Geotechnischer Bericht - Stadt Witten · Neubau des ARDEX-Towers in Witten Seite 5 von 42 [5]...

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Geschäftsführer: Dipl.-Geol. Axel Nolte Beratender Geowissenschaftler BDG

Von der Industrie- und Handelskammer Mittleres Ruhrgebiet

öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger Mitglied des Gutachterausschusses für Grundstückswerte

für Bodenuntersuchungen auf Schadstoffbelastungen im Ennepe-Ruhr-Kreis mit der Stadt Witten

Kämperfeld 11

D-58456 Witten

Telefon (0 23 02) 7 20 44

Telefax (0 23 02) 7 20 45

E-Mail: [email protected]

Internet: www.nolteconsult.de

Sitz der Gesellschaft: Witten

Amtsgericht Bochum HRB 10600

Geotechnischer Berichtfür den Neubau

des ARDEX-Towersin Witten

Projektteam:

Dipl.-Geol. Axel Nolte (Nolte Consult GmbH)Prof. Dr.-Ing. Thomas Richter (GuD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH)

Dr.-Ing. Ralf Glasenapp (GuD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH)

ARDEX Anlagen GmbH

P16111.500

27.07.2017

Dieses Gutachten umfasst 42 Textseiten, 15 Anlagen und 9 Anhänge.Es ist nur für die Projektbeteiligten bestimmt, darf nicht auszugsweise vervielfältigt und nur für den angegebenen Zweck verwendet werden.

Eine Haftung gegenüber Dritten wird ausdrücklich ausgeschlossen.

Geotechnischer Bericht P16111.500 vom 27.07.2017Neubau des ARDEX-Towers in Witten

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InhaltsverzeichnisSeite

1 Problemstellung ..................................................................................................................................4

2 Unterlagen...........................................................................................................................................4

3 Baugrundstück und Bauwerk ..............................................................................................................8

4 Geotechnische Kategorie....................................................................................................................9

5 Untersuchungsprogramm und -methodik............................................................................................9

6 Untersuchungsergebnisse ................................................................................................................11

6.1 Geologie............................................................................................................................................11

6.2 Bergbau.............................................................................................................................................11

6.3 Grundwasserverhältnisse..................................................................................................................12

6.4 Untergrundaufbau .............................................................................................................................14

6.5 Charakteristische Boden- und Felskennwerte ..................................................................................16

6.6 Lagerungsdichte................................................................................................................................23

7 Gründung ..........................................................................................................................................24

7.1 Tower ................................................................................................................................................24

7.1.1 Gründungsempfehlung......................................................................................................................24

7.1.2 Hinweise zur Bemessung..................................................................................................................25

7.1.3 Setzungen und Mitnahmeverformungen...........................................................................................27

7.2 Tiefgarage .........................................................................................................................................27

7.2.1 Gründungsempfehlung......................................................................................................................27

7.2.2 Hinweise zur Bemessung..................................................................................................................27

7.2.3 Verformungsverträglichkeiten/Mitnahmesetzungen..........................................................................29

8 Baugrube...........................................................................................................................................30

8.1 Grundlagen .......................................................................................................................................30

8.2 Wasserhaltung ..................................................................................................................................31

8.3 Baugrubenwandkonstruktionen ........................................................................................................32

8.4 Sicherung von Nachbargebäuden ....................................................................................................35

9 Bauausführung..................................................................................................................................35

9.1 Wasserrechtliche Genehmigungen...................................................................................................35

9.2 Gründungsplanum.............................................................................................................................36

9.3 Bohrarbeiten......................................................................................................................................36

9.4 Erdarbeiten........................................................................................................................................37

9.5 Erschütterungen durch Bauverfahren ...............................................................................................37

9.6 Nachbarbebauung und Leitungen.....................................................................................................37

9.7 Trägerbohlwandverbau .....................................................................................................................38

9.8 Grundwassermessstellen..................................................................................................................38


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9.9 Düsenstrahlarbeiten ..........................................................................................................................39

9.10 Schlitzwandarbeiten ..........................................................................................................................39

9.11 Bauwerksabdichtung.........................................................................................................................39

9.12 Geothermie .......................................................................................................................................39

9.13 Homogenbereiche.............................................................................................................................40

10 Schlussbemerkungen........................................................................................................................40

Anlagenverzeichnis ...........................................................................................................................42

Anhangverzeichnis............................................................................................................................42

[ ] Die Zahlen in eckigen Klammern entsprechen Literaturhinweisen in Kapitel 2.


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1 Problemstellung

Die ARDEX Anlagen GmbH plant auf dem Werksgelände 1 an der Friedrich-Ebert-Straße in Witten

(Anlage 1) den Neubau des ARDEX-Towers.

Für die Errichtung des Verwaltungsgebäudes mit 24 Hoch- und 2 Tiefebenen sowie einer doppel-

geschossigen Tiefgarage (Anlage 2) [1] müssen mehrere Büro- und Produktionsgebäude zurückgebaut

werden.

Die Nolte Consult GmbH ist mit Beratungs- und Gutachtervertrag vom 28.03.2017 mit der geotechnischen

Betreuung beauftragt worden, wobei die Erstellung des Geotechnischen Berichtes in Kooperation mit der

GuD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH erfolgte, die bereits für die Planung der Baugrube und der

Unterfangungsmaßnahmen im Rahmen des Rückbaus bestehender Gebäude zuständig ist.

Der vorliegende Geotechnische Bericht beschreibt die örtlichen Baugrundverhältnisse und gibt Gründungs-

empfehlungen für den Neubau des Towers. Die bereits erstellten Berichte P16111.220 vom 07.04.2017,

P16111.255 vom 19.04.2017, P16111.385 vom 01.06.2017 sowie P16111.435 vom 26.06.2017 werden

durch das vorliegende Gutachten ersetzt.

2 Unterlagen

Für die Bearbeitung des Gutachtens wurden die folgenden Unterlagen herangezogen:

[1] Lagepläne zum Bauvorhaben, Stand: 07.07.2017

Architekturbüro Gerhard Spangenberg

[2] ARDEX-Tower Witten. Erläuterungsbericht Vorplanung, Stand: 17.06.2017

Schlaich Bergermann Partner

[3] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2015): DIN EN 1997-1, Eurocode 7 – Entwurf,

Berechnung und Bemessung in der Geotechnik – Teil 1: Allgemeine Regeln.

[4] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2007): DIN EN 1997-2, Eurocode 7 – Entwurf,

Berechnung und Bemessung in der Geotechnik – Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Bau-

grunds.


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[5] Erfahrungen und Archivunterlagen der Nolte Consult GmbH und der GuD Geotechnik und Dynamik

Consult GmbH.

[6] Stellungnahme vom 08.02.2017 zur Kampfmittelbelastung des Baugeländes

Bezirksregierung Arnsberg

[7] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2017): Handbuch der Bodenuntersuchung: Terminologie,

Verfahrensvorschriften und Datenblätter, physikalische, chemische, biologische Untersuchungs-

verfahren: gesetzliche Regelwerke.

[8] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2015): Handbuch Eurocode 7, Geotechnische Bemessung

– Band 1: Allgemeine Regeln, 2. Auflage, 2015

[9] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2011): Handbuch Eurocode 7, Geotechnische Bemessung

– Band 2: Erkundung und Untersuchung, 2011

[10] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2017): DIN EN 206: Beton – Festlegung, Eigenschaften,

Herstellung und Konformität; Januar 2017.

[11] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2013): DIN EN ISO 22476-1 + Cor. 1: 2013: Geo-

technische Erkundung und Untersuchung – Felduntersuchungen – Teil 1: Drucksondierungen mit

elektrischen Messwertaufnehmern und Messeinrichtungen für den Porenwasserdruck,

Oktober 2013.

[12] Umfeld der geplanten Hallenerweiterung 63.4/5 auf dem Betriebsgelände der ARDEX GmbH in

Witten-Annen. Gefährdungsabschätzung P100202.312 der Nolte Consult GmbH vom 01.03.2012.

[13] Umgang mit Boden- und Grundwasserverunreinigungen im Umfeld der geplanten Hallenerweiterung

63.4/5 auf dem Betriebsgelände der ARDEX GmbH in Witten-Annen. Maßnahmenkonzept

P100202.419 der Nolte Consult GmbH vom 14.08.2012.

[14] Grundwasseruntersuchungen auf dem Werksgelände 1 der ARDEX GmbH in Witten-Annen.

Sachstandsbericht P121201.825 der Nolte Consult GmbH vom 30.05.2017

[15] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2011): DIN EN 1998-1/NA:2011-01 Nationaler Anhang

Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 1: Grundlagen, Erdbeben-

einwirkungen und Regeln für Hochbau, 2011


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[16] Geologisches Landesamt Nordrhein-Westfalen (1980): Geologische Karte von Nordrhein-Westfalen

1 : 25.000, Blatt 4510 Witten.

[17] Stellungnahme vom 04.01.2017 zur Bergbausituation

Bezirksregierung Arnsberg, Abteilung 6 Bergbau und Energie in NRW

[18] Landesoberbergamt (1797): Charta des Wetterschen Bergamts Reviers (so genannte Niemeyer-

sche Karte)

[19] Werksgelände 1 der ARDEX GmbH in Witten-Annen. Bericht P121201.543 der Nolte Consult GmbH

vom 26.01.2015 über einen Pumpversuch

[20] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2010): DIN 1055-2:2010-11 Einwirkungen auf Tragwerke -

Teil 2: Bodenkenngrößen

[21] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2013): DIN 4123: Ausschachtungen, Gründungen und

Unterfangungen im Bereich bestehender Gebäude; April 2013.

[22] Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. (2012): Empfehlungen des Arbeitskreises „Pfähle“ (EA-

Pfähle); 2. Auflage, Ernst & Sohn.

[23] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2007): DIN EN 15237:2007-06 Ausführung von

besonderen Arbeiten (Spezialtiefbau) – Vertikaldräns

[24] Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. (2012): Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“

(EAB); 5. Auflage, Ernst & Sohn.

[25] Grundbautaschenbuch, Band 2, 6. Auflage, Kapitel 2.5 - Verpressanker, Ernst & Sohn, 2009

[26] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2015): DIN EN 12699:2015-07 Ausführung von Arbeiten

im Spezialtiefbau – Verdrängungspfähle

[27] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2015): DIN EN 1536: Ausführung von Arbeiten im Spezial-

tiefbau – Bohrpfähle; Oktober 2015.

[28] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2015): DIN EN 14199: Ausführung von Arbeiten im

Spezialtiefbau – Mikropfähle; Juli 2015.


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[29] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2014): DIN EN 1537:2014-07 Ausführung von Arbeiten im

Spezialtiefbau – Verpressanker

[30] ZTV E – StB 09: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im

Straßenbau, Ausgabe 2009

[31] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2016): DIN 4150-3:2016-12 Erschütterungen im Bau-

wesen - Teil 3: Einwirkungen auf bauliche Anlagen.

