Der 3,2 km lange Autobahnabschnitt in Berlin stellt die Verlängerung des vorhandenen Berliner Stadtautobahnringes BAB A 100 dar. Er beginnt am AD Neukölln und geht bis zur AS am Treptower Park. Aufgrund der innerstädtischen Lage muss die neue Autobahn fast vollständig im Einschnitt geführt werden, womit die vorhandenen umliegenden und kreuzenden Stadtstraßen (Grenzallee, Neuköllnische Allee, Sonnenallee, Kiefholzstraße) und die kreuzenden Bahnlinien (S- und Fernbahn) in ihrer Lage verbleiben können. Bedingt durch die innerstädtischen geometrischen Zwänge besteht der 16. BA fast durchgängig aus Ingenieurbauwerken. Die Autobahn hat einen Regelquerschnitt mit einer Breite von 34,5 m im Tunnel und 31,5 m in den Trogbereichen und ist 8 bzw. 6 streifig. Mit dem Festlegen des Aufschlusskonzeptes und dem Erstellen des Geotechnischen Berichts begann für unser Büro 2007 die Mitarbeit im Projekt. Grundgedanke des Aufschlusskonzeptes war ein Regel-Aufschlussabstand von < 50 m je Richtungsfahrbahn außen, komplettiert um Aufschlüsse in der Mitte der Trasse alle 200 m für Querprofile und die Erkundung der beidseitigen Baugrubenverankerungsbereiche alle 100 m. Weitere Erkundungen wurden für die Brückenbauwerke und andere Bauwerke vorgesehen. Im Zuge der Planungen erfolgten Fortschreibungen des Geotechnischen Berichts. Der geplante 16. Neubauabschnitt der BAB A 100 befindet sich regionalgeologisch im Berliner Urstromtal. Unter städtischen Auffüllschichten und selten vorhandenen geringmächtigen organischen Schichten folgen in allen Aufschlüssen die pleistozänen Schichten. Im südlichen Abschnitt des geplanten Neubauabschnittes im Stadtbezirk Neukölln sind die Sande und Kiese oft von Geschiebemergel unterbrochen bzw. unterlagert. Im nördlichen Untersuchungsabschnitt im Stadtbezirk Treptow stehen weitestgehend nur die Sande und Kiese an, hier wurde Geschiebemergel nur sehr untergeordnet und dann in größeren Tiefen erkundet. Die Sande und Kiese sind ab ca. + 33 m NHN grundwasserführend. Die Autobahntrasse bindet ca. bis zu 15 m tief in das anstehende Grundwasser des ersten Hauptgrundwasserleiters ein. Als Standardbauweise für die notwendigen Baugruben im Projekt entschied man sich für das Konzept Trogbaugrube mit einlagig rückverankerten Schlitzwänden über dem Grundwasser und einer rückverankerten Unterwasserbetonsohle. Die 3,2 km lange Autobahntrasse wurde in insgesamt 27 Baugruben unterteilt, die Längen von minimal 28 m und maximal 132 m aufweisen. Die Baugrube und das Bauwerk sind vollständig entkoppelt und werden unabhängig voneinander hergestellt (zweischalige Bauweise).Neben der anspruchsvollen geotechnischen Aufgabe des Erstellen des geotechnischen Berichts und den Sohlabnahmen für klassische Flachgründungen außerhalb der Trogbaugruben sind in einem Projekt dieser Komplexität auch viele weitere Aufgabenfelder für Geotechniker vorhanden, die für eine erfolgreiche Realisierung sowohl in der Planung als auch in der Ausführung kontinuierlich abgedeckt werden müssen. Einige davon werden im Vortrag besprochen.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Vorstellung des Bauvorhabens

Der 3,2 km lange Autobahnabschnitt in Berlin stellt die Verlängerung des vorhandenen Berliner Stadtautobahnringes BAB A 100 dar; er beginnt am AD Neukölln und geht bis zur AS am Treptower Park. Aufgrund der innerstädtischen Lage muss die neue Autobahn fast vollständig im Einschnitt geführt werden, so dass die vorhandenen umliegenden und kreuzenden Stadtstraßen (Grenzallee, Neuköllnische Allee, Sonnenallee, Kiefholzstraße) und die kreuzenden Bahnlinien (S- und Fernbahn) in ihrer Lage verbleiben können.

