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Baugrundverstärkung nach Ausspülung in Hamburg

Umfang/Dauer
39 lfm Fundamente, 3 Arbeitstage
Einsatzort
Hamburg

Hauswand durch Starkregen weggespült

Hohe Mengen Niederschlagswasser haben in diesem Fall „die Kurve nicht gekriegt“ und sich einen eigenen Weg gesucht. Dabei rissen Sie einen Parkplatz samt Fahrzeugen und die Kelleraußenwand eines Gebäudes mit. Dabei wurde ein solches Volumen an Baugrund umgelagert, dass die Standfestigkeit des Gebäudes durch das URETEK Verfahren wiederhergestellt werden musste.

Das Ereignis ging durch die Presse, sogar überregionale Zeitungen berichteten: im Mai 2018 kam es in Hamburg zu einem starken Unwetter mit sintflutartigen Regenfällen und massiven Überflutungen. Die Wassermassen sorgten für erhebliche Bodenerosion und Unterspülungen, bei denen ein Parkplatz weggerissen wurde und die Kelleraußenwand eingestürzt ist.

Das ca. 2.200 m² große Grundstück ist etwa mittig mit zwei dreigeschossigen Baukörpern bebaut. Das Bestandsgebäude ist vollunterkellert. Die Erdgeschossebenen liegen etwa 1 m oberhalb des umliegenden Terrains, welches in südwestlicher und südlicher Richtung in die Elbmarsch abfällt. Südöstlich der Gebäude befindet sich eine PKW-Stellplatzfläche, die über eine abfallende Zufahrtsrampe an die Straße angeschlossen ist.

Starkregen führt zu Bodenerosionen

Während eines Extrem-Regenereignisses im Mai 2018 konnte die Straßenentwässerung das anfallende Niederschlagswasser nicht vollständig aufnehmen; das aus beiden Straßenrichtungen zulaufende Wasser staute sich im Straßentiefpunkt, der etwa vor dem Grundstück liegt. Der Topografie folgend wurde das Wasser nach Überstau des Tiefbords über die Rampe und die PKW-Stellplatzfläche gen Süden Richtung Gebäude und Regenrückhaltebecken geleitet. Aufgrund der großen Wassermengen sowie der anzunehmenden Fließgeschwindigkeiten erfolgten innerhalb kürzester Zeit erhebliche Bodenerosionen/Bodenaufweichungen seitlich der Giebelwand des einen Hauses. Zeitgleich wurde der Keller geflutet. Die Erosionen/Aufweichungen erfolgten sowohl im Bereich der Kellerwand als auch tieferliegend im Fundamentbereich. Der zunehmend wassergesättigte Boden seitlich der Kellerwand sowie im Bereich der rückwärtigen Fundamente ist durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Wassermassen ausgekolkt. Dann wurde im Wege der rückschreitenden Erosion die gesamte Kellerverfüllung vor der südlichen Außenwand abgetragen. Mit dem äußeren Entzug der Bodenstütze und dem folgenden einseitigen Wasserdruck innerhalb des Kellers ergab sich der nach außen gerichtete Teileinsturz der Kelleraußenwand. Als weitere Folge verschlechterte sich die natürliche Lagerungsdichte der im Gründungsbereich anstehenden, gewachsenen Sande erheblich. Diese Baugrundverformungen konnten durch die Bauwerkskonstruktion nicht schadensfrei aufgenommen werden; das Tragwerk reagierte mit erheblichen Rissbil-dungen, die als standsicherheitsgefährdend bewertet wurden.
Das weiße Mehrfamilienhaus einer Genossenschaft war nicht mehr bewohnbar. Die Wohnungen mussten sofort geräumt werden. Zur Wiederherstellung der Standsicherheit des Gebäudes erfolgte als Sofortmaßnahme auf Veranlassung des Tragwerkplaners der Einbau von sieben Stahlbetonstützen, die die aus der Giebelwand resultierenden Lasten über ein Betonfundament in die anstehenden Böden abtragen. Dieses Betonfundament wurde über mit Beton gefüllte Bigpacks in den Baugrund bzw. direkt neben den bestehenden Fundamenten eingebracht. Hierfür wurden insgesamt ca. 50 m³ Beton benötigt. Das unterkellerte Wohngebäude wurde in konventioneller Massivbauweise mit Streifenfundamenten gegründet.

Laut einem eilig durchgeführten Bodengutachten besteht der Baugrund aus gewachsenen Mittelsanden. Bis ca. 4,30 m bzw. 4,90 m weisen die Sande eine unzureichende Lagerungsdichte auf, was teils als gebietstypisch angesehen wird, größtenteils aber auch auf die Bodenumlagerungen infolge des Starkregenereignisses zurückzuführen war. So wurden ca. 1.600 m³ Boden umgelagert.

Neben den schon beschriebenen Schäden sind an einer gegenüberliegenden Gebäudeecke im Keller horizontale und abgetreppte Risse in den Wänden sichtbar. Die Entstehung wird ebenfalls auf das Starkregenereignis zurückgeführt.

Entwicklung eines Sanierungskonzepts

Die Baugrunduntersuchung ergab, dass eine unmittelbare Standsicherheitsgefährdung für das Objekt aus bodenmechanischer Sicht aktuell nicht gegeben war. Eine Neugründung ohne vorangehende Baugrundverbesserung hätte weitergehende Verformungen mit Rissbildungen am Gebäude zur Folge gehabt. Vor weiteren Bautätigkeiten am Gebäude sollte demnach der anstehende Baugrund in geeigneter Form stabilisiert werden und geeignete Maßnahmen ergriffen werden, die bei erneutem Extremwetter ähnliche Ausspülvorgänge ausschließen.
Laut Bodengutachter sollten angepasste Nachgründungen bzw. Bodenverbesserungsmaßnahmen vorgenommen werden mit dem Ziel, zukünftig die Bauwerkslasten möglichst bis in die mindestens mitteldicht gelagerten Sande abzuleiten und somit die oben liegenden locker gelagerten Sande zu überbrücken. Ein Rückstellen der Bauwerkssetzungen in die ursprüngliche Lage (z.B. Anhebung der Untergeschossstützen) wäre in einem gewissen Maße ebenfalls denkbar.

