Die besonderen Herausforderungen des Hamburger Baugrunds

Hamburger Baugrund

Geologischer Überblick

Die Baugrundverhältnisse Hamburgs wurde wesentlich durch die Saale- und Weichsel-Eiszeit geformt. Diese beiden bedeutenden Eiszeiten hinterließen unterschiedliche geologische Strukturen und Materialien, die den Baugrund noch heute prägen

Während der Saale-Eiszeit (vor ca. 300.000 bis 130.000 Jahren) erreichten die Gletscher Norddeutschland und formten die Landschaft durch ihre Bewegungen und Ablagerungen. Hierbei entstanden nach dem Abschmelzen sogenannte Grundmoränen als Ablagerungen direkt unterhalb der Gletscher aus einer Mischung aus Ton, Schluff, Sand, Kies und Gesteinsbrocken. Endmoränen entstanden als Hügelketten an den Rändern aus aufgeschobenem Material.

Die Weichsel-Eiszeit (vor ca. 115.000 bis 11.700 Jahren) ist die jüngste Eiszeit, die erneut große Eismassen nach Norddeutschland brachte und damit die Landschaft überprägte.

Die Stratigraphie ergibt sich damit aus den Lockergesteinen des Quartärs an der Oberfläche, die sich aus den jüngeren holozänen und den älteren pleistozänen Ablagerungen zusammensetzen. Der tiefere Baugrund besteht im Allgemeinen aus den Schichten des Tertiärs und der Kreide, die als Baugrund nur bei besonderen Randbedingungen wie z. B. besonders tiefe Gründungen oder tiefe Tunnelbauwerke relevant werden.

Zu beachten sind zusätzlich die Hutgesteine des Salzstocks Othmarschen-Langenfelde, wo die älteren Ablagerungen durch das Aufstreben des Salzgesteins nach oben gedrückt werden.

In der folgenden Abbildung ist ein Ausschnitt aus dem geologischen Profilquerschnitt Nord-Süd durch die Innenstadt von Hamburg mit dem südlich angrenzenden Hafen und der Elbmarsch gezeigt (rechts). Nördlich der Elbe folgen unterhalb von Auffüllungen und Sanden bindige Geschiebeböden der Weichsel-Eiszeit, in die Sande und Kiese eingelagert sein können. Unterhalb folgen bindige Geschiebeböden der Saale-Eiszeit sowie Lauenburger Ton (LT). In größerer Tiefe befindet sich der obere Glimmerton (OGT) sowie die oberen Braunkohlesande.

Bild 1: Profilquerschnitt Nord-Süd.

Südlich des Hauptbahnhofs (Hbf) beginnt das Elbeurstromtal mit z. T. tief erodierten Rinnen, die mit Sanden und Lauenburger Ton (LT) gefüllt sind. Dicht an der Oberfläche bzw. unterhalb der Hafenbeckensohlen befinden sich organische Weichschichten aus Klei und Torf sowie auch Schlick sowie holozäne Sande.

Der Baugrund in Hamburg teilt sich räumlich in drei Bereiche. Dieses sind die Geest nördlich der Elbe, die jüngeren Ablagerungen in der Elbniederung und die Geest südlich der Elbe. Die geologische Übersichtskarte zeigt diese drei Bereiche anschaulich auf der vorliegenden Abbildung. Die Geestbereiche nördlich und südlich der Elbe mit eiszeitlichen Ablagerungen (Weichel- und Saale-Eiszeit) sind in dunklem Gelb und Ocker dargestellt. Die Elbniederung mit jüngeren Holozänen Sedimenten, die sich nach der letzten Eiszeit gebildet haben, ist in Lila dargestellt. Ferner ist deutlich der Verlauf des Alstertals von Norden zur Elbe zu erkennen. Die Ablagerungen der noch älteren Elster-Eiszeit sind nur örtlich an der Geländeoberfläche zu finden.

