Editorial
Die Geotechnik beschäftigt sich damit, wie sich Bauwerke und Baugrund wechselseitig beeinflussen. Der Begriff der Dichte ist allgegenwärtig, aber auch mehrdeutig. Technisch betrachtet hilft die Dichte, die grundbautechnischen Eigenschaften eines Bodens zu beurteilen, ausserdem wird sie gebraucht, um den Porenanteil und die Sättigungszahl zu berechnen. Die Dichte des Bodens ist die Masse der feuchten Probe, bezogen auf das Volumen der Probe einschliesslich der mit Flüssigkeit und Gas gefüllten Poren.
In der vorliegenden Folge unserer Heftreihe «Dichte» jedoch erhält der Begriff für die Geotechnik eine zusätzliche, völlig neue Bedeutung. Denn was häufig vergessen wird: Die oberirdische Verdichtung wirkt sich zunehmend auf die Platzverhältnisse im Untergrund aus. Vergleichbar mit dem Wurzelwerk eines Baums oder den unteren sieben Achteln eines Eisbergs sind grosse Teile unserer Städte unsichtbar.
Innerstädtischer Baugrund ist knapp und teuer. Daher werden Grundstücke auch unterirdisch bis an die Grenzen genutzt. Immer häufiger stossen die Planenden auf unterschiedlichste unterirdische Gebäudeteile oder Verkehrsanlagen, aber auch auf viele Werkleitungen – allerdings nicht immer an der erwarteten und in Plänen eingezeichneten Position und im erwarteten Zustand.
Dieses Zusammenspiel von oberirdischer und unterirdischer Verdichtung beeinflusst die Arbeit der im Hoch- und Tiefbau Tätigen.
Noch scheinen die gegenseitige Wahrnehmung und das Verständnis für die andere Disziplin an der Erdoberfläche aufzuhören. Künftig sollte eine Zusammenarbeit von Hoch- und Tiefbauern die Chance bieten, Nutzungen so zu kombinieren, dass ein Mehrwert für alle Beteiligten entsteht.
Daniela Dietsche
Inhalt
05 WETTBEWERBE
Künftiges Bahnhofareal Langenthal
12 MAGAZIN
220 Messpunkte pro Stunde aufnehmen | Qualität durch Mässigung?
16 UNTEN WIRD'S ENG
Stefan Keller
Die bauliche Verdichtung an der Oberfläche erschwert zunehmend die Arbeit von Baugrundspezialisten, Geologen und Geotechnikern.
17 PILZDACH AUF DICHTEM UNTERGRUND
Armand Bosonnet
Die Fundation der neuen Dachkonstruktion auf dem Bahnhofplatz in Winterthur war deshalb so kompliziert, weil der Platz unterirdisch stark beengt war.
22 «DEM BAUGRUND MEHR AUFMERKSAMKEIT SCHENKEN»
Clementine van Rooden
Das unterschiedliche Vorgehen bei Planung und Ausführung
im Hoch- und Tiefbau beeinflusst die Zusammenarbeit der Disziplinen.
23 WENIG RAUM FÜR BAUGRUBEN
Stefan Keller
In der innerstädtischen Dichte sind Baugrubenabschlüsse gefragt, die wenig Platz brauchen und den Bauablauf nicht stören.
27 SIA
Dialog im Beschaffungswesen | Auftragsbestand weiterhin stabil
31 FIRMEN | PRODUKTE
Franke | Helvetic Energy | Flachglas | Naef
37 IMPRESSUM
38 VERANSTALTUNGEN
Unten wird’s eng
Sprechen Baugrundspezialisten, Geotechniker oder Geologen von Dichte, geht es in der Regel um die Beurteilung grundbautechnischer Eigenschaften. Doch die oberirdische Verdichtung wirkt sich zunehmend auch auf die Platzverhältnisse im Untergrund aus, womit der Begriff der Dichte eine ganz andere Bedeutung erhält.
