eJournals Kolloquium Bauen in Boden und Fels 12/1

Kolloquium Bauen in Boden und Fels
kbbf
2510-7755
expert verlag Tübingen
0101
2020
121

Kö-Bogen II – Außergewöhnliche Architektur trifft komplexe Bauweise in besonderer Lage

0101
2020
Michael Stahl
Norbert Veith
Im Zuge der Stadtentwicklungsmaßnahme Kö-Bogen II entsteht im Zentrum von Düsseldorf in unmittelbarer Nähe sensibler Nachbarbebauung ein Gebäudekomplex mit ca. 17 m tief in den Baugrund einbindenden Untergeschossen. Bei der zur Herstellung der Untergeschosse erforderlichen Baugrube handelt es sich um eine mit zwei Stahlbetondeckeln ausgesteifte Trogbaugrube in Schlitzwandbauweise mit Einbindung der Lamellen in die tertiären, gering wasserdurchlässigen Feinsande. Im Bereich des Büro- und Geschäftshauses sind Volldeckel unter Berücksichtigung von Primärstützen (Schlitzwand-Barette und Großbohrpfähle jeweils mit eingestellten Fertigteilstützen) geplant, um Ober- und Untergeschosse parallel herstellen zu können. Infolge der früheren Nutzung des Baufelds waren im Zuge der Spezialtiefbaumaßnahmen Hindernisse infolge alter Bauwerksreste und teilweise verbliebenem Altverbau besonders zu berücksichtigen. Insbesondere durch die Baugrubentiefe in Verbindung mit der sensiblen Nachbarbebauung war ein umfassendes und kontinuierliches geotechnisches Monitoring wesentlicher Bestandteil der Ausführung.
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12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 239 Kö-Bogen II - Außergewöhnliche Architektur trifft komplexe Bauweise in besonderer Lage Dr.-Ing. Michael Stahl Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH, Düsseldorf, Deutschland ICG Düsseldorf GmbH & Co. KG, Düsseldorf, Deutschland Dr.-Ing. Norbert Veith ICG Düsseldorf GmbH & Co. KG, Düsseldorf, Deutschland Zusammenfassung Im Zuge der Stadtentwicklungsmaßnahme Kö-Bogen II entsteht im Zentrum von Düsseldorf in unmittelbarer Nähe sensibler Nachbarbebauung ein Gebäudekomplex mit ca. 17 m tief in den Baugrund einbindenden Untergeschossen. Bei der zur Herstellung der Untergeschosse erforderlichen Baugrube handelt es sich um eine mit zwei Stahlbetondeckeln ausgesteifte Trogbaugrube in Schlitzwandbauweise mit Einbindung der Lamellen in die tertiären, gering wasserdurchlässigen Feinsande. Im Bereich des Büro- und Geschäftshauses sind Volldeckel unter Berücksichtigung von Primärstützen (Schlitzwand-Barette und Großbohrpfähle jeweils mit eingestellten Fertigteilstützen) geplant, um Ober- und Untergeschosse parallel herstellen zu können. Infolge der früheren Nutzung des Baufelds waren im Zuge der Spezialtiefbaumaßnahmen Hindernisse infolge alter Bauwerksreste und teilweise verbliebenem Altverbau besonders zu berücksichtigen. Insbesondere durch die Baugrubentiefe in Verbindung mit der sensiblen Nachbarbebauung war ein umfassendes und kontinuierliches geotechnisches Monitoring wesentlicher Bestandteil der Ausführung. 