FH Hannover Verfahrenstechnik Stefan Hauke

Unterfangungen von Bauwerken nach DIN 4123

Begriffsdefinition:

Unterfangen bedeutet, ein vorhandenes Bauteil (z. B. Wand oder Fundament) gegen Absinken oder Abrutschen durch Stützung zu sichern.

Bei der Errichtung eines Bauwerkes unmittelbar neben einem bereits vorhandenen Gebäude müssen die Fundamente des Altbaues unterfangen werden, wenn die Gründungssohle des Neubaues tiefer als die des Altbaues geplant ist. Arten der Unterfangung:

Für die Ausführung einer Unterfangung stehen verschiedene technische Verfahren zur Verfügung:

• herkömmliche Unterfangung (DIN 4123),

• Verpresspfähle mit kleinem Durchmesser (DIN 4128),

• Bodenverfestigung (Einpressen von Injektionsmitteln nach DIN 4093),

• Bodenvernagelung (bei Felssicherung)

• Unterfangungen mit Vollsicherung

• Unterfangungen mit Vollsicherung bei unzugänglichem Keller

Voruntersuchungen und Überlegungen vor Bauausführung Da Unterfangungsarbeiten in der Regel wegen ihres hohen Zeitaufwandes und der hohen Ausführungsrisiken sehr kostenträchtig sind, sollte man sich vor Auswahl des Verfahrens zur Unterfangungserstellung Gedanken über Kauf oder Stilllegung des betroffenen Gebäudes machen, damit geprüft werden kann, ob ein Abriss und anschließender Neubau nach Abschluss der untertägigen Arbeiten wirtschaftlicher ist. Diese Frage ist aber im Bereich von innerstädtischen Bebauungen kaum von Bedeutung, da die vorhandene Nachbarbebauung (Wohnungen, Geschäfte, Büros, etc.) auch während der Bauzeit genutzt werden soll. Hier einige der wichtigsten Bewertungsfaktoren:

• Betriebswert des Bauwerks:

- dieser ist bei unbewohnten Baudenkmälern am geringsten und bei gewerblich genutzten Bauten am höchsten

- ein Sonderfall ist die zeitweise nötige Abschaltung von empfindlichen Maschinen im Rahmen der Baumaßnahme

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• Statischer Zustand und Art der Gründung:

- bei Neubauten in der Regel kein Problem, da ausreichend Planungsunterlagen (Geotechnische Gutachten, Bohrprofile, etc.) vorhanden sind, aus denen der Kräftefluss klar nachvollzogen werden kann

- bei Altbauten sind oft keine Unterlagen mehr vorhanden oder nicht mehr aussagekräftig, weil Umbaumaßnahmen den Kräftefluss innerhalb des Gebäudes verändert haben. Das Gebäude muss dann im Rahmen eines Beweissicherungsverfahrens nach DIN 4107 (evtl. mit Fotos) vollständig neu aufgenommen und statisch nachgerechnet werden

- von sehr großer Bedeutung ist der Stand des Grundwassers und Schichten von Fließsanden, die eine klassische Unterfangung kaum mehr möglich machen oder weitere Baubehelfe (z. B. Spundwände) nötig werden

• Baulicher Zustand

- es sollte auf jeden Fall eine außergerichtliche Beweissicherung durchgeführt werden, in der vorhandene Risse (Messung der Rissbreiten) und Schadstellen an vorhandenen Gebäuden aktenkundig gemacht oder durch Gipsmarken gesichert werden sollten

- wichtig sind auch vorliegende Setzungs- und Verkantungsmessungen, die im Laufe des Baufortschrittes fortgeführt werden können und sehr frühzeitig Änderungen (Setzungen) erkennbar machen

- es muss auch die Qualität der tragenden inneren Bauteile (Wandaufbauten, Deckenauflager, etc.) geprüft werden, da bei Unterfangungen jeder Art mit Setzungen oder geringfügigen Schiefstellungen zu rechnen ist; dies kann mittels Kernbohrungen geschehen

• Denkmalschutz

- bei Gebäuden solcher Art muss geprüft werden, in wie fern Änderungen am Bestand durchgeführt werden dürfen und wie sich die neuen Bauteile in den Altbestand eingliedern. Auch eine teilweise Zerlegung einzelner Gebäudeteile sollte nicht außer Acht gelassen werden.

