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Grundwasser / Stau - und Sickerwasser |
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Oft treten während einer Baumaßnahme Schwierigkeiten durch Grundwasser auf oder am fertiggestellten Bauwerk werden Schäden verursacht, die durch Erkundung der hydrogeologischen Verhältnisse hätten vermieden werden können. Feuchtigkeit und Nässe im Keller stellen 15% aller Bauschäden dar. Bei der Errichtung eines Gebäudes mit normaler Unterkellerung ist man bestrebt, die tiefste Bauwerkssohle in einem Niveau oberhalb des hochstehenden Grundwassers einzubinden und die Gründungsarbeiten ohne Behinderung durch das Grundwasser durchzuführen. Dies setzt voraus, daß der Grundwasserhöchststand ermittelt wird.
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Gegen versickerndes Oberflächenwasser und Sickerwasser ist für alle in fein- und feinstkörnige Böden eingebundene Gebäude eine Dränung vorzusehen, auch bei deutlich unterhalb der Bauwerkssohle anstehendem Grundwasser. Für die Dränung von Bauwerken ist die DIN 4095 zu beachten.
Ferner sind die bei allen Gebäuden üblichen Abdichtungen gegen nichtdrückendes Wasser und Bodenfeuchte, Horizontalisolierungen etc. zu beachten. Meist werden Ringdräne, in Hanglagen auch U-förmige Dränagen angelegt.
Das Gefälle der Dränrohre hat mindestens 5 % zu betragen. Bei größeren Bauwerksabmessungen sind an Knickpunkten und Einleitpunkten Revisionsschächte oder Reinigungsöffnungen einzubauen. Ein Flächendrän unterhalb der Bodenplatte des Bauwerks ist vorzusehen, wenn mit einem Wasserandrang auch unterhalb des Kellerfußbodens zu rechnen ist.
Eine wirksame Dränung setzt eine ausreichende Vorflut oder eine Abgabe in die Kanalisation voraus. Eine Erlaubnis für das Ableiten von Grundwasser nach dem Wasserhaushaltsgesetz und eine Anschlußerlaubnis an die öffentliche Kanalisation sind einzuholen. Für die Versickerung von Dränwasser über eine dezentrale Versickerungsanlage ist eine detaillierte Untergrunduntersuchung und eine wasserrechtliche Erlaubnis erforderlich. Man unterscheidet zwischen Flächenversickerung, Muldenversickerung, Rohr- und Rigolenversickerung sowie Schachtversickerung. Die Bemessungsgrundlagen von Versickerungsanlagen werden im Arbeitsblatt A 138 der Abwassertechnischen Vereinigung (ATV) dargestellt.
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Liegen Bauwerksteile zeitweise unterhalb des Grundwasserspiegels, so muß eine druckwasserhaltende Abdichtung vorgesehen werden. In durchlässigen Böden ist die druckwasserhaltende Abdichtung bis 0,3 m über den höchsten Grundwasserstand herzustellen. In stark bindigen Böden ist die Abdichtung bis 0,3 m über Gelände auszuführen.
Bei druckwasserhaltenden Abdichtungen wird zwischen sog. schwarzen Wannen und weißen Wannen unterschieden. Schwarze Wannen bestehen aus mehrlagig miteinander verklebten und überstrichenen bituminösen Dichtungsbahnen. Vielfach werden auch verschweißte Kunststoff-Folien anstelle von bituminösen Dichtungsbahnen verwendet. Treten Gebäudesetzungen auf, müssen geklebte Wannen Risse bis 5 mm Breite und Bewegungen an Setzungsfugen bis 10 mm druckwasserdicht überbrücken können. Bei weißen Wannen wird die Abdichtung mittels wasserundurchlässigem Beton (WU-Beton) und einer rißbreitenbeständigen Bewehrung erstellt. Der verwendete Beton ist jedoch keineswegs vollkommen dicht, sondern wird von einer äußerst geringen Wassermenge durchdrungen, die auf der Luftseite verdunstet. Der Verdunstungsvorgang darf dabei nicht behindert werden.
Sowohl bei der Erstellung von schwarzen wie weißen Wannen sind sorgfältige Ausführung und Kontrolle erforderlich, um Schäden zu vermeiden. Für bewohnte Tiefgeschosse kann die weiße Wanne zusätzlich außen mittels Beschichtung abgedichtet werden.
