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10. Unterfangungen

Ausführung von Tiefbauarbeiten

10. Unterfangungen

Insbesondere in innerstädtischen Bereichen sind, aufgrundder oft beengten Platzverhältnissen und dem WunschGebäude mit mehreren Tiefgeschossen zu erstellen, oftMaßnahmen zur Unterfangung von benachbarten undbereits bestehenden Gebäuden notwendig. Sofern Baugru-ben nicht unmittelbar an bzw. unter bestehende Nachbar-bauwerke reichen, kann durch Verbaumaßnahmen mit undohne Abstützung das Nachbarbauwerk in seiner Lage gesi-chert werden. Erst wenn unmittelbar an bzw. unter i. d. R.flachgegründete Nachbarbauwerke angeschlossen wird,werden Unterfangungsmaßnahmen gem. DIN 4123 erfor-derlich. Die Unterfangung dient damit zum Teil auch alsBaugrubenverbau und kann als Schwergewichtsmauer oderals biegesteife Stützwand ohne und mit Rückverankerungausgeführt werden.

Nachfolgend werden Gründungsarbeiten neben bestehen-den Gebäuden sowie Unterfangungsarbeiten in schmalenStreifen entsprechend DIN 4123 erläutert. Hierzu sind fol-gende Anwendungsgrenzen einzuhalten:

• Bestandsgebäude sind auf Streifenfundamenten oderStahlbetonplatten gegründet

• Fundamentlast < 250 kN/m (charakteristischer Wert)• Nutzlast auf dem Kellerfußboden bei Gründungen auf

Streifenfundamenten < 3,5 kN/m²• Baugrund im Einflussbereich der geplanten Baugrube

nimmt vorwiegend vertikale Lasten auf

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Ausführung von Tiefbauarbeiten

• Unterfangungswand kann als Scheibe wirken, die denAushub in Stichgräben überbrückt

• Baugrund im Bereich der geplanten und der bestehendenGründung ist tragfähig und das Grundwasser steht aus-reichend tief an oder wird entsprechend abgesenkt.Hierzu sind in den nachfolgenden Abschnitten noch wei-tere Anforderungen zusammengestellt.

Aufgrund der Beschränkung der Anwendung auf Streifen-bzw. Plattengründungen, ist die Unterfangung von Einzel-fundamenten mit den in der DIN 4123 beschriebenenMethoden somit nicht zulässig. In diesen Fällen sind andereVerfahren zu wählen. Es besteht auch die Möglichkeit, durchgezielte Maßnahmen zur Bodenverbesserung, z. B. Porenin-jektionen oder das Düsenstrahlverfahren, Bestandsgebäudezu unterfangen (Hinweise dazu sind in Kapitel 8.5 enthal-ten.). Ergänzend bzw. alternativ zu einer Unterfangung,besteht auch die Möglichkeit das Bestandsgebäude durcheinen entsprechenden Baugrubenverbau zu sichern (Hin-weise dazu sind in Kapitel 9 enthalten.).

10.1 Aushubgrenzen

Um zu entscheiden, ob für die Erstellung einer Baugrube imBereich einer Nachbarbebauung eine geböschte Baugru-benwand ausreichend ist, oder ob ein Baugrubenverbauoder eine Unterfangung notwendig sind, kann Bild 1 der DIN4123 herangezogen werden (siehe Bild 40). Danach werdenAbstützungsmaßnahmen bzw. Unterfangungen desBestandsgebäudes erforderlich, u. a. wenn

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Ausführung von Tiefbauarbeiten

• tiefer als 0,5 m oberhalb der Gründungssohle desBestandsgebäudes abgegraben wird

• keine mindestens 2 m breite Berme vor dem bestehen-den Gebäude verbleibt

• die Baugrubenböschung im Anschluss an die Berme stär-ker als 1:2 geneigt wird

• das neu zu errichtende Gebäude mehr als 4 m unterhalbdes Bestandsgebäudes gegründet wird

Bild 40: Bodenaushubgrenzen (Quelle: DIN 4123)

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Für den Fall, dass die Aushubgrenzen nach Bild 40 eingehal-ten sind, ist die Standsicherheit des Bestandsgebäudes nichtnachzuweisen. Ferner gelten die Aushubgrenzen nur unterden folgenden Voraussetzungen:

• im Bereich der Baugrube stehen mindestens mitteldichtgelagerte nichtbindige Böden oder mindestens steife bin-dige Böden an

• das Grundwasser steht mindestens 0,5 m unter dergeplanten Baugrubensohle an oder wird durch Wasser-haltungsmaßnahmen dort gehalten

Allein aus diesen Gründen wird zwingend vor Durchführungder Aushubarbeiten eine Baugrunderkundung gem. DIN1054 erforderlich. Zur Planung der Unterfangung sind i. d. R.noch weitere Baugrundkennwerte zu ermitteln.

