Handbuch der Baugrunderkundung

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Die Baugrunderkundung

   Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

   Zusammenfassung

   Der Baugrund gehört strenggenommen zu den Baustoffen und bildet unter anderem mit der Gründung von Bauwerken jeglicher Art die Grundlage für das Bauvorhaben. Über dessen Beschaffenheit und Eigenschaften müssen bei der Planung eines Bauvorhabens ausreichend gesicherte Erkenntnisse vorliegen. Durch die Verknappung und damit Verteuerung des Baugrundes wird inzwischen zwangsläufig auch auf Bereiche zurückgegriffen, deren Eignung als Baustoff nur unter bestimmten bautechnischen Maßnahmen (z. B. Sondergründungen) möglich ist. Diese Sondermaßnahmen gewinnen zunehmend erheblichen Einfluss auf die Baukosten.

3. 2. Historische Entwicklung in der Bohrtechnik

   Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

   Zusammenfassung

   Obwohl die Ursprünge der Bohrtechnik bis zu 4000 Jahre zurückreichen, begann die nachweisliche Entwicklung in Europa erst gegen Ende des Mittelalters. Auf der Suche nach Wasser, Salz, Edelmetallen und später auch Erz haben die Menschen schon Bohrleistungen erbracht, die uns heute schwer vorstellbar sind. Man muss zwangsläufig zu der Annahme gelangen, dass unsere Vorfahren über Werkzeuge und Methoden verfügten, die uns bis heute verborgen geblieben sind. Mit dem Anstieg der Weltbevölkerung stiegen die Bedürfnisse der Menschen, die mit oberirdischen Vorkommen nicht mehr zu decken waren. Diese wurden zu einem großen Teil schon sehr früh bergmännisch gewonnen (z. B. Salz). Mit dem Bergbau entwickelte sich auch die Bohrtechnik. Sie ist daher bis heute mit dem Bergbau traditionell und technisch eng verbunden geblieben.

4. 3. Grundzüge der Ingenieur-Geologie

   Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

   Zusammenfassung

   Dieses Kapitel wurde gemeinsam mit Herrn Prof. Dr. Rüdiger Triebel überarbeitet. Rüdiger Triebel ist Ingenieur und Experte für Sprengtechnik. Nach seinem Studium „Bergbau und Rohstoffe“ und der Promotion an der TU Clausthal arbeitete er bei der K + S AG, wo er seit 2005 das Referat Bergbau leitet. Er ist zudem Geschäftsführer der MSW-Chemie GmbH. Seit 2014 lehrt er an der TU Clausthal und wurde 2021 zum Honorarprofessor für Sprengtechnik ernannt. Zudem engagiert er sich in der Entwicklung sicherer und emissionsarmer Sprengstoffe.

5. 4. Bohrtechnik

   Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

   Zusammenfassung

   Bohrungen dienen sehr unterschiedlichen Zwecken. Eine Definition nach Bohrtiefen ist wenig sinnvoll. Andererseits sind die allgemein verwendeten Begriffe wie Flachbohrungen, Trockenbohrungen, Schürfbohrungen, Tiefbohrungen, Großlochbohrungen sehr verwirrend und zum Teil unzutreffend beschrieben. So wird der Begriff „Trockenbohrung“ so definiert: „Wird das Bohrgut periodisch in einem Bohrwerkzeug gefördert, so spricht man vom „Trockenbohren“. Dabei ist unerheblich, ob die Bohrarbeit über oder unter dem Grundwasserspiegel erfolgt. Bei einer Kern-bohrung mit Wasserspülung wird das Bohrgut bzw. der Bohrkern ebenfalls periodisch gefördert; trotzdem gilt dieses Verfahren nicht als Trockenbohrung. Auch für den Begriff „Flachbohrung“ variieren die Teufenangaben in der Literatur von 300 bis 1500 m. In der Erdölbohrtechnik bezeichnet man z. B. Bohrungen unter 500 m Teufe als Flachbohrungen und solche über 500 bis 5000 m Teufe als Tiefbohrungen. Alle tieferen Bohrungen (über 5000 m Teufe) gelten als übertiefe Bohrungen. Ebenso ungeklärt ist die Definition der Großlochbohrungen und Bohrungen mit kleinen Durchmessern. Vorschläge gehen dahin, jede Bohrung, die drehend nach dem direkten oder indirekten Spülverfahren und nicht mehr mit einem handelsüblichen Dreikegelrollenmeißel, also größer als 26″ ≈ 600 mm niedergebracht wird, als Großlochbohrung zu bezeichnen.

