Tiefgaragen. Leitfaden

In der Regel wird die im CUR 166 beschriebene Methodik angewandt. Es werden 13 Schritte identifiziert:

1. Ermittlung der normativen Bemessungsregeln und Vorschriften,
2. Ermittlung der charakteristischen Werte der Parameter,
3. Ermittlung der Bemessungswerte der Parameter,
4. Auswahl des Berechnungsschemas A oder B,
5. Berechnung der Mindesteindringtiefe,
6. Bemessung der Spundwandkonstruktion (Berechnungen),
7. Prüfung der Biegemomente,
8. Prüfung der Schub- und Normalkräfte,
9. Prüfung der Anker- und Strebenkräfte,
10. Prüfung der Verformungen,
11. Prüfung anderer Versagensmechanismen,
12. Prüfung der konstruktiven Aspekte,
13. Prüfung der getroffenen Entscheidungen.

Die Bestimmung der Mindesteindringtiefe (Schritt 5) kann durch einfache Berechnungen (manuell oder mit Tabellenkalkulationen) ermittelt werden, aber für die Bemessungsberechnungen (Schritt 6) sind mehrere Variationen der Bodenschichten und des Wasserspiegels sowie der Bodensteifigkeit erforderlich. 

Die Berechnungen sind in NEN 9997 (Tabelle 9d) vorgeschrieben. 

Es ist möglich, Vertikallasten von den Böden und dem Dach auf die Spundbohlen zu übertragen (siehe Kapitel 1.7). 

Das Spundwandprofil muss für die verschiedenen im Code angegebenen Grenzzustände überprüft werden. Diese Nachweise basieren auf der Bemessung der Teilsicherheitsbeiwerte: 

• im Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) werden die globale und lokale Festigkeit, die Ermüdung und das Beulen überprüft,
• die Verschiebungen/Verformungen werden im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (SLS) überprüft. 

Bei der Wahl einer Lösung müssen Aspekte der Planung, der Rammbarkeit und der Dauerhaftigkeit berücksichtigt werden. Dies erfolgt auf der Grundlage der europäischen Normen DIN EN 1993-5 und DIN EN 12063. Da es sich um eine komplexe Aufgabe handelt, sollte sie von erfahrenen Ingenieuren durchgeführt werden.

Stahlgüten

Die Materialeigenschaften sind in DIN EN 10248 genormt. 

Die in den Niederlanden am häufigsten verwendete Stahlgüte ist S 355 GP (mit einer Streckgrenze von 355 MPa). Allerdings kann eine höherwertige Stahlsorte wie S 430 GP sehr viel effizienter sein, wenn Durchbiegung, (lokales) Beulen und Ermüdung für die Konstruktion nicht ausschlaggebend sind. 

Höherwertige Stahlsorten können den Profilwiderstand um bis zu 30 % erhöhen (Werksangabe S 460 AP gegenüber S 355 GP).

Optimierung der Lösung

Die wichtigsten Parameter, die bei der Wahl der optimalen Lösung zu berücksichtigen sind, sind das Widerstandsmoment, die Stahlgüte, die Korrosionszonen, die Rammbarkeit, die Dauerhaftigkeit und die Nachhaltigkeit.

Im Allgemeinen sind leichtere Spundbohlen mit hoher Streckgrenze am kostengünstigsten. 

Der leichte Kostenanstieg bei höherwertigen Stahlsorten wird durch die Gewichtseinsparungen bei der Spundbohle bei weitem ausgeglichen.

Design-Software

Niederländische Bemessungsregeln werden in Auslegungsprogrammen wie D-Sheet und Technosoft umgesetzt. Anspruchsvollere Finite-Elemente-Programme (wie Plaxis und Diana) verfügen nicht über integrierte Auslegungsberechnungen gemäß NEN 9997 und sind für den anfänglichen Bemessungsprozess weniger geeignet. D-Sheet ist die am weitesten verbreitete Design-Software in den Niederlanden. ArcelorMittal hat ein kostenloses Softwareprogramm Durability entwickelt, das kostenlos von der Website heruntergeladen werden kann, um die Auswahl einer Spundwand auf der Grundlage der DIN EN 1993-5 zu vereinfachen.