[32] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (1999): DIN 4150-2:1999-06 Erschütterungen im Bau-

wesen - Teil 2: Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden

[33] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2015): DIN 4093:2015-11 Bemessung von verfestigten

Bodenkörpern – Hergestellt mit Düsenstrahl-, Deep-Mixing- oder Injektions-Verfahren

[34] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2001): DIN EN 12716:2001-12 Ausführung von

besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) – Düsenstrahlverfahren

[35] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2013): DIN 4126:2013-09 Nachweis der Standsicherheit

von Schlitzwänden und Beiblatt 1: Erläuterungen

[36] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2014): DIN 4127:2014-02 Erd- und Grundbau – Prüf-

verfahren für Stützflüssigkeiten im Schlitzwandbau und für deren Ausgangsstoffe

[37] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2015): DIN EN 1538:2015-10 Ausführung von Arbeiten im

Spezialtiefbau – Schlitzwände

[38] Triantafyllidis, T., Vogelsang, J. und Grandas-Tavera, C.E.(2011): Zur Standsicherheit suspensions-

gestützter Eckschlitzwandelemente, Bautechnik 88, Heft 9, S. 617-626

[39] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2011): DIN 18195-6: Bauwerksabdichtungen – Teil 6:

Abdichtungen gegen von außen drückendes Wasser und aufstauendes Sickerwasser; Bemessung

und Ausführung; Dezember 2011.

[40] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2016): DIN 18300: VOB Vergabe- und Vertragsordnung

für Bauleitungen – Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) –

Erdarbeiten, September 2016.


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3 Baugrundstück und Bauwerk

Der ARDEX-Tower ist auf dem Werksgelände 1 der ARDEX GmbH nördlich der Friedrich-Ebert-Straße in

Witten geplant.

Nach Norden wird der Baubereich durch die Bestandshallen 31.1 und 63.1 begrenzt. Es ist geplant, die

Gebäudegrenze des Neubaus an dieser Seite nahe an den Bestand heranzuführen. Der Baugrubenverbau

wird damit im Einflussbereich der Bestandsfundamente der benachbarten Gebäude liegen (Anlage 2).

Westlich des Baubereichs befindet sich das Gebäude 15, östlichen bestehen LKW-Zufahrten zur Misch-

anlage 7. Im Süden grenzt das Baufeld direkt an die Friedrich-Ebert-Straße.

Derzeit befinden sich auf dem Gelände mehrere Bestandsgebäude, die in zwei Phasen zurückgebaut

werden sollen. In der ersten Phase ist geplant, das Gebäude 01.1, das Bürogebäude 25, das

Gebäude 21/22, das ehemalige Sozialgebäude 24/52 und die Containerhalle 63.3 abzureißen. In einer

weiteren Phase soll später das Gebäude 12/14 mit der noch in Betrieb befindlichen Mischanlage 2 westlich

des geplanten Towers zurückgebaut werden.

Die im Wesentlichen ebene Geländeoberfläche liegt zwischen ca. +108 und +109 mNN.

Geplant ist die Errichtung eines Hochhauses für Büroflächen mit 24 Hoch- und 2 Tiefebenen mit einer

Gebäudehöhe von OKFF +90,00 m [1]. Das Hochhaus mit seinen annähernd quadratischen Grundriss-

abmessungen hat eine Fläche von ca. 723 m², die rechteckförmige Fläche des gesamten unterkellerten

Bereichs mit der Tiefgarage umfasst ca. 1740 m².

Die OKFF entspricht +109,85 mNN [1]. Östlich und westlich um das zentral auf dem Grundstück geplante

Hochhaus sind zweigeschossige Tiefgaragenbereiche vorgesehen, die sich in einem gemeinsamen Keller-

kasten über den gesamten Bebauungsbereich erstrecken.

Die Gründungssohle ist nach aktueller Planung im Bereich des Hochhauses bei ca. +101,25 mNN an-

gegeben, im Bereich der Tiefgarage bei ca. +102 mNN [2].


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4 Geotechnische Kategorie

Die geplante Baumaßnahme ist nach Eurocode 7 [3] [4] in die Geotechnische Kategorie GK 3 einzuordnen.

Gründe für diese Einstufung sind die stark unterschiedlich mächtigen Bodenschichten (Schluff sowie Ton-

und Sandstein), die komplexe Grundwassersituation, die hoch belasteten Gründungskörper unter dem

Tower sowie die anspruchsvolle Auftriebssicherung der Tiefgaragenbereiche [5].

5 Untersuchungsprogramm und -methodik

Zur Erkundung der Art und Zusammensetzung des Untergrundes und zur Gewinnung von Boden- und Fest-

gesteinsproben sind nach dem Eingang der Kampfmittelfreigabe der Bezirksregierung Arnsberg

(Anhang 1) [6] unter Berücksichtigung der entsprechenden Verfahrensvorschriften [7] [8] [9] von

Mitarbeitern der Bohrunternehmen Kancev GmbH und Fluhme & Sohn GmbH sieben Aufschlussbohrungen

(AB 1 bis 7) niedergebracht worden (Anlage 3 sowie Anhänge 2 und 3).

Aus den Bohrungen sind durchgehende Bohrkerne gewonnen und in Kernkisten eingelagert worden

(Anlage 4).

Sämtliche Feststoffproben sind aus geologischer und bodenmechanischer Sicht angesprochen und beurteilt

worden. An einer Auswahl der Proben (Tabelle 1) sind anschließend im Erdbaulabor Göttingen und im

Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik der TU Berlin Laborversuche zur Ermittlung der boden- und fels-

mechanischen Kennwerte durchgeführt worden (Anhang 4).

Die Aufschlussbohrungen AB 5, 6 und 7 (Anlage 5) sind zu Grundwassermessstellen (GWM 14 bis 16) aus-

gebaut worden, die das Grundwasser in den Überlagerungsschichten erfassen.

Zur Beurteilung der Stahl- und Betonaggressivität [10] sind von Mitarbeitern des Bohrunternehmens

Geoconcept 7 Wasserproben aus den Grundwassermessstellen im Umfeld des geplanten Towers ent-

nommen (Anhang 5) und der SEWA Laborbetriebsgesellschaft mbH zur chemischen Analytik (Anhang 6)

angeliefert worden.

Zur Beurteilung des Spitzenwiderstandes und der Mantelreibung in den anstehenden Lockergesteinen sind

am 22.03.2017 von Mitarbeitern der Keller Grundbau GmbH an sechs Ansatzstellen Drucksondierungen

(CPT) [11] (Anlage 3 und Anhang 7) durchgeführt worden, wobei die Sondierung CPT 3 trotz Umsetzens

aufgrund von Rammhindernissen in der anthropogenen Auffüllung nicht auf Tiefe gebracht werden konnte.


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Am 16.05.2017 sind die Ansatzstellen der direkten und indirekten Aufschlüsse vom ÖbVI Wolfgang Jez

nach ihrer Lage und Höhe eingemessen worden (Anlage 3 und Anhang 8).

Tabelle 1: Probenauswahl

ProbeNr.

Tiefe (m)von – bis

Wasser-gehalt

Korn-verteilung

Trocken-dichte/

Rohdichte1

Zustands-grenzen

OrganischerAnteil

EinaxialeDruck-

festigkeit

Kompres-sionsver-

halten

undränierteScher-

festigkeit

dränierteScher-

festigkeit

AB 1/1 1,80 – 4,00 x x x x

AB 1/2 9,20 – 9,70 x x x x

AB 1/3 9,70 – 10,00 x x x

AB 1/4 13,80 – 16,00 x x x x

AB 1/6 30,70 – 31,00 x1 x

AB 1/7 33,35 – 33,60 x1 x

AB 1/9 44,00 – 44,40 x1 x

AB 2/1 3,70 – 4,40 x x x

AB 2/2 9,40 – 9,70 x x x

AB 2/3 9,70 – 10,00 x x x

AB 2/4 15,00 – 16,00 x x x

AB 2/5 16,00 – 16,30 x x x

AB 2/11 45,20 – 45,50 x1 x

AB 2/12 14,00 – 14,30 x x x x x x

AB 2/13 18,00 – 18,30 x x x x x x

AB 3/1 4,50 – 8,00 x x x x

AB 3/2 10,00 – 10,25 x x x

AB 3/3 14,00 – 14,25 x x x

AB 3/4 9,00 – 14,00 x x x x

AB 3/5 16,00 – 18,50 x x x x

AB 3/6 18,50 – 18,75 x x x

AB 3/7 31,30 – 31,60 x1 x

AB 3/11 55,60 – 55,90 x1 x

AB 5/1 13,00 – 13,25 x x x

AB 5/2 18,50 – 18,75 x x x

AB 5/3 29,00 – 29,20 x1 x

AB 5/4 33,35 – 33,60 x1 x

AB 6/1 3,50 – 3,80 x x x

AB 6/2 12,00 – 12,30 x x x

AB 7/2 4,70 – 5,00 x x x x x x

Versuchsanzahl 22 12 9/81 13 9 8 3 3 10

Im Vorfeld der Errichtung der Werkshallen 63.4 und 63.5 nördlich des geplanten Towers sind im Jahr 2010

schädliche Bodenveränderungen angetroffen worden, die zur Erstellung der Gefährdungsabschätzung

P100202.312 vom 01.03.2012 [12] geführt haben.

Anschließend ist das Maßnahmenkonzept P100202.419 vom 14.08.2012 [13] umgesetzt worden, dem von

der Unteren Bodenschutzbehörde und der Unteren Wasserbehörde des Ennepe-Ruhr-Kreises mit

Schreiben vom 16.08.2012 zugestimmt worden war.


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Die schädlichen Bodenveränderungen durch Aromaten (BTEX) und polycyclische aromatische Kohlen-

wasserstoffe (PAK), deren ungefähre horizontale Ausdehnung dem Isolinienplan mit Voronoi-Struktur

(Anlage 6) zu entnehmen ist, sind mit der behördlichen Auflage im Untergrund verblieben, ihre Immobilität

durch ein Grundwassermonitoring im – mittlerweile – halbjährlichen Rhythmus nachzuweisen [14].

Im Rahmen der Pfahlbohr- und Bodenaushubarbeiten für die Tiefgarage des Towers müssen die schäd-

lichen Bodenveränderungen aus arbeitsschutz- und abfallrechtlicher Sicht beachtet werden.

Nach dem Abschluss der Eingrenzungsuntersuchungen werden die Ergebnisse in ein entsprechendes

Entsorgungskonzept sowie einen Arbeits- und Sicherheitsplan einfließen.

6 Untersuchungsergebnisse

6.1 Geologie

Regionalgeologisch ist das Areal der subvariszischen Saumsenke des Rheinischen Schiefergebirges und

gleichzeitig der Erdbebenzone 0 zuzuordnen [5] [15].

Unter anthropogenen Auffüllungen und quartären Ablagerungen folgen in einer Tiefe von rd. 25 m die

gefalteten Schichten des flözführenden Oberkarbons.

Die Ton-, Schluff- und Sandsteine mit eingeschalteten Kohleflözen der Wittener Schichten des Westfal A

fallen am Südflügel der Hamburger Mulde flach nach Nordwesten ein [16].

6.2 Bergbau

Das Bauvorhaben liegt über dem auf Steinkohle verliehenen Bergwerksfeld Vereinigte Hamburg und

Franziska. Eigentümerin dieses Feldes ist heute die E.ON SE (Anhang 9) [17].

In den Girondelle-Flözen wie auch in den liegenden Flözen Finefrau Nebenbank und Finefrau ist im Bereich

der Werksanlagen der ARDEX kein Abbau erfolgt.


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Die Flöze Geitling (Mächtigkeit: rd. 0,7 m), Kreftenscheer (Mächtigkeit: rd. 0,9 m) und Mausegatt (Mächtig-

keit: rd. 1,6 m) sind auf beiden Muldenflügeln von der Mitte des 19. Jahrhunderts wahrscheinlich bis zur

Stilllegung der Schachtanlage im Jahre 1925 abgebaut worden. Die Tagesausbisse dieser Flöze liegen auf

dem Muldensüdflügel rd. 250 m südlich des Werksgeländes und stellen somit kein Risiko für das Bau-

vorhaben dar.

