Baugründung

Jedes Gebäude steht so gut wie sein Baugrund. Setzt sich der Boden ungleichmäßig, zeigen sich Risse in Fassade und Innenwänden, und die Frage nach der Ursache entscheidet über die richtige Sanierung. Dieser Beitrag erklärt, welche Gründungsarten es gibt, wie Setzungsrisse entstehen und gelesen werden, was geotechnische Kategorien und Güteklassen von Bodenproben bedeuten und wie eine Unterfangung nach DIN 4123 abläuft.

Grundlagen

Ursächlich für Gebäudeschäden mit Ursprung in der Gründung sind regelmäßig:

• mangelhafte oder nicht durchgeführte Baugrunderkundung
• Planungs- und Bemessungsfehler
• Fehler bei der Bauausführung
• höhere Gewalt

Planungsmängel

• fehlerhafte Planung
• Bemessungsfehler in der Statik
• unzureichende Planbearbeitung
• fehlerhafte Ausschreibung
• nicht ausreichend erkundete Baugrundverhältnisse

Mangelhafte Bauausführung

• Herstellung der Baugrube
• Verbesserung des Baugrunds
• Herstellung oder Sicherung angrenzender Bauwerke
• Gestaltung des Geländes
• Wasserhaltung

Höhere Gewalt und Baugrundrisiko

Ein Restrisiko bleibt selbst bei sorgfältiger Erkundung. Die DIN 4020 beschreibt das Baugrundrisiko wie folgt [PRÜFEN: Fundstelle der Definition in DIN 4020:2010-12 bzw. im zugehörigen Beiblatt]:

„Das Baugrundrisiko ist ein in der Natur der Sache liegendes, unvermeidbares Restrisiko, das bei Inanspruchnahme des Baugrunds zu unvorhersehbaren Wirkungen bzw. Erschwernissen, z. B. Bauschäden oder Bauverzögerungen, führen kann, obwohl derjenige, der den Baugrund zur Verfügung stellt, seiner Verpflichtung zur Untersuchung und Beschreibung der Baugrund- und Grundwasserverhältnisse nach den Regeln der Technik zuvor vollständig nachgekommen ist, und obwohl der Bauausführende seiner eigenen Prüfungs- und Hinweispflicht Genüge getan hat.“

Quelle: DIN 4020 [PRÜFEN: Ausgabe und Abschnitt]

Gründungslagen

Erscheinungsbilder von Gründungsproblemen werden im Fachjargon nach der Verformungsfigur benannt:

• Sattellage
• Muldenlage

Diese Vereinfachung hilft, Rissbildern eine Ursache zuzuordnen und die weiteren Untersuchungen gezielt zu planen.

Sattellage

Bei der Sattellage ist die Gebäudemitte der höchste Punkt der Gründung, die Eckbereiche senken sich ab. Das Gebäude „hängt“ an seiner Mitte durch: Im mittleren Bereich entstehen vertikale Zugrisse, die nach oben breiter werden und im Dach- und Traufbereich ihre größte Breite erreichen. Dazu kommen schräg verlaufende Schubrisse, die von den abgesenkten Ecken in Richtung Gebäudemitte ansteigen und ebenfalls oben am breitesten sind.

Muldenlage

Bei der Muldenlage senkt sich die Gebäudemitte ab, das Gebäude hängt durch. Erkennbar ist das an vertikalen Rissen im mittleren Bereich, die sich von der Gründung bis zum Dach ziehen und unten, im Bereich der Gründung, am breitesten sind. Zusätzlich verlaufen in den Eckbereichen schräge Risse von den Ecken in Richtung Gebäudemitte. Grund für die Rissbildung ist die Hohllage im Zentrum, das Gebäude „durchhängt“.

Generelles zu Rissen

Risse entstehen, wenn die Spannungen in einem Bauteil größer werden, als das Bauteil aufnehmen kann. Der Riss verläuft dabei immer rechtwinklig zur wirkenden Zugspannung. Dort, wo die Spannung am größten ist, ist auch die Rissbreite am größten.