1. Beschreibung der Baumaßnahme Die CENTRUM Projektentwicklung GmbH / B&L Gruppe realisieren mit Baubeginn im März 2017 im Zuge der Entwicklungsmaßnahme Kö-Bogen II im Zentrum von Düsseldorf unterhalb des Gustaf-Gründgens-Platzes den Neubau einer Tiefgarage mit fünf Untergeschossen sowie nach Süden hin - angrenzend an die neue Tiefgarage - den Neubau eines fünfgeschossigen Büro- und Geschäftshauses, das sogenannte „Ingenhoven-Tal“ (Bild 1). Das Baufeld umfasst insgesamt eine Grundfläche von ca. 13.670 m². Die unterhalb des Büro- und Geschäftshauses geplanten, bis auf das Niveau der fünfgeschossigen Tiefgarage einbindenden, Untergeschosse reichen vom südlichen Rand der neuen Tiefgarage nach Süden hin, bis zu einem am Rand des Baufeldes für die Grundwasserkommunikation vorgesehenen großvolumigen Strömungskanal. Diesbezüglich waren umfangreiche hydraulische Berechnungen ein wesentlicher Bestandteil der Planungs- und Genehmigungsphase. Bild 1: Visualisierung „Ingenhoven-Tal“ Für die Errichtung der Tiefgarage bzw. der weiteren Untergeschosse ist der Aushub einer bis zu 17 m tiefen Baugrube erforderlich. Die exponierte Lage des Baufelds mit sensiblen benachbarten Bauwerken und Infrastruktureinrichtungen in Verbindung mit den vorherrschenden Baugrund- und Grundwasserverhältnissen bedingte die Herstellung einer verformungsarmen und wasserdichten Baugrube. Aufgrund der vorliegenden projektspezifischen Randbedingungen wurde die Baugrube als zweifach ausgesteifte Trogbaugrube in Schlitzwandbauweise mit Einbindung 240 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 Kö-Bogen II - Außergewöhnliche Architektur trifft komplexe Bauweise in besonderer Lage der Lamellen in den tief liegenden natürlichen Grundwassergeringleiter (Tertiär) geplant und ausgeführt. 2. Baugrund- und Grundwasserverhältnisse Gemäß den Ergebnissen der durchgeführten Baugrunderkundungen liegt im Bereich des Baufeldes folgender genereller Baugrundaufbau vor (Bild 2). Bild 2: Schema Baugrundaufbau Unterhalb der überwiegend befestigten Gelände-oberfläche (ca. 36,00 mNN) wurden bis in Tiefen von ca. 3,1 bis 10,0 m angeschüttetes bzw. umgelagertes Bodenmaterial erkundet. Darunter folgen bis in Tiefen von ca. 23,0 bis 26,0 m einheitlich die Sand-, Kiessand- und sandigen Kiesschichten der Rheinterrasse. Diese quartären, stark wasserdurchlässigen Lockergesteine werden im Raum Düsseldorf bis in großer Tiefe von tertiären gering wasserdurchlässigen Feinsanden unterlagert. Die Grundwasserverhältnisse werden im Bereich des geplanten Bauvorhabens vor allem von dem aus dem Hinterland nach Westen bis Nordwesten auf den ca. 900 m entfernten Rhein hin gerichteten Grundwasserstrom bestimmt, der sich innerhalb der gut wasserdurchlässigen Sande und Kiese des Quartärs bewegt. Bei hohen Rheinwasserständen infiltriert das Flusswasser in die quartären Sand- und Kiesschichten, wodurch der Grundwasserspiegel im Uferbereich rasch ansteigt und sich das Fließgefälle und die Fließrichtung umkehren. Infolge dieser Verhältnisse treten im geplanten Baubereich große Schwankungen des Grundwasserstands in einer Größenordnung von bis zu maximal 7,0 m auf. 3. Baugrube und Gründung 3.1 Planerische Herausforderungen In unmittelbarer Umgebung des Baufelds befinden sich sensible Nachbarbebauungen (Dreischeibenhochhaus DSH, Düsseldorfer Schauspielhaus SSH, U-Bahn-Tunnel Wehrhahn-Linie, Kö-Bogen Straßentunnel, etc.), die im Rahmen des Planungs- und Ausführungsprozesses besonders zu berücksichtigen waren (Bild 3). Bild 3: Lage der Baumaßnahme Zudem war es erforderlich, die bestehende dreigeschossige Tiefgarage unterhalb des Gustaf-Gründgens-Platzes, die im Jahre 1969 im Schutze eines rückverankerten Bohlträgerverbaus mit Holz- und Kanaldielenausfachung sowie einer Bodeninjektionsausfachung hergestellt wurde und eine im Süden vorhandene Hochbebauung mit einem Untergeschoss vollständig zurückzubauen. Infolge der früheren Nutzung des Baufelds waren im Zuge der Spezialtiefbaumaßnahmen Hindernisse in Form alter Bauwerksreste und teilweise verbliebener Altverbauten (Kellerwände, im Grundwasser liegende Bodenplatte der Bestandstiefgarage, Stahlträger und Verpressanker) zu durchörtern. 