Gründung (Bauwesen)

Die Gründung bezeichnet im Bauwesen alle baulichen Maßnahmen und Konstruktionen am Übergang zwischen Bauwerk und Baugrund, welche der Übertragung der Bauwerkslasten in den Baugrund dienen. Der Begriff wird sowohl für die Baukonstruktion als solche (Gründungskörper), als auch für deren Herstellung (Gründungsverfahren) verwendet.

Bestandteil der Gründung ist einerseits das Fundament, das ist der Teil des Bauwerks, welcher mit dem Untergrund in Kontakt steht und zur Übertragung der Last in geeigneter Weise zu konstruieren ist. Damit andererseits die Last auch sicher aufgenommen werden kann, muss der Untergrund entsprechend vorbereitet werden, hierbei gibt es eine Vielzahl an Verfahren zur Bodenverbesserung.

Die wesentliche Herausforderung bei der Gründung besteht darin, dass die aus der Last des Bauwerks resultierende Kompression des Bodens nicht zu Nachteilen für das Bauwerk oder die Umgebung führen darf. Je nach Beschaffenheit des Baugrunds und Art des zu gründenden Bauwerks wird die Gründung dementsprechend auf ganz unterschiedliche Weise ausgeführt. Gründungen nahe der Oberfläche werden unter dem Begriff Flachgründung zusammengefasst, während tief in den Untergrund reichende Gründungen als Tiefgründung bezeichnet werden. Die Gründungssohle bezeichnet die Fläche, mit der das Fundament auf dem Baugrund aufliegt.

Gründungsarten

Historische Gründungen

Historische Gründungen unterscheiden sich von modernen Gründungen durch das verwendete Material, die Bauweise und die Auslastung. Als historisch gelten alle Gründungen vor 1920. Sie weisen in der Regel geringe Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit auf.

Holzgründungen

Die ursprünglichste Form zur Konstruktion von Häusern mit großen Dachflächen sind die Firstsäulen die ohne Schwellen oder Steinlagen direkt auf den (möglichst festen) Grund gestellt wurden.

Gründung mit einem Holzpfahlrost für starke Mauern (aus Handbuch der Holzkonstruktionen, Böhm, Springer 1911)

Gründungskonstruktionen aus Holz können aus Schwellen (waagerecht) und Pfählen (senkrecht) bestehen. Von der römischen Antike bis in das frühe 20. Jahrhundert war auf weichem Untergrund eine Schwellenrostgründung üblich, wobei mehrere Schwellen im Wandverlauf nebeneinander gelegt und durch kürzere Querschwellen verbunden werden. Nur an den Gebäudeecken waren die Schwellen kreuzweise übereinander gelegt. Die Zwischenräume verfüllte man mit Kies, Bauschutt oder Lehm, und darüber wurde zunächst unvermörteltes und oberhalb vermörteltes Mauerwerk gesetzt.

Steingründungen

Fundament und Wand aus großen Feldsteinen eines Schafstalls im Museumsdorf Cloppenburg

Man unterscheidet zwischen Streifenfundamenten („Banketten“), rechteckigen Punktfundamenten (etwa unter Säulen) und Flächenfundamenten, die bis zur Einführung des Stahlbetons als umgekehrte Gewölbe ausgeführt werden mussten. Steingründungen wurden zur Sohle hin durch Abtreppung des Mauerwerks verbreitert, um die Lastverteilung zu verbessern.

Steingründungen bestanden im unteren Bereich meist aus einer Packlage, indem Lagen aus größeren Steinen in den Zwischenräumen mit Schotter verfüllt wurden. Für die Packlage wurde bevorzugt dichtes Gestein verwendet, um den kapillaren Aufstieg der Bodenfeuchte zu unterbinden. Zusätzlich konnten oberhalb Sperrschichten aus Schieferplatten oder (ab etwa 1800) aus Teerpappe vorgesehen werden.

Moderne Gründungen

→ Hauptartikel: Fundament

Unter einer Flachgründung wird im Bauwesen eine Form der Gründung verstanden, bei der die Bauwerkslasten über horizontale Flächen in den Untergrund eingeleitet werden. Es werden dabei folgende Arten unterschieden: Einzelfundamente, Streifenfundamente, Bodenplatten und Wannen (als Variante der Bodenplatte). Als Baustoffe kommen dabei hauptsächlich Beton, Faserbeton und Stahlbeton zur Anwendung.

