Eine wesentliche Voraussetzung für die Planung und den Bau von Baugruben oder Fundamenten ist die Kenntnis des anstehenden Baugrundes. Zu diesem Zweck sind Baugrunduntersuchungen durchzuführen, deren Art und Umfang sich nach der Schwierigkeit des Bauwerks und den zu erwartenden Baugrundverhältnissen richten.
Anhand der Untersuchungsergebnisse wird ein Gründungskonzept entwickelt, dass Hinweise und Kennwerte zur Dimensionierung der Gründung enthält. Ziel dieser Empfehlungen ist, die Sicherheit der Gründung und Gebrauchstauglichkeit weitestgehend zu gewährleisten sowie die Wirtschaftlichkeit der Gründungsmaßnahme zu optimieren.
Neben geologischen Karten geben geotechnische Verfahren zur Untersuchung des Baugrunds (Bohrungen, Sondierungen und Schürfe) Aufschlüsse über die örtlichen Baugrundverhältnisse.
Gründungen – Details
Eine wesentliche Voraussetzung für die Planung und den Bau von Baugruben oder Fundamenten ist die Kenntnis des anstehenden Baugrundes. Zu diesem Zweck sind Baugrunduntersuchungen durchzuführen. Deren Art und Umfang richtet sich nach der Schwierigkeit des Bauwerks und den erwarteten Baugrundverhältnissen.
Gemäß DIN 4020 wird zwischen drei geotechnischen Kategorien unterschieden:
- Die geotechnische Kategorie 1 umfasst einfache Bauwerke auf ebenem, tragfähigem Grund, die weder die Umgebung oder das Grundwasser beeinflussen.
- Die geotechnische Kategorie 2 umfasst Bauvorhaben, die weder zur Kategorie 1 noch zur Kategorie 3 zählen.
- Die geotechnische Kategorie 3 umfasst Bauvorhaben mit schwierigen Konstruktionen und schwierigen Baugrundverhältnissen, die erweiterte geotechnische Kenntnisse erfordern.
Der Baugrundsachverständige legt das Untersuchungsprogramm fest, um anhand der Ergebnisse die Baugrundverhältnisse zu beurteilen. Zur Untersuchung des Baugrunds vor Ort werden geotechnische Verfahren wie Bohrungen, Sondierungen und Schürfe durchgeführt. Weiterhin lassen geologische Karten und Befragungen vor Ort Aussagen über die Baugrundverhältnisse zu.
Aus den Sondierergebnissen und unseren regionalgeologischen Kenntnissen werden die zulässigen Belastungen des Baugrundes festgelegt bzw. die zu erwartenden Setzungen rechnerisch ermittelt. Dabei werden Aussagen zur Schicht- bzw. Grundwassersituation gemacht. Die Auswertung der Baugrunduntersuchung erfolgt nach der DIN 1054, die typische Bodenkennwerte für allgemeine und eindeutige Fälle vorgibt.
Je nach Ergebnis der Baugrunduntersuchung empfiehlt er ein individuelles Gründungskonzept und gibt Hinweise und Kennwerte zur Dimensionierung der Gründung. Ziel dieser Empfehlungen ist, dass die Gründung so gewählt und dimensioniert wird, dass ihr Versagen mit einer gewissen Sicherheit ausgeschlossen werden kann, dass die Gebrauchstauglichkeit gegeben ist und dass die Gründungsmaßnahme wirtschaftlich ist.
Industrie- und Hallenbau: Untergrund für Hallen, Maschinen und Fahrzeuge
Bei der Errichtung von Industrie- und Gewerbehallen müssen, neben der allgemeinen Bewertung der Baugrundverhältnisse hinsichtlich der Tragfähigkeit des Untergrunds für die Fundamente, besonders die Bodenplatte und die Verkehrsflächen beachtet werden.
Unter einer Bodenplatte muss eine qualifizierte Tragschicht eingebaut werden, die hinsichtlich Dicke und Materialzusammensetzung aus technischen Gründen und auch Kostengründen auf die geplante Nutzung abzustimmen ist. Hierbei sind neben den Untergrundverhältnissen die in der Halle vorgesehenen Fahrzeuge, wie Gabelstapler, Lastwagen u.ä. zu berücksichtigen.