„Nach Fertigstellung des 16. Bauabschnittes der BAB A 100 sind die östlichen Bezirke Berlins besser an den mittleren Straßenring und an die BAB A 113 angebunden. Die Erreichbarkeit des Flughafens Berlin Brandenburg und des Wissenschaftsstandorts Adlershof sowie die weiträumigen Verbindungen nach Dresden, Cottbus und Frankfurt/Oder werden dadurch wesentlich verbessert. Das städtische Hauptverkehrsstraßennetz wird über drei Anschlussstellen (Grenzallee, Sonnenallee und Am Treptower Park) an den neuen Autobahnabschnitt angebunden. Die BAB A 100 stellt eine der Hauptverkehrsadern für das Fern-, Regional- und Stadtstraßennetz der Hauptstadt Berlin dar und kann somit zurecht als „Ein Stück Berlin“ bezeichnet werden.“
(https://www.berlin.de/senuvk/bauen/strassenbau/a100_16_ba/index.shtml)

Bild 1: Lage des 16. Bauabschnittes der BAB A 100 in Berli

Bedingt durch die innerstädtischen geometrischen Zwänge besteht dieser Autobahnabschnitt fast durchgängig aus Ingenieurbauwerken.

Folgende wesentlichen Bauwerke gehören zum Bauvorhaben

- ein 385 m langes Tunnelstück (Tunnel Grenzallee),

- mehrere Trogbauwerke für die Autobahntrasse mit einer Gesamtlänge von 2,3 km,

- diverse Stützbauwerke mit einer Länge von 250 m,

- Brückenbauwerke für 6 überquerende Straßen,

- Brückenbauwerke für 3 überquerende Bahntrassen,

- mehrere Lärmschutzwände und Lärmschutzverkleidungen,

- 24 Verkehrszeichenbrücken,

- für das Regenwasser Stauräume, Regenpumpräume, Bodenfilter und

- ein Dammbauwerk an der AS Treptower Park.

Die Autobahn hat einen Regelquerschnitt mit einer Breite von 34,5 m (im Tunnel) und 31,5 m in den Trogbereichen und ist 8- bzw. 6-streifig. Die Regeldicke der Trogsohle liegt bei 2,5 m.

Die Gradiente der BAB A 100 startet am AD Neukölln bei ca. + 34,7 m NHN und fällt dann unterhalb der Grenzallee im Tunnel bis auf + 23,5 m NHN. Danach schwankt die Gradiente zwischen ca. + 25,5 bis + 31 m NHN; unter den kreuzenden Verkehrswegen liegen die Tiefpunkte, dazwischen steigt die Gradiente jeweils wieder an. Am nördlichen Bauende erreichen die Rampen der AS wieder das Niveau der Stadtstraße bei ca. + 34,5 m NHN.

Bild 2: Querschnitt Tunnel Grenzallee

Die Baugrube und das Bauwerk sind vollständig entkoppelt und werden unabhängig voneinander hergestellt (zweischalige Bauweise). Die Regeldicke der auftriebsgesicherten Unterwasserbetonsohle liegt bei 1,5 m.

Bild 3: Querschnitt Trogstrecke

Bild 4: Überführung S-Bahn/Regionalbahn im Los 2

Mit dem Festlegen des Aufschlusskonzeptes und dem Erstellen des Geotechnischen Berichts begann für unser Büro 2007 die Mitarbeit im Projekt. Im Jahr 2009 wurden die Planfeststellungsunterlagen ausgelegt. Der Planfeststellungsbeschluss wurde 2012 erteilt und 2012 nach Entscheid des Bundesverwaltungsgerichts rechtskräftig. Mit den Bauarbeiten begonnen wurde 2013. Die Bauausführung erfolgt in 7 Ingenieurbaulosen; alle 7 Lose sind derzeit in der Realisierung. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl an weiteren Losen zu Straßenbau und zur technischen Ausstattung 

2 Baugrund

2.1 Durchgeführte Erkundungen

Zur Erkundung der vorhandenen Baugrundverhältnisse wurde in einer ersten Erkundungsphase 2007/2008 ein umfangreiches Aufschlusskonzept auf der Basis der Planungen aufgestellt und weitestgehend realisiert. Vor der Festlegung des Untersuchungsprogramms erfolgte zunächst eine umfangreiche Recherche nach vorhandenen Altaufschlüssen im und am Untersuchungsgelände. Die vorhandenen Altaufschlüsse waren aber meist wegen ihrer im Allgemeinen zu geringen Erkundungstiefen für die geplante Baumaßnahme nur beschränkt verwendbar.