Stahlgüten

Technische Aspekte

Design-Software

Die zulässige Durchbiegung der Wand hängt von den zulässigen Verformungen und Setzungen in der Nähe der Baugrube ab. CUR 166 nennt als Beispiel die zulässige Biegung einer dauerhaften Spundwand (in der Ansicht) bei 1/200 der maximalen Höhe, die in allen Bauphasen erreicht werden soll, mit einem Maximum von 50 mm. Diese Anforderung wird normalerweise von der niederländischen Rijkswaterstaat verwendet. 

Eines der kritischen Bemessungskriterien sind die durch Wandverformung verursachten Setzungen, insbesondere in städtischen Gebieten, in denen die Gebäude bereits einer gewissen Verformung unterworfen sind. Aus den Analysen kann ein Schätzwert für die zu erwartenden Verformungen infolge der Einbringung und des Betriebs von Stahlspundbohlen ermittelt werden. 

Bei der Festlegung der Gesamtverformungen sind jedoch auch andere (ermöglichende) Arbeiten zu berücksichtigen, die der Einbringung von Stahlspundbohlen vorausgehen, wie z. B. die Umverlegung von Kabeln und Abwasserleitungen. Für diese Arbeiten können Gräben erforderlich sein, die nur selten mit geeigneten Maßnahmen zur Begrenzung der Bodenverformung versehen sind. Es ist üblich, dass diese Arbeiten bereits einen erheblichen Teil der maximal zulässigen Verformung auslösen. 

Eine in den Niederlanden angewandte Methode zur Bestimmung möglicher Schäden an Gebäuden ist die Limiting Tensile Strain Method (LTSM), eine analytische Methode, die auf Beobachtungen basiert, um den Grad möglicher Setzungsschäden an Gebäuden vorherzusagen. Bei dieser Methode wird davon ausgegangen, dass die differenziellen Bodenbewegungen vollständig auf das angrenzende Gebäude übertragen werden, wobei die Boden-Bauwerk-Interaktionseffekte vernachlässigt werden. Es kann als einfaches Werkzeug für eine schnelle Schadensklassifizierung auf der Grundlage des Gebäudetyps, der Geometrie und der Merkmale der Baugrube verwendet werden. Die Methodik wurde ursprünglich für Tunnel abgeleitet und für Baugruben und damit auch für Spundwände, die als Teil des dauerhaften Bauwerks verwendet werden, angepasst. Die Methode eignet sich besonders für Mauerwerkskonstruktionen und in etwas geringerem Maße für Fachwerke.

Beschichtungen

Beschichtungen können aus Gründen der Dauerhaftigkeit verwendet werden, aber am häufigsten werden sie bei Tiefgaragen aufgetragen, um den ästhetischen Aspekt der Wand zu verbessern. 

Beschichtungen werden in der Regel im Werk oder nach dem Eintreiben der Spundbohlen in den Boden aufgetragen. Der Vorteil des Auftragens der Beschichtung in der Werkstatt liegt in der Qualität, da die Beschichtung unter vollständig kontrollierten Bedingungen erfolgt. Der Nachteil liegt in der Beschädigung während des Transports und des Einbringens. Reparaturarbeiten nach der Installation sollten in den Ausschreibungsunterlagen vorgesehen werden.

Es wird empfohlen, ein auf DIN EN ISO 12944 basierendes System zu verwenden. Es gibt mehrere Systeme mit einer Nutzungsdauer von 15 bis 20 Jahren, aber kein Hersteller gibt eine Garantie von mehr als 7 Jahren. 

In der Regel wird ein 2- oder 3-Schicht-System verwendet, das aus einer Grundierung (60 bis 70 μm), einer Zwischenschicht (150 μm) und einer Deckschicht (150 μm Epoxid oder Polyurethan) besteht.

Für Tiefgaragen gibt es keine spezielle Brandschutzverordnung. Sie muss dem Bouwbesluit (Baubeschluss) entsprechen. Für ein Parkhaus gilt in den meisten Fällen eine Brandschutzanforderung von 60 Minuten für die Haupttragkonstruktion. Der Bemessungsbrand folgt im Prinzip der „Standard”-Brandkurve, aber auch der „natürliche Brand” wird häufig verwendet. Letzteres ist realistischer, wenn die Tiefgarage mit einer geeigneten Brandmelde- und Sprinkleranlage ausgestattet ist.