Daneben muss auch geprüft werden, ob es durch die Aufstellung von Maschinen oder Regalen, im Extremfall sogar Hochregallagern, zu besonderen Anforderungen an Tragschicht und Untergrund kommt. Da sich durch die Flächenlasten größere Einflusstiefen ergeben, ist in diesem Fall häufig der Einbau einer einfachen Tragschicht unter der Bodenplatte nicht ausreicht und es werden weiterreichende Bodenverbesserungsmaßnahmen notwendig.
Bereits für die Herstellung der einfachen Tragschicht muss geprüft werden, ob das Erdplanum, das meist aus bindigen Böden besteht, eine ausreichende Tragfähigkeit aufweist. Dies ist i.d.R. nicht der Fall, so dass das Erdplanum in geeigneter Weise durch z.B. eine Bodenverbesserung mit hydraulischen Bindemitteln stabilisiert werden muss.
Das gleiche gilt für die erhöhten Anforderungen bei der Aufstellung von Maschinen und Hochregallagern. Hier muss eine verstärkte Tragschicht vorgesehen werden und ggf. darunter zusätzlich eine flächenhafte Bodenverbesserung, ggf. auch Tiefenverbesserung erfolgen.
Nachgründungen über Mikropfähle
Kommt es im Zuge von Erneuerungen oder Revitalisierungen von Bestandsgebäuden zu einer Erhöhung der Gründungslasten, so können diese häufig nicht über die bestehenden Gründungskörper in den Baugrund eingeleitet werden. Dann werden Nachgründungsarbeiten notwendig, die, abhängig vom anstehenden Baugrund und dem zur Verfügung stehenden Platzbedarf, als Flach- oder Tiefgründungen ausgebildet werden.
Bei Tiefgründungen werden die Lasten über Mikropfähle nach DIN EN 14 199 in den Untergrund abgeleitet. Mikropfähle können mit kleinem Gerät (Bohrdurchmesser 90,0 bis 300,0 mm) hergestellt werden. Der Pfahl kann sowohl Druck als auch Zug aufnehmen. Hierzu wird ein Stahlglied in den anstehenden Boden eingespült, gerammt, gepresst oder gebohrt und über die gesamte Länge mit einer Zementsuspension oder -mörtel kraftschlüssig verpresst. Nachdem die Suspension ausgehärtet ist, wird das neue Fundament nach den Vorgaben des Tragwerkplaners ausgehoben und eingeschalt. Die Pfähle werden mittels einer Pfahlkopfplatte miteinander verbunden. Diese wird in den neuen Gründungskörper integriert und mit diesem kraftschlüssig verbunden.
Der in Deutschland üblicherweise verwendete Mikropfahl wird als Verpresspfahl (Zementmörtel oder Zementsuspension) mit einem oder mehreren Traggliedern aus hochwertigem Stahl ausgeführt. Hierzu werden i. d. R. GEWI Stähle (DYWIDAG bzw. SUSPA) S 555/700 bzw. BSt 500 S mit Durchmessern von 32,0, 40,0, 50,0 und 63,5 mm verwendet. Der Bohraußen- bzw. Verpresskörperdurchmesser beträgt ca. 130,0 bis zu 250,0 mm.
Die Bemessung der Mikropfähle wird nach dem in der DIN 1054-2005 dargestellten Teilsicherheitskonzept vorgenommen.
Probebelastung an Bohr-, Ramm- und Mikropfählen
Die Kühn Geoconsulting GmbH plant, begleitet und bewertet Integritätsprüfungen („Low-strain Test“), dynamische Pfahlprüfungen („High-strain Test“) sowie statnamische und statische Probebelastungen. Die Pfahlprobebelastungen oder -prüfungen dienen der Feststellung der Unversehrtheit (Integrität) eines Pfahls oder der Ermittlung der Tragfähigkeit sowie der Verformungen. Hierbei wird eine Pfahlprüfung exakt auf die jeweilige Aufgabenstellung und unter Ermittlung aller notwendigen Baugrund (Widerstands-)- und Einwirkungsparameter festgelegt.
