Gemischte Gründung

Die Realisierung beginnt mit der strikten Trennung der Systeme. Wo die eine Zone auf Pfählen ruht und die andere direkt auf der Sandschicht, entsteht ein unvermeidlicher Setzungsunterschied. Eine durchgehende vertikale Dehnungsfuge ist hierbei der Standard. Diese Fuge teilt das Bauwerk quasi in autonome Segmente. So erhält jeder Teil den nötigen Raum. Er kann einen eigenen Setzungsverlauf durchlaufen. Ohne Zugkräfte auf das angrenzende Segment auszuüben.

Beim Übergang zwischen den Gründungsarten wird die Bewehrung bewusst nicht durchgekoppelt. Die Betonage erfolgt in der Regel in Phasen. Gründungsbalken auf Flachgründung bleiben hierbei physisch von den Pfahlköpfen getrennt, um unerwünschte starre Verbindungen zu eliminieren. In der Praxis werden Fundamente und Balken so dimensioniert, dass die Druckspannung auf den Untergrund beim flachgegründeten Teil gleichmäßig bleibt, während die Pfahlgründung die tieferen, stabilen Schichten nutzt.

Die Lage der Übergangslinie wird im Feld oft auf Basis der beim Aushub angetroffenen Bodenverhältnisse finalisiert, wobei die theoretische Grenze aus der Sondierungsuntersuchung maßgeblich, aber nicht immer endgültig ist.

Während der Bauphase ist die Höhenmaßführung von entscheidender Bedeutung. Die Überwachung von Messbolzen in der Fassade beginnt oft bereits im Rohbau. Das Ziel? Das tatsächliche Setzungsverhalten mit den konstruktiven Prognosen zu vergleichen. Abweichungen im Bodenaufbau erfordern schnelle Entscheidungen am Baugrubenrand. Die Anschlüsse von Leitungen und Kanalisation werden an den Übergangspunkten oft flexibel ausgeführt, um Brüche durch differentielle Setzung zu vermeiden.

Die Diskrepanz in der Steifigkeit

Der Kern der Problematik bei einer gemischten Gründung liegt in der grundlegenden Diskrepanz der Steifigkeit zwischen den angewandten Systemen. Eine Pfahlgründung ist nahezu unverrückbar, da die Last direkt in tief gelegene, nicht komprimierbare Sandschichten geleitet wird. Dem gegenüber steht die Flachgründung. Diese ruht auf dem oberflächennahen Untergrund, der unter dem Einfluss des Gebäudegewichts immer eine gewisse elastische oder plastische Verformung zeigt. Bodenschichten sind selten homogen; eine tragfähige Sandbank kann plötzlich abtauchen oder über die Breite eines Grundstücks ansteigen. Diese natürliche Unbeständigkeit zwingt den Konstrukteur zu einer hybriden Lösung, wobei der Unterschied in der Fähigkeit, Lasten zu tragen, die Hauptursache für interne Spannungen ist.

Verformung und konstruktiver Schaden

Wenn zwei verschiedene Gründungsprinzipien innerhalb eines Rasters gekoppelt werden, entstehen differentielle Setzungen. Das Gebäude will auf der einen Seite absinken, während die andere Seite starr in ihrer Position bleibt. Die Auswirkungen hiervon sind oft erst bei Erreichen der vollen Nutzlast spürbar. Spannungen summieren sich. Ohne die nötige Flexibilität in der Konstruktion führt dies unweigerlich zu Schrägrissbildung in den Fassaden, meist ausgehend von den schwächsten Punkten wie den Ecken von Fenster- und Türrahmen. Bodenfelder können im Bereich der Übergangslinie Risse durch die auftretenden Biegemomente zeigen, die die Zugfestigkeit des Betons überschreiten.

Nicht nur die Haupttragkonstruktion wird beeinträchtigt. Auch die Sekundärsysteme werden beeinflusst. Starre Kanalrohre oder Versorgungsleitungen, die die Übergangszone passieren, geraten unter mechanischen Druck. Das Risiko von Abscherung oder Bruch ist hier real, einfach weil die Leitung der relativen Bewegung zwischen den beiden Gebäudeteilen nicht folgen kann. Die Konstruktion gerät durch die ungleiche Reaktion des Untergrunds auf die aufgezwungene Last aus dem Gleichgewicht.