6. 5. Geräte und Werkzeuge

   Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

   Zusammenfassung

   Abgesehen von kleineren Baumaßnahmen und den in Kap. 1 beschriebenen Voruntersuchungen, werden Baugrunduntersuchungsarbeiten heute vorwiegend mit technisch ausgereiften Bohrgeräten und Bohrwerkzeugen ausgeführt. In den letzten Jahrzehnten hat hier eine enorme Entwicklung stattgefunden. Die Geräte ermöglichen nicht nur einen schnellen Transport und ein einfaches Umsetzen, sondern erlauben hohe Bohrleistungen mit einem geringen Personalaufwand. Die übliche Bohrkolonnengröße beträgt heute zwei Mann. Besonders die deutsche Bohrgeräteindustrie hat sich auf dem Bereich der leichten und mittelschweren Bohrgeräte spezialisiert. Es werden daher im Weiteren nur Geräte und Werkzeuge aus deutscher Produktion vorgestellt und besprochen.

7. 6. Baugrunderkundungsbohrungen

   Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

   Zusammenfassung

   Dieses Kapitel soll neben der allgemein gültigen Information den Ausführenden (Auftragnehmer) unterstützen, die Arbeiten unter Ausnutzung der ihm zur Verfügung stehenden technischen Möglichkeiten und Beachtung der geltenden technischen und vertraglichen Vorschriften auszuführen.

8. 7. Bohrergebnisse erkennen und dokumentieren

   Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

   Zusammenfassung

   Zur Auswertung der Bohrergebnisse gehört

9. 8. Grundwassermessstellen (GWM)

   Die Überarbeitung dieses Kapitels erfolgte mit freundlicher Unterstützung von Henning Spaar, M. Sc. Geowissenschaften Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

   Zusammenfassung

   Unter einer Grundwassermessstelle (GWM) wird im Allgemeinen eine temporär oder permanent errichtete Anlage zur Erfassung von hydrogeologischen und hydrologischen Daten verstanden. Prinzipiell steht dabei der die Messung des Wasserstands im Vordergrund, es ist mit entsprechendem Ausbau der Anlage auch möglich, Daten zur Grundwasserbeschaffenheit zu erheben. In der Praxis werden die Grundwassermessstellen für eine Vielzahl von Untersuchungen und Messungen genutzt. Zu diesen gehören Wasserstandsmessungen, hydraulische Tests sowie geophysikalische und geomechanische Messungen. Die Beprobung und Überwachung der Gewässergüte spielt insbesondere im Bereich zur näheren Untersuchung der Trinkwasserqualität eine entscheidende Rolle.

10. 9. Untersuchungen im Bohrloch

    Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

    Zusammenfassung

    Wenn auch die Untersuchungen im Bohrloch nicht unbedingt im Aufgabenbereich des Bohrunternehmer liegt, so wird dieser doch vielfach damit konfrontiert. Ein Teil der nachfolgend aufgeführten Versuche werden auch von gut ausgerüsteten und fachlich versierten Bohrunternehmen ausgeführt, da sie zu einem großen Teil während der Bohrarbeiten durchgeführt werden.

