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Titel: Die Sanierung von Stützmauern. Verfahrensvergleich Sanierung–Neubau

Die Sanierung von Stützmauern. Verfahrensvergleich Sanierung–Neubau

Bachelorarbeit, 2016
142 Seiten, Note: 1,0

Ingenieurwissenschaften - Bauingenieurwesen

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Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
i
I Inhaltsverzeichnis
I
Inhaltsverzeichnis ... i
II
Abbildungsverzeichnis ... iii
III Tabellenverzeichnis ... v
IV Abkürzungsverzeichnis ... v
1
Ziel der Arbeit ... 1
1.1
Ziel und Zweck ... 1
1.2
Aufbau ... 2
1.3
Abgrenzung ... 3
2
Stützmauern ... 4
2.1
Gewichtsmauern ... 6
2.1.1 Konstruktive und geotechnische Grundlagen ... 7
2.1.2 Natursteinmauern ...10
2.1.3 Betonmauern ...13
2.1.4 Gabionenmauer ...15
2.2
Andere Stützmauerarten ... 15
3
Sanierungserfordernisse und Schadensmechanismen ...18
3.1
Sanierungserfordernisse ... 18
3.1.1 Schädigung der Verfugung...20
3.1.2 Verformungen und Rissbildung ...23
3.2
Schadensmechanismen ... 31
3.2.1 Verwitterung ...32
3.2.2 Frost ...35
3.2.3 Veränderte Lasteinwirkung/Bauweise ...36
3.2.4 Sonstige Schadensmechanismen ...37
4
Sanierungsverfahren ...38
4.1
Sanierung der Ansichtsfläche ... 38
4.1.1 Sanierung der Verfugung ...38
4.1.2 Sanierung der Steinköpfe ...43
4.2
Sanierung des Wandquerschnitts ... 44
4.2.1 Querschnittsverpressung ...44
4.2.2 Vernadelung von Mauerwerk ...48
4.3
Drainage ... 52
4.4
Statische Sicherung ... 53
4.4.1 Bodenvernagelung ...54
4.4.2 Querschnittsvergrößerung...63
5
Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau ...65
5.1
Untersuchungszweck ... 65
5.2
Untersuchungsobjekt ... 66
5.3
Verfahrensauswahl und Vorgehen ... 67
5.3.1 Sanierungsverfahren ...67
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
ii
5.3.2 Abriss/Neubau ...69
5.4
Erläuterungen zum Bauablauf ... 71
5.4.1 Sanierung und statische Sicherung ...71
5.4.2 Abriss­Neubau ...73
5.5
Kostenvergleichsrechnung ... 74
6
Empfehlungen für die allgemeine Anwendung ...75
6.1
Denkmalschutz ... 76
6.2
Umwelt- und Artenschutz ... 77
6.3
Verkehrswege und Bebauungen ... 78
6.4
Sanierungskosten ... 81
7
Fallbeispiele ...82
7.1
Stützmauer an der B28 bei Freudenstadt ... 82
7.2
Stützmauer am Forstamt Wiesbaden Chausseehaus ... 93
8
Fazit ... 100
V
Literaturverzeichnis ... vi
VI Anhang ... x
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
iii
II Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Prinzipskizze freitragender (a) und gehaltener (b) Stützwände ... 5
Abb. 2: Prinzipskizze einer Gewichtsmauer und einwirkender Lasten ... 7
Abb. 3: Mauerwerksverbände ...13
Abb. 4: Prinzipskizze einer Winkelstützmauer und einwirkender Lasten ...14
Abb. 5: Raumgittermauer ...16
Abb. 6: Krainerwand ...17
Abb. 7: Schematische Darstellung einer geschlossenen Ankerwand ...18
Abb. 8: Durch Zementmörtel geschädigtes Natursteinmauerwerk ...23
Abb. 9: Ausgebrochene Mauerwerksschale nach vorherigem Ausbeulen ...25
Abb. 10: Überhang einer Mauer in unterschiedlichen Querschnitten ...26
Abb. 11: Teilweiser Einsturz einer Trockenmauer u.a. infolge Wurzeldruck ...27
Abb. 12: Überhängende Winkelstützmauer ...28
Abb. 13: Ausgedehnte Rissbildung u.a. infolge Durchwurzelung ...29
Abb. 14: Rissbildung im Fahrbahnbelag oberhalb einer Stützmauer ...30
Abb. 15: Faktoren der Verwitterung von Natursteinen ...34
Abb. 16: Symbolbild für die veränderte Belastung der Gotthardpassstraße ...37
Abb. 17: Abkehren des überschüssigen Mörtels ...41
Abb. 18: Frisch verfugtes und gereinigtes Natursteinmauerwerk ...43
Abb. 19: Anordnung der Verpressbohrungen im Raster ...47
Abb. 20: Edelstahl Ankernadel vom System "Ripinox" mit Abstandhaltern ...49
Abb. 21: Baugrubensicherung mittels Bodenvernagelung ...55
Abb. 22: Doppelt gegen Korrosion geschützter Bodennagel ...56
Abb. 23: Nagelkopfausbildung durch Kalottenplatte und Kugelbundmutter ...58
Abb. 24: Nagelkopfvernadelung nach N
ODOUSHANI
...59
Abb. 25: Prinzipskizze BST-Systemvernagelung ...62
Abb. 26: Prinzipskizze Pfeilerrücklagen ...65
Abb. 27: Stützmauer hinter einem Gebäude ...79
Abb. 28: Statische Sicherung unter beengten Platzverhältnissen ...80
Abb. 29: Statischer Sicherung an schmaler Passstraße ...81
Abb. 30: Lage der Baustelle in Freudenstadt ...82
Abb. 31: Stützmauer entlang des Forbachs bei Freudenstadt ...83
Abb. 32: Einsturzgefährdeter Teilabschnitt ...84
Abb. 33: Rissbildung in der Fahrbahndecke aufgrund von Setzungen ...85
Abb. 34: Während der Sanierungsarbeiten ...86
Abb. 35 Ansichtsfläche der sanierten Stützmauer und der Spritzbetonwand ...88
Abb. 36: Rückseite der rückverankerten Spritzbetonwand ...89
Abb. 37: Erstellung der Spritzbetonschale in der Schräge ...90
Abb. 38: Fertiggestellte Spritzbetonschale ...91
Abb. 39: Streifenfundament für das Schutzgeländer...92
Abb. 40: Lage der Baustelle in Wiesbaden ...93
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
iv
Abb. 41: Wandabschnitt mit starker Ausbauchung und fehlenden Steinen ...94
Abb. 42: Stützmauer von der Straßenseite ...95
Abb. 43: Gerätecontainer auf der Baustelle ...95
Abb. 44: Nistplatz für Vögel ...96
Abb. 45: Hohlräume im Mauerwerk ...97
Abb. 46: Auszug aus dem Ausführungsplan zur statischen Sicherung ...98
Abb. 47: Sanierte Stützmauer in Wiesbaden ...99
Abb. 48: Maßnahmen zur Sanierung von Schäden an Stützmauern ... 103
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
v
III Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Empfohlene Parameter beim Neubau von Gewichtsmauern ...10
Tabelle 2: Sanierungserfordernisse und relevante Schadensmechanismen ...31
Tabelle 3: Übersicht über Schäden aus Teilprozessen der Verwitterung ...33
Tabelle 4: Zuschlagssätze im Rahmen des Verfahrensvergleiches ...74
Tabelle 5: Ergebnisse des Verfahrensvergleichs ...75
IV Abkürzungsverzeichnis
Abb.
Abbildung
BST
Bau-Sanierungstechnik GmbH
BV
Bauvorhaben
bzgl.
bezüglich
bzw.
beziehungsweise
ca.
circa
DIN
Deutsche Industrie Norm
gem.
gemäß
ggf.
gegebenenfalls
GOK
Geländeoberkante
sog.
sogenannte/-r/-n/-m/-s
u.a.
unter anderem
Vgl.
Vergleiche
z.B.
zum Beispiel
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
1
1 Ziel der Arbeit
1.1 Ziel und Zweck
Stützmauern sind bedeutende Bauwerke, die an vielen Stellen ihre Stützfunktion
im Bereich von Straßen, Schienen- und sonstigen Verkehrswegen und
Bebauungen erfüllen. Seit Jahrhunderten ist beispielsweise kaum ein
Straßenbau in bergiger Landschaft ohne sie denkbar. Daraus folgt ein großer
Bestand an historischen Natursteinmauern, der trotz seines Alters zur kritischen
Infrastruktur zählt. Auch moderne Stützmauern aus Beton oder
Winkelstützmauern gehören zu dieser Infrastruktur, deren Versagen ernsthafte
Risiken birgt.
Stützmauern gehören dennoch zu den Bauwerken, die i.d.R. wenig
Aufmerksamkeit auf sich ziehen. Im Vergleich zu Brückenbauwerken, bei denen
der dringende Handlungsbedarf für Sanierungen bzw. Neubauten inzwischen
allgemein bekannt ist, steht die Problematik maroder Stützmauern weitaus
weniger im Fokus. So sind sich die für die Instandhaltung verantwortlichen
Baulastträger, Grundstückseigentümer usw., oftmals nicht im Klaren darüber, wie
viele Stützmauern überhaupt in ihren Zuständigkeitsbereich fallen, geschweige
denn in welchem Zustand sich diese befinden. Doch selbst wenn eine
vollständige Erfassung und Begutachtung des Bestandes an Stützmauern
existiert, stehen die Verantwortlichen vor der Frage, wie mit schadhaften Mauern
zu verfahren ist.
Häufig verhindert die kritische Lage von Stützmauern, z.B. an Straßen, in
Verbindung mit fehlendem Wissen um Sanierungsmöglichkeiten, dass
Stützmauern rechtzeitig saniert werden. Der Zustand verschlechtert sich dann
solange bis ein Abriss unumgänglich ist bzw. in Form eines Zusammenbruchs
von selbst eintritt. Zu diesem Zeitpunkt geht oftmals wertvolle, teils historische
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
2
Bausubstanz verloren. Es besteht dann keine Wahl mehr über womöglich
technisch oder wirtschaftlich günstigere Vorgehensweisen als den Abriss mit
anschließendem Neubau.
Das Ziel dieser Arbeit ist es die Möglichkeiten zur Sanierung von Stützmauern
aufzuzeigen. Diese Möglichkeiten sollen unter wirtschaftlichen Aspekten mit der
Variante eines Abrisses und nachfolgendem Neubau gegenübergestellt werden.
So soll herausgearbeitet werden, dass die Sanierung von Stützmauern
gegenüber Neubauten vielfach vorteilhaft ist. Dabei sollen in der Praxis
bedeutsame Randbedingungen wie z.B. Nachbarbebauungen, Denkmalschutz,
räumliche Beschränkungen oder infrastrukturelle Erfordernisse wie z.B.
Straßensperrungen berücksichtigt werden.
1.2 Aufbau
Zunächst werden die Erscheinungsformen von Stützmauern erfasst und
erläutert. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Sanierung bzw. dem Abriss von
Gewichtsstützmauern, insbesondere Natursteinstützmauern. Dies beruht darauf,
dass in der Praxis in den meisten Fällen Gewichtsstützmauern angetroffen
werden, wenn es um die Frage einer Sanierung bzw. eines Neubaus geht. Für
diese soll in Abschnitt 2 ein Überblick über die konstruktiven Grundlagen und
verwendete Materialien gegeben werden.
Um die Ausgangsstellung für die Sanierung bzw. Abriss/Neubau darzustellen,
werden in Abschnitt 3 zunächst die Schadensbilder erläutert, die an Stützmauern
für gewöhnlich auftreten. Weiterhin werden die Mechanismen erläutert, die
ursächlich für das Auftreten dieser Schäden sind.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
3
In Abschnitt 4 werden sodann Sanierungsverfahren für Schäden an Stützmauern
dargestellt. Diese beziehen sich auf die Problembereiche der inneren und
äußeren Standsicherheit.
In Abschnitt 5 werden ausgewählte Sanierungsverfahren im Rahmen eines
Verfahrensvergleiches der Möglichkeit eines Abrisses mit anschließendem
Neubau einer Stützmauer gegenüber gestellt.
In Abschnitt 6 werden Empfehlungen ausgesprochen, die bei der Planung und
Ausführung von Sanierungsmaßnahmen an Stützmauern berücksichtigt werden
sollten.
Zwei Fallbeispiele veranschaulichen in Abschnitt 7 die Umsetzung von realen
Sanierungsmaßnahmen in der Praxis.
In Abschnitt 8 werden die gewonnenen Erkenntnisse aus dieser Arbeit in einem
Fazit zusammengeführt.
1.3 Abgrenzung
Im Rahmen dieser Arbeit wird, wie oben beschrieben, zunächst ein Überblick
über Stützmauertypen gegeben. Im weiteren Verlauf wird jedoch verstärkt auf
Natursteinstützmauern eingegangen. Die Begründung hierfür liegt einerseits
darin, dass Natursteinstützmauern im Zusammenhang mit Sanierungen die
größte praktische Bedeutung besitzen.
1
Andererseits lassen sich die Verfahren
zur statischen Sicherung von Natursteinstützmauern auch für andere Arten der
1
Natursteinstützmauern stellten in den Jahren 2014 und 2015 mit 90% den überwiegenden Teil
aller Sanierungsprojekte der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH dar. (siehe Anhang A.1) Die
Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH ist ein Spezialtiefbauunternehmen, das auf die
Sanierung von Stützmauern aller Art spezialisiert ist.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
4
in dieser Arbeit vorgestellten Stützmauern anwenden. Wo dies nicht zutrifft, tritt
dies offensichtlich hervor ­ als Beispiel sei hier angeführt, dass eine
Betonstützmauer keiner Erneuerung der Stoß- und Lagerfugen bedarf, da diese
bei Betonstützmauern nicht vorhanden sind. Um die Lesbarkeit dieser Arbeit zu
wahren, wird in der Folge darauf verzichtet, allerorten auf diese Sachverhalte
hinzuweisen.
Abschnitt 3 ist der Beschreibung von Schäden gewidmet, die kausal mit
Stützmauern und ihrem direkten Umfeld (z.B. Einwirkung des Erddrucks)
verknüpft sind bzw. den Sanierungsmöglichkeiten dergleichen. Nicht betrachtet
werden externe Ereignisse, wie z.B. Hangrutschungen, die zwar Schäden an
Stützmauern hervorrufen, jedoch i.d.R. keinen direkten kausalen Bezug dazu
aufweisen. Die Behebung dieser Schadensursachen liegt somit außerhalb des
Themenkreises dieser Arbeit. Gleichwohl lassen sich viele der verursachten
Schäden durch die vorgestellten Sanierungsverfahren beseitigen.
Gleichfalls wird ein Versagen der Gründung von Stützmauern nicht
berücksichtigt, die Behebung dieser Problematik ist i.d.R. mit der Errichtung von
Unterfangungen oder dergleichen verbunden. Diese Thematik ist von anderen
Bauwerksarten bekannt und liegt daher nicht im Fokus dieser Arbeit.
2 Stützmauern
Stützmauern sind gemäß DIN 1054 den Stützkonstruktionen zuzuordnen. Sie
stützen Boden, Fels oder Hinterfüllungen ab und halten diese in einer steileren
als der natürlichen Neigung.
2
Stützmauern sichern Geländesprünge und schaffen
damit Raum, der für andere Zwecke, z.B. für Verkehrswegen oder Gebäude,
verwendet werden kann.
2
Vgl. DIN EN 1997-1:2004, S. 96
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
5
Häufig werden die Begriffe Stützmauer und Stützwand synonym gebraucht, in
dieser Arbeit soll jedoch, der Definition von u.a. S
CHMIDT ET AL
.
folgend, zwischen
beiden Begriffen unterschieden werden. Stützmauern sind demzufolge
Konstruktionen, die auf sie einwirkende Belastungen, ohne eine Verankerung in
den Baugrund, ausschließlich über ihre Bauwerkssohle ableiten.
3
Stützwände
hingegen werden als auf Biegung beanspruchte Platten definiert, die im Boden
eingespannt sind und entweder freitragend oder durch Anker an mindestens
einem Punkt gehalten sind.
4
Abb. 1: Prinzipskizze freitragender (a) und gehaltener (b) Stützwände
5
Die Standsicherheit von Stützmauern wird gem. der oben genannten Definition
vorrangig durch ihr Eigengewicht bestimmt, daher werden sie nachfolgend auch
als Gewichtsmauern bezeichnet.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf Stützmauern, wie bereits der Titel angibt, da es
sich bei Stützwänden in den meisten Fällen um Konstruktionen zur Sicherung
3
Vgl. Schmidt et al., Grundlagen der Geotechnik, 2014, S. 477, weiterhin Kolymbas,
Geotechnik, 2011, S. 401, Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 625
4
Vgl. Schmidt et al., Grundlagen der Geotechnik, 2014, S. 477
5
Siehe Schmidt et al., Grundlagen der Geotechnik, 2014, S. 477
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
6
von Baugruben, wie z.B. Spundwände oder Trägerbohlwände, handelt. Diese
bedürfen während ihrer begrenzten Lebensdauer i.d.R. keiner Sanierung.
6
Keine Sützmauern, im Sinne einer Stützkonstruktion, sind bei genauer
Betrachtung sog. Futtermauern. Der Begriff wird für Mauern verwendet, die
unmittelbar vor einer Böschung oder einem Felshorizont stehen, ohne dass sie
diese stützen würden. Die Stützmauer dient in diesem Fall als Verblendung zum
Schutz vor Erosion und Verwitterung. Gleichwohl können auch Futtermauern von
den in der Folge beschriebenen Schadensmechanismen betroffen sein, sodass
eine Entscheidung über Abriss oder Sanierung notwendig werden kann.
7
Ihre
Sanierung lässt sich mit den vorgestellten Sanierungsverfahren bewerkstelligen.
In den nachfolgenden Abschnitten werden die wichtigsten Arten der Stützmauern
erläutert.
2.1 Gewichtsmauern
Gewichtsmauern sind die älteste Erscheinungsform der Stützkonstruktionen,
bereits vor mehr als 5.000 Jahren verwendeten die Ägypter Natursteine zum Bau
von Mauerwerk.
8
In Abschnitt 2.1.1 werden die konstruktiven und geotechnischen Grundlagen
erläutert, die im Zusammenhang mit dem Bau von Gewichtsmauern relevant
sind. Im Anschluss werden die beiden Haupterscheinungsformen von
Gewichtsmauern beschrieben. Dazu gehören Natursteinmauern (Abschnitt
2.1.2) und Betonmauern (Abschnitt 2.1.3).
6
Vgl. Wietek, Böschungen und Baugruben, 2012, S. 115f.
7
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 720
8
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 9
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
7
2.1.1 Konstruktive und geotechnische Grundlagen
Gewichtsmauern tragen, wie oben erwähnt, die Lasten aus dem Gelände, das
sie stützen, allein über die Sohle des Bauwerks in den Baugrund ab. Sie sind
nicht in irgendeiner Weise mit dem Boden bzw. dem dahinter anstehenden
Gelände verankert.
Abb. 2: Prinzipskizze einer Gewichtsmauer und einwirkender Lasten
Stützmauern im Allgemeinen sind einer ganzen Reihe von Einwirkungen
ausgesetzt, dazu gehören:
9
- Ständige Einwirkungen: Eigengewicht der Mauer selbst, statische Lasten
aus Bebauung auf oder oberhalb der Mauer, Erddruck, Wasserdruck,
Nutzlasten aus der Bebauung auf/oberhalb der Mauer sowie
Verformungen aufgrund von Hangkriechungen
- Veränderliche Einwirkungen: Wind-, Schnee- und Eislasten, veränderliche
Lasten aus Bebauung auf oder oberhalb der Mauer
- Dynamische Einwirkungen: Verkehrslasten, Anprallasten, Erdbeben,
Lawinen, Muren
9
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 625f.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
8
In der Planung von Stützmauern müssen die Nachweise geführt werden, dass
die Mauer aufgrund ihrer Konstruktion einerseits die o.g. Einwirkungen
aufnehmen kann (innere Standsicherheit) und diese in der Interaktion mit dem
Baugrund sicher ableiten kann (äußere Standsicherheit).
Der Nachweis der inneren Standsicherheit ist, je nach verwendetem Baustoff,
eine Aufgabe aus den jeweiligen Fachdisziplinen, z.B. Betonbau, Stahlbetonbau
etc.
Die Betrachtung der äußeren Standsicherheit setzt sich aus mehreren
Teilaspekten zusammen:
10
- Kippsicherheit: Die Stützmauer muss eine Sicherheit gegen ein Kippen
infolge der angreifenden Lasten aufweisen. Zur Ermittlung der
Kippsicherheit wird das resultierende Moment [M] aus stabilisierenden und
destabilisierenden Einwirkungen um den Schwerpunkt der Sohlfläche
berechnet. Das Ergebnis der Division des Momentes [M] durch die
angreifenden Normalkräfte [N] wird als Exzentrizität bezeichnet. Die
Exzentrizität muss kleiner als die erste (bei ständigen Lasten) bzw. zweite
(bei veränderlichen Lasten) Kernweite sein, damit der Nachweis erfüllt ist.
Liegt der Angriffspunkt der Belastung des Querschnitts innerhalb der
ersten Kernweite, herrschen über die gesamte Fläche des Querschnitts
Spannungen eines Vorzeichens. Sofern die Belastung in einem Punkt
außerhalb der ersten aber innerhalb der zweiten Kernweite angreift,
existieren Spannungen unterschiedlicher Vorzeichen und es bildet sich
eine klaffende Fuge, die maximal bis zur Fundamentmitte reicht.
- Gleitsicherheit: Sollten die horizontal wirkenden Lasten den
Gleitwiderstand der Mauer auf dem Baugrund übertreffen, würde sich die
Mauer horizontal verschieben. Dies gilt es bei der Konstruktion
10
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 636ff.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
9
nachweisbar auszuschließen. Der Gleitwiderstand ist das Produkt aus den
einwirkenden Normalkräften und der Sohlreibung. In die Berechnung kann
zusätzlich der Erdwiderstand aufgenommen werden, jedoch müssten die
Verschiebungen der Mauer sehr groß sein, bis der Widerstand in vollem
Umfang aktiviert ist. Aus diesem Grund wird der Erdwiderstand häufig
nicht oder nur teilweise berücksichtigt. Die Summe aus Gleitwiderstand
und ggf. Erdwiderstand muss die Summe der horizontal wirkenden
Belastungen übersteigen, um eine Gleitsicherheit zu gewährleisten.
- Grundbruchsicherheit: Ein Grundbruch tritt auf, wenn die Lasten, die aus
der Sohle der Stützmauer in den Boden übertragen werden, den
Scherwiderstand des Bodens übersteigen. Die Folge ist ein seitliches
Ausweichen des Bodens unter der Stützmauer, die aufgrund dessen
versinkt. Es muss also überprüft werden, ob der Grundbruchwiderstand
des Baugrundes die Einwirkungen aus der Stützmauer übersteigt.
- Geländebruchsicherheit: Hierbei wird die Stützmauer und die Böschung
an der bzw. auf der sie steht betrachtet. Es muss nachgewiesen werden,
dass die Böschung ausreichend standsicher ist und nicht teilweise oder
sogar mitsamt der Stützmauer abzurutschen droht.
- Hydraulischer Grundbruch/Aufschwimmen: Sofern die Mauer von
Grundwasser unterhalb ihrer Sohle umströmt wird, muss nachgewiesen
werden, dass der Strömungsdruck nicht einen Grundbruch verursachen
kann. Ebenso ist nachzuweisen, dass die Mauer nicht einem so großen
Auftrieb ausgesetzt ist, dass sie aufschwimmen könnte.
Die beschriebenen Nachweise bilden zusammen den Nachweis der
Tragfähigkeit. Darüber hinaus muss der Nachweis der Gebrauchstauglichkeit
erbracht werden, bei dem nachgewiesen wird, dass die erwarteten
Verkantungen, Setzungen und Verschiebungen des Bauwerks in einem
unschädlichen Bereich liegen.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
10
Für den Neubau von Stützmauern werden heute folgende Parameter bezüglich
der Abmessungen empfohlen:
11
Aufstandsbreite:
1/3 bis 1/2 der Höhe
Mauerkronenbreite:
0,5m bis 1,00m
Gründungstiefe:
1,00m
Neigung Luftseite:
4:1 bis 8:1
Neigung Erdseite:
10:1
Tabelle 1: Empfohlene Parameter beim Neubau von Gewichtsmauern
12
2.1.2 Natursteinmauern
Den Natursteinmauern ist gemein, dass ihr Querschnitt aus Natursteinen erbaut
ist. Darüber hinaus unterscheiden sie sich in der Art, in der das Mauerwerk
aufgeschichtet wurde und der verwendeten Materialien.
