Schwierigkeiten und Herausforderungen im Spezialtiefbau
Im Spezialtiefbau geht es darum, einen Baugrund tragfähiger zu machen. Das Gebäudegewicht soll also auf tieferliegende und tragfähigere Bodenschichten übertragen werden. Für die Ausführung von Grundbau ist die Bodenmechanik von entscheidender Wichtigkeit. Die grundlegende besondere Schwierigkeit für den Spezialtiefbau liegt darin, dass Böden oft inhomogen sind und ihre Beschaffenheit vor Baubeginn nur unvollständig bekannt ist. Deshalb sind Planung und Ausführung für eine Bohrpfahlgründung oft zeitlich ineinander verzahnt. Die notwendigen Maßnahmen im Spezialtiefbau erfordern auch oft spezielle Maschinen, für deren Einsatz besondere Expertise und Erfahrung erforderlich ist. Spezialtiefbau findet eine weitere Anwendung in der Errichtung von Objekten unter dem Grundwasserspiegel.
Pfahlgründung durch Bohrpfähle und Rammpfähle
Eine klassische Methode zur Verbesserung der Tragfähigkeit von Böden ist die Verwendung von Pfählen verschiedener Form. So kann auch auf schlecht tragfähigem Grund gebaut werden. Das zu errichtende Tragwerk wird von den Pfählen getragen, denn das Gewicht wird so auf tiefere Bodenschichten abgestützt. Ein in festeren Böden vorhandener Effekt ist darüber hinaus die Reibung der Pfahlwand im Erdreich, die ebenfalls einen Teil des Gewichts aufnimmt. Hier handelt es sich um eine frühe und klassische Aufgabe aus dem Spezialtiefbau.
Rammpfähle mit Tradition und Geschichte
Die ersten Rammpfähle waren aus Holz, auf das oben oft ein Pfahlschuh aus Metall zum Einschlagen des Pfahls in den Boden angebracht wurde. Diese Methode im Grundbau reicht in die Zeit des römischen Reichs zurück und kann als eine der ersten Anwendungen von Spezialtiefbau angesehen werden. Die bekannteste Anwendung ist wohl die Stützung der Stadt Venedig, die auf hunderttausenden von Holzpfählen steht, aber auch die Lagerhäuser der Speicherstadt in Hamburg sind auf Holzpfählen gebaut. Stehen diese ganz im Wasser, können sie extrem langlebig sein: Manche der in der Römerzeit verbauten Pfähle existieren bis heute. Schwierigkeiten ergeben sich mit Holzpfählen in Wasserwechselzonen, wo sie verrotten und Tragfähigkeit einbüßen. Auch zu viel Sauerstoff durch Motorbootschrauben haben den Venediger Pfählen bereits zugesetzt. Holzpfähle sind eine Technologie im Spezialtiefbau, die in stabilen Umständen extrem langlebig ist, aber empfindlich auf Veränderungen der Umgebungsbedingungen reagiert.
Pfahlgründung in Hamburg
Die Speicherstadt in Hamburg ist ein Beispiel für schwierige Bedingungen für Bautechnik. Nahe an der Meeresküste bergen die für die Errichtung von Hafenanlagen notwendigen Maßnahmen große technische Herausforderungen und erfordern einen massiven Einsatz von Technologien aus dem Spezialtiefbau. Ein Beispiel dafür ist der in den sechziger Jahren errichtete Kaispeicher A im Hamburger Hafen. Als Grundlage wurden 1.111 Stahlbetonpfähle eingesetzt, um das Gewicht des Gebäudes und des Lagerguts tragen zu können. Mittlerweile steht an dieser Stelle die neue Elbphilharmonie, deren Bodenplatte von insgesamt 1.732 Pfählen getragen wird. In Hamburg sind auf der Grundlage solcher Erfahrungen Baufirmen entstanden, die Expertise mit solchen Bauvorhaben besitzen und auch in weit entfernten Gebieten Aufträge erhalten. Es herrschen auch an den Ufern der Alpenseen Bedingungen, deren Anforderungen im Spezialtiefbau von den örtlichen Baufirmen nicht bewältigt werden können und die deshalb oft von Hamburger Bauunternehmen übernommen werden.
