Fachbeiträge & Interviews
Sonntag, 15. Dezember 2019
Ausgabe 6691 | Nr. 349 | 19. Jahrgang
Autor: Dr.-Ing. Lorenz Edelmann
Herausgeber: CDM Amann Infutec Consult AG & Co. KG email-weiterempfehlendruckansicht

Gründungssanierung der Dreifaltigkeitskirche in Konstanz - Teil 3/3

# 03.09.2001

Teil 3: Gewähltes Sanierungskonzept und Zusammenfassung

5. Gewähltes Sanierungskonzept

Abb. 1 - Stabilisierung der Nordwand, Abb.: CDM Amann Infutec Consult AG & Co. KG Abb. 1 - Stabilisierung der Nordwand, Abb.: CDM Amann Infutec Consult AG & Co. KG

Bisher erschienen: Teil 1 am 20. August 2001 - "Einführung und Beschreibung der örtlichen Gegebenheiten" und Teil 2 am 27. August 2001 - "Beschreibung der vorhandenen Gründung und Sanierungsmöglichkeiten". Der nun folgende Teil 3 schließt diese Beitragsreihe ab und beschäftigt sich mit dem gewählten Gründungskonzept. Unter Beachtung der notwendigen statischen Sicherheiten für die Gründung und für die aufgehende Konstruktion wurde eine stufenweise Sanierung entworfen. Mit Blick auf die Höhe der Sanierungskosten erfolgt unter Zuhilfenahme der Beobachtungsmethode eine Sanierung in Teilschritten. Die Teilschritte wurden so konzipiert, dass die nächst aufwendigere Stufe ohne vermeidbaren Aufwand an die vorangegangene Stufe angeschlossen werden kann. Eine Rücknahme der Schiefstellung scheidet unter den gegebenen Randbedingungen aus. In einem ersten Schritt, quasi als Sofortmaßnahme, wurden horizontale Verbände auf den Seitenschiffsdecken eingebaut. Diese stützen die Pfeiler der Mittelschiffswände ab und sollen eine weitere Schiefstellung verhindern. Daraus resultierende Auflagerkräfte werden über die Stirnseiten in die westliche Giebelwand und östliche Chorwand eingeleitet. Sie erzeugen dort eine zusätzliche Belastung der Fundamente durch Momente in Richtung der bestehenden Schiefstellung. Infolge des geringen Sicherheitsniveaus der Gründung ist eine Ertüchtigung und Verbreiterung der betroffenen Fundamente erforderlich. Die Fundamente der westlichen Giebelwand und der östlichen Chorwand wurden zuerst injiziert und anschließend deren Aufstandsfläche durch die Herstellung von je 0,5 m breiten Streichbalken in Ortbetonbauweise auf beiden Seiten vergrößert. Die Maßnahmen erhöhen das rechnerische Sicherheitsniveau der Gründung auf etwa Eta = 1,8. Dieses entspricht zwar nicht dem geforderten Wert von Eta = 2, kann jedoch mit Hinweis auf die deutliche Verbesserung der Ausgangssituation als ausreichend angesehen werden. Der 1 m breite Streichbalken auf der Nordseite der Nordwand wurde konstruktiv bemessen. Die Durchführung der Gründungssanierung erfordert aufgrund des geringen Sicherheitsniveaus des Bauwerks und des empfindlichen Baugrunds umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen und Abstützmassnahmen (Abb. 1) sowie eine messtechnische Überwachung.

Abb. 2 - Messung der Schiefstellung durch Pendel, Abb.: CDM Amann Infutec Consult AG & Co. KG Abb. 2 - Messung der Schiefstellung durch Pendel, Abb.: CDM Amann Infutec Consult AG & Co. KG

Auch, wenn die Sanierungsarbeiten in Abschnitten erfolgen, wird das vorhandenen Sicherheitsniveau durch Hilfsbaumaßnahmen vorübergehend weiter verringert. Daraus resultierende Setzungen sind trotz sorgfältiger Ausführung der Sanierungsarbeiten unvermeidbar. Die Größenordnung dieser Setzungen können nur abgeschätzt werden und liegen erfahrungsgemäß bei 1 bis 1,5 cm. Weitere Setzungen etwa in gleicher Größenordnung wurden für den neuen Lastanteil aus der Abstützung der Pfeiler berechnet. Zur Beurteilung der Auswirkungen der Sanierungsmassnahmen, des Sanierungserfolgs und zur Planung eventuell erforderlicher weiterer Sanierungsschritte sind Informationen über die Reaktionen des Bauwerk erforderlich. Dazu wurde entsprechend dem Konzept der Beobachtungsmethode ein Messprogramm mit geotechnischen und geodätischen Messungen ausgearbeitet. Ziel der Messungen ist es, die Größe der auftretenden Verformungen mit dem Hinweis auf das geringe Sicherheitsniveau des Gebäudes (labiler Gleichgewichtszustand) zu begrenzen und die Reaktionen des Bauwerks in die Überprüfung der Sanierungsschritte mit einzubeziehen. Die Beobachtungsmethode ist eine Kombination der üblichen Untersuchungen und Nachweis (Prognosen) mit einer laufenden messtechnischen Kontrolle des Bauwerks während der Herstellung. Kritische Situationen werden durch die Anwendung vorbereiteter technischer Maßnahmen beherrscht. Im Rahmen des Messprogramms werden Setzungs- und Neigungsmessungen an der Außenfassade und an den Pfeilern durchgeführt. Für die Setzungsmessungen mit automatischen Präzisionsnivellements wurden an den Außenwänden 11 und an den Pfeilern im Kircheninneren 3 Messpunkte ausgewählt. Dort sind Strichcodelatten installiert, die gemäß den vorgegebenen Messzyklen automatisch von jeweils einer der beiden Nivellierstationen angezielt werden. Die Messungen werden auch nachts fortlaufend durchgeführt. Die an der Nordwand installierte Nivellierstation misst außerdem durch ein Kirchenfenster die Setzungen der drei Pfeiler im Kircheninneren. Als Referenzpunkte für die Setzungsmessungen dienen die mit Strichcodelatten ausgerüstete Messpunkte an zwei gegenüberliegenden Wohnhäusern. Es wird angenommen, dass die Höhenlage der Referenzpunkte während der zeitlich begrenzten Bauphase unverändert bleibt. Die Messunsicherheit der Präzisionsnivellements beträgt maximal 0,5 mm. Die Neigung bzw. Schiefstellung von drei ausgewählten Pfeilern im Kircheninneren bzw. der Nordwand des Kirchengebäudes wird mit insgesamt vier Pendeln gemessen. Die 12 bzw. 8 m langen Pendel wurden mit einem vergleichsweise einfachen Kragarm in der vorgesehenen Position installiert (Abb. 2). An dem Pendelgestänge befinden sich jeweils drei berührungslose Wegaufnehmer, die die horizontale Verschiebung und damit die Schiefstellung messen. Die Messgenauigkeit der Wegaufnehmer beträgt 0,1 mm.