In Bezug auf die Bauweise lassen sich zudem noch ein- und mehrschalige
Mauern unterscheiden. Insbesondere dickeres antikes Mauerwerk wurde häufig
als Schalenmauerwerk errichtet.
13
Die äußeren Mauerwerksflächen, die sog.
Schalen, bestehend dabei aus Natursteinmauerwerk. Zwischen den Schalen
wurde eine Füllung, je nach Verfügbarkeit, aus unbehauenen Steinen und Mörtel
eingebracht.
14
11
Vgl. DIN 1054:2010, Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 692
12
Eigene Erstellung, in Anlehnung an: Dörken und Dehne, Grundbau in Beispielen Teil 2, 2012,
S. 231ff.
13
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 17
14
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 17
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
11
Trockenmauerwerk
Beim Bau von Trockenmauerwerk kommen nur geringfügig bearbeitete Steine
zum Einsatz, die ohne Mörtel aufgeschichtet werden.
15
Die Formstabilität wird
erreicht, indem die Steine kraftschlüssig miteinander verkeilt und größere Fugen
mit sog. Zwickeln (kleine Steinbruchstücke) ausgefüllt werden. Die Fugen bleiben
unverfüllt. Dies hat u.a. zur Folge, dass Wasser aus dem dahinter anstehenden
Erdreich durch die offenen Fugen abfließend kann und ein Anstauen von Wasser
vermieden wird.
Bruchsteinmauerwerk
Für Bruchsteinmauerwerk werden ebenflächige Steine verwendet, die im wilden
Verband aufgeschichtet werden. Beim Bruchsteinmauerwerk werden, im
Unterschied zum Trockenmauerwerk, die Steine in Mörtel gesetzt und sowohl die
Zwischenräume als auch Fugen vermörtelt.
16
Schichtenmauerwerk
Beim Schichtenmauerwerk wird differenziert zwischen unregelmäßigem,
hammerrechten und regelmäßigen Schichtenmauerwerk. Beim unregelmäßigen
Schichtenmauerwerk werden die Steine bis auf eine Tiefe von mindestens 15 cm
bearbeitet, die Steinhöhen können von Schicht zu Schicht variieren, innerhalb
einer Schicht ist sie jedoch gleich. Ebenso verhält es sich beim hammerrechten
Schichtenmauerwerk, bei dem die Steine allerdings nur bis auf eine Tiefe von
zwölf Zentimeter bearbeitet sind und unterschiedliche Breiten aufweisen können.
15
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 12
16
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 14ff.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
12
Demgegenüber steht das regelmäßige Schichtenmauerwerk, bei dem die
Steinhöhen über das komplette Mauerwerk hinweg gleich sind.
17
Zyklopenmauerwerk
Zyklopenmauerwerk weist ein netzartiges Fugenbild auf, bei dem die Steine,
häufig mit stark unterschiedlichen Größen, unter Verwendung von Mörtel oder
als Trockenmauer aufgeschichtet werden. Hohlräume zwischen den Steinen
werden durch kleinere Zwickelsteine ausgekleidet.
18
Es kommen dabei
Bruchsteine oder wenig bzw. hammerrecht behauene Steine zum Einsatz.
19
Quadermauerwerk
Quadermauerwerk wird aus Steinen erbaut, die in jeder Dimension nach Maßen
bearbeitet wurden. Häufig sind mindestens die Stoß- und Lagerfugen, ggf. auch
die Ansichtsfläche gesägt.
20
Sie werden so geschichtet, dass das
Aufeinandertreffen Stoßfugen verhindert wird.
21
17
Vgl. Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 124
18
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 10
19
Vgl. Krug, Neue Normen für Natursteinmauerwerk, in: Patitz, Grassegger et al. (Hg.):
Natursteinbauwerke, 2015, S. 12
20
Vgl. Krug, Neue Normen für Natursteinmauerwerk, in: Patitz, Grassegger et al. (Hg.):
Natursteinbauwerke, 2015, S. 14
21
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 14
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
13
Abb. 3: Mauerwerksverbände
22
2.1.3 Betonmauern
Betonstützmauern bestehen i.d.R. aus unbewehrtem oder nur konstruktiv
bewehrtem Beton.
23
Sie erfüllen ihre Stützfunktion ebenso wie die
Natursteinmauern hauptsächlich auf Grundlage ihres Eigengewichts.
Gegenüber Mauern aus Natursteinen lassen sich insbesondere große
Querschnitte relativ schnell und günstig herstellen. Aufgrund der wenig
ansehnlichen Ansichtsfläche werden Betonmauern häufig mit Natursteinen
verblendet, um den Eindruck einer Natursteinstützmauer zu erwecken.
Einen Sonderfall der Betonmauer bildet die Winkelstützmauer. Diese erzielt ihre
Standsicherheit nur zu einem geringen Teil aus ihrem Eigengewicht.
Winkelstützmauern besitzen einen Sporn, der von Erdreich bedeckt wird. In der
Berechnung der Standsicherheit wird das auf dem Sporn liegende Erdreich als
stabilisierende Einwirkung berücksichtigt. Daher kann die Wandscheibe mit einer
geringeren Stärke ausgeführt werden als bei Gewichtsmauern, was Material
22
Siehe Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 4
23
Vgl. Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 402
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
14
einspart.
24
Da Winkelstützmauern aufgrund ihrer Konstruktion auf Biegung
beansprucht werden, müssen sie aus entsprechend bemessenem Stahlbeton
erstellt werden.
25
Beim Bau von Winkelstützmauern muss ein Einschnitt in das dahinter liegende
Gelände vorgenommen werden, damit der Sporn hergestellt werden kann. Je
größer die Wandhöhe, desto weiter muss der Sporn in das Gelände hineinragen.
Aus diesem Grund können Winkelstützmauern für größere Höhen
unwirtschaftlich sein, da der nötige Eingriff in das Gelände sehr aufwendig sein
kann.
Abb. 4: Prinzipskizze einer Winkelstützmauer und einwirkender Lasten
24
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 692
25
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 692
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
15
2.1.4 Gabionenmauer
Gabionenmauern werden aus Drahtkörben hergestellt, die mit Natursteinen
befüllt werden. Ein einzelner Drahtkorb hat ein Volumen zwischen 0,5 und vier
Kubikmetern, als Füllung kommen alle Arten von Natursteinen in Frage.
26
Zur Herstellung einer Stützmauer aus Gabionenkörben werden diese i.d.R. vor
Ort lagenweise gefüllt und mit leichtem Versatz auf ein entsprechend
bemessenes Fundament gestapelt. Dadurch ergibt sich eine günstig wirkende
Neigung der Rückseite zum Gelände hin, diese sollte i.d.R. zehn Grad
betragen.
27
Die Wirkungsweise der Gabionenmauer ähnelt der von Gewichtsmauern,
weshalb die Nachweise für ihre Standsicherheit auch analog geführt werden.
28
2.2 Andere Stützmauerarten
Neben den Stützmauern und Stützwänden, die in Abschnitt 2 definiert wurden,
existieren Konstruktionen, die Elemente beider Typen in sich vereinen. Daher
werden diese auch als zusammengesetzte Konstruktionen bezeichnet. Darüber
hinaus gibt es weitere, seltenere Varianten der Gewichtsstützmauern. All dies
soll in der Folge kurz vorgestellt werden um den Überblick über die Arten der
Stützmauern und -wände zu vervollständigen.
26
Vgl. Wietek, Böschungen und Baugruben, 2012, S. 62 sowie Boley und Adam, Handbuch
Geotechnik, 2012, S. 716
27
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 717
28
Vgl. Wietek, Böschungen und Baugruben, 2012, S. 62
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
16
Raumgitter-Stützmauer
Raumgitterstützmauern bilden aus einzelnen, mit Erdmaterial oder Felsschutt
gefüllten, übereinandergestapelten Betonfertigteilen eine Art Gewichts-
stützmauer.
Insbesondere in Österreich wird diese Art von Stützmauer seit Jahrhunderten als
sog. Krainerwand gebaut. Dazu werden Holzbalken gitterartig übereinander
gelegt und mit dem zuvor für den Geländeeinschnitt ausgehobenen Boden
verfüllt.
29
Abb. 5: Raumgittermauer
30
Beide Konstruktionen zeichnen sich dadurch aus, dass sie gut an unregelmäßige
Geländeverläufe angepasst werden können und sich aufgrund der möglichen
Begrünung gut in die Umgebung einfügen.
31
29
Vgl. Schmidt et al., Grundlagen der Geotechnik, 2014, S. 488
30
Quelle: Betonwerk Rieder GmbH, online verfügbar unter: http://www.rieder.at/index.php?eID
=downloadcenter&fileid=850&type=0, zuletzt geprüft am 16.02.2016
31
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 704
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
17
Abb. 6: Krainerwand
32
Ankerwände
Ankerwände,
auch
als
Elementwände
bezeichnet,
bestehen
aus
Stahlbetonfertigteilen, die vor den Geländesprung gestellt und durch Bodennägel
gehalten werden.
33
Die Fertigteile können entweder schachbrettartig oder geschlossen angeordnet
werden. Eventuelle Freiflächen zwischen den Elementen können beispielsweise
mit Spritzbeton verschlossen werden.
32
Siehe Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 404
33
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 719
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
18
Abb. 7: Schematische Darstellung einer geschlossenen Ankerwand
34
3 Sanierungserfordernisse und Schadensmechanismen
3.1 Sanierungserfordernisse
Stützmauern unterliegen vielfältigen Einflüssen aus ihrer Umwelt, dem Boden auf
dem sie stehen und dem Gelände, das sie stützen. Sie werden beeinflusst durch
Vegetation, durch chemische Prozesse, veränderte Belastungen und einige
weitere Faktoren.
Insbesondere Natursteinstützmauern sind diesen Einflüssen oftmals seit
mehreren Jahrhunderten ausgesetzt. Daher ist es nicht überraschend, dass sich
im Laufe der Zeit an viele Stützmauern Veränderungen einstellen. Aber auch an
Betonstützmauern und Winkelstützwänden, die im Gegensatz zu historischen
Natursteinmauern sehr viel jünger sind, treten Veränderungen auf.
34
Siehe Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 719
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
19
Im Rahmen dieses Abschnittes soll zunächst die Frage geklärt werden, welche
Veränderungen am Zustand einer Stützmauer gewöhnlich auftreten. Dabei soll
gleichfalls geklärt werden, welche dieser Veränderungen als Schäden zu
bezeichnen sind, die als kritisch, für die dauerhaft zuverlässige Erfüllung der
Aufgaben einer Stützmauer, anzusehen sind. Derartige Schäden sind
andererseits von denjenigen Veränderungen abzugrenzen, die keine Gefahr für
den Bestand einer Stützmauer darstellen und somit nicht als
Sanierungserfordernis zu betrachten sind.
Zu den auffälligsten Veränderungen an Stützmauern gehören Ablagerungen von
Substanzen auf der Maueroberfläche. Sie werden im Sinne dieser Arbeit nicht
als sanierungsbedürftige Schäden betrachtet, da ihr unmittelbarer Einfluss auf
die Standsicherheit von Stützmauern begrenzt ist. Bei diesen, meist weißen
Ausblühungen handelt es sich i.d.R. um Sulfate und Chloride bzw. Kalkanteile,
die aus den verwendeten Baustoffen durch Feuchtigkeit gelöst und an die
Oberfläche transportiert werden. Dort lagern sie sich beim Verdunsten der
Feuchtigkeit ab.
35
Gleichwohl die Optik der Ansichtsfläche einer Stützmauer
durch diese Ablagerungen beeinträchtigt wird, lässt sich für die Standsicherheit
annehmen, dass diese nicht gefährdet ist.
Eine Ausnahme hiervon bildet die Einwirkung von Nitraten, die die Bildung von
sog. Mauersalpeter hervorrufen können. Die Bildung dieser Minerale ist mit einer
starken Volumenforderung verbunden und kann den Mauerwerksverband stark
schädigen.
36
Da dies jedoch im Zusammenhang mit Stallgebäuden,
Jauchegruben und dergleichen eine sehr viele größere Relevanz besitzt als für
Stützmauern, wird in dieser Arbeit nicht näher darauf eingegangen.
37
35
Vgl. Neroth und Vollenschaar, Wendehorst Baustoffkunde, 2011, S. 43f.
36
Vgl. Neroth und Vollenschaar, Wendehorst Baustoffkunde, 2011, S. 403
37
Vgl. Krass et al., Grundlagen der Bautechnik, 2009, S. 548
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
20
Risse sind in Bezug auf altes Natursteinmauerwerk eine normale Erscheinung,
bei ihrer Beurteilung kommt es stark auf ihr Ausmaß an. Keinen Schaden im
Sinne eines Sanierungserfordernisses stellen baupyhsikalisch normale
Schwindrisse dar. Diese zeigen sich zumeist als Haarrisse in der Verfugung des
Mauerwerks und lassen keine strukturelle Schwächung des Mauerwerks
vermuten. Nichtsdestotrotz sind Ausmaß und Anzahl der Risse zu überwachen.
Nehmen sie überhand, kann die Verfugung den Mauerkern nicht mehr vor dem
Eindringen von Wasser schützen. Anders verhält es sich auch mit Rissen, deren
Flanken sehr weit ausgedehnt sind oder mit Rissen, die durch Steine hindurch
verlaufen (Siehe Abschnitt 3.1.2).
In den folgenden Abschnitten werden typische Schadensbilder und deren
Ursachen aufgezeigt, die als Sanierungserfordernisse zu werten sind.
3.1.1 Schädigung der Verfugung
Die Verfugung übernimmt bei Natursteinmauern die Funktion eines
Schutzschirmes gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit und Schadstoffen
in den Querschnitt der Stützmauer.
38
Im Laufe der Zeit stellen sich an viele
Stützmauern jedoch mehr oder weniger ausgeprägte Schäden an der Verfugung
ein. Die Art und Ausprägung dieser Schäden hängt stark von der Wahl des
Mörtels sowie von der Art und Intensität der Belastung und der Zeit, die der Mörtel
der Belastung ausgesetzt ist, ab.
Beim Bau historischer Natursteinstützmauern wurde seinerzeit häufig Kalkmörtel
verwendet, der nach heutigen Maßstäben geringe Festigkeiten aufweist.
39
Über
Jahrzehnte hinweg einwirkende Feuchtigkeit, z.B. an Schlagregen ausgesetzten
38
Vgl. Neroth und Vollenschaar, Wendehorst Baustoffkunde, 2011, S. 402
39
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 87
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
21
Oberflächen, führt zu einem Auslaugen des Mörtels. Die Abnahme des
Bindemittelanteils bewirkt einen Festigkeitsverlust, der sich letztlich in einem
fortschreitenden Zerfall der Fugen durch Absanden der Körnung des Mörtels
niederschlägt.
40
Bei Stützmauern, deren Verfugung in der Vergangenheit bereits saniert wurde,
lässt sich häufig feststellen, dass die Wahl eines zementhaltigen Mörtels
ebenfalls Schäden verursachen kann. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das
Mauerwerk aus Wasser saugenden Kalk- oder Sandsteinen besteht. Das durch
die Steine aufgesogene Wasser kann, aufgrund der Versiegelung der Fugen mit
dem gering porigen und daher quasi wasserundurchlässigen Zementmörtel, nicht
verdunsten. Die ständige Durchfeuchtung befördert die zudem Verwitterung des
Steinmaterials, da sich mit dem Wasser eingetragene Schadstoffe im Mauerwerk
anreichern.
41
Bei Temperaturschwankungen und insbesondere beim Übergang von Wasser zu
Eis, der mit einer Volumenvergrößerung von neun Prozent verbunden ist, kann
es zur Bildung eines Staudruckes kommen.
42
Diesem Staudruck kann der harte
Zementmörtel i.d.R. gut standhalten, das weichere, ggf. an der Oberfläche
angewitterte Steinmaterial kann dies oftmals nicht. Deshalb kann es zur
regelrechten Absprengung ganzer Schalen des Mauerwerks parallel zur
Oberfläche kommen.
43
Aufgrund des beschriebenen Alterungs- und Auslaugungsprozesses kommt es
häufig zu einem Haftverlust zwischen Fugenmörtel und Steinflanke, sodass der
Mörtel, ohne Beteiligung des Mauerwerks, schollenartig ausbrechen kann.
40
Vgl. Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 179
41
Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 126ff.
42
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 118
43
Vgl. Neroth und Vollenschaar, Wendehorst Baustoffkunde, 2011, S. 119f., Wild,
Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 129, Dreuse et al., Leitfaden
für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an Natursteinmauerwerk, 2015, S. 15
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
22
Umweltbedingungen, wie z.B. im Spritzwasserbereich von Fahrbahnen mit
Taumitteleinwirkung, können diese Effekte zusätzlich beschleunigen.
Die Verfugung kann ebenso aus dem Inneren des Mauerquerschnitts heraus
geschädigt werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn sich im Inneren
der Wand Mauerwerksschalen z.B. aufgrund von Salzbildung lösen und die
Verfugung mechanisch überlasten. Risse an den Fugenflanken können die Folge
sein.
44
Allen aufgeführten Schadensbildern ist gemein, dass sie den Schutz des
Mauerwerks vor dem Eindringen von Wasser, einschränken. Dringt Wasser in
den Querschnitt ein, schädigt es das Mauerwerk und damit über kurz oder lang
die Standsicherheit der Stützmauer insgesamt. Daher ist eine schadhafte
Verfugung zu denjenigen Schadensbildern zu zählen, die einer fachgerechten
Sanierung bedürfen.
44
Vgl. Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 11
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
23
Abb. 8: Durch Zementmörtel geschädigtes Natursteinmauerwerk
45
3.1.2 Verformungen und Rissbildung
Ein untrügliches Zeichen für die Sanierungsbedürftigkeit einer Stützmauer sind
Verformungen des Mauerwerks. Diese können innerhalb der Ansichtsfläche lokal
begrenzt, als Ausbauchung, auftreten oder sich als Überhang über gesamte
Abschnitte der Mauer hinweg darstellen.
Ausbauchungen sind zumeist Folge eines langjährigen Prozesses,
währenddessen die Mauer im Kern ständig durchfeuchtet wurde. Diese
Durchfeuchtung führt, wie in Abschnitt 3.1.1 beschrieben, zur Auslaugung des
Bindemittelanteils im Mörtel und damit zur Herabsetzung der Festigkeit.
Ausgewaschene Bestandteile des Fugenmörtels werden durch nachdringende
Erdpartikel ersetzt, die eine Quellwirkung entfalten können und als Nährboden
45
BV Stühlingen, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
24
für Pflanzen dienen. Dieser Bewuchs in der Ansichtsfläche ebenso wie Pflanzen
und Bäume oberhalb der Mauer schädigen durch den Druck des Wurzelwerks
den Mauerwerksverband.
Dieser Wurzeldruck, in Verbindung mit dem schwächer werdenden Mörtel löst
den ehemals monolithische Verbund des Mauerwerks vom Inneren zunehmend
auf. Eine Einwirkung von Frost im Mauerkern kann eine zusätzliche drückende
Wirkung entfalten, sodass im Endeffekt einzelne Steine oder ganze Schollen
nach außen gedrückt werden. Dies zeigt sich dann an der Maueroberfläche als
Ausbauchung. Diese Erscheinung kündigt ein Versagen des Mauerwerks in
diesem Bereich an (Siehe Abb. 9). Allerdings kann Natursteinmauerwerk häufig
erstaunlich große Verformungen annehmen, bevor ein Versagen eintritt, was
eine Vorhersage über die Dringlichkeit einer Sanierung erschwert.
Im Gegensatz zu Ausbauchungen verschieben sich bei der Ausbildung eines
Überhanges einer Stützmauer nicht nur Teile des Querschnittes, sondern der
Querschnitt als Ganzes ändert seine Neigung in Richtung der Luftseite.
46
46
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 6f.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
25
Abb. 9: Ausgebrochene Mauerwerksschale nach vorherigem Ausbeulen
47
Wie in Abb. 10 ersichtlich ist, nimmt das Ausmaß der Kopfauslenkung von
Querschnitt 1 zu Querschnitt 3 zu. Querschnitt 1 ist am nächsten an einer
Mauerecke gelegen, die eine Aussteifung darstellt, über die einwirkende Lasten
abgetragen werden können. Querschnitt 3 hingegen ist am weitesten von einer
Mauerecke entfernt, daher stellen sich hier auch die größten Verformungen ein.
47
BV Schloss Trautenfels (A), 2007, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
26
Abb. 10: Überhang einer Mauer in unterschiedlichen Querschnitten
48
Der Querschnitt verhält sich bei dieser zunehmenden Auslenkung als Block, d.h.
es sind keine Verschiebungen oder Überstände unter den einzelnen Steinlagen
zu erkennen. Dieses Erscheinungsbild stellt sich auch bei Mauern ein, die
ursprünglich mit einer Neigung gegen den Hang errichtet wurden.
49
Die Ursache für diese Erscheinung liegt in der Einwirkung des Erddrucks auf die
Stützmauer in Verbindung mit einem Querschnitt, der offensichtlich nicht
ausreichend dimensioniert ist für das Ausmaß der Belastung. Eine veränderte
Beanspruchung, z.B. durch zusätzliche Verkehrsbelastungen, kann ebenso der
Grund dafür sein, dass eine, ehemals ausreichend dimensionierte, Stützmauer
nicht mehr den Anforderungen genügt.
Weitere Faktoren, die sowohl für Stützmauern aus Naturstein als auch aus Beton
zutreffen, können neben dem Erddruck auf die Mauer auch der Einfluss von
48
Siehe Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 6
49
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 7
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
27
Wasser sein, das sich an der Wandrückseite aufstaut. Dies kann vor allem dann
der Fall sein, wenn Entwässerungsmöglichkeiten nicht mehr funktionstüchtig sind
oder gänzlich fehlen. Ein etwaiger Baumbestand oberhalb der Stützmauer kann
einen ähnlichen Effekt haben, indem die Wurzeln Druck auf die Rückseite der
Stützmauer ausüben.
Abb. 11: Teilweiser Einsturz einer Trockenmauer u.a. infolge Wurzeldruck
50
Bei Winkelstützmauern kommt ein weiterer Grund für die Ausbildung eines
Überhanges hinzu: die Korrosion der Bewehrung. Ein Auftreten der
Bewehrungskorrosion stellt kurzfristig kein grundsätzliches Problem für die
Stützfunktion einer Winkelstützmauer dar. Tritt diese jedoch im Anschlussbereich
von Steg und Flansch auf und schwächt damit die Abtragungsmöglichkeit der
einwirkenden Lasten (reduzierte Momententragfähigkeit), kann sich auch bei der
Winkelstützwand ein Überhang einstellen.
50
BV Heinsheim-Gundelsheim, 2016, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
28
Abb. 12: Überhängende Winkelstützmauer
51
Ein weiteres Zeichen für den schlechten Zustand einer Stützmauer stellt die
Ausbildung von Rissen dar. Das Auftreten von Rissen geht i.d.R. mit
Verformungen der Mauer einher. Risse entstehen dabei meist zuerst an steiferen
Stellen, z.B. Mauerecken, da dort mehr Last aufgenommen wird.
52
51
BV Esslingen, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
52
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 9
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
29
Abb. 13: Ausgedehnte Rissbildung u.a. infolge Durchwurzelung
53
Art und Geschwindigkeit ihrer Ausbildung hängt entscheidend von der Duktilität
des Mauerwerks ab. Ein festeres Mauerwerk, das sich wenig duktil verhält, neigt
zu sprödem Verhalten. Es treten bei geringen Verformungen, ohne vorherige
Ankündigung, Risse auf. Die Mauer ist in diesem Zeitpunkt möglicherweise
bereits akut einsturzgefährdet.
54
Bei weicherem, duktilerem Mauerwerk hingegen
bilden sich Risse häufig erst aus, nachdem zuvor bereits größere Verformungen
aufgetreten sind. Die Risse weiten sich mit zunehmender Verformung weiter auf
und kündigen so ein Versagen der Mauer deutlich an.