Verschiedene Methoden und Techniken im Spezialtiefbau
Je nach Bodenfestigkeit wird ein Pfahl in den Boden gerammt, geschraubt, eingepresst oder auch verbohrt. Die Methode des Rammens ist in vielen Fällen keine Option, da die Erschütterungen nahestehende Objekte beschädigen können. Dann kommt eine Bohrpfahlgründung in Frage. Nach dem Material unterscheidet man im Wesentlichen drei Typen von Pfählen.
Stahlpfähle: Ihr großer Vorteil besteht in der Bruchfestigkeit, die ein Rammen auch durch harte Bodenschichten ermöglicht. Die dabei entstehenden starken Erschütterungen sind bei Bauvorhaben in Häfen oder Offshore kein Problem.
Duktilpfähle: Sie sind aus Gusseisen und können von einem Hydraulikbagger eingerammt werden. Das ist insbesondere in unwegsamem oder engem Gelände von Vorteil, da an solchen Baustellen große Pfahlgeräte nicht zum Einsatz kommen können.
Stahlbetonpfähle: Diese Systeme gehören in Deutschland zu den Technologien mit den höchsten Qualitätsstandards. Die Pfähle sind mit Kupplungen verlängerbar, was sehr tiefe Absenkungen erlaubt. Stahlbetonpfähle kommen auch bei einer Bohrpfahlgründung zum Einsatz, die Rammpfähle ersetzen kann. Statt dem Einrammen in den Boden wird bei der Bohrpfahlgründung ein unten offenes Stahlrohr in die Erde eingebohrt. Dann werden die Bohrpfähle von Erde befreit und mit Beton gefüllt. Eine typische moderne Anwendung für Bohrpfähle stellen die Fundamente vieler Windkraftanlagen dar.
Technische Details des Ablaufs der Verbauung von Fertigpfählen
Der Ablauf der Verwendung von Fertigpfählen vermittelt einen Eindruck der Schwierigkeiten, mit denen sich die Bauleute im Spezialtiefbau konfrontiert sehen. Sie unterscheiden sich wesentlich von den im Hochbau zu lösenden Problemen.
Planung: Ein Teil dieser Planung kann vor Baubeginn erstellt werden, er sollte aber bereits die nachfolgenden Schritte im Blick haben. Viele Details können erst während des Baus überhaupt erhoben werden und müssen dann in die Planung einfließen.
Fertigteilpfähle: Die optimale Lösung verwendet für die Herstellung Qualitätsstahl und normierten Beton. Für gleichbleibende Qualität ist präzises und von einem Roboter durchgeführtes Schweißen die beste Technik.
Ausführung: Sie besteht im bereits erwähnten Wechselspiel von Datenerhebung und der von diesen Daten abhängigen Durchführung. Für die ersten Pfähle und für einen kleinen Prozentsatz aller Pfähle wird üblicherweise ein großer Rammbericht erstellt. Die Daten über das Eindringen des Pfahls werden dabei für alle Rammschläge erhoben. Daraus lassen sich die notwendigen Rückschlüsse über die bodenmechanischen Verhältnisse ziehen. Für alle Pfähle sind kleine Rammberichte empfehlenswert, die sich auf die Dokumentation der Wirkung der letzten Rammschläge beschränken. Zusätzlich zu diesen Rammberichten werden Schwingungsmessungen und Probebelastungen durchgeführt.
Dokumentation: Diese deckt die Eigenschaften der Pfähle und die Details der Einrammung ab. Die Daten werden erhoben, die notwendigen Prüfungen durchgeführt und darüber Protokolle angefertigt.