Das bedeutet: Der Rissverlauf ist kein Pfeil, der auf die Ursache zeigt. Im Gegenteil, die Ursache liegt quer zum Riss. Aussagekräftiger ist die Rissbreite: Sie nimmt zur Ursache hin zu. Wer Risse liest, achtet deshalb auf Verlauf, Breitenänderung und Lage im Bauteil zusammen.

Ursachen für Risse

Mögliche Ursachen für Rissbildungen im Zusammenhang mit dem Baugrund:

• Veränderte Belastung: Umnutzung und Ertüchtigung bestehender Bauwerke verändern Sohlspannungen oder Pfahlbelastungen. Die „Sohle“ ist die horizontale Aufstandsfläche der Gründung. Bei Pfählen wirkt zusätzlich die Mantelreibung zwischen Pfahl und Boden entlang der Pfahllänge.
• Gegenseitige Beeinflussung: Zwei gleichzeitig errichtete Bauwerke können sich zueinander neigen. Zeitversetzt errichtete Gebäude können sich mit dem Bestand verdrehen.
• Chemische Einflüsse: Durch Wassereinlagerung quellen Materialien wie Ton oder Anhydrit, die Folge ist eine Volumenvergrößerung und Hebung.
• Unterirdische Hohlräume: Tunnel und Stollen verändern den Baugrund und führen zu Verformungen des Erdreichs.
• Frosteinfluss: Gefrierendes Wasser dehnt sich um bis zu 9 % aus. Bei zu geringer Auflast hebt der entstehende Eisdruck den Baugrund an (Frosthebung).
• Schwindsetzungen: Wasserentzug lässt bindige Böden schrumpfen, das Volumen nimmt ab. Ursachen sind zum Beispiel Pflanzenwurzeln, Dürreperioden oder ein fallender Grundwasserspiegel.
• Sackungen: Lockere, teilgesättigte Böden brechen bei Wasseraufnahme in ihrem Porenraum schlagartig zusammen.
• Materialentzug:
• Suffosion: allmählicher Abtransport von Feinkornbestandteilen durch strömendes Wasser
• Erosion: Abtransport des Bodens in kurzer Zeit

Rissursache: von außen veränderte Belastung

Eine häufige Ursache für baugrundbedingte Risse ist eine Belastungsänderung: durch Anbauten und erhöhte Auflasten oder durch das Ausheben von Baugruben. Bei der Errichtung von Gebäuden in unmittelbarer Nachbarschaft besteht deshalb ein hohes Risiko für den Bestand. Genau dafür gibt es die Beweissicherung vor Baubeginn am Nachbargrundstück.

Rissursache: Wasserhaushalt

Der Wasserhaushalt des Baugrunds ist über die Standzeit eines Gebäudes nicht vorhersehbar. Grundwasserabsenkungen, Dürreperioden und Hochwasser können ihn jederzeit verändern. Solche Probleme können fast überall auftreten; sandige Böden sind stärker gefährdet, Fels kaum.

Geotechnische Kategorien

Viele kennen die früher geläufigen Bodenklassen der DIN 18300, die Bodenart und Lösbarkeit beschrieben. Sie sind seit der VOB/C 2015 durch Homogenbereiche ersetzt. Die geotechnischen Kategorien beschreiben etwas anderes: das Risiko, das sich aus Baugrund und geplantem Bauwerk zusammen ergibt. Die Einstufung hängt also vom Boden und vom Gebäude ab. [PRÜFEN: Begriffsstand nach Einführung der zweiten Eurocode-7-Generation, EN 1997-1 bis -3]

Geotechnische Kategorie 1 (einfach)

• einfache bauliche Anlagen und einfache Baugrundverhältnisse
• einfache Anforderungen und gesicherte Verhältnisse bei:
• Grundwasser
• Lasteinwirkung
• waagerechtem oder nur leicht geneigtem Gelände
• setzungsarmem Boden
• geringer Erdbebenbelastung

Geotechnische Kategorie 2 (Standard)