55
Risse können nicht nur innerhalb einer Stützmauer sondern auch im dahinter
liegenden Gelände auftreten. Diese können sich, wie in Abb. 14 ersichtlich, als
Risse im Fahrbahnbelag hinter der Stützmauer oder auch im anstehenden
53
BV Weisenbach, 2011, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
54
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 9f.
55
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 9
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
30
Erdreich selbst einstellen. Der Grund für das Auftreten solcher Risse ist i.d.R.
eine ausgeprägte Verformung der Stützmauer, die eine Bewegung des
anstehenden Erdreiches zulässt. Ist das Ausmaß der Verformung groß genug,
kommt es zur Bildung von Rissen.
56
Insbesondere wenn die Stützmauer selbst
nur schlecht zu begutachten ist, kann diese Art der Rissbildung ein wichtiges
Alarmsignal dafür sein, dass sich der Zustand der Mauer verschlechtert.
Die in diesem Abschnitt geschilderten Schadensbilder sind als Zeichen dafür zu
werten, dass eine betroffene Stützmauer nicht mehr mit ausreichender Sicherheit
als standsicher beurteilt werden kann.
57
Abb. 14: Rissbildung im Fahrbahnbelag oberhalb einer Stützmauer
58
56
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 9
57
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 9, Nodoushani, Handbuch
Gründungsschäden, 2004, S. 176
58
BV Gordola (CH), 2011, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
31
3.2 Schadensmechanismen
Die in Abschnitt 3.1 dargestellten Schadensbilder sind das Resultat
verschiedener schädigender Mechanismen. Diese Mechanismen überlagern und
begünstigen sich gegenseitig in ihrer Wirkung. Oftmals kann das Auftreten eines
Schadens nicht eindeutig einem der Mechanismen zugeordnet werden. Tabelle
2 zeigt auf, welche Sanierungserfordernisse auf welche Schadensmechanismen
zurückgeführt werden können.
Schadens-
mechanismen
Sanierungserfordernisse
Ausbauchung
Risse
Überhang
Schädigung
der Verfugung
Durchfeuchtung
x
x
x
Frost
x
x
x
Bewuchs
x
x
x
x
veränderte
Lasteinwirkung/
Bauweise
x
x
x
Tabelle 2: Sanierungserfordernisse und relevante Schadensmechanismen
59
Nachfolgend soll näher auf diese Schadensmechanismen eingegangen werden,
um zu einem umfassenden Überblick über mögliche Schadensbilder und die
maßgeblich verantwortlichen Schadensmechanismen zu kommen.
Eine Sonderstellung nimmt der Punkt Durchfeuchtung ein, der zwar in Tabelle 2
aufgeführt wird, jedoch in der Folge nicht in einem separaten Abschnitt gewürdigt
wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Einwirkung von Wasser an fast
allen der folgenden Prozessen beteiligt ist, um Doppelungen zu vermeiden wird
59
Eigene Erstellung, in Anlehnung an Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991,
S. 4ff., Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 174ff.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
32
auf eine nochmalige Darstellung der Wirkungsweise von Wasser im Mauerwerk
verzichtet und stattdessen an den entsprechenden Stellen kenntlich gemacht.
3.2.1 Verwitterung
Stützmauern sind einem Prozess der Alterung und damit einhergehend einem
mehr oder weniger langsamen Verfall unterworfen. Dieser Prozess wird
allgemein mit dem Begriff der Verwitterung umschrieben. Der Verwitterung
unterliegen grundsätzlich alle Arten von Stützmauern, unabhängig davon ob sie
aus Beton oder Naturstein erbaut sind. Auf die Darstellung der Schäden an
Betonbauteilen wird verzichtet, da diese in der Fachliteratur
60
hinlänglich erörtert
sind und die Sanierung von Betonschäden nicht zum Themenkreis dieser Arbeit
gehört.
Bei Natursteinstützmauern sind sowohl das Steinmaterial als auch der verbaute
Mörtel der Verwitterung unterworfen.
61
Der Verwitterungsprozess lässt sich in
drei Teilprozesse zerlegen:
62
- Chemische Verwitterung: Die chemische Verwitterung bezeichnet den
Prozess der Umwandlung und des Abbaus mineralischer Bestandteile der
verwendeten Baustoffe. So werden beispielsweise Karbonate, die im Stein
und Mörtel als Bindemittel dienen, in saurer Umgebung abgebaut.
63
Darüber hinaus kann es zur Bildung von Gips oder Salzen (z.B.
Mauersalpeter) durch Umwandlung vorhandener Stoffe kommen, die mit
einer gefügeschädlichen Volumenvergrößerung verbunden sind.
64
60
Verwiesen sei auf: Weber, Betoninstandsetzung, 2013, DIN EN 1504:2005
61
Vgl. Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 89
62
Vgl. Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 122
63
Vgl. Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 122
64
Vgl. Neroth und Vollenschaar, Wendehorst Baustoffkunde, 2011, S. 119
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
33
- Physikalische Verwitterung: Hierunter sind die Auswirkungen
physikalischer Vorgänge zu verstehen. So kommt es im
Mauerwerksgefüge durch den wiederkehrenden Übergang von Wasser zu
Eis oder aufgrund der Bildung von Salzen (s. chemische Verwitterung) zu
einem Überdruck. Dieser erzeugt Spannungen in den Steinen und im
Mörtel. Ein weiteres Beispiel ist für diese physikalische Verwitterung ist
Wind, der eine Erosion der Wandoberfläche hervorrufen kann.
65
- Biologische Verwitterung: An der Oberfläche oder im Querschnitt der
Mauer selbst können sich beispielsweise Moose, Flechten, Algen, anderer
Bewuchs sowie Bakterien ansiedeln. Diese können biologische Säuren
bilden, die die Bestandteile des Mauerwerks zerstören.
Diese Teilprozesse überlagern sich in ihrer Wirkung und lassen sich nicht
eindeutig voneinander trennen. Zudem können sie sich untereinander
befördern.
66
Mögliche Schäden, die aus den Teilprozessen resultieren können,
zeigt Tabelle 3.
Verwitterungsprozesse
Schadensbild
Chemische Verwitterung
Absanden, Absprengungen,
Rissbildungen, Gefügeveränderungen
Gipskrustenbildung
Physikalische Verwitterung
Krustenbildung, Schalenbildung,
Rissbildung, Gefügelockerungen
Biologische Verwitterung
Verfärbungen, Vergrünung, Schäden
durch Wurzeln
Tabelle 3: Übersicht über Schäden aus Teilprozessen der Verwitterung
67
65
Vgl. Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 122
66
Vgl. Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 123
67
Eigene Erstellung, in Anlehnung an Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.):
Bausanierung, 2015, S. 122
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
34
Die Folge der fortschreitenden Verwitterung ist also die zunehmende Zerstörung
des Mauerwerks bzw. des Steinmaterials und des Mörtels. Die Geschwindigkeit,
mit der die Verwitterung von Naturstein und Mörtel voranschreitet, ist abhängig
von einer Reihe an Faktoren, die in Abb. 15 zusammengestellt sind.
Abb. 15: Faktoren der Verwitterung von Natursteinen
68
Unter den Einflussfaktoren hat die Anwesenheit von Wasser bzw. Feuchtigkeit
im Querschnitt den größten Einfluss auf den Verwitterungsprozess.
69
Das
Ausmaß, in dem Steinmaterial und Mörtel durch das Einwirken von Wasser
verwittert, hängt stark von deren Beschaffenheit ab. Je stärker Porosität und
Wasseraufnahmefähigkeit ausgeprägt sind, desto leichter wird Wasser und darin
gelöste Schadstoffe aufgenommen.
70
Die Feuchtigkeit verdunstet an der
Oberfläche zwar recht schnell, die Schadstoffe, z.B. Kohlendioxid und andere
Industrieabgase, bleiben jedoch zurück und reichern sich im Laufe der Zeit an
der Oberfläche an. Durch ihre schädigende Wirkung kommt es dann letztlich zur
Zerstörung des Gefüges.
71
68
Siehe Stahr, Bausanierung, 2015, S. 125
69
Vgl. Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 123ff.
70
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 101
71
Vgl. Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 127
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
35
Einen wesentlichen Einfluss auf den Widerstand gegen die Verwitterung der
Steine einer Natursteinstützmauer hat deren Beschaffenheit. Zwischen den
Natursteinarten existieren erhebliche Unterschiede. So sind beispielsweise
Granit und Basalt sehr druckfest und weisen nur sehr wenige Poren auf. Sie
nehmen entsprechend wenig Wasser auf. Damit sind sie besser gegen
Verwitterung geschützt als wesentlich stärker Wasser saugende Kalk- oder
Sandsteine.
3.2.2 Frost
Die schädigende Wirkung von Frost ist wiederum mit der Anwesenheit von
Wasser im Querschnitt verbunden. Die schädigende Einwirkung von Frost liegt
in der Vergößerung des Volumens beim Übergang von Wasser zu Eis.
Viele Stützmauern sind einem Eindringen von Wasser aus unterschiedlichen
Richtungen ausgesetzt. Wasser kann aus anstehendem Erdreich am Rücken der
Mauer eindringen. Ebenso kann die Maueroberfläche in Form von Spritzwasser
oder Regen durchfeuchtet werden. Darüber hinaus können beispielsweise
defekte Abwasserleitungen oder Oberflächenentwässerungen Wasser in die
Stützmauer eintragen. Dieses Wasser dehnt sich im beschriebenen Umfang bei
entsprechenden Temperaturen innerhalb des Querschnittes aus. Sofern nicht
bereits genügend Hohlräume vorhanden sind, z.B. durch zersetzten und
ausgewaschenen Mörtel, wird sich ein Staudruck bilden. Dieser belastet das
i.d.R. bereits vorgeschädigte Gefüge. Abplatzungen an Steinen wie an
Fugenmörtel und der Ausbruch ganzer Mauerwerksteile können die Folge sein.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
36
3.2.3 Veränderte Lasteinwirkung/Bauweise
Stützmauern werden heute nach einschlägigen Normen, auf Grundlage der
örtlichen Bedingungen und unter Berücksichtigung der vorgesehenen Nutzung
geplant. In der Vergangenheit galten jedoch andere Normen mit ggf. geringerem
Sicherheitsniveau. Im Falle von historischen Natursteinmauern gab es häufig
mehr oder minder überhaupt keine Normen. In diesem Falle waren Bauweise und
Ausführung allein Sache der Baumeister, die über mehr oder weniger
verlässliche Erfahrungen verfügten.
72
In der Praxis kommt es deshalb sehr häufig
vor, dass Mauern angetroffen werden, die über eine sehr viel geringere
Mauerstärke verfügen, als es nach heutigen Normen der Fall wäre. Hinzu kommt,
dass die Einbindetiefe von historischen Stützmauern vielfach sehr gering und
weit entfernt von einer frostsicheren Gründung ist.
73
Darüber hinaus sind viele Stützmauern heute anderen Einwirkungen ausgesetzt
als zur Zeit ihrer Erbauung. Insbesondere für Straßen und die sie stützenden
Mauern trifft dies zu. Zur Zeit der Erbauung war vielfach nicht an Lastkraftwagen,
mit einem Gewicht von bis zu 40 Tonnen, zu denken.
Je nachdem welche Sicherheiten bei der Erbauung berücksichtigt wurden, kann
die veränderte Belastung zum Problem werden. Der Querschnitt einer Mauer, die
nach dem Prinzip der Schwergewichtsmauer geplant und gebaut wurde, kann
angesichts der veränderten Belastung nicht mehr ausreichen um den
einwirkenden Lasten standzuhalten. Diese Überlastung kann sich u.a. in der
Ausbildung von Überhängen, Ausbauchungen und Rissbildung niederschlagen
und letztlich im Einsturz der Mauer münden.
72
Vgl. Wendt, Alte Stutzmauern - Schaden und Sanierungsmöglichkeiten, 1995, S. 20
73
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 17
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
37
Abb. 16: Symbolbild für die veränderte Belastung der Gotthardpassstraße
74
3.2.4 Sonstige Schadensmechanismen
Die oben genannten Schadensmechanismen entspringen alle aus der Interaktion
der Stützmauer oder ihrer Bestandteile mit der Umwelt. Darüber hinaus existieren
weitere Mechanismen, die ohne Beteiligung der Stützmauer ablaufen aber ihnen
trotzdem Schäden zufügen. Hierzu sind geologische Ereignisse wie z.B.
Erdbeben und Hangkriechungen zu zählen, die Bewegungen und
Verschiebungen des Untergrundes bewirken. Auch ein Anprall von Fahrzeugen
stellt eine mögliche mechanische Einwirkung auf Stützmauern dar, die zu
Schäden führen kann.
Im Gegensatz zu den übrigen Schadensmechanismen stellen sich die Schäden,
mit Ausnahme der Hangkriechung, abrupt ein und kündigen sich nicht langsam
an. Die entstandenen Schäden müssen dann saniert werden bzw. ein
Ersatzneubau vorgenommen werden. Bezüglich Hangrutschungen sollte
zunächst die Sicherung des Hanges betrieben werden, bevor Schäden aus der
Rutschung saniert werden.
74
Ersteller unbekannt, Quelle: http://static.panoramio.com/photos/large/66539.jpg
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
38
4 Sanierungsverfahren
In der Folge werden die Verfahren erläutert, die die innere und äußere
Standsicherheit von Stützmauern wiederherstellen bzw. verbessern. Die
Abschnitte 4.1 und 4.2 beziehen sich dabei in erster Linie auf die innere
Standsicherheit, Abschnitt 4.3 ist gleichermaßen für die innere und äußere
Standsicherheit relevant. In Abschnitt 4.4 werden Verfahren zur Herstellung der
äußeren Standsicherheit erläutert.
4.1 Sanierung der Ansichtsfläche
Im Falle von Natursteinmauern können sich Sanierungsmaßnahme der
Ansichtsfläche einerseits auf die Verfugung und andererseits auf die Natursteine,
bzw. deren in der Ansichtsfläche sichtbare Köpfe, selbst beziehen.
4.1.1 Sanierung der Verfugung
Für die Sanierung der Verfugung stehen grundsätzlich mehrere Verfahren zur
Auswahl. Hier sind einerseits die traditionelle Verfugung von Hand sowie
andererseits maschinelle Verfahren zu nennen. Gemein ist beiden Verfahren,
dass zunächst die vorhandene, geschädigte Verfugung entfernt werden muss.
Dies sollte bis auf die erreichbare Tiefe geschehen.
75
Über die Mindesttiefe, auf
die die Altverfugung ausgeräumt werden sollte, herrscht in der Literatur
Uneinigkeit: S
TÜRMER
76
und D
RESUE ET AL
.
77
empfehlen die zwei bis dreifache
75
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 243, Dreuse et al., Leitfaden für die
Planung und Ausführung von Neuverfugungen an Natursteinmauerwerk, 2015, S. 33
76
Vgl. Stürmer, Typische Schäden an Außenputzen und Fugenmörtel und deren
denkmalverträgliche Sanierung, in: Patitz, Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke,
2015, S. 62
77
Vgl. Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 33
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
39
Breite der Fugen, M
AIER
78
hingegen fünf bis zehn Zentimeter. Für das Beräumen
der Fugen bieten sich kleine, mit Druckluft betriebene Stemmhämmer an, mit
denen sehr genau gearbeitet werden kann, um die Fugenflanken zu schonen.
Anschließend ist das Mauerwerk durch Ausblasen mit Druckluft bzw. mittels
Wasserstrahlen von losen Fugenmörtelrückständen zu reinigen. Hierbei ist,
insbesondere bei denkmalgeschütztem Mauerwerk, Vorsicht geboten. Das
Abstrahlen mit Wasser kann Moose, Flechten sowie die Patina auf der
Steinoberfläche zerstören.
79
Um der Zerstörung dieser Patina vorzubeugen, kann
die Ansichtsfläche im Vorfeld mit Tonschlämmen bedeckt werden, welche die
Patina vor mechanischen und chemischen Angriffen schützen.
80
Die Schlämme
werden im Nachgang zu den Verfugungsarbeiten abgewaschen.
Vor Beginn der Neuverfugung sollte das Mauerwerk genässt werden, um einen
guten Haftverbund zwischen Mörtel und Stein zu ermöglichen.
81
Im Anschluss kann die Verfugung erfolgen. Wie eingangs erwähnt, kann dies von
Hand erfolgen, was bei begrenzter Flächengröße durchaus sinnvoll sein kann.
Muss die Verfugung großflächig erneuert werden, bietet jedoch die maschinelle
Verfugung einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil.
82
Die maschinelle Verfugung im Trockenspritzverfahren ähnelt in ihrem Ablauf dem
Aufbringen von Spritzbeton. Der trockene Mörtel wird durch eine
Betonspritzmaschine mithilfe von Druckluft durch die Zuleitung zur Düse
gefördert. Innerhalb der Düse wird der Mörtel mit Wasser vermischt. Am Ende
der Düse tritt der feuchte Mörtel aus und wird durch die Druckluft in die Fugen
78
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 243
79
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 244
80
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 244
81
Vgl. Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 33
82
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 244
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
40
geschleudert. Dort trifft er mit großer kinetischer Energie auf, die eine
hohlraumfreie Auffüllung der Fugen, eine erhöhte Festigkeit und eine sehr gute
Flankenhaftung bewirkt.
83
Es ist jedoch anzumerken, dass die hohe Festigkeit in
Verbindung mit weichem Steinmaterial, wie z.B. Sandsteinen, zu den in Abschnitt
3.1.1 beschriebenen Schäden führen kann.
84
Aufgrund der geringeren
Wasserzugabe beim Trockenspritzerfahren wird die Bildung von Schwindrissen
reduziert und weniger Wasser als bei anderen Verfahren in das Mauerwerk
eingetragen.
85
Der Fugenmörtel wird möglichst nur in den Fugenbereichen aufgetragen,
aufgrund der Streuung durch das Ausblasen haftet jedoch stets auch Mörtel an
den Steinen an. Dieser wird jedoch unmittelbar nach dem Aufbringen vorsichtig
abgekehrt. Sobald die Verfugung oberflächlich angefangen hat zu erstarren, wird
überschüssiger Mörtel entfernt. Die praktischen Erfahrungen des Autors zeigt,
dass hierzu Abwaschen mit weitestgehend drucklosem Wasser genügt. Im
Gegensatz hierzu führt M
AIER
den Einsatz von Strahlgeräten als notwendig an,
die eine eventuelle Patina zerstören würden.
86
Durch das Auswaschen des Fugenmörtels kann sehr gut die Tiefe der Fugen
reguliert werden, womit sich eine gute Anpassung an den Bestand erreichen
lässt.
Ein weiteres Verfahren ist das sog. Lanzenverfahren, bei dem der Mörtel durch
eine Mörtelpumpe gemischt und befördert über Lanzen in die Fugen eingebracht
83
Vgl. Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 183, Stürmer, Typische Schäden
an Außenputzen und Fugenmörtel und deren denkmalverträgliche Sanierung, in: Patitz,
Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke, 2015, S. 64
84
Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 37
85
Vgl. Stürmer, Typische Schäden an Außenputzen und Fugenmörtel und deren
denkmalverträgliche Sanierung, in: Patitz, Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke,
2015, S. 64
86
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 244
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
41
wird.
87
Dabei treten geringere Verschmutzungen an den Steinen auf und es fällt
kein Rückprall wie beim Trockenspritzverfahren an.
88
Abb. 17: Abkehren des überschüssigen Mörtels
89
Bezüglich der Wahl des zu verarbeitenden Mörtels wird allgemein gefordert, dass
dieser auf den Bestand abzustimmen sei.
90
Dies gilt hinsichtlich der
Farbgestaltung, Bindemittel und der Gesteinskörnung. Zudem ist der Mörtel mit
Blick auf die Beanspruchungen denen er unterliegt sowie dem Mauerwerk in das
er eingebracht werden soll, zu wählen.
Die Farbe des neuen Fugenmörtels sollte sich harmonisch in den Bestand
einpassen, ohne den Stein zu dominieren. Das Größtkorn der Gesteinskörnung
87
Vgl. Egermann, Ingenieurtechnische Sicherung von Natursteinmauerwerk, in: Patitz,
Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke, 2015, S. 104
88
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 243f.
89
BV Schloss Trautenfels (A), 2007, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
90
Vgl. Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 28
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
42
sollte ca. ein Drittel der durchschnittlichen Fugenbreite ausmachen, darüber
hinaus ist die Wahl einer Körnung mit Drainagefunktion zu bedenken, wenn aus
dem Inneren der Mauer Wasser entweichen können soll.
91
Bei der Wahl der
Bindemittel sind die in der Stützwand verwendeten Baustoffe zu bedenken.
Beispielsweise sollte Gips im Mauerwerk nicht mit Zement in Berührung
kommen.
92
Vor allem Trasskalkmörtel haben sich für diese Anforderungen in der
Praxis bewährt.
93
Darüber hinaus existieren für denkmalgeschützte Objekte noch weiterreichende
Forderungen, die bis zur Nachstellung des original verbauten Mörtels reichen,
jedoch für diejenigen Stützmauern, die hiervon nicht betroffen sind, zu weit
führen.
94
Bei den maschinellen Verfahren ist bei der Wahl des Mörtels darauf zu achten,
dass der Mörtel maschinenpumpfähig ist, da sonst ein Verstopfen der Maschine
bzw. eine Entmischung der Mörtelbestandteile droht.
91
Vgl. Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 31
92
Vgl. Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 30f.
93
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 245
94
Vgl. Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015, S. 31
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
43
Abb. 18: Frisch verfugtes und gereinigtes Natursteinmauerwerk
95
4.1.2 Sanierung der Steinköpfe
Allgemein wird bei Stützmauern, die nicht denkmalschutzrelevant sind, keine
Sanierung und Konservierung von Steinköpfen betrieben. Der finanzielle
Aufwand hierfür ist i.d.R. zu groß. Sofern Steine beschädigt sind, werden sie
gegen Steine von ähnlicher Optik und Beschaffenheit ausgetauscht.
Bezüglich der Reinigung und Konservierung von Natursteinen an
denkmalschutzrelevanten Objekten sei an dieser Stelle verwiesen auf
G
RASSEGGER
,
96
W
ILD
97
und M
AIER
98
.
95
BV unbekannt, o. Jahr, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
96
Vgl. Grassegger, Reinigung und Entsalzung von Bauwerksoberflächen, in: Patitz, Grassegger
et al. (Hg.): Natursteinbauwerke, 2015, S. 183ff.
97
Vgl. Wild, Natursteinrestaurierung, in: Stahr (Hg.): Bausanierung, 2015, S. 151ff.
98
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 247ff.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
44
4.2 Sanierung des Wandquerschnitts
Hat sich der Querschnitt einer Mauer auf die in Abschnitt 3 dargestellte Weise
entfestigt, ist davon auszugehen, dass die innere Standsicherheit gefährdet ist.
Unabhängig davon, wie es um die äußere Standsicherheit bestellt ist bzw. wie
diese hergestellt werden soll, muss dieser gefährliche Zustand behoben werden.
Dabei ist der Zustand des Querschnitts der Wand so zu verbessern, dass die
Kräfte von der Mauer wieder aufgenommen werden können.
Dabei kommen grundsätzlich zwei Sanierungstechniken zum Einsatz, diese sind
das Verpressen der Hohlräume und die Vernadelung von Mauerwerksschalen.
Beide Techniken werden in der Folge erläutert.
4.2.1 Querschnittsverpressung
Die Verpressung des Mauerquerschnittes dient dem Verfüllen Klüften, Spalten
und Rissen im Mauerwerkskern, die sich aufgrund der beschriebenen Prozesse
im Laufe der Jahre gebildet haben.
99
Diese Hohlräume können ein erhebliches
Ausmaß annehmen, im Schnitt ist bei einschaligem Mauerwerk von fünf Prozent
des Gesamtvolumens auszugehen, bei zweischaligem von zehn Prozent, wobei
auch Spitzenwerte von bis zu 25 Prozent erreicht werden können.
100
Ohne
genaue und damit sehr aufwändige Untersuchungen, z.B. durch Bauradar und
Endoskopie, ist das tatsächliche Ausmaß allerdings nur sehr schwer
einzuschätzen.
101
99
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 240, Nodoushani, Handbuch
Gründungsschäden, 2004, S. 106
100
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 241
101
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 241, Patitz, Bauradar, Ultraschall
und Mikroseismik, in: Patitz, Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke, 2015, S. 35f.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
45
Durch das Verfüllen der Hohlräume soll ein homogener Verbund des Mauerwerks
wiederhergestellt und eventuelle Schalen wieder kraftschlüssig miteinander
verbunden werden, sodass die Mauer wieder als monolithischer Körper wirken
kann.
