Gebäude können ihre Lasten nur dann sicher in den Untergrund übertragen, wenn die vorhandenen Bodenschichten ausreichend tragfähig sind. In manchen Baugebieten liegen feste Schichten jedoch erst mehrere Meter unter der Geländeoberfläche. Oberflächennahe Bereiche können aus weichem Lehm, Torf, lockerem Sand oder früher eingebrachtem Füllmaterial bestehen. Reicht die Tragfähigkeit nahe der Geländeoberfläche nicht aus, können Bauwerkslasten über Pfähle in tiefer liegende Bodenschichten übertragen werden. Pfähle übertragen die auftretenden Kräfte in tiefer liegende Bodenschichten und verbinden das Bauwerk mit einem tragfähigeren Bereich des Untergrunds.
Kurzfassung
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Bodenschichten bestimmen die Art der Gründung
Eine Flachgründung verteilt die Last eines Gebäudes über Fundamente oder eine Bodenplatte auf oberflächennahe Bodenschichten. Voraussetzung dafür ist ein Untergrund, der die auftretenden Kräfte aufnehmen kann, ohne unzulässige Setzungen zu verursachen. Fehlt diese Tragfähigkeit, muss die Lastübertragung anders erfolgen.
Vor der Planung werden deshalb Bodenaufschlüsse und Sondierungen vorgenommen. Sie geben Aufschluss darüber, welche Bodenarten vorhanden sind und in welcher Tiefe tragfähigere Schichten beginnen. Auch drückendes Grundwasser kann die Gründungsplanung beeinflussen. Die Ergebnisse werden in einem Baugrundgutachten zusammengeführt. Daraus lassen sich unter anderem die erforderliche Gründungstiefe und die für die Bemessung maßgebenden Bodenkennwerte ableiten.
Wechselnde Bodenschichten innerhalb eines Grundstücks können zu unterschiedlichen Setzungen einzelner Gebäudebereiche führen. Werden Gebäudeteile auf verschieden tragfähigem Untergrund gegründet, können ungleichmäßige Setzungen entstehen. Risse oder Verformungen am Bauwerk gehören zu den wahrscheinlichen Folgen.
Lastabtragung über Pfähle
Bei einer Bohrpfahlgründung wird zunächst bis zur vorgesehenen Tiefe in den Baugrund gebohrt. Anschließend werden die Bohrlöcher mit Bewehrung und Beton verfüllt, sodass tragfähige Stahlbetonpfähle entstehen.
Die Kraftübertragung erfolgt nicht ausschließlich am unteren Ende des Pfahls. Ein Teil der Last kann über den sogenannten Spitzendruck am Pfahlußaufgenommen werden. Hinzu kommt die Mantelreibung. Darunter wird die Kraftübertragung zwischen der seitlichen Pfahloberfläche und dem angrenzenden Erdreich verstanden.
Wie stark beide Mechanismen beansprucht werden, hängt von den Bodenverhältnissen und der Pfahlgeometrie ab. Länge, Durchmesser und Anzahl der Pfähle werden daher anhand der Bauwerkslasten und der geotechnischen Eigenschaften des Untergrunds festgelegt.
Herstellung ohne Einschlagen der Pfähle
Bohrpfähle unterscheiden sich in ihrer Herstellung deutlich von Rammpfählen. Während vorgefertigte Rammpfähle durch Schläge oder vergleichbare Verfahren in den Untergrund eingebracht werden, arbeitet sich das Bohrwerkzeug bei Bohrpfählen erschütterungsfrei rotierend in die Tiefe. Je nach Verfahren wird der gelöste Boden dabei nach oben gefördert oder seitlich verdrängt.
Ist der Baugrund nicht ausreichend standfest, muss das Bohrloch während der Arbeiten gesichert werden. Eine Verrohrung kann beispielsweise verhindern, dass seitlich Boden nachrutscht. Sobald die vorgesehene Tiefe erreicht ist, werden Bewehrung und Beton eingebracht.
Da beim Bohren keine regelmäßigen Rammschläge entstehen, fallen die dynamischen Einwirkungen auf die Umgebung geringer aus. Das kann besonders in dicht bebauten Gebieten von Vorteil sein, etwa in der Nähe bestehender Gebäude. Geräusche durch Bohrgerät, Transportfahrzeuge und weitere Maschinen gehören jedoch weiterhin zum normalen Baustellenbetrieb.