Abb. 3 - Dreifaltigkeitskirche Konstanz, Abb.: CDM Amann Infutec Consult AG & Co. KG Abb. 3 - Dreifaltigkeitskirche Konstanz, Abb.: CDM Amann Infutec Consult AG & Co. KG

Die Messdaten werden von einer automatischen Messstation abgefragt, gespeichert und ausgewertet. Die Messergebnisse stehen sowohl direkt auf der Baustelle als auch per Modem und Datenfernübertragung den an der Baumaßnahme beteiligten Sachverständigen zur Verfügung. Die automatische Messstation ermöglicht die Berücksichtigung von Grenzwerten. Bei der Überschreitung von Grenzwerten kann eine automatische Benachrichtigung erfolgen, der sog. Alarm. Dafür steht ein Notfallprogramm zum Schutz von Personen und Bauwerk mit entsprechenden Abstützungsmaßnahmen zur Verfügung. Insgesamt wurden bisher überwiegend Setzungen in der Größenordnung ± 1,5 mm gemessen (Stand: November 2000). Lediglich im Profil Nord parallel zur Nordwand betrugen die Setzungen -1,4 mm bis +4 mm. Die gemessenen Schiefstellungen der Pfeiler liegen in der Größenordnung bis 2,5 mm nach Norden und etwa bis 3 mm nach Süden. Das Anspannen der Sprieße zur Abstützung der Nordwand führte zu einer Verschiebung der aufgehenden Konstruktion bis 1 mm nach Süden. Als Folge des Anspannens der horizontalen Verbände auf den Seitenschiffdecken verschoben sich die Wandscheiben um etwa 2,5 mm bis 3,7 mm nach Süden.

6. Zusammenfassung und Schlussbemerkung

Im vorliegenden Beitrag wird über die Ergebnisse der Baugrunderkundung mit Kernbohrungen und elektrischen Drucksondierungen berichtet. Ziel der Baugrunduntersuchungen war es, den örtlich anstehenden Baugrund sicher beurteilen zu können und mögliche Ursachen für die Schiefstellung des Kirchengebäudes zu finden. Außerdem werden die prinzipiellen Möglichkeiten zur Sanierung von Gründungen am Fall der Dreifaltigkeitskirche aufgezeigt. Mit Hilfe der Beobachtungsmethode und aus wirtschaftlichen Gründen wird die Sanierung schrittweise ausgeführt. Im vorliegenden Beitrag wird die erste Stufe der Gründungssanierung beschrieben. Dabei werden die Fundamente, die zusätzliche Lasten aus der horizontalen Abstützung der Mittelschiffspfeiler erhalten, mit Injektionen vergütet, mit Streichbalken verbreitert und gegen die bestehenden Fundamente vorgespannt.

Aufgrund des geringen Sicherheitsniveaus des Gebäudes hat die messtechnische Überwachung der auftretenden Verformungen einen großen Stellenwert. Es werden Setzungen der Fundamente und Schiefstellungen der Pfeiler und der Außenwand gemessen. Aus heutiger Sicht kann nicht beurteilt werden, ob die erste Stufe des Sanierungskonzepts zur dauerhaften Sicherung der Dreifaltigkeitskirche ausreicht. Die Sanierungsarbeiten sind zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abgeschlossen. Der Erfolg der Sanierung wird ebenfalls mit Hilfe von Verformungsmessungen beurteilt. Dafür wird das Messprogramm nach Abschluss der Arbeiten während einer sog. etwa einjährigen Ruhephase fortgesetzt. Dank einer guten Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten konnte in der Vergangenheit manche Messunsicherheit geklärt und bewertet werden. Der besondere Dank gilt dem Bauherrn, der Katholischen Kirchengemeinde Heilige Dreifaltigkeit in Konstanz und dem Erzbischöflichen Bauamt in Konstanz für die Erlaubnis zur Veröffentlichung der Projektdaten.

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