11. 10. Sondierungen

    Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

    Zusammenfassung

    Durch eine Sondierung gibt der Eindringwiderstand Aufschluss über die Lagerungsdichte bzw. Festigkeit des anstehenden Bodens, ohne dass eine Probenentnahme erfolgt. Dabei wird eine Stahlstange mit genormter Spitze, die zum Abbau der Reibung gegenüber dem Gestänge leicht vergrößert ist, in den Boden geschlagen (gerammt) oder gedrückt. Die hierbei aufzuwendende Schlagzahl bzw. die Höhe des Druckes wird als Diagramm aufgetragen und gibt Auskunft über die vorhandene Lagerungsdichte bzw. Festigkeit der durchfahrenen Schichten. Daraus können auch Schlüsse auf einen Schichtwechsel geschlossen werden, insbesondere dann, wenn als Vergleichsparameter ein Bodenprofil aus der unmittelbaren Nähe zur Verfügung steht. Es ist z. B. damit möglich, die Anzahl der Aufschlussbohrungen erheblich einzuschränken, wobei grundsätzlich empfohlen wird einen direkten und indirekten Aufschluss zu kombinieren. Die Ergebnisse finden u. a. Anwendung bei der Bestimmung von Gründungstiefen und Vorausbestimmung der Tragfähigkeit bei Tiefgründungen (z. B. bei Ramm- und Bohrfahlen). Sondierungen sind aber stets als Zusatzuntersuchungen anzusehen, die aber zwingend ausgeführt werden sollten.

12. 11. Wasser im Baugrund

    Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

    Zusammenfassung

    Bauwerke tauchen z. T. sehr weit in das vorhandene Grundwasser ein. Zur Erstellung des Bauvorhabens muss daher für die Bauzeit im Baubereich (z. B. bis UK des tiefsten Fundamentes) das vorhandene Grundwasser ferngehalten werden. Hierzu bieten sich folgende Möglichkeiten an (Abb. 11.1):

13. 12. Baugrundverbesserung

    Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

    Zusammenfassung

    Für großflächige Bauwerke wie Tanklager, Deiche, Dämme für Straßen und Eisenbahnen, Rollbahnen von Flugplätzen, aber auch z. T. Hallen, sind Tiefgründungen mit Pfählen zu aufwendig. Hier kennt die Grundbautechnik neben der Bodenersatzmethode eine Reihe von Maßnahmen, die weitaus kostengünstiger zu verwirklichen sind, dazu gehören u. a.

14. 13. UAV in der Baugrunderkundung

    Benjamin Burges

    Zusammenfassung

    Im letzten Jahrzehnt haben Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV), im Allgemeinen oft als Drohnen bezeichnet, in vielen Bereichen Einzug gehalten. Neben der verbreiteten, aber in diesem Kapitel nicht relevanten privaten und freizeitbezogenen Nutzung, finden UAV in einer Vielzahl von gewerblichen und industriellen Anwendungen Verbreitung. Dazu gehören z. B. Inspektionen von technischen und industriellen Anlagen im Innen- und Außenbereich, Untersuchung von Windkraftanlagen auf Schäden, Vermessungs- und Kartierarbeiten, Grenzsicherung und -überwachung oder Monitoring von Pflanzen- sowie Tierbeständen.