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Unter Einwirkung von bestimmten Wasserinhaltsstoffen treten bei Beton und Mörtel Zersetzungen auf, die zu beträchtlichen Gebäudeschäden führen können.
So enthalten weiche Wässer nur wenige gelöste Inhaltsstoffe und lösen daher Kalkverbindungungen aus Beton. Die Menge der in Wasser gelösten Inhaltsstoffe wird durch den Härtegrad erfaßt. Bei der Weichwasserkorrosion (< 8 Grad deutscher Gesamthärte) wird Kalziumhydroxid gelöst und ausgewaschen. Verstärkt werden die Lösungsprozesse von Kalkverbindungen bei pH-Werten kleiner 7, da zusätzlich überschüssige Wasserstoffionen mit Säurewirkung vorliegen. Das Auftreten von kalklösender (aggressiver) Kohlensäure in Wässern führt ebenfalls zur Zersetzung von Beton. Beim Zersetzungsvorgang wird das schwerlösliche Kalziumkarbonat (Kalk) in leichtlösliches Kalziumhydrogenkarbonat umgewandelt. Beim Auftreten von Ammoniumsalzen werden schwerlösliche Verbindungen durch Kationenaustausch in leichtlösliche Verbindungen umgewandelt. Eine weitere Form der Betonzersetzung ist bei Magnesiumchlorid als Wasserinhaltsstoff gegeben. Das Magnesiumchlorid reagiert mit dem Kalziumhydrat des Betons unter Bildung von Magnesiumhydroxid (gallertartige Masse) und dem löslichen Kalziumchlorid. Zu den betonschädlichsten Wasserinhaltsstoffen gehören Sulfate. Aus einigen Kalkverbindungen entstehen beim Vorhandensein von Sulfaten unter erheblicher Volumenvergrößerung Kalziumaluminatsulfate, die zu einer Zerstörung des Betons führen (Zementbazillus). Die Beurteilung der Betonaggresivität von Wässern erfolgt nach DIN 4030. Es werden folgende Angriffsgrade unterschieden:
| Betonaggressivität von Wässern nach DIN 4030 |
| Untersuchungsparameter | schwach angreifend | stark angreifend | sehr stark angreifend |
| pH-Wert | 6,5 - 5,5 | 5,5 - 4,5 | unter 4,5 |
| kalklösende Kohlensäure (CO2) in mg/l | 15 - 30 | 30 - 60 | über 60 |
| Ammonium (NH4) in mg/l | 15 - 30 | 30 - 60 | über 60 |
| Magnesium (Mg) in mg/l | 100 - 300 | 300 -1500 | über 1500 |
| Sulfat (SO4) in mg/l | 200 - 600 | 600 - 3000 | über 3000 |
Um Beton vor chemisch-physikalischen Angriffen durch Wasserinhaltsstoffe zu schützen, werden bei der Herstellung des Betons besonders kalkarme Zemente (Eisenportlandzement, Hochofenzement, Traßzement) oder spezielle sulfatbeständige Zemente verwendet. Weiterhin wird die Dichtigkeit des Betons erhöht, um den Widerstand gegen chemische Angriffe zu verbessern.
(Dieser Text ist in ergänzter Form auch in Wikipedia enthalten)
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Liegen die Bauwerkssohle oder Teile des Bauwerks unterhalb der Grundwasseroberfläche
sind bei der Baugrubenerstellung Wasserhaltungsmaßnahmen erforderlich. Nach
dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und den ergänzenden Landesgesetzen ist für den
Eingriff in das Grundwasser eine wasserrechtliche Genehmigung notwendig. Das
beispielhafte 
Merkblatt der Stadt Frankfurt/M zeigt die für einen Antrag erforderlichen
Unterlagen und gibt weiterführende Informationen.
Der zu stellende Wasserrechtsantrag beschreibt die Art, den Umfang und die geplante Dauer der Grundwasserentnahme. Ferner wird die Ableitung des anfallenden Grundwassers (öffentliche Kanalisation, Vorfluter, Wiederversickerung) dargestellt. Insbesondere bei der Direkteinleitung in einen Vorfluter oder der Wiederversickerung ist durch entsprechende Laboruntersuchungen der Nachweis zu erbringen, daß das Wasser nicht kontaminiert ist.