• gilt für Bauwerke, die weder eindeutig in Kategorie 1 gehören noch die Anforderungen der Kategorie 3 erreichen; typische Beispiele sind Einfamilienhäuser mit schwierigeren Verhältnissen und Stützmauern
• anders als in Kategorie 1 müssen Bodenkenngrößen durch Versuche und Probenahmen bestimmt werden; pauschale Annahmen aus Baugrundgutachten der Umgebung sind nicht zulässig

Geotechnische Kategorie 3 (außergewöhnlich)

• große oder nicht herkömmliche Konstruktionen, Bauwerke mit hohem Sicherheitsanspruch und verformungsempfindliche Bauwerke
• außerdem bei ungewöhnlichen Lastfällen, schwierigen Baugrundverhältnissen oder hohem Erdbebenrisiko

Zusammengefasst: Einfache Baugrundverhältnisse und einfache Bauwerke gehören in die geotechnische Kategorie 1. Ist das Risiko aus Baugrund oder Gebäude erhöht oder muss die Standsicherheit belegt werden, gilt Kategorie 2. Große, empfindliche, tiefe oder außergewöhnliche Bauwerke gehören in Kategorie 3.

Historische Vorinformationen

Eiszeit und der Baugrund

Neben der Baugrunduntersuchung gibt es weitere Wege, die Beschaffenheit des Baugrunds abzuschätzen; eindeutige Ergebnisse liefern aber nur Probenahmen. Historische Ereignisse geben Hinweise darauf, was im Baugrund zu erwarten ist. Eine Rolle spielt zum Beispiel die letzte Eiszeit, die zur Bildung von Lössschichten geführt hat. Löss besteht aus äolischen, also vom Wind verfrachteten Ablagerungen: Staubkörner kleiner 0,063 mm, die über lange Zeiträume zu mächtigen Schichten angeweht wurden.

Historische Karten und Informationen

Geologische Baugrunduntersuchungen wurden schon früher angestellt und regelmäßig in Karten eingetragen. Solches Kartenmaterial ist bis heute eine hilfreiche Vorinformation, ebenso wie historische Fotos und Ereignisse. Für den Raum Dresden gilt zum Beispiel, dass in den obersten Metern vielerorts Trümmerschutt ansteht, eine Folge der Zerstörung der Stadt im Zweiten Weltkrieg.

Nützliche Kartendienste:

• FID GEO
• Geoportal der BGR

Bodenproben

Planung von Erkundungsmaßnahmen

Probebohrungen mit Gewinnung von Bodenmaterial erfordern Vorkenntnisse über den Boden, denn je nach Bodenart eignen sich nur bestimmte Verfahren. Ziel ist eine möglichst ungestörte, unvermischte Probe: Rieselnder Sand kann eine Probe durchmischen und die Ergebnisse verfälschen, wenn das Verfahren nicht passt. Für Flachgründungen im Hoch- und Industriebau nennt DIN EN 1997-2 als Richtwert eine Aufschlusstiefe von mindestens 6 m unter Gründungssohle, mindestens aber das Dreifache der Fundamentbreite. [PRÜFEN: Richtwerte in DIN EN 1997-2, Anhang B.3; das Original nannte 3 bis 6 m]

Güteklassen von Bodenproben

Bodenproben werden nach der Qualität der gewonnenen Probe in fünf Güteklassen eingeteilt. Maßgebend ist, welche Eigenschaften des Bodens in der Probe unverändert erhalten bleiben: der Zustand (zum Beispiel Dichte und Wassergehalt) und der Bestand (Zusammensetzung wie Kornverteilung und Schichtung). Je besser die Güteklasse, also je niedriger die Zahl, desto mehr Kennwerte lassen sich aus der Probe ableiten.

[PRÜFEN: Zuordnung der Eigenschaften je Güteklasse gegen DIN EN 1997-2 bzw. DIN EN ISO 22475-1; im Original waren die Listen der Klassen 2 bis 5 fehlerhaft kopiert]

Entnahmekategorien

Die Entnahmekategorie beschreibt das Entnahmeverfahren und begrenzt damit, welche Güteklassen erreichbar sind:

Grundbaukonstruktionen

Flächengründung

Die Flächengründung, gesucht und gesprochen meist Flachgründung, verteilt die Gebäudelast auf eine ausreichend tragfähige Fläche in geringer Tiefe. Die Lastverteilung erfolgt über:

• Einzel- oder Streifenfundamente und
• Plattenfundamente (Plattengründung).