Die niederländischen Empfehlungen Richtlijnen Ontwerp Kunstwerken (ROK, Revision 1.4) gelten für alle Bauwerke des Rijkswaterstaates, aber nicht per Definition für andere Stellen. Bezüglich der Bemessung von dauerhaften Stahlspundbohlen heißt es (freie Übersetzung eines Auszugs aus der ROK):

_{Temperaturanforderungen an Stahlspundbohlen:} 

_{Bei der Verwendung von dauerhaften Stahlspundwänden muss nachgewiesen werden, dass die Konstruktion nach dem Auftreten eines Brandes gemäß der vorgeschriebenen Brandkurve vollständig repariert werden kann. Bei Stahlspundwänden gilt diese Anforderung als erfüllt, wenn rechnerisch oder durch Versuche nachgewiesen wird, dass die Temperatur in der Spundwand unter 250 °C bleibt. Wenn nachgewiesen wird, dass die dauerhaften zusätzlichen Verformungen infolge von Temperaturerhöhungen das ästhetische Erscheinungsbild (einschließlich der Ebenheit), die Gebrauchstauglichkeit und die Sicherheit des Bauwerks und der Umgebung nach dem Brand nicht beeinträchtigen, ist eine Höchsttemperatur von 400 °C zulässig.}

Es ist zu beachten, dass laut dem TNO-Bericht „Exploratory research into the cooling effect of groundwater on steel sheet piles” (Sondierungsforschung zur kühlenden Wirkung des Grundwassers auf Stahlspundbohlen) das Vorhandensein von Sand und/oder Ton die Annahme einer kühlenden Wirkung des Grundwassers hinter der Spundbohle nicht zulässt. Außerdem tritt nach NEN-EN 1993-1-2, Tabelle 3.1, ein signifikanter Verlust des Widerstands von Stahl über 400 °C auf. Es gibt mehrere Bemessungsansätze für den Brandlastfall. Die ISO-Standardbrandkurve ist nach Ansicht von ArcelorMittal zu konservativ, und wir schlagen vor, eine natürliche Brandkurve zu verwenden, die auf der Grundlage vereinfachter, aber realistischer Annahmen bewertet werden kann. Die Form, das Volumen und die Belüftung des Bauwerks sowie die Menge an brennbaren Materialien (Gegenständen) im Inneren des Gebäudes bestimmen die Form der natürlichen Brandkurve. Falls blanke Spundbohlen dem Brandlastfall nicht standhalten können, bestehen Lösungen zur Erhöhung der Feuerbeständigkeit darin, die Stahloberfläche vor dem Erreichen hoher Temperaturen zu schützen, z. B. durch Abdeckung der Oberfläche mit einer Betonoberfläche, mit Dämmplatten und/oder Brandschutzplatten, mit Isolierbeschichtungen oder mit Mauerwerk. Weitere Einzelheiten finden Sie in der ArcelorMittal-Broschüre zum Brandschutzkonzept und in Abbildung 3.

Der Leitfaden enthält zwei grundlegende Beispiele mit Standardschnitten:
• Tiefgarage mit zwei Ebenen in lehmigen und sandigen Schichten mit hohem Grundwasserspiegel,
• Tiefgarage mit drei Ebenen in sandigen Schichten.

Es wurden zwei Einbringverfahren in Betracht gezogen: Aushub im Trockenen und Aushub im Nassen (mit einer unter Wasser gegossenen Betonsohlplatte). Weitere Einzelheiten zu den Ausführungsphasen finden Sie im Leitfaden.

Einbringung von Spundbohlen

Sie können durch Rammen, Rütteln oder Pressen eingebracht werden, wahlweise kombiniert mit Wasserstrahlen und/oder Vorbohren. Die Auswahl der am besten geeigneten Methode hängt von den Bodenparametern, der Art und den Eigenschaften der Spundbohlen, der erforderlichen Tiefe der Wand, den Anforderungen in Bezug auf Erschütterungen, Lärm und Verformungen, dem verfügbaren Bauraum für das Einbringen der Spundbohlen einschließlich des Kopfraums ab. ....

