Grundwasserbarriere

Die Realisierung einer Grundwasserbarriere beginnt in der Regel mit dem vertikalen Einbringen undurchlässiger Elemente in den Boden bis in eine wasserstauende Schicht wie Ton oder Pfropfenton. Ton ist hierbei essentiell. Bei Stahlspundwänden treibt ein Vibrator die Bohlen in den Boden, während in städtischen Gebieten oft vibrationsfreie Pressverfahren gewählt werden, um Schäden an Nachbargebäuden zu vermeiden. Die Schlösser zwischen den einzelnen Spundwandbohlen werden häufig vorab mit einem quellenden Dichtungsmittel versehen oder nachträglich mit Kunststoff verpresst, um die Wasserdichtigkeit zu gewährleisten.

Eine alternative Methode ist die Herstellung von Schlitzwänden. Hierbei gräbt eine Maschine einen tiefen Schlitz, der während des Grabvorgangs mit einer Bentonitsuspension gefüllt bleibt; diese Flüssigkeit verhindert das Einstürzen der Schlitzwände durch Aufbau eines Gegendrucks. Nach Erreichen der Zieltiefe wird die Bewehrung abgehängt und Beton eingebracht, wobei der Beton die leichtere Stützflüssigkeit von unten verdrängt. Das Ergebnis ist eine massive, bewehrte Wand, die sowohl Erddruck als auch Wasserdruck effektiv abhält.

Fehlt eine natürliche abdichtende Schicht in erreichbarer Tiefe, wird die Barriere horizontal vervollständigt. Injektionen mit Zementmörtel sind hierbei eine häufig verwendete Technik. Lange Injektionslanzen bringen unter hohem Druck ein Gemisch aus Zement und Wasser in die Sandschicht ein, wodurch die Poren zwischen den Sandkörnern gesättigt werden und zu einer undurchlässigen Masse aushärten. Auch Bodenvereisung kommt vor. Hierbei zirkuliert ein Kältemittel durch Rohre im Boden, bis der Boden ringsum vollständig gefroren ist, was eine temporäre, aber äußerst zuverlässige Barriere gegen eindringendes Grundwasser bildet.

Eine weniger bekannte, aber effektive Alternative ist die Zement-Bentonit-Wand, auch Gierwand genannt. Diese Wand ist rein funktional für die Wasserabdichtung gedacht. Man gräbt einen Schlitz und füllt ihn mit einem Gemisch, das zu einer zähen, undurchlässigen Masse aushärtet. Sie hat keine konstruktive Steifigkeit. Sie blockiert lediglich die Strömung. Dieser Typ wird oft bei Sanierungen eingesetzt, um die Ausbreitung von verunreinigtem Grundwasser über große Längen zu verhindern.

Düsenstrahlverfahren (Jet Grouting) funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip, verwenden jedoch Zementmasse unter hohem Druck. Man spricht hierbei oft von einer Düsenstrahlsohle (Jetgroutvloer). In Situationen, in denen chemische Injektionen unerwünscht sind oder der Boden zu komplex ist, bietet Bodenvereisung eine Lösung. Dies ist die Königsklasse unter den Barrieren. Äußerst zuverlässig. Kostspielig. Durch das Pumpen von Stickstoff oder Sole durch Bodenlanzen gefriert das vorhandene Grundwasser zu einer massiven Eiswand, die jede Strömung effektiv zum Stillstand bringt, bis die Kühlung stoppt.

Innerstädtischer Kellerbau

Stellen Sie sich eine Baugrube in einer belebten Innenstadt vor. Der Platz ist begrenzt. Direkt neben der Baugrube stehen historische Gebäude auf Holzpfählen. Hier ist eine Grundwasserbarriere aus vibrationsfrei gepressten Spundwänden unverzichtbar. Diese Wände verhindern, dass der Grundwasserspiegel außerhalb der Grube absinkt. Würde das passieren? Dann würden die Holzpfähle trockenfallen. Sie verrotten. Die Häuser sacken ab. In einem solchen Fall fungiert die Barriere als kritische Schutzmauer für die Umgebung.

Sanierung von Fabrikgeländen

Bei einer Bodensanierung einer alten Tankstelle oder einer chemischen Fabrik trifft man oft auf die Gierwand. Dies ist eine vertikale Barriere aus Zement und Bentonit. Man gräbt einen tiefen Schlitz um die verschmutzte Stelle und füllt ihn mit dem Gemisch. Es härtet zu einem undurchlässigen Vorhang aus. Das saubere Grundwasser fließt einfach daran vorbei, während die Verschmutzung sicher auf dem Gelände selbst eingeschlossen bleibt. Keine Ausbreitung. Kein Risiko für die umliegenden Wohngebiete.