Einzelfundamente gibt es in verschiedenen Ausführungen; sie leiten in der Regel die Lasten einer Säule oder Stütze ab.

Streifenfundamente sind mit Einzelfundamenten vergleichbar, aber linienförmig. Das typische Beispiel sind tragende Wände.

Plattenfundamente verteilen die Lasten über eine große Fläche und tragen mit ausreichender Bewehrung zu einer gleichmäßigen Setzung des gesamten Gebäudes bei. Das reduziert Risse aus ungleichmäßiger Setzung.

Der Basiswert des Sohlwiderstands gibt an, welche Sohlspannung der Boden je nach Bodenart, Konsistenz und Einbindetiefe aufnehmen kann. Die folgende Tabelle gilt ausschließlich für Flächengründungen:

Alle Werte: Basiswert des Sohlwiderstands σ_R,d(B) in kN/m². Die Konsistenz (steif, halbfest, fest) wird über die Konsistenzzahl aus der einaxialen Druckfestigkeit abgegrenzt. [PRÜFEN: Quelle und Stand der Tabellenwerte; Werte stammen aus dem Tabellenbild der alten Seite und sind an DIN 1054 zu spiegeln]

Bodenart und Bezeichnungen wie „gemischtkörniger Boden“ und „tonig-schluffiger Boden“ beschreiben den Bestand, die Konsistenz den Zustand des Bodens.

Grundregeln

• Spannung = Kraft / Fläche
• Die Setzungen wirken bis in eine Tiefe von etwa der doppelten Fundamentbreite (Faustregel).

Minderung der Gründung während der Herstellung der Baugrubensohle

• Auflockerung nichtbindiger und schwach bindiger Böden mit anschließend mangelhafter oder fehlender Verdichtung
• Aufweichung gemischtkörniger und bindiger Böden durch mangelhafte oder fehlende Entwässerung der Baugrubensohle
• dieselbe Aufweichung als Folge von Frost-Tau-Wechseln
• dieselbe Aufweichung als Folge mangelhafter oder fehlender Dränung

Ursachen für lastbedingte Setzungsunterschiede

• unterschiedliche Bodeneigenschaften unter dem Bauwerk (verfüllte Teiche, Gräben, Gruben)
• unterschiedliche Dicke der zusammendrückbaren Schichten unmittelbar unter dem Bauwerk
• Belastungen auf der Geländeoberfläche nahe am Bauwerk
• veränderte Lasteintragung durch Umnutzung oder konstruktive Veränderungen
• Entlastung durch Geländeabtrag in unmittelbarer Nähe

Tiefengründung

Die Tiefengründung, gesucht meist als Tiefgründung, leitet die Lasten in tiefere, tragfähige Schichten. Unterschieden werden Kastengründungen (Pfeiler, Senkkästen, Brunnengründung) und Pfahlgründungen. Kastengründungen sind vereinfacht gesagt tief liegende Flächengründungen.

Pfähle werden nach Herstellung und Tragverhalten unterschieden:

Herstellung:

• Ortpfahl: vor Ort im Boden hergestellt, als Bohrpfahl nach DIN EN 1536
• Fertigpfahl: im Werk hergestellt und angeliefert; Fertigpfähle aus Beton regelt DIN EN 12794
• Verdrängungspfahl: der Boden wird beim Einbringen verdrängt, zum Beispiel durch Rammen, nach DIN EN 12699
• Kleinpfahl (Mikropfahl): kleiner Durchmesser, typisch bei Unterfangungen, nach DIN EN 14199

Tragverhalten:

• Spitzendruck: Lastabtrag über den Pfahlfuß in die tragfähige Schicht
• Mantelreibung: Lastabtrag über die Reibung zwischen Pfahlmantel und Boden
• in der Praxis meist eine Kombination aus beidem

Sonderformen:

• Pfahlrost: Lastverteilung über die Pfahlköpfe auf mehrere Pfähle
• Kombinierte Pfahl-Platten-Gründung (KPP)

Brunnengründung (Brunnenringgründung)

Die Brunnengründung ist eine historische Form der Kastengründung, die im Bestand noch häufig anzutreffen ist: Brunnenringe aus Mauerwerk, Beton oder Stahlbeton werden aufgesetzt, der Boden im Inneren wird ausgehoben, und die Ringe sinken unter ihrem Gewicht ab. Ist die tragfähige Schicht erreicht, wird der Brunnen mit Beton oder Magerbeton verfüllt und trägt darüber das Fundament. Bei Bestandsgebäuden mit Brunnengründung ist die Lage der einzelnen Brunnen oft nicht dokumentiert; bei Setzungsschäden gehört ihre Erkundung zur Ursachenermittlung.

Grundregeln

• Die Lastableitung erfolgt punktuell über die Pfähle.
• Mantelwiderstand: wirkt entlang der Pfahlachse gegen Zug und Druck.
• Bettungswiderstand: wirkt senkrecht zur Pfahlachse gegen Biegung.

Erfahrungswerte für Pfahlmantel- und Pfahlspitzenwiderstände nach Pfahlart und Boden enthalten die EA-Pfähle (Empfehlungen des Arbeitskreises „Pfähle“). Die Tabelle der alten Seite lag nur als schwer lesbares Bild unbekannter Herkunft vor und wurde deshalb nicht übernommen. [PRÜFEN: gewünschte Werte aus den EA-Pfähle neu einpflegen]

Einfluss von Wasser

Grundwasserabsenkung und Wasserhaltung

Wird der Wasserspiegel abgesenkt, entfällt der Auftrieb im Boden, die effektiven Spannungen steigen, und der Boden setzt sich. Zusätzlich kann eine Wasserentnahme Feinkorn ausspülen (Suffosion). Die entstehenden Hohlräume führen zu Sackungen und Setzungen bis hin zum Versagen des Baugrunds.

Überfeuchtung und Austrocknung

Besonders bindige und gemischtkörnige Böden reagieren stark auf Änderungen des Wassergehalts:

• Überfeuchtung: Tragfähigkeitsminderung durch Aufweichen des Bodens.
• Austrocknung: Volumenverminderung, vor allem im Bereich der Schrumpfgrenze des Bodens.

Auch eine fehlende oder versagende Bauwerksabdichtung und Dränung kann den Wasserhaushalt am Fundament dauerhaft verändern.

Frost

Böden mit einem Feinkornanteil über 5 % gelten als frostempfindlich. Gefrierendes Wasser dehnt sich um bis zu 9 % aus; Eis ist leichter als Wasser, braucht also mehr Raum. Die Größe der Frosthebung bestimmen vor allem:

• Kornverteilung, spezifische Oberfläche der Bodenteilchen und tonmineralogische Zusammensetzung
• Möglichkeit des Wassernachschubs
• Wärmeentzugsrate des Bodens
• Auflast

Unterfangung

Unterfangung heißt, den Baugrund oder die Gründung eines bestehenden Gebäudes nachträglich zu ertüchtigen, meist um tiefer zu gründen oder Setzungen zu stoppen. Die maßgebende Norm für die klassische, abschnittsweise Unterfangung ist DIN 4123. Daneben stehen weitere Verfahren zur Verfügung, die in eigenen Regelwerken geregelt sind [PRÜFEN: Zuordnung der Verfahren zur DIN 4123:2013-04 und den jeweiligen Verfahrensnormen]:

• Bohrpfahlwände
• Schlitzwände
• Verpresspfähle
• Bodenverfestigung (Injektion)
• Bodenvernagelung

Trotz sorgfältiger Planung sind Mängel wie Rissbildung oder Rissaufweitung im Bestandsgebäude bei Unterfangungen nicht immer vermeidbar. Häufige Schadensursachen:

• Nichteinhaltung der Abmessungen und Schrittfolgen der Unterfangungsabschnitte sowie der Abbindezeiten von Mörtel und Beton
• unzureichender Kraftschluss zwischen Unterfangung und Bestandsmauerwerk
• fehlerhafter oder fehlender Standsicherheitsnachweis
• fehlende Sicherungsmaßnahmen bei vorgeschädigten Bestandsbauwerken

Die Ausführung erfolgt immer abschnittsweise nach DIN 4123. Eine Unterfangung kann händisch, mittels Injektion oder mit Pfählen hergestellt werden.

