14. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2024 261 Innerstädtische Baugruben - Projektbeispiele mit Lösungsmöglichkeiten zum Bauen im Bestand Dipl.-Ing. Christoph Maier Ed. Züblin AG, Stuttgart Dipl.-Ing. (FH) Tomas Vardijan Ed. Züblin AG, Stuttgart Dipl.-Ing. (FH) Hans-Jörg Krauter Züblin Spezialtiefbau GmbH, Stuttgart Zusammenfassung Die Lebensdauer aller Gebäude ist begrenzt. In zahlreichen Innenstädten werden Bauwerke mit mehreren Ober- und Untergeschossen zurück- oder umgebaut, die bereits massiv mit modernen Herstellverfahren errichten wurden. Insbesondere im Rahmen der Tief bauarbeiten stellen sich dabei große Herausforderungen, da in der Regel Abhängigkeiten zwischen Bestand, Neubau und Nachbarbebauung bestehen. Auf Grundlage von Erkundungen und Bestandsunterlagen müssen Baugrubenkonzepte erstellt werden, die sowohl den Rückbau ermöglichen als auch dem geplanten Neubau Rechnung tragen. Randbedingungen durch geometrische Vorgaben der Architektur sowie nachbarschaftliche Vereinbarungen oder Einschränkungen sind ebenso einzurechnen wie die statischen Belange des Bestands oder der einzubringenden Sicherungsmaßnahmen. Dies erfordert eine gewerkübergreifende Abstimmung und Planung der Baugrube bei einem hohen Maß an Unsicherheiten durch fehlende Grundlagen und Abweichungen in der alten Bausubstanz während der Bauphase. Es wird anhand von Projektbeispielen erörtert, welche Lösungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen und welche Randbedingungen jeweils ausschlaggebend sind. Dabei werden unter anderem die Fragen behandelt, inwiefern die bestehenden Bauteile als Verbauten genutzt werden können und wie Untergeschosse und Verbauten rückgebaut werden, bei gleichzeitig funktionierender Baugrubensicherung. 1. Einführung Zu Beginn jeder Baumaßnahme steht die Klärung der Randbedingungen. Diese sind für innerstädtische Projekt deutlich zahlreicher und anspruchsvoller als das Bauen „auf der grünen Wiese“. Entscheidend für alle nachfolgenden Schritte ist eine zielgerichtete Bestandserkundung. Dabei kann es erforderlich werden, dass die Planung parallel zur Bestandserkundung erfolgen muss, um sich einer Lösung schrittweise zu nähern. Im Sinne der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit ist es häufig das Ziel möglichst viele Teile des Bestands zu erhalten. Jedoch sind manche Ertüchtigungsmaßnahmen im Aufwand unverhältnis-mäßig groß, so dass sich der Neubau als einfacher und wirtschaftlicher darstellt. Innerstätische Nutzflächen sind ein kostbares Gut, weshalb meist die maximal mögliche Fläche angestrebt wird und im Idealfall eine Grenzbebauung ausgeführt werden soll. Dem sind jedoch wortwörtlich Grenzen gesetzt. Diese Grenzen können vertraglich, technisch und wirtschaftlicher Natur sein. Für Neubauten neben einer Bestandsbebauung sind die grundsätzlichen Möglichkeiten in der nachfolgenden Schemaskizze beigefügt. 1. Unterfangung 2. Verbau 3. Böschung Bestand Nachbar 4. Geringere Bautiefe Platzbedarf Abb. 1: Schematische Darstellung zur Ausbildung einer Baugrubensicherung mit benachbarter Bestands-bebauung 1. Unterfangung - kein Platzverlust 2. Verbau - geringer Platzverlust 3. Böschung - hoher Platzverlust 4. Anheben Tiefgeschoss, geringere Geschoss-zahl - sehr hoher Platzverlust 262 14. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2024 Innerstädtische Baugruben - Projektbeispiele mit Lösungsmöglichkeiten zum Bauen im Bestand Häufig werden in dieser Reihenfolge die Möglichkeiten durchlaufen. Schwierig dabei ist jedoch, dass die Nutzungsflächen bereits durch Parkflächen oder der Gebäudetechnik beansprucht werden und ein weiteres Abrücken von der Grundstückgrenze Auswirkungen auf weitere Gebäudeteile hat. Das Bauen entlang der Grundstücksgrenze führt dann bei einem geringen Flächengewinn im Untergeschoss, zu schwierigen technischen Lösungen und hohen Kosten. Bei einer vorhanden Grundstücksbebauung auf dem Baufeld erhöht dies den Schwierigkeitsgrad, da weitere Unbekannte auf dem eigenen Grundstück hinzukommen. Dies bietet jedoch auch Chancen, da die vorhandenen Bauteile ggf. wiederverwendet werden können. Bei den anfangs in Abb. 1 erwähnten Baugrubenlösungen mittels Böschung oder dem Anhebend der Baugrubensohle entfällt die Problematik, da keine zusätzlichen Bauteile zur Sicherung verwendet wurden. 1. Nutzung Unterfangung 2. Reaktivierung Verbau ODER neuer Verbau Bestand Nachbar 3. Nutzung bestehendes Gebäude Platzbedarf Abb. 2: Schematische Darstellung zur Ausbildung einer Baugrubensicherung bei Wiederverwendung von Verbauelementen. 1. Reaktivierung einer bestehenden Unterfangung 2. Reaktivierung bestehender Verbau, erneute Rückverankerung oder Aussteifung 3. Nutzung Bestandsgebäude z. B. durch Rückverankerung oder Aussteifung im Unter-geschoss. In Anbetracht dieser grundsätzlichen Möglichkeiten werden nachfolgend Projekte vorgestellt und die jeweiligen Lösungen beschrieben. 2. Projektbeispiele Projekt 1 - Königstraße 38, Stuttgart Innerstätischer Neubau Projektrandbedingungen: Abbruch und Neubau eines zweifach unterkellerten Geschäftsgebäudes mit zweiseitig bestehender Grenzbebauung in der Innenstadt von Stuttgart. Der Neubau sollte weitestgehend die frühere Gebäudeabmessungen wieder aufnehmen. Es wurde jedoch um die Breite der früheren Gebäudeaußenwand eingerückt und die neue Bodenplatte oberhalb der Bestandsbodenplatte erstellt. Damit konnte folgendes Baugrubenkonzept realisiert werden: - Oberer Teil - 1.UG: Nutzung der bestehenden Gebäudeaußenwand als Verbau durch Rückverankerung - Unterer Teil - 2.UG: Reaktivierung der bestehenden Schlitzwand mittels Rückver-ankerung und Aussteifung 14. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2024 263 Innerstädtische Baugruben - Projektbeispiele mit Lösungsmöglichkeiten zum Bauen im Bestand Abb. 3: Auszug Baugrubenplan Grundriss 2.UG, Königstraße 38 Zunächst erfolgte der Abbruch des bestehenden Gebäudes bis auf GOK. Die Decke über dem UG wurde erhalten und diente weiterhin zur Stützung der Außenwände. Die Positionierung der Anker orientierte sich maßgeblich an den Platzverhältnissen für die Bohrgeräte, da massive Deckenunterzüge noch nicht abgebrochen werden konnten. Gleichzeitig musste der Neubau berücksichtigt werden, denn für jeden Anker wurden Aussparungen vorgesehen, die nach Rückbau des Ankerkopfes wieder geschlossen wurden. In den nachfolgenden Abbildungen sind der Bestand (orange) und der Neubau (violett) dargestellt. Die Ankerachsen sind grün gekennzeichnet, um die notwendigen Öffnungen und Stellmöglichkeiten für die Ankerbohrarbeiten zu kennzeichnen. Abb. 4: Schnitt 1 Baugrubensicherung, Königstraße 38 264 14. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2024 Innerstädtische Baugruben - Projektbeispiele mit Lösungsmöglichkeiten zum Bauen im Bestand Im zweiten Untergeschoss wurde teilweise das Sicherungskonzept von Injektionsankern auf Steifen umgestellt, da teilweise die Genehmigungen der Anker durch die Nachbarn nicht vorlag und weil geometrische Voraussetzungen die Ankerherstellung nicht zuliesen. Dazu mussten zunächst zur Auflagerung kleine Fundamente, integriert in die Bodenplatte, hergestellt werden und am Stützpunkt der Steife die bestehende Schlitzwand freigelegt werden, sodass die Steife im 2. Untergeschoss eingebaut werden konnte. Erst mit vollständiger Herstellung der neuen Sicherung konnten