Tiefgründungen bestehen demgegenüber aus senkrechten Bauteilen, welche die Bauwerkslasten über Druck und teilweise auch Reibung in den Untergrund übertragen: Pfähle, Brunnen und Senkkästen, Schlitzwände, Fräswände, Hochdruckbodenvermörtelung. Als Baustoffe werden Holz, Beton, Stahl, Faserbeton, Stahlbeton und Mörtel verwendet.

Einzelfundamente für eine Lagerhalle aus Beton-Fertigteilen

Bauhandwerker betonieren eine Bodenplatte

Bei den Flachgründungen werden außerdem folgende Bauformen unterschieden:

• Punkt- oder Einzelfundamente werden in der Regel für einzelne Stützen oder isolierte Bauteile wie Schornsteine und ähnliches errichtet.
• Streifenfundamente sind in Deutschland am meisten verbreitet. Sie übernehmen die Lasten der auf ihnen errichteten tragenden Wände, während nichttragende Innenwände in der Regel direkt auf der Bodenplatte errichtet werden. Die genauen Maße und eine mögliche Bewehrung ergeben sich aus der Tragfähigkeit des Baugrundes und der Dimensionierung des Baukörpers. Die Fundamente werden oft in der Beton-Festigkeitsklasse C20/25 oder C25/30 ausgeführt.
• Plattenfundamente oder Sohlplatten werden eingesetzt, wenn Einzel- oder Streifenfundamente wegen des höheren Arbeitsaufwands nicht wirtschaftlich sind. Eine Fundamentplatte kann auch bei drückendem Wasser wirtschaftlicher sein, da sie einfacher abgedichtet werden kann. Zum Beispiel aus wasserunduchlässigem Beton. Eine Gründungsplatte ist stets an der Ober- und Unterseite bewehrt. Seitlich steht sie oft über die Außenkante der (Keller-)Wände vor. Vor dem Betonieren der Gründungsplatte wird auf dem Boden der Baugrube eine Sauberkeitsschicht aus Magerbeton und/oder eine feste PE-Folie eingebracht, damit die Bewehrung sich beim Betonieren nicht verschieben kann und der Beton sich nicht mit dem Baugrund vermischt. In letzter Zeit werden vor allem im Wohnhausbau vermehrt Gründungsplatten aus Stahlfaserbeton hergestellt. Der Vorteil ist die wesentlich einfachere Herstellung, dazu kommt der preisliche Vorteil gegenüber konventionellen Stahlbetonplatten.
• Kellerwannen sind erforderlich, wenn drückendes Wasser ansteht, d. h. bei einem möglichen Anstieg des Wasserstandes über die Fundamentsohle, z. B. in der Nähe von Gewässern oder bei sehr hohem Grundwasserpegel oder Schichtenwasser. Je nach Ausführung unterscheidet man zwischen weißen Wannen und schwarzen Wannen. Weiße Wannen werden aus wasserundurchlässigem Beton (WU-Beton) hergestellt. Bei schwarzen Wannen wird eine konventionelle Gründung von außen mittels Bitumen oder Bitumenbahnen abgedichtet. Bei Kellerwannen muss das aufgehende Gebäude in allen Bauzuständen ein ausreichendes Gewicht haben, damit die Wanne nicht aufschwimmt, oder es muss für eine rechtzeitige Flutung gesorgt werden. Das Fluten kann aber nur als Maßnahme im Notfall angesehen werden. Im Normalfall senkt man das Grundwasser soweit ab, dass in jedem Bauzustand eine ausreichende Auftriebssicherheit vorhanden ist. Ein prominentes Beispiel für einen Bauschaden, der auf Missachtung dieser Regel beruht, ist der Bonner Schürmann-Bau.
• Körperhafte Fundamente: Die Lastverteilung bei dieser Fundamentart erfolgt durch Druck.
• Biegesteife Fundamente: Die Lastverteilung bei dieser Fundamentart erfolgt durch Druck und Zug im Inneren des Fundamentes.

Planung und Ausführung

Vor der Ausführung eines Bauwerks werden die Gründungsverhältnisse ermittelt. Bei größeren Bauvorhaben wird ein Bodengutachten erstellt, welches insbesondere das Setzungsverhalten und die Tragfähigkeit des Baugrundes bewertet. Die Erkundung geschieht in der Regel durch Kernbohrungen, Rammversuche und Schürfung.

