmethoden über das Soilfrac-Verfahren bis hin zur Hohlraumverfüllung. Abschließend erklären sie hier, welche Grundsätze bei der Planung, Bemessung und Prüfung einer Gründungssanierung beachtet werden müssen. Wenn Sie sich für den gesamten Artikel interessieren und kein Abonnent sind, haben Sie hier die Möglichkeit, ein Abo abzuschließen.

Zentrale und unverzichtbare Elemente der Planung einer Gründungssanierung sind die zutreffende Ermittlung der geotechnischen Daten zum Baugrundaufbau und der geometrischen Daten der zu sanierenden Fundamentierung sowie die zutreffende Ermittlung der Last und des Kraftflusses des betroffenen Gebäudebereichs. Hierbei ist insbesondere auf das Vorhandensein von eventuell die Tragwirkung bestimmenden, im Bauwerk möglicher Weise auch verdeckt vorhandenen Stützen, Gewölben, et cetera zu achten. Es sind stets fall- und objektbezogene Baugrunduntersuchungen erforderlich.

Die zentralen Elemente der Planung einer Gründungssanierung auf einen Blick
Die zentralen Elemente der Planung einer Gründungssanierung auf einen Blick (Quelle: Ingenieursozietät Professor Dr.-Ing. Katzenbach GmbH)

Ob und wie eine Gründungssanierung wegen des Erreichens der Tragreserven ausgeführt werden kann beziehungsweise ausgeführt werden muss, hängt von den Antworten auf die folgenden Fragen ab:

  • Ist die Tragkonstruktion des Bauwerks für eine Nachgründung beziehungsweise eine Baugrundertüchtigung geeignet?
    - Besteht ein kraftschlüssiger Verbund zwischen den Außen- und Innenwänden?
    - Besteht ein konstruktiver Verbund mit querverteilenden Decken?
    - Gibt es Gewölbeschub?
    - Gibt es geschossweise angeordnete Ringbalken?
  • Ist die Gründung des Bauwerks für eine Nachgründung beziehungsweise eine Baugrundertüchtigung geeignet?
    - Handelt es sich nachweislich um ein Streifenfundament oder um eine biegesteife Stahlbetonplatte?
    - Kann das Fundament aufgrund seiner Beschaffenheit kurze Abschnitte vorübergehend ungestützt überbrücken?
    - Sind temporäre Abfangkonstruktionen erforderlich, wie zum Beispiel beim Düsenstrahlverfahren unter Einzelfundamenten?
  • Lassen die Baugrund- und Grundwasserverhältnisse eine Gründungssanierung mittels klassischer Unterfangung zu?
    - Stehen in den für die Unterfangung relevanten Tiefen mindestens mitteldicht gelagerte nichtbindige Böden mit ausreichender Kurzzeitstandfestigkeit oder mindestens steife bindige Böden an?
    - Steht Grundwasser in den für die Unterfangung relevanten Tiefen an?

Die Bemessung von Unterfangungen mit Mikropfählen und mit Presspfählen kann entsprechend der DIN 1054 [9] erfolgen, wobei die Tragsicherheit und die Gebrauchstauglichkeit nachzuweisen sind. Beim Nachweis der äußeren Tragsicherheit des Pfahls ergibt sich bei Presspfählen der Sonderfall, dass durch das Einpressen und jeweilige Verlängern der einzelnen Pfahlsegmente über den Einpressdruck direkt die Grenzlast des Pfahls eingestellt werden kann. Bei einer Unterfangung mit Presspfählen können die infolge der Arbeiten auftretenden Verformungen durch eine planmäßige Anhebung der Konstruktion kompensiert und somit die Gebrauchstauglichkeit sichergestellt werden.