102
Das Verpressen des Mauerquerschnittes bewirkt unbestritten eine
qualitative Verbesserung, diese ist jedoch kaum quantitativ zu erfassen.
103
Die Verpressung des Mauerquerschnittes soll M
AIER
zufolge nur gezielt an
Schadstellen erfolgen. Gleichzeitig stell er jedoch fest, dass die Hohlräume im
Mauerwerk einen erheblichen Anteil am Gesamtvolumen einnehmen können.
Daraus lässt sich schließen, dass diese auch entsprechend verteilt sein können,
eine genaue Einschätzung darüber ist jedoch nach M
AIER
nur schwer möglich.
104
Daher erfolgt der Einsatz der Verpressung i.d.R. großflächig in den Bereichen, in
denen nach äußerer Ansehung mit Hohlräumen zu rechnen ist. Hierzu werden
Bohrungen, im Raster angeordnet, bis auf eine Tiefe von ungefähr zwei Dritteln
des Querschnittes eingebracht.
105
Das Einbringen der Verpressmasse erfolgt
über sog. Packer, die sich in den Bohrungen verspannen und das Austreten von
Injektionsgut verhindern. Wichtig im Zuge des Einbringens des Verpressgutes in
den Mauerquerschnitt ist, dass sich keine übermäßigen Drücke aufbauen. Große
Drücke können beispielsweise entstehen, wenn die Hohlräume an einer
bestimmten Stelle verfüllt sind und kein Material mehr aufgenommen werden
kann. Der resultierende Druck könnte den Mauerwerksverbund zerstören.
Moderne Mörtelpumpen, die automatisch die Verpressung bei Überschreiten
eines bestimmten Drucks abschalten, helfen dabei dies zu vermeiden. In der
Praxis der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH sind diese so eingestellt, dass
bei einem Förderdruck von ca. acht bar der Pumpvorgang unterbrochen wird.
102
Vgl. Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 114
103
Vgl. Schwing, Sanierung historischer Stützmauern, o.J., S. 14
104
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 241
105
Vgl. Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 106
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
46
Für die Injektion in Natursteinmauerwerk wird zumeist eine Kalk- bzw.
Zementsuspension verwendet, wobei zuvor die Verträglichkeit mit den
Baustoffen des Bestands abzuklären ist.
106
Um eine Bildung von Ettringit zu
vermeiden, sollte darauf geachtet werden, Baustoffe mit geringem Gehalt an
Tricalciumaluminat (C
3
A) zu verwenden.
107
Für feinste Risse ist darüber hinaus
auch der Einsatz von Kunstharzen möglich, die hochviskos eingestellt sind und
sich sehr weit verteilen können. Ein Vorteil der Kunstharze ist, dass sie chemisch
weitestgehend inert reagieren. Allerdings spielt die Verpressung von
Kunstharzen, die eher zur Behandlung von Rissen an Gebäuden gedacht ist, bei
Stützmauern kaum eine Rolle.
Zur Verbesserung der Eigenschaften der Kalk- bzw. Zementsuspension werden
häufig folgende Zusätze verwendet:
108
- Dichtungsmittel: Verringerung der Kapillarität der Verpressmasse um die
Wasseraufnahme bzw. -transportfähigkeit zu reduzieren
- Einpresshilfe: Verbesserung der Fließfähigkeit und Reduzierung der
Neigung zur Entmischung (Sedimentation) während der Verarbeitung
- Quellmittel: Erzeugung von Quelleigenschaften um die vollständige
Verfüllung der Hohlräume sicherzustellen und um Schwinden beim
Erstarrungsprozess entgegenzuwirken
- Erstarrungsverzögerer: Verlängerung der Verarbeitungszeit bzw. der
Verteilung im Querschnitt
- Zuschlagsstoffe: Zugabe von z.B. Trass, Bims, Ziegelsplitt, Feinsand
(Körnung 0-1mm) zur Abmagerung der Verpressmasse und Einsparung
von Bindemitteln, Zuschlagsstoffe können das unkontrollierte Abfließen
der Verpressmasse reduzieren.
106
Vgl. Schwing, Sanierung historischer Stützmauern, o.J., S. 14, Maier, Handbuch
Historisches Mauerwerk, 2012, S. 240
107
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 241
108
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 241f.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
47
Abb. 19: Anordnung der Verpressbohrungen im Raster
109
Auch wenn Zuschlagsstoffe die unkontrollierte Verteilung der Verpressmasse
reduzieren können, bleibt die mangelnde Kontrollierbarkeit der Verteilung des
Verpressgutes ein Problem dieser Technik.
Es kann zu großen Überschreitungen der veranschlagten Massen kommen,
wenn z.B. klüftiger Fels hinter der Stützmauer ansteht, in den das Verpressgut
hineinläuft. Nichtsdestotrotz ist die Verfüllung von Hohlräumen und damit die
qualitative Verbesserung des Mauerwerks ein wichtiger Schritt in der Sanierung.
109
Siehe Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 106
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
48
4.2.2 Vernadelung von Mauerwerk
Der Einbau von Ankern in mehrschaliges Mauerwerk war bereits dem römischen
Architekturtheoretiker Vitruv (1. Jh. v. Chr.) von der Begutachtung griechischen
Mauerwerks bekannt. Damals wurden Eisenelemente in zweischaliges
Mauerwerk eingelegt, um die Schalen, trotz des Drucks aus der Auffüllung im
Zwischenraum, zusammen zu halten.
110
Diese Technik wird heute immer noch angewendet, um den Verbund von
Mauerwerksschalen wiederherzustellen. Der Einbau von Ankern in den
Mauerwerksquerschnitt wird vielfach auch als Vernadelung bezeichnet um ihn
von der Verankerung z.B. bei Baugruben zu unterscheiden.
111
Das Ziel des
Einbaus von Ankernadeln ist einen kraftschlüssigen Verbund innerhalb des
Mauerquerschnitts herzustellen und damit das Tragverhalten und die Aufnahme
von Querzugspannungen zu verbessern.
112
Der Einsatz kann, wie beim antiken
griechischen Mauerwerk, bei Schalenmauerwerk erfolgen. Er ist darüber hinaus
auch dort sinnvoll, wo sich, aufgrund der oben beschriebenen
Schadensmechanismen, Schalen in ursprünglich homogenem Mauerwerk
herausgebildet haben. Somit lassen sich z.B. Ausbeulungen in Mauerwerk
sichern, indem sie wieder an den Querschnitt angebunden werden, ohne dass
hierfür das Mauerwerk abgebaut werden muss. Die hierfür verwendeten Nadeln
haben i.d.R. einen Durchmesser von zehn bis 16 Millimeter.
113
Es kommen
entweder Betonstähle in Form von Betonrippenstählen, Gewindestangen sowie
Gewi-Stäbe oder rostfreie Edelstähle zum Einsatz.
114
Der Durchmesser der
Bohrungen, die für die Nadeln abgeteuft werden müssen, liegt zwischen 36 und
76 Millimeter. Der Bohrdurchmesser hängt vom Durchmesser der Nadeln und der
110
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 17
111
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 229
112
Vgl. Schwing, Sanierung und Instandsetzung historischerBauwerke aus Naturstein, in: Dehn
und Biegholdt (Hg.): Sanierung und Verstärkung von Massivbauten, 2007, S. 141, Maier,
Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 229f.
113
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 231
114
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 231
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
49
benötigten Betonüberdeckung ab.
115
Die Mindestüberdeckung für normale
Baustähle beträgt 20 Millimeter, an den Nadelenden bis zu 30 Millimeter.
116
Durch die Verwendung von Edelstahlnadeln kann der Bohrdurchmesser,
reduziert und die Gefahr von Schäden infolge Korrosion (z.B. Rostfahnen,
Absprengungen) reduziert werden.
117
Mit geringerem Bohrdurchmesser reduziert
sich auch der Eingriff in die Bausubstanz.
Abb. 20: Edelstahl Ankernadel vom System "Ripinox" mit Abstandhaltern
118
Das Abteufen der Bohrungen erfolgt in aller Regel im Vollbohrverfahren, wobei
der Bohrer in lockerem Gefüge drehend und nur in festem Gefüge schlagbohrend
eingesetzt werden sollte, um das Mauerwerk nicht weiter zu Schädigen.
119
Der
Einsatz von Kühlwasser ist möglich und hat den positiven Effekt, dass das
anfallende Bohrmehl zuverlässig ausgeschwemmt wird und die Wandung des
Bohrlochs vorgenässt wird.
120
. Allerdings wird mit dem Kühlwasser Feuchtigkeit
in den Querschnitt eingetragen, was die oben beschriebenen Schäden
121
hervorrufen kann. Am Bohrlochmund müssen zudem Vorkehrungen zum
Auffangen des Wassers getroffen werden, da es ansonsten zu Verschmutzungen
115
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 231
116
Vgl. Egermann, Ingenieurtechnische Sicherung von Natursteinmauerwerk, in: Patitz,
Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke, 2015, S. 108f., Maier, Handbuch Historisches
Mauerwerk, 2012, S. 236
117
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 233ff.
118
Quelle: eigene Erstellung, 2016
119
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 233
120
Vgl. Egermann, Ingenieurtechnische Sicherung von Natursteinmauerwerk, in: Patitz,
Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke, 2015, S. 108
121
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 233
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
50
der Ansichtsfläche kommt.
122
Das Bohrloch sollte vor dem Einbringen der Nadel
mit Druckluft ausgeblasen werden, um sicher zu stellen, dass kein Bohrmehl
zurückbleibt, das den Verbund der Nadel mit dem Mauerwerk stören könnte.
Anschließend wird die Nadel mit Abstandhaltern versehen und in die Bohrung
eingelegt. Die Abstandhalter zentrieren die Nadel in der Mitter der Bohrung,
sodass sie allseitig von der Verpressmasse umschlossen werden kann. Bei
kurzen Verankerungslängen können Unterlegscheiben und Muttern auf die
Enden der Nadeln aufgeschraubt werden, jedoch steigt die Tragfähigkeit dadurch
nur in geringem Maße.
123
Im Gegensatz hierzu steigt der Platzanspruch deutlich,
was zu einem größeren Eingriff in das Bestandsmauerwerk führt.
124
Zum Verpressen der Nadeln wird, ähnlich wie bei der Querschnittsverpressung,
häufig Trasskalk in Form einer Suspension aber auch Zementsuspension
verwendet.
125
Die Suspension umschließt die Nadel und füllt die Bohrung
vollständig aus. Sie bildet nach dem Abbinden einen, mit dem umgebenden
Mauerwerk verzahnten, Verpresskörper.
126
Darüber hinaus stellt die
Verpressmasse einen Korrosionsschutz für die Nadel dar, weswegen eine
lückenlose Umschließung besonders wichtig ist.
Bei der Herstellung der Suspension muss je nach Art des umgebenden Gesteins
der Wasseranteil eingestellt werden. Je stärker die Steine zur Aufnahme von
Wasser neigen, desto mehr Wasser muss zugegeben werden.
127
Bei wenig
saugendendem Gestein darf nur wenig Wasser zugegeben werden, damit die
Suspension ihre volle Festigkeit erreichen kann. Zugleich muss die Konsistenz
so eingestellt sein, dass die Suspension ausreichend Fließfähig ist, da ansonsten
Fehlstellen im Verpresskörper entstehen können.
128
122
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 233
123
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 231f.
124
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 231f.
125
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 232
126
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 230
127
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 232
128
Vgl. Maier, Handbuch Historisches Mauerwerk, 2012, S. 232
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
51
Es ist auch bei der Vernadelung darauf zu achten, dass die verwendeten
Baustoffe keine Schäden durch Reaktionen mit dem Bestand hervorrufen.
Wenn im Vorfeld der Vernadelung keine Verpressung des Querschnitts erfolgt
ist, kann der Fall eintreten, dass sich die Nadeln nicht vollständig verpressen
lassen, da die Suspension in Hohlräume der Mauer abläuft. Dieser Umstand lässt
sich möglicherweise durch mehrmaliges Verpressen, ggf. auch mit Mörtel,
beheben. Eine Möglichkeit diese Problematik zu umgehen ist der Einbau der
Nadeln in sog. Strümpfen.
129
Diese Strümpfe bestehen aus einem Gewebe, das
über die Nadel gezogen und mit Suspension verfüllt wird. Dabei hält es den
Großteil des Mörtels zurück, der den Verpresskörper bildet. Ein kleinerer Teil der
Suspension läuft aus dem Gewebestrumpf aus und verbindet sich mit dem
umgebenden Mauerwerk.
130
Gemäß S
CHWING
ist die Vernadelung, ebenso wie die Querschnittsverpressung,
ein wichtiger Bestandteil der konstruktiven Ertüchtigung von Mauerwerk. Ihre
Wirkungsweise lässt sich zwar durch die Fachwerktheorie erklären, jedoch nicht
rechnerisch erfassen.
131
Die Anzahl der Nadeln und deren Abstände
untereinander lassen sich demzufolge häufig nur aus Erfahrungswerten
vergangener Projekte abschätzen.
132
S
CHWING
berichtet für ein konkretes Projektbeispiel von einer Steigerung der
Tragfähigkeit von 0,2MN/m² des geschädigten Mauerwerks auf 0,8MN/m² durch
die Kombination von Querschnittsverpressung und Vernadelung.
133
129
Vgl. Egermann, Ingenieurtechnische Sicherung von Natursteinmauerwerk, in: Patitz,
Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke, 2015, S. 111
130
Ganzer Absatz: vgl. Huster et al., Die Mauer drohte zu fallen, 2015, S. 35
131
Vgl. Schwing, Sanierung und Instandsetzung historischerBauwerke aus Naturstein, in: Dehn
und Biegholdt (Hg.): Sanierung und Verstärkung von Massivbauten, 2007, S. 141
132
Vgl. Schwing, Sanierung und Instandsetzung historischerBauwerke aus Naturstein, in: Dehn
und Biegholdt (Hg.): Sanierung und Verstärkung von Massivbauten, 2007, S. 141
133
Vgl. Schwing, Sanierung und Instandsetzung historischerBauwerke aus Naturstein, in: Dehn
und Biegholdt (Hg.): Sanierung und Verstärkung von Massivbauten, 2007, S. 139
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
52
4.3 Drainage
Stützmauern werden in vielen Fällen durch die Einwirkung von Wasser, z.B. aus
dem Erdreich hinter der Mauer oder aus defekten Oberflächenentwässerungen,
belastet. Gleichzeitig fällt häufig auf, dass Ablaufmöglichkeiten entweder bei der
Erbauung nicht (ausreichend) vorgesehen wurden oder nicht mehr
funktionstüchtig sind, da sich die Abläufe z.B. mit Bodenteilen oder Mörtelresten
zugesetzt haben.
Die zerstörerische Wirkung von Wasser auf Mauerwerk wurde in Abschnitt 3
bereits erläutert. Aufgrund dieser Wirkung sollte bei einer Sanierung stets auch
darauf geachtet werden, dass Feuchtigkeit einen geordneten Weg durch das
Mauerwerk hindurch nehmen kann und dass die Bildung eines Staudruckes
verhindert wird.
Eine Möglichkeit, die sich in der betrieblichen Praxis der Firma Bau-
Sanierungstechnik GmbH bewährt hat, ist die Einbringung von
Drainagebohrungen (Durchmesser 90mm). Bei niedrigeren Mauern werden nur
am Mauerfuß, bei höheren Mauern auch mehrlagig Drainagen angeordnet. Diese
Bohrungen werden mit einem PVC-Rohr ausgekleidet. Das Rohr ist in Richtung
des Erdreiches durch eine Kappe verschlossen, die das Eindringen von
Bodenteilen in das Rohr verhindert. Um eine Durchlässigkeit für Wasser zu
erzielen, wird das Rohr im Vorfeld an den Flanken geschlitzt, damit über die
Schlitze ebenso keine Feinanteile eindringen. Um die dauerhafte
Funktionsfähigkeit zu gewährleisten, wird das Rohr mit unverrottbarem Vlies
ummantelt.
134
Diese Drainagerohre reichen mindestens 90 cm über die
Rückseite der Mauer hinaus um eine ausreichende Entwässerung zu
134
Vgl. Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 448ff.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
53
gewährleisten. Es sollte je 50m² Mauerwerksfläche eine Drainagebohrung
eingebracht werden.
135
Im Zuge der Sanierung sollten zudem die Ursachen für den Wasseranfall
erforscht und behoben werden, also beispielsweise Wasserrohre,
Oberflächenwassersammler etc. überprüft und bei Undichtigkeit erneuert
werden.
4.4 Statische Sicherung
Der Begriff der statischen Sicherung bezieht sich auf die Herstellung der äußeren
Standsicherheit, also dem Zustand, in dem eine Stützmauer die angreifenden
Einwirkungen sicher in den Baugrund ableiten kann. Um diesen Zustand
nachträglich
herzustellen,
existieren
mehrere
Verfahren,
die
auf
unterschiedlichen statischen Prinzipien beruhen. In der Folge werden die
Grundlagen dieser Verfahren zur statischen Sicherung sowie deren Anwendung
näher erläutert. Dabei wird in Abschnitt 4.4.1 zunächst auf die Sicherung durch
Vernagelung eingegangen, hierbei werden drei Verfahren vorgestellt, die in der
praktischen Anwendung die größte Bedeutung besitzen. In Abschnitt 4.4.2 wird
die statische Sicherung mittels Querschnittsvergrößerung beschrieben.
Verfahren, die mit einem teilweisen Abriss oder einem Neubau von
Tragkonstruktionen vor einer sanierungsbedürftigen Stützmauer verbunden sind,
finden in dieser Arbeit keine Erwähnung, da es sich hierbei nicht um eine
Sanierung im Sinne einer Bestandserhaltung handelt. Als Beispiel für ein solches
Bauverfahren sei die Errichtung einer rückverankerten Spritzbetonschale vor
einer Stützmauer genannt.
135
Vgl. Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 448
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
54
4.4.1 Bodenvernagelung
Die Bodenvernagelung ist ursprünglich ein Verfahren zur Sicherung von
Geländesprüngen.
136
Ein typischer Anwendungsfall ist beispielsweise die
Sicherung einer Baugrube durch die Kombination einer Spritzbetonschale mit
daran angeschlossenen Bodennägeln. Die auf die Spritzbetonschale
einwirkenden Belastungen werden durch die Bodennägel in das dahinter
liegende Erdreich abgetragen, sodass die Standsicherheit gewährleistet ist. Die
Länge und der Durchmesser der Bodennägel sind in Abstimmung auf die
örtlichen Bodenverhältnisse zu bemessen. Die Sicherung einer Baugrube mit
dieser Technik läuft in Lagen mit einer Höhe von durchschnittlich 1 bis 1,5m ab.
137
Zunächst wird das Erdreich ausgehoben, der entstehende Einschnitt wird
unverzüglich mit Bewehrungsmatten bekleidet und mit Spritzbeton gesichert. Im
Anschluss werden die Bodennägel eingebracht und an die Bewehrung der
Spritzbetonschale angeschlossen. Die Anschlusspunkte werden sodann
ebenfalls mit Spritzbeton ummantelt. Alternativ können, wie in Abb. 21
beschrieben, auch zuerst die Bodennägel eingebracht werden, bevor im
Nachgang die Spritzbetonschale erweitert und an die Bodennägel
angeschlossen wird.
Das Verfahren der Bodenvernagelung eignet sich jedoch nicht nur für die
Sicherung neu zu errichtender Geländesprünge, sondern auch für die
nachträgliche statische Sicherung von bestehenden Bauwerken, wie z.B.
Stützmauern. In der Folge werden die Besonderheiten der Anwendung der
Bodenvernagelung bei Stützmauern näher erläutert.
136
Vgl. Schwing und Reuther, Tragsysteme zur Sicherung von alten Stützmauern, 2010, S. 14
137
Vgl. Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 488
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
55
Abb. 21: Baugrubensicherung mittels Bodenvernagelung
138
Die bei der statischen Sicherung von Stützmauern verwendeten Bodennägel
verbleiben dauerhaft im Erdreich, daher müssen sie, im Unterschied zu
temporären
Nägeln,
mindestens
einen
einlagigen
Korrosionsschutz
aufweisen.
139
Zur Auswahl stehen einerseits selbstbohrende Nägel, die mit einer
Bohrkrone an ihrer Spitze versehen werden, bei denen der Korrosionsschutz,
ähnlich der oben beschriebenen Nadeln, durch Umhüllung mit Zementmörtel
erreicht wird. Andererseits sind doppelt gegen Korrosion geschützte Bodennägel
verfügbar, für die allerdings separat eine Bohrung angelegt werden muss, da sie
nicht selbstbohrend sind. Doppelt korrosionsgeschützte Nägel bestehen aus
einem Stahlzugglied, für diese Anwendung i.d.R. mit einem Durchmesser von 20
bis 25mm, das in ein Kunststoffhüllrohr eingelegt und von Zementleim umhüllt ist.
138
Quelle: DIN EN 14490:2010, S. 34
139
Vgl. Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 441
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
56
Abb. 22: Doppelt gegen Korrosion geschützter Bodennagel
140
Je nach Bodenart können die Bohrungen mit unterschiedlichen Bohrverfahren
abgeteuft werden. In rolligen Böden kann sich das Einrammen empfehlen,
wohingegen in bindigen Böden sowie in Fels das Rotationsspülbohrverfahren zu
bevorzugen ist.
141
Die Spülung sollte, im Interesse der Vermeidung von Schäden
am Bestand, mit Druckluft und nicht mit Wasser erfolgen.
142
Zum Einbau eines Nagels wird die Bohrung mit Zementsuspension verfüllt und
der Nagel, mit Abstandhaltern versehen, in die Bohrung eingelegt. Um eventuelle
Fehlstellen zu verfüllen, wird unter einem Druck von 5 bis 15bar, weiterer Mörtel
eingepresst. Nach einer Abbindezeit von ca. einem Tag kann, über zuvor
angebrachte Schläuche am Nagelende, eine Nachverpressung vorgenommen
werden. Hierbei wird unter einem Druck von bis zu 30bar Zementsuspension
eingepresst, die den Verpresskörper aufweitet und somit die Tragfähigkeit des
Nagels erhöht.
143
140
Quelle: eigene Erstellung, 2016
141
Vgl. Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 438f.
142
Vgl. Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 439
143
Vgl. Kolymbas, Geotechnik, 2011, S. 439
Hüllrohr
Stahlzugglied
Zementleim
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
57
Bei Bodennägel erfolgt die Herstellung des Verpresskörpers der Nägel auf der
ganzen Länge, daher ist die Herstellung der Nägel einfacher als die von Ankern.
Bei Ankern wird, um einen Vorspannung aufbringen zu können, die
Verpresslänge begrenzt. Auf der sog. Freispiellänge wird der Zementmörtel
ausgespült um eine Verbindung mit dem Erdreich zu verhindern. Daher ist für die
Herstellung von Ankern eine Verrohrung des Bohrlochs notwendig, die bei
Bodennägel i.d.R. entfallen kann. Dem Problem, dass der Zementmörtel
beispielsweise in Felsklüfte davonläuft, kann durch Einsatz von
Gewebestrümpfen begegnet werden, die dem gleichen Prinzip folgen wie die
oben beschriebenen Nadeln in Strümpfen. Im Unterschied zu Anker werden
Bodennägel schlaff, d.h. ohne Vorspannung eingebaut. Ihre Tragwirkung wird
erst aktiviert, wenn eine gewisse Verschiebung des Bauwerkes eintritt.
144
Um die Kräfte, die auf die Stützmauer einwirken, aufnehmen zu können, muss
im Anschluss der Bodennagel mit der Stützmauer kraftschlüssig verbunden
werden. Die standardmäßigen Möglichkeiten, diese Anbindung herzustellen,
besteht zum einen darin, eine sog. Kalottenplatte auf das Stahlzugglied
aufzusetzen und mit einer Kugelbundmutter auf die Oberfläche der Stützmauer
aufzuschrauben. Die Kalottenplatte soll den Druck des Mauerwerks aufnehmen
und über die Kugelbundmutter in die Nägel einleiten.