Im Hochbau ist die bauliche Verdichtung sichtbar. Aber was passiert im Untergrund? Dessen vielseitige Nutzung ist oft nicht bekannt oder interessiert nicht; das betrifft nicht nur die Bevölkerung, sondern auch verwandte Berufsfelder (vgl. «‹Dem Baugrund mehr Beachtung schenken›», S. 22). Welche Aspekte spielen bei der Planung im innerstädtischen Bereich eine Rolle? Was bedeutet die bauliche Verdichtung für die Baugrundexperten, Geologen und Geotechniker?
Bereits bei der Planung einer Sondierkampagne für die Baugrunderkundung ist zu beachten, dass in städtischen Bereichen unterschiedlichste Einbauten vorhanden sind. Nicht nur Infrastrukturbauten wie Tiefgaragen, Tunnels, Kanäle etc., sondern auch Werkleitungen zur Ver- und Entsorgung der Gebäude wie Wasser, Strom, Gas, Abwasser, Kommunikationsmedien sind zu berücksichtigen. Vor allem bei Letzteren sind in den letzten Jahren immer mehr Werkleitungen privater Betreiber dazugekommen. Die Planer müssen die Werkleitungspläne separat bei den Werken einfordern und zusammenfügen. Bei einigen Gemeinden werden die Werkleitungen in einem Leitungskataster (Geografisches Informationssystem GIS) zusammengefügt und so den Planern zur Verfügung gestellt. Das betrifft allerdings häufig nur die kommunalen Werkleitungen, private – vor allem diejenigen der Kommunikationsmedien – müssen separat angefragt werden. Erst wenn ein vollständiges Bild der bestehenden Anlagen und Leitungen vorhanden ist, können die Sondierpunkte festgelegt werden, die für ein aussagekräftiges geologisches Gutachten notwendig sind.
Auch oberirdisch ist der Platz in bebauten Gebieten eingeschränkt. Sondierschlitze mit einem Bagger auszuführen ist oft nicht mehr möglich. Platzsparende Geräte erlauben heute, von Kellergeschossen aus zu sondieren. In den letzten Jahren entwickelte die Industrie ausserdem kleine Bohrgeräte und geophysikalische Messmethoden. Zudem wird die in der Schweiz bisher wenig bekannte Drucksondierung vermehrt eingesetzt. Trotzdem kann häufig nicht dort sondiert werden, wo es wünschenswert oder notwendig wäre. Die Planenden müssen die Resultate deshalb interpretieren und extrapolieren.
Angesichts der zunehmenden baulichen Verdichtung stellt sich die Frage, wie sich der unterirdische Raum überhaupt zusätzlich nutzen lässt. Im Moment stehen vor allem Infrastrukturen für die Versorgung mit Energie beziehungsweise deren Speicherung im Vordergrund. Dazu gehören Erdwärmesonden, Grundwasserwärmenutzung, Erdregister oder Tiefbohrungen. Die Techniken zu deren Nutzung werden bis in Tiefen von mehreren hundert Metern eingesetzt. Da heute häufiger in Zonen mit schwierigen Baugrundverhältnissen gebaut wird, ist der Untergrund öfter mit Pfahlfundationen belegt. Ausserdem werden wegen fehlendem Platz an der Oberfläche künftig zunehmend Verkehrsflächen unter Terrain verlegt werden. Nutzungskonflikte und ein unterirdisches Platzproblem sind vorprogrammiert. Kombinierte Systeme wie Energiepfähle, die Energienutzung und Statik vereinen, ermöglichen es, den Untergrund mehrfach zu nutzen, und sollten vermehrt angewendet werden – auch wenn spätere Eingriffe dadurch eventuell erschwert werden.TEC21, Fr., 2013.05.24
24. Mai 2013 Stefan Keller
Pilzdach auf dichtem Untergrund
Die Ergebnisse von Architektur und Städtebauwettbewerben haben Folgen für den Untergrund. Können diese nicht frühzeitig geklärt werden, sehen sich die Tiefbaufachleute mit schier unlösbaren Problemen konfrontiert. Die Neugestaltung des Bahnhofplatzes Winterthur zeigt beispielhaft, welche Auswirkungen Entscheide in der Wettbewerbsphase haben, bei denen relevante tiefbauspezifische Randbedingungen noch nicht abschliessend berücksichtigt werden konnten. Denn ein Leerräumen und Aufräumen des Platzes bedeutet auch ein Verdichten im Untergrund.