15. 14. Vertrags- und Rechtsfragen im Spezialtiefbau

    Klaus Englert, Florian Englert

    Zusammenfassung

    Spezialtiefbauleistungen aller Art führen zu zahlreichen Streitigkeiten im Zusammenhang mit der Planung, Ausschreibung, Ausführung und Mängelhaftung. Denn hier wird – wie der Begriff schon sagt – nicht nur „tief“, sondern auch in spezieller Weise gebaut. Und zwar immer und untrennbar verbunden mit dem Baugrund, der sehr viele Gesichter hat: Angefangen von den Boden- und Fels- bis hin zu den Grundwasserverhältnissen, aber auch möglichen Kontaminationen wie etwa Kampfmittel oder von Menschenhand bzw. von der Natur selbst erzeugte toxische Belastungen. Dass insoweit viele Gerichte die Gleichung „Spezialtiefbau = Spezialwissen“ anwenden und so häufig sehr hohe Anforderungen an mögliche Bedenkenhinweise gestellt werden – die bei einem „Normal-Hochbauer“ nicht einmal im Ansatz bejaht werden würden –, ist nur eines von zahlreichen Sonderproblemen, mit denen sich Spezialtiefbauunternehmer auseinandersetzen müssen. Das Kernproblem aber liegt darin, dass nur ganz wenige Juristen in der Lage sind, die speziellen technischen Gegebenheiten bei Arbeiten auf, mit und im Baugrund und die deshalb insbesondere in der VOB Teil C entwickelten Regelungen zur gerechten Risikoverteilung zu verstehen. Genau dies aber ist der Grund dafür, dass es eine Vielzahl von offensichtlichen Fehlurteilen deshalb gibt, weil der Nachvollzug nicht gelingt, dass jede Spezialtiefbauleistung zwangsläufig aus den Komponenten Baugrund mitsamt allen Inhaltsstoffen (Grundwasser, Kontaminationen, Kampfmittel, künstliche Einlagerungen etc.) einerseits und dem Einsatz von Maschinen, Geräten, Material und Methoden durch Bauausführende andererseits herzustellen ist. Der bedeutungsvolle Satz von Prof. Hermann Korbion, dem Vordenker des deutschen Baurechts in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, den er im Geleitwort zum maßgeblichen „Handbuch des Baugrund- und Tiefbaurechts“ [1] geprägt hat, erklärt dazu eigentlich alles: „Ohne Grund und Boden geht das Bauen nicht!“ Deutlicher kann nicht gesagt werden, dass denknotwendig jedes Bauwerk in Wechselwirkung zum tragenden, aufnehmenden, abstützenden oder einbettenden Baugrund tritt – vom buchstäblich „ersten Spatenstich“ an, der (theoretisch) bereits zu Kornumlagerungen, Erschütterungen, Grundwasserbeeinflussung und vielem mehr führen kann –, was sich am praxisnahen Beispiel der Herstellung eines 100 m tief reichenden Bohrpfahls mit 2000 mm Durchmesser oder der Durchführung von Mixed-in-place-Arbeiten plastisch nachvollziehen lässt.

16. 15. Arbeitssicherheit

    Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

    Zusammenfassung

    In der vorliegenden zweiten Auflage wurde das Kapitel zur Arbeitssicherheit inhaltlich unverändert aus der ersten Auflage übernommen. Die darin dargestellten grundlegenden Prinzipien und Inhalte sind nach wie vor gültig und behalten ihre Relevanz und sind essenziell für den Schutz der Mitarbeiter, als auch für einen reibungslosen Betriebsablauf. Die hier aufgeführten Inhalte dienen als Orientierung und sollten stets mit den aktuellen gesetzlichen Anforderungen abgeglichen werden.

17. 16. Qualitätssicherung nach DIN EN ISO 9000 ff.

    Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

    Zusammenfassung

    Dieses Kapitel wurde mit freundlicher Unterstützung von Frau Simone Brugger-Gebhardt erstellt. Simone Brugger-Gebhardt ist seit 1998 in Unternehmen als Beraterin und Trainerin für Qualitäts-, Umwelt- und Energiemanagementsysteme tätig. Für einen vertieften Einstieg in das Thema Qualitätssicherung empfehlen wir die Literatur von Frau Brugger-Gebhardt, erschienen im Springer Gabler Verlag.

18. 17. Aus- und Weiterbildung

    Dieses Kapitel wurde mit freundlicher Unterstützung des BAU-ABC Rostrup erstellt Julian Lehn, M.Sc., Marvin Willikens

    Zusammenfassung

    Bohrunternehmen, die bohrtechnische Leistungen anbieten, sind nicht nur ausschließlich im Brunnenbau tätig, sondern führen auch Baugrundaufschlusserkundungen, Geothermiebohrungen, Deponiebohrungen, sowie Aufgaben im Grund- und Spezialtiefbau durch. Dafür werden hochqualifizierte Fachkräfte mit einer Ausbildung als Brunnenbauer oder Spezialtiefbauer benötigt.

19. Backmatter