Sofern, z. B. bei Gründung eines neuen Gebäudes auf glei-cher Tiefe neben einem bestehenden Gebäude, die o.g. Aus-hubgrenzen unterschritten werden, darf ein Aushub nurabschnittsweise in Stichgräben von maximal 1,25 m Breitevorgenommen werden. Zwischen den Stichgräben mussmindestens ein Abstand von 3,75 m entsprechend der drei-fachen Stichgrabenbreite verbleiben. Graben- bzw. Schacht-wände müssen annähernd senkrecht sein. In Abhängigkeitvon der Kurzzeitstandfestigkeit des Baugrunds bzw. bei Aus-hubtiefen größer als 1,25 m ist ein Grabenverbau einzu-setzen.

Unabhängig von den genannten Aushubgrenzen sollte eineBeweissicherung der angrenzenden Bauwerke erfolgen.Gemäß DIN 4123 sollten Höhenmessungen an bestehenden

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Gebäuden durchgeführt werden. Nach Steiner ist eineUnterfangung auch bei sorgfältiger Ausführung aufgrundder erforderlichen Lastumlagerung immer mit geringfügi-gen unvermeidlichen Setzungen in der Größenordnung von5 mm verbunden.

10.2 Grundsätze für die Herstellungeiner Unterfangung

Für die Herstellung der Gründung neben einem Bestands-bauwerk mit einer Gründungssohle unterhalb des Bestands-gebäudes wird grundsätzlich eine Unterfangung desBestandsgebäudes bis auf das Niveau der neuen Gründungerforderlich, sofern das alte Gebäude nicht durch einen stei-fen Verbau, z.B eine Schlitzwand für das neue Gebäude,gestützt wird.

Bei Herstellung der Unterfangung gelten bezüglich der Trag-fähigkeit des Baugrunds und der Tiefenlage des Grundwas-sers die gleichen Anforderungen wie für die Unterschrei-tung der o.g. Aushubgrenzen. Die Unterfangung wird, wiebereits oben beschrieben, aus Stichgräben mit einer maxi-malen Breite von 1,25 m ausgeführt. Der Abstand zwischengleichzeitig hergestellten Stichgräben muss mindestens derdreifachen Stichgrabenbreite entsprechen (siehe Bild 41). Esist mit den Unterfangungsarbeiten an den am höchstenbelasteten Abschnitten des bestehenden Gebäudes zubeginnen. Häufig betrifft dies die Bereiche, an denen dieInnenwände an die zu unterfangende Außenwand einbin-den, sowie die Gebäudeecken. Für die Abstützung der ein-

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zelnen Stichgräben wird abhängig von der Kurzzeitstandfes-tigkeit des Baugrunds und der Aushubtiefe ein waagerech-ter Normverbau nach DIN 4124 bis unmittelbar vor das zuunterfangende Fundament angeordnet.

Bei mindestens steifen bindigen Böden darf ein Grabenver-bau nur bis kurz vor das zu unterfangende Fundamentgeführt werden, wenn die freie Höhe nicht mehr als 2,0 mbeträgt und nicht damit zu rechnen ist, dass örtlich lose Teiledes Fundaments oder des Bodens herausbrechen. Nachdem Herstellen eines Stichgrabens ist unverzüglich mit demEinbau der Unterfangungslamelle aus Stahlbeton zu begin-nen. Kann die Unterfangungslamelle nicht noch am gleichenTag fertiggestellt werden, dann ist unterhalb des vorhande-nen Fundamentes stets ein seitlicher Verbau und ein Stirn-verbau einzubringen.