Die künstliche Badewanne

Ein Bauunternehmer errichtet eine neue vertiefte Eisenbahnunterführung. Der Boden besteht aus einer metersdicken Schicht groben Sands. Es gibt keine abdichtende Tonschicht in der Nähe, in die die vertikalen Wände 'eingestochen' werden könnten. Um die Grube dennoch trocken zu bekommen, wird eine Düsenstrahlsohle eingebracht. Mit Injektionslanzen spritzt man unter hohem Druck Zementmörtel in den Sand. Dies bildet eine horizontale Platte tief unter der Geländeoberkante. Ein künstlicher Boden. Das Ergebnis ist eine vollständig wasserdichte Wanne, in der sicher gearbeitet werden kann, ohne dass das Grundwasser von unten in die Grube spritzt. Die Pumpen können abgeschaltet werden.

• Temporär: Eine Stahlspundwand für den Bau eines Abwasserpumpwerks.
• Permanent: Die bewehrten Schlitzwände einer unterirdischen Tiefgarage unter einem Grachtenhaus.
• Präventiv: Ein Sickerwasserschirm unter einem neuen Deich zur Vermeidung von Piping.

Der Boden ist kein Niemandsland. Wer eine Grundwasserbarriere errichtet, betritt unmittelbar den Bereich des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) und der Landeswassergesetze. Sorgfaltspflicht ist hier das Schlüsselwort. Ein rechtlich bindendes Prinzip, das den Initiator für nachteilige Auswirkungen auf die physische Umwelt verantwortlich macht. Man verändert schließlich das hydrologische Gleichgewicht. Die Vermeidung von Fundamentierungsschäden bei Nachbargebäuden durch einen veränderten Grundwasserstand ist dabei keine Option, sondern eine harte Anforderung.

Die Musterbauordnung (MBO) und die Landesbauordnungen (LBO) bilden das technische Fundament für jeden Eingriff. Darin steht, dass Konstruktionen, die Boden oder Wasser abhalten, strengen Regeln für die konstruktive Sicherheit entsprechen müssen. Für die Praxis bedeutet dies die Berechnung nach DIN EN 1997, auch Eurocode 7 genannt. Diese Norm schreibt vor, wie mit Grenzzuständen des Wasserdrucks und dem Risiko des hydraulischen Aufbruchs umzugehen ist. Um Versagensmechanismen wie 'Uplift' oder Piping. Für Stahlspundwände dienen oft die Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ureferinfassungen (EAU) als technischer Standard, der die gesetzlichen Anforderungen konkretisiert.

Wasserbehörden prüfen über ihre eigenen Wasserschutzgebietsverordnungen. Früher die Keur. Eine permanente Grundwasserbarriere kann die natürliche Strömung des phreatischen Wassers blockieren, was in vielen Gebieten genehmigungspflichtig ist. Die Regeln beschränken sich nicht nur auf die Festigkeit der Wand allein. Der Gesetzgeber verlangt, dass das Gesamtsystem aus Barriere und eventueller Wasserhaltung die Umgebung nicht nachteilig beeinflusst; eine wasserdichte Wanne für den einen darf schließlich nicht einen nassen Kriechkeller für den anderen bedeuten.

Früher war der Kampf gegen das Grundwasser vor allem ein Gefecht mit Holzschotten und Tonpfropfen. Unzuverlässiges Zeug. In der niederländischen Poldergeschichte bildeten hölzerne Spundwände die Grundlage für die ersten Kais, aber die begrenzte Lebensdauer über der Grundwasserlinie erzwang Innovation. Mit der industriellen Revolution kam Stahl ins Spiel; Tryggve Larssen patentierte Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts sein ikonisches Profil mit Schlossverbindung, eine Innovation, die den Weg für tiefere Baugruben und Hafenanlagen ebnete, die zuvor aufgrund des enormen Wasserdrucks schlicht undenkbar waren.

Die fünfziger und sechziger Jahre markierten den Aufstieg der Schlitzwandtechnik. Ingenieure suchten nach Möglichkeiten, vibrationsarm in historischen Stadtkernen zu arbeiten, wo die alten Fundamente jede Vibration verabscheuten. Die Einführung von Bentonitsuspension als Stützflüssigkeit war ein Gamechanger. Sie ermöglichte es, Schlitze bis zu mehreren zehn Metern Tiefe zu graben, ohne unmittelbare Einsturzgefahr der Schlitzwände. Später, in den achtziger Jahren, verlagerte sich das technische Augenmerk auf horizontale Barrieren. Das Abdichten der Unterseite einer Grube blieb lange ein riskantes Unterfangen mit wechselndem Ergebnis, bis chemische Injektionen und Düsenstrahlverfahren als zuverlässige Methoden Einzug hielten.

Heutzutage dient die Grundwasserbarriere nicht mehr nur der trockenen Baugrube. Seit den achtziger und neunziger Jahren fungiert sie zunehmend als umwelttechnisches Isolationsmittel. Der Fokus verschob sich von rein mechanischem Wasserabhalten auf die Beherrschung von Schadstofffahnen. Von temporärer Hilfskonstruktion zu einem integralen Bestandteil städtischer Wasserwirtschaft und Bodensanierung. Die Technik ist erwachsen geworden. Die Herausforderung liegt nun vor allem in der Genauigkeit der Ausführung und der Lebensdauer der verwendeten Dichtungsmaterialien.