In der Baupraxis fallen verschiedene Konfigurationen unter den Begriff gemischte Gründung, wobei die Terminologie manchmal fließend ist. Die häufigste Variante ist die Kombination aus Flach- und Pfahlgründung. Hierbei ruht ein Teil der Konstruktion auf einer oberflächennahen Sandschicht, während für ein anderes Segment Pfähle in die Tiefe gehen. Man spricht auch von einer hybriden Gründung. Dies ist jedoch ein weiter Begriff. Manchmal meint ein Konstrukteur damit eine spezielle Pfahl-Plattengründung (KPP). Bei dieser Variante tragen die Bodenplatte und die Pfähle die Last gemeinsam. Sie fungieren als ein System. Dies steht im krassen Gegensatz zur standardmäßigen gemischten Gründung, bei der die Systeme gerade physisch voneinander entkoppelt werden, um Setzungsunterschiede aufzufangen.

Es gibt auch Unterschiede in der Materialwahl innerhalb eines Projekts. Denken Sie an eine kombinierte Pfahlgründung. Alte Holzpfähle neben neuen Betonpfählen. Dies kommt häufig bei Renovierungen oder Erweiterungen von denkmalgeschützten Gebäuden vor. Es ist eine risikoreiche Variante. Die Steifigkeit unterscheidet sich enorm. Manchmal zwingt eine begrenzte Arbeitshöhe zur Verwendung von Stahlrohrpfählen in einer Zone, die an Fertigbetonpfähle grenzt. Obwohl beide „Pfahlgründung“ sind, verhalten sie sich aufgrund der variierenden Tragfähigkeit und Elastizität wie ein gemischtes System.

Verwechslungen entstehen manchmal mit abgetreppten Gründungen. Das ist etwas anderes. Eine abgetreppte Flachgründung folgt dem Verlauf einer Böschung oder einer schräg abfallenden Sandschicht mit versetzten Betonstreifen. Also keine verschiedenen Systeme, sondern eine Formanpassung desselben Prinzips. Bei einer echt gemischten Gründung ändert man die Kraftübertragung grundlegend.

Ein Wohnkomplex am Dünenfuß. An der Straßenseite befindet sich die Sandplatte direkt unter der Grasnarbe. Streifenfundamente reichen dort problemlos aus. Weiter hinten fällt das Grundstück ab; dort liegt eine dicke Schicht weichen Tons über dem Sand. Hier werden Bohrpfähle eingesetzt. Zwischen den beiden Blöcken befindet sich eine physische Trennfuge in der Konstruktion. Die Fuge reicht bis in die Dachkante.

Renovierung einer alten Stadtkirche. Der schwere Kirchturm ruht seit jeher auf Holzpfählen, die sich noch in ausgezeichnetem Zustand befinden. Für den neuen, leichten Anbau aus Glas und Stahl wählt der Konstrukteur jedoch eine Flachgründung. Die Gründungsbalken des Neubaus liegen vollständig getrennt vom monumentalen Turmfuß. Dies verhindert, dass die minimale Setzung der neuen Halle den massiven Turm schräg nach unten zieht. Ein typisches Beispiel für Risikomanagement bei Denkmälern.

Eine Industriehalle mit einer verstärkten Maschinenfläche bietet ein anderes Bild:

• Die leichte Stahlkonstruktion der Halle selbst steht auf Betonfundamenten auf Flachgründung.
• Direkt unter der Stelle, wo eine schwere, vibrationsempfindliche Fräsmaschine hinkommt, wurden Stahlrohrpfähle in den Boden gedreht.
• Die Maschinengründung ist vollständig von den übrigen Betriebsböden getrennt.

Bei einer Reihe von Wohnhäusern, bei denen das Kopfbau eine schwerere Seitenfassade durch eine zusätzliche gemauerte Brüstung oder einen Anbau hat. Der mittlere Teil der Reihe kann oft auf Flachgründung stehen, während die Kopfbauten aufgrund des zusätzlichen Gewichts manchmal doch tiefer mit ein paar strategisch platzierten Pfählen gegründet werden müssen. Man sieht dann oft, dass der Gründungsbalken unter der Trennwand als Übergangszone fungiert, sofern die Bewehrung darauf ausgelegt ist.

Die zwingenden Vorgaben des Gesetzes

Das Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) enthält kein ausdrückliches Verbot der Kombination von Gründungssystemen innerhalb eines Objekts. Das Gesetz schreibt jedoch unmissverständlich die grundlegenden Sicherheitsanforderungen vor: Ein Bauwerk muss während der vorgesehenen Lebensdauer stabil bleiben. Punkt. Die Gründung darf unter keinen Umständen zu gefährlichen Verformungen oder zum Versagen der Haupttragkonstruktion führen. Da eine gemischte Gründung aufgrund der variablen Steifigkeit inhärent riskanter ist, liegt die Beweislast beim Baugenehmigungsantrag oder der Qualitätssicherung deutlich höher. Die Prüfung konzentriert sich hierbei scharf auf den konstruktiven Zusammenhang zwischen den verschiedenen Segmenten.