Bild 41: Beispiel für die Reihenfolge von 1 bis 4 der Unterfangungeines Bestandsgebäudes (Quelle: Autoren)

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Bild 42: Schnitt durch eine Unterfangung (Quelle: Autoren)

Die neuen Fundamente sollten gleichzeitig mit der Unterfan-gungswand des Bestandsgebäudes hergestellt werden. Auf-grund der zu erwartenden unterschiedlichen Setzungen, istzwischen den beiden Bauteilen eine Bewegungsfuge vorzu-sehen (siehe Bild 42). Können die neuen Fundamente nichtgleichzeitig mit den Unterfangungswänden hergestellt wer-den, sind die Unterfangungswände mindestens 0,5 m tief inden Baugrund einzubinden. Alternativ können auch unbe-wehrte Hilfsfundamente angeordnet werden. Die Bauarbei-

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ten sind meßtechnisch zu überwachen (Setzungsmessun-gen), ggf. vorhandene Risse sind zu dokumentieren und zubeobachten. Bei mehrgeschossigen Gebäuden sind zusätz-lich zu Setzungsmessungen an Bestandsgebäuden Messun-gen zur Aufnahme von Horizontalverschiebungen und Nei-gungen erforderlich.

Sofern die Baugrube des neu zu erstellenden Gebäudes aufder dem Bestandsgebäude zugewandten Seite geringereAbmessungen wie das Bestandsgebäude besitzt, soll eineFortführung der Unterfangung durch eine Abtreppung miteiner Neigung von 1 : 2 bis 1 : 1 erfolgen. Besitzt die Bau-grube größere Abmessungen als das Bestandsgebäude,werden i. d. R. Verbauträger unmittelbar an das Bestandsge-bäude angeschlossen, die ausreichend steif ausgeführt wer-den sollen, um keine zusätzlichen Beanspruchungen auf dieUnterfangung zu erzeugen.

10.3 Rechnerische Standsicherheits-nachweise

Unter Berücksichtigung der o. g. Anwendungsgrenzen derDIN 4123 kann die Unterfangung eines Bestandsbauwerksausgeführt werden, ohne dass jeder einzelne Bauzustandder in horizontalen Abschnitten hergestellten Unterfangungoder Teilen der Unterfangung rechnerisch nachgewiesenwerden muss.

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Jedoch muss, wie bereits weiter oben erwähnt, der Bauzu-stand nachgewiesen werden, in dem der Boden bis zur vor-gesehenen Bermenoberfläche ausgehoben ist. Ferner müs-sen auch Zwischenbauzustände sowie der Endzustand derUnterfangung rechnerisch nachgewiesen werden. Ein Zwi-schenbauzustand tritt auf, wenn ein Unterfangungsabschnittnicht in einem Arbeitsgang abgeschlossen wird, sondernder Vorgang der Unterfangung sich wiederholt. Der Endzu-stand bezeichnet den Zustand, in dem die Unterfangungs-wand, gegebenenfalls zusammen mit dem Fundament desneuen Gebäudes hergestellt worden ist. Für den einfachenFall, dass nur geringe Horizontalbeanspruchungen wirkenund eine Einbindetiefe der Unterfangungswand von min-destens 0,5 m eingehalten wird, genügt ein Vergleich dervorhandenen zentrischen Bemessungssohlspannungen fürdie Unterfangung mit Bemessungswerten des Sohlwider-stands gem. DIN 1054. Sofern die Gründungssohle desneuen Gebäudes höher als die Gründung des Bestandsliegt, ist nachzuweisen, dass Lasten aus der neuen Grün-dung vom Bestandsbauwerk aufgenommen werdenkönnen.

Gemäß DIN 4123 ist der Nachweis der Standsicherheit beiHerstellung der Unterfangung, auch für die Zwischenaus-hubzustände, für die Bemessungssituation BS-P zu führen.Nachzuweisen sind:

• der Kippnachweis im Grenzzustand EQU bzw. im Grenz-zustand der Gebrauchstauglichkeit

• der Gleitnachweis im Grenzzustand GEO-2

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• der Grundbruchnachweis im Grenzzustand GEO-2 unterBerücksichtigung der Einbindung der Sohle des Unter-fangungskörpers unter die Baugrubensohle

