Fundamentunterfangung: HDI-Verfahren oder klassische Bauweise?

Er beschreibt das Tragverhalten eines geschwächten Bestandsfundaments während des Eingriffs.

Bei Setzungsrissen, Nutzungsänderungen oder einer Laststeigerung reicht die Betrachtung des Fundaments nicht aus. Maßgebend ist die Kette aus aufgehender Wand, Fundament, Baugrund und Bauzustand. Eine Fundamentunterfangung verändert diese Kette unter Last. Das macht die Verfahrenswahl zur statischen Entscheidung.

Der Vergleich HDI-Verfahren gegen konventionelle Unterfangung beginnt daher nicht bei Geräten, Bauzeit oder Preisen. Er beginnt bei der Frage, wohin die Lasten künftig abgetragen werden und welche Verformungen der Bestand während dieses Lastwechsels toleriert.

Klassische Unterfangung nach DIN 4123: abschnittsweiser Lastwechsel

Die konventionelle Unterfangung ersetzt oder ergänzt die vorhandene Gründung abschnittsweise. Unter dem bestehenden Fundament werden Stichgräben hergestellt. Danach entstehen Unterfangungskörper aus Mauerwerk, Beton oder Stahlbeton. Erst nach ausreichender Kraftübertragung folgt der nächste Abschnitt.

DIN 4123 behandelt Ausschachtungen, Gründungen und Unterfangungen im Bereich bestehender Gebäude. Ihr Kern ist eindeutig: Die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Bestands müssen während aller Bauzustände erhalten bleiben.

Die Begrenzung der Abschnitte folgt diesem Ziel. Gleichzeitig hergestellte Unterfangungsabschnitte dürfen eine Breite von 1,25 m nicht überschreiten. Zwischen ihnen ist ein Abstand von mindestens dem Dreifachen der Abschnittsbreite einzuhalten. Die Last bleibt damit auf ausreichend lange, ungeschwächte Fundamentbereiche verteilt.

Der Bauablauf ist keine Formalität. Wird ein Folgeabschnitt zu früh geöffnet, verliert das Fundament den erforderlichen Lastumlagerungsweg. Mauerwerkswände reagieren darauf nicht mit einer klaren Vorankündigung. Risse können sich öffnen. Druckzonen können ausweichen. Bei ungleichmäßiger Auflagersteifigkeit entstehen zusätzliche Zwängungen.

Die klassische Bauweise benötigt daher drei getrennte Nachweise:

1. Endzustand der Unterfangung. Die neue Gründung muss Vertikallasten, gegebenenfalls Horizontallasten und die Lasten aus angrenzenden Bauteilen in den Baugrund übertragen.

2. Zwischenzustände. Jeder geöffnete Stichgraben verändert die wirksame Fundamentlänge und die Spannungsverteilung im Mauerwerk.

3. Gebrauchstauglichkeit. Setzungen und Differenzsetzungen begrenzen die Eignung des Verfahrens. Ein tragfähiger Unterfangungskörper genügt nicht, wenn er den Bestand unzulässig verformt.

Die Dicke der Unterfangungswand folgt dem Nachweis. Sie darf nicht geringer sein als die Dicke des vorhandenen Fundaments. Diese Mindestforderung löst jedoch keine Bemessung. Wandlast, Fundamentgeometrie, Baugrundkennwerte und Exzentrizitäten bleiben maßgebend.

Die Unterfangung beginnt nicht mit dem Aushub. Sie beginnt mit dem Nachweis des kritischen Bauzustands.

Für die Kraftübertragung zwischen Bestand und neuer Unterfangung stehen mehrere Verfahren zur Verfügung. Stahldoppelkeile, hydraulisches Anpressen mit anschließendem Ausfüllen oder Fließbeton mit Quellzusätzen sind mögliche Lösungen. Die Wahl beeinflusst den Zeitpunkt des Lastübergangs. Beim hydraulischen Anpressen können erwartete Setzungen teilweise vorweggenommen werden. Das reduziert jedoch nicht die Anforderungen an Messung und Bauablauf.