Seit Juli 2012 gestaltet die Stadt Winterthur den Bahnhofplatz Süd um – als Teil eines Masterplans, den der Winterthurer Stadtrat in den Jahren 2005–2007 ausarbeiten liess (vgl. TEC21 35/2009).[1] In nur einem Jahr – zwischen den beiden Albanifesten Ende Juni 2012 und 2013 – setzt sie das Siegerprojekt des offenen und anonymen Projektwettbewerbs von 2008 um, das das Architekturbüro Stutz Bolt Partner zusammen mit den Bauingenieuren von Dr. Schwartz Consulting ausarbeitete. Der Bahnhofplatz Süd ist der am stärksten frequentierte Raum im Bereich des Bahnhofs Winterthur. Er soll zu einer offenen Begegnungszone werden und die Altstadt, den Bahnhof, das Arch und das Sulzerareal besser miteinander verbinden. Bisher fehlte es dem Platz an Ausstrahlung und Klarheit.
Er war übermöbliert und verstellt, seine Aufenthaltsqualität war gering. Der Belag war ausgefahren und musste instand gesetzt werden. Ausserdem genügte die bestehende Dachkonstruktion den ästhetischen Anforderungen nicht mehr, und die Verkehrsführung für Busse und Fussgänger musste optimiert werden.
Sichtbares oberidrisches Bauvolumen
Das auffälligste Objekt in dieser städtebaulichen Neuausrichtung ist ein pilzförmiges Dach (Abb. 01). Es besteht aus einem voluminösen Pfeiler und einer weit auskragenden Dachkon struktion. Im 7 m hohen Pfeiler mit seinem Grundriss von 11 × 5 m ist die Mobilitätszentrale von Stadtbus Winterthur platziert. Das grosse Dach mit einer Abmessung von 30 × 50 m soll die Wartezonen in den Halte und Umsteigebereichen überdecken. Aluminiumlochbleche fassen das Bauwerk an den sichtbaren Seiten ein, und eine vollflächige Verglasung auf der Dachoberfläche sorgt für den notwendigen Regenschutz.
Das Tragwerk ist eine Stahlkonstruktion (Abb. 02). Vom Pfeiler ausgehend sind 20 Stahlträger sternförmig angeordnet, wobei der Pfeiler asymmetrisch unter der Dachfläche steht und die Stahlträger mit 5 bis 34 m unterschiedlich weit auskragen. Die dezentrale Lage nimmt Bezug auf die Marktgasse, die meistfrequentierte Fussgängerzone von Winterthur. Durch diese grosszügige Auskragung und die exzentrische Anordnung wird die Stahlkonstruktion des Pfeilers mit enormen Druck und Zugkräften belastet.
Unsichtbares unterirdisches Bauvolumen
Sechs Monate lang wurde vorwiegend im Untergrund gearbeitet – die Fundation des Dachs war eine komplizierte Angelegenheit (Abb. 03). Die Abwasserkanäle aus der Altstadt und dem gesamten Osten der Stadt verlaufen quer unter dem Bahnhofplatz. Sie sind über 100 Jahre alt und haben das Ende ihrer Lebensdauer erreicht. Im Rahmen der einjährigen Vollsperrung des Bahnhofplatzes wird die Chance genutzt, um den ersten Abschnitt des neuen Zulauf und Abwasserkanals Neumarkt–Schützenwiese zu bauen (vgl. «220 Messpunkte pro Stunde aufnehmen», S. 12). Er liegt auf einer Tiefe von 7 m und dient künftig als zweite Hauptverbindung vom Osten der Stadt zur Kläranlage Hard. Zusammen mit einem neuen Regenklärbecken beim Fussballstadion Schützenwiese verhindert er bei starken Regenfällen, dass Abwasser via Hochwasserentlastungen in die Eulach gelangt. Neben den historischen Abwasserleitungen liegen auch die «Hauptschlagadern» der Swisscom sowie der Elektrizitäts, Gas und Wasserwerke unter dem Bahnhofplatz.