Zur Ertüchtigung des Baugrunds und der aufstehenden Gründungsteile kamen zunächst alle zementbasierten Baugrundverbesserungen in Betracht. Bei diesen Verfahren ergeben sich im Regelfall keine Hebungsmöglichkeiten, da die Injektionen, z.B. nach dem HDI-Verfahren, nur unterhalb der ruhenden Fundamente in liquidem Zustand erfolgen, hierbei also keine Schwelldrücke aufgebaut werden können. Zudem ist dieses Verfahren aufgrund der umfangreichen Baustelleneinrichtung aufwändig und somit extrem kostenintensiv. Eine alternative Ausführung zum HDI-Verfahren wäre in der vorliegenden Situation das Injizieren von Spezialschäumen oder Harzen zur Verstärkung der locker gelagerten Sande, z.B. mit dem URETEK Verfahren. Diese Kunstharzverpressungen erfordern deutlich geringere Baustelleneinrichtungs- bzw. Arbeitsräume und sind in der Regel relativ schnell und damit wirtschaftlich auszuführen. Nicht geeignet zur Sanierung wären insbesondere aufgrund der herzustellenden Tiefe alle klassischen Fundamentertüchtigungen, z.B. die Herstellung von konventionellen Unterfangungen. Bei dieser Variante müssten zudem erhebliche innere Abstützungen vorgenommen werden, die nur mit unverhältnismäßigem Aufwand und unverhältnismäßigen Kosten umsetzbar wären.

Alternativ wäre ebenfalls eine nachträgliche Tiefgründung des gesamten rückwärtigen Bauteils denkbar, jedoch vermutlich nicht wirtschaftlich ausführbar. Die aus dem Gebäude resultierenden Lasten würden hierbei mittels Pfählen in die tieferliegenden, tragfähigen Bodenschichten abgetragen werden. Nach Herstellung der Tiefgründung und Anschluss der Pfähle an das Bestandsgebäude könnten weitere Setzungen nahezu vollständig ausgeschlossen werden. Bedingt durch die geringen Platzverhältnisse wäre es daher sinnvoll, die Lasten über Mikropfähle in den tragenden Baugrund zu übertragen. Aufgrund der örtlichen Situation (erhebliche Schäden an tragenden Bauteilen) wird die Ausführung einer nachträglichen Tiefgründung aber als wenig sinnvoll erachtet und nicht weiter betrachtet.

Entscheidung für das URETEK Verfahren

Bei einem Ortstermin wurde mit Dipl.-Ing. (FH) Jens Gnauck, Technischer Berater bei URETEK, besprochen, mit Hilfe der URETEK DeepInjection®-Methode den Baugrund zu verstärken und damit den durchgehenden Kraftschluss zwischen der neuen Fundamentsohle und tragfähigem Baugrund wiederherzustellen.
Schon gut eine Woche später fuhr das URETEK Einsatzfahrzeug mit seiner völlig autarken Baustelleneinrichtung vor und die Injektionsarbeiten konnten beginnen. Im Abstand von ca. 0,80 m wurden Bohrlöcher mit Ø 16 mm gesetzt. In diese Bohrlöcher wurden Injektionslanzen bis zu 5,00 m unter Oberkante Kellerfußboden geführt. Durch die Lanzen wurde dann das Zweikomponenten-Expansionsharz flüssig und unter kontrolliertem Druck in den Baugrund gepresst. Während der Injektion wurden die Lanzen mit einem Ziehgerät langsam und gleichmäßig nach oben gezogen, um den aufgelockerten Baugrund durchgehend zu verstärken. Durch die Volumenvergrößerung der Harze wurde der Baugrund verdichtet und verspannt. Durch weitere Injektionen wuchsen die Horizontalspannungen im Boden bis auf das Maß der vertikalen Auflast an. Dabei kam es lokal begrenzt zu einer messbaren Hebungstendenz und die durch die Unterspülung entstandenen Risse konnten zum Teil wieder geschlossen werden.

Wegen der extrem kurzen Reaktionszeit der Harze und der millimetergenauen Überwachung durch Nivellierlaser konnte der ganze Prozess genau kontrolliert und gesteuert werden. Die am Bauteil befestigten Laserempfänger registrierten jede Ausweichbewegung der Baukonstruktion und der Umgebung und brachten damit den Nachweis für den Zuwachs der Untergrundtragfähigkeit unter der zu diesem Zeitpunkt herrschenden Belastung.

So wurden ca. 39 lfm Fundamente bearbeitet, für die das URETEK Team lediglich drei Arbeitstage benötigte. So konnte anschließend zügig mit der Renovierung der betroffenen Wohnungen begonnen werden, die auch zum Teil durch Risse in den Wänden in Mitleidenschaft gezogen wurden. Mittlerweile sind alle Bewohner wieder in ihre Wohnungen zurückgekehrt.

“Durch die schnelle Reaktion von URETEK und die zügige Ausführung hielt sich der Mietausfall für uns in Grenzen.”
Peter Walek, Gemeinnützige Baugenossenschaft Bergedorf-Bille eG