Die klassische Unterfangung ist deshalb besonders nachvollziehbar, wenn Fundamentsohle, Baugrund und Arbeitsraum offen untersucht werden können. Sie erlaubt die direkte Prüfung des Bestands. Sie erzeugt aber einen Eingriff unmittelbar unter dem tragenden Mauerwerk.

Das HDI-Verfahren: tragfähiger Boden statt offener Stichgraben

Das Hochdruckinjektionsverfahren, kurz HDI oder Düsenstrahlverfahren, verfolgt ein anderes Prinzip. Der Boden wird über ein Bohrgestänge unter Hochdruck gelöst und mit Bindemittelsuspension vermischt. Nach dem Erhärten entstehen Düsenstrahlkörper. Diese können als Säulen, überlappende Scheiben, Wände oder räumliche Körper ausgebildet werden.

Die Lastabtragung erfolgt nicht über einen offen hergestellten Unterfangungskörper aus Beton oder Mauerwerk. Sie erfolgt über einen gezielt verfestigten Bodenbereich. Das Verfahren gehört zur Bodenverfestigung nach DIN 4093. Für die Planung und Ausführung von Tragelementen mittels Düsenstrahlverfahren ist DIN EN 12716 als technische Regel maßgeblich.

In der Praxis werden Injektionsdrücke von etwa 400 bis 600 bar eingesetzt. Das sind keine Bemessungswerte. Der erreichbare Durchmesser eines Düsenstrahlkörpers hängt von Bodenart, Lagerungsdichte, Wassergehalt und Verfahrensparametern ab. Ein angegebener Säulendurchmesser ist ohne Bezug auf diese Randbedingungen wertlos.

Der entscheidende Unterschied liegt im Bauablauf. HDI kann Gründungselemente unter oder neben einem Fundament erzeugen, ohne die gesamte Fundamentunterseite abschnittsweise freizulegen. Das ist bei begrenzter Arbeitshöhe, dichter Nachbarbebauung oder schwer zugänglichen Kellern relevant. Kleine Geräte können den Zugang erleichtern. Sie ersetzen jedoch weder eine Baugrundbewertung noch die Kontrolle der hergestellten Körper.

HDI ist keine pauschal schonende Lösung für Denkmale. Der Eintrag von Suspension, die Veränderung der Baugrundsteifigkeit und der Austritt von Material müssen beherrscht werden. In durchlässigen, inhomogenen oder unbekannten Bodenschichten können Geometrie und Qualität der Düsenstrahlelemente erheblich variieren. Die Ausführung benötigt deshalb verfahrensbezogene Parameter, Eignungsprüfungen und eine belastbare Qualitätskontrolle.

Die Tabelle zeigt keine Rangfolge. Beide Systeme können eine Nachgründung tragen. Beide Systeme können versagen, wenn der Baugrund falsch angesetzt oder der Bauzustand unzureichend gesichert wird.

Der statische Nachweis endet nicht an der Fundamentkante

Bei einer Fundamentverstärkung wegen Setzungsrissen liegt der Fehler häufig in der Ausgangsannahme. Ein Riss beweist keine unzureichende Fundamentbreite. Er kann aus Baugrundumlagerungen, Durchfeuchtung, Leckagen, einer Änderung der Belastung, ungleichmäßiger Steifigkeit oder aus Verformungen des aufgehenden Tragwerks resultieren.

Die Schadensanalyse muss daher vor der Verfahrensentscheidung stehen. Sie umfasst mindestens:

• die Erfassung des Rissbilds mit Lage, Verlauf und zeitlicher Entwicklung;
• Fundamentaufschlüsse zur Bestimmung von Breite, Tiefe, Material und Zustand;
• die Zuordnung der Wandlasten und möglicher Einzellasten;
• ein Baugrundgutachten mit Schichtenprofil, Kennwerten und Grundwasserangaben;
• die Prüfung von Nachbarfundamenten, Anbauten und Leitungen;
• die Festlegung der zulässigen Verformungen des Bestands.