Zum anderen lässt sich, eine entsprechende Stärke des Mauerwerks
vorausgesetzt, ein Auflager innerhalb des Querschnitts schaffen. Dazu wird
zunächst durch Ausbau einzelner Steine ein Hohlraum hinter der
Maueroberfläche geschaffen. Darin wird dann mittels Aufbringen von Spritzbeton
ein Auflager für den Anschluss des Bodennagels hergestellt. Nach dem
Aushärten wird die Verbindung des Nagels zum Mauerwerk wiederum mit einer
Kalottenplatte und Kugelbundmutter hergestellt. Die Öffnung im Mauerwerk wird
144
Vgl. Boley und Adam, Handbuch Geotechnik, 2012, S. 755
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
58
im Anschluss zunächst mit Spritzbeton versiegelt und dann mit Steinen,
entsprechend dem Bestand, verblendet.
Abb. 23: Nagelkopfausbildung durch Kalottenplatte und Kugelbundmutter
145
Bei beiden Verfahren wird das Mauerwerk zur Aufnahme der Nagelkräfte
herangezogen, indem die Anbindung der Nägel direkt auf der Oberfläche bzw.
im Querschnitt erfolgt. Dies führt allerdings dazu, dass Schub- und Zugkräfte in
das Mauerwerk eingeleitet werden, für die nur schwer nachzuweisen ist, dass
das Mauerwerk diese aufnehmen kann.
146
Dies liegt einerseits darin begründet,
dass Mauerwerk, im Gegensatz zu Stahlbeton, ohnehin nur in geringem Maße
Schub- und Zugkräfte aufnehmen kann. Andererseits, war das
Natursteinmauerwerk, wie in den vorangegangenen Abschnitten beschrieben,
oftmals seit Jahrzehnten schädigenden Einflüssen unterworfen, sodass die
Tragfähigkeit, die ohnehin nicht gemäß einer Norm zu berechnen ist, weiter
verschlechtert hat.
147
Eine Quantifizierung der Tragfähigkeit des Mauerwerks
145
Quelle: DIN EN 14490:2010, S. 40
146
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 114
147
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 114
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
59
kann, selbst bei Berücksichtigung der Ertüchtigung des Querschnitts, nur sehr
schwer erfolgen.
148
Entsprechend den unsicheren Annahmen zur Tragfähigkeit
des Mauerwerks, ergeben sich nur relativ kleine Nagelkräfte. Dadurch werden
insgesamt mehr Nägel benötigt, um die äußere Standsicherheit nachweisen zu
können. Zudem muss die Tragfähigkeit der jeweiligen Konstruktion in
aufwändigen Bauteilversuchen nachgewiesen werden.
149
Abb. 24: Nagelkopfvernadelung nach N
ODOUSHANI
150
Eine Möglichkeit die Menge der benötigten Nägel zu reduzieren beschreibt
N
ODOUSHANI
mit dem Einsatz der Vernadelungstechnik (siehe Abschnitt 4.2.2).
Durch den Einbau von Nadeln um den Nagelkopf herum (siehe Abb. 24) wird ein
148
Vgl. Schwing, Standsicherheit historischer Stützwände, 1991, S. 114
149
Vgl. Schwing und Reuther, Tragsysteme zur Sicherung von alten Stützmauern, 2010, S. 14
150
Quelle: Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 177
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
60
größerer Bereich des Mauerwerks für die Aufnahme der Nagelkräfte aktiviert.
151
Die sonst übliche Dichte von Nägeln von ca. je einem Nagel pro Quadratmeter
Wandfläche lässt sich hierdurch verringern. N
ODOUSHANI
führt für ein konkretes
Bauvorhaben die Vergrößerung des Nagelabstandes von zwei auf drei Meter
an.
152
Selbsttragende Erdvernagelung
Die grundsätzliche Ungewissheit über die Tragfähigkeit des Mauerwerks bleibt
jedoch auch bei diesem Verfahren bestehen. Eine Lösung bietet sich in der sog.
Selbsttragenden Erdvernagelung an, die in einer Zusammenarbeit der Universität
Karlsruhe mit der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH entwickelt wurde.
Bei der selbsttragenden Erdvernagelung werden, wie oben beschrieben,
Bodennägel durch die Stützmauer hindurch in das Erdreich eingebracht und
verfüllt. Die Aufnahme der Nagelkräfte erfolgt allerdings nicht an der
Maueroberfläche oder im Inneren des Querschnittes sondern im Rücken der
Mauer. Hierzu werden im Rücken der Mauer sog. Lastverteilungselemente
hergestellt. Diese kreisrunden Scheiben aus Beton, mit einem durchschnittlichen
Durchmesser zwischen 30 und 60cm und einer Stärke von 30 bis 50cm, nehmen
die angreifenden Kräfte auf und leiten Sie in die Bodennägel ein. Zur Herstellung
der Lastverteilungselemente werden zusätzlich zu den Bohrungen für die
Bodennägel je vier Bohrungen durch die Stützmauer eingebracht. Diese dienen
als Spül- und Ablaufbohrungen für die Herstellung der Hohlräume im Rücken der
Stützmauer. Diese erfolgt mittels einer Höchstdruckwasserspülung, bei der das
Wasser mit einem Druck von bis zu 500bar aus einer Rotationsdüse austritt und
das umliegende Erdreich aufschneidet. Das gelöste Erdreich wird verflüssigt und
151
Vgl. Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 178
152
Vgl. Nodoushani, Handbuch Gründungsschäden, 2004, S. 178
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
61
läuft über die Bohrungen ab. Zurück bleibt ein Hohlraum an der Rückseite der
Wand, die durch die Spülung gereinigt wurde und dadurch einen guten Verbund
mit dem Lastverteilungselement eingehen kann. Nachdem der benötigte
Hohlraum um den Bodennagel herum hergestellt wurde, wird er mit
Zementmörtel
verfüllt.
Die
Weiterentwicklung
der
selbsttragenden
Erdvernagelung, die sog. BST-Systemvernagelung (Europäisches Patent Nr.
2141287) sieht zudem vor, sog. Rückverankerungselemente in die Spül- und
Ablaufbohrungen einzulegen, die in das Lastverteilungselement eingebunden
werden (siehe Abb. 25). Durch die kraftschlüssige Verbindung der Stützmauer
mit dem Lastverteilungselement wird eine zusätzliche Sicherheit gegen ein
Kippen der Mauer erreicht. Im Endeffekt wird eine Stützmauer, die durch die
selbsttragende Erdvernagelung bzw. BST-Systemvernagelung gesichert wird,
von den erdseitig angreifenden Lasten (Erddruck etc.) weitestgehend entlastet,
da die Aufnahme dieser Kräfte hinter der Mauer durch die
Lastverteilungselemente erfolgt. Die Stützmauer erfährt somit nur in wesentlich
geringerem Maße eine Belastung. Das statische System, das mit der BST-
Systemvernagelung hergestellt wird, ist gut zu berechnen. Zudem sind
Unsicherheiten bezüglich der Tragfähigkeit des Mauerwerks nicht relevant, da
dieses keine größere Tragfunktionen mehr erfüllt. Der Erddruck wird durch die
Lastverteilungselemente aufgenommen.
153
Dadurch sind die Ankerabstände
deutlich größer als bei den oben beschriebenen Verfahren.
Für die Ausführung der BST-Systemvernagelung wird i.d.R. ein Ingenieurbüro
mit der Erstellung der statischen Berechnung und Dimensionierung der
Nagellängen und -abstände beauftragt. Die in der Statik angesetzten
Tragfähigkeitswerte werden im Rahmen von Probebelastungen überprüft.
153
Vgl. Schwing und Reuther, Tragsysteme zur Sicherung von alten Stützmauern, 2010, S. 15
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
62
Dabei werden die Herausziehwiderstände von drei bis fünf Prozent der verbauten
Nägel, mindestens jedoch drei Stück, überprüft.
154
Abb. 25: Prinzipskizze BST-Systemvernagelung
155
154
Vgl. Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung Nr. Z-20.1-106, S. 10f., online verfügbar unter:
https://www.dywidag-systems.de/uploads/media/DSI_DYWIDAG_Z20_1-
106_Bodennaegel_de_01.pdf, zuletzt geprüft am: 12.04.2016
155
Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH, online verfügbar unter: https://www.bau-
sanierungstechnik.de/images/PDFs/bst-wir_sanieren_mauern.pdf
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
63
4.4.2 Querschnittsvergrößerung
Sofern eine Stützmauer eine zu geringe Querschnittsbreite aufweist, um
beispielsweise die Nachweise der Sohlpressung oder der Kippsicherheit zu
erfüllen, bietet es sich an, diese zu erhöhen.
156
Um die Breite des Querschnitts zu erhöhen, stehen unterschiedliche Verfahren
zur Wahl. Einerseits kann mithilfe von Erdbaugeräten die Rückseite der
Stützmauer freigelegt werden, um im Anschluss den Querschnitt zu erweitern.
Die Eingriffe in den Bestand sind hierbei sehr gering. Jedoch muss je nach
örtlicher Situation ein größerer Aufwand zur Sicherung der Baugrube getroffen
werden, zudem muss die Vergrößerung des Querschnittes über die gesamt
Länge hinweg vorgenommen werden. Hinzu kommt, dass gem. S
CHWING
die
Entlastung der Stützmauer, die sich aus dem Abgraben der Anschüttung ergibt,
das Risiko eines Einsturzes mit sich bringt, das aus den veränderten
Spannungen im Mauerwerk resultiert.
157
Eine andere Möglichkeit stellt das Ausspülen von Hohlräumen hinter der Wand
von deren Vorderseite aus dar. Wie bei den oben beschrieben
Lastverteilungselementen, wird hierzu Wasser unter einem hohen Druck durch
spezielle Düsen gepresst und so das Erdreich hinter der Wand aufgeschnitten
und verflüssigt. Durch die eingebrachten Spül- und Ablaufbohrungen kann das
Erdreich entweichen. Alternativ können diese Hohlräume auch durch den Einsatz
eines Saugbaggers hergestellt werden (Europäisches Patent Nr. 1553230). Der
Entstehende Hohlraum wird im Anschluss mit Zementmörtel verfüllt und über
Edelstahlnadeln in den Bohrungen an die Wand angeschlossen.
156
Vgl. Schwing und Reuther, Tragsysteme zur Sicherung von alten Stützmauern, 2010, S. 13
157
Vgl. Schwing und Reuther, Tragsysteme zur Sicherung von alten Stützmauern, 2010, S. 13
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
64
Für die Bemessung dieser sog. Pfeilerrücklagen existieren einige Regelungen,
die auf Modellversuche an der Fachhochschule Erfurt zurückgehen:
158
- Achsabstand der Pfeilerrücklagen: 3-fache Wandstärke
- Höhe der Pfeilerrücklagen: ca. zwei Drittel der Wandhöhe
- Breite der Pfeilerrücklagen: min. 60cm, max. ca. 90cm (durch Reichweite
der
Wasserspülung
begrenzt,
ausdehnbar
durch
zusätzliche
Spülbohrungen)
Sofern diese Parameter eingehalten werden, wird das in den Versuchen
festgestellte Bruchverhalten eines monolithischen Körpers eingehalten. Das
bedeutet, die stellenweise Sicherung mit den Pfeilerrücklagen wirkt sich statisch
aus, als hätte die Stützmauer über die gesamte Länge hinweg den gleichen
Querschnitt (siehe Abb. 26).
159
Da die Stützmauer in beiden Fällen nach der
statischen Sicherung immer noch den Belastungen aus dem Erdreich ausgesetzt
ist, sollte in jedem Fall eine Ertüchtigung durch Verpressung und ggf.
Vernadelung des Mauerwerks erfolgen, um die innere Standsicherheit zumindest
konstruktiv zu verbessern.
Im Unterschied zu den Vernagelungstechniken, lassen sich die Pfeilerrücklagen
auch dann erstellen, wenn im Rücken der Stützmauer entweder
Versorgungsleitungen verlaufen oder Bauwerksteile im Einzugsbereich etwaiger
Bodennägel liegen. Da jedoch der Aufwand zur Herstellung der Pfeilerrücklagen
mit zunehmender Mauerhöhe überproportional anwächst, im Gegensatz
beispielsweise zur BST-Systemvernagelung, eignet sich das Verfahren nur bis
zu einer gewissen Höhe einer Stützmauer.
158
Vgl. Schwing und Reuther, Tragsysteme zur Sicherung von alten Stützmauern, 2010, S. 14
159
Vgl. Schwing und Reuther, Tragsysteme zur Sicherung von alten Stützmauern, 2010, S. 14
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
65
Abb. 26: Prinzipskizze Pfeilerrücklagen
160
5 Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
5.1 Untersuchungszweck
In diesem Abschnitt erfolgt der Vergleich unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten
der unterschiedlichen Möglichkeiten mit maroden Stützmauern zu Verfahren.
Zum einen werden die in Abschnitt 4 vorgestellten Verfahren zur
Wiederherstellung der inneren und äußeren Standsicherheit untereinander
verglichen. Zum anderen werden diese Sanierungsmöglichkeiten der Möglichkeit
eines Abrisses und der Erstellung eines Ersatzneubaus anstelle der maroden
Stützmauer gegenübergestellt und die Auswirkungen hinsichtlich der Baukosten
untersucht.
160
Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH, online verfügbar unter: https://www.bau-
sanierungstechnik.de/images/PDFs/bst-wir_sanieren_mauern.pdf
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
66
5.2 Untersuchungsobjekt
Für die vergleichende Betrachtung der Verfahren zur Sanierung einerseits und
der Variante eines Abrisses mit folgendem Neubau einer Stützmauer
andererseits, wurde ein Szenario mit den nachfolgend benannten
Rahmenbedingungen gewählt. Als Rahmen für die Vergleichsrechnung wurde
eine fiktive Landstraße gewählt, für deren Bau seinerzeit ein Geländeeinschnitt
erstellt wurde. Dieser wurde mit einer Stützmauer abgesichert. Zum Zwecke der
Untersuchung wird unterstellt, dass die in Abschnitt 3 beschriebenen typischen
Schädigungen an Stützmauern an dieser Mauer auftreten. Dazu gehört die
Schädigung der Verfugung, das Auftreten von Pflanzenbewuchs sowie die
schlechte Verfassung des Mauerwerkverbundes in Form von stellenweisen
Ausbauchungen und fehlenden bzw. gelockerten Einzelsteinen.
Darüber hinaus wird unterstellt, dass neben der gefährdeten inneren
Standsicherheit auch die äußere Standsicherheit fraglich ist, da die
Abmessungen der Stützmauer mit heutigen Berechnungsverfahren und
Sicherheitsbeiwerten einen Nachweis der Standsicherheit nicht zulassen.
Eine Übersicht über die Lage und die Abmessungen der Beispielmauer gibt der
Bestandsplan (Anhang B.1). Die Höhe der Stützmauer wurde aus den realen
Sanierungsprojekten der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH der Jahre 2014
und 2015 als meist genannter Wert herangezogen.
161
Die übrigen Abmessungen
ergeben sich erfahrungsgemäß aus der Höhe der Stützmauer.
Bezüglich der Parameter der Stützmauer und der sonstigen Ausgestaltung soll
festgehalten werden, dass dieses fiktive Objekt keinen Anspruch auf
Repräsentativität für die vorliegende Thematik der Sanierung von Stützmauern
erhebt. Dies beruht vor allem darauf, dass hierzu sehr viele Parameter mit
161
Vgl. Anhang A.1
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
67
unterschiedlichen Ausprägungen gehören. Im Rahmen dieser Arbeit wurden
jedoch keine Daten erhoben, um zu einer Aussage über die Repräsentativität des
konkreten Vergleichsobjektes zu gelangen. Die Ausgestaltung dieses Szenarios
spiegelt jedoch die typischen Erfahrungen aus der Sanierungspraxis sowohl der
Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH als auch des Baugrundgutachters Herrn
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Schwing wieder.
162
Eine Praxisnähe wird somit als gegeben
angenommen.
5.3 Verfahrensauswahl und Vorgehen
5.3.1 Sanierungsverfahren
Zum Vergleich der Sanierungsverfahren untereinander und mit der Variante
Abriss/Neubau werden die Verfahren BST-Systemvernagelung sowie
Pfeilerrücklagen ausgewählt. Die Wahl der BST-Systemvernagelung gründet auf
den in Abschnitt 4 herausgearbeiteten Vorteilen dieses Vernagelungssystems
gegenüber den eher traditionellen Verfahren. Das Verfahren der Pfeilerrücklagen
bietet eine Möglichkeit zur Sicherung von Stützmauern, auch wenn im Rückraum
der Mauer Leitungen oder ähnliche Hindernisse eine Sicherung mittels
Bodenvernagelung ausschließen. Daher wird dieses Verfahren in den Vergleich
miteinbezogen.
Für beide Verfahren gilt, dass stets eine Überprüfung und ggf. Sanierung der
Ansichtsfläche (Verfugung) und des Querschnittes (Verpressung) erfolgen sollte,
da durch die Kombination dieser Maßnahmen sowohl die innere als auch äußere
Sicherheit wiederhergestellt wird. Aus diesem Grunde wird über die reine
statische Sicherung der Stützmauer auch die Erneuerung der Verfugung sowie
die Verpressung des Mauerwerksquerschnittes berücksichtigt, da das
162
Experteninterview mit Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Schwing, geführt am 23.03.2016, Karlsruhe
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
68
Weglassen einer der Maßnahmen den Erfolg des Sanierungsvorhabens
gefährden würde.
Zur Kalkulation der Sanierungsvarianten wurde jeweils ein Leistungsverzeichnis
erstellt, das die im Rahmen einer solchen Sanierung typischer Weise
auftretenden Arbeiten enthält. Auf der Grundlage der oben geschilderten
Annahmen zum Zustand der fiktiven Stützmauer und ihrer Abmessungen wurden
die anzusetzenden Massen ermittelt. Die Massenansätze z.B. für Verfugung und
Verpressung des Mauerquerschnittes sind bei beiden Varianten identisch, da
sich für diese Positionen keine Unterschiede aus der Wahl des Verfahrens zur
statischen Sicherung ergeben.
Bezüglich der Dimensionierung der BST-Systemvernagelung wurde eine Excel-
Tabelle auf VBA-Basis verwendet, mit deren Hilfe seitens der Firma Bau-
Sanierungstechnik
GmbH
Vordimensionierungen
im
Rahmen
der
Angebotserstellung für reale Sanierungsvorhaben erstellt werden. Ein Auszug
zum Nachweis der Standsicherheit der für diese Untersuchung gewählten fiktiven
Stützmauer liegt im Anhang bei (siehe Anhang B.2).
Für die Dimensionierung der Pfeilerrücklagen wurde das Programm Erddruck
TGT (Version 1.5Pro) verwendet, mithilfe dessen der Nachweis für die
Standsicherheit der um die Pfeilerrücklagen erweiterten Stützmauer erbracht
wurde (siehe Anhang B.3).
Zu beiden Hilfsmitteln muss einschränkend angemerkt werden, dass sie bereits
einige Jahre alt sind und demzufolge nicht mehr auf Grundlage geltender Normen
rechnen. Jedoch hat sich im betrieblichen Alltag der Firma Bau-
Sanierungstechnik GmbH gezeigt, dass sie, auch unter Beachtung des Gebots
der kaufmännischen Vorsicht, immer noch ausreichend genaue Ergebnisse für
die Angebotserstellung liefern. Dies bedeutet, dass die Massen, die im Rahmen
von Standsicherheitsnachweisen für auszuführende Sanierungsvorhaben
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
69
ermittelt werden, nur geringfügig abweichen. Daher soll auch für den hier
durchgeführten Verfahrensvergleich unterstellt werden, dass die ermittelten
Ausführungsmassen ausreichend genau sind.
Einen Überblick über die statische Sicherung der gewählten Stützmauer durch
Einsatz der BST-Systemvernagelung liefert der Ausführungsplan im Anhang B.4
sowie im Anhang B.5 für die statische Sicherung durch Pfeilerrücklagen.
Die für die Kalkulation der Arbeiten notwendigen Ansätze der Arbeitszeitwerte
und Materialbedarfe wurde aus den Kalkulationsdaten der Firma Bau-
Sanierungstechnik GmbH entnommen.
5.3.2 Abriss/Neubau
Für die Möglichkeit des Neubaus einer Stützmauer im Anschluss an den Abriss
des Bestandes existieren unterschiedliche Möglichkeiten. In Frage kommen
beispielsweise die Errichtung einer Winkelstützmauer, einer Bohrpfahlwand oder
einer Gewichtsstützmauer. Für diese Untersuchung wurde letztere Möglichkeit,
die Errichtung einer Gewichtsmauer aus Beton, ausgewählt. Dies liegt darin
begründet, dass die Errichtung dieser Variante relativ den geringsten Aufwand
verspricht, da gegenüber der Errichtung einer Bohrpfahlwand weniger schweres
Gerät benötigt wird. Gegenüber der Errichtung einer Winkelstützwand sind die
notwendigen Erdarbeiten ähnlich umfangreich, jedoch ist der Aufwand der Schal-
und Bewehrungsarbeiten wesentlich geringer. Auf weitere Berechnung der zuvor
unberücksichtigten Varianten wurde in Ansehung der ersten Ergebnisse des
Verfahrensvergleichs verzichtet.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
70
Die Dimensionierung der zu errichtenden Erdarbeiten wurde gem. Handbuch
Eurocode 7 Geotechnische Bemssung, Abschnitt A6.10
163
vorgenommen und die
Standsicherheit im Wege des vereinfachten Nachweises in Regelfällen gem.
Eurocode 7 nachgewiesen (siehe Anhang B.6). Der Ausführungsplan in Anhang
B.7 gibt eine Übersicht über die gewählten Dimensionen sowie die notwendigen
Erdarbeiten.
Für die Erdarbeiten wurde unterstellt, dass die Baugrube durch eine standfeste
Böschung mit einer Neigung von 60° begrenzt wird. In der Praxis kann es nötig
sein, die Standsicherheit der Böschung nachzuweisen und ggf.
Verbaumaßnahmen durchzuführen. Im Rahmen der Untersuchung wurde auf die
Einführung dieser Arbeiten in den Verfahrensvergleich verzichtet, da das
Ergebnis ggf. verfälscht werden würde durch Arbeiten, die nicht regelmäßig
notwendig sind.
Die notwendigen Hauptarbeiten für die Erstellung der beschriebenen
Gewichtsmauer aus Beton wurden in einem Leistungsverzeichnis
zusammengestellt. Die Arbeitszeitwerte und Materialbedarfe wurden zum
Zwecke der Kalkulation im Wesentlichen aus Fachliteratur zur Kalkulation von
Bauleistungen
164
entnommen und auf das vorliegende Objekt angewendet.
163
Vgl. DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Handbuch Eurocode 7 Geotechnische
Bemessung, 2011, S. 107ff.
164
Plümecke und Kuhne, Preisermittlung für Bauarbeiten, 2005 sowie Hoffmann und Krause,
Zahlentafeln für den Baubetrieb, 2011
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
71
5.4 Erläuterungen zum Bauablauf
5.4.1 Sanierung und statische Sicherung
Den ersten Schritt der Bauausführung stellt die Einrichtung der Baustelle dar.
Hierzu muss zuerst die Verkehrssicherung eingerichtet werden. Im Beispiel wird
davon ausgegangen, dass die Landesstraße nur halbseitig gesperrt werden
muss um die Bauarbeiten durchführen zu können. Der Verkehr wird, gesteuert
durch eine Lichtsignalanlage, abwechselnd an der Baustelle vorbeigeführt. Die
Länge der halbseitigen Sperrung beträgt ca. 50m, bestehend aus 35m Länge der
zu sichernden Stützmauer sowie ca. 15m als Fläche für die
Baustelleneinrichtung.
Die
Verkehrssicherung
wird
durch
einen
Nachunternehmer gestellt. Die Kontrolle der Verkehrssicherung erfolgt
wochentags durch den Kolonnenführer, an den Wochenenden durch den
Nachunternehmer.
Die Baustelleneinrichtung besteht hauptsächlich aus einem Abrollcontainer, in
dem der Großteil der benötigten Gerätschaften (Kleinwerkzeuge, Mörtelpumpe,
Durchlaufmischer, Hochdruckspülmaschine sowie benötigte Schläuche und
Kabel) angeliefert wird. Ebenso wird von Beginn an ein Durckluftkompressor
(Volumenstrom: 7,5m³/min) benötigt. Für den Aufenthalt in den Pausenzeiten
wird ein Bauwagen angemietet sowie eine mobile Toilette bestellt. Die benötigten
Materialien werden vom Kolonnenführer abgerufen und als Sackware direkt auf
die Baustelle geliefert. Das Abladen erfolgt entweder per Kran oder mittels
Radlader, der ebenfalls am Tag der Baustelleneinrichtung angeliefert wird.