Unterhalb des Werksgeländes liegen die Abbaue in den drei Flözen in Teufen zwischen 120 und 220 m.

Das Risiko von Auswirkungen auf die Gebäudesubstanz wird über 90 Jahre nach Einstellung des Betriebes

der ehemaligen Zeche Hamburg als gering angesehen, zumal die gesamten Hangendschichten unverritzt

sind.

Die exakte Lage eines in den risslichen Unterlagen eingezeichneten Stollenmundloches (Anhang 9) konnte

trotz intensiver Recherchen nicht ermittelt werden.

Der Stollen ist nur auf der so genannten Niemeyerschen Karte [18] verzeichnet, muss also vor 1790 auf-

gefahren worden sein. Er soll vom Mundloch aus rd. 95 m nach Osten und von dort rd. 170 m nach Süden

geführt worden sein.

Unbeachtlich der ansonsten hervorragenden Qualität der Niemeyerschen Karten wird die Lage des

Stollenmundloches im Baufeld als unwahrscheinlich angesehen, da das Durchteufen von grundwasser-

führenden Überlagerungsschichten einer Mächtigkeit von rd. 25 m ohne natürlichen Abfluss zur damaligen

Zeit technisch nicht beherrschbar war.

6.3 Grundwasserverhältnisse

Im Rahmen der Untersuchungen ist bereits in geringen Tiefen unter der Geländeoberfläche Grundwasser

angetroffen worden.

Der in den bestehenden Grundwassermessstellen GMW 5, 6, 7 und 9 ermittelte Flurabstand (Anlage 7) liegt

bei einer nordwestlichen Grundwasserfließrichtung (Anlage 8) nach langjähriger Beobachtung zwischen 2

und 3 m (Anlage 9), entsprechend Höchstständen von +105,94 mNN in der Messstelle GWM 5 und

+106,04 mNN in der Messstelle GWM 6.

Die Standrohrspiegelhöhen der bis zur Unterkante der Überlagerungsschichten verfilterten Grundwasser-

messstellen GWM 14 bis 16 weichen bisher erheblich von denen der alten Messstellen GWM 3 bis 7 und 9

ab (Tabelle 2).


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Tabelle 2: Grundwassermessdaten im Umfeld des Baufeldes.

DatumGrundwassermessstellen (Wasserstand in m unter Messstellenoberkante)

GWM 3 GWM 4 GWM 5 GWM 6 GWM 7 GWM 9 GWM 14 GWM 15 GWM 16

MOK 108,24 108,16 108,12 108,25 108,07 108,00 109,01 108,52 108,52

15.05.2017 105,17 105,29 105,03 105,14 105,10 105,13 99,87 99,22

22.05.2017 105,27 105,29 105,02 105,04 105,08 105,12 99,87 99,53 101,20

29.05.2017 105,12 105,24 104,95 105,02 105,02 105,07 99,98 99,70 101,49

06.06.2017 105,11 105,23 104,96 105,22 104,89 105,08 100,14 100,28 101,75

12.06.2017 105,06 105,17 104,93 104,92 104,98 105,03 100,09 100,80 101,28

19.06.2017 105,01 105,10 104,88 104,85 104,92 104,97 100,04 100,82 n.m.

26.06.2017 104,96 105,05 104,85 104,82 104,89 104,91 99,99 100,78 101,52

03.07.2017 104,89 104,96 104,77 104,56 104,82 104,86 99,89 100,74 101,73

10.07.2017 104,86 104,95 104,75 104,73 104,81 104,82 99,86 100,61 101,81

17.07.2017 104,94 105,02 104,83 104,84 104,90 104,90 99,91 100,72 102,20

24.07.2017 105,12 105,20 105,01 105,05 105,10 105,07 100,03 100,90 102,47

Das Grundwasser in den oberkarbonischen Gesteinsserien ist in der Aufschlussbohrung AB 1 in einer Tiefe

von 36,7 m angetroffen worden.

In der rd. 30 m nördlich des Baufeldes installierten Messstelle GWM K1, die das Grundwasser in den

karbonischen Sedimenten erfasst, sind langjährig Standrohrspiegelhöhen von rd. +101,5 mNN ermittelt

worden, bevor der Wasserspiegel – zeitgleich mit Erdwärmebohrungen für die Erweiterung des ARDEX-

Laborgebäudes – erheblich auf knapp +98 mNN gesunken ist.

Im Rahmen der Aufschlussbohrungen kam es während des Bohrfortschritts immer wieder zu Wasser-

einbrüchen. Das lässt die Vermutung zu, dass kein zusammenhängender Grundwasserkörper besteht,

sondern das Grundwasser schichtenweise in gröberen Einlagerungen ansteht.

Für dieses Bauvorhaben werden die folgenden Bemessungswasserstände (BW) festgelegt:

Für die Baugrube und für die temporär für die Bauzeit wirksamen Elemente ist ein Bemessungswasserstand

von

+106,0 mNN (BW Baugrube)

zu berücksichtigen.

Für das Gebäude mit den geplanten Tiefgaragenbereichen ist ein Bemessungswasserstand von

+107,0 mNN (BW Gebäude)

zu berücksichtigen.


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Für die Abdichtung des Kellerkastens ist ein Bemessungswasserstand in Höhe der Geländeoberfläche zu

berücksichtigen.

Im Rahmen eines Pumpversuches (Anlage 10) [19] waren im Jahr 2014 nach der Neuman′schen Methode

mit der Software Hydro Tec 6.2 die folgenden hydraulischen Kenndaten ermittelt worden (Tabelle 3).

Tabelle 3: Hydraulische Kenndaten aus den Messstellen GWM 4 und 9 (Anlage 10).

Messstelle Abstand zurFördermessstelle

[m]

Transmissivität

[m²/s]

hydraulischeDurchlässigkeit

[m/s]

Speicherkapazität

[-]

GWM 4 17,69 1,22 * 10-5

6,09 * 10-7

5,40 * 10-2

GWM 9 13,72 2,54 * 10-5

1,27 * 10-6

5,66 * 10-2

Durchschnitt 1,88 * 10-5

9,40 * 10-7

5,53 * 10-2

Die Auswertung nach Neuman ergab eine durchschnittliche hydraulische Durchlässigkeit von 9,4 * 10-7

m/s.

Die Ergebnisse der chemischen Untersuchungen des Grundwassers zeigen eine nicht vorhandene bis

schwache Betonaggressivität (Anhang 6). Da das Grundwasser bei mehreren benachbarten Bauvorhaben

in der jüngeren Vergangenheit als schwach angreifend einzustufen war, muss der Beton für Pfähle,

Fundamente und sonstige Bauteile mit möglichem Kontakt zum Grundwasser vorsorglich der Expositions-

klasse XA1 entsprechen [10].

Für den Beton der Pfähle, die das vorhandene Kohleflöz durchteufen, ist die Expositionsklasse XA2

angezeigt.

6.4 Untergrundaufbau

Unterhalb der geringmächtigen anthropogenen Auffüllung aus umgelagerten natürlichen Böden und techno-

genen Materialien, in der auch Teile ehemaliger Bebauungen, Kabel und Leitungen, verfüllte Heizöl-

lagerbehälter, Hohlräume sowie örtlich Kontaminationen enthalten sind, ist in den Aufschlussbohrungen bis

in Tiefen von rd. 25 m unterhalb der Geländeoberfläche eine Wechsellagerung von quartären Schluffen und

Sanden angetroffen worden (Abbildung 1 und Anlage 11).

Die Mittel- bis Grobschluffe mit tonigen, sandigen und kiesigen Beimengungen zeigen eine halbfeste bis

breiige Konsistenz, sind im wassergesättigten Zustand sehr empfindlich gegenüber dynamischen

Beanspruchungen und neigen zum Aufweichen und Auftreiben.


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Abbildung 1: Baugrundmodell (überhöht)


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In der Aufschlussbohrung AB 1 trat in einer Bohrtiefe von 23,0 m über Nacht ein hydraulischer Grundbruch

auf, indem Schlamm über die Sohle der Bohrlochverrohrung eingedrungen war und diese in einer Höhe von

4 m geflutet hatte. Der gleiche Vorgang war in der Aufschlussbohrung AB 2 in einer Bohrtiefe von 6,0 m zu

beobachten.

Die Oberfläche der oberkarbonischen Festgesteine aus verwitterten Schluff- und Tonsteinen ist in Tiefen

von rd. 25 m unterhalb der Geländeoberfläche erbohrt worden (Anlagen 12 und 13).

Bei dem in den Bohrungen AB 1 bis 5 und 7 angetroffenen Kohleflöz mit einer scheinbaren Mächtigkeit

zwischen 0,7 und 0,8 m handelt es sich nach der durchgeführten Bergbaurecherche vermutlich um ein Flöz

der Girondelle-Gruppe, das annähernd parallel zu den Südwest-Nordost-Achsen des Bauvorhabens

streicht, nach Nordwesten einfällt und im südöstlichen Bereich des Baufeldes ausstreicht (Anlage 14).

Die Unterkante des Kohleflözes ist in Tiefen zwischen 26,90 und 41,30 m unter der Geländeoberfläche

entsprechend +81,95 und +66,94 mNN angetroffen worden.

Aus den Ergebnissen der Aufschlussbohrungen lässt sich die Flözlage mit 247/19 errechnen (Anlage 14).

6.5 Charakteristische Boden- und Felskennwerte

Für die durch die Aufschlüsse erkundeten Schichten können die im Folgenden angegebenen Bodenklassen

und -kennwerte (Rechenwerte) angesetzt werden.

Die Bodenkennwerte wurden anhand der Bodenansprache und aus den Ergebnissen der durchgeführten

Laborversuche abgeleitet. Fehlende Angaben wurden durch Erfahrungen mit vergleichbaren Schichten und

durch Hinweise aus der Literatur ergänzt.

Die angegebenen charakteristischen Kennwerte der einzelnen Schichten entsprechen Mittelwerten [8] und

sind entsprechend den Schwankungsbreiten nach DIN 1055-2 [20] in der jeweiligen Nachweisführung zu

berücksichtigen.

In den Aufschlussbohrungen sind anthropogene Auffüllungen angetroffen worden, für die auf der Basis der

Erkundungsergebnisse die in der Tabelle 4 angegebenen Bodenklassen und -kennwerte angesetzt werden

können.


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Tabelle 4: Bodenklassen und charakteristische Bodenkennwerte für die anthropogene Auffüllung.

Schicht Auffüllung

Lagerungsdichte heterogen, locker bis dicht

Bodengruppe nach DIN 18196 A [GW, GU, SU]

Homogenbereich nach DIN 18300 (Anlage 15) Auffüllung A

Bodenklasse nach DIN 18300 (alt) 3 bis 5

Wichte cal γ kN/m³ 18,0

Wichte unter Auftrieb cal γ ‘ kN/m³ 10,0

Reibungswinkel cal ϕ‘ ° 30,0

Kohäsion cal c' kN/m² 0

Die unterhalb der Auffüllungen anstehenden Schluffe zeigen im Untersuchungsbereich eine sehr hetero-

gene Zusammensetzung. Die Mittel- bis Grobschluffe weisen teilweise starke feinsandige Anteile auf,

bereichsweise auch mittelsandige und kiesige Beimengungen. Örtlich wurden auch tonige Partien fest-

gestellt.