anschließend die Untergeschossdecken vollständig rückgebaut werden. Abb. 5: Baugrube mit Betonage Bodenplatte, Blick in Richtung Königstraße Die vorhandenen Schlitzwandlamellen wurden in der vorausgegangenen Baugrubenplanung über einen durchlaufenden Kopf balken verbunden und gestützt. Anstatt einer Linienlagerung am Kopf wurden die Schlitzwandlamellen nun punktuell durch Anker oder Steifen gestützt, was statisch zu überprüfen war. Auch die 30cm starke Außenwand im 1.UG wurde durch die Sicherungsarbeiten neu beansprucht. Anstatt der Linienlagerung zwischen Wandlisenen und den Decken wurden Punktlager durch die Anker geschaffen. Der Nachweis gegen das Durchstanzen der Wand führte hier zu deutlich größeren Ankerkopfplatten als es in der Regel erforderlich ist. Auch der damals noch verwendete Betonstahl BSt 420/ 500 musste in der Nachweisführung zusätzlich berücksichtigt werden. Abb. 6: Ansicht Baugrubensicherung, Königstraße 38 Zusammenfassend konnte aus planerischer Sicht der Bestand durch die vorhandenen Unterlagen gut bewertet werden. Einzelne Erkundungsbohrungen dienten dann zur Verifizierung der bisherigen Kenntnisse. Im Zusammenspiel zwischen Abbruch und Ankerbzw. Steifenherstellung war eine intensive Abstimmung zum Bauablauf zwischen Baustelle und Planung erforderlich. Projekt 2 Innerstädtischer Neubau Projektrandbedingungen: Abbruch und Neubau eines einfach unterkellerten Geschäftsgebäudes mit dreiseitig bestehender Grenzbebauung. Die alte Nachbarbebauung musste bereits vor ca. 40 Jahren für das bestehende und jetzt abzubrechende Gebäude gesichert werden. Mit einem leichten Mehraushub gegenüber der damaligen Baugrubensohle sah das Konzept vor, die bestehenden Unterfangungen erneut zu nutzen. In einem kurzen Abschnitt mit nachbarschaftlicher Grenzbebauung sollte der Bestandsverbau entfernt und durch eine neue Unterfangung ersetzt werden, um im Untergeschoss Nutzfläche für Parkplätze zu gewinnen. Nach der Erkundung stieß das Ausgangskonzept zur Baugrubensicherung jedoch an seine Grenzen. Die Unterkante der benachbarten Bebauung wurde etwa an der Oberkante der bestehenden Bodenplatte festgestellt, wodurch ergänzende Sicherungsmaßnahmen noch vor Abbruch der Bodenplatte notwendig wurden. Die unzureichende Tiefe der früheren Unterfangung führte zu einer zusätzlichen Stützung der nachbarschaftlichen Bestandsgründung. Gleichzeitig wurde der Eingriff über die Grundstücksgrenze nicht gestattet und es mussten die Sicherungsmaßnahmen auf dem eigenen Grundstück vorgenommen 14. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2024 265 Innerstädtische Baugruben - Projektbeispiele mit Lösungsmöglichkeiten zum Bauen im Bestand werden. Hier hatte man sich für eine vorgesetzte Betonplombe entschieden die als Schwergewichtsblock wirkt und in Abschnitten ab der Oberkante der Bestandsbodenplatte eingebracht wird. Abb. 7: Schnitt Baugrubensicherung mittels Plombe und Kopfstützung der Bestandsunterfangung, Projekt 2 Eine weitere Umstellung der Sicherungsmaßnahme musste bei der geplanten Unterfangung vorgenommen werden, da die vorhandene Bausubstanz der benachbarten Gründung sich bei den Abbrucharbeiten als unzureichend herausgestellt hatte. Gleichzeitig hätte der Rückbau des vorhanden Verbaus direkt vor der Gründung weitere Schädigungen nach sich gezogen, da sich die Ortbetonausfachung mit dem dahinterliegenden Bestand teilweise verzahnt hatte. Abb. 8: Freigelegtes Bestandsfundament Aus diesem Grund wurde ein Platzverlust im Untergeschoss in Kauf genommen und aus Sicherheitsgründen eine Rückverankerung der Außenwand realisiert, die im Endzustand in das Gebäude integriert wird. Zusätzlich musste die Außenwand mit dem Verbau kraftschlüssig verbunden und durch eine händische Unterfangung teilweise tiefer gegründet werden, um den Aushub auf die planmäßige Baugrubensohle zu realisieren. Abb. 9: Schnittskizze Wandsicherung, Projekt 2 266 14. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2024 Innerstädtische Baugruben - Projektbeispiele mit Lösungsmöglichkeiten zum Bauen im Bestand Die Schwierigkeit in der Baugrubenplanung lag maßgeblich in dem unbekannten benachbarten Bestand. Ohne ausreichende Informationen aus Bestands-unterlagen kann das Baugrubenkonzept nur unter Vorbehalt einer Bestandserkundung erstellt werden. Die Bestandserkundung jedoch liefert auch nur punktuelle Erkenntnisse und bietet für die Planung nie den Umfang an Informationen wie Bestandsunterlagen. 3. Schlussfolgerungen „Bauen im Bestand“ bedeutet in vielen Fällen auch „Bauen mit dem Bestand“. Insbesondere im Tief bau sind die Bestandsbauteile naturgemäß nicht sichtbar und damit schlecht zu bewerten. Liegen keine ausreichenden Bestandsunterlagen vor bleibt zwangsläufig nur die Möglichkeit robuste Annahmen zu treffen und diese im Nachgang durch Erkundung oder bei der Ausführung zu verifizieren. Das heißt natürlich, wie insbesondere im zweiten Projekt aufgezeigt, Risiken einzugehen und damit verbunden Umplanungen und Verzögerungen bei der Bauausführung in Kauf nehmen zu müssen. 4. Ausblick Um längerfristig die schwierigen Baugrubensicherungsmaßnahmen bedingt durch den Bestand zu minimieren, haben wir folgende Empfehlungen und Ideen. Verbesserte Bestandsdokumentation Für Gebäude ist eine Bestandsdokumentation die Regel, bei Verbauten jedoch wird dies häufig vernachlässigt. In vielen Fällen würde eine Bestandsdokumentation des Verbaus und auch der Gründung eine deutliche Erhöhung der Planungssicherheit für zukünftige Projekte bedeuten. Berücksichtigung der Baugrube Das Baugrubenkonzept und die Wahl des Verbaus kann für die Geometrie von Kellergeschossen entscheidend sein. Deshalb ist die Einbeziehung der Baugrubensicherung bereits in der Konzeptphase entscheidend. In den späteren Leistungsphasen sind Umplanungen im Tragwerk und der Architektur meist mit erhöhtem Aufwand verbunden. Verbau im Abbruch denken Alle Gebäude haben eine begrenzte Lebenszeit und müssen rückgebaut werden. Die aufgeführten Beispiele zeigen, dass der Rückbau und Neubau nicht beliebig erfolgen können, sondern maßgeblich von der Bestandsbebauung im und außerhalb des Baufeldes abhängen. Wie kann beispielsweise der nächste Rückbau der Untergeschosse erfolgen? Müssten bei der nächsten Bebauung beispielsweise erneut die Untergeschosswände eingerückt werden, analog der nachfolgenden Abbildung. 1. Bebauung Rückverankerter Verbau Bestand Nachbar 3. Bebauung Rückbau bestehendes Gebäude - Rückverankerung Bestandswand 2. Bebauung Rückverankerte Bestandswand Abb. 10: Schnittskizze, Wiederholte Rückverankerung der Bestandswand Gegebenenfalls können daraus Situationen entstehen bei denen zunehmend Baufläche verloren geht, da der vorhandene Bestand den Rückbau nur eingeschränkt zulässt oder unwirtschaftlich wird. Deshalb wäre ein Grundgedanke bereits bei der Planung eines Projekts den Rückbau des Gebäudes inkl. des Verbaus mit einzubeziehen oder den Verbau auf weitere Bauzyklen auszulegen. Untergeschosse robust auslegen Ein weiterer Ansatz ist, das Kellergeschoss so einfach und robust auszulegen, dass es für mehrere Bauzyklen wiederverwendet werden kann und eine Umnutzung einfach möglich ist. D. h. der Abbruch und Neubau erfolgen stets nur bis an die Geländeoberkante. Vergleicht man die Lebensdauer heutiger Gebäude mit manchen alten Gewölbekellern, besteht bei den heutigen Gebäuden durchaus noch Potential.