• der Nachweis der Gesamtstandsicherheit im Grenzzu-stand GEO-3

• der Setzungsnachweis im Grenzzustand der Gebrauchs-tauglichkeit

Für die Bestimmung der auf die Unterfangung wirkendenLasten sind die statischen Berechnungen für das Bestands-gebäude heranzuziehen. Sofern diese nicht beschafft wer-den können, sind die Fundamentbelastungen anhand vonBestandsgrundrissen, -schnitten und Lastannahmen für denHochbau, getrennt nach ständigen und veränderlichen Las-ten, zu ermitteln, wobei hierbei i. d. R. auf der sicheren Seiteliegende Annahmen zu treffen sind. Gegebenenfalls sind dieEinflussbreiten für die zu unterfangende Außenwand desBestandsgebäudes abzuschätzen. Außerdem kann es beiBestandsgebäuden mit Gewölbekellern erforderlich werden,zusätzlich Horizontalkräfte aus der Kellerdecke auf die Unter-fangung anzusetzen, sofern das Gewölbe nicht in denKämpferpunkten rückverhängt wird. Zudem ist der Erddruckunter der Bodenplatte des Bestandsgebäudes unter Berück-sichtigung der Auflast durch die i. d. R. nichttragendeBodenplatte und einwirkender veränderlicher Lasten zuberücksichtigen.

Die Standsicherheit einer Unterfangung kann durch zusätzli-che Maßnahmen, wie z.B. eine Abstützung durch Steifenoder Anker (siehe Bild 43) erreicht werden.

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Bild 43: Abstützung der Unterfangung durch Verpressanker unterdem Nachbarbauwerk (Quelle: Autoren)

Für die rechnerischen Nachweise sollte aufgrund der i. d. R.geringen zulässigen Verformungen unabhängig von derVerankerung auf der Einwirkungsseite ein erhöhter aktiverErddruck angesetzt werden. Für Gleit- und Grundbruchnach-weise sollte auf der Widerstandseite nur 50 % der Bodenre-aktion berücksichtigt werden.

Sofern für den Nachweis der Unterfangung eine Abstützungauf die neue Gründung rechnerisch herangezogen wird, istnachzuweisen, dass die Stützkräfte über das neue Funda-ment in den Baugrund abgetragen werden können. Im All-gemeinen ist jedoch eine Konstruktion zu bevorzugen, beider die Standsicherheit des Bestandsgebäudes auch ohneStützung durch das neue Gebäude gewährleistet wird.

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Ansonsten kann ein Abbruch des neuen Gebäudes zu nichtstandsicheren Zuständen beim Bestandsgebäude führen.Ebenso ist zu berücksichtigen, dass vorhandene Verpressan-ker zur Stützung der Unterfangung zu einem späteren Zeit-punkt nachgeben oder ausfallen können. Hierbei kann es beieinem späteren Abbruch des Bestandsgebäudes zu einemzusätzlichen Erddruck auf das neue Gebäude kommen.

10.4 Arbeitsschritte zur Herstellungeiner Unterfangung

Bei der Unterfangung eines bestehenden Gebäudes kannentsprechend den nachfolgend aufgeführten Schritten vor-gegangen werden:

1. Anbringen von Höhenbolzen am bestehenden Gebäudezur messtechnischen Überwachung der Setzungen

2. Flächiger Aushub vor dem Bestandsgebäude bis 50 cmoberhalb der Gründungssohle des Bestandsgebäudes

3. Aushub des ersten Stichgrabens mit einer maximalenBreite von 1,25 m und einer maximalen Tiefe von 2,00 munter UK Fundament des Bestandsgebäudes (Tiefe gem.Standsicherheitsnachweis) oder bis ca. 0,50 m unter eineAnkerlage, ggf. Sicherung des Stichgrabens durch einenGrabenverbau

4. Säuberung der Kontaktfuge Bestandsfundament/Unter-fangung mit einer Drahtbürste (Bodenreste)

5. Bewehren und Einschalen der Vorderkante der Unterfan-gung

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6. Betonieren des Unterfangungsabschnittes und Herstelleneines kraftschlüssigen Übergangs zwischen dem beste-henden Fundament und der Unterfangungswand. Wenndie Endtiefe der Unterfangung erreicht ist, Herstellen desFundamentes des neuen Gebäudes (mit Fugeneinlagezur Unterfangungswand)

7. Sofern vorgesehen, Bohren und Herstellen von Verpress-ankern oder einer Vernagelung. Anschließend Aufsetzenvon Ankerplatten bzw. Durchführen einer Abnahmeprü-fung.