Die Geest besteht aus Ablagerungen der Grundmoräne vorwiegend aus Geschiebelehm und Geschiebemergel sowie Beckensedimenten und Schmelzwassersanden. Diese Böden haben meist eine gute oder ausreichende Tragfähigkeit. In diesen Bereichen sind daher überwiegend Flachgründungen auf Einzel- und Streifenfundamenten oder Sohlplatten möglich. Zu beachten sind jedoch alte Entwässerungsrinnen der Eem-Warmzeit, die mit wenig tragfähigen Schichten wie z. B. Torfe und Mudden verfüllt sein können. Im Bereich von vorhandenen Niederungen und Gewässern haben sich jüngere z. T. wenig tragfähige Böden des Holozäns gebildet, die auf den Geestflächen mit lila Adern gekennzeichnet sind.

Die Ablagerungen in der Elbmarsch bestehen aus belastungsempfindlichen jungen Böden des Holozäns wie Klei und Schlick, die nach der letzten Eiszeit durch Überflutung und Sedimentation entstanden sind. Das ursprüngliche Gelände in der Elbmarsch liegt daher tief nur leicht oberhalb des Meeresspiegels (NHN ±0,0 m) und wurde durch den Bau von Deichen und anderen Hochwasserschutzanlagen nutzbar gemacht. Zur Erzielung eines besseren Hochwasserschutzes wurden insbesondere im Hafenbereich und damit vorwiegend außerhalb des eingedeichten Bereichs Geländeauffüllungen um mehrere Meter vorgenommen. Im Süden und Norden der Elbmarsch überdeckt der Klei den Torf des weiter im Süden und Norden anstehenden Geestrandmoores. Häufig ist ein fließender Übergang von Torfen zu Klei festzustellen

Besondere Herausforderungen

In den vorigen Abschnitten wurde der allgemein zu erwartende Baugrund in Hamburg grundsätzlich beschrieben. Örtlich kann der Baugrund von den zuvor beschriebenen Eigenschaften jedoch stark abweichen, sodass grundsätzlich eine gute und ausreichend tiefe Baugrunderkundung zur Untersuchung der tatsächlich vorhandenen Böden mit den entsprechenden Eigenschaften erforderlich wird. Die Abweichungen können aufgrund natürlicher Prozesse im Untergrund oder durch anthropogene Einflüsse entstanden sein, und gravierende Auswirkungen auf die Bauaufgabe oder die Bauwerke haben.

Überdeckte Weichschichten im Untergrund

In der Innenstadt von Hamburg ist im Bereich südlich der Alster mit organischen Weichschichten aus Torf zu rechnen. Diese stehen überwiegend unterhalb von sandigen Auffüllungen an, die während der Besiedlung in den vergangenen Jahrhunderten entstanden sind. Die v. g. Torfe ergeben sich auch aus der in Abb. 2 gezeigten geologischen Karte und sind damit allgemein bekannt.

Im Bereich des Alsterfleets bzw. der Straße Neuer Wall gibt es dicht an der Adolphsbrücke jedoch eine Anomalie im Baugrund, die aus einer zweiten tieferen organischen Weichschicht besteht. Die tiefere organische Weichschicht aus Mudde beginnt erst bei etwa 15 m unter der Geländeoberkante und reicht bis in eine Tiefe von etwa 25 m.

Die sonst hier normalerweise anstehenden organischen Weichschichten reichen bis in eine Tiefe von etwa 10 m unter Gelände, sodass bei Ausführung einer Pfahlgründung mit einer üblichen Pfahleinbindetiefe von etwa 4 bis 5 m die Pfähle dicht oberhalb der tieferen organischen Weichschicht abgesetzt würden und dann eine zu geringe Tragfähigkeit bei gleichzeitig großen Setzungen aufweisen würden. Zur genauen Baugrunderkundung ist hier daher ein besonders tiefer Baugrundaufschluss bis in die bindigen Geschiebeböden erforderlich. Bei dieser Anomalie im Baugrund könnte es sich ggf. um ein mit Mudde verfülltes Todeisloch handeln.

