Wer anderen eine Grube gräbt - Erdbau-Grundlagen

73. folge Unsere Serie für den Nachwuchs erläutert das wichtigste GaLaBau-Grundlagenwissen vom Abstecken bis zum Zaunbau: Diesmal geht es um das Thema Erdbau-Grundlagen.

Erdarbeiten? Alles klar! Schaufel (oder besser Bagger) her und los. Was gibt es denn da zu erzählen? Kein Thema, das mache ich doch jeden Tag auf der Baustelle. Das ist, sozusagen, "Azubi-Grundausbildung" im ersten Lehrjahr. Glaubt ihr? Dann schreibt doch einmal darüber einen Sachbericht. Seht ihr, da hört der Spaß auf.

Tatsächlich sind Erdarbeiten Grundlage jedes Bauprozesses im Außenbereich. In allen Branchen, ob Tief-, Straßen- oder Landschaftsbau, werden Erdarbeiten geplant und ausgeführt. Diese Erdarbeiten in unserem Tätigkeitsbereich werden unter Beachtung der ZTV E-StB 09 ("Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau"), der DIN 4124 (Baugruben und Gräben - Böschungen, Verbau, Arbeitsraumbreiten"), DIN 18915 ("Vegetationstechnik im Landschaftsbau - Bodenarbeiten") und der DIN 18920 ("Vegetationstechnik im Landschaftsbau - Schutz von Bäumen, Pflanzenbeständen und Vegetationsflächen bei Baumaßnahmen") durchgeführt.

Zum Umfang von Erdarbeiten gehören die Planung des gesamten Bauablaufes, die Planung des Geräteeinsatzes (Auf- und Abtrag, Transport und Verdichtung) und die eigentliche Erstellung des Baukörpers. Den Erdarbeiten gehen in der Regel Bodenerkundungen und Beurteilungen des Bodens mit allen seinen Eigenschaften voraus. Man unterscheidet zwischen zeitlich befristeten Bauwerken (wie Kabelgräben, Baugruben, Lagermieten usw.) und unbefristeten Bauwerken (Kanäle, Dämme usw.).

Arbeitsschritte bei der Durchführung von Erdarbeiten

Folgen von Erdarbeiten:

Bevor man mit Erdarbeiten beginnt, sollte man sich die sich daraus ergebenden Folgen vor Augen führen. Diese Arbeiten sind eine Eingriff in eine festgefügte Struktur und damit nicht unwesentlich verantwortlich für Stabilität und Statik von Bauwerken. Sie ziehen eine Gefügeveränderung gegenüber dem ursprünglichen Zustand nach sich. Dabei kann es sich um die Auflockerung, die Verdichtung oder sogar die Zerstörung des Bodengefüges handeln.

Ein weiterer wichtiger Aspekt den es zu berücksichtigen gilt ist der Umgang mit dem Bodenwasser. Leicht kann es durch mangelhafte Ableitung des Sickerwassers zu Staunässebildung kommen.

Neben der Veränderung des "Bodeninnenlebens", dem Gefüge, erfolgt durch Erdarbeiten eine Veränderung des "Bodendesigns", der Geländeform. Damit verbunden sind Veränderungen des Abflussverhaltens vom Oberflächenwasser (Abflussgeschwindigkeit, -richtung, Versickerungsmenge, Erosionsgefahr) und Veränderungen der Wasserverhältnisse im Boden (Grund- und Schichtenwasserabfluss).Nicht zuletzt verändern wir mit Erdarbeiten auch den ursprünglichen Schichtenaufbau des Bodens, wodurch auch Wasserverhältnisse im Boden (Zufluss von Sicker- und Grundwasser, Entstehung neuer Schichtwasserhorizonte) und die Eignung des Bodens für vegetationstechnische Zwecke beeinflusst werden.

Vorbereitungsarbeiten für einen geordneten Erdbau

Vorbereiten der Baustelle

Um eine Baustelle fachgerecht abarbeiten zu können, sollte man bei der Vorbereitung nicht an Sorgfalt sparen. Was sollte man beachten?

• Wie organisiere ich die Ver- und Entsorgung meiner Baustelle?
• Kommt man von der Baustelle gut ans öffentliche Wegenetz?
• Reicht meine Baustellenzufahrt aus?
• Woher beziehe ich Strom und einen Telefonanschluss für meine Baustelle? (Telefon, Strom usw.)
• Woher bekomme ich Wasser und wohin kann ich es ableiten? Habe ich Anschluss an einen Vorfluter?
• Wo befindet sich mein Erdlager und reicht es aus?
• Muss ich zusätzliche Flächen anmieten?
• Wo befindet sich die nächstgelegene Deponie?
• Besitze ich alle notwendigen Pläne für zu erwartende oberirdische und unterirdische Leitungen und sonstige Einbauten (alte Fundamente, archäologische Besonderheiten u. Ä.)?
• Wie erfolgt die Vermessung meiner Baustelle?
• Einmessen des Bauobjektes
• Festlegen und Bemessen der Lagerflächen
• Einmessen und Markieren der Baustraßen
• Welche Schutzmaßnahmen muss ich noch treffen?
• Schutzmaßnahmen für bestimmte Bereiche (Teichanlagen usw.) und Einzelobjekte (Statuen usw.) und technischen Bauteilen (Beleuchtungsanlagen o. Ä.)
• Schutz von vorhandener Vegetation auf der Baustelle und im angrenzenden Bauumfeld