Die Ergebnisse der Laborversuche (Anhang 4) von verschiedenen Schluffproben zeigen aufgrund dieser

variierenden Zusammensetzung große Schwankungsbreiten. Die angetroffene Konsistenz des Schluffs ist

weitestgehend steif, teilweise weich, teilweise halbfest. Zwei Befunde mit IC = 0,37 (Probe AB 1/3) und

IC = 0,42 (Probe AB 6/2) weisen auf eine breiige Konsistenz hin, wobei die hier angetroffenen hohen grob-

körnigen Anteile erfahrungsgemäß zu ungenauen Ergebnissen bei der Konsistenzermittlung führen können,

so dass diese hier nicht weiter in die Betrachtung einbezogen werden.

Die Schwankungsbreite des natürlichen Wassergehalts der untersuchten Proben liegt zwischen ca. 13 und

33 %. Bis auf wenige Ausnahmen ist eine Zunahme des Wassergehalts mit zunehmender Aufschlusstiefe

festzustellen. Direkte Einflüsse auf die Konsistenz oder die Scherfestigkeit des Schluffs sind daraus jedoch

nicht erkennbar.

Die Bestimmungen des Glühverlustes von 9 Schluffproben zeigen geringe organische Anteile von 2 bis 4 %

an.

Die aus Rahmenscherversuchen ermittelten Scherfestigkeiten variieren sehr stark, was in dieser Größen-

ordnung trotz der heterogenen Zusammensetzung des Schluffs nicht erklärbar ist (Tabelle 5). Daher wird für

die Berechnungen der Baugrube ein erfahrungsgemäß sinnvoller Mittelwert gewählt.


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Tabelle 5: Ergebnisse der durchgeführten Rahmenscherversuche mit Schluffproben (Anhang 4).

Probe Tiefe (m)AnspracheDIN 4022

Wassergehaltw (%)

KonsistenzReibungswinkel

ϕ´(°)Kohäsionc´ (kN/m²)

AB 1/3 9,70 – 10,00 S, u, g‘ 23,0 n.b. 19,5 20,5

AB 2/2 9,40 – 9,70 U, s, t 16,7 steif 26,1 16,9

AB 2/5 16,00 – 16,30 U, t, s‘ 23,9 weich 29,8 0,1

AB 3/2 10,00 – 10,25 U, s, t 16,2 steif 24,0 32,0

AB 3/3 14,00 – 14,25 U, t, s‘ 23,6 steif 21,3 14,1

AB 3/6 18,50 – 18,75 T, u* 33,4 steif 24,8 13,1

AB 5/1 13,0 – 13,25 U, s, t‘ 18,9 weich 35,6 0,7

AB 5/2 18,50 – 18,75 U, s, t 25,3 steif 27,1 11,5

AB 6/1 3,50 – 3,80 S, u* 17,3 halbfest/steif 38,0 4,2

AB 6/2 12,00 – 12,30 S, u* 22,1 n.b. 29,1 21,8

n.b. = nicht bewertet

Weiterhin wurde die undränierte Scherfestigkeit cu,k an drei Proben des Schluffs in Triaxialversuchen UU

ermittelt (Tabelle 6).

Tabelle 6: Ergebnisse der Triaxialversuche UU mit Schluffproben (Anhang 4).


Wassergehaltw (%)

KonsistenzUndränierte

Scherfestigkeitcu,k (kN/m²)

AB 2/12 14,0 – 14,3 T, u* 16,8 halbfest/steif 100,2

AB 2/13 18,0 – 18,3 U, t*, fs‘ 27,2 halbfest/steif 52,2

AB 7/2 4,7 – 5,0 U, t, fs‘ 18,4 halbfest/steif 64,1

Für die Ermittlung der Kompressibilität des Schluffs sind an drei Proben eindimensionale Kompressions-

versuche durchgeführt worden (Anhang 4). Die ermittelten Steifemoduli der Erst- und Wiederbelastung sind

in Tabelle 7 zusammengefasst.


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Tabelle 7: Ergebnisse der eindimensionalen Kompressionsversuche mit Schluffproben (Anhang 4).

ProbeTiefe(m)

AnspracheDIN 4022

Steifemodul Es (MN/m²) Esw (MN/m²)1)

0 – 25kN/m²

25 – 50kN/m²

50 – 100kN/m²

100 – 200kN/m²

200 – 400kN/m²

200 – 50 – 200kN/m²

AB2/12

14,0 –14,3

T, u* 2,9 5,2 7,7 10,5 17,1 33,0

AB2/13

18,0 –18,3

U, t*, fs‘ 1,2 2,6 3,5 5,2 9,1 13,8

AB 7/24,7 –5,0

U, t, fs‘ 1,0 13,1 6,7 10,2 19,6 49,4

1) gemittelter Wert aus Ent- und Wiederbelastungsast

Für Setzungsberechnungen und den Ansatz der Bettung auf der Erdwiderstandsseite bei der Berechnung

der Baugrubenwände wird ein spannungsabhängiger Steifemodul angegeben. Aus den Werten in Tabelle 7

wird ein Steifemodul für die Erstbelastung des Schluffs mit Es = 3 · (z)0,5

MN/m² abgeleitet, wobei z die Tiefe

unter Gelände darstellt. Bei Wiederbelastung kann der dreifache Wert Esw = 9 · (z)0,5

MN/m² angesetzt

werden.

Auf die Auswertung des Zeitsetzungsverhaltens des Schluffs aus den durchgeführten eindimensionalen

Kompressionsversuchen (Anhang 4) wurde verzichtet, da in diesen Elementversuchen nicht das In-situ-

Verhalten der stark heterogenen Schluffschicht mit sandigen Einlagerungen erfasst wird.

Tabelle 8: Ableitung der Wasserdurchlässigkeit anhand der Kornverteilungen nach Mallet/Paquant.


d20

(mm)kf = 0,0036 · (d20)

2,3

(m/s)

AB 1/1 1,80 – 4,00 U, fs 0,025 7,4 · 10-7

AB 1/2 9,20 – 9,70 U, fs* 0,025 7,4 · 10-7

AB 1/4 13,80 – 16,00 fS, u*, ms‘ 0,053 4,2 · 10-6

AB 2/1 3,70 – 4,40 U, fs* 0,014 2,0 · 10-7

AB 2/3 9,70 – 10,0 U, fs*, t‘, ms‘ 0,009 7,1 · 10-8

AB 2/4 15,00 – 16,00 U, fs* 0,016 2,7 · 10-7

AB 2/12 14,00 – 14,30 T, u* - -

AB 2/13 18,00 – 18,30 U, t*, fs‘ 0,0023 3,1 · 10-9

AB 3/1 4,50 – 8,00 U, fs* 0,025 7,4 · 10-7

AB 3/4 9,00 – 14,00 U, fs*, ms‘ 0,035 1,6 · 10-6

AB 3/5 16,00 – 18,50 U, fs 0,01 9,0 · 10-8

AB 7/2 4,70 – 5,00 U, t, fs‘ 0,0065 3,4 · 10-8

mittlere Wasserdurchlässigkeit kf: 8 · 10-7


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Eine vereinfachte Ermittlung der Durchlässigkeit des Schluffs anhand der ermittelten Kornverteilungskurven

nach dem empirischen Ansatz von Mallet/Paquant ist in Tabelle 8 dargestellt. Der gemittelte Wert der

Wasserdurchlässigkeit mit kf = 8 · 10-7

m/s liegt im Bereich des berechneten Wertes aus dem Pumpversuch

nach Neuman in Höhe von 9,4 · 10-7

m/s.

Zusammenfassend können für den örtlich mit Gesteinsbruchstücken durchsetzten Schluff mit grobkörnigen

Beimengungen die in der Tabelle 9 angegebenen Bodenklassen und -kennwerte angesetzt werden.

Tabelle 9: Bodenklassen und charakteristische Bodenkennwerte für den Schluff.

SchichtSchluff, feinsandig, tonig

örtlich mit Gesteinsbruchstücken

Konsistenz steif, teilweise weich

Bodengruppe nach DIN 18196 SU*/UL bis UM, örtlich TL bis TA

Homogenbereich nach DIN 18300 (Anlage 15) Schluff U


Wichte cal γ kN/m³ 18,5

Wichte unter Auftrieb cal γ ‘ kN/m³ 10,0

Wasserdurchlässigkeit kf m/s 8 · 10-7

Reibungswinkel cal ϕ‘ ° 27,5

Kohäsion cal c' kN/m² 5,0

Undränierte Scherfestigkeit cal cu kN/m² 50,0

Steifemodul cal Es/Esw MN/m² 3 · (z)0,5

/ 9 · (z)0,5

z = Tiefe in m unter Geländeoberkante (GOK = ca. +108 mNN)Es/Esw = Steifemodul Erstbelastung/Wiederbelastung

Unterhalb der quartären Schluffe stehen oberkarbonische Tonsteine an, die unterschiedlich stark verwittert

sind. Aus dem Antreffen eines eingeschlossenen Kohleflözes mit einer scheinbaren Mächtigkeit von ca.

0,7 m lässt sich das Einfallen des Schichtpaketes mit 19° nach Nordwesten errechnen.

Die Kennwerte für den verwitterten Tonstein schwanken – in Abhängigkeit vom Grad der Verwitterung –

stark. In Zersetzungszonen und auf Trennflächen nähern sie sich den Werten der entsprechenden Locker-

sedimente.

Für den verwitterten Tonstein mit Kohleeinschlüssen wird der Parametersatz in Tabelle 10 angegeben.


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Tabelle 10: Felsklassen und -kennwerte für den verwitterten Tonstein mit Kohleeinschaltungen.

Schichtverwitterter/angewitterter Tonstein

mit Kohleeinschaltungen

Festigkeit halbfest bis fest

Bodengruppenach DIN 18196

Z

Homogenbereich nach DIN 18300 (Anlage 15) verwitterter Fels


Wichte cal γ kN/m³ 22

Wichte unter Auftrieb cal γ ‘ kN/m³ 12

Einaxiale Druckfestigkeit cal qu MN/m² 5 bis 20

Unter der verwitterten bzw. angewitterten Tonsteinschicht ist mit relativ festem Tonstein zu rechnen. In

einaxialen Druckversuchen am Tonstein (Tabelle 11) wurden durchschnittliche Festigkeiten von

qu,k = 44 MN/m² ermittelt.

Tabelle 11: Druckfestigkeit des Tonsteins (Anhang 4).

Probe Tiefe (m) Rohdichte (g/cm³)Einaxiale Druckfestigkeit

qu,k (MN/m²)

AB 1/6 30,70 – 31,00 2,62 43,4

AB 1/7 33,35 – 33,60 2,68 48,4

AB 3/7 31,30 – 31,60 2,68 31,0

AB 5/3 29,00 – 29,20 2,65 53,2

mittlere Druckfestigkeit qu,k: 44,0

Für den Tonstein können bis zu den aufgeschlossenen Tiefen die in der Tabelle 12 angegeben Kennwerte

angesetzt werden.


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Tabelle 12: Felsklassen und -kennwerte für den Tonstein.

Schicht Tonstein



Z

Homogenbereich nach DIN 18300 (Anlage 15) Fels




Einaxiale Druckfestigkeit cal qu MN/m² 35

Im Übergang zwischen Ton- und Sandstein wurde verwitterter Sandstein erkundet. Wie auch beim

verwitterten Tonstein schwanken die Kennwerte in Abhängigkeit vom Grad der Verwitterung relativ stark.