3.2 Konzeption und Ausführung Die Baugrube wurde umlaufend unter Berücksichtiugng eines verformungsarmen und weitgehend wasserdichten Verbaus in Form einer Schlitzwand (d = 80 cm), die bis in die tertiären Feinsande reicht, in Verbindung mit einer innenliegenden Restwasserhaltung konzipiert. Die Baugrubenaussteifung erfolgte über zwei Teildeckel/ Volldeckel in Höhe der Decken über dem 2. UG und 4. UG der neuen Tiefgarage. Die Teildeckel inkl. Temporärstützen (Bohrpfähle mit temporären Stahlstützen) waren im Bereich der Bestandstiefgarage angeordnet. Im Bereich des Büro- und Geschäftshauses wurden auf Primärstützen (Schlitzwand-Barette und Großbohrpfähle jeweils mit eingestellten Fertigteilstützen) aufgelagerte Volldeckel realisiert, um Ober- und Untergeschosse parallel herstellen zu können. 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 241 Kö-Bogen II - Außergewöhnliche Architektur trifft komplexe Bauweise in besonderer Lage Die Herstellung eines Großteils der Schlitzwand (Bild 4) sowie der Temporär- und Primärstützen erfolgte überwiegend von einer ca. 6 m unter Geländeoberkante befindlichen Arbeitsebene. Die Gründungstiefen der Nachbargebäude lagen unterhalb dieser ersten Arbeitsebene. Zwischen SSH und DSH sowie entlang der Bleichstraße und Schadowstraße wurden Trägerbohlwände mit Holz- und Spritzbetonausfachung sowie eine tangierende Bohrpfahlwand zur Sicherung des Geländesprungs ausgeführt. Mittels der Bohrpfahlwand wurde ein dort vorhandener Abwasserkanal gesichert. Während der Abbruch- und Aushubarbeiten wurde die Wand zunächst durch eine Berme gestützt, später dann durch Schrägsteifen gegen die Schlitzwand mit eingestellten Steckträgern ausgesteift. Im westlichen Bereich erfolgte eine einseitige Abgrabung des Kö-Bogen Tunnels unter Berücksichtigung der Stützwirkung der dort bestehenden Verbauwand. Im Anschlussbereich der städtischen Spindel zur neuen Tiefgarage wurde die bestehende Schlitzwand ebenfalls als Verbau genutzt. Bild 4: Herstellung Schlitzwand Im Zuge der Herstellung der ersten Arbeitsebene erfolgte der Rückbau der ersten zwei Untergeschosse der Bestandstiefgarage. Das 3. UG wurde vorab kraftschlüssig mit bohrfähigem Material verfüllt. Die Verbautrasse der neuen Schlitzwand befand sich überwiegend außerhalb des Lichtraumes der bestehenden Tiefgarage bzw. im unmittelbaren Anschluss an die Außenkante der aufgehenden alten Wände im Bereich des ehemaligen ca. 1,0 m breiten Arbeitsraumes. Aus diesem Grund war vorlaufend zur Schlitzwandherstellung ein Rückbau von Hindernissen in Form von Räumungsbohrungen erforderlich. Eine besondere Situation ergab sich entlang des sensiblen Bauwerks Schauspielhaus (Bild 5). Hier erfolgte die Herstellung der neuen Schlitzwand innerhalb der Bestandstiefgarage. Auf Grund der zu durchörternden Stahlbetonsohle der alten Tiefgarage war es nicht möglich, die Schlitzwand in einem Arbeitsschritt herzustellen. Vor der vollständigen Verfüllung des 3. UG war es daher