Die Baustelle wird von einer Kolonne bestehend aus einem produktiv tätigen
Kolonnenführer sowie drei Arbeitern abgewickelt, die wochentags in der Nähe
der Baustelle in einer Ferienwohnung untergebracht sind.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
72
Nach erfolgter Einrichtung beginnen die Arbeiter zunächst damit die alte, lose
Verfugung zu beräumen und Wurzeln aus dem Mauerwerk zu beseitigen. Im
Bereich von größeren Wurzeln und Ausbrüchen wird das Mauerwerk durch neu
gelieferte und dem Bestand ähnliche Steine neu aufgebaut. Darüber hinaus
werden stark zerstörte Einzelsteine durch neue Steine ersetzt. Anschließend
erfolgt die maschinelle Neuverfugung im Trockenspritzmörtelverfahren. Um den
Fuß der Stützmauer zu verfugen, wird zuvor ein Graben bis auf Spatentiefe vor
der Mauer ausgehoben. Während drei Arbeiter diese Arbeiten bis zum Ende der
Stützmauer fortführen, beginnt ein Arbeiter nach einiger Zeit damit, Bohrungen
für die Verpressung des Querschnittes in die Stützmauer einzubringen. Die
Verpressung des Mauerquerschnittes ist deshalb auch der nächste Arbeitsschritt.
Ohne Voruntersuchungen wird davon ausgegangen, dass etwa 3.500kg
Verpressmasse hierfür nötig sind. Dies entspricht einem Hohlraumvolumen von
ca. 2,5 Prozent und liegt damit im üblichen Rahmen.
Bis zu diesem Punkt ist der Arbeitsablauf unabhängig von der vorgesehenen
statischen Sicherung. In jedem Fall wird nun ein Bagger der 5to-Klasse
angeliefert, der als Trägergerät für die Bohrlafette und hydraulischer Antrieb für
den Bohrmotor und die Lafette dient.
Im Falle der statischen Sicherung durch die BST-Systemvernagelung werden
damit nun die Bohrungen für die Bodennägel (Ø90mm) durch die Stützmauer
hindurch ins Erdreich eingebracht. Darüber hinaus werden, mit kleinerem
Durchmesser (Ø55mm) die Spülbohrungen um die Nagelbohrung herum
abgeteuft.
Während zwei Arbeiter weiter die Bohrungen abteufen, beginnen die anderen
Arbeiter damit, die Bodennägel vorzubereiten (Abstandhalter und
Nachverpressschläuche anbringen) und einzubauen (Einlegen und Verfüllen).
Nachdem die eingebauten Nägel ein bis zwei Tage abgebunden haben, wird die
Nachverpressung vorgenommen um die vollständige Verfüllung sicherzustellen
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
73
und
die
Tragfähigkeit
zu
erhöhen.
Im
Anschluss
werden
die
Lastverteilungselemente im Rücken der Mauer um die Bodennägel herum
ausgespült und anschließend mit Mörtel verfüllt.
Im Gegensatz hierzu wird bei der statischen Sicherung mittels Pfeilerrücklagen
das Bohrgerät dazu verwendet, die Spülbohrungen für die Pfeilerrücklagen
einzubringen. Im Anschluss werden durch diese Spülbohrungen die Hohlräume
durch Höchstdruckwasserspülung hergestellt und zeitnah mit Mörtel verfüllt.
Nach Abschluss der jeweiligen Arbeiten zur statischen Sicherung werden die
Drainagebohrungen abgeteuft und die Drainagerohre eingebaut. Zum Abschluss
werden alle Löcher in der Maueroberfläche (Nagel- und/oder Spülbohrungen) mit
kleinen Steinen und Mörtel verschlossen, sodass diese nicht mehr zu erkennen
sind. Damit ist die Baumaßnahme abgeschlossen. Die Bauzeit beträgt bei beiden
Verfahren etwa fünf Wochen.
5.4.2 Abriss­Neubau
Hierbei steht als erstes ebenso die Verkehrssicherung der Arbeitsstelle an. Im
Rahmen dieses Verfahrensvergleiches wird davon ausgegangen, dass eine
halbseitige Sperrung, wie oben beschrieben, nicht ausreicht um genügend Raum
zum Aufstellen der Gerätschaften (>15to-Bagger, 40to-Muldenkipper etc.) zu
erhalten. Daher muss die Landesstraße voll gesperrt werden und eine Umleitung
ausgeschildert werden. Auch hierzu wird ein Nachunternehmer eingesetzt.
Den ersten Schritt nach erfolgter Baustelleneinrichtung mit allen Gerätschaften
und Sozialeinrichtungen, bildet bei dieser Variante das Abbrechen der
vorhandenen Stützmauer sowie das Abböschen des dahinter anstehenden
Geländes im beschriebenen Maß. Der Abraum wird von einem örtlichen
Fuhrunternehmer auf eine nahegelegene Deponie transportiert. Anschließend
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
74
wird der Aushub für das Fundament der neu zu errichtenden Stützmauer
vorgenommen und die Sauberkeitsschicht eingebracht. Daraufhin können die
ersten Schal- und Betonierarbeiten zur Errichtung des Fundaments der
Stützmauer beginnen. Dabei wird Abschnittsweise vorgegangen, sodass zuerst
die ungeraden Abschnitt (1,3,5 usw.) und dann die geraden Abschnitte (2,4,6
usw.) eingeschalt und betoniert werden. Gleiches wiederholt sich bei der
Errichtung des eigentlichen Stützkörpers. Im Anschluss an die Errichtung der
Stützmauer wird der Arbeitsraum verfüllt um den ursprünglichen Geländeverlauf
wiederherzustellen. Dabei wird im Rücken der Stützmauer sowie vor dem
Fundament eine Drainage eingebracht, um die Bildung eines Staudruckes zu
verhindern.
5.5 Kostenvergleichsrechnung
Die Kalkulation der jeweiligen Bauleistungen wurde in Form einer Kalkulation mit
festen Zuschlagssätzen durchgeführt. Dies bedeutet, dass auf die jeweiligen
Kostenarten (Lohn, Sonstige Kosten (SoKo: Gerät, Material etc.),
Fremdleistungen)
vorbestimmte
Zuschläge
zur
Deckung
der
Baustellengemeinkosten (BGK) und Allgemeinen Geschäftskosten (AGK)
aufgeschlagen werden. Im Normalfall werden diese Zuschlagssätze von jedem
Unternehmen
individuell
bestimmt.
Um
im
Rahmen
dieses
Verfahrensvergleiches eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten, wurden die
Zuschlagssätze für alle Varianten wie folgt festgelegt:
Kostenart
Zuschlagssatz
Lohn
100%
SoKo
15%
Fremdleistungen
10%
Tabelle 4: Zuschlagssätze im Rahmen des Verfahrensvergleiches
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
75
Der in die Kalkulation eingehende Ansatz für die Kosten einer Lohnstunde
unterscheidet sich zwischen den Sanierungsverfahren einerseits und dem
Abriss/Neubau andererseits. Für die Sanierungsvarianten wurde ein Mittellohn in
Anhang B.8 berechnet, der sich an die realen Verhältnisse bei
Sanierungsprojekten der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH anlehnt, dort sind
die Arbeitskräfte auf Montage, d.h. es fallen Sozialleistungen wie z.B. Auslöse
usw. an. In Anhang B.9 wurde ein Mittellohn berechnet, der den weniger
spezialisierten Tätigkeiten beim Abriss/Neubau einer Stützmauer, durch ein
ortansässiges Bauunternehmen, Rechnung trägt.
Die Ergebnisse der durchgeführten Kalkulationen für die Varianten stellen sich
wie folgt dar:
Variante
Baukosten
(inkl. MwSt.)
Differenz zur günstigsten
Variante
BST-Systemvernagelung
73.285,14 EUR
-
Pfeilerrücklagen
78.904,50 EUR
5.619,36 EUR
Abriss-Neubau
202.978,41 EUR
129.693,27 EUR
Tabelle 5: Ergebnisse des Verfahrensvergleichs
In den Anhängen B.10 bis B.12 findet sich das jeweilige Leistungsverzeichnis mit
den jeweiligen Positionen und Einheitspreisen für die Varianten der Sanierung
und statischen Sicherung durch die BST-Systemvernagelung, durch
Pfeilerrücklagen sowie für den Abriss mit anschließendem Neubau.
6 Empfehlungen für die allgemeine Anwendung
Wie der Verfahrensvergleich in Abschnitt 5 ergeben hat, ist der Neubau der
gewählten Stützmauer mit einigem Abstand teurer als deren Sanierung.
Selbstverständlich ist das gewählte Beispiel nur ein möglicher Fall. Es sind
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
76
unzählige weitere Fälle denkbar, in denen verschiedene Faktoren zum Tragen
kommen, die die Entscheidung für oder gegen eine Sanierung bzw. einen
Neubau einer Stützmauer beeinflussen. Da diese Faktoren nicht alle in einem
Verfahrensvergleich zu erfassen sind, sollen die wichtigsten Faktoren in der
Folge beschrieben werden, um daraus Empfehlungen für die Sanierung von
Stützmauern abzuleiten.
6.1 Denkmalschutz
Stützmauern unterliegen häufig dem Denkmalschutz. Auch wenn der Aufwand,
der für die Instandhaltung solcher Bauwerke betrieben wird, unter Umständen
größer ist als an nicht denkmalgeschützten Bauwerken, ist dies keine Garantie
für den Erhalt eines makellosen Zustandes. Selbst bei kleinen
Reparaturmaßnahmen sind die Vorgaben der Denkmalpflege zu beachten. Dies
trifft erst recht zu, wenn es um grundsätzlichere Entscheidungen wie z.B.
gesamthafte Sanierungsmaßnahmen oder etwaige Ersatzneubauten geht.
Letztere schließen sich im Sinne des Erhalts, der als wertvoll angesehenen
Bausubstanz, i.d.R. von selbst aus.
Die vorgestellten Maßnahmen zur Sanierung von Stützmauern lassen sich
hingegen mit den Forderungen der Denkmalpflege kombinieren. Dies beginnt bei
Arbeiten an der Ansichtsfläche, für deren Reparatur nötigenfalls Steinmaterial
aus möglichst der gleichen Quelle beschafft werden sollte, aus der auch das
Bestandsmaterial stammt. Für die Erneuerung der Verfugung lassen sich Mörtel
so einstellen, dass sie mit den im Bauwerk vorhandenen Materialien verträglich
sind und in Farbe und Körnung dem vorhandenen Mörtel gleichen.
165
165
Siehe Dreuse et al., Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an
Natursteinmauerwerk, 2015
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
77
Im Bereich der statischen Sicherung sind Verfahren zu wählen, die einen
möglichst geringen Eingriff in die Substanz des Bauwerkes mit sich bringen.
Hierfür bietet sich die Vernagelung gem. dem Prinzip der BST-
Systemvernagelung sowie die Sicherung durch Pfeilerrücklagen an. Abgesehen
von den stets notwendigen Bohrungen durch die Stützmauer hindurch sind keine
Eingriffe in das Mauerwerk notwendig. Die Lage der Bohrungen kann in
begrenztem Maße variiert werden, sodass möglichst in den Fugenbereichen statt
durch Steine in der Ansichtsfläche gebohrt wird. Kernbohrungen sind ein weiteres
Mittel, mit dem Spuren der Eingriffe verdeckt werden können. Die Bohrkerne
können nach Abschluss der Arbeiten im Mauerrücken wieder in die Bohrlöcher
eingesetzt werden. Somit lässt sich weitestgehend sicherstellen, dass nur
minimale Spuren von den Arbeiten am denkmalgeschützten Objekt zeugen.
6.2 Umwelt- und Artenschutz
Stützmauern erfüllen nicht nur einen Zweck, sie sind zugleich Lebensraum für
Pflanzen und Tiere. Dies trifft insbesondere für Trockenmauern zu, die aufgrund
ihrer Zahlreichen Öffnungen und Hohlräume z.B. Insekten, Eidechsen und
zahlreichen Pflanzenarten ideale Bedingungen bieten. Auch Vögel finden hier
Nahrung und Nistplätze.
166
Die beschriebenen Sanierungsverfahren führen in ihrer Kombination
grundsätzlich dazu, dass der Charakter eine Trockenmauer verloren geht. Diese
Kombination ist jedoch technisch notwendig, da beispielswiese die Verpressung
des Querschnittes nicht möglich ist, ohne die Ansichtsfläche durch eine
Verfugung abzudichten, da sonst die Verpressmasse austritt.
167
166
Vgl. Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland, Trockenmauern: Lebensraum für Tiere
und Pflanzen, 2014
167
Vgl. Egermann, Ingenieurtechnische Sicherung von Natursteinmauerwerk, in: Patitz,
Grassegger et al. (Hg.): Natursteinbauwerke, 2015, S. 103
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
78
Stehen Maßnahmen an solchen Objekten an, muss deshalb zunächst überprüft
werden, ob schützenswerte Tier- und Pflanzenspezies betroffen sind.
Entsprechend den Ergebnissen dieser Untersuchungen müssen dann
Maßnahmen wie z.B. Umsiedlungen oder die Anpassung der Bauzeit ergriffen
werden.
Im Zuge der Sanierung lassen sich Maßnahmen ergreifen, die die (Wieder-)
Ansiedlung von Tieren begünstigen. Dazu gehören sog. Sackbohrungen, dies
sind Bohrungen, die den Querschnitt nicht gänzlich durchdringen und somit einen
Hohlraum schaffen, der besiedelt werden kann. Gleiches gilt für Fugen, die bei
der Neuverfugung ausgespart oder nachträglich wieder geöffnet werden.
Eine Möglichkeit, die den Charakter der Trockenmauer zumindest oberflächlich
erhält, ist die Abdichtung der Ansichtsfläche mit Tonschlämmen. Diese erlauben
es, den Querschnitt der Stützmauer zu verpressen, können jedoch im Anschluss
ausgewaschen werden. Dadurch bleiben oberflächlich die offenen Fugen zurück,
die typisch für Trockenmauern sind. Jedoch ist dieses Verfahren deutlich
aufwändiger als die Verfugung mit Mörtel, zudem fallen zusätzlicher Aufwand und
Kosten für die Entsorgung der Tonschlämme an.
Aufgrund der in Abschnitt 3 beschriebenen schädigenden Wirkung von Pflanzen
an der Oberfläche bzw. im Querschnitt, sollte von einer gezielten Begrünung von
Stützmauern abgesehen werden. Im Gegenteil sollte eventuell vorhandener
Bewuchs regelmäßig entfernt werden.
6.3 Verkehrswege und Bebauungen
Stützmauern wurden und werden i.d.R. erbaut, um den oberhalb oder unterhalb
gewonnen Platz für einen bestimmten Zweck zu nutzen. Dies ist beispielsweise
an Verkehrswegen oder in Städten häufig der Fall. Daher stehen Stützmauern
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
79
mitunter in schwer zugänglichen und beengten Lagen (siehe Abb. 27). Treten an
solchen Stützmauern Schäden auf, ist ein Neubau unter Kostengesichtspunkten
häufig kaum denkbar. Dies liegt daran, dass für Abfangung des Geländes ein
erheblicher Aufwand anfallen würde und dass die hierfür benötigten schweren
Arbeitsgeräte oftmals gar nicht zur Baustelle gelangen könnten.
Abb. 27: Stützmauer hinter einem Gebäude
168
Jenseits eventueller Überlegungen hinsichtlich Bestandserhaltung und
Denkmalschutz bietet sich in solchen Fällen eine Sanierung des Bestandes an.
Wie beschrieben, sind die Sanierungsarbeiten auch ohne schweres Gerät und
unter beengten Platzverhältnissen möglich (siehe Abb. 28). Durch die Sanierung
werden zudem Arbeiten zum zeitweiligen Abfangen des Geländes bis zum
Abschluss des Neubaus überflüssig.
168
BV Ottweiler, 2014, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
80
An Straße und anderen Verkehrswegen kann es ebenso angezeigt sein, der
Sanierung einer Stützmauer den Vorzug vor einem Neubau zu geben. Wie in
Abb. 28 ersichtlich ist, ist der benötigte Raum für die Sanierung und statische
Sicherung, im Vergleich zum Einsatz von schwerem Gerät zum Abriss einer
Stützmauer, sehr gering. Somit ist schon bei Querschnittsbreiten ab ca. 5,50
Metern eine Sanierung unter halbseitiger Fahrbahnsperrung möglich (siehe Abb.
29).
Abb. 28: Statische Sicherung unter beengten Platzverhältnissen
169
Diese
Möglichkeit,
Vollsperrungen
von
Straßen
mit
ggf.
hoher
Verbindungsbedeutung zu vermeiden, ist ein eminenter Vorteil. Dies trifft
besonders in Gegenden, z.B. Gebirgslagen, zu, in denen Umleitungen weite
Umwege für die Verkehrsteilnehmer bedeuten.
169
BV Kloster Einsiedeln (CH), 2014, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
81
Abb. 29: Statischer Sicherung an schmaler Passstraße
170
6.4 Sanierungskosten
Die Bau-Sanierungstechnik GmbH ist auf dem Gebiet der Sanierung von
Stützmauern seit 30 Jahren tätig. Entsprechend viele Sanierungsprojekte wurden
bisher geplant und umgesetzt. Die Erfahrung zeigt hierbei, dass der
Kostenaufwand, mit dem im Vorfeld gerechnet werden muss, i.d.R. zwischen 600
und 1.000 Euro je Quadratmeter Ansichtsfläche liegt.
Der tatsächliche Preis hängt von vielen Faktoren ab, die bei jedem Objekt
individuell ausgeprägt sind. Zu diesen Faktoren gehören beispielsweise das
Ausmaß, in dem Mauerwerksbau zur Wiederherstellung der Ansichtsfläche nötig
ist, die benötigte Verpressmenge zur Verfüllung der Hohlräume im Querschnitt
und die Belastungen, die auf die Stützmauer wirken, welche die Nagellängen und
-abstände bestimmen.
170
BV Klausenpassstraße, 2012, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
82
7 Fallbeispiele
In diesem Abschnitt werden zwei reale Sanierungsprojekte vorgestellt, die von
der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH ausgeführt wurden. Diese Beispiele
geben einen Überblick darüber, unter welchen Rahmenbedingungen die
Sanierung von Stützmauern in der Praxis stattfindet.
7.1 Stützmauer an der B28 bei Freudenstadt
Im April 2015 erhielt die Bau-Sanierungstechnik GmbH den Auftrag vom
Regierungspräsidium Karlsruhe eine Mauer an der B28 bei Freudenstadt, in
Höhe des Hotels Langenwaldsee, statisch zu sichern.
Abb. 30: Lage der Baustelle in Freudenstadt
171
171
Quelle: eigene Erstellung, Karte online verfügbar unter:
http://www.openstreetmap.de/karte.html?zoom=17&lat=48.45196&lon=8.39019&layers=B000
TT
Baustelle
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
83
Die Stützmauer stütz den Straßenkörper zum davor verlaufenden Forbach ab.
Sie ist insgesamt 170m lang, die durchschnittliche Höhe beträgt 4,50m, wobei
die Enden auf null auslaufen. Oberhalb der Stützmauer schloss sich eine mit
Gras bewachsene Böschung an, die eine Höhe zwischen 2,00 und 4,00m
aufwies.
Die Stützmauer teilt sich in verschiedene Abschnitte, die offensichtlich in
verschiedenen Epochen erbaut wurden. Äußerliches Zeichen dessen sind die
unterschiedlichen Mauerwerksarten, die im Laufe der Stützmauer zu erkennen
sind. Während einige Abschnitte als unregelmäßiges Quadermauerwerk errichtet
wurden, ist ein Abschnitt als Betonmauer neu aufgebaut und mit regelmäßigem
Schichtenmauerwerk verblendet worden.
Abb. 31: Stützmauer entlang des Forbachs bei Freudenstadt
172
172
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
84
Abb. 32: Einsturzgefährdeter Teilabschnitt
173
Bis auf wenige Wandabschnitte war die Ansichtsfläche der Stützmauer stark mit
Moos und Gräsern bewachsen, an einigen Stellen wuchsen kleinere Bäume aus
offenen Fugen. Nicht zuletzt fehlten aus diesem Grund an vielen Stellen Steine.
Am Mauerfuß zeigten sich Schäden am Mauerwerk, die auf die Einwirkung des
Forbachs zurückgehen. An vielen Stellen fließt der Bach direkt an der Mauer
entlang ohne dass es einen Kolkschutz gäbe, der das Mauerwerk vor
Ausspülungen schützen könnte.
Im Fahrbahnbelag der B28 bildeten sich parallel zur Fahrtrichtung Risse aus.
Dies deutete auf Absenkungen im Straßenunterbau hin, die wiederum auf
Verformungen der Stützmauer schließen ließen. Diese Risse sowie der schlechte
Allgemeinzustand der Stützmauer schlugen sich in der Zustandsbewertung bei
der routinemäßigen Inspektion nieder.
173
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
85
Abb. 33: Rissbildung in der Fahrbahndecke aufgrund von Setzungen
174
Deshalb wurde die Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH hinzugezogen um ein
Konzept für die Sanierung der Stützmauer und deren statische Sicherung zu
erstellen. Zudem wurde im Projektverlauf entschieden, dass die Böschung
zwischen Fahrbahn und Stützmauer abgetragen werden sollte. Die Stützung der
Bundesstraße sollte durch eine neu zu errichtende, doppelt bewehrte und
rückverankerte Spritzbetonwand erfolgen. Diese neue Stützwand wurde nötig,
um zum Beispiel im Falle eines Unfalls, Personen einen Sicherheitsraum hinter
der Schutzplanke zu verschaffen. Bisher war dieser nicht gegeben, da die
Böschung unmittelbar nach der Schutzplanke begann.
174
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
86
Abb. 34: Während der Sanierungsarbeiten
175
Die Bauarbeiten begannen im Mai 2015 mit der Sanierung der bestehenden
Stützmauer. Hierzu wurde zunächst ein Podest aus Gerüstteilen vor der
Stützmauer auf der Sohle des Forbachs erstellt. Im Verlauf der Arbeiten wurde
dann die gesamte Mauer eingerüstet, um die Arbeiten für die Sanierung der
Ansichtsfläche und des Mauerquerschnittes zu ermöglichen.
Die Sanierung der Ansichtsfläche bestand hauptsächlich aus dem Beräumen der
schadhaften Altverfugung, dem Neuverfugen sowie Mauerwerksbau an Stellen,
an denen Wurzelstöcke (20 Stück mit einem Durchmesser von 10 bis 50cm, 4
Stück mit einem Durchmesser größer 50cm) entfernt werden mussten. Zudem
wurden mehrere vorhandene Entwässerungsausläufe wiederhergestellt und so
erweitert, dass dort Wasser austreten kann, ohne die Stützmauer zu schädigen.
175
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
87
Zur konstruktiven Sicherung des Stützmauerquerschnittes wurden 310
Verpressbohrungen eingebracht. Über diese wurden etwa 89t Verpressmasse in
Hohlräume im Querschnitt eingebracht, um die Stabilisierung des
Mauerwerkskerns zu erreichen.
Letztlich wurde die statische Sicherung der Stützmauer durch Einsatz der BST-
Systemvernagelung erreicht. Die Bodennägel wurden, basierend auf der Statik,
in drei Lagen angeordnet. Die horizontalen Abstände untereinander betrugen
zwischen 1,05m und 1,35m sowie 1,20m in der Vertikalen. Die Länge der
Bodennägel betrug aufgrund der Verkehrslasten aus der Bundesstraße 8,00m,
es wurden 168 Stück verbaut.
Für die Bohrungen in den unteren Lagen der Stützmauer wurde die Bohrlafette
auf dem Arbeitsgerüst angelegt und an die Stützwand angedübelt, um sicheren
Halt für die Bohrarbeiten zu haben. Angetrieben wurden Bohrmotor und Lafette
von einem, auf der Fahrbahn positionierten, 15to-Bagger. Dieser wurde dann
auch für die erreichbaren oberen Nagellagen als Trägergerät für die Lafette
verwendet. Hierzu wurde ein durch die Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH
selbst entwickeltes Anbauteil als Verlängerung des Auslegers verwendet, da die
Reichweite des Baggers selbst nicht ausreichend war.