Für den verwitterten Sandstein können bis zu den aufgeschlossenen Tiefen die in Tabelle 13 angegeben

Kennwerte angesetzt werden.

Tabelle 13: Felsklassen und -kennwerte für den verwitterten Sandstein.

Schicht verwitterter Sandstein



Z

Homogenbereich nach DIN 18300 (Anlage 15) verwitterter Fels




Einaxiale Druckfestigkeit cal qu MN/m²° 15 bis 30

Zur Ermittlung der Festigkeit des Sandsteins sind vier einaxiale Druckversuche durchgeführt worden, deren

Ergebnisse qu,k > 40 MN/m² liegen (Tabelle 14). Der Mittelwert der einaxialen Druckfestigkeitswerte beträgt

qu,k = 53,5 MN/m².


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Tabelle 14: Zusammenfassung der Ergebnisse der einaxialen Druckversuche am Sandstein (Anhang 4).

Probe Tiefe (m) Rohdichte (g/cm³)Einaxiale Druckfestigkeit

qu,k (MN/m²)

AB 1/9 44,00 – 44,40 2,63 40,4

AB 2/11 45,20 – 45,50 2,65 64,0

AB 3/11 55,60 – 55,90 2,52 51,3

AB 5/4 33,35 – 33,60 2,60 58,4

mittlere Druckfestigkeit qu,k: 53,5

Für den festen bis harten Sandstein können bis zu den aufgeschlossenen Tiefen die in der Tabelle 15 an-

gegebenen Felsklassen und -kennwerte angesetzt werden.

Tabelle 15: Felsklassen und -kennwerte für den festen bis harten Sandstein.

Schicht Sandstein

Festigkeit fest bis hart


Z

Homogenbereich nach DIN 18300 (Anlage 15) Sandstein




Einaxiale Druckfestigkeit cal qu MN/m² 45

6.6 Lagerungsdichte

Im Umfeld der Ansatzstellen der Aufschlussbohrungen sind Drucksondierungen bis auf die Oberkante der

Felsschicht hinabgeführt worden. Die ermittelten Spitzendrücke qc und die lokalen Mantelreibungswerte fs

sowie das resultierende Reibungsverhältnis Rf = 100 · fs/qc sind über die Aufschlusstiefe im Anhang 7

dargestellt.


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Nach Durchteufen der heterogenen oberflächennahen Auffüllungen wurde im Schluff durchgängig ein

mittleres Spitzendruckniveau von ca. qc = 2 MN/m² erreicht. Das Reibungsverhältnis liegt bei den

Drucksondierungen zwischen ca. 1,5 und 4 % (ø 2%), was bei den zugehörigen Spitzenwiderständen einem

sandigen Schluff bzw. Schluff entspricht. Örtlich deuten geringere Reibungsverhältnisse und höhere

Spitzendrücke auf Linsen und Zwischenschichten aus schluffigem Sand hin.

Am Übergang vom Schluff zum Tonstein war in allen Sondierungen ein sprunghafter Anstieg des

Spitzendrucks zu verzeichnen.

7 Gründung

7.1 Tower

7.1.1 Gründungsempfehlung

Aufgrund der mächtigen, stark verformungswilligen Schluffschichten ist zur Beherrschung der Gebäude-

verformungen, d.h. Setzungen des geplanten Towers, eine Misch- oder Pfahlgründung erforderlich.

Hierbei ist die Ausführung der wirtschaftlichen Gründungsvariante im Sinne einer in EC-7-1 Abschnitt

A7.6.2.8 [3] beschriebenen Kombinierten Pfahl-Plattengründung jedoch nicht zulässig, da im vorliegenden

Fall die Steifigkeitsunterschiede zwischen den im oberen Bereich anstehenden schluffigen Böden und den

unterliegenden Festgesteinshorizonten größer als 1:10 sind.

Es verbleibt somit eine Gründung mit Großbohrpfählen, die in den Festgesteinshorizont unterhalb des

erkundeten Kohleflözes einbinden müssen.

Hierbei wird eine Mindesteinbindetiefe in den unverwitterten Sandsteinhorizont von 2,5 m empfohlen.

Hieraus lassen sich aufgrund des Einfalls der Sandsteinschicht an den einzelnen Bohransatzstellen

(Anlage 11) die in der Tabelle 16 dargestellten theoretischen Mindestabsetztiefen der Pfähle ableiten.


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Tabelle 16: Theoretische Mindestabsetztiefen der Großbohrpfähle Tower.

BohrungUnterkante des verwittertenSandsteins [m unter GOK]

Mindestabsetztiefe[m NN]

AB 1 37,80 +68,40

AB 2 38,70 +67,10

AB 3 45,20 +60,50

AB 4 39,70 +66,20

AB 5 36,00 +70,40

AB 6 32,00 +74,60

AB 7 36,40 +69,70

Die lokalen Absetztiefen sind durch Interpolation zu bestimmen und durch die Ansprache des Bohrgutes bei

der Pfahlherstellung zu bestätigen.

Es wird die Ausführung von Großbohrpfählen im Durchmesser von 1,00 bis 1,50 m empfohlen.

7.1.2 Hinweise zur Bemessung

Die erforderlichen Großbohrpfähle sind gemäß den Vorgaben des EC 7-1 [3] sowie den Empfehlungen des

Arbeitskreises Pfähle (EA-Pfähle) [22] zu bemessen.

Für die Nachweise der Pfahltragfähigkeit sind die beschriebenen einaxialen Druckfestigkeiten maßgeblich.

Aus Abschnitt 5.4.6.3 der EA-Pfähle ergeben sich charakteristische Werte der Mantelreibung und des

Pfahlspitzendrucks für die Pfahlbemessung wie folgt:

In den Festgesteinsbereichen dürfen in Anlehnung an die Tabellen 5.18 und 5.19 [22] die folgenden Trag-

fähigkeiten angesetzt werden:

• unverwitterter Sandstein

Bruchwert des Pfahlspitzendrucks qb,k = 6 MN/m²

Bruchwert der Pfahlmantelreibung qs,k = 500 kN/m²

• verwitterterter Sandstein qs,k = 250 kN/m²


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• Tonstein unterhalb Kohleflöz

Bruchwert der Pfahlmantelreibung qs,k = 300 kN/m²

• Tonstein oberhalb Kohleflöz keine Mantelreibung

• Kohleflöz keine Mantelreibung

Werte oberhalb der angegebenen Mindestwerte sind durch Pfahlprobebelastungen zu bestätigen.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass alle Großbohrpfähle direkten Kontakt mit dem Kohleflöz haben

werden, ist für den Beton die Expositionsklasse XA2 gemäß DIN-EN 206-1 Teil 2 [10] angezeigt.

Im Hinblick auf die Verformungsempfindlichkeit der anstehenden Schluffschichten und die erforderlichen

Wasserhaltungsmaßnahmen ist es angezeigt, negative Mantelreibung gemäß Abschnitt 4.4 der EA-Pfähle

[22] zu berücksichtigten. Für erste Ansätze kann diese dabei vereinfacht wie folgt ermittelt werden:

negative Mantelreibung τn,k = cu,k

Die undränierte Scherfestigkeit cu,k kann – auf der sicheren Seite liegend – als nach oben abgeschätzter

charakteristischer Wert mit

cu,k (Maximalwert) = 100 kN/m²

berücksichtigt werden.

Genauere Berechnungen unter Berücksichtigung der labormäßig festzustellenden Scherspannungs-/

Scherweg-Beziehung und der Pfahlstauchung und Pfahlverschiebung können gemäß Bild 4.1 der EA-

Pfähle [22] vorgenommen werden.

Die Gesamtheit der über die Pfähle abzutragenden Kräfte aus negativer Mantelreibung ist dabei beschränkt

durch das aus den totalen Spannungen gebildete Gewicht des durch die Pfahlgründung eingeschlossenen

Bodenkörpers.

Für einen Horizontallastabtrag über Bettung in den Weichschichten kann eine Bettung von

k,s,H,k = Es,H,k /D

mit D = Pfahldurchmesser und Es,H,,k = Es,k *0,7

angesetzt werden, wobei im Horizont des Tonsteins eine Festeinspannung zu berücksichtigen ist.


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Für die geotechnische Nachweisführung wird auf EC7-1 Abschnitt 7.7 [3] verwiesen, wobei insbesondere

Abschnitt 7.7.1 A(3a) beim Nachweis der Standsicherheit zu beachten ist.

7.1.3 Setzungen und Mitnahmeverformungen

Aufgrund der Großbohrpfahlgründung im Festgestein ist die Größe der zu erwartenden Setzungen des

Towers im Wesentlichen beschränkt auf die elastische Stauchung der Pfähle. Es ergibt sich nur eine

geringe Einstandsverformung in den Felshorizont. Die Setzung des Turms wird damit in einer Größen-

ordnung von 1 bis 1,5 cm liegen.

Hinsichtlich der Nachbargebäude sind durch ungewollte Mitttrageeffekte der Schluffschichten Mitnahme-

setzungen von weniger als 1 cm zu erwarten.

Mögliche herstellungsbedingte Verformungen aufgrund der Pfahlherstellung bei engerer Annäherung an die

Bestandsgebäude sind durch ein entsprechendes Monitoring zu überwachen und zu beherrschen.

7.2 Tiefgarage

7.2.1 Gründungsempfehlung

Die zweigeschossige Tiefgarage soll etwa auf einer Höhe von 7 bis 8 m unter der Geländeoberfläche

abgesetzt werden und liegt somit im Bereich der starkmächtigen Schluffe mit einer Einbindung von ca. 5 bis

6 m in den Bemessungswasserstand von +107 mNN.

Hierfür wird eine Gründungsplatte empfohlen.

Entsprechend den zu führenden Auftriebsnachweisen ist die Gründungsplatte nach derzeitiger Planung

bereichsweise gegen Auftrieb zu sichern, wofür Kleinbohrverpresspfähle bzw. Mikropfähle geeignet sind.

7.2.2 Hinweise zur Bemessung

Das kombinierte Tragsystem aus Gründungsplatte und Mikropfählen kann als kombinierte Pfahl-Platten-

gründung gemäß EC-7 Abschnitt 7.6.2.8 [3] bemessen werden, wobei jedoch in der Regel hierfür ein

bauaufsichtlicher Verwendungsnachweis, d.h. eine Zustimmung im Einzelfall, erreicht werden müsste.


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Im vorliegenden Falle wird deshalb empfohlen, das System mit getrennten Ansätzen für die Pfähle und für

die Platte zu bemessen und in diesen Ansätzen durch Variation der Steifigkeit in den kombinierten Last-

abtrag einzufassen. Bei den dann zu führenden Nachweisen sind die normativen Vorgaben des EC 7-1 [3]

umzusetzen.

Für die Bemessung sind die folgenden Kennwerte maßgeblich:

• Bodensteifigkeit: Es,k = 3 x √z für Erstbelastung und 9 x √z für Wiederbelastung

z = Tiefe unter ursprünglichen GOK

• undränierte Scherfestigkeit: cu,k = 50 kN/m².

Daraus ergeben sich die Empfehlungen für folgende Bemessungskennwerte:

Für verpresste Mikropfähle gemäß EA-Pfähle, Abschnitt 5.4.9.4, Tabelle 5.30 [22], können auf der sicheren

Seite liegend berücksichtigt werden:

• Charakteristischer Bruchwert der Pfahlmantelreibung: 45 kN/m² für Zugbelastung

• Charakteristischer Bruchwert der Pfahlmantelreibung: 65 kN/m² für Druckbelastung.