Bei der Wahl des Geräts sind die Transportwege zum Standort der Tiefgarage zu berücksichtigen, insbesondere bei beengten Verhältnissen in alten Stadtzentren. 

Für das Einbringen von Stahlspundbohlen in einer städtischen Umgebung sind Hochfrequenz-Vibrationsrammen, vorzugsweise mit variablen Momenten zur Verringerung des Risikos von Bodenresonanzen, und Spundwandpressen die gängigste Technik.

Erschütterungen

Vibrationsrammung führt ebenso wie Schlagrammung unweigerlich zu Erschütterungen im Boden. In benachbarten Gebäuden können einige Arten von Erschütterungen von den Bewohnern als unangenehm empfunden werden. Die Erschütterungen können zu Bodenverformungen führen, die Schäden an Straßenbelägen, (dauerhafte) architektonische oder strukturelle Schäden an Gebäuden und unterirdischen Versorgungsleitungen verursachen. In Fällen, in denen die Vibrationswerte als inakzeptabel erachtet werden, ist die Umstellung auf Pressgeräte die bevorzugte Einbringoption, auch wenn das Pressen teurer und nicht so schnell ist.

Die SBR-Trillingsrichtlijn A: Schade aan bouwwerken 2017 (auf Niederländisch) erörtert Vibrationsmessungen an Bauwerken und die Verarbeitung und Bewertung der Ergebnisse.

Hindernisse im Boden, die in dichten städtischen Gebieten häufig vorkommen, können einen sofortigen Anstieg der Erschütterungen in der Umgebung verursachen.

Lärm

Lärm kann auch von den Anwohnern als unangenehm empfunden werden. Die Verwendung spezieller Schalldämpfungssysteme an der Rammausrüstung kann die Ausbreitung des Lärms über die Luft verringern. Obwohl Vibrationshämmer in regelmäßigen Abständen einen höheren Geräuschpegel erzeugen können, sind sie vorzuziehen, da das Einbringen der Wand schneller erfolgen kann und somit die Belästigung während eines kürzeren Zeitraums auftritt. 

In der Nähe von Krankenhäusern und Gebäuden mit empfindlicheren Bewohnern, wie z. B. Gesundheitszentren für Senioren, sollte jedoch das Pressen bevorzugt werden.

Temporäre Stützen

Wenn es die Geometrie des Grundrisses zulässt, werden vorzugsweise temporäre Streben verwendet, die später während der Errichtung des Parkdecks entfernt werden können, so dass die Decks die Lasten der temporären Stützen übernehmen. Anker sind die Alternative zu Streben; sie können eine temporäre oder eine dauerhafte Funktion haben. 

Anker können auch bevorzugt werden, wenn die Geometrie (Grundfläche) der Einrichtung keine Streben zulässt.

Beachten Sie, dass die Verwendung von (dauerhaften) Ankern aufgrund von Eigentumsrechten eingeschränkt sein kann. Es wird empfohlen, keine Anker im Boden zu belassen, wenn sie über die Grundstücksgrenze hinausragen.

Wasserdichtigkeit

Dichtungsmaßnahmen für die Schlösser können verwendet werden, um das Eindringen von Wasser durch die Schlösser während der Bauzeit zu reduzieren und das Verschweißen der freien Schlösser nach dem Einbringen zu vereinfachen. 

Falls das Dichtschweißen gewählt wird, können Z-Doppelbohlen mit einem gemeinsamen Schloss geliefert werden, das im Werk dichtgeschweißt wird.

Bauzeit

Stahlspundbohlen können sehr schnell mit Vibrationshämmern eingebracht werden (abhängig vom Boden). Müssen die Spundbohlen mit einer hydraulischen Presse eingebracht werden, ist die Einbringzeit zwar länger, aber immer noch schneller als bei den meisten alternativen Stützkonstruktionen.