Ggf. anfallendes kontaminiertes Grundwasser ist vor der Einleitung oder Versickerung zu reinigen. Dies kann bei den oft anfallenden großen Wassermengen zu erheblichen Zusatzkosten führen.
Bei Grundwasserentnahmen im Rahmen von erdbaulichen Tätigkeiten ist zwischen einer offenen und einer geschlossenen Wasserhaltung zu differenzieren. Bei der offenen Wasserhaltung wird zufließendes Grund- oder Oberflächenwasser in offenen Gräben oder Dränleitungen gesammelt, in einen Pumpensumpf geleitet und abgepumpt. Während des Baugrubenaushubs werden Dränleitungen und Pumpensumpf voreilend tiefer gelegt. Unter günstigen Bedingungen können bei standfesten bindigen Böden (Ton, toniger Lehm) oder mäßig durchlässigen gemischtkörnigen Böden Baugruben bis ca. 5 m Tiefe offen entwässert werden. In kiesigem Baugrund ist mit offener Wasserhaltung eine Absenkung von 1 bis 2 m möglich. Bei sandigen Böden ist eine offene Wasserhaltung nur sehr eingeschränkt anwendbar. Meist liegen die erreichbaren Absenkbeträge deutlich unter 1 m. Insbesondere locker gelagerte, enggestuften Feinsanden neigen bei offener Wasserhaltung zu Ausspülungen an den Böschungen und Auflockerungen der Grubensohle. Weiterhin ist bei einer offenen Wasserhaltung die Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs zu beachten. Beim hydraulischen Grundbruch wird der von unten auf eine weniger durchlässige Bodenschicht wirkende Wasserdruck zu groß bzw. erreicht die Eigenlast des Bodens.
Um ein unkontrolliertes Eindringen von Grundwasser in die Baugrube zu vermeiden, ist die Errichtung von zusätzlichen Entspannungsbrunnen erforderlich. Bei der geschlossenen Wasserhaltung werden Förderbrunnen meist außerhalb der Baugrube errichtet und der Grundwasserspiegel durch entsprechende Pumpmaßnahmen abgesenkt. Die Grundwasserabsenkung durch Brunnen kann bei allen nichtbindigen Böden, in denen sich das Wasser unter Einfluß der Schwerkraft bewegt, d.h. Kiese und Sand mit mäßiger bis guter Durchlässigkeit, angewendet werden. Der Abstand von Brunnen zu Brunnen variiert normalerweise zwischen 8 und 20 m. Meist werden die Brunnen in einem Durchmesser von 600 mm ausgebaut. In Böden mit geringerer Wasserdurchlässigkeit (Mittel- bis Feinsand mit Schluffanteilen) läßt sich oft nur eine unzureichende Absenkung durch Pumpmaßnahmen an Brunnen erzielen. In diesen Fällen kann die Grundwasserabsenkung durch das Vakuumverfahren erfolgen. Dabei werden Lanzen im Abstand von 1 bis 2 m in den Untergrund eingespült oder in Bohrlöcher eingebaut. Anschließend wird ein Unterdruck angelegt und das Wasser aus dem Boden gezogen. Der angelegte Unterdruck bewirkt gleichzeitig ein Stabilisierung der Baugrubenwände. Mit dem Vakuumverfahren können Absenktiefen von 4 bis 6 m erreicht werden. Der technische Aufwand einer offenen Wasserhaltung ist deutlich geringer als der einer geschlossenen Wasserhaltung. Der Wasserzufluß ist bei offener Wasserhaltung meist sehr viel geringer als bei Grundwasserabsenkungen durch Brunnen. Daher versucht man generell die offene Wasserhaltung so lange wie möglich zu betreiben und diese ggf. durch Pumpmaßnahmen an einzelnen Brunnen zu ergänzen.
Wenn eine Wasserhaltung nicht möglich oder zulässig ist, kann über Sohlinjektionen eine wasserdichte Baugrubensohle hergestellt werden.
Die Kosten einer Wasserhaltung setzen sich im wesentlichen zusammen aus:
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