Da die angebenden Tabellenwerte der EA-Pfähle lediglich für Druckbelastung gelten, müssen gemäß EC-7,

Abschnitt 7.6.2.2 [3], die hier angegebenen Werte durch Baustellenversuche an mindestens zwei Pfählen

bzw. mindestens 3 % der vorgesehenen Mikropfähle verifiziert werden.

Auf der sicheren Seite liegend sind wegen der beschriebenen Grundwassersituation für die Bemessung der

Gründung der nicht überbauten Tiefgaragenbereiche die beiden Belastungssituationen „ohne Auftrieb“ und

„maximaler Wasserdruck“ zu berücksichtigen.

Da nach der aktuellen Lastzusammenstellung der aus dieser Tiefgarage erwachsende Sohldruck lediglich

ca. 50 bis 60 kN/m² beträgt und die Gründungstiefe bei ca. 8 m unter Gelände liegt, erfolgt die Belastung

aus der Tiefgarage ohne Lastübernahme durch den Auftrieb zu 100 % auf dem Wiederbelastungsast des

anstehenden Schluffbodens. Für eine solche Sohldruckbeanspruchung lassen sich unter Verwendung der

angegebenen Baugrundsteifigkeiten Setzungen der reinen Flachgründung von ca. 1 bis 2 cm erwarten.


Seite 29 von 42

Dieses berücksichtigend ist die Bodenplatte mit einer mittleren Bettung von

ks(Platte) = 3 bis 5 MN/m³

zu bemessen. Für außenliegende Randbereiche ist auf einer Breite entsprechend der zweifachen Platten-

dicke, d.h. im vorliegenden Fall 2 m, mit dem doppelten Wert zu rechnen. Die angegebenen Bettungswerte

verstehen sich als charakteristische Werte für charakteristische Beanspruchungen.

Da die angegebenen Bettungsmoduli auch von Systemwerten (Art der Lastverteilung, Pfahlraster, Geo-

metrie der Gründung) abhängig sind, ist ein Abgleich mit den Ergebnissen der tragwerksplanerischen

Bemessung vorzunehmen.

Zur Berücksichtigung der Lastaufnahmeeffekte durch die Mikropfähle ist in einer für den Zustand „ohne

Auftrieb“ alternativen Berechnung die charakteristische Tragfähigkeit der Mikropfähle unter Ansatz von

cu,k = 100 kN/m²

als charakteristische Einwirkung auf die Platte anzusetzen. Diese Pfahlkraft ist darüber hinaus als

charakteristische Einwirkung im Durchstanznachweis für die Platte zu berücksichtigen.

Für die Belastungssituation „maximaler Wasserdruck“ sind Nachweise der Lagesicherheit nach EC7

Abschnitt 10.2 [3] zu führen.

Ein Lastabtrag in Querrichtung darf für die Mikropfähle nicht in Ansatz gebracht werden. Die Verträglichkeit

der sich aus einer Horizontalverschiebung des Kellerkastens ergebenden Verformung der Mikropfähle ist

nachzuweisen.

7.2.3 Verformungsverträglichkeiten/Mitnahmesetzungen

Die für den Tiefgaragenbereich abgeschätzten Verformungen liegen für den Fall eines tief liegenden

Grundwasserspiegels ohne nennenswerte Auftriebswirkung (Lastfall „ohne Auftrieb“) in der gleichen

Größenordnung wie die für den Tower abgeschätzten.

Sofern ein Auftrieb beim Bemessungswasserstand von +107 mNN großflächig wirksam wird (Lastfall

„maximaler Wasserdruck“), ist mit Hebungen des nicht überbauten Tiefgaragenbereichs in Höhe von ca. 1,5

bis 2,5 cm zu rechnen.


Seite 30 von 42

Aufgrund der Erfahrungen auf dem ARDEX-Gelände kann davon ausgegangen werden, dass der Großteil

der Setzungen nach ca. 2 Jahren abgeklungen ist.

Hinsichtlich der Mitnahmeeffekte auf die angrenzenden Bauwerke ist lediglich mit Verformungen zu

rechnen, die kleiner als 50 % der hier angegebenen Prognosewerte sind. Die abschirmende Wirkung

zwischen Altbebauung und Neubebauung durch die vorgesehenen massiven Baugrubenwände ist dabei

nicht berücksichtigt.

8 Baugrube

8.1 Grundlagen

Die beschriebenen Randbedingungen der Baumaßnahme bestimmen die Art und Ausgestaltung der

Baugrubenkonstruktion.

Prägend sind dabei die folgenden Einflussgrößen

zur Geologie und Hydrogeologie

• mächtige Schluffschichten unter geringmächtiger Auffüllung

• Grundwasseranschnitt etwa 3 m unter Geländeoberfläche und Festlegung Bemessungswasserstand

etwa 1,5 m unter Geländeoberfläche

zum Bauwerk

• Aushub bis etwa 8 m unter Geländeoberfläche

zu Nachbarbauwerken bzw. Baulichkeiten

• Begrenzung auf der Südseite durch Straße mit Bestand an Versorgungsleitungen

• auf der Ostseite durch genutzte Verkehrsflächen des ARDEX-Werkes

• an der Nord- und Westseite direkt anschließend an in voller Nutzung befindliche Betriebsgebäude in

einfacher Unterkellerung


Seite 31 von 42

Diese bewirken die folgenden technischen Anforderungen:

• Sicherung der Baugrube gegen hoch anstehendes Grundwasser

• Sicherung der Baugrubenwände durch platzsparende Verbaumaßnahmen mit Rückverankerung

• an Seiten mit angrenzenden Gebäuden Sicherungen mittels verformungsarmen Verbaumaßnahmen mit

gegebenenfalls zusätzlich notwendig werdender Absicherung der Bestandsfundamente gemäß

DIN 4123 [21].

8.2 Wasserhaltung

Die im Baufeld anstehenden, mächtigen, lokal mit Sandschichten durchsetzten Schluffböden besitzen in

vertikaler Richtung auf Grund der geologischen Genese einen vergleichsweise hohen Widerstand gegen

Wasserzufluss, wogegen in horizontaler Richtung durch die eingelagerten Sandschichten ein verstärkter

Grundwasserzufluss möglich ist.

Ein im Jahr 2014 durchgeführter Pumpversuch (Anlage 10) hat gezeigt, dass diese horizontale Wasser-

zuführung durch eine Wasserhaltungsmaßnahme mit Gravitationsbrunnen beherrscht werden kann. Auf

Grund der insgesamt jedoch heterogenen Schichtung ist für die Bemessung einer solchen Anlage, ins-

besondere im Hinblick auf die Festlegung der Brunnenabstände und zur Abschätzung der zufließenden

Wassermenge, ein weiterer Pumpversuch erforderlich, der auch Maßnahmen aufzeigen muss, möglichst

wenig belastetes Grundwasser aus dem kontaminierten Bereich abzuziehen.

Aufgrund der sich aus der Schichtung ergebenden vertikalen Absperrung des Wasserzuflusses ist es

erforderlich, die Lage der Brunnen so zu wählen, dass dadurch der horizontale Wasserzufluss auf die Bau-

grube bzw. deren Konstruktion beherrscht werden kann. Es ist daher angezeigt, die Absenkbrunnen außer-

halb der Verbaukonstruktionen zu positionieren.

Durch die nördlich und westlich angrenzenden Bestandsgebäude ist dies nicht möglich, so dass hier ein

dichter Baugrubenverbau erforderlich wird. Selbst im Falle innen liegender Absenkbrunnen ist dieser

Verbau auf einen Wasserdruck entsprechend dem Bemessungswasserstand (BW Baugrube) zu bemessen.


Seite 32 von 42

Soweit durchgängig umlaufend wassersperrende Baugrubensicherungskonstruktionen eingebaut werden,

sind diese bis in auftriebssichere Tiefe zu führen. Die Auftriebssicherheit des Gründungshorizontes ist durch

Einbau von Vertikaldränagen nach DIN EN 15237 [23] bis in gleiche Tiefe sicherzustellen. Das in diesen

Vertikaldränagen anfallende Wasser ist in horizontalen Dränagesystemen zu fassen und dann abzuführen.

Gleichzeitig ist der Nachweis gegen hydraulischen Grundbruch in der Schluffschicht nach EC 7-1 [3] zu

führen.

Soweit eine Mischung aus abdichtenden Baugrubenwandkonstruktionen und offenen Konstruktionen

(Trägerbohlwände) geplant werden sollte, ist über die Ergebnisse des noch auszuführenden Pumpversuchs

zu verifizieren, welche Baugrubenbereiche mit den außenliegenden Brunnen gesichert werden können und

in welchen Bereichen zusätzliche Vertikaldränagen erforderlich sind.

Der Abstand der Vertikaldränagen ist in Vorbemessungen mit ca. 5 bis 10 m anzunehmen und dann auf

Grundlage des Ergebnisses des Pumpversuchs anzupassen.

8.3 Baugrubenwandkonstruktionen

Alle Baugrubensicherungssysteme sind entsprechend den Anforderungen des EC7-1 [3] und den

Empfehlungen des Arbeitsausschusses Baugruben [24] auszuführen.

Aufgrund der Tiefenlage der Aushubsohle sind Baugrubenwandkonstruktionen in der Regel mindestens

einfach zu verankern. Hierbei ist die obere Ankerlage zur Minimierung der Verbaukopfverformungen

möglichst direkt unterhalb der Fundamente der verbleibenden Bestandsgebäude anzuordnen.

Für eine Erstellung der Baugrube in zwei Phasen ist zu beachten, dass die temporär zu den Bestands-

gebäuden 12.1/12.2 geplanten Verankerungen der Baugrubenwand im Rahmen der Phase 1 im Bereich der

Erweiterung der Baugrube in der nachfolgenden Phase 2 liegen. Der sich ergebende Mehraufwand bei den

Erdarbeiten zum Aushub dieses Teilbereichs ist zu berücksichtigen. Um dies zu vermeiden, kann die west-

liche Baugrubenwand zu den Bestandsgebäuden 12.1/12.2 in der Phase 1 alternativ durch Eck-

aussteifungen innerhalb der Baugrube abgestützt werden.

Aufgrund der anstehenden bindigen Böden sind für die Verankerungen Verpressanker mit Nachverpressung

vorzusehen. Die Vordimensionierung der Anker kann auf Grundlage der vorliegenden Laborversuche in

Anlehnung an allgemeine Erfahrungen [25] wie folgt vorgenommen werden:


Seite 33 von 42

Bruchwert der Mantelreibung τM, k = 120 kN/m²

für Verpresskörperlänge L = 8 m unter Berücksichtigung des zulässigen Kriechmaßes.

Aufgrund der vorliegenden geologischen Verhältnisse sind im Vorfeld Eignungsprüfungen in diesen Böden

vorzulegen bzw. durchzuführen.

Die Baugrubensicherungen nach Westen bis ans Bestandsgebäude 12/14, nach Süden zur Friedrich-Ebert-

Straße und nach Osten sind mit Trägerbohlwänden möglich, soweit die Sicherung gegen zufließendes

Grundwasser durch eine Grundwasserabsenkung gewährleistet werden kann. Eine Bemessung dieser

Verbaukonstruktionen gegen Wasserdruck ist damit nicht erforderlich. Geringe Restwasserzuflüsse in lokal

wasserführenden Schichten können durch ein zusätzliches Setzen von Vakuum-Kleinbrunnen beherrscht

werden.