Bei einer konventionellen Unterfangung wird der Lastpfad vom Fundament in den neuen Unterfangungskörper und weiter in den Baugrund geführt. Der Nachweis umfasst dabei auch lokale Spannungen an Fundamentunterseite und Mauerwerksfuß. Ungleichmäßige Lasten oder ausmittige Wandachsen können eine asymmetrische Beanspruchung erzeugen.

Beim HDI-Verfahren entsteht ein zusammengesetztes Gründungssystem. Fundament, gegebenenfalls Kopfbalken oder Übergangskonstruktion, Düsenstrahlkörper und umgebender Boden wirken zusammen. Die Tragfähigkeit der einzelnen Säule ist nur ein Teil des Systems. Entscheidend ist auch die Gruppenwirkung, die Überlappung bei Wandscheiben, die Lasteinleitung und die Verformungsdifferenz zum nicht ertüchtigten Gebäudeteil.

Eine nachträgliche Gründung darf nicht so steif angesetzt werden, dass sie die Lastverteilung im Bestand unkontrolliert verschiebt. Ebenso problematisch ist eine zu nachgiebige Lösung. Dann bleibt die Schadensursache bestehen, obwohl rechnerisch eine zusätzliche Tragreserve vorhanden ist.

Der Nachweis zeigt nicht nur, ob etwas trägt. Er zeigt, wohin sich die Last während der Ausführung verlagert.

Bei Denkmälern verschärft sich die Aufgabe. Historisches Mauerwerk besitzt oft wechselnde Steinformate, weiche Fugen, Hohlstellen und lokale Reparaturen. Eine durchlaufende Wandlast ist dann eine Rechenannahme, keine beobachtete Tatsache. Aufschlüsse und konservatorische Vorgaben begrenzen den Eingriff. Die Tragwerksplanung muss diese Begrenzung aufnehmen. Sie darf sie nicht durch pauschale Sicherheitsannahmen verdecken.

Baugrund, Grundwasser und Zugang bestimmen das Verfahren

Die Frage „HDI-Verfahren oder konventionelle Unterfangung?“ lässt sich nicht ohne Baugrund beantworten. Der Untergrund ist kein passiver Auflagerblock. Seine Steifigkeit bestimmt die Setzung. Seine Schichtung bestimmt die Laststreuung. Sein Wasserhaushalt bestimmt die Bauausführung.

Bei einer klassischen Unterfangung ist die offene Baugrube unter dem Fundament der kritische Punkt. Die DIN-Randbedingungen berücksichtigen unter anderem die freie Höhe vor einem Fundament und die Bodenbeschaffenheit. Bei Verbau vor dem Fundament ist eine freie Höhe von höchstens 2,00 m nur unter bestimmten Voraussetzungen zulässig, etwa bei mindestens steifem bindigem Boden und ohne erwartbares Herausbrechen loser Fugen. Solche Bedingungen müssen am Objekt vorliegen. Sie dürfen nicht unterstellt werden.

Auch Grundwasser verändert den Bauablauf. Für die in DIN 4123 beschriebenen Randbedingungen muss der Grundwasserspiegel während der Bauausführung mindestens 0,50 m unter der Gründungsebene liegen oder auf diese Tiefe abgesenkt werden. Eine Wasserhaltung kann ihrerseits Setzungen auslösen. Sie ist daher Teil des Standsicherheitskonzepts, nicht bloß eine Baustellenleistung.

HDI vermeidet nicht automatisch die Probleme des Wassers. Es arbeitet im Boden und damit innerhalb seiner Durchlässigkeiten und Strömungswege. Die Suspension kann sich in grobkörnigen Schichten anders ausbreiten als in bindigen Böden. Bei wechselnden Schichten verändert sich die Körpergeometrie. Die Planung benötigt deshalb ein belastbares Baugrundmodell und eine Ausführungsstrategie für Abweichungen.

Die Entscheidung lässt sich auf vier technische Fragen verdichten:

1. Ist ein sicherer, abschnittsweiser Aushub unter dem vorhandenen Fundament herstellbar? Ist dies der Fall, bleibt die konventionelle Unterfangung ein klar kontrollierbares Verfahren.