• Rechtslage

- es gibt keine speziellen Regelungen zu Unterfangungen, es sind aber bei der Planung und Ausführung folgende Gesetze nach Bürgerlichen Gesetzbuch zu beachten:

Nutzung“

- deshalb ist es ratsam die Planung und Ausführung in gutem Einverständnis mit den Nachbarn vorzunehmen und eine Genehmigung für die Benutzung von Nachbargrundstücken einzuholen

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- alle Fragen bzgl. des Bauvorhabens sind vor Durchführung der Maßnahme schriftlich festzuhalten und in beiderseitigem Einvernehmen geklärt werden

- der Architekt unterliegt der Pflicht, den Auftraggeber auf alle denkbaren Risiken der Ausführung hinzuweisen Beschreibung der Unterfangungsarten Die klassische Unterfangung nach DIN 4123 bis 5,00 m Tiefe Bei dieser Art der Ausführung sind immer die Eingangsbedingungen nach DIN 4123 (1) zu beachten, die da wie folgt lauten:

„... Norm gilt für Ausschachtungen und Gründungsarbeiten in nichtbindigen und bindigen Böden neben stehenden Gebäuden, wenn ...“

- es sich um Wohn- oder Bürogebäude mit nicht mehr als 5 Vollgeschossen handelt

- die Wände der Gebäude auf Streifenfundamten gegründet sind und als Scheibe wirken

- überwiegend lotrechte Lasten übertragen werden

- die neue Baugrube nicht tiefer als 5,00 m unter der bestehenden Geländeoberfläche liegt

Bild 1

Das oben gezeigte Bild stellt eine Unterfangung nach DIN 4123 ohne erforderlichen Nachweis der Abgrabung statt. Diese Ausführung kann nur bei standfesten Böden und bei entsprechenden Platzverhältnissen angewendet werden. Da diese oft nicht gegeben sind, muss geprüft werden, in wie fern eine senkrechte Abgrabung zum Tragen kommt. Die geforderte Berme von 2,00 m Breite soll einen Grundbruch verhindern und die Verformungen bei der Schubspannungsumlagerung möglichst klein zu halten. Nicht zu vernachlässigen ist aber die Gefahr des „Ausfließens“ bei feinsandigen, schluffigen Bodenarten.

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Zu beachten ist in diesem Zusammenhang auch die geforderte Einbindetiefe von 0,50 m, die nach Anmerkung der DIN 4123 (2) kritisch zu sehen ist: „Maßnahmen ... verhindern jedoch geringfügige Bewegungen... nicht.“ Deshalb sind zusätzlich Maßnahmen nach Abschnitt 5.6 notwendig, die wie folgt ausgeführt werden können: Sicherungsmaßnahmen

Nach den Vorgaben der DIN 4123 (5.6) sind bei Ausschachtungen, Gründungen und Unterfangungen längs einer Wand folgende Sicherungsmaßnahmen gegen Setzungen und Verformungen je nach Art der Gefährdung für das Bauwerk möglich:

- Verbesserung oder Sicherung des Verbundes zwischen der zu unterfangenen wand und deren Querwänden und Decken

- Rückverankerung gefährdeter Gebäudeteile gegen solche, die nicht im Einflussbereich der Baumaßnahme liegen, wie folgende Beispielskizzen deutlich machen sollen:

Bild 2: Abstützung einer Wand bei fast vollständiger Unterfangung durch Quersteifen verankert auf einem in Boden verankerten Gründungs-

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Bild 3: Abstützung einer Wand bei fast vollständiger Unterfangung durch Quersteifen verankert auf einem in Boden verankerten Gründungs-

- Versteifung gefährdet ist

- Verankerung des bestehenden Gebäudes gegen bereits fertiggestellte oder vorhandene Gebäudeteile (ggf. auch Nachbarbebauung), wie folgende Skizze anschaulich macht:

Bild 4: Abstützung gegen eine vorhandene Bebauung

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Bei Gewölben kann eine Sonderlösung durch anbringen von nachstellbaren Spanngliedern gewählt werden:

Alle Sicherungsmaßnahmen sind vor Baubeginn mit großer Gewissenhaftigkeit auszuführen. Es empfiehlt sich, alle Sicherungsmaßnahmen mit nachstellbaren Elementen, z. B. Spannglieder oder hydraulische Pressen, zu versehen, damit die Möglichkeit besteht, auf Änderungen während der Bauphase zu reagieren. Bauausführung

Soll eine Unterfangung nach DIN 4123 ausgeführt werden, so ist das abschnittsweise ausheben, bzw. untergraben der zu unterfangen Wand bzw. des Fundaments zu beachten, die in folgendem Bild 6 dargestellt ist:

Bild 6 bauing-o-din4123.doc Seite 7 von 7

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Wichtig ist, zu erwähnen, dass laut DIN 4123 (6.4.4) die Abschnitte mit der höchsten Belastung, z. B. im Bereich von Ecken und Querwänden, zuerst zu unterfangen sind. Damit werden die unnachgiebigsten Lagerpunkte geschaffen, die sich günstig auf die sich summierenden Setzungen aus den anderen Unterfangungsabschnitten auswirken und diese gering halten. Die einzelnen Felder dürfen bei der klassischen Unterfangung nicht breiter als 1,25 m sein und die Mindestabstände der einzelnen Felder müssen eingehalten werden (siehe Bild6).