Im Bereich der Friedrich-Ebert-Straße ist im Hinblick auf die Lage der Träger und auch in Bezug auf die

Höhenlage der angesetzten Anker das Vorhandensein von Versorgungsleitungen zu berücksichtigen.

Für Baugrubenbereiche in Annäherung an zu sichernde Bestandsgebäude nach Westen zum Gebäude

12.1/12.2 und nach Norden zu den Gebäuden 31.1/31.2 und 63.1 sind verformungsarme Baugruben-

sicherungskonstruktionen in Form von Pfahl- oder Schlitzwänden erforderlich.

Als Pfahlwände können überschnittene Bohrpfahlwände eingesetzt werden.

Tangierende Pfahlwände, hergestellt mit Teilverdrängungssystemen, haben sich an anderer Stelle im

ARDEX-Werk auch in enger Annäherung an Bestandsgebäude durchaus bewährt, wobei jedoch im Hinblick

auf die Art und Menge des horizontalen Wasserzuflusses sowie auf die Verdrängungswirkung auf die

Bestandsfundamente [26] eine Vergleichbarkeit zum anstehenden Bauvorhaben im derzeitigen Kenntnis-

stand nicht gesichert ist. Geringe Leckagezuflüsse könnten hier durch Injektions- oder Spritzbeton-

maßnahmen beherrscht werden.

Im Falle des Einsatzes von Pfahlwänden ist zu berücksichtigen, dass herstellungsbedingt zum Bestands-

gebäude ein Abstand von 0,9 bis 1,0 m zur Mitte Pfahlachse einzuhalten ist. Dieses würde dann unter

Addition des halben Pfahldurchmessers (DPfahl = 0,6 m) und von Mindest-Herstellungsimperfektionen von

ca. 10 cm einen Abstand zwischen Bestandsgebäude Außenwand und Außenwand Neubau von mehr als

1,3 m bewirken.


Seite 34 von 42

Soweit diese Abstandsmaße aus dem Bauwerksentwurf heraus nicht tolerierbar sind, können Schlitzwände

zum Einsatz kommen. Bei diesen könnte unter Verwendung von Sondergreiferbreiten mit 50 cm unter

Berücksichtigung einer Leitwand von 20 cm und einer Imperfektion von ebenfalls ca. 10 cm der Abstand

zwischen Außenwand Bestand und Außenwand Neubau im Tiefgaragenbereich auf 80 cm reduziert

werden.

Die Schlitzwände sollten dabei in der Regel im Pilgerschrittverfahren hergestellt werden, so dass sich

daraus dann Stahlbetonschlitzwände mit eingebauten Bewehrungskörben ergeben. Kostenaufwendig würde

bei der anstehenden Geologie die Separierung von Stützflüssigkeit (Bentonit) vom geförderten Boden.

Daraus ergeben sich dann im Vergleich zu den Pfahlwänden für die Bereiche der Baugrubensicherung in

kontaminierten Böden vergrößerte Entsorgungsaufwendungen des kontaminierten Materials.

Alternativ kann eine Einphasenschlitzwand mit eingestellter Spundwand hergestellt werden. Sie böte den

Vorteil geringerer Entsorgungskosten bei erhöhten Aufwendungen für den Stahl. Für eine Herstellung im

Pilgerschrittverfahren ist die Endfestigkeit des Einphasenmaterials so auszulegen, dass die entstehende

Fuge zwischen den Spundwandelementen durch Gewölbe in der Schlitzwand überbrückt werden kann.

Für die Schlitzwände ist der Nachweis des offenen Schlitzes unter Berücksichtigung des Bemessungs-

wasserstandes zu führen.

Zur Absperrung des horizontalen Wasserzuflusses in Bereichen ohne außenliegende Grundwasser-

absenkung sind die Pfahl- oder Schlitzwände bis in auftriebssichere Tiefen zu führen.

Die Baugrubenwände und die Schlitzwände sind auf den vollen von außen wirkenden Wasserdruck zu

bemessen, soweit es nicht sichergestellt ist, dass außerhalb des Verbaus Absenkungsbrunnen angeordnet

werden können.

Zur Bemessung dieser Baugrubensicherungswände ist gemäß EAB [24] ein erhöhter aktiver Erddruck

vorzusehen. Dieser ist im Normalfall mit einem 50%igen Erdruhedruckanteil zu berücksichtigen. Für

benachbarte Bestandsgebäude, bei denen ein erhöhtes Schädigungsrisiko besteht, sollte der Erdruhedruck-

anteil 75 % betragen. Eine Entscheidung hierüber ist in Absprache mit dem für die Bestandsgebäude

zuständigen Tragwerksplaner und dem Bauherrn zu treffen.

Insbesondere bei der Herstellung der Pfahlsysteme ist dafür Sorge zu tragen, dass herstellungsbedingte

Schädigungen der Bestandsgebäude vermieden werden.


Seite 35 von 42

8.4 Sicherung von Nachbargebäuden

Zur Realisierung eines kompletten Abbruchs der auf dem Baufeld liegenden Altbausubstanz kann es

notwendig werden, die Fundamente der verbleibenden Bestandsgebäude zu sichern. Für diese Sicherungs-

maßnahmen sind die allgemeinen Anforderungen der DIN 4123 [21] einzuhalten.

Für die Unterfangungskörper sind Standsicherheitsnachweise nach EC7-1 [3] wie Kippen, Gleiten und

Grundbruch zu führen.

Für diese Sicherungsmaßnahmen empfehlen sich als wirtschaftliche und für die Altbausubstanz schonenste

Maßnahme Düsenstrahlverfahren. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Körpergeometrie so zu gestalten

und auszuführen ist, dass möglichst keine Vorwüchse in die Achse der Verbauwände hereinragen.

Hierzu bietet sich das Düsenstrahlverfahren mit Segmentdüsung an, wobei jedoch in der Regel auch dabei

nicht hundertprozentig ausgeschlossen werden kann, dass es zu ungewollten Vorwüchsen kommt. Diese

sind dann im Zuge der Herstellung der Baugrubenwände abzustemmen.

9 Bauausführung

9.1 Wasserrechtliche Genehmigungen

Aufgrund des geringen Flurabstandes sind vor dem Aushub der Baugrube Maßnahmen zur Wasserhaltung

erforderlich, die nach einem Pumpversuch geplant und anschließend mit der unteren Wasserbehörde des

Ennepe-Ruhr-Kreises und dem Kanalnetzbetreiber ESW abgestimmt werden müssen.

Bei der Planung ist zu beachten, dass das Grundwasser aus der Messstelle GWM 3 erhebliche

Konzentrationen an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) aufweist.

Für sämtliche Betonkonstruktionen, die in die Grundwasserleiter der quartären und oberkarbonischen

Sedimente eingebracht werden, sind im Vorfeld bei der unteren Wasserbehörde des Ennepe-Ruhr-Kreises

wasserrechtliche Genehmigungen oder Erlaubnisse zu beantragen.


Seite 36 von 42

9.2 Gründungsplanum

Die unterhalb der anthropogenen Auffüllungen anstehenden bindigen Böden sind bei hohen Wasser-

gehalten und gleichzeitiger dynamischer Beanspruchung stark bewegungsempfindlich und können ihre

Tragfähigkeit verlieren.

Ein unmittelbares Befahren des Erdplanums bei Durchführung der Erdarbeiten ist daher nicht zulässig.

Die Erdarbeiten müssen rückschreitend von einem Tieflöffelbagger mit einer glatten Schneide ausgeführt

werden.

Das Planum ist unmittelbar nach Freilegung mit einer Tragschicht aus Kiessand, Mineralgemisch oder

Unterbeton abzudecken. Gegebenenfalls ist als Trennfuge ein Geotextil einzubauen.

Es wird empfohlen, das Gründungsplanum mit einer 0,5 m starken Schicht aus grobkörnigem Material unter

Berücksichtigung der Filterkriterien oder mit Trennvlies in 2 bis 3 Schichten zu präparieren und statisch zu

verdichten, wobei auf der obersten Schicht ein Verdichtungsgrad von DPr = 98 % zu erreichen ist.

Vor der Überdeckung des Gründungsplanums ist eine Baugrubenabnahme erforderlich.

9.3 Bohrarbeiten

Für die Ausführung der geplanten Großbohrpfähle zur Gründung des Towers sind die Angaben der DIN EN

1536 [27] zu beachten. Aufgrund der Sandeinlagerungen in der bindigen Schluffschicht ist es angezeigt, mit

Flüssigkeitsüberdruck ab dem Bemessungswasserstand (BW Baugrube) und mit ausreichendem Voreilmaß

zu arbeiten, um Bodeneinbrüche im Bohrloch und Bodenentzug zu vermeiden. Dies gilt besonders für

Pfähle, die im Bereich von benachbarten Bestandsfundamenten hergestellt werden.

Zur Ausführung der Mikropfähle sind die Angaben der DIN EN 14199 [28] zu beachten. Zur Ausführung der

temporären Verpressanker sind die Vorgaben in DIN EN 1537 [29] einzuhalten.

Alle Pfähle sind vom Niveau oberhalb des Bemessungswasserstands (BW Baugrube) aus herzustellen.

Während die Großbohrpfähle zur Gründung des Towers außerhalb der Bodenbelastungen liegen, müssen

Kontaminationen durch Aromaten und PAK in der nordöstlichen Ecke des Baufeldes bei den Bohrarbeiten

für die Mikropfähle aus arbeitsschutz- und abfallrechtlicher Sicht beachtet werden.


Seite 37 von 42

9.4 Erdarbeiten

Die anstehenden bindigen Böden sind mit Einstufung in die Frostempfindlichkeitsklasse F3 nach ZTV E-StB

[30] als sehr frostempfindlich einzustufen. Insbesondere bei Bauarbeiten in der Winterperiode sind die

Böden entsprechend zu schützen.

Arbeitsräume sind mit verdichtungsfähigem, gut durchlässigem, sandigen Boden (LAGA Zuordnungswert

Z0) zu verfüllen, der einen Durchlässigkeitsbeiwert von kf ≥ 1∙10-4

m/s besitzt. Der Boden ist lagenweise auf

eine mindestens mitteldichte Lagerung DPr ≥ 98% zu verdichten, sofern kein höherer Verdichtungsgrad

erforderlich ist.

Die Bodenkontaminationen durch Aromaten und PAK müssen bei den Erdarbeiten aus arbeitsschutz- und

abfallrechtlicher Sicht beachtet werden. Nach dem Abschluss der Eingrenzungsuntersuchungen werden die

Ergebnisse in ein entsprechendes Entsorgungskonzept sowie einen Arbeits- und Sicherheitsplan einfließen.

9.5 Erschütterungen durch Bauverfahren

Für die Tiefbauarbeiten sind erschütterungsarme Verfahren zu wählen, damit es nicht zu Schäden an den

Nachbarbauten kommt.

Beim Eintrag von Erschütterungen in den Baugrund während der Bauarbeiten werden Messungen an den

Fundamenten der benachbarten Bestandsgebäude empfohlen. Im Hinblick auf die direkten Auswirkungen

auf Nachbargebäude sind die Anhaltswerte der DIN 4150 Teil 3 [31] einzuhalten.

Im Hinblick auf mögliche Belästigungen an benachbart liegenden Arbeitsplätzen ist die DIN 4150 Teil 2 [32]

zu beachten. Zumutbarkeitswerte sind mit dem Betrieb abzustimmen.