Bei der Bemessung von Düsenstrahlkörpern kann der verfestigte Bodenkörper als massives Bauteil mit den in Abhängigkeit der vorliegenden Bodenverhältnisse erzielbaren Druckfestigkeiten berechnet werden. Die Berechnung kann dann als Stützbauwerk erfolgen. Bei der Bemessung sind somit die Nachweise zum inneren Tragwiderstand des Tragwerks, zum Tragwiderstand der gegebenenfalls vorhandenen Abstützungen, zum hydraulischem Grundbruch sowie der Nachweis des Grenzzustands des Gleichgewichts (Kippen), der Grundbruchnachweis und der Gleitnachweis zu führen.

Ohne Fachbauüberwachung, Qualitätssicherung und Dokumentation geht es nicht

Gerade bei Gründungssanierungen und Unterfangungsarbeiten, die wegen des erheblichen Eingriffs in den Bestand hochsensible Baumaßnahmen sind, kommt der Qualitätssicherung eine besondere Bedeutung zu.

Die Qualitätssicherung beginnt mit der fachgerechten Planung, Prüfung und Ausschreibung unter konsequenter Anwendung des Vier-Augen-Prinzips – und zwar hinsichtlich der baustatischen als auch hinsichtlich der bodenmechanischen Prüfung der Planungsunterlagen durch einen Prüfingenieur und sinnvollerweise in Zusammenarbeit mit einem Prüfsachverständigen für Erd- und Grundbau nach Bauordnungsrecht vor Baufreigabe. Von Bedeutung ist auch die Güteprüfung der eingesetzten Baustoffe. Die wesentlichen Bestandteile der zwingend erforderlichen Qualitätssicherung und Dokumentation sind:

  • eine fachgerechte Planung, Prüfung und Ausschreibung,
  • die Güteprüfung der Baustoffe,
  • die Fachbauüberwachung,
  • die Kontrolle der zulässigen Aushubgrenzen,
  • die Dokumentation der Herstellung und der Herstellparameter,
  • baubegleitende geodätische Verformungskontrollen,
  • eine geotechnische Überwachung zum Beispiel mit Inklinometern oder Extensometern,
  • die Steuerung und Dokumentation von Gebäudehebungen und Setzungen sowie
  • das Anfertigen von Herstellprotokollen, zum Beispiel bei Pfählen, Düsenstrahlkörpern et cetera.

Die Dokumentation ist auch im Hinblick auf die nachbarschaftliche Beweissicherung von besonderer Bedeutung.

Wie bereits oben beschrieben, muss eine Fachbauleitung und eine bodenmechanische Fachbauüberwachung die Maßnahmen konsequent und ständig begleiten. In diesem Kontext erfolgt dann die Kontrolle der zulässigen Aushubgrenzen und die Dokumentation der Herstellung sowie der Herstellungsparameter. Bei zahlreichen Gründungssanierungen und Unterfangungsmaßnahmen ist die Steuerung und Dokumentation von eventuellen Gebäudehebungen, die durch den Bauprozess ausgelöst werden, von besonderer Relevanz.

Ein zentrales und unverzichtbares Element bei diesen Maßnahmen ist die Beobachtungsmethode nach DIN EN 1997-1 2.7 [10], (Abb. 13). Diese Methode ist eine Kombination der üblichen geotechnischen Untersuchungen und Berechnungen – die ja stets eine Prognose darstellen – mit der laufenden messtechnischen Kontrolle des Bauwerks und des Baugrunds während der Herstellung der Unterfangungsmaßnahmen und auch gegebenenfalls noch danach.

Ablaufdiagramm bei Anwendung der Beobachtungsmethode
Ablaufdiagramm bei Anwendung der Beobachtungsmethode (Quelle: Ingenieursozietät Professor Dr.-Ing. Katzenbach GmbH)

Die Anwendung der Beobachtungsmethode setzt voraus, dass bereits in der Entwurfsphase ein qualifiziertes Messprogramm aufgestellt worden ist, das im Zuge der Bauausführung permanent zum Einsatz kommt und gegebenenfalls auch fortgeschrieben werden muss.

Die Durchführung von Gründungssanierungen ohne Einsatz der Beobachtungsmethode verstößt gegen die anerkannten Regeln der Technik – die Beobachtungsmethode muss also immer angewendet werden.

zuletzt editiert am 17.08.2022