Planung bei angrenzender Bebauung
Auf innerstädtischen Grundstücken und in Baulücken steht wegen angrenzender Gebäude, Grundstücksgrenzen und schmaler Zufahrten oft nur wenig Platz für Bauarbeiten zur Verfügung. Neben der eigentlichen Pfahlposition müssen Bewegungsflächen für das Bohrgerät, Zufahrten sowie Flächen für Bewehrung, Betonversorgung und anfallendes Bohrgut berücksichtigt werden. Zudem benötigt der Fahrmischer mit Beton eine Zufahrtsmöglichkeit.
Geringe Abstände zu Nachbargebäuden begrenzen die möglichen Positionen und Bewegungsflächen der eingesetzten Geräte. Bestehende Fundamente, Kellerwände oder unterirdische Leitungen können den verfügbaren Arbeitsraum einschränken. Vor Beginn der Arbeiten muss deshalb bekannt sein, welche baulichen Anlagen sich im unmittelbaren Umfeld befinden.
Bestehende Fundamente und Keller im Umfeld der Baugrube müssen vor Beginn der Arbeiten erfasst werden. Bei geringer Entfernung kann zusätzlich eine Dokumentation des baulichen Ausgangszustands sinnvoll sein, damit spätere Veränderungen nachvollziehbar eingeordnet werden können.
Pfahldurchmesser und Tiefe werden berechnet
Eine pauschale Pfahllänge lässt sich nicht festlegen. Die erforderlichen Abmessungen ergeben sich aus der Kombination von Bauwerkslast, Bodenaufbau und gewähltem Pfahlsystem. Mehrgeschossige Gebäude können andere Anforderungen stellen als kleinere Anbauten oder einzelne konstruktive Bauteile.
Bei der Bemessung wird außerdem festgelegt, wie die Pfähle angeordnet werden. Einzelpfähle können hohe konzentrierte Lasten aufnehmen, während Pfahlgruppen mehrere Lastbereiche miteinander verbinden. Der Abstand zwischen den Pfählen wird so bemessen, dass die gegenseitige Beanspruchung der Pfähle und die Lastübertragung in den Boden berücksichtigt werden.
Die Bewehrung übernimmt innerhalb des Stahlbetonpfahls insbesondere Zugkräfte und wird entsprechend der statischen Berechnung dimensioniert. Oberhalb der Pfähle stellt der Pfahlkopf die Verbindung zur weiteren Fundamentkonstruktion her.
Kontrolle während und nach der Herstellung
Die Ausführung wird während des Bohrvorgangs dokumentiert. Dokumentiert werden unter anderem Bohrtiefe, Pfahldurchmesser und die während der Bohrung angetroffenen Bodenverhältnisse. Abweichungen gegenüber den zuvor untersuchten Schichten müssen bei der weiteren Ausführung berücksichtigt werden.
Nach dem Betonieren wird der obere Bereich des Pfahls für den Anschluss an die Fundamentplatte oder andere Gründungsbauteile vorbereitet. Je nach Bauvorhaben können anschließend Prüfungen durchgeführt werden. Integritätsprüfungen dienen beispielsweise dazu, Auffälligkeiten innerhalb eines hergestellten Pfahls festzustellen. Belastungsprüfungen untersuchen dagegen das Verhalten unter einer definierten Krafteinwirkung.
Solche Kontrollen ergänzen die Berechnung, weil sie Informationen über den tatsächlich ausgeführten Pfahl liefern. Welche Prüfverfahren erforderlich sind, richtet sich nach dem jeweiligen Projekt und den dafür geltenden technischen Vorgaben.
Fazit
Tief liegende tragfähige Bodenschichten erfordern eine andere Lastübertragung als ein gleichmäßig belastbarer Untergrund nahe der Oberfläche. Gebohrte Pfähle überbrücken schwächere Schichten und leiten Bauwerkslasten über Pfahlspitze und Mantelfläche in den Untergrund.
Vor ihrer Herstellung stehen die Baugrunduntersuchung und die statische Bemessung. Erst daraus ergeben sich Pfahllänge, Durchmesser, Anzahl und Ausführungsverfahren. In dicht bebauten Gebieten müssen verfügbare Arbeitsflächen, Abstände zu bestehenden Gebäuden und mögliche Erschütterungen bereits bei der Festlegung des Ausführungsverfahrens berücksichtigt werden. Eine abschließende Dokumentation und gegebenenfalls Prüfungen ermöglichen die Kontrolle der hergestellten Gründung.