8. Sobald die vorangegangenen Abschnitte eine ausrei-chende Festigkeit aufweisen, sind für die nächstenAbschnitte die Arbeitsschritte 3 - 7 zu wiederholen (sieheBild 41).

9. Sofern die Unterfangung tiefer als 2,00 m unter UK desBestandsgebäudes reicht, sind die Schritte entsprechendzu wiederholen. Erstellen der Gründung des neuenGebäudes

10.5 Kraftschluss zwischen bestehen-dem Fundament und Unterfan-gungswand

Um mögliche Setzungen des bestehenden Gebäudes geringzu halten, muss eine sichere Kraftübertragung zwischendem bestehenden Gebäudefundament und der Unterfan-gungswand sichergestellt werden. Neben anderen Verfah-ren, z. B. mittels hydraulischer Anpressungen mit abschlie-

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ßender Ausfüllung oder der Verwendung von Fließbetonmit Quellzusätzen, wird häufig die folgende Vorgehens-weise gewählt:

1. Bei einer offenen Horizontalfuge bis ca. 10 mm Höhe kön-nen Keilpacker passend zur Fugenhöhe eingeschlagenwerden. Übliche Größen für Keilpacker sind 2,5 - 5 mmund 5 - 10 mm. Bei engen Stellen können die Fugenrän-der auch passend aufgefräst werden.

2. Der Abstand der Keilpacker soll bei durchgehend offenenFugen maximal 1,00 m betragen. Empfehlenswert ist einmittlerer Abstand von ca. 0,50 m. Bei örtlichen Fugenver-schlüssen sind Packer dicht neben dem Anfang und demEnde der Verschlussstelle anzuordnen.

3. Beträgt die Länge des Fugenverschlusses mehr als1,00 m, ist zunächst der Packerabstand entsprechendanzupassen und eine spätere Nachbehandlung durchz. B. mittiges Aufbohren der Verschlussstelle und Nach-verpressen vorzusehen.

4. Schließen der luftseitigen offenen Fuge durch Ausstrei-chen mit Mörtel aus Schnellzement.

5. Jeden zweiten Packer mit dünnflüssiger Zementsuspen-sion bei maximal 5 bar Druck verpressen. Die dazwi-schenliegenden Packer bleiben offen, bis die Suspensionaustritt. Anschließend verpressen der Zementssuspen-sion in die Zwischenpacker. Es ist davon auszugehen,dass auf diese Weise der Fugenraum bis in eine Tiefevon 50 cm verpresst werden kann. Durch Austritt auf derrückwärtigen Bodenseite ist mit einem Suspensionsver-lust zu rechnen. Dieser ist zu überwachen und auf die

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Größenordnung hin zu überprüfen, um unkontrolliertesAustreten in undichte Bodenleitungen oder Kellerräume(Pumpensümpfe o.ä.) zu vermeiden.

6. Zur Überprüfung des Verpresserfolges in den Fugen kön-nen Kontrollbohrungen mit einem Durchmesser von14 mm erstellt werden. Die Ausführung einer Fugensa-nierung ist nur einer Fachfirma mit entsprechenden Refe-renzen zu übertragen.

Im Falle einer Unterfangung eines Naturstein-Trockenmau-erwerks im Fundamentbereich kann eine angepasste Vorge-hensweise zum Verpressen der Fugen gewählt werden. Essind dabei Packer bzw. Bohrungen alle 30 x 30 cm zu setzenund zu verpressen. Der Aushub hat in Lagen von 30 cm zuerfolgen, freigelegte Mauerwerksfugen sind dann zu ver-pressen. Nach ausreichendem Aushärten des Verpressmör-tels kann ein weiterer Aushub vorgenommen werden. NachSteiner sollte die Unterfangung nur bis ca. 15 cm unter dieUnterkante des Fundamentes erfolgen. Der Kraftschlusssollte am nächsten Tag mit eingestampftem, erdfeuchtemBeton oder mit Quellbeton hergestellt werden.

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Das Baustellenhandbuch für den Tiefbau

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