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1 Allgemeines
Der Arbeitskreis Ak 5.4.1 „Erosionsschutz und Begrünungshilfen“ der Forschungsgesellschaft für das Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) wurde im Februar 2004 mit dem Ziel gegründet, ein Merkblatt über die Anwendung von Erosionsschutzprodukten und Begrünungshilfen aus natürlichen und synthetischen Materialien im Erd- und Landschaftsbau des Straßenbaues (kurz M AEBEL) zu erarbeiten. In der Folge wurde in einer Vielzahl an Sitzungen darum gerungen, wie die Hauptfunktionen solcher Produkte, nämlich der Schutz vor oberflächlicher Bodenerosion bzw. der Unterstützung der Begrünungsentwicklung sowohl definiert als auch prüftechnisch erfasst werden können.
M AEBEL beschränkt sich auf die oberflächlichen Prozesse der Bodenerosion (Oberflächenerosion), die im Wesentlichen durch Wasser, zum Teil auch durch Wind verursacht werden. Diese Prozesse beziehen sich auf den obersten Bodenhorizont. Erosionsformen wie Rutschungen, Massenfließen, Bergstürze oder Eisschliffen können durch die Empfehlungen dieses Merkblattes nicht bzw. nicht unmittelbar verhindert werden.
Die langwierigen, aber erforderlichen und fruchtbaren Diskussionen im Arbeitskreis betrafen insbesondere die grundsätzlichen Unterschiede im bisherigen Umgang mit synthetischen Geokunststoffen und Produkten aus nachwachsenden Materialien. Während die Geokunststoffe im engeren Sinn bereits seit vielen Jahren umfangreich genormt sind, besteht für die meisten Erosionsschutzprodukte aus Naturfasern, wie Kokos, Jute oder Schafwolle, bislang nicht einmal eine CE-Kennzeichnung. Schließlich existiert noch eine Vielzahl an Produkten, die eine Kombination aus synthetischen und natürlichen Materialien darstellen. Für den gezielten Einsatz mit definierten Randbedingungen ist eine klare Abgrenzung zwischen den Anwendungsfeldern sowie die genormte Prüfung der verschiedenen Eigenschaften für Produktbeschreibung und Qualitätssicherung erforderlich. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist, dass die Hauptfunktion dieser Produktgruppe (der Schutz vor Bodenerosion) nicht in einem einzigen charakteristischen Parameter zu fassen ist und diese Eigenschaft demnach nicht über eine einzelne Prüfung nachgewiesen werden kann. Vielmehr sind sowohl für die Prüfung als auch für die Beschreibung der Produkte unter den verschiedenen Einbaubedingungen eine Vielzahl unterschiedlichster Parameter zu berücksichtigen. Besonders schwer zu fassen ist dabei die Funktionsdauer der temporär wirkenden Produkte, die den Erosionsschutz vorübergehend bis zur Etablierung der langfristig wirksamen Vegetation übernehmen.
Nach einem Gelbdruckverfahren für ausgewählte, nicht im Ak vertretene Experten und Expertinnen im Sommer 2022 und einer Vielzahl von Redaktionsausschusssitzungen wurde M AEBEL auf der 41. Hauptausschusssitzung am 12. Oktober 2022 vom Ak intern und parallel vom Arbeitsausschuss AA 5.4 „Geokunststoffe“ (Leiter: Ltd. RBD Dipl.-Ing. Jens Sommerburg) verabschiedet. Bis zur Veröffentlichung durch den FGSV muss M AEBEL noch den FGSV Lenkungsausschuss passieren. Erstmals wird danach in Europa mit M AEBEL ein umfassender Leitfaden für die Auswahl und die Anwendung verschiedenster Erosionsschutzprodukte und -systeme zur Anwendung an Böschungen und in temporär wasserführenden Entwässerungseinrichtungen zur Verfügung stehen.
2 Inhalte des Merkblattes
Das Merkblatt, nach Layout im Gelbdruckverfahren 159 Seiten lang, gilt für Erosionsschutz- und Begrünungsmaßnahmen im Erd- und Landschaftsbau des Straßenbaus. Anwendungsgebiete sind der Schutz und die Begrünung von z. B. Böschungen und periodisch wasserführenden Entwässerungseinrichtungen. Es ergänzt das „Merkblatt für einfache landschaftsgerechte Sicherungsbauweisen“ (FGSV 229) und das „Merkblatt über die Anwendung von Geokunststoffen im Erdbau des Straßenbaus“ (M Geok E) (FGSV 535).
Das Merkblatt dient auch zur Ergänzung und Erläuterung der entsprechenden Abschnitte der „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau“ (ZTV E-StB 17), in denen die Erosionsschutz- und Begrünungsmaßnahmen grundsätzlich geregelt sind.
Das Bild 1 zeigt das Inhaltsverzeichnis mit Stand „Nach Gelbdruckverfahren“.
Das Merkblatt gibt Hinweise für Planung, Bau, Unterhaltung und Sanierung eines funktionsgerechten Erosionsschutzes mit standortgerechter Begrünung im Straßenbau bei Anwendung von Erosionsschutzprodukten und Begrünungshilfen aus natürlichen und synthetischen Materialien. Das Merkblatt gilt auch für Maßnahmen, bei denen keine Begrünung vorgesehen ist. Es bietet Planenden und Ausführenden Entscheidungshilfen für die Auswahl der technisch richtigen und wirtschaftlichsten Bauweisen zur Erzielung eines schnell wirksamen und nachhaltigen Erosionsschutzes.
Es definiert harmonisierte Begriffe für die Produkt- und Systemtypen sowie die Verfahren und Hilfsstoffe im Zusammenhang mit Erosionsschutz und Begrünungshilfen im Straßenbau.
Die derzeit bekannten in Erosionsschutzprodukten eingesetzten Materialien werden insbesondere bezüglich der relevanten Eigenschaften (biologische Abbaubarkeit bzw. Beständigkeit, Einflüsse auf Begrünung usw.) vorgestellt.
Bild 1: Gliederung M AEBEL, Stand: Januar 2023
Die natürlichen Grundstoffe sind vielfältig, beispielsweise Kokos, Jute, Heu, Stroh, Sisal, Seegras, Schilf/Miscanthus, Bambus, Schafwolle, Flachs, Hanf, Holz, Holzwolle oder Zellulose. Die synthetischen Produkte bestehen z. B. aus PP, PA, AR, PE und PET. Darauf basierend werden Aufbau und Funktion der verschiedenen Systeme sowie die Anforderungen an Bau- und Hilfsstoffe definiert.
Der wichtigste Abschnitt bezieht sich auf die Anwendung der verschiedenen Produkttypen und Systeme auf Böschungen und periodisch wasserführenden Entwässerungseinrichtungen. Dabei werden Hinweise zu Auswahl, Verarbeitung, Ausschreibung und Vertragsgestaltung gegeben.
Ein zentraler Baustein des Merkblatts ist ein Entscheidungsbaum (Entscheidungshilfe genannt) zur Auswahl geeigneter Produkte und Systeme für den Erosionsschutz unter den verschiedensten Randbedingungen, ergänzt durch Einbau- und Begrünungsempfehlungen sowie Fallbeispielen. Abschließend werden erforderliche Prüfverfahren bezüglich Produktauswahl und Qualitätskontrolle diskutiert.
Vorliegendes Merkblatt behandelt nicht die weit über eine Erosionserscheinung hinausgehenden Instabilitäten der Böschungen wie zum Beispiel Böschungsrutschungen, (hydraulische) Grundbrüche oder ähnliches, bei denen erdstatische Kräfte wirken, die nicht mehr durch oberflächennah eingebaute Erosionsschutzprodukte und/oder die Durchwurzelung der obersten Bodenschicht fixiert werden können. Nicht behandelt werden weiterhin Maßnahmen zum reinen Winderosionsschutz (z. B. Silt fences), dauerhaft wasserführende Systeme und Systeme, bei denen bewusst die Begrünung verhindert werden soll.
3 Erosionsschutzprodukte
Erosionsschutzprodukte sollen den Boden vor wasser- oder windinduzierter Bodenerosion schützen. Dazu ist in der Regel die Bedeckung der Oberfläche erforderlich. Soll nach einer Etablierungsphase der Oberflächenerosionsschutz dauerhaft von Vegetation übernommen werden, wird das Produkt nur so lange benötigt, bis die Vegetation etabliert ist. Kann der Schutz nicht dauerhaft durch die Vegetation übernommen werden (beispielsweise Extremstandorte, extreme Einwirkungen, besonders steile Böschungen), können permanent wirkende Produkte erforderlich werden.
Für den Oberflächenerosionsschutz werden in Anlehnung an den Entwurf der DIN EN 17097 von 2017 folgende Produkttypen definiert:
- Erosionsschutzmatten (GBL – Geoblanket): Flächengebilde aus lose gelegten und mechanisch verbundenen Fasern in Mattenform (Bild 2).
- Geomatten (GMA – Geomat): Matten, die aus Monofilament/Wirrgelege durch Extrusion von synthetischen Rohstoffen in offener/dreidimensionaler Struktur, gegebenenfalls in Kombination mit einem Bewehrungsgitter (synthetisch oder Stahl, GMA-R) hergestellt werden (Bild 3).
- Geotextilien (Gewebe und Vliesstoffe, GTX) mit den 3 Untergruppen:
- Vliesstoffe (GTX-NW – Geotextile nonwoven) entstehen durch die Verfestigung von Vliesen (Faserhaufwerk) aus flächenhaft aufeinander abgelegten Filamenten (endlose Fasern) oder 3 bis 15 cm langen (Stapel) Fasern. Nach der Ablage der Fasern werden die Vliese mechanisch (Vernadeln oder Vernähen), kohäsiv (Verschmelzen) und/oder adhäsiv (Verkleben) zu Vliesstoffen verfestigt. Hierbei können synthetische Fasern, natürliche Fasern oder Mischungen eingesetzt werden (Bild 4).
- Gewebe (GTX-W – Geotextile woven) sind Flächengebilde aus sich rechtwinklig kreuzenden Fäden zweier Fadensysteme, Kette und Schuss. Die für den Erosionsschutz eingesetzten Gewebe bestehen in der Regel aus Kokos-, Jute-, Sisal- oder Flachsfasern und besitzen zumeist Öffnungsweiten > 5 mm. Als Bindung ist überwiegend die Leinwandbindung üblich. (Bild 5). Für die Anwendung auf unbegrünten Böschungen können auch synthetische Bändchengewebe mit Öffnungsweiten < 0,2 mm eingesetzt werden.
Bild 2: Erosionsschutzmatten (GBL): Links Kokos mit PP-Trägernetz; rechts Stroh-Kokos mit PP-Trägernetz (Foto: SKZ-Testing GmbH Würzburg)
Bild 3: Geomatten, Links: GMA; rechts: GMA-R (Foto: SKZ-Testing GmbH Würzburg)
Bild 4: Vliesstoffe (GTX-NW): Links PLA mechanisch verfestigt, 500 g/m²; rechts Schafwolle mechanisch verfestigt, 500 g/m² (Foto: SKZ-Testing GmbH Würzburg)
Bild 5: Gewebe (GTX-W): Links Jutegewebe 500 g/m²; rechts Kokosgewebe 700 g/m² (Foto: SKZ-Testing GmbH Würzburg)
- Maschenware (GTX-K – Geotextile knitted) ist der Oberbegriff für Flächengebilde, die aus einem oder mehreren Fadensystemen bestehen, die schleifenförmig miteinander verbunden (vermascht) sind oder aus einem oder mehreren geradlinig verlaufenden Fadensystemen bestehen und durch ein weiteres Fadensystem miteinander verbunden werden (Fadenlagennähgewirke, Kettenwirkware, Raschelware). Maschenware steht auch für gestrickte und gewirkte Geotextilien, die durch Vermaschen von einem oder mehr Garnen, Fasern, Filamenten oder anderen Elementen hergestellt werden.
- Böschungsband, ein flächiges Gebilde z. B. aus natürlichen oder synthetischen Materialen als Streifen in 15 cm oder 20 cm Breite (Bild 6). Es können Vliesstoffe und Gewebe in Streifenform zum Einsatz kommen. Böschungsbänder werden auf der Baustelle zu zellförmigen oder streifenförmigen Strukturen verarbeitet. Böschungsbänder können auch werkseitig als Geozellen (GCE) vorgefertigt werden. Bänder werden an den in die Böschung einzuschlagenden Pflöcken oder Stahlstäben befestigt.
Bild 6: Böschungsband aus Kokosgewebe (Foto: R. Neisser); Böschungsband aus Schafwollvliesstoff (Foto: S. Wiese)
- (Klassische) Faschinen sind längliche Bündel aus bewurzelungsfähigen oder toten Ruten, Ästen oder Zweigen. Im Sinne dieses Merkblattes können Walzen mit Naturfaserfüllung (eigentlich GRO, siehe nächsten Spiegelstrich) auch als Faschine bezeichnet werden (z. B. Naturfaserfaschine, Böschungsfaschine). Die Faschinen werden aus Draht oder Bindematerial aus Naturfasern gebündelt. Sie werden nach DIN 18918 in Hangfaschinen (waagerechter Einbau zur Hangstabilisierung) und Dränfaschinen (Einbau in Böschungsfalllinie zur Wasserableitung) unterschieden. Bei der diagonalen Anordnung (z. B. im Rautenverband) erfüllen Faschinen beide Funktionen.
- Walze (GRO – georoll): Walzenartiges, wasserdurchlässiges Produkt mit netzartiger Umhüllung (Netzschlauch) und Füllung aus natürlichen oder synthetischen Fasern oder anderen Füllstoffen, z. B. mineralisch (z. B. Schotter) oder organisch (z. B. Kokosfasern, Heu, Schafwolle, Holzwolle, Miscanthus). Walzen können auch mit KEMAFIL-Technologie umhüllt werden. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden Walzen mit Naturfaserfüllung auch als Naturfaserfaschinen (Bild 7) bezeichnet (siehe Spiegelstrich zuvor).
- Geozelle (GCE – Geocell): Dreidimensionale, durchlässige, polymere Waben- oder ähnliche Zellstruktur, hergestellt aus miteinander verbundenen Streifen (Bild 8).
- Stein- und Flussmatratze: Flächiges, dreidimensionales Gebilde aus mineralischen Füllstoffen mit einer Umhüllung z. B. aus Geogitter, Stahldrahtgeflecht mit und ohne Polymerummantelung (Flussmatratze) oder PP/PE-Netz (Steinmatratze). Flussmatratzen werden vor Ort hergestellt. Steinmatratzen können fertig angeliefert oder auf der Baustelle befüllt werden (Bild 9).
Bild 7: Naturfaserfaschine GRO, Materialprobe mit ungewaschener Schafwolle gefüllt, mit Jutenetz umhüllt, innenlaufende Führungsseile aus Naturgarn (links, Foto: SKZ-Testing GmbH Würzburg); Steinwalzen mit PP-Netz umhüllt (rechts, Foto: S. Wiese)
Bild 8: Geozellen GCE: Links PE-HD, dreidimensionale Wabenstruktur, gelocht, Höhe 75 mm, verschweißt; rechts PET/PA, dreidimensionale Wabenstruktur aus Vliesstoffstreifen, vernäht (Foto: SKZ-Testing GmbH Würzburg)
Bild 9: Steinmatratzen mit Textilnetz (links, Foto: S. Wiese) und Flussmatratzen mit Stahldrahtgeflecht (rechts, Foto: R. Neisser)
Produkte im Sinne M AEBEL sind die aus bestimmten Materialien bestehenden Produkttypen und deren Kombinationen. Dies sind z. B. eine Erosionsschutzmatte aus Kokosfasern mit Trägernetz, ein Gewebe aus Jute, eine Begrünungsmatte aus Stroh und Kokos mit integriertem Saatgut oder eine Geomatte kombiniert mit einem Geogitter und gegebenenfalls natürlicher oder synthetischer Faserfüllung. Ein umfassendes Bildarchiv findet sich in der Anlage A des M AEBEL.
4 Aufbau und Funktionsweise von Erosionsschutzsystemen
Ein Erosionsschutzsystem besteht aus einem Erosionsschutzprodukt, dem Fixierungselement, dem angrenzenden Boden und gegebenenfalls einem Verfüllstoff sowie der für den Erosionsschutz gewünschten Vegetation. Die verschiedenen Systeme schützen die Bodenoberfläche vor Erosion ausgelöst durch Wasser, Wind und Gravitation. Die Elemente des Erosionsschutzsystems besitzen verschiedene Funktionen und Funktionsdauern und werden je nach Anwendungsfall unterschiedlich kombiniert.
Die Funktionsdauer des Erosionsschutzsystems ist auf den Anwendungsfall abzustimmen. In der Regel ist bei einer Begrünung von einer dauerhaften Funktion des Systems auszugehen. Dies kann durch ein dauerhaftes Produkt oder ein temporäres Produkt mit anschließender Übernahme des Erosionsschutzes durch die Vegetation sichergestellt werden.
Die Funktionsdauer der technischen Komponente wird in vier Klassen eingeteilt, um material- und anwendungsbezogene Gegebenheiten zu berücksichtigen. Die Klassifizierung der Funktionsdauer dient zunächst der Unterscheidung der Produkte für unterschiedliche Anwendungszwecke. Im Einbauzustand ist die Funktionsdauer darüber hinaus unter anderem von den Bodeneigenschaften und der Bodenfeuchte abhängig. Zudem ist es entscheidend, ob ein Erosionsschutzprodukt übererdet wird oder lediglich auf die Oberfläche aufgelegt wird.
- Temporär kurzfristig (bis 0,5 Jahre bzw. eine Vegetationsperiode): Wirkung für bis zu einer Vegetationsperiode zur Unterstützung der Etablierung der vegetativen Erosionsschutzkomponente, die bereits nach einer Vegetationsperiode sicher in der Lage ist, den Erosionsschutz zu gewährleisten.
- Temporär mittelfristig (> 0,5 bis 2 Jahre bzw. zwei Vegetationsperioden): Wirkung für bis zu zwei Vegetationsperioden, bis die Vegetation den Erosionsschutz übernehmen kann.
- Temporär langfristig (> 2 bis 5 Jahre bzw. drei bis fünf Vegetationsperioden): Wirkung für bis zu fünf Vegetationsperioden, bis die Vegetation den Erosionsschutz übernehmen kann, z. B. auf Magerstandorten, steilen Böschungen, besonders feuchten oder trockenen Standorten.
- Permanent/Dauerhaft (mehr als 5 Jahre bzw. mehr als fünf Vegetationsperioden): Das Produkt wirkt für eine übliche Lebensdauer des Erdbauwerks je nach Anforderung, entweder als ausschließlicher Erosionsschutz oder im Erosionsschutzsystem.
Die Kategorisierung dient als Anhaltspunkt für die Auswahl geeigneter Erosionsschutzprodukte. In der praktischen Anwendung ist die tatsächliche Funktionsdauer von Erosionsschutzprodukten stark abhängig von den Standortfaktoren. Bei Verbundstoffen bzw. Erosionsschutzmatten aus mehreren Materialien ist zu prüfen, ob die Komponente mit der geringsten Funktionsdauer maßgebend wird.
Zu den verschiedenen Erosionsschutzsystemen mit ihren Komponenten zählen u. a. die Befestigungsmöglichkeiten, das Zusammenwirken von Komponenten und die Kombination mit Füllstoffen und Substraten.
Die Bilder 10 bis 13 zeigen die verschiedenen Erosionsschutzsysteme für die Anwendung auf Flächen und Böschungen. Das jeweils hier gezeigte Erosionsschutzprodukt steht stellvertretend für Produkte im Sinne vom M AEBEL (inklusive Begrünungs- und Vegetationsmatten).
Das Bild 10 a zeigt ein Erosionsschutzprodukt auf einer Rohbodenböschung. Das Bild 10 b zeigt ein Erosionsschutzprodukt zum Schutz des auf einer Rohbodenböschung aufgebrachten Oberbodens mit Verzahnung zwischen den Bodenschichten durch Baggerriefen. Das Bild 11 zeigt Details zum Erosionsschutzprodukt auf Oberboden: ohne und mit Verfüllstoff sowie übererdet. Das Bild 12 a zeigt die Verzahnung eines Oberbodens auf einem Rohboden durch ein Erosionsschutzprodukt. Das Bild 12 b zeigt die Sicherung der obersten Bodenschicht bzw. eines Verfüllmaterials durch eine Geozelle und steht stellvertretend auch für Lösungen mit Böschungsbändern und kassettenförmig angeordneten Faschinen. Das Bild 13 zeigt beispielhaft die erdbauliche Verzahnung eines aufgebrachten Oberbodens auf einer Rohbodenböschung ohne ein Erosionsschutzprodukt durch Baggerriefen (gegebenenfalls unter Anwendung einer Anspritzbegrünung für den Oberflächenerosionsschutz) als Standardlösung bei flacher geneigten Böschungen.
Bild 10: Erosionsschutzsysteme auf Flächen und Böschungen – Erosionsschutzprodukt an der Oberfläche
Bild 11: Erosionsschutzprodukt an der Oberfläche – Details zur Einbauweise
Bild 12: Erosionsschutzsysteme auf Flächen und Böschungen – Fixierung von Oberboden auf steileren Böschungen a) über erhöhte Reibung und b) mit einer Zellenstruktur
Bild 13: Erdbauliche Fixierung von Oberboden auf flach geneigten Böschungen
5 Anforderungen an Baustoffe und Erosionsschutzsysteme
In dem gleichlautenden Abschnitt 5 vom M AEBEL werden die speziellen Anforderungen an Böden, Bodenmaterialien und Substrate, Erosionsschutzprodukte, Befestigung der Erosionsschutzprodukte sowie vegetationstechnische Anforderungen (Rohboden und Baugrund; Oberboden; Bodenmaterialien und Substrate; Verfüllstoffe; Vegetation; Begrünungshilfen; Bodenverbesserungsstoffe und Dünger) erläutert.
6 Anwendungen
In dem gleichlautenden Abschnitt 6 vom M AEBEL werden die verschiedenen Anwendungsbereiche erläutert. Eine gut verwurzelte Vegetation ist in der Regel der beste Oberflächenerosionsschutz. Im Normalfall haben die Erosionsschutzprodukte (technische Komponente) nach Etablierung der Vegetation ihre Aufgabe erfüllt und können bzw. sollen biologisch abgebaut werden, um die Entwicklung der Wurzeln (biologische Komponente) nicht zu behindern. Andererseits gibt es auch Fälle, in denen die technische Erosionsschutzkomponente dauerhaft wirken muss.
Im M AEBEL werden zwei Anwendungskategorien unterschieden: Die Anwendung auf Flächen und Böschungen (vorwiegend trocken und durch Niederschläge beansprucht) sowie die Anwendung in periodisch wasserführenden Entwässerungseinrichtungen des Straßenbaus. Für beide Bereiche werden Hinweise zu Auswahl und zum Einbau des jeweiligen Erosionsschutzsystems gegeben.
6.1 Erosionsschutz auf Flächen und Böschungen
Dieser Abschnitt erläutert für den Erosionsschutz auf Flächen und Böschungen ausführlich Anwendungsbeispiele für Erosionsschutzmatte (GBL – Geoblanket), Begrünungsmatte, Vegetationsmatte; Geomatte (GMA), Vliesstoff (GTX-NW), Gewebe (GTX-W), Böschungsband, Geozelle (GCE) und Faschine. Das Bild 14 zeigt stellvertretend für Faschine hier ein Anwendungsfoto.
Bild 14: Böschungssicherung mit Faschinen an der BAB A 20 (Foto: H. Saathoff)
6.2 Periodisch wasserführende Entwässerungseinrichtungen
Als periodisch wasserführende Entwässerungseinrichtungen werden nach M AEBEL verschiedene Bauwerke, angelehnt an die Bauwerkskategorien der REwS (FGSV 539) verstanden. So sind z. B. Gräben und Mulden oder Regenrückhaltebecken zeitweise durch Wasser eingestaut bzw. durch fließendes Wasser beeinflusst. Dadurch entstehen vergleichsweise höhere Anforderungen an die zu verwendenden Produkte. M AEBEL bezieht sich dabei auf eine Auswahl an Bauwerken der REwS, für die alternative Erosionsschutzsysteme regelmäßig sinnvoll anwendbar sind. Entwässerungsrinnen (im Bereich des Straßenoberbaus) und dauerhaft überstaute Bereiche (z. B. gedichtete Regenrückhaltebecken) fallen so nicht in den Fokus vom M AEBEL.
Dieser Abschnitt erläutert ausführlich für periodisch wasserführende Entwässerungseinrichtungen Anwendungsbeispiele für Begrünungsmatten, Vegetationsmatten, Walzen (GRO), Steinwalzen und Steinmatratzen.
Über die allgemeinen Angaben hinaus richtet sich die Auswahl der Erosionsschutzprodukte bzw. -systeme hier auch nach der höchsten hydraulischen Beanspruchung, die periodisch in der Entwässerungseinrichtung auftreten kann. Dazu werden vier hydraulische Belastungsstufen, abhängig von der auftretenden Fließgeschwindigkeit, definiert:
- gering (< 0,3 m/s),
- mittel (0,3 – 1,5 m/s),
- stark (1,5 – 2,5 m/s),
- extrem (>2,5 m/s).
Im M AEBEL findet sich eine Tabelle, die für verschiedene Produkte/Bauweisen (z. B. Steinmatratze) die zulässige hydraulische Belastungsstufe angibt.
6.3 Weitere Gesichtspunkte
M AEBEL erläutert in weiteren Abschnitten Begrünungshilfen (6.3), Erosionsschutz auf temporären Bodenmieten (6.4) und gibt Empfehlungen für gerutschte Böschungen (6.5).
7 Entscheidungshilfen für die Auswahl geeigneter Erosionsschutzsysteme
Die Entscheidungshilfen zur Auswahl geeigneter Erosionsschutzprodukte und -systeme sind ein zentrales Element des Merkblattes. Sie dienen der systematischen Vorgehensweise bei der Planung von Erosionsschutzmaßahmen und bedienen sich dazu wesentlicher Kategorien und Einflussfaktoren. In diesen Entscheidungshilfen sind die Erfahrungen des Arbeitskreises zur praktischen Umsetzung zusammengefasst.
Basis der Entscheidungshilfen sind zwei Auswahlverfahren für
- (7.1) das Einsatzgebiet auf mehrheitlich trockenen Flächen und Böschungen, auf denen Erosion im Wesentlichen durch Regenwasser (und Wind) ausgelöst wird sowie
- (7.2) das Einsatzgebiet in periodisch wasserführenden Entwässerungseinrichtungen wie z. B. in Mulden, Gräben und Regenrückhaltebecken.
Anhand wesentlicher Projektrandbedingungen lässt sich die große Menge an verfügbaren Erosionsschutzmaßnahmen auf diese Weise schnell auf eine überschaubare Anzahl empfohlener Systeme eingrenzen.
Die jeweilige Auswahl von Produkten und Systemen entspricht den Empfehlungen des Arbeitskreises. Darüber hinaus sind auch im Hinblick auf die Weiterentwicklung der Produktpalette und die Verwendung alternativer Rohstoffe weitere Produktarten zulässig, sofern deren Eignung durch die Hersteller mit einem nachvollziehbaren Verfahren (vgl. Abschnitt Prüfverfahren) nachgewiesen wurde. Durch einen separaten Nachweis ist auch für nicht als Standardlösung empfohlene Produkte die Kategorisierung entsprechend der Ausführungen des Merkblattes möglich.
Bei allen Erosionsschutzmaßnahmen ist darauf zu achten, dass die zu schützenden Erdbauwerke sowohl mit als auch ohne den Erosionsschutz standsicher sind.
Grundsätzlich ist darauf zu achten, dass eine gewünschte Begrünung nicht durch die technische Erosionsschutzkomponente beeinträchtigt werden darf. Dies ist z. B. durch einen zu großen Durchwuchswiderstand (vgl. Prüfung Pflanzenwachstum inklusive Durchwuchsverhalten) bei auf das Saatgut aufgelegten Matten oder wachstumshemmenden Hilfsstoffen denkbar. In der Regel unterstützt das Produkt (z. B. Erosionsschutzmatte) jedoch die Begrünung z. B. durch Verhinderung der Saatgutverlagerung oder Reduktion der Verdunstung. Zusätzlich bieten bestimmte Produkte eine spezielle Unterstützung für die Begrünung (Begrünungshilfe) z. B. durch die Wasserspeicherkapazität, die Wirkung als Mulchschicht, zusätzliche Substrate oder Dünger.
Begrünungshilfen, die nicht im Zusammenhang mit Erosionsschutzprodukten bzw. -systemen stehen, sind nicht Inhalt dieses Merkblattes.
Im Folgenden wird hier ausschließlich die Entscheidungshilfe für mehrheitlich trockene Flächen und Böschungen erläutert.
7.1 Entscheidungshilfe für Flächen und Böschungen
In der Entscheidungshilfe für Flächen und Böschungen wird zunächst die Funktionsdauer der technischen Erosionsschutzkomponente festgelegt und dann nach dem zu schützenden Boden mit oder ohne Begrünung unterschieden. Die Auswahl der übergeordneten Kategorie wird in der Tabelle 1 vorgenommen (12 Kategorien 1.1 bis 4.3). Jede dieser Kategorien wird ergänzt durch eine Klassifikation der Böschungsneigung 1:n (mit den Kategoriegrenzen n = 1,5 und n = 2) und der Erosionsgefährdung des an der Oberfläche anstehenden Bodens. Bei flachen Böschungen mit einer Neigung von 1:n < 1:2 und nicht erosionsgefährdetem Boden wird üblicherweise kein technischer Erosionsschutz erforderlich.
Auf Grundlage dieser Informationen ergibt sich eine Empfehlung von durchschnittlich drei, im Einzelfall bis zu sieben verschiedenen Erosionsschutzprodukten oder -systemen. Um eine Vorzugsvariante aus diesen Empfehlungen auszuwählen, wird eine Kriterientabelle mit weiteren Informationen herangezogen.
Tabelle 1: Auswahlschema für die übergeordnete Kategorie nach Funktionsdauer der technischen Erosionsschutzkomponente und dem zu schützenden Oberboden
7.1.1 Erläuterung zur Funktionsdauer der technischen Erosionsschutzkomponente
Die Bedeutung der Funktionsdauer ist darüber hinaus abhängig davon, ob das System begrünt oder unbegrünt ausgeführt wird.
Funktionsdauer ohne geplante Begrünung
Erosionsschutzprodukt schützt ohne Vegetation. Vegetation ist nicht geplant, aber nicht in jedem Fall grundsätzlich unerwünscht.
- Temporär kurzfristig (Einsatzdauer bis 0,5 a, Funktion für min. 0,5 a): z. B. einzelne Bauabschnitte, Rückbau berücksichtigen
- Temporär mittelfristig (Einsatzdauer bis 2 a, Funktion für min. 2 a): z. B. einzelne Bauabschnitte, Rückbau berücksichtigen
- Temporär langfristig (Einsatzdauer > 2 bis 5 a, Funktion für > 2 bis > 5 a, für das jeweilige Projekt festzulegen): Längere Baustellensicherungen, Bauwerk mittelfristig
- Permanent/Dauerhaft: (Funktion für mehr als 5 a erforderlich): Keine Vegetation zu erwarten, deshalb dauerhafter Erosionsschutz mit technischer Komponente zu gewährleisten. Die Funktionsdauer ist analog zur tatsächlichen Projektdauer festzulegen.
Funktionsdauer mit geplanter Begrünung
Das Erosionsschutzprodukt schützt die Bodenoberfläche so lange, bis die Begrünung etabliert ist und den Erosionsschutz bei entsprechender Pflege in der Regel dauerhaft übernimmt (Ausnahme: Permanent/dauerhaft).
- Temporär kurzfristig (Funktion für 1 Vegetationsperiode): z. B. Ansaat im Herbst, deren Austrieb (Etablierung) nach der Keimruhe im folgenden Frühjahr erwartet wird und die dann bereits eine vor Erosion schützende Wirkung entwickelt; Ansaat im Frühjahr, Überbrückung der Anwuchsphase.
- Temporär mittelfristig (Funktion für 2 Vegetationsperioden): z. B. Unterstützung während sich die Vegetation in 2 Jahren etabliert und anschließend den Erosionsschutz übernimmt.
- Temporär langfristig (Funktion für 3 bis 5 Vegetationsperioden): z. B. Unterstützung während sich die Vegetation in bis zu 5 Jahren etabliert und anschließend den Erosionsschutz übernimmt. Zum Beispiel auf für die Vegetation ungünstigen Böden.
- Permanent/Dauerhaft: Es ist nicht zu erwarten, dass die Vegetation allein zukünftig den vollständigen Erosionsschutz übernimmt.
7.1.2 Erläuterung zur Bodenoberfläche und Begrünung
Es wird unterschieden zwischen Böschungen aus Rohboden und Böschungen mit Oberbodenandeckung sowie, ob die Böschung begrünt oder unbegrünt hergestellt werden soll. „Unbegrünt“ wird im Rahmen dieses Merkblatts so verstanden, dass eine Begrünung nicht vorgesehen ist und eine möglicherweise selbst aufkeimende Begrünung nicht in die Überlegungen zur Wirkung des Erosionsschutzes einbezogen wird. Eine Oberbodenandeckung wird nur im Zusammenhang mit einer geplanten Begrünung berücksichtigt. Bei steilen Böschungen mit n < 1,5 und Oberboden muss zusätzlich zum oberflächlichen Erosionsschutz auch das Abrutschen des aufgebrachten Oberbodens auf der Rohbodenböschung berücksichtigt werden. Die Entscheidungshilfe enthält hierzu entsprechende Angaben.
7.1.3 Erläuterung der Kriterien für die projektspezifische Beurteilung der Produkt- bzw. Systemempfehlungen
Zusätzliche Kriterien für die projektspezifische Beurteilung der Produkt- bzw. Systemempfehlungen sind Ausführungsdauer für Verlegung und Fixierung (Spalte B); Ausführung mehr oder weniger witterungsgebunden (C); Biologische Abbaubarkeit (D); Beständigkeit gegen Schädlingsbefall (E); Zusätzlicher Winderosionsschutz gegeben? (F); Erosionsschutz auch bei hoher Regenintensität gewährleistet? (G); Erosionsschutz auch bei Fremdwassereintrag gewährleistet? (H); Eignung für Böschungslängen > 15 m (I); Zugfestigkeit (J); Kosten Material und Einbau ohne Ansaat (K); Durchwuchsfähigkeit (L); Bepflanzbarkeit (M); Pflegeintensität bis zur Abnahme (N) sowie Pflegefreundlichkeit (O). Die Bewertung dieser 14 Kriterien für die unterschiedlichsten Erosionsschutzprodukte/-systeme folgt dem deutschen Schulnotensystem (1…6) und ist in einer Tabelle (Spalten B bis O = Kriterien, 66 Zeilen mit Erosionsschutzprodukten/-systemen wie GBL, GMA, GTX usw.) in Anlage C/AEBEL zu finden. Diese Kriterientabelle mit den Einzelbewertungen stellt zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Merkblatts einen ersten Arbeitsstand dar, der nach Rückmeldung durch die Nutzer des Merkblatts fortgeschrieben werden soll. Darüber hinaus können im Einzelfall weitere Kriterien eine Rolle spielen, z. B. Anzahl und Verteilung der Fixierungselemente, Regenerosivität, Untergrund, Exposition, Aussaatzeitpunkt sowie Pflanzenherkunft und Saatgutmischungen.
7.1.4 Tabellen zur Auswahl der Produkttypen
Für die vier o. g. unterschiedlichen Funktionsdauern der technischen Komponente (z. B. temporär mittelfristig) finden sich in diesem Abschnitt die einzelnen Tabellen, die Entscheidungshilfen: Diese enthalten erste Empfehlungen des Arbeitskreises. Die jeweilige Tabelle unterteilt folgend die Bodenoberfläche in Rohboden unbegrünt, Rohboden begrünt und Oberboden begrünt.
Tabelle 2: Ausschnitt aus dem M AEBEL Tabelle „Funktionsdauer temporär mittelfristig“ für das Kriterium „Rohboden begrünt“
Die Tabelle 2 zeigt einen Ausschnitt der vollständigen Tabelle für die Randbedingung „Funktionsdauer temporär mittelfristig“ und „Rohboden begrünt“. Wie zu erkennen, werden nun weitere Randbedingungen abgefragt: Böschungsneigung und Erosionsgefährdung ergeben die Kategorie (vgl. Tabelle 1). In der nächsten Spalte sind die vom Arbeitskreis empfohlenen Produkttypen für die gewählten Randbedingungen zu finden: Im vorliegenden Beispiel stets 3 Lösungen (ohne Priorisierung). In der nächsten Spalte werden diesbezüglich kurze Erläuterungen gegeben. Es folgt eine Spalte, die auf die Spalten der Kriterientabelle verweist; diese Spalten der Kriterientabelle sind aus Sicht des Arbeitskreises für die gewählten Randbedingungen wichtig (wie erwähnt gewichtet mit Schulnoten). Die letzten drei Spalten der Tabelle geben weitere Hinweise für den Anwender. Zunächst wird auf Produktbilder der empfohlenen Produkttypen verwiesen (Anlage im M AEBEL), dann auf im Text erläuterte Anwendungsbeispiele und schließlich auf relevante Fallbeispiele (Anlage im M AEBEL).
7.1.5 Beispiel
Die technische Erosionsschutzkomponente soll temporär mittelfristig wirken (ca. 2 Jahre bzw. 2 Vegetationsperioden, vgl. Abschnitt 4), der erosionsgefährdete Rohboden soll begrünt werden, die Böschung soll mit der Regelböschungsneigung von 1:1,5 hergestellt werden.
- Gewählte Kategorie (nach Tabelle 1 bzw. Tabelle 2): 2.2c
- Empfohlene Produkte: GBL nach M AEBEL, Abschnitt 3.4.1, 100 % Kokosfüllung, ≥ 350 g/m²; GBL nach M AEBEL, Abschnitt 3.4.1, als Begrünungsmatte; GTX-W nach M AEBEL, Abschnitt 3.4.4, Kokos, Öffnungsweite ≤ 15 mm UND Masse pro Flächeneinheit ≥ 700 g/m².
- In der Anlage vom M AEBEL sind es die Produktbilder 1A, 13A/B und 7A.
- Diese verschiedenen empfohlenen Produktvarianten können nun anhand der Kriterientabelle um projektspezifische Eignungskriterien ergänzt und so eine endgültige Lösung ausgewählt werden.
- In dem M AEBEL, Abschnitte 6.1.1.1 und 6.1.1.2 finden sich diesbezüglich erläuterte Anwendungsbeispiele.
- Im M AEBEL, Anlage 6.3 ist ein diesbezüglich Fallbeispiel erläutert, was nicht ganz der Lösung entspricht, aber möglicherweise eine große Ähnlichkeit aufweist. Für die weitere Gestaltung empfiehlt sich zudem die M AEBEL Anlage Checklisten.
Tabelle 3: Auswahlschema für die Kategorisierung der Erosionsschutzmaßnahmen an periodisch wasserführenden Entwässerungseinrichtungen
7.2 Entscheidungshilfe periodisch wasserführende Entwässerungseinrichtungen
Die Entscheidungshilfe für periodisch wasserführende Anlagen ist angelehnt an die Bauwerkskategorien der REwS (FGSV 539). Im Ergebnis werden Empfehlungen für Ergänzungen bzw. Alternativen zu den in der REwS vorgeschlagenen Bauweisen gegeben. Die Entscheidungshilfe bezieht sich dabei auf eine Auswahl an Bauwerken der REwS, für die alternative Erosionsschutzsysteme regelmäßig sinnvoll anwendbar sind (Tabelle 3). Weitere Ausführungen zur Entscheidungshilfe „periodisch wasserführende Entwässerungseinrichtungen“ sollen an dieser Stelle nicht wiedergegeben werden.
8 Hinweise zu Ausschreibung und Vertragsgestaltung
M AEBEL, Abschnitt 8 enthält „Hinweise zu Ausschreibung und Vertragsgestaltung“.
9 Checklisten zu Planung, Ausführung und Unterhaltung
M AEBEL, Abschnitt 9 erläutert Checklisten; sie stellen eine Hilfe für die Bauvorbereitung und die Bauausführung dar und rufen die jeweils wichtigen Handlungen oder Entscheidungen in Erinnerung. Zu den wesentlichen Arbeitsschritten von der Bauvorbereitung bis zur Bauausführung werden stichwortartig Hinweise auf die jeweils zu beachtenden Punkte gegeben. Entscheidungsgrundlagen werden abgefragt, Entscheidungsvorschläge unterbreitet und sich daraus ergebende Aktivitäten skizziert.
10 Prüfverfahren
M AEBEL definiert Prüfverfahren für Erosionsschutzprodukte. Im Zusammenhang mit der Begrünung sind lediglich Qualitätsbestimmungen formuliert, die auch für den Erosionsschutz zu beachten sind. Die Ausführungen im M AEBEL gelten selbstverständlich nur bis zur Einführung bzw. Aktualisierung entsprechender europäischer Normen. Erläutert werden für Erosionsschutzsysteme/-produkte die Prüfverfahren Dicke; Höhe; Masse pro Flächeneinheit; Zugfestigkeit und Dehnung bei Höchstbelastung; Festigkeit produktinterner Verbindungen von Geozellen und Geoverbundstoffen; Dickenänderung unter Dauerlast; Rückstellvermögen; Flexibilität; Verhalten bei niedrigen und hohen Temperaturen; Öffnungsdurchmesser und charakteristische Öffnungsweite; Erdfüllungsrate; Lichtdurchlässigkeit; Wasserdurchlässigkeit normal zur Ebene; Wasserableitvermögen in der Ebene; Wasserrückhaltevermögen; Brandverhalten/Beständigkeit gegen Feuer; Schwelverhalten; Mikrobiologische Beständigkeit; Witterungsbeständigkeit; Durchwurzelung; Beregnungssimulation; Überströmungssimulation; Pflanzenwachstum inklusive Durchwuchsverhalten; Freisetzen gefährlicher Substanzen sowie Umweltunbedenklichkeit/Umweltverträglichkeit.
Sieben Prüfverfahren werden zudem in der Anlage F/M AEBEL ausführlich erläutert, zum Teil wurden diese Prüfverfahren im Rahmen des Ausschusses entwickelt/weiterentwickelt:
- Verhalten von Erosionsschutzprodukten bei niedrigen und erhöhten Temperaturen,
- Bestimmung des Öffnungsdurchmessers von Erosionsschutzprodukten,
- Bestimmung Erdfüllungsrate von Erosionsschutzprodukten,
- Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens von Erosionsschutzprodukten,
- Bestimmung der Schwelfestigkeit von Erosionsschutzprodukten,
- Bestimmung der Wurzelpenetration von Erosionsschutzprodukten (Durchwurzelung),
- sowie Prüfung der Umweltunbedenklichkeit für Erosionsschutzprodukte.
11 Anlagen
In den 70 Seiten (Layout „Nach Gelbdruckverfahren“) Anlagen finden sich:
- Produktbilder,
- Kriterientabelle,
- Hinweise für die Erstellung von Leistungsbeschreibungen mit Leistungsprogramm,
- Checklisten,
- Prüfverfahren nach M AEBEL (siehe Seite zuvor),
- Anlagen mit den Fallbeispielen Flächen und Böschungen
- FB1: Sanierung Lärmschutzwall Rheinau-Freistett,
- FB2: Böschungssicherung Neubau L163 Umgehung Weilerswist,
- FB3: Sicherung und Begrünung einer Einschnittböschung (Sanierung) an der B 55 in Griesemert bei Olpe,
- FB4: Böschungssicherung mit Oberboden an der BAB A 11 bei Erkner,
- FB5: Böschungssicherung K 7778 bei Summerau,
- FB6: Dammsicherung B 104, Malchin,
- FB7: Erosionsschutz mit Holzwolle Deponie Schiers Graubünden) und
- Anlagen mit den Fallbeispielen Periodisch wasserführend
- PW1: Sicherung und Begrünung einer Einschnittböschung inkl. Entwässerungsgraben an der BAB A 38 (Neubau),
- PW2: Böschungssicherung Regenrückhaltebecken (RRB), Industriepark Leipzig-Nord,
- PW3: Sicherung einer Böschung gegen Wühltiere und Erosion am Beispiel einer nachträglichen Deichsicherungsmaßnahme.
Literaturverzeichnis
DIN 18918:2002-08: Vegetationstechnik im Landschaftsbau – Ingenieurbiologische Sicherungsbauweisen – Sicherungen durch Ansaaten, Bepflanzungen, Bauweisen mit lebenden und nicht lebenden Stoffen und Bauteilen, kombinierte Bauweisen
DIN EN 17097:2017-03: Entwurf Geokunststoffe – Geforderte Eigenschaften, die für die Anwendung beim Bau von Oberflächenerosionsschutz für Böschungen und Mulden erforderlich sind
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Merkblatt über einfache landschaftsgerechte Sicherungsbauweisen (M Sicherungsbauweisen), Ausgabe 1991, Köln (FGSV 229)
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Merkblatt über die Anwendung von Geokunststoffen im Erdbau des Straßenbaus (M Geok E), Ausgabe 2016, Köln (FGSV 535)
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die Entwässerung von Straßen (REwS), Ausgabe 2021, Köln (FGSV 539)
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Merkblatt über die Anwendung von Erosionsschutzprodukten und Begrünungshilfen aus natürlichen und synthetischen Materialien im Erd- und Landschaftsbau des Straßenbaues (M AEBEL), unveröffentlicht, Stand „Nach Gelbdruckverfahren Januar 2023“
Saathoff, F.; Cantre, S.: Merkblatt über die Anwendung von Erosionsschutzprodukten und Begrünungshilfen (M AEBEL). 16. Erdbaufachtagung 2020 „Sicherungen und Stabilisierungen im Erd- und Grundbau“, Leipzig, S. 209-218 (10 Seiten), Eigenverlag Bauakademie Sachsen Dresden, März 2020
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTV E-StB 17), Ausgabe 2017, Köln (FGSV 599)
Mitarbeitende im Ak 5.4.1
Aktuell sind folgende Mitarbeitende im Ak 5.4.1 aktiv: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Fokke Saathoff (Leiter), Dr.-Ing. Stefan Cantré (stellvertretender Leiter), Jochen Böker, Zori Bronstein, Hennig Ehrenberg, Gregor ten Elsen, Jürgen Eppel, Dr. rer hort. Clemens Heidger, Reinhard Helbig, Michael Hering, Helmut Kroth, Joachim Meyer, Reinhold Neisser, Ingrid Weiland, Sven Wiese und Helmut Zanzinger Ehemalige Mitarbeitende sind Thomas Dömling, Martin Keitel, Dr.-Ing. Martin Magnus und Richard Menke
Für hilfreiche Hinweise bedankt sich der Ak bei Peter Bott, Rolf-Dieter Böttcher, Prof. Dr. Eva Hacker, Jan Holland-Moritz, Dr. Gerhard Hoy, Manfred Kinberger, Elke Kirst, Stephan Köhler, Gernot Mannsbart, Kornelia Marzini, Steffen Müller, Jan Olschewski, Ulrich Prinz, Thomas Roess, Dr. Volker Seidel, Jens Sommerburg, Dr. Egon Stalljann, Claus-Luca Tavernini, Dr. Wilhelm Wilmers und Ralf Ziegler
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