Das folgende Bild 7 zeigt die verschiedenen Aushubgrenzen einer Unterfangung nach DIN 4123 einschließlich des neuen Fundaments:

Bild 7

Maßgebend ist der Abschnitt 6 der DIN 4123 in dem diese Regelungen niedergeschrieben sind. Im folgenden eine Zusammenfassung der wichtigsten Angaben:

- Die Oberfläche der Berme muss mindestens 0,5 m über der Unterkante des vorhandenen Fundaments liegen

- Sie darf nicht tiefer als die Oberkante des Kellerfußbodens des benachbarten Gebäudes liegen

- Die Mindestbreite der Berme muss 2,00 m betragen

- Die Neigung des Erdkörpers darf nicht steiler sein als 1 : 2

- Der Grundwasserstand muss während der Bauausführung mindestens 0,5 m unter der geplanten Gründungssohle liegen bauing-o-din4123.doc Seite 8 von 8

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- sollte ein Verbau im Bereich des Erdblocks nötig sein, so ist er nach DIN 4124 auszuführen (siehe Bild 8), wenn der Boden nicht standfest genug ist oder der Höhenunterschied zwischen Oberfläche Berme und Oberkante Fundament bzw. Grabensohle mehr als 1,25 m beträgt

- Bild8: Verbau im senkrechten Erdblockbereich

Bei der Herstellung der eigentlichen Unterfangung, die aus Mauerwerk (Vollsteine Mz 150 nach DIN 105 oder KSV 150 nach DIN 106 mit MG III nach DIN 1053), Beton oder Stahlbeton (nach DIN 1045) bestehen kann, muss darauf geachtet werden, dass die Gründungssohle nicht aufgelockert ist und die einzelnen Abschnitte der Unterfangung müssen nach einem Arbeitsgang so gut wie möglich miteinander verbunden werden. Hierbei muss auf eine sichere kraftschlüssige Verbindung geachtet werden, die durch verpressen, vermörteln oder verkeilen hergestellt werden kann. Anbei einige Fotos zum besseren Verständnis:

Bild 9 und Bild 10: Abschnitte einer Unterfangung bauing-o-din4123.doc Seite 9 von 9

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Weitere Unterfangungsarten nach DIN 4123

Ist es nicht möglich ein Gebäude mit nach den Richtlinien der DIN 4123 herstellen oder muss man diese mit anderen Verfahren, wie z. B. Injektionsverfahren kombinieren, wird von Unterfangungen mit Teil- oder Vollsicherungen gesprochen. Die Ausführung ist in Teilbereichen wesentlich schwieriger als in der klassischen Ausführungsweise und wird in dieser Arbeit nur kurz angesprochen.

Durch Fehleinschätzungen von Fundamentlasten, Schwächung oder Zerstörung von Gründungskörpern und Fehlbeurteilung oder Veränderung des Baugrundes können Unterfangungsarbeiten auch als Fundamentverbreiterung ausgeführt werden:

Dies ist auch im Bereich von Einzelnfundamenten möglich, die z. B. durch Aufstockungen von Gebäuden mehr belastet werden, als ursprünglich vorgesehen. Hier die Konstruktion zur vorübergehenden Lastabtragung sehr aufwendig:

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Diese Verfahren können nur in Böden mit hoher Tragfähigkeit, also bindigen oder nichtbindigen Böden mit dichter Lagerung angewendet werden, da nur geringe Setzungen zu erwarten sind.

Ein weiteres Verfahren ist das Einbringen von sog. Kleinbohrpfählen:

Bild 12 und Bild 13: Grundriss und Querschnitt durch eine Pfahlunterfangung Es werden links und rechts der zu unterfangenden Wand Kleinbohrpfähle gesetzt, auf die Längsbalken aus Stahlbeton gesetzt werden. Die Last aus der Wand wird über einen Stahlträger eingeleitet. Diese Ausführung findet Anwendung bei Einzel- und Streifengründungen. Einen ähnliche Ausführung ist die Ausbildung von Sprengwerken, die hier nicht näher behandelt werden.

Der Vollständigkeit halber hier noch ein Verfahren außerhalb des Geltungsbereichs der DIN 4123: Unterfangung durch Injektion:

Bild 14: Injektionsverfahren

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Zusammenfassung :

Bei Unterfangungsarbeiten nach DIN 4123 ist in jeder Phase der Planung, Ausführung oder Überwachung ist eine sehr enge Zusammenarbeit zwischen allen am Bau Beteiligten erforderlich. Besonders wichtig ist das Zusammenspiel zwischen Tragwerksplanern und Baugrundgutachtern. Zu beachten sind auch die Maßnahmen gegenüber den Eigentümern der Nachbarbebauungen und die Einhaltung der genannten Paragraphen des BGB. Eine Unterfangung ist sehr zeitaufwendig und die Risiken von Bauschäden sehr hoch, was diese Arbeiten sehr teuer macht. Es kann kein „Rezept“ zur Ausführung einer Unterfangung aufgestellt werden, da die Einflüsse auf Fundamente, Nachbarbebauung und Bodenverhältnissen, sowie des zu wählenden Verfahrens, immer wieder neu stellen.

Die nachfolgende Skizze macht deutlich, warum Unterfangungen dennoch unvermeidbar sind:

Bild 15: Mögliche Schadensbilder

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