Händisch

Abschnittsweise Herstellung von Unterfangungswänden aus Vollziegeln oder Beton. Die Abschnitte sind höchstens 1,25 m breit. Begonnen wird am Rand des Bauwerks, gearbeitet wird von außen nach innen. Es sind mindestens drei Abschnitte zu bilden, die im Pilgerschrittverfahren bearbeitet werden: nach dem ersten Abschnitt der dritte, dann der zweite.

Injektion

Der Baugrund unter den Fundamenten wird mit injizierbarem Material verfestigt. Das vermeidet nachträgliche Setzungen, ohne die Fundamente freilegen zu müssen.

Pfähle

Verpresste Kleinpfähle (siehe oben) übernehmen die Fundamentlasten. Der Vorteil: Tiefer liegende, tragfähigere Bodenschichten können genutzt werden.

Häufige Fragen

Was ist eine schwimmende Gründung?

Bei einer schwimmenden Gründung wird auf wenig tragfähigem, setzungsempfindlichem Boden etwa so viel Bodengewicht ausgehoben, wie das Gebäude später wiegt. Die Spannungen im Untergrund ändern sich dadurch kaum, das Gebäude „schwimmt“ gewichtsneutral im Boden. Das Prinzip wird bei tiefen Kellergeschossen auf weichen Böden genutzt und erfordert eine sorgfältige Berechnung von Aushub, Auftrieb und Bauablauf.

Wann brauche ich ein Baugrundgutachten?

Praktisch immer, wenn neu gebaut, angebaut oder wesentlich umgebaut wird. Ab der geotechnischen Kategorie 2, in die schon ein normales Einfamilienhaus ohne gesicherte Kenntnis der Verhältnisse fällt, sind pauschale Annahmen aus der Nachbarschaft unzulässig, die Bodenkennwerte müssen durch Erkundung belegt werden. Ohne Gutachten trägt der Bauherr das volle Baugrundrisiko, und bei der Abdichtungsplanung muss vom ungünstigsten Wasserstand ausgegangen werden.

Sind Setzungsrisse gefährlich?

Das hängt von Ursache und Verlauf ab. Viele Setzungsrisse kommen aus einer einmaligen, abgeschlossenen Setzung und sind nach dem Verpressen dauerhaft unauffällig. Kritisch sind Risse, die weiter arbeiten, breiter werden oder zu einem Verformungsbild wie Sattel- oder Muldenlage gehören. Ob ein Riss noch arbeitet, zeigt sich erst über die Zeit, mit Messmarken und wiederholter Messung der Rissbreite.

Wann ich bei Rissen und Setzungen ins Spiel komme

Als Sachverständiger bestimme ich zuerst die Rissart, denn Setzungsriss, Spannungsriss und Putzriss sehen einander ähnlich und bedeuten Verschiedenes. Verlauf, Breite und Lage im Bauteil sagen, welcher vorliegt. Bei Verdacht auf Setzungen setze ich Messmarken und nehme die Rissbreiten über mehrere Termine auf; für Fragen der Tragfähigkeit ziehe ich einen Tragwerksplaner hinzu. Wenn auf dem Nachbargrundstück Abbruch-, Gründungs- oder Rammarbeiten anstehen, dokumentiere ich den Zustand Ihres Gebäudes vorher, das ist die Beweissicherung, die im Streitfall bares Geld wert ist. Der erste Schritt ist eine kostenfreie Ersteinschätzung mit Fotos der Risse.

Falco Witschel ist Geprüfter Sachverständiger für Schäden an Gebäuden (EIPOS) und Sachverständiger für Schimmel- und Feuchteschäden (EIPOS). Er begutachtet Schäden an Bestandsgebäuden in Dresden und Sachsen. Mehr über mich