Freimachen des Baufeldes

Sind alle erforderlichen Vorbereitungsarbeiten der Baustelle abgeschlossen, beginnt das Freiräumen des Baufeldes. Dabei wird, soweit vorhanden, der wiederverwertbare Aufwuchs gesichert, der vorhandene Oberboden abgetragen und auf den zur Verfügung stehenden Flächen gelagert. Dabei ist eine Zwischenbegrünung der Lagermieten zweckmäßig. Durch sie werden die Verunkrautung und die Bodenerosion verringert. Alles was das Baugeschehen jetzt noch stört (Schutt, Baureste, nicht verwertbare Vegetation, organische Substanz und ungeeignete Bodenarten) werden zur Deponie gebracht und entsorgt.

Bodenabtrag

Beim Abtrag von Boden muss darauf geachtet werden, dass beim Bearbeiten des Bodens die Sollhöhe nicht überschritten wird. Der Grund dafür ist, dass man bei Wiederanfüllen des zu viel abgetragenen Bodens nicht wieder die feste Verbindung des ursprünglichen Zustandes erreichen kann und somit die Bodenstabilität in Frage gestellt ist. Bei befristeten Bauwerken ist die Standsicherheit während der Bauzeit und bei unbefristeten Bauwerken auf Dauer zu gewährleisten.

Das Planum muss eine Befahrbarkeit und eine Weiterbearbeitung gewährleisten. Gewonnener Boden ist von Verunreinigungen frei zu halten und nicht mit anderen Böden zu vermischen, sofern es Anforderungen an einen Wiedereinbau nicht anders beschreiben. Bei Baustellenfunden, sei es archäologische Gegenstände oder gar Fundmunition, sind die Bauarbeiten einzustellen und die zuständigen Behörden zu benachrichtigen. Auf keinen Fall eigene Versuche in Form von Notgrabungen durchführen. Bei der 250-kg-Bombe aus dem Zweiten Weltkrieg könnte die Baugrube schneller fertig sein, als allen Beteiligten lieb ist - also Finger weg davon.

Abtragsarten:

Man unterscheidet zwischen zwei Abtragsarten - dem Kopf-oder Seitenabbau und dem Lagenabbau.

Beim Kopf- oder Seitenabbau erfolgt der Abbau in der vollen Reichweite des Abbaugerätes (Standbagger) in Tiefe und Höhe in einem Schritt. Es werden keine aufeinanderfolgenden Bodenschichten berücksichtigt. Die Folge daraus ist, dass Bodenarten vermischt werden, was beim Wiedereinbau beachtet werden muss. Die Richtung der Abtragsarbeiten erfolgt vom tiefsten Punkt gegen das geplante Längsgefälle des Erdplanums. Dabei wird das natürlich vorhandene Gefälle zur Wasserabfuhr genutzt. Wichtig: Die Fahrebene des Transportfahrzeuges ist gleichzeitig die Förderebene des Baggers - also die Bodenneigung beachten, damit keiner in die Grube fällt.

Beim Lagenabbau erfolgt ein lagenweiser Abbau des Bodens unter Berücksichtigung der vorhandenen Bodenschichten. Dadurch ist eine Trennung der einzelnen Bodenaren möglich. Ein Wiedereinbau kann ohne Zwischenlagerung in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Der Abtrag erfolgt vom höchsten Punkt mit dem natürlichen Gefälle. Als Abbaugeräte kommen Fahr- und Flachbagger, Radlader, Lade- und Planierraupen und Standbagger in Frage. Die Arbeitsebene ist für Löse- und Transportfahrzeuge die jeweils neue Ebene des Erdplanums.

Bodenauftrag

Die Vorbereitung des Auftragsplanums ist hier in der Regel nach Abtragen des Oberbodens und der Entfernung aller eventuellen Hindernisse (Findlinge, alte Fundamente o. Ä.) abgeschlossen. Schwierigkeiten kann es in Bereichen geben, die nicht ausreichend belastbar sind (z. B.Torflinsen) und bei denen ein Bodenaustausch durchgeführt werden muss. Bei Böden mit hohem Grundwasserstand und Schichtwassereintritt muss eine kapillarbrechende Schicht eingebracht werden.

Auftragsarten

Bei den Auftragsarten wird zwischen Kopf-oder Seitenschüttung und Lagenschüttung unterschieden.

Die Kopf-oder Seitenschüttung wird wegen der geringen Einbauqualität selten angewendet. Es erfolgt eine Entmischung des Bodens an der Schüttböschung (logisch, weil schwere und größere Bodenbrocken weiter rollen).

Bei der Lagenschüttung kann das Transportgerät den geschütteten von Flachbaggern verteilten und grob planierten Boden befahren. Dabei entsteht eine gute Vorverdichtung der geschütteten Fläche. Nachteilig ist hierbei der große Fahrwiederstand im frisch geschütteten Boden.

Das Transportgerät kann aber auch auf dem fertiggestellten Planum fahren. Dabei ist zwar der Fahrwiderstand recht gering, allerdings kommt es zu unliebsamen Zusatzverdichtungen durch Spurrinnenbildungen.

Was darf man nicht als Schüttgut verwenden?

• Beim Schüttmaterial darf auf keinen Fall gefrorener Boden verwendet werden. Die Stabilität des Bodens kann nicht gewährleistet werden.
• Das Größtkorn darf höchstens zwei Drittel der losen Schichthöhe betragen.

Bodentransport

Beim Transport von Böden unter Baustellenbedingungen unterscheidet man zwischen vier Transportverfahren.

• Gleisloser Transport: Dieser erfolgt auf Straßen- und Wegesystemen mittels Straßentransportfahrzeugen (Lkw) und während des Transportes auf der Baustelle auch manchmal mit geländegängigen Spezialfahrzeugen. Auf kurze Entfernungen wird durchaus auch der Radlader eingesetzt.
• Gleisgebundener Transport: Dieser ist nur auf speziellen Baustellen üblich. Hierbei erfolgt der Einsatz von Kleinbahnen mit Kipploren.
• Bandförderung.
• Spülverfahren: Diese spezielle Transportart wird in der Regel nur in der Ingenieurbiologie verwendet. Dabei kommen Schwimmbagger zum Einsatz.

Die Auswahlkriterien für die entsprechende Transportart sind zum einen wirtschaftliche Geschichtspunkte, wie zu transportierende Mengen und Zeitrahmen der Baustelle, als auch die auf der Baustelle vorgefundenen Bedingungen (Transportentfernung, Nutzung öffentlicher Straßen, Bodenart- und zustand usw.).

Bodenverdichtung

Die Ziele der Verdichtung des Bodens sind die Erhöhung der Tragfähigkeit und die Verringerung der Wasserdurchlässigkeit. Dabei erfolgen durch die Erhöhung der Dichte eine bessere Kräfteverteilung innerhalb des Bodens und eine erhöhte Scherfestigkeit. Seine Belastbarkeit und damit die Tragfähigkeit steigen. Geringes Porenvolumen verringert das Eindringen von Wasser in den Boden.

Bodenauflockerung

Jeder hat sicher schon einmal die Erfahrung gemacht und eine Grube ausgehoben und wieder verfüllt. Dabei wurde sicher auch festgestellt, dass der Kram den man raus geschaufelt hat nicht wieder reinpasst in das blöde Loch.

Bei der Auflockerung von Böden erfolgt eine Volumenzunahme. In der nachfolgenden Tabelle sind einige wenige Bodenarten und ihre prozentuale Zunahme an Volumen aufgezeigt:

Schutzmaßnahmen für das Erdplanum

Es dürfen bei der Erstellung eines Erdplanums keine Verdrückungen oder Behinderungen des Wasserabflusses auftreten. Das bedeutet für unsere Arbeiten auf der Baustelle:

• Sicherung der profilgerechten Lage,
• Sicherung des Wasserabflusses,
• Sicherung des Verdichtungsgrades,
• Sicherung der Tragfähigkeit und der Befahrbarkeit.

Die Einwirkungen auf das Planum sind vielseitig. Sie treten sowohl von oben (Witterung, Belastung) als auch von unten (Bodenart, Bodenzustand, Kapillarwasser, Sickerwasser, Frost) auf. Die Wirkungstiefe schwankt zwischen 20 cm bei Oberflächennähe und 50 cm in tieferen Regionen. Dadurch entstehen Verdrückungen, Erosionschäden, Aufweichungen, Auflockerungen und Hebungen.

Welche Schutzmaßnahmen sind möglich?

Die Wahl der Schutzmaßnahme ist abhängig von der geforderten Wirkung, von Bauablauf, Schutzdauer, Wirtschaftlichkeit, Objektgröße und vielem anderen mehr.

Schutzmaßnahmen gegen Einwirkungen von oben sind:

• Entwässerungsmaßnahmen aller Art,
• Einbau von Schutzschichten,
• Abdecken mit Kunststoffbahnen und Vliesen,
• Versiegelung mit bitumösen Bindemitteln,
• Aufbringen bestimmter Oberbauschichten,
• Baustraßen.
• Schutzmaßnahmen gegen Einwirkungen von unten sind:
• Nutzung geeigneter Bodenarten beim Einbau,
• Bodenverbesserung mit Bindemitteln,
• Bodenverfestigung mit Bindemitteln,
• Allseitiges Abdichten der oberen Bodenschicht.

Uwe Bienert