Lexikon der Geowissenschaften: Baugrube
Baugrube, um Gründungskörper von Bauwerken unterhalb der Geländeoberfläche herzustellen, werden Gruben, sog. Baugruben, erstellt. Da der Untergrund auf Entlastung empfindlicher reagiert als auf Belastung, stellen die immer größer werdenden Baugruben eine wachsende Herausforderung in Bezug auf die Baugrubensicherung dar. Vor Aushub einer Baugrube müssen daher sorgfältige Erkundungen der Baugrund- und Wasserverhältnisse stattfinden. Nach DIN 4124 müssen Baugrubenwände ab einer Tiefe von 1,25 m abgeböscht oder abgestützt, ab 1,75 m geböscht oder verbaut werden. Wird die Grube geböscht, ist der Böschungswinkel der Baugrubenböschung ( Abb. 1 ) abhängig von den Baugrund- und Grundwasserverhältnissen, dem Zeitraum, über welchen die Baugrube offen zu halten ist und den Belastungen und Erschütterungen, die am Rand der Baugrube auftreten können. Bei Baugrubentiefen kleiner als fünf Meter können nach DIN 4214 ohne rechnerischen Nachweis (gilt nicht für aufgefüllte Böden oder bei Wasserzutritt) folgende Böschungswinkel β angenommen werden: bei nichtbindigen oder weichen bindigen Böden β = 45º, bei steifen und halbfesten bindigen Böden β = 60º und bei Fels β = 80º.
Nach DIN 4124 muß ein Standsicherheitsnachweis erfolgen, wenn die Böschung höher als fünf Meter ist, das Gelände mehr als 1:10 geneigt ist, vorhandene Anlagen gefährdet werden oder äußere Einflüsse die Standsicherheit der Baugrubenböschung beeinträchtigen. Ab einer Böschungshöhe von sechs Metern sind je nach Erfordernis Bermen von 1,5 m Breite vorzusehen, um abrutschende Steine, Felsbrocken, Bauwerksreste oder ähnliches aufzufangen. Die Baugrubenböschung muß gegen Oberflächenabtrag, Böschungsbruch und Wasserzutritt gesichert werden. Eine Verhinderung des Oberflächenabtrags erfolgt durch die Abdeckung der Böschung mit beschwerten Kunststoffolien, beschwerten Schilfmatten oder einer Spritzbetonschale. In seltenen Fällen wird die Böschung bepflanzt. Um einen Abtrag zu verhindern, ist es wichtig, daß anfallendes Oberflächenwasser durch Gräben bzw. Entwässerungsleitungen abgeleitet wird. Böschungsbruch wird durch eine Erhöhung der Scherfestigkeit im Boden (z.B. Herstellung von Injektionspfählen oder Schottersäulen), eine ausreichend flache Böschungsneigung, eine Verminderung des Wasserdruckes durch Entwässerung und den Einbau von Verankerungen (Anker) vermieden. Wasserzutritt kann durch eine Dichtwand oder Grundwasserabsenkung verhindert werden.
Wird die Baugrube nicht geböscht, so muß sie verbaut werden. Baugrund- und Grundwasserverhältnisse, Abmessung der Baugrube, Belastungen und Erschütterungen innerhalb und außerhalb der Baugrube, entstehende Kosten und der erforderliche Platzbedarf fließen dabei in die Überlegungen bezüglich der Verbaumethode (Baugrubenverbau) mit ein. Um einen reibungslosen Betrieb der Baustelle gewähren zu können, muß außerdem darauf geachtet werden, daß die Baugrube trocken gehalten wird. Hierzu stehen mehrere Verfahren zur Auswahl: a) offene Wasserhaltung, b) Grundwasserabsenkung mit Brunnen, c) Vakuumverfahren, d) Elekro-Osmose-Verfahren.
Bodenverhältnisse ( Abb. 2 ) und Wasserandrang müssen bei der Wahl des geeigneten Verfahrens berücksichtigt werden. Bei der offenen Wasserhaltung wird das Grund- und Oberflächenwasser in offenen Gräben oder Dränen gesammelt und einem Pumpensumpf zugeführt, von welchem aus es abgepumpt wird. Die Grundwasserabsenkung erfolgt mittels Brunnen, die außerhalb der Baugrube angeordnet werden. Entscheidend für die Reichweite der Grundwasserabsenkung ist der Bodenaufbau. Das Vakuumverfahren beruht darauf, daß das Wasser mittels Unterdruck in Vaküanzen angezogen wird, welche in einem Abstand von ein bis zwei Metern angeordnet werden. Bei der elektroosmotischen Entwässerung wird an zwei Elektroden ein Gleichstrom angelegt. Die Kathode, der das Wasser zufließt, wird als kleinkalibriger Brunnen (Stahlfilterrohr) ausgebildet, während als Anode gewöhnliche Rundstähle verwendet werden. Da das Elektoosmoserverfahren sehr aufwendig ist, kommt es aber bei der Baugrubenentwässerung kaum zum Einsatz.
Liegt die Baugrube im Grundwasserbereich und darf das Grundwasser nicht oder nur wenig abgesenkt werden, so muß die Baugrube dicht umschlossen werden. Zu diesem Zweck werden vertikale Dichtwände hergestellt, die in eine undurchlässige Schicht oder in eine künstlich hergestellte Dichtungssohle eingebunden werden. Dichtwände können im Schlitzwandverfahren (Schlitzwand) oder als Schmalwand hergestellt werden. Eine Abdichtung der Baugrubensohle wird durch Unterwasserbetonsohlen oder aber durch tiefliegende Injektionssohlen erreicht ( Abb. 3 ). [TF]
Baugrube 1: Bezeichnungen an einer Baugrubenböschung: Fallinie (f), Grundlinie oder Fuß (g), Böschungshöhe (h), Krone (k), Fußlänge (lg), Kronenlänge (lk), Geländeneigung (α), Böschungswinkel (β). Baugrube 1:
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Baugrube 2: Anwendungsbereich der Wasserhaltungsverfahren; k = Durchlässigkeitsbeiwert. Baugrube 2:
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Baugrube 3: Möglichkeiten zur Verminderung bzw. Vermeidung von Wasserzutritt bei Baugruben im Grundwasserbereich mit wasserdichten Verbauwänden (a) eingebunden in eine undurchlässige Schicht, auftriebssichere Unterwasser-Betonsohlen (b), verankerte Unterwasserbeton- oder Soilcrete-Sohlen (c), auftriebssichere Dichtsohlen (d). Baugrube 3:
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