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Konstruktive Maßnahmen zur Sicherung von Baugruben und Leitungsgräben

1.1 Konstruktionsarten

Es werden alle üblichen Konstruktionen behandelt. Tiefere Baugruben werden häufig im Grundwasserbereich ausgeführt, sodass zur Erstellung eines trockenen Arbeitsraums entweder ein wasserdurchlässiger Baugrubenverbau mit einer Grundwasserabsenkung oder ein nahezu wasserundurchlässiger Verbau zum Einsatz kommen. Letztere Ausführungsart setzt voraus, dass die Verbauwand außer dem Erddruck auch mit dem entsprechenden Wasserdruck bemessen worden ist.

Abgesehen von Grabenverbaumaßnahmen und geböschten Baugruben sind folgende Arten von Baugrubenkonstruktionen heute gebräuchlich:

• – Spundwandverbau,
• – Trägerbohlwandverbau,
• – Massiver Baugrubenverbau, z. B. Bohrpfahlwände oder Schlitzwände,
• – Injektionswände, Gefrierwände,
• – Mixed-in-Place Wände.

Die Wahl zwischen den oben genannten Konstruktionsarten hängt vom Zweck der Konstruktion sowie den Anforderungen hinsichtlich der Steifigkeit und der Wasserdichtigkeit ab.

1.2 Nicht verbaute Baugruben und Gräben

Nicht verbaute Baugruben und Gräben mit durchgehend senkrechten Wänden ohne besondere Sicherung sind nach DIN 4124 „Baugruben und Gräben“ und der Unfallverhütungsvorschrift „Bauarbeiten“ entsprechend Bild 1.1a nur bis zu einer Tiefe von 1,25 m zulässig, wobei die anschließende Geländeoberfläche bei nichtbindigen und weichen bindigen Böden nicht steiler als 1 : 10, bei mindestens steifen bindigen Böden nicht steiler als 1 : 2 geneigt sein darf. In steifen oder halbfesten bindigen Böden sowie bei Fels darf bis zu einer Tiefe von 1,75 m ausgehoben werden, wenn der mehr als 1,25 m über der Sohle liegende Bereich der Wand (Bild 1.1c) unter einem Winkel β ≤ 45° abgeböscht (Bild 1.1b) oder durch Teilverbau gesichert wird und die Geländeoberfläche nicht steiler als 1 : 10 ansteigt.

Bei Tiefen von mehr als 1,25 m bzw. 1,75 m sind unverbaute Baugruben und Gräben so abzuböschen, dass niemand durch abrutschende Massen gefährdet wird. Erd- und Felswände dürfen nicht unterhöhlt werden. Trotzdem entstandene Überhänge sowie beim Aushub freigelegte Findlinge, Bauwerksreste, Bordsteine, Pflastersteine und dergleichen, die abstürzen oder abrutschen können, sind unverzüglich zu beseitigen. Steile Böschungen sowie Böschungen, aus denen sich einzelne Steine, Felsbrocken, Findlinge, Fundamentreste und dergleichen lösen können, müssen durch Fangnetze gesichert oder regelmäßig überprüft und gegebenenfalls abgeräumt werden. Dies gilt insbesondere nach längeren Arbeitsunterbrechungen, nach starken Regen- oder Schneefällen, nach dem Lösen größerer Erd- oder Felsmassen, bei einsetzendem Tauwetter und nach Sprengungen.

Bild 1.1 Gräben bis 1,75 m Tiefe mit senkrechten Wänden; a) Graben mit durchgehend senkrechten Wänden, b) Graben mit abgeböschten Kanten, c) teilweise gesicherter Graben

Die Böschungsneigung von nicht verbauten Baugruben und Gräben richtet sich unabhängig von der Lösbarkeit des Bodens nach dessen bodenmechanischen Eigenschaften unter Berücksichtigung der Zeit, während derer sie offen zu halten sind, und nach den äußeren Einflüssen, die auf die Böschung wirken.

Ohne rechnerischen Nachweis der Standsicherheit dürfen folgende Böschungswinkel nicht überschritten werden:

β = 45° bei nichtbindigen oder weichen bindigen Böden,

β = 60° bei steifen oder halbfesten bindigen Böden,

β = 80° bei Fels.

Als Fels können gegebenenfalls auch felsartige, in bodenmechanischem Sinne feste bindige Böden angesehen werden, wenn sich unter der Einwirkung von Oberflächenwasser ihre Festigkeit nicht vermindert.

Geringere Wandhöhen als 1,25 m bzw. 1,75 m oder flachere Böschungen als angegeben sind vorzusehen, wenn besondere Einflüsse die Standsicherheit der Baugrubenwand gefährden. Solche Einflüsse können z. B. sein:

• – Störungen des Bodengefüges wie Klüfte oder Verwerfungen,
• – zur Einschnittssohle hin einfallende Schichtung oder Schieferung,
• – nicht oder nur wenig verdichtete Verfüllungen oder Aufschüttungen,
• – erhebliche Anteile an Seeton, Beckenschluff oder organischen Bestandteilen,
• – Grundwasserabsenkung durch offene Wasserhaltung,
• – Zufluss von Schichtenwasser,
• – nicht entwässerte Fließsandböden,
• – Verlust der Kapillarkohäsion eines nichtbindigen Bodens durch Austrocknen,
• – Erschütterungen aus Verkehr, Rammarbeiten, Verdichtungsarbeiten oder Sprengungen.