Grundgedanke des Aufschlusskonzeptes für den Autobahntrog war ein Regel-Aufschlussabstand von < 50 m je Richtungsfahrbahn außen, komplettiert um Aufschlüsse in der Mitte der Trasse alle 200 m für Querprofile und die Erkundung der beidseitigen Baugrubenverankerungsbereiche alle 100 m. Weitere Erkundungen wurden für die Brückenbauwerke (je Brückenwiderlager mindestens zwei Bohrungen und zwei Drucksondierungen) und andere Bauwerke vorgesehen. Unter Berücksichtigung der Vorentwürfe zu den Bauwerken wurde eine Regelaufschlusstiefe für Tunnel/Trog von 18 m unter der geplanten Gradiente festgelegt.

Bild 5: Auszug aus dem Aufschlussplan (Bereich Grenzallee bis Bahnbrücken)

Ergänzend zu den Baugrunduntersuchungen wurden entlang der Trasse auch 10 Grundwassermessstellen zur Beobachtung der Grundwasserstände und zur Untersuchung des Grundwassers gesetzt.

Bei der Durchführung der Aufschlüsse mussten ca. 160 verschiedene Eigentümer kontaktiert werden und die notwendigen Abstimmungen für die Erkundungsarbeiten durchgeführt werden. Von den insgesamt ca. 180 geplanten Bohrungen der ersten Untersuchungskampagne mit Aufschlusstiefen von ca. 15 bis 30 m konnten ca. 10% der Bohrungen nicht realisiert werden. Gründe hierfür waren besonders schwierige Zuwegungen bzw. keine Zuwegung zu den Aufschlusspunkten mit dem notwendigen Aufschlussgerät. Diese Schwierigkeiten traten insbesondere an bzw. auf Bahnflächen, aber auch auf den zum Zeitpunkt der Erkundungen noch in Nutzung befindlichen Kleingartenflächen (mit sehr schmalen Wegen) und unmittelbar an bzw. auf der Autobahn auf. Im Ergebnis der parallel weiterlaufenden Entwurfsplanung wurden bereits 2008 ergänzend tiefere Bohrungen bis 50 m unter Gelände ausgeführt. Letztendlich dauerten die Felderkundungen der ersten Erkundungsphase fast 8 Monate.

Im Zuge der fortschreitenden Planungen wurde in Abstimmung zwischen den Planern und dem Geotechnischen Gutachter der Geotechnische Bericht mit losweisen Ergänzungen fortgeschrieben. Im Zeitraum von 2012 bis 2014 wurden insgesamt 5 Ergänzungen zu dem geotechnischen Bericht aufgestellt. An ausgewählten Aufschlusspunkten wurden dann auch noch nach Baubeginn ergänzende Baugrunduntersuchungen durchgeführt.

Neben dem oben beschriebenen Geotechnischen Bericht nach DIN EN 1997-2/DIN 4020 wurden für das große Bauprojekt auch ein Hydrologisches Gutachten erstellt und umfangreiche Untersuchungen und Berichte zum Thema Altlasten, Umwelt und Bautechnologie (Unterwasseraushub und die Auswirkungen auf das Grundwasser) erstellt.

Eine besondere Aufgabe bestand hier im Projekt z. B. mit einer Prognose zur Grundwassererwärmung des obersten Grundwasserleiters durch den (ungedeckelten) Autobahntrog. Dafür wurden wärmetechnische Berechnungen durchgeführt.

Da noch vor dem Baubeginn die neue VOB 2012 mit den neuen DIN 18313 (Schlitzwandarbeiten) und DIN 18304 (Ramm-, Rüttel- und Pressarbeiten) erschien, erfolgte 2013 auch noch eine Neubewertung der Bodenschichten nach VOB 2012 in Fortschreibung zum Geotechnischen Bericht.