Verformungsüberwachung

Die Verformung der Spundwände sollte entweder durch automatische oder manuelle Systeme überwacht werden. Darüber hinaus können Oberflächeninspektionen am Umfang der Tiefgarage auf problematische Bereiche hinweisen, in denen zu große Verformungen auftreten können.

Kosten (zu Budgetierungszwecken)

Die Kosten für eine dauerhafte Stahlspundwand mit einer Länge von 15 m, die bis zur erforderlichen Tiefe gerammt wird, variieren zwischen 90 und 140 €/m² (Einbringung mit einem Vibrationshammer). 

Wird eine Spundwandpresse verwendet, betragen die geschätzten zusätzlichen Kosten 35 bis 70 €/m². 

Für längere Spundwände betragen die geschätzten zusätzlichen Kosten 12 bis 25 €/m².

In diesen Kostenangaben sind Anker und/oder Streben, Beschichtungen, Dichtungsmaßnahmen usw. nicht enthalten. 

Es handelt sich hierbei nur um eine Spanne, die je nach Boden- und Grundwasserverhältnissen erheblich variieren kann. 

Diese Kosten berücksichtigen weder Wartungs- und Rückbaukosten noch Vorteile durch Wiederverwendung oder Recycling nach der Nutzungsdauer.

Die Umweltkosten sind unter dem Gesichtspunkt der sozialen Verantwortung von Unternehmen relevant und werden zunehmend als Teil der Auswahlkriterien für die Auftragsvergabe akzeptiert. 

Das Aanbestedingswet (Gesetz über das öffentliche Beschaffungswesen) gilt für alle öffentlichen Einrichtungen in den Niederlanden. 

In der Fassung von 2012 des Gesetzes über das öffentliche Beschaffungswesen wurde die Möglichkeit hinzugefügt, den Zuschlag auf der Grundlage der „niedrigsten Kosten, die basierend auf der Kosteneffizienz, z. B. der Lebenszykluskosten, berechnet werden” zu erteilen. Zwei weitere Zuschlagskriterien blieben unverändert: das beste Preis-Leistungs-Verhältnis und der niedrigste Preis. 

Das Gesetz über das öffentliche Beschaffungswesen von 2012 definiert daher die Lebenszykluskosten (LCC) wie folgt: 

• Kosten, die vom öffentlichen Auftraggeber oder anderen Nutzern getragen werden, wie z. B. Anschaffungs-, Betriebs-, Wartungs- und Entsorgungskosten,
• Kosten, die externen Umwelteinflüssen im Zusammenhang mit dem Produkt, der Dienstleistung oder der Arbeit während des Lebenszyklus zugeschrieben werden, sofern ihr Geldwert bestimmt und kontrolliert werden kann.

Projekte, die nach dem Gesetz über das öffentliche Beschaffungswesen ausgeschrieben werden, können eine Umweltkostenprüfung beinhalten. Ob dies tatsächlich erforderlich ist, hängt von der Organisation ab, die die Auswahlkriterien festlegt.

Im Folgenden finden Sie eine nicht erschöpfende Auflistung möglicher Vergabekriterien:

• (Bau-)Prozess,
• Leistung / Qualität,
• Service,
• Funktionalität,
• Technik,
• Ästhetik / Erfahrungswert,
• Soziales,
• Nutzung,
• Nachhaltigkeit,
• Rentabilität,
• Nutzungsdauer,
• Sekundärinvestitionen,
• Kosten.

Die Interpretation dieser Kriterien kann jedoch recht abstrakt und subjektiv sein.

Stahlspundwände sind die nachhaltigste Alternative für Tiefgaragen mit 1 bis 4 Ebenen unter der Erde in den Niederlanden: typisch niederländische weiche Bodenverhältnisse, hoher Grundwasserspiegel und die langjährige Erfahrung der niederländischen Rammunternehmen. Die effizienteste Lösung ist die Verwendung von Spundwänden sowohl für den temporären als auch für den dauerhaften Einsatz. Außerdem können Spundbohlen Vertikallasten auf den Boden übertragen und so als Stützwand und Gründung fungieren, wodurch sich die Anzahl der Stützen in den Umfassungswänden verringert. Als Ausführungsmethoden kommen die klassische Bottom-up-Methode und die einzigartige Top-down-Methode in Betracht.