Damit der Bagger auf der Fahrbahn stehen konnte, musste diese zuvor halbseitig
auf eine Länge von 180m gesperrt werden. Der Verkehr konnte jedoch zu jeder
Zeit der Baumaßnahme auf einem Fahrstreifen an der Baustelle vorbeigeführt
werden. Eine Lichtsignalanlage sorgte für die Regelung der Verkehrsströme.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
88
Abb. 35 Ansichtsfläche der sanierten Stützmauer und der Spritzbetonwand
176
Gegen Ende der Sanierungsarbeiten an der unteren Stützmauer wurde ein
lokales Erdbauunternehmen damit beauftragt, die Böschung oberhalb der
Stützmauer abzutragen. Zur Sicherung des Erdreiches wurde von Mitarbeitern
der Bau-Sanierungstechnik eine fünf Zentimeter starke Spritzbetonschale
aufgetragen. Während dieses Vorgehen auf den ersten 75 Metern, in denen die
Böschung flacher als in den folgenden Bereichen war, gut funktionierte, zeigte
sich im weiteren Verlauf, dass das dahinter anstehende Erdreich selbst mit
Spritzsicherung nicht gehalten werden konnte.
176
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
89
Abb. 36: Rückseite der rückverankerten Spritzbetonwand
177
Aus diesem Grund wurde die Planung geändert und die zu errichtende
Spritzbetonwand weiter nach vorne, in Richtung der Stützmauer gerückt.
Dadurch musste weniger Erdreich abgetragen werden. Zugleich wurde für die
letzten 20m beschlossen, auf eine aufrecht stehende Spritzbetonwand zu
verzichten und lediglich die bestehende Böschung mittels Spritzbeton und
Rückverankerung zu sichern. Dies war dadurch bedingt, das die Böschung in
diesem Bereich noch einmal deutlich höher als in den vorausgehenden
Bereichen war. Zudem erschien die Böschung aufgrund von teilweisen
Rutschungen instabiler als die vorigen Bereiche, sodass allen Beteiligten ein
Abgraben der Böschung als zu gefährlich erschien. Maßgeblich hierfür war auch
der erst kürzlich erneuerte Fahrbahnbelag, der bei einem Abrutschen des
Geländes unweigerlich in Mitleidenschaft gezogen worden wäre.
177
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
90
Die Spritzbetonwand wurde freistehend erbaut, der Spritzbeton wurde gegen
eine zuvor errichtete Schalung gespritzt. Die Stärke der fertigen Spritzbetonwand
beträgt 25cm, wobei hierfür zwei Arbeitsgänge nötig waren. Es wurden zwei
Bewehrungslagen aus Betonstahlmatten verbaut. Die Bohrungen der Nägel
wurden wieder mit einem Bagger als Trägergerät vorgenommen.
Die Länge der Bodennägel betrug 3,00m, im Bereich der schrägen
Spritzbetonschale 4,20m. Die Anordnung erfolgte in zwei Lagen, mit einem
vertikalen Abstand zwischen 0,40m und 0,90m und einem horizontalen Abstand
untereinander von 1,50m. Im Bereich der Spritzbetonwand und -schale wurden
110 Bodennägel verbaut.
Abb. 37: Erstellung der Spritzbetonschale in der Schräge
178
178
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
91
Abb. 38: Fertiggestellte Spritzbetonschale
179
Um ein Abstürzen von Personen, die z.B. nach einem Unfall über die
Schutzplanke steigen, zu verhindern wurde vom Auftraggeber ein
Schutzgeländer nach RiZ GEL 7 (BASt) gefordert. Die hierfür ursprünglich
vorgesehenen Betonfertigteilfundamente erwiesen sich in der Herstellung als zu
aufwändig und teuer. Deshalb wurde beschlossen, hinter der Mauerkrone der
Spritzbetonschale ein Streifenfundament herzustellen, auf welches das Geländer
aufgedübelt werden kann. Diese Arbeiten sind zum Zeitpunkt der Erstellung
dieser Arbeit noch im Gange.
Zum Schutz der Stützmauer vor Unterspülung durch den Forbach, werden im
April 2016 noch mehrere Tonnen Wasserbausteine als Kolkschutz an kritischen
Punkten der Stützmauer in das Bachbett gesetzt.
179
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
92
Abb. 39: Streifenfundament für das Schutzgeländer
180
Mit Abschluss aller Arbeiten wird im Mai 2016 gerechnet. Die Baukosten werden
sich insgesamt voraussichtlich auf über eine Million Euro belaufen. Die Bauzeit
erstreckt sich damit von Mai 2015 an über ein Jahr, inklusive der
witterungsbedingten Unterbrechung der Arbeiten von Dezember 2015 bis Ende
März 2016.
Dieses Projekt gehört auf Grund seines Umfanges, seinem technischen
Anspruch und der Vielzahl an Nebenarbeiten, neben der eigentlichen Sanierung
und statischen Sicherung, zu den größeren Projekten der Firma Bau-
Sanierungstechnik GmbH. Der nicht unerheblichen Bausumme zum Trotz ist die
Sanierung der Stützmauer, inklusive dem Neubau der Spritzbetonwand, mit
einiger Sicherheit günstiger als ein Abriss mit anschließendem Neubau. Dies gilt
insbesondere unter Berücksichtigung der Verbindungsbedeutung der B28 in
180
BV Freudenstadt, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
93
diesem Teil des Schwarzwaldes. Ein Neubau hätte sich hier mit Sicherheit in
einer Vollsperrung über viele Wochen niedergeschlagen.
7.2 Stützmauer am Forstamt Wiesbaden Chausseehaus
Im Jahr 2015 erhielt die Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH den Auftrag zur
Sanierung einer Stützmauer auf dem Gelände des Forstamtes Wiesbaden
Chausseehaus, Chausseehaus 20 in 65199 Wiesbaden. Bei der Stützmauer
handelt es sich um eine Grenzmauer aus Bruchsteinen, die das Grundstück zur
L3037 sowie zum angrenzenden Waldweg hin einfriedet.
Abb. 40: Lage der Baustelle in Wiesbaden
181
Die Länge der Mauer beträgt 30m, die Höhe nimmt im Verlauf von 3,20m auf
2,20m ab, die Höhe der Anschüttung verläuft von 1,90m im hinteren Bereich auf
Null im Bereich der Grundstückseinfahrt. Die Mauerkrone war als
181
Quelle: eigene Erstellung, Karte online verfügbar unter:
http://www.openstreetmap.de/karte.html?zoom=18&lat=50.10086&lon=8.16033&layers=B000
TT
Baustelle
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
94
Ziegelsteinrollschicht ausgebildet, die an der Oberseite stark mit Moos und
Gräsern bewachsen war.
Der Sanierungsbedarf der Stützmauer wurde aufgrund einer sehr auffälligen
Ausbeulung eines Wandabschnittes im unteren Bereich erkannt. Zudem waren
die Fugen teilweise offen, d.h. es war bis in große Tiefen kein Mörtel mehr
vorhanden, ebenso fehlten teils einzelne Steine.
Abb. 41: Wandabschnitt mit starker Ausbauchung und fehlenden Steinen
182
Mit einem Vertreter der Verkehrsbehörde der Stadt Wiesbaden wurde die
Verkehrssicherung festgelegt. Dies war nötig, da auch Arbeiten an der
straßenseitigen Außenseite der Stützmauer auszuführen waren, jedoch nur ein
Grünstreifen von ca. 50cm zur Verfügung stand. Daher wurde eine halbseitige
Sperrung der Fahrbahn in der Zeit zwischen 9:00 und 15:00 Uhr mit
entsprechender Vorwarnbeschilderung festgelegt. Auf eine Regelung durch eine
182
BV Wiesbaden Chausseehaus, 2015, Quelle Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
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Lichtsignalanlage wurde, trotz der eingeschränkten Einsehbarkeit, seitens der
Verkehrsbehörde verzichtet. Außerhalb der genehmigten Sperrzeiten war die
Verkehrssicherung von der Fahrbahn zu räumen, um den Berufsverkehr nicht zu
stören.
Abb. 42: Stützmauer von der Straßenseite
183
Abb. 43: Gerätecontainer auf der Baustelle
184
183
BV Wiesbaden Chausseehaus, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
184
BV Wiesbaden Chausseehaus, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
96
Zur Sanierung der Ansichtsfläche wurden zunächst die brüchigen Fugen der
Stützmauer beräumt und zusammen mit den offenen Fugen maschinell mit
Trasskalkmörtel (Körnung 0-4mm) neu verfugt. Dabei konnte ein Großteil der
Fugen in den höhe gelegenen Bereichen der Stützmauer erhalten werden, da
diese noch in gutem Zustand waren. Es wurden rund 50 von 140m²
Ansichtsfläche neu verfugt. Auf Wunsch des Auftraggebers wurden an mehreren
Stellen Fugen offen gelassen um Vögeln einen Nistplatz zu bieten (siehe Abb.
44).
Im Zuge der Sanierung der Ansichtsfläche wurde die marode
Ziegelsteinrollschicht abgetragen, darunter kamen erhebliche Hohlräume im
Kern des Mauerwerks zum Vorschein (siehe Abb. 45). Dies bestätigte die
Notwendigkeit, den Querschnitt der Mauer durch Verpressung zu festigen. Die
Verpressung erfolgte unter Verwendung von Trasskalk-Verpressmörtel über 50
Injektionsbohrungen. Zur Stabilisierung des Mauerwerks wurden insgesamt
4200kg Mörtel in die Wand injiziert.
Abb. 44: Nistplatz für Vögel
185
185
BV Wiesbaden Chausseehaus, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
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Für die Wiederherstellung der Standsicherheit war ursprünglich geplant, den
Abschnitt der Stützmauer, der eine Anschüttungshöhe von mehr als 1,20m
aufweist, mittels BST-Systemvernagelung zu sichern. Hierfür waren 12
Bodennägel mit einer Länge von jeweils 4,15m vorgesehen. Jedoch zeigte sich
nach Einholung der relevanten Versorgungspläne, dass eine Wasserfernleitung
(DN600) im hinteren Bereich der Stützmauer mit einem Abstand von ca. 3m im
Einzugsbereich einer eventuellen Vernagelung läge. Daher wurde die statische
Sicherung in diesem Bereich umgeplant, statt der zwölf vorgesehenen
Bodennägel wurden nur sieben ausgeführt. Für das Abteufen der Bohrungen
wurde als Trägergerät für die Bohrlafette ein 3,5to-Bagger verwendet. Mit dessen
Hydraulik wurde der Bohrmotor und der Vorschub der Lafette betrieben. Die
Druckluft für die Spülung des Bohrkanals wurde durch einen
Durckluftkompressor
generiert.
Zur
Verfüllung
der
Nägel
und
Lastverteilungselemente wurde ein Injektionsmörtel (Bindemittel: Zement,
Festigkeit C25/30) mit einer Körnung von 0-0,1mm verwendet.
Abb. 45: Hohlräume im Mauerwerk
186
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BV Wiesbaden Chausseehaus, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
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Im Bereich der Wasserleitung wurden drei Pfeilerrücklagen mit einer Höhe von
1,50m, einem Achsabstand von 1,80m und einer Breite von 60cm ausgeführt.
Aufgrund der Verkehrslasten aus der Straße, die in diesem Abschnitt anzusetzen
waren, mussten die Pfeilerrücklagen mit einer Tiefe von 1,30m erstellt werden.
Da das Gelände in diesem Bereich nicht versiegelt war und diese Tiefe durch
Spülung nur mühsam zu erreichen ist, wurden die Pfeilerrücklagen mithilfe eines
Saugbaggers ausgehoben und im Anschluss mit Beton verfüllt. Zur Herstellung
der Verbindung zwischen Stützmauer und Pfeilerrücklage, wurden jeweils vier
Edelstahlnadeln in Bohrungen durch die Stützmauer eingelegt und in die
Pfeilerrücklagen eingebunden.
Abb. 46: Auszug aus dem Ausführungsplan zur statischen Sicherung
187
Gegen Ende der Bauarbeiten wurde die Mauerkrone wiederaufgebaut, wobei auf
die Ziegelrollschicht verzichtet wurde. Stattdessen wurden plattige Bruchsteine
verwendet. Diese wurden mit einer leichten Neigung zur Außenseite der Mauer
verlegt, damit kein Wasser auf der Krone stehen bleibt. Die Zwischenräume
wurden mit Trasskalkmörtel unter Zugabe von Zement verfugt, um die
Dauerhaftigkeit gegenüber Feuchtigkeit zu gewährleisten.
Zuletzt wurden noch die Drainagen eingebaut. Zusätzlich zu den zehn
vorgesehenen Drainagen wurden in einem Abschnitt, der nach Regenfällen an
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BV Wiesbaden Chausseehaus, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
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der Oberfläche häufig besonders nass war noch, zwei weitere Drainagen
eingebracht.
Die Bauzeit betrug rund drei Wochen, währenddessen drei Arbeitskräfte auf der
Baustelle beschäftigt waren. Die Baukosten beliefen sich auf ca. 58.000 EUR
inkl. MwSt..
Diese Baumaßnahme zeigt eine Kombination der verschiedenen Techniken zur
statischen Sicherung von Stützmauern. Im Bereich, in dem keine Hindernisse zu
befürchten waren, wurde aus Kostengründen die BST-Systemvernagelung zur
Anwendung gebracht. Im Bereich der Wasserleitung, in dem die Vernagelung zu
gefährlich gewesen wäre, konnte die statische Sicherung durch Pfeilerrücklagen
erreicht werden. Da diese unter Einsatz eines Saugbaggers hergestellt werden
konnten, wurde die ursprünglich vereinbarte Bausumme, trotz Umplanung, nur
unwesentlich überschritten.
Abb. 47: Sanierte Stützmauer in Wiesbaden
188
188
BV Wiesbaden Chausseehaus, 2015, Quelle: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
100
8 Fazit
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Stützmauern, seien sie aus Beton
oder Natursteinen erbaut, über viele Jahrzehnte hinweg vielfältigen
schädigenden Einflüssen unterliegen. Die resultierenden Schäden befördern das
Auftreten weiterer Schäden, indem z.B. eine schadhafte Verfugung der
Entfestigung des Querschnitts durch eindringendes Wasser Vorschub leistet. In
Summe führen diese Mechanismen ultimativ zur Gefährdung der inneren sowie
der äußeren Standsicherheit einer Stützmauer. Daher sollte das Auftreten jener
Schadensbilder, die hier als Sanierungserfordernisse definiert wurden, Anlass für
die Verantwortlichen sein, sich frühzeitig nach einem geeigneten
Sanierungsverfahren für die jeweiligen Schäden umzusehen.
Der Sanierung und statischen Sicherung einer Stützmauer setzt eine genaue
Aufnahme der vorhandenen Schadensbilder sowie eine Abschätzung über deren
Ursachen voraus. Im Anschluss sollten daraus die notwendigen Schritte
abgeleitet werden, die den gewünschten Zustand wiederherstellen sollen.
Verfahren zur Sanierung der unterschiedlichen Schadensbilder wurden in den
vorangegangen Abschnitten dargestellt. Dazu gehören Verfahren, die sich auf
die Verbesserung des Zustandes des Mauerwerksverbundes und der
Ansichtsfläche, also auf die innere Standsicherheit, beziehen. Auch wenn die
Neuverfugung und Querschnittsverpressung von geschädigtem Mauerwerk
keinen berechenbaren Gewinn für das Tragverhalten und damit die
Standsicherheit von Natursteinstützmauern bewirken, sollten diese beiden
Schritte bei der Erstellung eines Sanierungskonzeptes in jedem Fall
Berücksichtigung finden. Beide Verfahren führen zu einer unbestreitbaren
Verbesserung des Zustandes einer Stützmauer und sind nach Ansicht des
Verfassers nicht verzichtbar.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
101
Oftmals kann es durchaus genügen nur den allgemeinen Zustand der fraglichen
Stützmauer zu verbessern, während Probleme aus Sicht der äußeren
Standsicherheit gar nicht vorliegen. Zeigt die Mauer jedoch z.B. einen Überhang
oder Ausbeulungen, ist davon auszugehen, dass im Sanierungskonzept auch
eine statische Sicherung berücksichtigt werden muss. Hierzu müssen weitere
Voruntersuchungen unternommen werden.
Wird im Rahmen dieser Untersuchungen eine statische Sicherung notwendig,
werden die Verfahren zur Wiederherstellung der äußeren Standsicherheit
relevant, die in dieser Arbeit vorgestellt wurden. Dabei wurden bewusst nur
solche Verfahren ausgewählt, die mit dem eingangs dieser Arbeit erwähnten Ziel
der Erhaltung des Bestandes vereinbar sind und nicht zu einem (Teil-)Abbruch
des Bauwerks führen.
Wie beschrieben hängt die konkrete Wahl des Verfahrens zur statischen
Sicherung u.a. von der Mauerhöhe, den Platzverhältnissen vor der Mauer, der
umliegenden Bebauung auf oder hinter der Mauer und ebenso von den
Bodenkennwerten ab.
Grundsätzlich kristallisiert sich die BST-Systemvernagelung als geeignetstes
Verfahren zu Herstellung der äußeren Standsicherheit heraus. Dies liegt darin
begründet, dass diesem Verfahren keine Unsicherheiten bezüglich der
Tragfähigkeit tragender Bauteile (des Mauerwerks) innewohnen bzw. diese
Unsicherheiten erst aufwändig ausgeräumt werden müssten. Darüber hinaus ist
die BST-Systemvernagelung grundsätzlich für alle Erscheinungsformen der
Stützmauern geeignet. Der Aufwand zu ihrer Herstellung steigt nicht
überproportional, wie z.B. bei den Pfeilerrücklagen, an. Zudem sind die Eingriffe
in den Bestand moderat, wobei nach Abschluss der Arbeiten i.d.R. keine Spuren
von den Eingriffen mehr zeugen. Daher ist sie gut mit den Anforderungen des
Denkmalschutzes vereinbar. Zudem ist die Herstellung der BST-
Systemvernagelung nicht an schweres Gerät gebunden, sodass auch unter
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
102
beengten Platzverhältnissen und bei schlechter Erreichbarkeit der Baustelle eine
Ausführung möglich ist.
Wie die Ergebnisse des Verfahrensvergleiches zeigen, ist der Abriss mit
anschließendem Neubau der Stützmauer im Vergleich zur günstigsten
Sanierungsvariante um das 2,8-fache teurer. Dies zeigt, dass eine Sanierung von
maroden Stützmauern nicht bloß im Sinne der Denkmalpflege wünschenswert
sein kann, um alte Bausubstanz zu erhalten, sondern handfeste wirtschaftliche
Vorteile bietet.
Selbstverständlich ist dieses Ergebnis nicht auf alle möglichen Anwendungsfälle
übertragbar, es bestätigt jedoch die Einschätzung von S
CHWING
, nach der ein
Neubau i.d.R. um das Dreifache teurer ist als eine Sanierung.
189
Zudem ist in
diesem Verfahrensvergleich bewusst nur ein relativ einfaches Szenario gewählt
worden, um die Vergleichbarkeit unter den Varianten zu wahren. Beispielsweise
eine Bebauung oberhalb der Stützmauer würde den Aufwand für einen Abriss­
Neubau in erheblichem Maße, durch notwendige Sicherungsmaßnahmen,
steigern. Hingegen müssten bei der Sanierung lediglich die zusätzlichen Lasten
im Zuge der Dimensionierung berücksichtigt werden.
Unter den Sanierungsvarianten zeigt sich, dass die statische Sicherung mittels
BST-Systemvernagelung wirtschaftlich vorteilhaft ist gegenüber der durch
Pfeilerrücklagen. Dies nimmt mit steigender Mauerhöhe tendenziell zu, da der
Aufwand zur Herstellung der Pfeilerrücklagen mit steigender Höhe stark ansteigt,
während sich bei der BST-Systemvernagelung zwar die Masse der Nägel erhöht,
der hierfür nötige Aufwand jedoch konstant bleibt.
In Abb. 48 werden die Maßnahmen zur Sanierung von Schadensbildern an
Stützmauern, die in dieser Arbeit vorgestellt wurden, zusammengefasst.
189
Experteninterview mit Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Schwing, geführt am 23.03.2016, Karlsruhe
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
103
Sanierung von
Stützmauern
Schäden an der
Verfugung
großflächig
kleinflächig
Maschinelle
Neuverfugung
Neuverfugung
per Hand
Schäden am
Querschnitt
Ausbeulen
Verpressung
Vernadelung
Ab- und Wiederaufbau
Teilbereich
Hohlräume
Im Querschnitt
Gefährdung der äußeren
Standsicherheit
visuell
Risse
visuell
visuell
Ausbeulen
Überhang
visuell
visuell
Statische
Sicherung
Voruntersuchungen:
Baugrundgutachten
Kernbohrungen
Hindernisse im
Mauerrücken
Keine
Hindernisse im
Mauerrücken
Pfeilerrücklagen
BST-Systemvernagelung
Endoskopie/Bohrungen
visuell
Abb. 48: Maßnahmen zur Sanierung von Schäden an Stützmauern
190
190
Quelle: eigene Erstellung, 2016
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
104
Gleichwohl ist es nicht wirtschaftlich sinnvoll und technisch möglich, jede
Stützmauer zu sanieren. Ab einem gewissen Zustand einer Stützmauer, in dem
erhebliche Schäden eingetreten sind, wird der Aufwand für eine Sanierung so
stark ansteigen, dass ein Abriss mit anschließendem Neubau wirtschaftlich
sinnvoll sein kann. Wo die diese Grenze verläuft, hängt von vielen Faktoren, wie
z.B. der Lage der Stützmauer, der Bebauung, den Abmessungen etc., ab. Diese
Faktoren müssen in jedem Fall individuell erfasst und betrachtet werden. Daher
ist es im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich, pauschale Aussagen zu treffen, ab
wann eine Sanierung oder ein Neubau angezeigt ist.
Insgesamt lässt sich jedoch konstatieren, dass eine Sanierung im
Zusammenhang mit maroden Stützmauern stets geprüft werden sollte, da sie,
wie im Verfahrensvergleich beschrieben, erhebliche wirtschaftliche Vorteile
gegenüber einem Neubau bringen kann.