erforderlich, im Bereich der späteren Verbautrasse Magerbeton einzubringen. Vor der endgültigen Herstellung der Schlitzwand wurde die spätere Verbautrasse inklusive der Stahlbetonhindernisse überbohrt und danach mit schlitzfähigem Material verfüllt. Bild 5: Baugrubensituation im Bereich des SSH Eine besondere Herausforderung war die Herstellung der insgesamt 98 Primärstützen für das Geschäftshaus (Bild 6). An die Einbaugenauigkeit dieser Stützen wurden höchste Anforderungen gestellt, die eine umfassende Überarbeitung der gängigen Einbautechnologie und umfangreichen Gerätebau durch die Arbeitsgemeinschaft Kö-Bogen II, bestehend aus den ausführenden Unternehmen HOCH- TIEF Infrastructure GmbH und BAUER Spezialtiefbau GmbH, erforderlich machte. Bei den Primärstützen handelte es ich um Fertigteilstützen mit Abmessungen von 40x100, 50x120 und 40x150 cm bei Längen von ca. 12,5 m. Insgesamt wurden nahezu 90 unterschiedliche Typen, mit ca. 19 t Einzelgewicht, eingebaut. Aufgrund der eingeschränkten Platzverhältnisse auf der Baustelle war eine Just-In-Time-Belieferung erforderlich. Bild 6: Temporär- und Primärstützen 242 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 Kö-Bogen II - Außergewöhnliche Architektur trifft komplexe Bauweise in besonderer Lage Nach Herstellung der Schlitzwand und sämtlicher Gründungskörper erfolgte der Bau der 1. Aussteifungsebene für die Schlitzwand. Im Schutze dieses Teildeckels/ Volldeckels wurde dann der Rückbau des verfüllten 3. Untergeschosses der Bestandstiefgarage sowie der fortschreitende Aushub bis zur 2. Arbeitsebene vorgenommen und auf diesem Niveau die 2. Aussteifungsebene hergestellt. Nach Fertigstellung des 1. und 2. Teildeckels/ Volldeckels erfolgte der restliche Aushub bis zur planmäßigen Baugrubensohle von 19,00 mNN (Bild 7). Bild 7: Aushub unterhalb der Deckel 3.3 Wasserechtliche Belange Die bis in eine Tiefe ca. 17 m unter Geländeoberkante geplanten Untergeschosse unterhalb des Geschäftshauses reichen vom südlichen Rand der neuen Tiefgarage nach Süden hin bis zu einem am südlichen Rand des Baufeldes für die Grundwasserkommunikation vorgesehenen großvolumigen Strömungskanal. Die Wirkung dieses Strömungskanals in Verbindung mit den bereits bestehenden Sperrbauwerken im direkten Einflussbereich des Baufelds sowie die daraus resultierenden hydraulischen Auswirkungen wurden durch umfangreiche numerische Simulationen unter Einsatz des im Auftrag des Umweltamts der Landeshauptstadt Düsseldorf entwickelten Grundwassermodells untersucht und mit dem aktuellen Ausgangszustand abgeglichen. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass die rechnerisch ermittelten Änderungen der Grundwasserstände, verglichen mit dem Ausgangszustand, bei allen betrachteten Zuständen relativ gering sind und sich keine signifikanten Aufstaueffekte einstellen. Die Änderungen liegen im natürlichen Grundwasserschwankungsbereich bei MGW und weit unterhalb der Grundwasserschwankungen zwischen Niedrig- und Hochwasser. Des Weiteren wurde der Einfluss der Grundwasserströmung auf die Stabilität und Integrität des Korngerüstes untersucht (Bild 8), da eine Vergrößerung des Porenraums zu Sackungen an der Geländeoberfläche führen kann. Hierbei ist festzuhalten, dass die rechnerisch ermittelte Erhöhung der Fließgeschwindigkeiten in Engstellenbereichen unterhalb kritischer Werte lag