Darüber hinaus kann die Oberfläche einer Böschung durch Wasser, Trockenheit oder Frost gefährdet werden. Am ungünstigsten wirken sich die Niederschläge aus. Dabei ist es jedoch selten der unmittelbar auf die Böschung fallende Regen, der ihre Standsicherheit bedroht. Selbst einen gewaltigen Gewitterregen übersteht eine Baugrubenböschung im Allgemeinen ohne größeren Schaden. Lediglich im unteren Bereich hoher Böschungen bilden sich im Laufe der Zeit kleinere Erosionsrinnen, die sich aber vermeiden lassen, indem man die Böschung mit Plastikfolien abdeckt, sie mit Zementmilch oder Bitumen bespritzt oder eine Betonschicht aufbringt, gegebenenfalls mit einer Bewehrung aus Baustahlmatten. Befindet sich jedoch neben der oberen Böschungskante eine Geländemulde, in der sich größere Wassermengen sammeln, dann läuft das angestaute Wasser an der niedrigsten Stelle der Böschungsschulter über, nagt sie dabei an, erweitert diese Stelle immer mehr und reißt schließlich sturzbachartig eine tiefe Rinne in die Böschung. Besteht diese Gefahr, dann legt man an diesen Stellen Rinnen an, die das Regenwasser unmittelbar einer Wasserhaltungsanlage zuführen. Ähnliche Verhältnisse liegen vor, wenn oberhalb eines Baugrubeneinschnitts eine größere geneigte Fläche anschließt. Hier sollte das ankommende Oberflächenwasser in einem Abfanggraben mit dichter Sohle oberhalb der Baugrubenböschung gesammelt und dem Vorfluter oder der Wasserhaltungsanlage zugeleitet werden.

Die Standsicherheit unverbauter Wände ist rechnerisch nach DIN 4084 „Geländebruchberechnungen“ oder durch Sachverständigengutachten nachzuweisen, wenn

• a) eine Böschung mehr als 5 m hoch ist;
• b) bei senkrechten Wänden die oben genannten Voraussetzungen nicht erfüllt sind;
• c) eine Böschung steiler ist als oben angegeben, wobei allerdings bei Baugruben und Gräben, die betreten werden, eine Böschungsneigung von mehr als 80° bei nichtbindigen oder bindigen Böden bzw. von mehr als 90° bei Fels auf keinen Fall zulässig ist;
• d) die oben angegebenen Böschungswinkel wegen störender Einflüsse nicht angewendet werden dürfen, die zulässige Wandhöhe bzw. die zulässige Böschungsneigung jedoch nicht nach vorliegenden Erfahrungen zuverlässig festgelegt werden kann;
• e) vorhandene Gebäude, Leitungen, andere bauliche Anlagen oder Verkehrsflächen gefährdet werden können;
• f) das Gelände neben der Graben- bzw. Böschungskante stark ansteigt oder unmittelbar neben dem Schutzstreifen von 0,60 m eine stärker als 1 : 2 geneigte Erdaufschüttung bzw. Stapellasten von mehr als 10 kN/m2 zu erwarten sind;
• g) Straßenfahrzeuge mit Gesamtgewichten und Achslasten nach der Straßenverkehrszulassungsordnung (StVZO) sowie Baumaschinen oder Baugeräte bis zu 12 t Gesamtgewicht nicht einen Abstand von mindestens 1,00 m zwischen der Außenkante der Aufstandsfläche und der Baugruben- bzw. Grabenkante einhalten;
• h) Straßenroller und andere Schwertransportfahrzeuge sowie Bagger oder Hebezeuge von mehr als 12 t bis 40 t Gesamtgewicht nicht einen Abstand von mindestens 2,00 m zwischen der Außenkante der Aufstandsfläche und der Baugruben- bzw. Grabenkante einhalten.

Böschungen, die steiler geneigt sind als oben angegeben, müssen regelmäßig überprüft und gegebenenfalls abgeräumt werden. Dies gilt insbesondere nach längeren Arbeitsunterbrechungen, nach starken Regen- oder Schneefällen, nach dem Lösen größerer Erd- oder Felsmassen, bei einsetzendem Tauwetter und nach Sprengungen oder anderen dynamischen Einwirkungen, bei denen eine Desintegration des Gefüges möglich ist.

In der 2. Auflage von „Baugruben – Berechnungsverfahren“ [214] sind ausführlich verschiedene Möglichkeiten zum Nachweis der Standsicherheit von Böschungen beschrieben. Besonders einfach und für Vorermittlungen geeignet ist das von Weißenbach vorgeschlagene Tabellenverfahren. Bei waagerechter Geländeoberfläche, durchgehend gleicher Böschungsneigung β und homogenem Boden mit Wichte γ können die von Fellenius [52], Krey/Ehrenberg...