2.2 Baugrund- und Grundwasserverhältnisse

Der geplante 16. Neubauabschnitt der BAB A 100 befindet sich regionalgeologisch im Berliner Urstromtal. Unter sowohl in der Mächtigkeit als auch in der Zusammensetzung stark variierenden Auffüllschichten folgen in einigen Bereichen geringmächtige organische Schichten und/oder organisch durchsetzte Sande des Holozäns. Darunter wurden in allen Aufschlüssen pleistozäne Schichten erkundet. Im südlichen Abschnitt des geplanten Neubauabschnittes im Stadtbezirk Neukölln sind die Sande und Kiese oft von Geschiebemergel unterbrochen bzw. unterlagert (siehe Bild 6). Im nördlichen Untersuchungsabschnitt im Stadtbezirk Treptow stehen weitestgehend nur die Sande und Kiese an, hier wurde Geschiebemergel nur sehr untergeordnet und dann in größeren Tiefen erkundet.

Die Sande und Kiese sind im Süden überwiegend mitteldicht bis dicht, bereichsweise auch sehr dicht und im Norden überwiegend locker bis mitteldicht gelagert. Der Geschiebemergel besitzt überwiegend eine mindestens steife Konsistenz. Das freie Grundwasser wurde im September 2007 bei ca. + 32,2 m NHN erkundet. Bezogen auf mittlere Geländehöhen von ca. + 33,5 m NHN bis + 36 m NHN steht das Grundwasser bei ca. 1,5 bis 4 m unter Gelände an. Für die geplanten Neubauten wurde empfohlen einen bauwerksbezogenen höchsten Grundwasserstand von mindestens + 33,2 m NHN anzusetzen und ein stark betonangreifendes Grundwasser anzunehmen. Für alle Bauhilfskonstruktionen kann – sofern während der Bauzeit eine Kontrolle der Grundwasserstände erfolgt – der höchste Bau-Bemessungswasserstand mit + 32,7 m NHN angesetzt werden.

Neben den hier dargestellten „natürlichen“ Baugrundverhältnissen ist die innerstädtische Autobahn hier auch von aus der jahrzehntelangen Nutzung der diversen Flächen übriggebliebenen Boden- und Grundwasserverunreinigungen betroffen.

Bild 6: Typische Baugrundverhältnisse im südlichen Bereich mit Geschiebemergel

3 Gewählte Bauweise für die Baugruben

Die Autobahntrasse bindet bis zu ca.15 m tief in das anstehende Grundwasser des ersten Hauptgrundwasserleiters ein. Wegen des gebotenen Schutzes des Grundwassers ist eine Herstellung der Autobahn in offener Bauweise im Schutze Grundwasserabsenkungen nicht möglich. Eine Herstellung von sog. Trogbaugruben zur Herstellung des Autobahnbauwerkes ist notwendig. Eine Trogbaugrube wird aus quasi dichten Wänden und einer quasi dichten Sohle hergestellt, sodass innerhalb des Troges trotz des hohen Wasserdruckes nur noch eine sogenannte Restwasserhaltung im Trog erfolgen muss. Die Grundwasserstände außerhalb der Baugruben werden gar nicht oder nur sehr marginal beeinflusst. Die Dichtigkeits- bzw. Qualitätsanforderung an die Baugruben liegt bei den in Berlin üblichen begrenzten Zuflussraten von ≤ 1,5 l / sec 1000 m2 benetzte Fläche.

Als Standardbauweise im Projekt entschied man sich für das Konzept Trogbaugrube mit einlagig rückverankerten Schlitzwänden über dem Grundwasser und einer rückverankerten Unterwasserbetonsohle. In flacheren Abschnitten waren auch Spundwände als Baugrubenwände und nicht rückverankerte Unterwasserbetonsohlen konzipiert und werden auch ausgeführt. Die 3,2 km lange Autobahntrasse wurde in insgesamt 27 Baugruben unterteilt, die Längen von minimal 28 m und maximal 132 m aufweisen. Die Baugruben und die darin befindlichen Autobahnabschnitte werden sukzessive, quasi im Pilgerschrittverfahren hergestellt; sodass zunächst zwischen den Baugruben das Gelände im Ursprungsniveau verbleibt. Nach dem Rückbau der Baugrubenschottwände kann dann der Autobahntrog durchgängig hergestellt werden.