Um die Standsicherheit der Gründung langfristig zu gewährleisten, sind verschiedene Faktoren bei der Planung zu berücksichtigen:

• die Aufnahme von Schnee- und Eigenlast sowie von horizontalen Kräften aus Wind-, Wasser- oder Erddruck und Erschütterungen
• die zulässige Bodenpressung, um auftretende Setzungen auf ein unschädliches Maß zu begrenzen
• die Lastverteilung, um unterschiedliche Setzung verschiedener Gebäudeteile auf gegebenenfalls inhomogenem Untergrund zu vermeiden
• die Vermeidung der mit einem Frost-Tau-Wechsel verbundenen Hebungen und Senkungen oder der Umgang damit
• gegebenenfalls die Sicherung von unter der Erdoberfläche gelegenen Hohlräumen (Kellern) gegen Auftrieb durch Grund-, Sicker- oder Flutwasser
• die Dauerhaftigkeit der verwendeten Baustoffe unter wechselfeuchten Bedingungen

Die Gründungstiefe ist so zu wählen, dass keine Eigenbewegungen des Baugrunds durch Frosteinwirkungen oder Austrocknung (Schrumpfrisse) der oberen Bodenschichten zu erwarten ist. Die zu berücksichtigende Frosttiefe variiert mit dem örtlichen Klima, wird in Deutschland nach DIN 1054 aber mit mindestens 80 cm angenommen.

Sofern sich die Gründungsfläche unter der Erdoberfläche befindet, wird eine Baugrube ausgehoben. Ab einer bestimmten Tiefe muss neben der Gründungsfläche Platz für den Arbeitsraum vorgesehen werden. Eine nicht verbaute Baugrube schließt ringsum mit einer Böschung ab, während eine verbaute Baugrube durch eine Trägerbohlwand, Spundwand oder ähnliche Maßnahmen gegen abrutschendes Erdreich gesichert wird. Der Arbeitsraum wird nach Fertigstellung der Fundamentierung und des Kellers wieder verfüllt.

Tragverhalten von Gründungsplatten

Oben ist der Momentenverlauf in einer Stahlbetonbodenplatte abgebildet. Von der Mitte des Feldes bis zur Stütze fällt das Drehmoment zunächst auf Null ab, um dann mit umgekehrtem Vorzeichen wieder stark anzusteigen. In der Mitte ist der Aufbau des Fundaments schematisch dargestellt. Darunter ist der (stark vereinfachte) Verlauf der sich einstellenden Bodenpressung in Form einer nach oben gerichteten Flächenlast dargestellt. Ganz unten folgt schließlich der Graph des Verlaufs der Querkraft (bzw. der Scherspannung). Da sowohl das Moment wie auch die Querkraft im Fundament unterhalb der Stützen am höchsten sind, wird das Fundament dort stärker ausgeführt.

Bauwerkslasten abtragende Bodenplatten werden im Regelfall in Stahlbeton hergestellt. Ohne den Einsatz von Betonstahl weisen Einzelfundamente einen Lastausbreitungswinkel von etwa 45 Grad auf. Um hohe Lasten in den Baugrund einzutragen, sind somit entsprechend große Fundamenthöhen notwendig, um die Grenzspannung des Bodens nicht zu überschreiten. Im Unterschied zu unbewehrten Fundamenten können bewehrte Bodenplatten auf Biegung beansprucht werden. Dadurch können Auflasten mit relativ dünnen Bauteildicken über große Flächen verteilt und somit die Spannungen auf den Boden reduziert werden. Die Bodenplatte wirkt dabei wie eine umgekehrte Decke, und die statische Bewehrung wird im Feld auf der Oberseite angeordnet und unter den Lastangriffspunkten an der Unterseite. Moderne Industriebauten weisen wegen ihrer überwiegend aus Stützen bestehenden Tragstruktur hohe Einzellasten auf. Die Bewehrung unter den Stützen in der Bodenplatte ist deshalb oft sehr dicht, und häufig wird Bewehrungsstahl in mehreren Lagen mit Durchmessern bis zu 30 mm eingesetzt. Überschreiten die Quer- und Durchstanzkräfte in Auflagernähe den Plattentragwiderstand, muss entweder eine entsprechende Bewehrung, meist vertikale Bügel, angeordnet oder die Plattendicke lokal erhöht werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird dabei überwiegend letzteres Mittel gewählt.

Eine wesentliche Vereinfachung des Gesamtsystems entsteht mit der Verwendung von Stahlfaserbeton, der auch die Lasten von Wänden und Säulen aufnehmen kann. Auch wasserdichte Anschlüsse sind mit dieser Bauart durchführbar, sofern keine unzulässig breiten Risse auftreten.