Zudem muss durch Prüfungen im Vorfeld der Bauarbeiten ausgeschlossen werden, dass die Ergebnisse

der Wiegeprozesse der Produktion durch Erschütterungen verfälscht werden können.

9.6 Nachbarbebauung und Leitungen

Es ist vorgesehen, vor dem Beginn und nach dem Ende der relevanten Gewerke eine Beweissicherung zu

möglichen Bauwerksschäden an den nahegelegenen Bestandsbauten durchführen zu lassen.


Seite 38 von 42

Vor den Bauarbeiten sind die im Einflussbereich der geplanten Baumaßnahme liegenden Bestands-

fundamente durch Schürfe fachgerecht zu erkunden. Die Lage und Geometrie ist zu dokumentieren und in

der Planung zu berücksichtigen. Bei den Schürfarbeiten an Bestandsfundamenten sind die Angaben der

DIN 4123 [21] zu beachten.

Weiterhin sind für die Bauarbeiten insbesondere an der Südseite Leitungen im Straßenland zu beachten.

Hierzu sind deshalb vorzeitige Erkundungen erforderlich. Im Baufeld liegende Leitungen sind vor der Bau-

maßnahme zu entfernen bzw. zu verlegen.

Hierzu zählen auch Dränageschächte und -leitungen unmittelbar südlich des Bestandsgebäudes 63.1.

9.7 Trägerbohlwandverbau

Im Falle der Ausführung von Trägerbohlwänden müssen die Träger aufgrund der anstehenden bindigen

Böden erschütterungsfrei in verrohrt hergestellte Bohrlöcher gestellt und anschließend einbetoniert werden.

Die Träger können dann nicht mehr gezogen werden, sondern müssen später unterhalb der Gelände-

oberfläche abgeschnitten und im Boden belassen werden.

Sofern die Verbauträger im Straßenland angeordnet werden sollen, ist hierfür eine Genehmigung der Stadt

Witten erforderlich.

Soweit im Nahbereich des Verbaus Bauwerke, Leitungen oder dergleichen liegen, ist der Verbau so aus-

zulegen, dass es nicht zu unverträglichen Verformungen des gestützten Erdreichs kommen kann.

9.8 Grundwassermessstellen

Während der Baumaßnahme sind die Grundwasserstände in den Grundwassermessstellen fortlaufend in

engen Abständen zu kontrollieren und im Rahmen eines Grundwassermonitorings zu dokumentieren.

Größere Abweichungen von den in der geplanten Wasserhaltung vorgesehenen Spiegelhöhen sind

umgehend zu klären.


Seite 39 von 42

9.9 Düsenstrahlarbeiten

Sofern es zu Unterfangungsarbeiten an den direkt an die Baugrube angrenzenden Bestandsfundamenten

kommen muss, sind die zugehörigen Normen zur Bemessung DIN 4093 [33] sowie zur Ausführung

DIN 4123 [21] und DIN EN 12716 [34] zu beachten.

In jedem Fall sind vor den Baumaßnahmen Probesäulen herzustellen und Eignungsprüfungen vorzusehen.

9.10 Schlitzwandarbeiten

Bei der Herstellung von Schlitzwänden sind für die Bemessung des offenen Schlitzes DIN 4126 [35] und für

dessen Ausführung DIN 4127 [36] sowie DIN EN 1538 [37] zu beachten.

Bei der Nachweisführung ist besondere Beachtung auf offene Eckschlitzbereiche zu legen [38].

9.11 Bauwerksabdichtung

Die Einbindung in den Bemessungswasserstand von +107 mNN erfordert eine wasserdruckhaltende

Abdichtung aus WU-Beton oder nach DIN 18195-6 Abschnitt 8 [39].

Es ist angezeigt, die Wandbereiche bis OK Gelände ebenfalls in WU-Beton auszuführen oder nach

DIN 18195-6 Abschnitt 9 [39] abzudichten.

9.12 Geothermie

Während die Großbohrpfähle grundsätzlich als Energiepfähle genutzt werden könnten, ist es angezeigt, auf

zusätzliche Bohrungen für Tiefensonden im Bereich der Tower-Gründung zu verzichten.

Falls im übrigen Baufeld Tiefensonden vorgesehen werden, ist ein Mindestabstand von 5 m zu den

benachbarten Mikropfählen einzuhalten.


Seite 40 von 42

9.13 Homogenbereiche

Bei einer Ausschreibung der Leistungen nach der VOB Teil C [40] ist die Einteilung der Boden- und Fels-

schichten in Homogenbereiche vorzunehmen. Für die jeweiligen Gewerke sind die Bandbreiten festgelegter

Eigenschaften bzw. Kennwerte anzugeben.

Für die Festlegung und Beschreibung der Homogenbereiche werden in der Anlage 15 für die erkundeten

Baugrundschichten die jeweiligen Eigenschaften und Kennwerte für die voraussichtlich erforderlichen

Gewerke angegeben. Die entsprechenden ATV-Normen sind in der Anlage 15 markiert.

Grundlage sind die durchgeführten Erkundungen, die systembedingt nur einen stichprobenartigen Charakter

haben. Die in der Anlage 15 dargestellten Werte und Eigenschaften wurden teilweise durch Laborversuche

bestimmt. Ansonsten beruhen die Angaben auf Erfahrungswerten.

Sollen für die jeweiligen Eigenschaften und Kennwerte für dieses Projekt stärker abgesicherte Angaben und

somit Werte mit geringerer Schwankungsbreite in der Ausschreibung angegeben werden, sind ergänzende

Labor- und Felduntersuchungen durchzuführen.

Im Rahmen der weiteren Planung können für die einzelnen Gewerke Schichten zu Homogenbereichen

zusammengefasst werden. Dies ist abhängig von den aufgrund der örtlichen Randbedingungen und der

Bauaufgabe möglichen Technologien, die im Rahmen der Objektplanung zu bestimmen sind.

Sollten zusätzlich zu den bisher identifizierten weitere Gewerke (Anlage 15) anfallen, müssen ggf. weitere

Kennwerte und Eigenschaften des Baugrunds bestimmt werden, um die dafür erforderlichen Homogen-

bereiche zu beschreiben.

10 Schlussbemerkungen

Im Rahmen der auszuführenden Erdarbeiten sind Pfahlabnahmen, Abnahmen der Aushubsohlen und

Verdichtungskontrollen durch die Nolte Consult GmbH erforderlich, um die Ergebnisse der untersuchten

Stellen hinsichtlich ihrer Gültigkeit für die gesamte Baufläche zu überprüfen.

Bei den Arbeiten zur Gründung des Towers nebst Tiefgarage und der Unterfangung der Bestandsgebäude

ist eine intensive gutachterliche Begleitung erforderlich.


Seite 41 von 42

Sofern sich im Laufe der weiteren Bearbeitung und Bauausführung Planungsänderungen bzw. zusätzliche

Fragen zur Baugrundsituation ergeben, können diese zeitnah behandelt werden.

Witten, den 27.07.2017

Nolte Consult GmbH

gez. Dipl.-Geol. Axel Nolte


Seite 42 von 42

Anlagenverzeichnis

Anhangverzeichnis

Anhang Darstellung

1 Stellungnahme der Bezirksregierung Arnsberg vom 08.02.2017 zur Kampfmittelsituation

2 Schichtenverzeichnisse der Aufschlussbohrungen

3 Bohrprofile und Ausbauskizzen der Aufschlussbohrungen

4 Boden- und felsmechanische Laborversuche

5 Grundwasserentnahme-Protokolle

6 Chemische Inhaltsstoffe von Wasserproben

7 Drucksondierdiagramme

8 Nivellement-Protokoll

9 Stellungnahme der Bezirksregierung Arnsberg vom 04.01.2017 zur Bergbausituation

Anlage Darstellung

1 Übersichtslageskizze

2 Lageplan, M. 1 : 500

3 Lageplan mit Drucksondier- und Bohransatzstellen, M. 1 : 500

4 Bohrkerndokumentation

5 Lageplan mit Grundwassermessstellen, M. 1:500

6 PAK-Plan mit Voronoi-Struktur

7 Grundwasserdaten

8 Grundwassergleichenplan

9 Grundwasserganglinien

10 Pumpversuch

11 Profilschnitte (Nord, West, Süd, Ost)

12 Felsoberkante, Flözunterkante und scheinbare Flözmächtigkeit

13 Felsoberkante-Plan

14 Flözunterkante-Plan

15 Homogenbereiche mit Kennwerten und Eigenschaften

Bericht P16111.500Neubau des ARDEX-Towers in Witten

Anlagen


Anlage 1

Übersichtslageskizze

Witten-Annen45

Witten-Annen45

A 44

A 44

A 44A 44

A 44

A 44

A 44

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L 660

L 660

L 660

Friedrich-Ebe

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Friedrich-Ebert-Stra

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Brauckstraße

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Kreisstraße

Kreisstraße

Köstershof

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Fredi-Ostermann-Straße

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WittenerIndustrie-

ehemaligePanzerstreckeund Deponie

Institutfür Waldorf-Pädagogik

Parkplatz

Ostermann

GartenInstitut

für Waldorf-Pädagogik

FriedhofRüdinghausen

Ostermann(Lager)

Bauhaus

ArdexWerk

ntechloebäude

A4

Trends

Ostermann

FaiveleyTransport

Witten

AnnenBusinessCenter /

HalleA7

Ostermann(Hochregallager)

Kronenbrot

Speer

ArdexWerk

2

OstermannKüchen-Centrum

WittGasetechnik

Grotenbach

En

ne

pe

-Ru

hr- K

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Do

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nd

Witten

Lage desUntersuchungs-gebietes

© OpenStreetMap-Mitwirkende

Titel:

Auftraggeber:

Plangrundlage:

Übersichtslageplan

gez.: IL gepr.: AN29.05.2017

P16111ARDEX-Bauvorhaben TowerFriedrich-Ebert-Straße 6358454 Witten

Legende:


Anlage 2

Lageplan

M. 1:500


gez: IL

Datum: 26.05.2017

Maßstab: 1:500

Auftraggeber:

gepr: AN

Projekt:

Bauabschnitt I

Tower

-2 UG

Lageplan

PlangrundlageBauabschnitt I:


Anlage 3

Lageplanmit Drucksondier- und

Bohransatzstellen

M. 1:500


gez: IL

Datum: 01.06.2017

Maßstab: 1:500

Auftraggeber:

gepr: AN

Projekt:

Bauabschnitt I

Tower Nord

Tower Süd

TowerOst

TowerWest

West

Ost

West

Ost

Süd

NordNord

Süd

projiziert

pro

jizie

rt

Tower

-2 UG


Lageplan mit Bohr-und Drucksondier-ansatzstellen

Aufschlussbohrung

Legende

Drucksondierung

AB

CPT

Bauabschnitt I

AB 7 =GWM 16

Aufschlussbohrungzur GW-Messstelleausgebaut

Lageplan


CPT 3CPT 3a

CPT 5

CPT 2

CPT 1

CPT 6

CPT 4

AB 1

AB 2AB 3

AB 4

AB 7 =GWM 16

AB 5 =GWM 15

AB 6 =GWM 14


Anlage 4

Bohrkerndokumentation

Geotechnischer Bericht P16111.500Neubau des ARDEX-Towers in Witten

AufschlussbohrungAB 1


Abbildung 1-1: Aufschlussbohrung AB 1: 0 bis 6 m.


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