und somit Kornumlagerungen nicht zu erwarten waren. Zum Abgleich mit den Ergebnissen der Prognoseberechnungen werden die Fließgeschwindigkeiten, insbesondere in den sensiblen Engstellenbereichen, zukünftig messtechnisch überwacht. Bild 8: Fließgeschwindigkeiten aus Modellrechnung mit Strömungskanal (delta h Ingenieurgesellschaft) Zuammenfasssend ist festzuhalten, dass eine unzulässige Beeinflussung oder gar Gefährdung baulicher Einrichtungen im Umfeld auf Grund der rechnerisch prognostizierten Veränderungen im Grundwasserregime auszuschließen war. 3.4 Monitoring Vorlaufend zu den Abbruch- und Tiefbauarbeiten erfolgte eine detaillierte Beweissicherung sämtlicher im unmittelbaren Einflussbereich befindlicher Tunnelbauwerke, Abwassersammler, Wohn-, Büro- und Geschäftshäuser. Zur Feststellung und Beurteilung der Einflüsse der Baugrubenherstellung auf die Umgebung, insbe-sondere auf die benachbarten Bauwerke und das Grundwasser, aber auch im Hinblick auf unver-meidbare bauzeitliche Immissionen aus Erschütte-rungen, Lärm und Staub, wurde ein umfangreiches Monitoring- und Störfallkonzept ausgearbeitet. Wesentliche Bestandteile des Baugrubenmonitorings waren: - Automatisiertes elektronisches Tachymetersystem zur Überwachung der Verformungen der angrenzenden Nachbarbauwerke. - Inklinometer zur Überwachung der Verbauverformungen. 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 243 Kö-Bogen II - Außergewöhnliche Architektur trifft komplexe Bauweise in besonderer Lage - Gleitmikrometer im unmittelbaren Anschlussbereich an den Schlitzwandverbau zur Erfassung horizontaler und vertikaler Verschiebungen. - Porenwasserdruckmessungen zur Überwachung des Potentialabbaus innerhalb der tertiären Feinsande am Schlitzwandfuß. - Grundwassermonitoring zur Überwachung des Einflusses der Restwasserhaltung auf die Grundwasserverhältnisse im Umfeld und zur Beurteilung der Menge und Güte des Grundwassers im Hinblick auf die Einspeisung in den natürlichen Vorfluter (Landskrone). Sämtliche Messergebnisse wurden fortlaufend unter Berücksichtiung der Prognoseberechnungen ausgewertet, grafisch in Form von Diagrammen mit Bezug zum Baufortschritt dargestellt, gutachterlich beurteilt und anschließend den zuständigen Behörden und überwachenden Stellen in Form von Statusberichten übermittelt. Die Ergebnisse der Verformungsmessungen zeigten, dass die nach Fertigstellung der Bodenplatte gemessenen Verformungen überwiegend unterhalb der prognostizierten Werte bzw. festgelegten Alarmwerten lagen. Der über die Tiefe mittels der Inklinometer gemessene Verformungsverlauf der Schlitzwand (Biegelinie) stimmte mit wenigen Ausnahmen darüber hinaus gut mit den auf theoretischer Basis ermittelten Verformungslinien überein, sodass hierdurch die gewählten bodenmechanischen Berechnungsansätze bzw. das Bemessungsmodell in ausreichender Näherung bestätigt wurden. 4. Aktueller Stand der Arbeiten Die Rohbauarbeiten in den Untergeschossen wurden im September 2019 fertiggestellt. Derzeit laufen die Arbeiten bezüglich Ausbau und Fassade (Bild 9). Bild 9: Aktueller Stand der Arbeiten (09/ 2019) Besonders hervorzuheben ist der 09.05.2019. An diesem Tag wurde nach erfolgreicher Realisierung der gewählten Deckelbauweise sowohl die Grundsteinlegung als auch das Richtfest gemeinsam gefeiert (Bild 10). Bild 10: Grundsteinlegung und Richtfest am 09.05.2019