Bild 7: Baustelle im Los 1 während der Herstellung der Schlitzwände für die erste Baugrube

Bild 8: Baustelle im Los 1 während Rohbau 

4 Geotechnische Aufgaben und Fragestellungen im Projekt

Neben der schon unter Absatz 2 beschriebenen anspruchsvollen geotechnischen Aufgabe des Erstellen des geotechnischen Berichts und den Sohlabnahmen für klassische Flachgründungen außerhalb der Trogbaugruben, sind in einem Projekt dieser Komplexität auch viele weitere Aufgabenfelder für Geotechniker vorhanden, die für eine erfolgreiche Realisierung sowohl in der Planung als auch in der Ausführung kontinuierlich abgedeckt werden müssen. Einige davon werden nachfolgend kurz gelistet.

Es sind z. B. für die geplanten Bauteile der Baugruben schon im Rahmen der Planung Konzepte für notwendige Probebelastungen nach DIN EN 1997/DIN 1054 zu entwickeln; die Umsetzung und Durchführung der Probebelastungen im Zuge der Bauüberwachung zu überwachen und die Ergebnisse – auch unter Berücksichtigung des vorhandenen Geotechnischen Berichts bauteil- und baulosbezogen zu bewerten.

Für die genaue Beurteilung der zu erwartenden Verformungen an den in Betrieb befindlichen Bahnbrücken, die beide vorlaufend zur unterquerenden Autobahn hergestellt wurden, durch die Autobahnbaustellen unter den Brücken mussten für beide großen Bahnkreuzungen FEM-basierte Verformungsprognosen unter Abbildung des genauen Bauablaufs erstellt werden.

Der geplante Unterwasseraushub erforderte bereits in der Planung weitergehende Untersuchungen und Beurteilungen z. B. zu der Entwässerbarkeit der anstehenden Böden im Aushub. Wie lange muss der nasse Aushubboden zwischengelagert werden, d. h. welche Zwischenlagerflächen müssen auf dem Baufeld vorhanden sein? Stehen im Aushubniveau tragfähige Sande an oder müssen Zusatzmaßnahmen für anstehenden Geschiebemergel im Anschnitt ergriffen werden?

Welche Maßnahmen sind notwendig, um auch beim Aushub von Geschiebemergel keine unzulässigen Grundwasserabsenkungen oder Grundwasseraufstau in der Baugrube zu erzeugen? Wieviel Kompensationswasser wird in einer Baugrube benötigt? Darf das mit dem Aushub entnommene Grundwasser oder das Lenz- und Restwasser in anderen Baugruben bzw. Baulosen wieder als Kompensationswasser eingesetzt werden? Darf anfallendes Lenz- und Restwasser in die nahegelegenen Oberflächengewässer geleitet werden? Welche Wasseruntersuchungen sind in welchem Turnus notwendig? Die für die Beantwortung dieser Frage notwendigen Abstimmungen mit der zuständigen Wasserbehörde sind unter Berücksichtigung der vorhandenen Altlastsituation zu führen. 

Literaturverzeichnis

Adam, L. (2011): Voraussetzungen für die rechtssichere Realisierung einer Verkehrsweginvestitionsmaßnahme im innerstädtischen Bereich am Beispiel der BAB A 100 – 16. Bauabschnitt. Vortrag zum 7. Hans-Lorenz-Symposium am 6.10.2011, veröffentlicht im Heft Nr. 58 des Grundbauinstitutes der Technischen Universität Berlin, Berlin 2011, S. 39-52

Adam, L., Huhn, A. (2014): Herausforderungen bei der Realisierung der innerstädtischen Infrastrukturmaßnahme BAB A 100 – 16. Bauabschnitt. Vortrag zum 10. Hans-Lorenz-Symposium am 4.9.2014, veröffentlicht im Heft Nr. 64 des Grundbauinstitutes der Technischen Universität Berlin, Berlin 2014, S.55-64

GuD (2009): Geotechnischer Bericht (Hauptuntersuchung). Neubau BAB A 100, 16. BA AD Neukölln bis AS Am Treptower Park in Berlin, G 33/07 vom 28.2.2009, GuD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH

GuD (2010ff): Ergänzungen zum Geotechnischen Bericht G 33/07 sowie diverse weitere Gutachten und Berichte zum Bauvorhaben. GuD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH