Baumaßnahmen im tertiären Hügelland stellen besondere Anforderungen an Baugrunderkundung, Ausschreibung und Baudurchführung. Wegen meist kleinräumig sehr inhomogener Baugrundverhältnisse können im Vorfeld von Baumaßnahmen oftmals nicht alle Risiken vollständig erkannt werden. Im Zuge der Bauausführung sind deshalb kurzfristige Anpassungen an die örtlichen Gegebenheiten unumgänglich. Am Beispiel der zweibahnigen Bundesstraße B 15 neu, die künftig in Nord-Süd-Richtung von der BAB A 93 bei Regensburg bis zur BAB A 8 bei Rosenheim verlaufen soll, werden die bisherigen Erfahrungen mit den Bauarbeiten im tertiären Hügelland auf einem ca. 28 Kilometer langen Abschnitt südlich der BAB A 93 dargestellt. Auf Grundlage umfangreicher Baugrunderkundungen mit Bohrungen, Drucksondierungen und Pegelbeobachtungen wurden erdstatische Berechnungen durchgeführt und als Systemstatik der Ausschreibung der geotechnischen Maßnahmen zu Grunde gelegt. Planmäßig wurden Maßnahmen zur Reduzierung von Setzungen, zur Erhöhung der Standsicherheit sowie zur Erosionssicherung der Dammbauwerke und zur Sicherung der Einschnittsböschungen festgelegt. Dem Umfang der vorgesehenen geotechnischen Maßnahmen lag eine Abwägung zwischen Kosten und Risiken zu Grunde. Insgesamt waren die bereits geplanten geotechnischen Maßnahmen erfolgreich. In den Einschnittsbereichen konnten auf Basis eines normalen Erkundungsrasters bei stark inhomogenen Baugrundverhältnissen nicht alle Problembereiche im Vorfeld erkannt werden. Durch Anpassungen der Bauweisen an die örtlichen Gegebenheiten wurden jeweils geeignete Lösungen gefunden. Ein Ausschluss aller Risiken im Vorfeld einer Baumaßnahme im tertiären Hügelland ist wirtschaftlich nicht darstellbar. Die Kombination aus planmäßig vorgesehenen geotechnischen Maßnahmen und örtlichen Anpassungen hat sich als wirtschaftlich bewährt.

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1 Einleitung

Die zweibahnige Bundesstraße B 15 neu soll zukünftig in Nord-Süd-Richtung von der BAB A 93 bei Regensburg bis zur BAB A 8 bei Rosenheim verlaufen. Damit verbindet sie im Netz der bayerischen Fernstraßen auf einer Länge von rund 140 km die Autobahnen A 3, A 93, A 92, A 94 und A 8 miteinander. Mit der nördlichen Fortsetzung in der BAB A 93 stellt die B15 neu eine wichtige Nord-Süd-Verbindung für den weiträumigen Verkehr im Südosten Deutschlands dar. Gleichzeitig soll mit dem Bau der B 15 neu die Verkehrssicherheit auf der bestehenden B 15 insbesondere in den Ortsdurchfahrten erhöht werden. Die bestehende Bundesstraße ist wegen ihrer zahlreichen Ortsdurchfahrten, plangleichen Einmündungen und Kreuzungen sowie aufgrund des landwirtschaftlichen Verkehrs und zahlreicher Radfahrer nur bedingt für den schnellen, weiträumigen Kraftfahrzeugverkehr geeignet. Mit einem durchschnittlichen täglichen Verkehr (DTV 2001) von in weiten Bereichen über 10.000 bis hin zu 18.000 Fahrzeugen und einem Schwerverkehrsanteil von bis zu 27 % ist die B 15 überdurchschnittlich hoch belastet. Mit dem Bau der B 15 neu soll darüber hinaus eine deutliche Entlastung des nachgeordneten Straßennetzes und der bestehenden Ortsdurchfahrten erreicht und die Verkehrssicherheit erhöht werden.

Bild 1: Lage der B 15 neu im Fernstraßennetz Bayerns

2 Abschnitte und Randbedingungen

Zwischen der A 93 bei Saalhaupt und der A 92 bei Essenbach ist die B 15 neu in drei Planungsund Bauabschnitte mit einer Gesamtlänge von ca. 38 km unterteilt. Diese Abschnitte sind im Bundesverkehrswegeplan im vordringlichen Bedarf eingestuft und wurden bzw. werden derzeit schrittweise realisiert.

Berichtet wird über die Erfahrungen im Erdbau in den Abschnitten Saalhaupt ­ Neufahrn und Neufahrn ­ Ergoldsbach. Der Baubereich erstreckt sich auf einer Länge von ca. 28,6 km. Die Strecke wird mit einem Regelquerschnitt RQ 26 mit einer Fahrbahnbreite von 2 x 10 m gebaut. In den Bauabschnitten waren ca. 3,4 Millionen m³ an Erdbewegungen erforderlich. Die höchsten Dammhöhen betragen 18 m und die Einschnittstiefen reichen bis zu ca. 23 m. Im Abschnitt waren 53 Bauwerke, 27 Regenrückhalte- bzw. Versickeranlagen und 5 Anschlussstellen zu errichten.

Der Abschnitt Saalhaupt ­ – Neufahrn wurde im Jahr 2011 in zwei Teilverkehrsfreigaben dem Verkehr übergeben. Im Folgeabschnitt Neufahrn ­ – Ergoldsbach begannen im Jahr 2012 die Erdbauarbeiten. Die Fertigstellung ist für Ende 2013 geplant.

3 Geologische Voraussetzungen und Baugrunderkundungen

Die Trasse beginnt am Übergang des südlichen Frankenjura zum tertiären Hügelland und verläuft in südlicher Richtung bis zum Isartal durch tertiären Baugrund. Zwischen Saalhaupt und Schierling liegen Tone und Mergel aus dem Tertiär. Teilweise sind sandige oder kiesige Zwischenschichten eingelagert. Die Täler wurden bereits im Spättertiär angelegt und sind teilweise mit Ablagerungen aus dem Braunkohletertiär gefüllt.

Bild 2: Beispiel Baugrundaufschluss

Südlich des großen Labertals bis zum Isartal liegt tertiäres Hügelland mit wechselhaften Ablagerungen von Kies, Sand, Schluff und Ton vor.

Die Talböden bestehen aus Auelehm mit Torflagen mit Mächtigkeiten von bis zu 5 m. Die anstehenden Böden sind in weiten Bereichen sehr empfindlich auf Wasserzutritt.

Auf ca. 29 km Baulänge wurden vorab im Trassenbereich ca. 450 Bohrungen abgeteuft.

Im Bauwerksbereich wurden die Aufschlüsse in der Regel durch 2 Bohrungen und Sondierungen je Achse verdichtet.

Im Bereich der Trasse gibt es keine durchgehenden Grundwasserleiter. Es sind jedoch räumlich begrenzte Grundwasserleiter vorhanden, die teilweise nur temporär (nach ergiebigen Niederschlagsereignissen oder bei Schneeschmelze) Grundwasser führen.

Die Grundwasserstände in den Flusstälern wurden durch ca. 12 GW-Pegel im Bereich des Großen und des Kleinen Labertals erkundet.

4 Geplante geotechnische Maßnahmen

Zur Abschätzung erforderlicher geotechnischer Maßnahmen wurden erdstatische Berechnungen für Teilbereiche als Systemstatik durchgeführt. Bei den Berechnungen wurde für die Einschnittsbereiche als maßgebender Lastfall ein vollständig aufgefahrener Einschnitt mit Rohrgrabenaushub am Böschungsfuß ermittelt. Für die Bereiche mit gering tragfähigem Untergrund im Trassenbereich und in den Übergangsbereichen Damm/Bauwerk wurden Statiken für Untergrundverbesserungsmaßnahmen mit Verdrängungsverfahren berechnet.

Auf dieser Basis erfolgte eine Abwägung von Nutzen und Kosten der in Frage kommenden geotechnischen Bauweisen und schlussendlich die Entscheidung der ausgeschriebenen Bauweisen.

Langjährige Erfahrungen mit Böschungsrutschungen aus dem Bau der BAB A 93 im Bereich zwischen Holledau und Regensburg führten bereits in der planerische Grundkonzeption der B 15 neu zu Böschungsneigungen von 1 : 2.

Zusätzlich wurden folgende Maßnahmen in den Ausschreibungen bzw. im Bauablauf berücksichtigt: ­

– Vorschüttungen, ­

– Rüttelstopf- und CSV-Säulen, ­

– Qualifizierte Bodenverbesserung, ­

– Erdbetonstützkörper,

– ­ Sickerschlitze und Sickerrigolen, ­

– Tiefenentwässerung,

– ­ Flächenfilter,

–­ Bodenaustausch.

Vorschüttungen

Größere Vorschüttungen wurden bisher in vier Bereichen durchgeführt. In den Talauen der kleinen und großen Laber erfolgten die Vorschüttungen zur Vorwegnahme von Setzungen im Trassenbereich. Die Dämme wurden bis zu 1 m überschüttet. Die Gründung erfolgte abhängig von den örtlichen Verhältnissen auf qualifiziert verbessertem Erdplanum oder, teilweise unter Belassung des Oberbodens, schwimmend auf hochwertigem Geotextil und Überschüttung mit einer 50 cm mächtigen Filterschicht.

In zwei weiteren Bereichen erfolgten die Vorschüttungen zur Schaffung von Gründungsniveaus für Bauwerke bzw. zur Vorkonsolidierung im Gründungsbereich eines Großbauwerks im Bereich gering tragfähiger Böden.

Für die Vorschüttungen wurden je Maßnahme bis zu 250.000 m³ an Massen bewegt. Voraussetzung für dieses Vorgehen ist neben der realisierbaren zeitlichen Einbindung in den vorgesehenen Bauablauf auch die Verfügbarkeit der erforderlichen Schüttmassen aus dem Trassenbereich, die stark abhängig von den verfügbaren Flächen ist.

Bild 3: Vorschüttung AS Neufahrn

Im Zuge der Bauausführungen wurden die eintretenden Setzungen laufend mit Setzungspegel überwacht. Es stellten sich Setzungen bis zu 40 cm ein.

Die Erfahrungen mit den Vorschüttungen sind durchweg positiv. Die Maßnahmen sind in jedem Fall wirtschaftlich, da aufwendige baugrundverbessernde Maßnahmen eingespart werden können, vorausgesetzt, dass ausreichende Konsolidierungszeiten zur Verfügung stehen. Als minimale Liegedauer wurden 6 Monate angesetzt. Liegedauern von einem Jahr sind anzustreben.

Rüttelstopf- und CSV-Säulen

Im Hinterfüllbereich von Bauwerken und in Trassenbereichen mit geringer Tragfähigkeit wurden im Zuge der B 15 neu bisher ca. 144.000 Laufmeter an Rüttelstopf- und CSV-Säulen ausgeführt.

Zielsetzung war die Reduzierung von Setzungen im Übergangsbereich Damm ­ Bauwerk, die Reduzierung von Setzungen im Trassenbereich, teilweise die Reduzierung von Horizontallasten im Bereich der Bauwerkshinterfüllung und die Drainage des anstehenden Bodens.

Grundlage der Ausschreibungen bildete eine Systemstatik auf Basis der EBGEO. Die ausführenden Firmen hatten unter Berücksichtigung des angebotenen Geotextils eine Ausführungsplanung zu erstellen.

CSV-Säulen wurden als schonenderes Verfahren vereinzelt im Bereich von Bauwerken mit schrägen Bohrpfählen eingesetzt, um den Lasteintrag durch die Verdrängungsverfahren auf die Bohrpfähle zu reduzieren. Die Erfahrungen mit den Verfahren waren durchweg positiv. Die bauliche Umsetzung erfolgte reibungslos. Teilweise konnten die geplanten Tiefen aufgrund stark schwankender Baugrundverhältnisse nicht erreicht werden, teilweise wurden die geplanten Tiefen überschritten.

Nennenswerte Setzungen an den Übergängen Damm/Bauwerke oder im Trassenbereich sind bisher nicht eingetreten.

Bild 4: Rüttelstopf- und vermörtelte Säulen, Übergang Bauwerk/Damm

Bild 5: Herstellung von Rüttelstopfsäulen im Trassenbereich

Qualifizierte Bodenverbesserung

Auf Grundlage der ZTV E-StB 94 sowie des ,,Merkblattes über Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen mit Bindemitteln" (Ausgabe 2004) wurden qualifizierte Bodenverbesserungsmaßnahmen in Abschnitten mit überwiegend anstehenden Tonen im Bereich der Dammaufstandsflächen, der Dammflanken und im Bereich des Erdplanums ausgeführt.

Zielsetzung war die Erhöhung der Tragfähigkeit, die Erhöhung der Standsicherheit der Dämme und die Reduzierung von Erosionen. In der Umsetzung erwiesen sich die stark schwankenden Baugrundverhältnisse als problematisch, da diese eine große Anzahl an Eignunûprüfungen und kleinräumige Anpassungen in der Bindemittelmenge erfordern.

Bild 6: Dammaufbau bei anstehenden Tonnen

Bild 7: Dammaufbau bei gemischtkörnigen Böden

In Abschnitten mit überwiegend anstehenden gemischtkörnigen Böden erfolgte die qualifizierte Bodenverbesserung im Bereich der Dammaufstandsflächen und im Bereich des Erdplanums. Abhängig von der Dammhöhe wurden zur Vermeidung von Gleitkreisen teilweise Zwischenschichten qualifiziert verbessert.

Zur Kontrolle der tatsächlich ausgebrachten Bindemittelmengen stehen bisher noch keine ausreichenden Prüfmöglichkeiten für den Baustelleneinsatz zur Verfügung. Eine Kontrolle über die Gesamtliefermenge kann erst nach Abschluss der Baumaßnahme erfolgen und ermöglicht keinen Eingriff in die Bauausführung vor Ort. Hier wären baustellentaugliche Prüfverfahren wünschenswert. Die Zielsetzungen konnten erreicht werden. Nennenswerte Rutschungen sind bisher im Bereich der Dämme nicht aufgetreten. Erdbetonstützkörper Zur Stabilisierung rutschgefährdeter Einschnittsböschungen wurden Erdbetonstützkörper als Sicherungsbauweisen im ersten Bauabschnitt der B 15 neu bereits in der Ausschreibung vorgesehen. Maßgebender Lastfall zur Bemessung der Stützkörper war der Rohrgrabenaushub am Böschungsfuß. Die Ausführung konzentrierte sich auf Bereiche bei denen die Einschnitte in bindigen Böden zu liegen kamen.

In den Ausschreibungsunterlagen wurden Erdbetonstützkörper je nach Böschungshöhe in der Größe gestaffelt vorgesehen.

Bild 8: Prinzipschnitt Erdbetonstützkörper

Die Ausführung erfolgte bei Böschungen mit Höhen > 5,0 m. Bei einer Stützkörperbreite von 2,0 m wurde der planmäßige Lamellenabstand mit 6,0 m gewählt. Die Herstellung erfolgte im Pilgerschrittverfahren. Als Druckfestigkeiten waren 0,5 MN/m² zu erreichen.

Die Ausführung gestaltete sich in den plastischen Tonen problemlos. In Bereichen mit gemischtkörnigen Böden waren bei vorhandenem Wasserzutritt teilweise erhebliche Nachbrüche zu verzeichnen. In diesen Bereichen entstanden teilweise ineinander übergreifende Stützkörper. Um einen Wasseraufstau hinter den Stützkörpern zu verhindern, mussten entwässernde Elemente zwischen den Stützkörpern hergestellt werden.

Die Zielsetzungen der Stützkörper wurden erreicht. Tiefe Gleitkreise stellten sich bei keiner der Einschnittsböschungen ein. Bei auftretenden Rutschungen oberhalb der Stützkörperreihen verhinderten die Stützkörper weitergehende Schäden.

5 Schadensfälle und ergriffene Maßnahmen

Die bekannte Witterungsempfindlichkeit der tertiären Böden bzw. die Problematik bei ungeregeltem Wasserabfluss wurde vor Ort bestätigt. Wasseraustritte waren dabei oftmals während des Auffahrens der Einschnitte nicht genau lokalisierbar und traten nach Regenereignissen mit Verzögerung an zunächst lange Zeit trockenen Einschnittsbereichen auf. Trotz der ergriffenen Maßnahmen traten im Baubereich verschiedene Schadensbilder auf.

Im Wesentlichen waren dies: ­

– Erosionen nach den Wintermonaten infolge von Schichtwasseraustritt,

–­ Blockrutschen auf geringmächtigen, geneigten Tonschichten,

–­ Böschungsrutschung aufgrund des Anschneidens von Grundwasser im Bereich ansteigender Tonschichten.

Erosionen

Die wesentlichen Erosionsschäden infolge Schichtwasseraustritten aus sandigen Zwischenlagen im Tertiärton wurden durch Kombinationen der planmäßig vorgesehenen Maßnahmen und durch ergänzend angeordnete Rigolen und Sickerstützscheiben beseitigt. Zusätzlich wurden in Einschnitten mit erhöhtem Wasserandrang ingenieurbiologische Maßnahmen vorgesehen. Um eine schnelle Durchwurzelung der Böschungen zu erhalten, wurden vorgezogene Bepflanzungen mit Weidenstecklingen durchgeführt. In besonders rutschgefährdeten Bereichen zeigte sich, dass Stecklinge und Handpflanzungen der Herstellung maschineller Pflanzlöcher vorzuziehen sind, da herkömmliche Pflanzlöcher die kritische Bewässerung der Böschungen befördern.

Blockrutschungen

Im Bereich der aufgetretenen Blockrutschungen lagen auf dem ersten Blick gute Baugrundverhältnisse vor. Die Einschnittsböschung lag in tertiären Sanden und Kiesen. Im unteren Teil der Einschnittsböschung war teilweise eine Schicht aus Ton vorhanden. Gleitkreisberechnungen nach der Rutschung bestätigten zunächst eine ausreichende Standsicherheit der Böschungen. Daraufhin wurden die Berechnungen unter ungünstigeren Bodenkennwerten und veränderten Gleitmechanismen durchgeführt. Ursache für die aufgetretenen Rutschungen waren zwischengelagerte geringmächtige Tonschichten, die in diesem Bereich zur Fahrbahn geneigt waren. Auf Harnischflächen in den Tonschichten mit einem Reibungswinkel von 4 bis 8°, die im Zuge der Baugrunderkundung nicht sichtbar waren, kam es zu Rutschblöcken mit bis zu 6.000 m³. Die Rutschungen wurden durch Ausbau der Rutschmassen und getrepptem Aufbau mit eingebauter Drainschicht beseitigt.

Bild 9: Blockrutschung

Bild 10: Harnischfläche

Relief in stauender Tonschicht

Ein weiterer Rutschkörper entstand trotz intensiver Baugrunderkundungen im Bereich des mit 23 m tiefsten Einschnittes ,,Grafenschlag". Der Einschnitt war aufgrund des vorhandenen guten, kiesig-sandigen Baugrunds intensiv erkundet worden, um die Risiken einer Böschungsversteilung mit dem Ziel der Reduzierung von Überschussmassen zu ermitteln. Auf Basis intensiver Untersuchungen wurde die Böschungsneigung in Teilbereichen auf 1 : 1,5 ­ 1 : 1,75 versteilt.

 Ursache einer entstehenden Rutschung mit ca. 10.000 m³ Rutschmasse war ein ausgeprägtes Relief der grundwasserstauenden Tonschicht. Durch Auffahren des Einschnittes entstand ein Anschnitt eines stark grundwasserführenden Bereiches. Durch das Ausfließen des Grundwassers kam es zur Entlastung des anstehenden Bodens mit der Folge der Aktivierung des Rutschkörpers. Zur Beseitigung bzw. Sicherung der Rutschung wurde der Schadensbereich zunächst durch die Anlage von Drainagegräben entwässert. Anschließend erfolgte der Einbau von Erdbetonstützkörpern, gestaffelt nach der Böschungshöhe sowie der Einbau von Sickerstützscheiben mit Anschluss an die Entwässerung.

Bild 11: Planung Erdbetonstützkörper und Rigole

Auf Grundlage von Standsicherheitsberechnungen war als Mindestdruckfestigkeit ein Wert von 1,0 MN/m² zu erreichen. Die Erdbetonstützkörper mussten eine Mindesteinbindung von 1,0 m unter der Rohrgrabensohle aufweisen. Die anstehenden Tone wurden durch kiesiges Material aus der Baustelle ausgetauscht.

Der Einbau der Erdbetonstützkörper im kiesigen Material gestaltete sich durch den ausfließenden Boden schwierig und führte zu erheblichen Nachbrüchen in deren Folge die Stützscheiben übergreifend hergestellt wurden. Um einen erneuten Wasseraufstau zu vermeiden, wurden die Zwischenbereiche anschließend erneut geöffnet und Sickerscheiben eingebracht.

Bild 12: Sanierte Böschung Grafenschlag

6 Zusammenfassung

Bei Baumaßnahmen im tertiären Hügelland sind umfangreiche Baugrunderkundungen vor Ausschreibung einer Maßnahme erforderlich. Zu ergänzen sind diese Erkundungen durch erdstatische Berechnungen, um auf dieser Basis kritische Bereiche zu erkennen und Nutzen und Kosten möglicher geotechnischer Maßnahmen gegeneinander abzuwägen.

Dabei sind die vorliegenden Bohrergebnisse insbesondere hinsichtlich der Thematik Wasser kritisch zu hinterfragen. Zuverlässige dreidimensionale Baugrundmodelle könnten hier künftig hilfreich sein.

Während der Bauabwicklung ist eine kontinuierliche geotechnische Betreuung großer Baumaßnahmen unerlässlich, um lokale Besonderheiten zu erkennen, die ausgeschriebenen geotechnischen Maßnahmen richtig einzusetzen und auch kurzfristig auf Schadensfälle reagieren zu können. Bei witterungsempfindlichen Böden ist die regelmäßige Planierpflege von besonderer Bedeutung. Bei tertiären Böden haben fehlende bauzeitliche Entwässerungen gravierende Auswirkungen hinsichtlich des Aufwands in der Bauabwicklung und des vorhandenen Schadenspotenzials. In rutschungsgefährdeten Bereichen hat sich im Bereich der B 15 neu gezeigt, dass eine frühzeitige Bepflanzung insbesondere die Erosionsgefahren reduzieren kann. Auf eine schonende Ausführung der Bepflanzung ist dabei zu achten.

Insgesamt waren die bereits zum Zeitpunkt der Ausschreibung geplanten geotechnischen Maßnahmen erfolgreich. Größere Schäden an den Dämmen durch Setzungen oder Rutschungen sind trotz des vorhandenen schwierigen Baugrunds nicht aufgetreten. In den Einschnitten konnten auf Basis eines normalen Erkundungsrasters bei stark inhomogenen Baugrundverhältnissen nicht alle Problembereiche im Vorfeld erkannt werden. Durch Anpassungen der Bauweisen an die örtlichen Gegebenheiten wurden in enger Zusammenarbeit zwischen dem Auftraggeber, der geotechnischen Baubegleitung und der jeweiligen Auftragnehmer geeignete Lösungen gefunden. Ein Ausschluss aller Risiken im Vorfeld einer Baumaßnahme im tertiären Hügelland ist wirtschaftlich nicht darstellbar. Die Kombination aus planmäßig vorgesehenen geotechnischen Maßnahmen und örtlichen Anpassungen hat sich als wirtschaftlich und zweckmäßig bewährt.