Mitten durch dieses komplizierte Netzwerk müssen die Lasten der Dachkonstruktion über den einzelnen Pfeiler in den Untergrund geleitet werden. Eine äusserst komplexe Aufgabe, die die Ingenieure von Dr. Schwartz Consulting mit einer dreiarmigen Riegelkonstruktion auf sieben 26 m tief abgeteuften Pfählen lösten. Was oberirdisch also aufgeräumt daherkommt, ist unterirdisch extrem verdichtet, verworren und auf den ersten Blick ungeordnet (Abb. 04).
Tiefbau in die Planung von Hochbauten einbeziehen
Während im Hochbau die Entwicklung des Tragwerks bereits früh im architektonischen Entwurf berücksichtigt wird, fliessen die Kriterien aus dem Tiefbau meist erst während des Bauprojekts vollumfassend in die Planung ein – ein später Zeitpunkt, der teure Anpassungen notwendig machen kann und den Ingenieuren meist einen Kraftakt abverlangt, um die Konstruktion umzusetzen. Beim Winterthurer Bahnhofplatz Süd waren die Werkleitungspläne Bestandteil des Wettbewerbs. Den Beteiligten war die Ausgangslage im Untergrund also bekannt, aber sie konnten die entstehende Problematik im Untergrund während der Wettbewerbsphase noch nicht abschliessend abschätzen. So mussten bei der Ausführung die Baugrube, die Fundation und die Entlastungsleitung aufwendig durch die bestehenden Werkleitungen hindurchgefädelt werden.
Statisch derart komplexe Bauvorhaben beinhalten ausserdem immer das Risiko, dass der Bauprozess dynamisch ist, Anpassungen erforderlich werden und Überraschungen auftauchen. So wurde die Fundation noch bis in die Submissionsphase des Stahlbaus modifiziert, woraus allerdings auch Vereinfachungen und Kosteneinsparungen entstanden. Selbsterklärend wirken sich derartige Anpassungen aber auf die übrigen Projektbestandteile aus, die nur noch dank gemeinsamem Effort aller Beteiligten bewältigbar blieben.
Auf bestehendes zurükgreifen, aufbauen und optimieren
Eine neue Organisation des Untergrunds bzw. eine Trasseebereinigung, die eventuell mehr Platz für Neues schaffen würde, kam im Fall des Bahnhofplatzes Winterthur nicht infrage. Dies ist im Übrigen in den wenigsten Stadtzentren realistisch, weil historische Versorgungsabhängigkeiten bestehen und für Verlegungen vorgängig aufwendige, fast nicht umsetzbare Provisorien und Umleitungen erstellt werden müssten. Normalerweise muss man der Verhältnismässigkeit halber auf das Bestehende zurückgreifen, darauf aufbauen und es optimieren. Es kommt hierzulande nicht oder nur für wenige Stunden infrage, die Wasser oder die Stromversorgung einzustellen – längerfristige Versorgungsausfälle würden in einem modernen HightechStaat nicht akzeptiert.
Im nicht derart dicht belegten Untergrund von Strassenräumen ist die Stadt Winterthur im Interesse aller Werkeigentümer bestrebt, vor der Aufnahme der eigentlichen Projektierungsarbeiten eine Trasseebereinigung durchzuführen. Ein solches Beispiel stellt die überkommunale, etwa 2.3 km lange Hauptverkehrsachse Schlosstalstrasse dar, bei der die neuen zukünftigen Trassees bereinigt wurden und Grundlage für die Projektierung der einzelnen Strassenabschnitte darstellen. Im Fall des Bahnhofplatzes war aber eine Trasseebereinigung mit vorgängigen Provisorien gegenüber dem Bauen im Bestehenden eindeutig die schlechtere Option. Aufgrund der erforderlichen Einschränkungen, Immissionen und Kosten hätte eine derartige Bereinigung eine unverhältnismässige Alternative dargestellt. Die Frage, ob diese Ausführung auch in 50 Jahren noch tragbar ist, bleibt bei dieser Gegenüberstellung freilich unbeantwortet. Denn je dichter der Raum wird, desto schwieriger wird es sein, Anpassungen vorzunehmen. Ein verdichteter Untergrund stellt für künftige Ausbauten der Infrastrukturanlagen also eine erschwerende Randbedingung dar.