Im Allgemeinen sind Stahlspundbohlen im Vergleich zu alternativen Lösungen bis zu 50 % günstiger und die Ausführung der Stützwand ist bis zu 2-mal schneller. 

In Stadtzentren liegt ein zusätzlicher Vorteil von Stahlspundbohlen gegenüber alternativen Lösungen in der geringeren Anzahl von Lastwagen, die das Material an die Baustelle liefern, sowie im geringen Platzbedarf für die Lagerung und die Einbringung: weniger Verkehrsbehinderungen, geringere Störung der Anwohner.

a) Tiefgarage De Prins, Breda 

Die Tiefgarage De Prins ist Teil eines größeren Projekts, das auch Büros und Wohnungen umfasst. Die Anlage ist vollständig unterirdisch und besteht aus 2 Parkebenen mit einer Fläche von jeweils 6.400 m². Die wahrgenommene Sicherheit der Tiefgarage wurde durch die Realisierung eines Tageslichtzugangs entlang der Grenzen der Anlage verbessert. 

b) Markt-Garage in der Nähe des Koepoort, Delft 

Die Tiefgarage befindet sich in der Nähe des historischen Zentrums der Stadt Delft, hat 2 Ebenen und eine Kapazität von 367 Autos. Der Platzmangel im Eingangsbereich stellte die Konstrukteure vor einige Herausforderungen. Das Ergebnis ist eine Lösung, bei der die einfahrenden und ausfahrenden Fahrzeuge eine kontinuierlich gebogene Rampe benutzen. Auf der Anlage befinden sich 15 kleine Häuser mit Gärten, eine öffentliche Straße (Klasse 45) und einige Fahrradwege. 

c) Mehrfamilienhäuser, Leyweg, Den Haag

Im Rahmen der Entwicklung mehrerer Mehrfamilienhäuser wurde am Leyweg in Den Haag eine Tiefgarage gebaut. 

Die Tiefgarage wurde nach dem Polderprinzip gebaut: Die Spundbohlen für den Aushub bleiben im Boden und durchdringen eine tiefer liegende Tonschicht. Der Grundwasserspiegel wird durch ständiges Abpumpen reguliert, so dass die unterste Ebene des Kellers nicht mit einer wasserdichten Sohlplatte abgedichtet werden muss, was kosteneffizient ist.

d) Tiefgarage, Markthal, Rotterdam 

Die Tiefgarage unter der Markthal in Rotterdam verfügt über 1.100 Stellplätze und wurde als dauerhaftes Bauwerk errichtet. Die Baugrube ist mit Stahlblechen und Rohrpfählen zur Wasser- und Bodenrückhaltung ausgestattet. Betonträger dienen als Streben und die untere Etage besteht aus 1,35 m dickem Unterwasserbeton, um dem vertikalen Grundwasserdruck standzuhalten. Diese Maßnahmen verkürzten die Bauphasen und minimierten das Risiko von Verformungen.

e) Tiefgarage Scheepmakershaven, Rotterdam 

Dies ist eines der tiefsten Tiefgaragen in den Niederlanden: Eine Tiefgarage mit vier Ebenen mit einer Länge von 300 m, einer Tiefe von 14 m und 623 Parkplätzen. Das Rückhaltesystem besteht aus kombinierten Stahlspundwänden, die aus Stahlrohren mit einem Durchmesser von 1.220 mm und AZ-Zwischenbohlen bestehen. Die Fugen zwischen den Rohrpfählen und Spundbohlen wurden bis zu einer Tiefe von 15 m verschweißt. 

f) Raaksprojekt, Haarlem (2006) 

Die erste Phase des Raaksprojekts umfasste eine Tiefgarage P2 mit zwei Ebenen mit 200 Stellplätzen und wurde im September 2006 eröffnet. Der Bau der großen, aus drei Ebenen bestehenden öffentlichen Tiefgarage P1 mit einer Kapazität von 1.000 Fahrzeugen, die direkt neben der kleineren Tiefgarage liegt, begann im Januar 2007 und wurde im Mai 2010 in Betrieb genommen.