Weitere Details

Unter der Bodenplatte wird in der Regel noch der Frostkoffer, eine kapillarbrechende Schicht, eingebaut. Von unten aufsteigende Feuchtigkeit kann somit nicht bis zur Bodenplatte vordringen. Dabei ist jedoch der Dampfdruck zu beachten, der durch diese Schichten bis zur Unterkante der Bodenplatte als Lastfall ansteht und somit auch eine Bodenplatte durchfeuchtet. Dieser Lastfall wird zum Problem, wenn Kellerräume zu Wohnzwecken genutzt werden. Entsprechende Planungsanforderung an die Qualität der Bodenplatte und deren weiteren Fußbodenaufbauten sind zu beachten.

In die Bodenplatte werden außerdem Fundamenterder eingebracht, die für die gesamte Elektroinstallation als Potentialausgleich dienen.

Thermo-Bodenplatten

Man kann unter die Fundamentplatte dauerhaft druckfeste Dämmstoffplatten oder eine Schaumglasschotterlage verlegen. Diese Dämmstoffe müssen jeweils entsprechend druckfest und eventuell dauerhaft den Lastfall drückendes und nichtdrückendes Grundwasser für die gesamte Lebensdauer des Gebäudes überstehen. Um Wärmebrücken bei Fundamenten auszuschließen, muss diese Schicht bis über die Außenkanten der Bodenplatten geführt werden. Nach dem Einbau wird die Glasschotterschicht mit Rüttelplatten vorsichtig komprimiert. Wärmebrücken entstehen dann keine, wenn die Vorderkante der Sohle bis zur Glasschotterschicht gedämmt wird. Ungedämmte Fundamente, auf denen die nur zwischen den Fundamenten gedämmte Bodenplatte aufliegt, stellen eine vermeidbare Wärmebrücke dar, die aufgrund der Gesamtlänge einen erheblichen Umfang einnimmt. Auch wenn diese aufgrund der Möglichkeit zur bilanzierten Betrachtung des Wärmeschutznachweises rechnerisch zur Einhaltung der EnEV führen können, stellen sie doch einen Verstoß gegen den Grundsatz zur Vermeidung von Wärmebrücken dar. In jedem Fall muss hier die Taupunktberechnung erfolgen, damit die Oberflächentemperatur nicht zu Tauwasser innerhalb des Fußpunktes der Außenwände auf der Bodenplatte führt.

Derzeit (2011) werden zur Lastabtragung 20–40 cm dicke Stahlbetonplatten geplant. Die exakte Dicke muss der Tragwerksplaner in Zusammenarbeit mit einem Geologen berechnen. Wenn eine Gründungsplatte hergestellt wird, kann man auf einen Estrich im Keller verzichten, hat dann allerdings keine Möglichkeit, den Einbau einer Dampfbremse als obere Abdichtung vorzusehen. Solche Lösungen können daher nicht für Wohnräume als geeignet angesehen werden, insbesondere wenn dort weitere Bodenaufbauten wie zum Beispiel Parkettböden direkt auf dem Betonboden aufgebracht werden würden.

Estriche benötigen rund sechs Wochen zur Trocknung. Zement-Estrich und Stahlbetonplatten erreichen die vorgesehene Festigkeit nach 28 Tagen. Fußbodenheizungen lassen sich auch als Betonkerntemperierung ausführen, wenn auf die Möglichkeit einer schnellen Anpassung der Temperatur verzichtet werden kann. Zur rissfreien Ausführung sind gegebenenfalls zusätzliche Dehnungsfugen nötig. Wird die Bodenplatte zur Temperierung des Gebäudes genutzt, muss die umlaufende Wärmedämmung besonders sorgfältig ausgeführt werden.

Wird die Bodenplatte direkt mit einer Fußbodenheizung ausgestattet (Schwedenplatte) ist der Schallschutz zwischen Räumen nicht mehr gewährleistet, da die Reduktion des Flankenschalls über den Boden nicht mehr gewährleistet ist. Dieses ist nur für den privaten Eigengebrauch zulässig. Für Verkauf oder Vermietung stellt es einen nicht unwesentlichen Mangel dar.

Die senkrechten Außenflächen von Bodenplatten oder die von Kellern („Keller-Außenwände“) werden heute gemäß Energieeinsparverordnung mit einer Perimeterdämmung gedämmt.

Siehe auch

• Gründung von Offshore-Windenergieanlagen
• Stereobat und Krepis – Gründung und Basis eines antiken, griechischen Tempels

Literatur

• Grundbau-Taschenbuch / Ulrich Smoltczyk (Hrsg. und Schriftl.); Teil 3: Gründungen und geotechnische Bauwerke. / Karl Josef Witt (Hrsg.). 8. Aufl., Ernst, Berlin [2018], ISBN 978-3-433-60732-9.