Die verpflichtende normative Verknüpfung erfolgt über DIN EN 1990. Dies ist die absolute Grundlage für die konstruktive Bemessung. Hierin stehen die Sicherheitsphilosophie und die Zuverlässigkeitsanforderungen im Mittelpunkt. Für die spezifische geotechnische Ausarbeitung ist DIN 1054, die deutsche Ergänzung zu Eurocode 7, unumgänglich. Diese Norm zwingt den Konstrukteur, sowohl die Grenzzustände der Tragfähigkeit als auch die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit zu überprüfen. Bei einer Mischung aus Flach- und Pfahlgründung ist das eine komplexe Aufgabe. Es geht dann nicht nur um die reine Tragfähigkeit pro Element. Es geht um die integrale Beherrschbarkeit von Setzungsunterschieden über die gesamte Breite des Objekts.

Setzungskriterien und die DIN-Systematik

Differentielle Setzungen. Das ist der Punkt, an dem die Regelgebung kritisch wird. DIN 1054 gibt klare Richtlinien für die maximal zulässigen Rotationen und Winkelverdrehungen des Überbaus. Bei einer hybriden Gründung muss der Konstrukteur schwarz auf weiß nachweisen, dass der Unterschied im Verhalten zwischen dem unverrückbaren Pfahlsystem und der elastischen Flachgründung innerhalb dieser engen Margen bleibt. Eine geotechnische Bodenuntersuchung gemäß der DIN EN ISO 22475-Serie ist hierbei keine Option, sondern eine rechtliche Notwendigkeit. Ohne detaillierte Sondierungen ist eine gültige Bemessung nach dem BBL schlichtweg unmöglich. Keine Daten bedeuten keine Genehmigung.

Der Gesetzgeber verlangt zudem, dass die gewählte Gründungsart keinen negativen Einfluss auf die Umgebung hat. Bei gemischten Systemen in innerstädtischen Gebieten, wo sich die Bodenspannungen durch die hybride Belastung lokal ändern können, ist Monitoring oft eine implizite Anforderung aus der geltenden Sorgfaltspflicht. Die Normen für Erschütterungsbelästigung und den Einfluss auf benachbarte Bebauung müssen jederzeit eingehalten werden. Eine konstruktive Trennung, die Dehnungsfuge, ist rechtlich gesehen oft die einzige Möglichkeit, die Leistungsanforderungen für Schadensbegrenzung zu erfüllen. Starre Kopplungen ohne Berechnung der Verformungen führen unweigerlich zu Haftungsfragen bei Schäden an der Gebäudehülle.

Die Gründungstechnik war lange Zeit eine Frage lokaler Erfahrung und Intuition. Man baute auf dem, was man vorfand. Erst mit den großflächigen Stadterweiterungen im späten 19. Jahrhundert wurde die Notwendigkeit einer hybriden Herangehensweise wirklich offensichtlich. Man stieß häufiger auf zugeschüttete Grachten oder heterogene Bodenschichten. Damals begann das Experimentieren. Ein Teil des Gebäudes auf der alten Stadtmauer, der Rest auf Holzpfählen. Die entstandenen Risse waren die ersten harten Lektionen in Sachen Steifigkeitsunterschiede.

Im Laufe des 20. Jahrhunderts verlagerte sich der Fokus von der reinen Tragfähigkeit auf das Verformungsverhalten. Die Einführung von Stahlbeton bot neue Möglichkeiten. Aber auch neue Risiken. Wo man früher akzeptierte, dass ein Gebäude „arbeitete“, forderten moderne Konstrukteure Kontrolle. Das Aufkommen der frühen DIN-Normen in den 1960er Jahren markierte einen Wendepunkt. Es wurde ein technisches Puzzle. Kein Rätselraten mehr am Baugrubenrand. Die Digitalisierung der Sondierungstechniken gegen Ende des letzten Jahrhunderts ermöglichte es dann, die Übergangszonen zwischen Flach- und Pfahlgründung auf den Millimeter genau zu berechnen. Eurocode 7 setzte hier 2010 den endgültigen rechtlichen Schlusspunkt. Sicherheit wurde eine rechnerische Pflicht.