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
vi
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Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
x
VI Anhang
A.1
Sanierungsprojekte der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH
in den Jahren 2014 und 2015
B.1
Bestandsplan fiktive Stützmauer
B.2
Dimensionierung und Standsicherheitsnachweis
BST-Systemvernagelung
B.3
Dimensionierung und Standsicherheitsnachweis Pfeilerrücklagen
B.4
Ausführungsplan BST-Systemvernagelung
B.5
Ausführungsplan Pfeilerrücklagen
B.6
Standsicherheitnachweis der neu zu errichtenden Gewichtsmauer
B.7
Ausführungsplan Abriss-Neubau
B.8
Mittellohnberechnung Sanierungsverfahren
B.9
Mittellohnberechnung Abriss-Neubau
B.10 Leistungsverzeichnis Sanierung und statische Sicherung durch BST-
Systemvernagelung"
B.11 Leistungsverzeichnis Sanierung und statische Sicherung durch
Pfeilerrücklagen
B.12 Leistungsverzeichnis Abriss-Neubau
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xi
Anhang A.1 Sanierungsprojekte der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH
in den Jahren 2014 und 2015
Jahr
Projektort
Mauertyp
Sanierungverfahren
Ø Mauerhöhe [m]
2014 Bad Herrenalb
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,50
2014 Baden Baden
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,20
2014 Baden Baden
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,00
2014 Bensheim
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
1,80
2014 Braubach
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
8,00
2014 Brilon
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,50
2014 Darmstadt
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2014 Frankfurt am Main
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,00
2014 Gelsenkirchen
Betonstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,50
2014 Heidelberg
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,50
2014 Heidelberg
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,50
2014 Hollerbach
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,75
2014 Ibbenbüren
Betonstützmauer
BST-Systemvernagelung
1,70
2014 Karlsruhe
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,50
2014 Koblenz
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,50
2014 Landshausen
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,00
2014 Lauf
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
1,80
2014 Lindenfels
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,75
2014 Lörrach
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,00
2014 Marbrug
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
1,80
2014 Mettlach
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,75
2014 Nieder-Ramstadt
Betonstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,75
2014 Oberjosbach
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,50
2014 Ottweiler
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,00
2014 Rothenburg o.d.T.
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
1,60
2014 Rottweil
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2014 Schapbach
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,00
2014 Schlangenbad
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2014 Seidenroth
Natursteinstützmauer
BST-Pfeilerrücklagen
2,50
2014 Stuttgart
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2014 Wallrabenstein
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,00
2014 Weilburg
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2014 Weinheim
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,00
2015 Bad Peterstal
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,50
2015 Bühlertal
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
1,75
2015 Esslingen
Winkelstützmauer
andere
2,00
2015 Freudenstadt
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,50
2015 Glan-Münchweiler
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,50
2015 Heidelberg
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2015 Hornbach
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,25
2015 Jestetten
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,50
2015 Limburg
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2015 Mainz
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,50
2015 Montabaur
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,50
2015 Rothenburg o.d.T.
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,50
2015 Rothenburg o.d.T.
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,25
2015 Rothenburg o.d.T.
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,75
2015 Rubenheim
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,25
2015 Saarbrücken
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,30
2015 Saarbrücken
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2015 Seeheim-Jugenheim
Betonstützmauer
andere
3,00
2015 Stühlingen
Natursteinstützmauer
andere
3,50
2015 Vaihingen
Winkelstützmauer
andere
2,00
2015 Wiesbaden, Abschnitt 1
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,00
2015 Wiesbaden, Abschnitt 2
Natursteinstützmauer
BST-Pfeilerrücklagen
3,25
2015 Winterkasten
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
2,50
2015 Wolfstein
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
4,00
2015 Wullenstetten
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
3,50
2015 Würzburg
Natursteinstützmauer
BST-Systemvernagelung
5,50
2015 Würzburg
Natursteinstützmauer
andere
4,00
Natursteinstützmauern: 90,0%
BST-Systemvernagelung: 88,3%
ØHöhe: 3,1m
Betonstützmauern: 6,7%
Anzahl BST-Pfeilerrücklagen: 3,3%
H<2m: 16,7%
Winkelstützmauern: 3,3%
Anzahl andere: 8,3%
2m<H<3m: 43,3%
3m<H<4m: 33,3%
4m<H<5m: 3,3%
5m<H<6m: 1,7%
6m<H: 1,7%
Anzahl Projekte: 60
Anhang A.1:Sanierungsprojekte der Firma Bau-Sanierungstechnik GmbH in den Jahren 2014 und 2015
Auswertung
Bachelorarbeit "Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau"
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xii
Anhang B.1 Bestandsplan fiktive Stützmauer
35,00
3,00
A
A
Stützmauer
35,00
1,00
3,00
3,00
1,30
Böschungskante
0,65
3,00
0,75
15°
1,30
Fahrbahnrand
Betonabdeckplatten
Bodenkennwerte:
=30
°
=19
kN/m²
c=2,5
kN/m²
BKL 3-4
0,30
Einbindetiefe= 0,30 m
Bauverfahren:
A
nhang
Masstab:
Bachelorarbeit
"Sanierung
von
Stützmauern
-
Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau"
B.1: Bestandsplan fiktive Stützmauer
Ansicht
Lageplan
Schnitt A-A
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xiii
Anhang B.2 Dimensionierung und Standsicherheitsnachweis
BST-Systemvernagelung
Anhang B.2
Bemessung der Selbsttragenden Erdvernagelung für eine Stützmauer mit Trapezquerschnitt
Version 1.02.00g 28.07.99
Lizenz Nr.000 BST-Karlsruhe Copyright bei Dipl.Ing. Ch. Rödder
Daten zur Stützmauer (Trapezquerschnitt)
Daten zur Hinterfüllung
Höhe der Stützmauer hw über GOK
3,00 m
Höhe der Hinterfüllung hH
3,30 m
Mauerstärke an der Krone b
0,65 m
Geländeneigung der Hinterfüllung
15,00 °
Höhe der Mauerkrone über HOK hKr
0,00 m
Feuchtwichte
19,00 kN/m³
Einbindung des Mauerfusses d
0,30 m
Kohäsion c
2,50 kN/m²
Winkel der Mauervorderseite 2
1,90 °
Innere Reibung
30,00 °
Winkel der Mauerrückseite 1
0,00 °
Wandreibungsbeiwert /
1,00
Wichte des Mauerwerks w
22,00 kN/m³
zulässige Bodenpressung p
0
150,00 kN/m²
Länge des Bemessungsabschnitts L:
34,00 m
Belastung der Hinterfüllung
Daten zum Untergrund
Verkehrslast auf die Hinterfüllung p
1,50 kN/m²
Geländeneigung vor der Mauer
0,00 °
Ständige Last auf Hinterfüllung q
0,00 kN/m²
Reibungswinkel des Untergrundes
30,00 °
Kohäsion des Untergrundes
2,50 kN/m²
Feuchtwichte des Untergrundes
19,00 kN/m³
Daten zur Nagelbemessung
Nachweisverfahren
Herausziehwiderstand char. T
30,00 kN/m
Teilsicherheitsbeiwert für T
1,30
Teilsicherheitsbeiwert für c
1,60
Teilsicherheitsbeiwert für
1,25
Daten zur Erdvernagelung
Die Angabe bezieht sich auf die Länge hinter der Wand
Höhe hi
Länge
Nagelkraft
Neigung
[m]
[m]
[kN]
[°]
Nagellage 1
0,90
3,50
13,75
10
Nagellage 2
2,10
3,50
9,47
10
Ergebnisse Rückrechnung
Rechenwerte Bemessung
Fundamentbreite
0,76 m
Rechenwert zul. T*
15,00 kN/m
Mauerschwerpunkt ab Vorderkante
0,41 m
Reibungswinkel Hinterfüllung *
30,00 °
Gewichtskraft der Stützmauer
51,16 kN/m
Kohäsion Hinterfüllung c*
2,50 kN/m
Grundbruchsicherheit "Ständige Lasten"
0,21
Reibungswinkel Untergrund *
30,00 °
Grundbruchsicherheit "Verkehrslasten"
0,15
Kohäsion Untergrund c*
2,50 kN/m
Exzentrizität "StändigeLasten"
0,39
Keine Standsicherheit mit angesetzten Kennwerten!
Exzentrizität "Verkehrslasten"
0,42
Ergebnisse Bemessung
Erf. Herausziehwiederstand erf. T
5,15 kN/m
erf Grundbruchsicherheit =
2,00
reduzierter Erddruck
9,13 kN/m
Horizontaler Erddruck Eah
7,91 kN/m
Summe der Momente um
Vertikaler Erddruck Eav
4,56 kN/m
Fundamentmitte
-5,60 kNm/m
massgebende Gleitfuge
52,20 °
Summe der Vertikalkräfte
55,73 kN/m
ertragbare Grundbruchlast
111,46 kN/m
Summe der Horizontalkräfte
7,91 kN/m
Grundbruchsicherheit
2,00
Exzentrizität "Ständige Lasten"
erforderlicher horiz. Nagelabstand:
2,91 m
Exzentrizität "Verkehrslast"
0,13
gewählter horiz. Nagelabstand:
2,90 m
Zugkraft N
L
ges
erf a
S
gew.
Anzahl
[kN]
[m]
[cm²]
[mm]
Nagellage 1
39,88
4,10
1,4
20
13
Nagellage 2
27,46
4,10
1,0
20
12
berechnet
gewählt
red. N
LV
t LV
LV
t LV
[kN]
[cm]
[cm]
[cm]
[cm]
Nagellage 1
31,91
52,0
21,5
55
25
Nagellage 2
21,96
43,2
17,1
45
20
Rückrechnung, falls erforderlich
Seite 1
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xiv
Anhang B.3 Dimensionierung und Standsicherheitsnachweis
Pfeilerrücklagen
Seite 1
Querschnitt 1
Standsicherheitsnachweis einer Stützwand nach DIN 1054(1976-11)
Geotechnischer Lastfall: LF 1
Erddruck TGT - Version 1.5Pro
Lizensiert für: Bau-Sanierungstechnik GmbH
Hinterfüllung
Untergrund
Mauer
1
p2=1.50kN/ m²
Anzahl der Böschungsabschnitte: 1
Nr.
Höhe[m]
Breite[m]
Neigung[°]
Länge[m]
p1[kN/m²]
p2[kN/m²]
1
2,59
9,66
15,00
10,00
0,00
1,50
Nr.: Nummer des Böschungsabschnittes
p1: ständige Verkehrslast/ Einwirkung
p2: veränderliche Verkehrslast/ Einwirkung
Wandgeometrie
Höhe über GOK:
3,00 m
Brüstungshöhe:
0,00 m
Einbindung in den Untergrund:
0,30 m
absolute Hinterfüllhöhe:
3,30 m
Beite am Mauerkopf:
1,10 m
Neigung der Wandrückseite:
1,90 °
(positiv entgegen dem Uhrzeigersinn)
Neigung der Wandvorderseite:
0,00 °
(positiv im Uhrzeigersinn)
Breite am Mauerfußpunkt:
1,21 m
mittlere Wandwichte:
22,00 kN/m³
Kennwerte Hinterfüllung
=
30,00 °
c =
2,50 kN/m²
=
19,00 kN/m³
Wandreibungswinkel
/ =
1,0000 [-]
Kennwerte Untergrund
=
30,00 °
c =
2,50 kN/m²
=
19,00 kN/m³
Sohlreibungswinkel
/ =
1,0000 [-]
Geländeneigung vor der Wand
=
0,00 °
Seite 2
-Querschnitt 1-
Ergebnisse Erddruckberechnung - Teil 1
-ständige Lasten-
theta:
53,7 °
res. Ea:
29,27 kN/m
Eag(h):
34,40 kN/m
ys = 1,10 m
Eac(h):
-9,55 kN/m
ys = 1,10 m
ys: Abstand der Resultierenden vom Mauerfußpunkt
Kräfte in der Sohlfuge
N =
99,30 kN
H =
24,85 kN
M =
15,44 kNm/m
Ergebnisse Erddruckberechnung - Teil 2
-ständige und veränderliche Lasten-
theta:
53,6 °
res. Ea:
31,19 kN/m
Eag(h):
34,42 kN/m
ys = 1,10 m
Eap2(h):
1,63 kN/m
ys = 1,65 m
Eac(h):
-9,57 kN/m
ys = 1,10 m
Kräfte in der Sohlfuge
N =
100,31 kN
H =
26,48 kN
M =
22,94 kNm/m
Der Grundbruch- und Gleitnachweis erfolgt mit den Ergebnissen der Erddruckberechnung Teil 2.
Der Grundbruchnachweis erfolgt nach DIN 4017(1970-08) mit der Bezugsgröße -Last-.
Beiwerte Grundbruchberechnung
Nb0 = 10,05 [-]
Nd0 = 18,40 [-]
Nc0 = 30,14 [-]
lambda(b) = 1,00 [-]
lambda(d) = 1,00 [-]
lambda(c) = 1,00 [-]
kappa(b) = 0,94 [-]
kappa(d) = 0,96 [-]
kappa(c) = 0,96 [-]
Ergebnisse Grundbruchnachweis
Belastung rechtwinklig zur Sohlfuge:
100,31 kN/m
vorhandene Grundbruchlast:
231,49 kN/m
vorh. Grundbruchsicherheit:
2,31 [-]
erf. Grundbruchsicherheit:
2,00 [-]
Ergebnisse Kippnachweis - Nachweis der zul. Ausmittigkeit
Nachweis für ständige Lasten:
vorh. e/b: 0,129 [-]
zul. abs. e/b: 0,166 [-]
Nachweis für ständige und veränderliche Lasten:
vorh. e/b: 0,189 [-]
zul. abs. e/b: 0,333 [-]
Ergebnisse Gleitnachweis
horiz. Belastung in der Sohlfuge:
26,48 kN/m
Sohlwiderstandskraft:
57,92 kN/m
vorh. Gleitsicherheit:
2,19 [-]
erf. Gleitsicherheit:
1,50 [-]
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xv
Anhang B.4 Ausführungsplan BST-Systemvernagelung
35,00
3,00
A
A
0,50
1,42
1,42
1,42
1,42
2,83
2,83
0,50
0,90
1,20
0,90
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
0,50
2,83
2,83
2,83
2,83
2,83
2,83
2,83
2,83
2,83
2,83
0,50
0,65
3,00
0,75
1,30
Fahrbahnrand
Lastverteilungselemente
d=
55 cm
t=
25 cm
BSt-500-S-GEWI Ø 20 mm
L=
4.10 m
RIPINOX Ø 12 mm
L= 60 cm
0,90
1,20
0,90
Lastverteilungselemente
d=
45 cm
t=
20 cm
15°
Bauverfahren:
A
nhang
Masstab:
Bachelorarbeit
"Sanierung
von
Stützmauern
-
Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau"
B.4: Ausführungsplan
BST-Systemvernagelung
Statische Sicherung durch
BST-Systemvernagelung
Ansicht
Schnitt A-A
Nageldaten/Lastverteilungselemente (LV)
SymbolSymbol
A
nzahl
Länge [m]
Gesamtlänge [m]
Gesamt
Ø
LV [m]
t
LV [m]
V
LV [m³]
18
12
4.10
4.10
53.30
49.20
25
102.50
0.55
0.45
0.25
0.20
0.06
0.03
1.14
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xvi
Anhang B.5 Ausführungsplan Pfeilerrücklagen
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
1,51
3,00
35,00
A
A
PRL 1
PRL 2
PRL 3
PRL 4
PRL 5
PRL 6
PRL 7
PRL 8
PRL 9
PRL 10
PRL 11
PRL 12
PRL 13
PRL 14
PRL
15
PRL 16
PRL 17
PRL 18
PRL 19
PRL 20
PRL 23
0,90
0,90
PRL 21
PRL 22
2,00
0,25
0,500,50
0,50
0,25
0,40
0,40
0,71
0,40
0,40
0,50
Fahrbahnrand
0,75
1,30
Pfeilerrücklage
b=
0.80 m
h=
2.00 m
t=
0.45 m
RIPINOX Ø 12 mm
L= 90 cm
0,50
0,50
Betonabdeckplatten
0,50
0,65
3,00
0,25
0,25
15°
0,45
Bauverfahren:
A
nhang
Masstab:
Bachelorarbeit
"Sanierung
von
Stützmauern
-
Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau"
B.5: Ausführungsplan Pfeilerrücklagen
Statische Sicherung durch
Pfeilerrücklagen
Ansicht
Schnitt A-A
PRL #
A
nzahl
Höhe
Breite
Tiefe
Volumen
Summe
1-23
23
2.00 m
0.80 m
0.45 m
0.72 m³
23
16.6 m³
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xvii
Anhang B.6 Standsicherheitnachweis der neu zu errichtenden
Gewichtsmauer
Anhang B.6: Standsicherheitsnachweis der neu zu errichtenden Gewichtsmauer
kagh
0,348
p
1,5
kach
0,999
30
kagh,min
0,210
19
c
2,5
0
Grad
0
Grad
15
Grad
0
Grad
a
20
Grad
Kpg=Kpgh
3,0
eah
0,00 m
-1,976 kN/m²
eah,min
0,00 m
0,315 kN/m²
eah
4,20 m
25,795 kN/m²
eah,min
4,20 m
17,073 kN/m²
y0
eah,y0
0,7534 m
3,010 kN/m²
Ea
50,892 kN/m
eph,-1,2m
68,4 kN/m²
Eah
47,823 kN/m
Eph,k
41,04 kN/m
Eav
17,406 kN/m
1,4
yA
1,78 m
Eph,d
29,31 kN/m
Beton
21 kN/m³
Höhe
Breite
Gewicht
G1
3
1
63,00
G2
3
0,5
15,75
G3
1,2
2,1
52,92
131,67
Gründungstiefe
1,2
> 0,8m
Grundwassereinfluss
nein
H
18,51
V
149,08
H/V
0,12
kleinste Einbindetiefe
250 kN/m²
310 kN/m²
274 kN/m²
271,3 kN/m²
k
95,83 kN/m²
1,35
d
129,38 kN/m²
< R,d
=> Nachweis erfüllt!
vereinfachter Nachweis in Regelfällen gem "Tabellenverfahren" nach Eurocode 7
0,7534 m
kN/m
kN/m
Anwendbarkeit Tabellenverfahren
vor der Wand
über der Wand
Erddruckspannungen
Erddruck
Erdwiderstand
Übergang Maßgeblichkeit eah,min/eah
linear interpoliert:
Parameter
kN/m²
Grad
kN/m³
kN/m²
< 0,20 - Nachweis erfüllt
Nachweis der Sohldruckbeanspruchung
nach DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Handbuch Eurocode 7 Geotechnische Bemessung, 2011 sowie Dörken
und Dehne, Grundbau in Beispielen Teil 2 nach Handbuch Eurocode7:2011, 2012
Abminderung für Fundamentbreite 0,10m über 2,00m
R,d
Eigengewicht der Stützmauer
Angriffspunkt
1,60
0,93
1,05
1,00 m
1,20 m
1,50 m
R,d
Bemessungswert des Sohlwiderstands
gem. Tabelle A6.6, Handbuch Eurocode 7, Geotechnische
Bemessung, S. 112
3,01 kN/m²
25,80 kN/m²
0,315 kN/m²
Ea= 50,90 kN/m
Ep= 41,04 kN/m
1
,7
8
0
,4
0
0
,7
5
Bachelorarbeit "Sanierung von Stützmauern - Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau"
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xviii
Anhang B.7 Ausführungsplan Abriss-Neubau
4,30
35,00
10,00
10,00
10,00
5,00
A
A
GOK
GOK
1,20
3,00
0,10
Drainageauslauf
Fahrbahnrand
15°
6,42
1,18
3,10
60°
5,75
Fahrbahnrand
1,20
0,10
2,10
0,60
0,50
1,00
0,60
1,50
3,00
0,50
15°
3,82
A
uffüllung
BKL3-4
60°
Sauberkeitsschicht
d= 10cm
C10/12
Fundament
Beton C30/37
XC2,XD1,WF
Stützmauer
Beton C30/37
XD2,XF2,XF4,WA
Drainagekies
Drainrohr DN200
gelocht, mit Vlies ummantelt
A
usläufe an Mauervorderseite
Drainagekies
0,50
0,50
Bauverfahren:
A
nhang
Masstab:
Bachelorarbeit
"Sanierung
von
Stützmauern
-
Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau"
B.7: Ausführungsplan Abriss-Neubau
Abriss der Stützmauer, Neubau einer
Schwergewichtsmauer
Ansicht
Schnitt A-A
Erdarbeiten
Schnitt A-A Neubau
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xix
Anhang B.8 Mittellohnberechnung Sanierungsverfahren
Berufsgruppe
Anzahl
Tariflohn
[/h]
Gesamtlohn
[/h]
Summe
[/h]
Poliere
Werkpoliere
21,41
Bauvorarbeiter
19,57
Spezialfacharbeiter
1
18,64
18,64
18,64
Baumaschinenführer (M III)
18,95
18,64
Kraftfahrer (M IV)
17,47
18,64
gehobener Baufacharbeiter
1
17,07
17,07
35,71
Baufacharbeiter
16,62
35,71
Baufachwerker
2
14,45
28,90
64,61
Bauwerker
11,25
64,61
Summe produktive Arbeitskräfte:
(o. unprod. Poliere u. Werkpoliere)
4
Lohnkosten/Std.:
64,61
16,15
Überstunden
% x GM x
% d. Std. =
Nachtstunden
% x GM x
% d. Std. =
Sonntagsstunden
% x GM x
% d. Std. =
Feiertagsstunden
% x GM x
% d. Std. =
Erschwerniszulage
/Std. x
% d. Std. =
Leistungszulage
% x GM x
% d. Std. =
Stammarbeiterzulage
xStammarb.% d. Std. =
Vermögensbildung
100% d. AK x
0,13/Std. =
0,52
16,67
lohngebundene Zuschläge für gesetzliche und tarifliche Aufwendungen:
85% x ML I =
14,17
30,84
Art
Anzahl AK
/(AK x AT)
/AT
Auslösung
4
24,00
96,00
Reisegeld
Reisezeitvergütung
Fahrtkosten
1
18,00
18,00
Wegezeitvergütung
1
4,09
4,09
Kolonnenführerzulage
LNK/AT =
118,09
Stunden/Arbeitstag: 9,3 Std./AT
3,69
% von
/Std. x % =
34,53
Kleingeräte und Werkzeuge (sofern nicht in GK):
% x ML III =
Lohnbuchhaltung (sofern nicht in GK):
% x ML III =
34,53
Mittellohn IV (Kalkulationsmittellohn) [A(P)SL] =
Lo
hn
ne
be
nk
os
te
n
oh
ne
/m
it
A
us
lö
su
ng
LNK/Std. = LNK/AT / (AK x Std./AT) =
lohngebundene Zuschläge für lohnsteuerpflichtige LNK:
Mittellohn III (Kalkulationsmittellohn) [A(P)SL] =
Anhang B.8: Mittellohnberechnung Sanierungsverfahren
Mittellohn II [A(P)S] =
Berechnung des Mittellohnes
T
ar
ifl
öh
ne
Grundmittellohn (GM) =
Lohnkosten/Std. / prod. Arbeitskräfte =
Lo
hn
be
di
ng
te
Z
us
ch
lä
ge
M
eh
ra
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Mittellohn I [A(P)] =
Bachelorarbeit "Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau"
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xx
Anhang B.9 Mittellohnberechnung Abriss-Neubau
Berufsgruppe
Anzahl
Tariflohn
[/h]
Gesamtlohn
[/h]
Summe
[/h]
Poliere
Werkpoliere
1
21,41
21,41
21,41
Bauvorarbeiter
19,57
21,41
Spezialfacharbeiter
18,64
21,41
Baumaschinenführer (M III)
1
18,95
18,95
40,36
Kraftfahrer (M IV)
17,47
40,36
gehobener Baufacharbeiter
2
17,07
34,14
74,50
Baufacharbeiter
16,62
74,50
Baufachwerker
14,45
74,50
Bauwerker
4
11,25
45,00
119,50
Summe produktive Arbeitskräfte:
(o. unprod. Poliere u. Werkpoliere)
7
Lohnkosten/Std.:
119,50
17,07
Überstunden
% x GM x
% d. Std. =
Nachtstunden
% x GM x
% d. Std. =
Sonntagsstunden
% x GM x
% d. Std. =
Feiertagsstunden
% x GM x
% d. Std. =
Erschwerniszulage
/Std. x
% d. Std. =
Leistungszulage
% x GM x
% d. Std. =
Stammarbeiterzulage
xStammarb.% d. Std. =
Vermögensbildung
100% d. AK x
0,13/Std. =
0,91
17,98
lohngebundene Zuschläge für gesetzliche und tarifliche Aufwendungen:
85% x ML I =
15,28
33,26
Art
Anzahl AK
/(AK x AT)
/AT
Auslösung
Reisegeld
Reisezeitvergütung
Fahrtkosten
Wegezeitvergütung
Kolonnenführerzulage
LNK/AT =
Stunden/Arbeitstag: 9,3 Std./AT
% von
/Std. x % =
33,26
Kleingeräte und Werkzeuge (sofern nicht in GK):
% x ML III =
Lohnbuchhaltung (sofern nicht in GK):
% x ML III =
33,26
Mittellohn IV (Kalkulationsmittellohn) [A(P)SL] =
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LNK/Std. = LNK/AT / (AK x Std./AT) =
lohngebundene Zuschläge für lohnsteuerpflichtige LNK:
Mittellohn III (Kalkulationsmittellohn) [A(P)SL] =
Anhang B.9: Mittellohnberechnung Abriss-Neubau
Mittellohn II [A(P)S] =
Berechnung des Mittellohnes
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Grundmittellohn (GM) =
Lohnkosten/Std. / prod. Arbeitskräfte =
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Mittellohn I [A(P)] =
Bachelorarbeit "Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau"
Bachelorarbeit: Sanierung von Stützmauern ­ Verfahrensvergleich Sanierung-Neubau
xxi
Anhang B.10 Leistungsverzeichnis Sanierung und statische Sicherung
durch BST-Systemvernagelung"
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durch Pfeilerrücklagen
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xxiii
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Details

Titel
Die Sanierung von Stützmauern. Verfahrensvergleich Sanierung–Neubau
Hochschule
Hochschule Darmstadt  (Fachbereich Bauingenieurwesen)
Note
1,0
Autor
Jahr
2016
Seiten
142
Katalognummer
V334667
ISBN (Buch)
9783668273061
Dateigröße
10942 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Stützmauer Sanierung Sanierungsverfahren Stützmauersanierung Verankerung Vernadelung Verfugung BST-Systemvernagelung Pfeilerrücklagen Stützwand Mauersanierung
Arbeit zitieren
Jens Langanke (Autor), 2016, Die Sanierung von Stützmauern. Verfahrensvergleich Sanierung–Neubau, München, Page::Imprint:: GRINVerlagOHG, https://www.diplomarbeiten24.de/document/334667

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