Allerdings sind im Zusammenhang mit der Neugestaltung des Bahnhofplatzes alle Werkleitungen im Projektperimeter für die nächsten 50 bis 100 Jahre instand gesetzt worden. Bedenkt man nun, dass die meisten markanten Platzgestaltungen einen Zeitgeist widerspiegeln, der sich nach 30 bis 40 Jahren ändert, so ist der Schluss zulässig, dass die unterirdischen Werkleitungen die meisten architektonischen Bauten überleben werden.
Uumgebung schliesst den Untergrund mit ein
Bei derartigen Projekten ist es normal, dass neben den hohen technischen Anforderungen von vornherein ein Termindruck besteht. Gerade in Stadtzentren gehören enge Terminvorgaben aufgrund von Ansprüchen der Verkehrsbetriebe, Anlässen oder geplanten Inbetriebnahmen zur Tagesordnung. Solche Vorgaben lassen nur minimale Abweichungen vom Terminplan zu, setzen geeignete Witterungsverhältnisse voraus und erlauben Unvorhergesehenem nur kurze Entscheidungswege. Dieser Ausgangslage widersprechen die hohen Anforderungen und die entsprechenden Qualitätsansprüche, durch die der Druck auf alle Beteiligte von Baubeginn bis zum Bauende hoch ist.
Gleichzeitig ist der Untergrund für unsere Gesellschaft nicht greifbar, da nicht sichtbar. Somit kann das Verständnis für die erschwerten Umstände nicht unbedingt vorausgesetzt werden. Viele Menschen kennen den Untergrund nicht und interessieren sich nicht dafür. Diesem Umstand wurde zwar durch eine vielseitige Öffentlichkeitsarbeit Rechnung getragen. So wurden die Arbeiten im Untergrund per Video – aufgenommen von Bauarbeitern mit Helmkamera – auf Bildschirme übertragen, die in der Bauwand integriert waren.[2] Dennoch stehen betriebliche und sichtbare architektonische Qualitäten im Allgemeinen verständlicherweise im Vordergrund. Doch wie die Tragkonstruktion einen architektonischen Entwurf positiv beeinflussen kann, so sollten auch die tiefbauspezifischen Themen frühzeitig in die Projektentwicklung einfliessen. Deshalb müssen die projektrelevanten Punkte rechtzeitig geklärt werden. Nur so wird ein architektonisch und tragwerkspezifisch gutes Projekt durchwegs wirtschaftlich. Wie geotechnische Abklärungen bei Brückenwettbewerben schon den Unterlagen beigelegt und bei der Projektbeurteilung berücksichtigt werden, sollten zum Beispiel die Werkleitungspläne in einem dicht bebauten Untergrund im urbanen Bereich konsequent in die Projektbeurteilung und in den Entscheidungsprozess einfliessen. Insofern würde die Aussage von Michael Hauser, Stadtbaumeister und Moderator der Jurierung, noch gewichtiger: Er fand, dass sich die vorgeschlagene Dachform, obwohl kräftig und sehr eindrücklich, mit ihrer Umgebung gut verträgt. Damit meinte er die Einbettung in die umliegenden Fassaden sowie die architektonische und städtebauliche Qualität Vorschlags, sondern er sprach mit der Umgebung auch den Untergrund an.
Anmerkungen:
[01] Masterplan Stadtraum Bahnhof Winterthur: www.stadtraumbahnhof.winterthur.ch
[02] Die einzelnen Arbeitsschritte im Untergrund wurden mit Fotos und Videoclips auf einer eigens dafür geschaffenen FacebookFanseite dokumentiert: www.facebook.com/BahnhofplatzWinterthurTEC21, Fr., 2013.05.24
24. Mai 2013 Armand Bosonnet