In der folgenden Abbildung 3 ist das Bohrprofil einer tiefen Bohrung bis unterhalb der tieferen organischen Weichschicht dargestellt. Zur besseren Lesbarkeit wurde das Bohrprofil in zwei Teile geteilt und nebeneinandergestellt. Für eine Pfahlgründung sind hier Pfahleinbindetiefen bis unterhalb der unteren organischen Weichschicht von etwa 30 m zu erwarten.

Abb. 3: Tiefe Bohrung am Neuen Wall

Wallanlagen

Um den Altstadtbereich von Hamburg wurden zur Verteidigung gegen Angreifer eine Vielzahl von Wehranlagen gebaut und später, als diese nicht mehr benötigt wurden, wieder abgetragen. Die Wälle wurden aufgrund des schlechten Untergrunds z. T. auf massiven Holzpfählen errichtet, die sich immer noch im Boden befinden. Die tiefen und breiten vor den Wällen befindlichen Wallgräben wurden verfüllt. Durch die Errichtung der Wehranlagen kam es auch zu einer Teilung des aufgestauten Alstersees in die Binnen- und Außenalster. Vor der abschließenden Verfüllung der Wallgräben waren diese durch Bildung von Torf und Mudde bereits verlandet.

Bei Baumaßnahmen im Bereich der alten Wallanlagen ist daher mit mächtigeren Auffüllungen und organischen Weichschichten sowie Hindernissen in Form alter Bausubstanz zu rechnen. Bei der Planung der Baugrunderkundung und der Auswahl der Bauverfahren ist dieses zu berücksichtigen.

Entwässerungsgräben in der Elbmarsch

Einen weiteren durch den Menschen hervorgerufenen Einfluss (anthropogene Einflüsse) auf den Baugrund bilden die Entwässerungsgräben in der Elbmarsch. Diese wurden aufgrund der sehr geringen Wasserdurchlässigkeit der Böden zur Trockenlegung und landwirtschaftlichen Nutzung der Flächen durch die Siedler nach der Eindeichung der Flächen erstellt. Insbesondere im Alten Land auf der Elbsüdseite entstanden große und tiefe Gräben sowie damit die typische Beetstruktur. In den letzten Jahrzehnten wurden die Gräben zur Schaffung ebener Flächen für die landwirtschaftliche Nutzung sowie für die Anlegung von Wohngebieten wieder nahezu vollständig verfüllt. Die Verfüllung erfolgte meist unverdichtet mit den umliegenden organischen Weichschichten, sodass hier deutlich schlechtere Baugrundbedingungen vorliegen.

Die folgende Abbildung 5 zeigt eine Überlagerung einer aktuellen Flurkarte mit einer älteren Karte vor der Bebauung. Es die errichteten Wohngebäude mit größeren Gewässern und Brücken in Hamburg-Allermöhe sowie überlagert die ursprünglich vorhandene Grabenstruktur zu erkennen. Die ursprünglichen Gräben verliefen hier überwiegend in Nord-Süd-Richtung mit etwa gleichem Abstand.

Abb. 5: Alte Grabenstruktur in HH-Allermöhe

Das Reihenhaus Anna-Siemsen-Gang 80 weist aufgrund der schlechten Baugrundverhältnisse eine Pfahlgründung auf. Nur der nordöstlich anschließende eingeschossige Anbau wurde flach auf einer Bodenplatte mit einem festen Auflager im Süden am tiefgegründeten Reihenhaus errichtet. Wie auf dem folgenden Foto zu erkennen, kippt der Anbau nun vom tiefgegründeten Reihenhaus im Bereich des schlecht verfüllten Grabens weg, sodass sich zwischen Anbau und Wohnhaus eine nach oben zunehmend aufweitende Fuge gebildet hat.

Bei der Planung von Bauwerken in der Elbmarsch und bei der Baugrunderkundung sind daher unbedingt die ursprünglich vorhandenen Entwässerungsgräben zu berücksichtigen.

Abb. 6: Anbau kippt vom Wohnhaus weg