Durch eine Vielzahl uns vorliegender Probebelastungen der unterschiedlichen Pfahltypen, wie z.B. Fertigbeton-Rammpfählen, Ortbeton-Rammpfählen, SOB-Pfählen, „üblichen“ Bohrpfählen und Mikropfählen und in verschiedensten Böden, können wir die Art der Probebelastung auswählen und die Durchführung planen. Da die üblichen Kennwerte aus den Anhängen B bis D der DIN 1054-2005 z.T. sehr auf der sicheren und damit auch unwirtschaftlichen Seite liegen, können sich Probebelastungen sehr schnell amortisieren. Insbesondere die dynamischen Pfahlprobebelastungen bieten bei geringen Kosten und wenig technischem Aufwand ein geeignetes Verfahren zur Ermittlung der Widerstandsparameter (CAPWAP-Verfahren: Ermittlung von Spitzendruck und Mantel-reibung) des Baugrunds. Hier müssen aber für den jeweiligen Baugrund abgesicherte Erfahrungen vorliegen.
Probebelastungen sind aber auch für die Ermittlung spezieller Fragestellungen, wie z.B. bei häufigen oder zyklischen Lastwechseln oder hinsichtlich der zu erwartenden Verformungen wichtig.
Gründungen von Windkraftanlagen
Gemäß DiBt – Richtlinie (2004-03) sind die Gründungen von WEA in die Geotechnische Kategorie 2 (GK 2) nach DIN 1054 (2005-01) einzuordnen. Für ein Windradbaugrundgutachten werden somit zusätzliche Angaben erforderlich.
Kurz gefasst muss ein Gutachten folgende Bedingungen erfüllen:
- Angaben zu den zulässigen Bodenpressungen sowie den statischen und dynamischen Bodenkennwerten
- Gründungsempfehlung (Flach- oder Tiefgründung)
- Angaben zur Drehfedersteifigkeit zur Vermeidung von Schwingungsresonanzen, d.h. zyklischen Belastungen gemäß DIN 1054 (2005-01) §7.7.1
- Grundwasserstände (Lastfall mit und ohne Auftrieb) unter Berücksichtigung von Oberflächen-, Schichtenwasserstände und/oder bei stauendem Sickerwasser (Badewanneneffekt).
Darüber hinaus enthält das Gutachten aller erforderlichen Angaben eines „normalen“ Gründungsgutachtens, d.h. Angaben zur Bauausführung wie Bodenklassen, Böschungswinkel, Verbau, Wasserhaltung, etc. Dazu werden bei schwierigen Bodenklassen Einsatzgeräte zum Lösen und Abbauen der Steine bzw. Angaben zum Aufbau der Zuwegung und der Kranstellfläche gemacht. Zusätzliche Angaben erfolgen zu Höhensituation des Gelände sowie ggf. zur Erdbeben- und Bergbauproblematik. Ein diesbezügliches Angebot wird auf den entsprechenden Standort ausgearbeitet.
Wohnungsbau
Im modernen Wohnungsbau finden sich zunehmend hochwertige Nutzungen der Kellerräume. Daraus ergeben sich höhere Anforderungen an die Rissweitenbegrenzung und die Abdichtung erdberührter Bauteile.
Um Verformungen und damit die Rissweiten wirtschaftlich zu begrenzen, muss anhand einer ausreichenden Erkundung der Baugrundverhältnisse eine optimale Gründung entwickelt werden.
Aus den zu ermittelnden Bodenverhältnissen, dem Geländeverlauf und der Auswertung entsprechender Unterlagen zu den Grundwasserverhältnissen kann eine verlässliche Beurteilung der Tragfähigkeit des Baugrundes und der zu erwartenden Lastfälle für die Abdichtung der erdberührten Bauteile erfolgen.
Ergänzend müssen Einwirkungen aus dem Umfeld auf das Gebäudes bei der Planung berücksichtigt werden (z. B. Grenzbebauung, Hanglagen usw.).
Erst durch genaue Kenntnis der Baugrund- und Wasserverhältnisse können dauerhafte und wirtschaftliche Maßnahmen zur Gründung und Abdichtung hochwertig genutzter Untergeschosse in Wohnbauten angegeben werden.
Die Untersuchung der Boden- und Wasserverhältnisse ist deshalb immer Voraussetzung für eine standsichere Gründung und dauerhafte Abdichtung.
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