2. Wo liegt die tragfähige Schicht, und wie groß ist der erforderliche Lastabtrag? Große Tiefen oder komplexe Lastumleitungen können den Einsatz von HDI begünstigen. Das folgt jedoch aus der Bemessung, nicht aus einer Verfahrenspräferenz.

3. Welche Zugänglichkeit besitzt das Gebäude? Niedrige Keller, enge Innenhöfe oder angrenzende Bebauung begrenzen Aushub und Gerätelogistik unterschiedlich.

4. Welche Verformungen sind zulässig? Empfindliches Mauerwerk, schadensbelastete Fassaden und angeschlossene Bauteile erfordern ein präzises Mess- und Interventionskonzept.

Die Kosten einer Nachgründung im Altbau lassen sich daraus nicht als allgemeiner Vergleich ableiten. Baugrund, Tiefe, Wasserhaltung, Mengen, Gerätelogistik, Sicherungsmaßnahmen und Zugänglichkeit verändern den Aufwand erheblich. Ein Quadratmeterpreis ohne Bauzustandskonzept ist keine Entscheidungsgrundlage.

Messung ist Teil des Tragwerks

Vor Beginn einer Unterfangung sind Höhenbolzen am Bestandsgebäude zu setzen und einzumessen. Während der Arbeiten folgen Setzungsmessungen. Bei mehrgeschossigen Gebäuden oder ungünstigem Untergrund kommen Messungen horizontaler Verschiebungen oder von Neigungsänderungen hinzu.

Diese Vorgabe besitzt eine klare Funktion. Der rechnerische Bauzustand wird mit dem tatsächlichen Bauverhalten abgeglichen. Ohne Messung bleibt eine Differenzsetzung zunächst unbemerkt. Bei historischem Mauerwerk kann der sichtbare Riss dem Messwert zeitlich nachlaufen.

Ein Messkonzept benötigt feste Bezugspunkte außerhalb des Einflussbereichs. Es benötigt Ausgangswerte vor dem Eingriff, Messintervalle für jeden Bauzustand und festgelegte Reaktionen auf Grenzwertüberschreitungen. Die Messung muss mit dem Bauablauf verbunden sein. Ein Messprotokoll nach Abschluss der Arbeiten hat keine steuernde Wirkung.

Bei der klassischen Unterfangung sind Messpunkte vor dem Öffnen eines Stichgrabens, nach dem Aushub, nach der Herstellung des Unterfangungskörpers und vor dem Folgeabschnitt relevant. Beim HDI sind Bohrfolge, Injektionsparameter, Austritte, Hebungen und die Entwicklung des Bauwerks zu erfassen. Die Überwachung betrifft damit Bauwerk und Herstellprozess zugleich.

Der Bauleiter benötigt für diesen Fall keine vage Aufforderung zur Vorsicht. Er benötigt definierte Maßnahmen: Unterbrechung der Arbeiten, Anpassung der Reihenfolge, Reduzierung von Bauabschnitten, Überprüfung der Lastumlagerung oder Ergänzung der Sicherung. Welche Maßnahme folgt, ergibt sich aus der Planung.

Die Entscheidung ist ein Bauzustandsnachweis

Die klassische Unterfangung nach DIN 4123 überzeugt, wenn ein abschnittsweiser Aushub sicher herstellbar ist, die Fundamentgeometrie zugänglich bleibt und die Lastübertragung zwischen Bestand und Unterfangung kontrolliert aufgebaut werden kann. Ihr Vorteil liegt in der direkten Geometrie- und Materialkontrolle.

Das HDI-Verfahren ist sinnvoll, wenn der offene Eingriff unter dem Fundament durch Zugang, Tiefe, Baugrund oder Nachbarbebauung begrenzt wird und eine verfestigte Bodenkonstruktion den erforderlichen Lastpfad sicher herstellen kann. Sein Vorteil liegt in der räumlichen Anpassbarkeit. Seine Unsicherheit liegt in der Baugrundabhängigkeit der hergestellten Elemente.

Eine Fundamentunterfangung ist keine Auswahl zwischen zwei Bauverfahren. Sie ist der Nachweis eines neuen Tragwerkszustands im Bestand. Baugrundgutachten, Fundamentaufschlüsse, Lastansatz, Bauablauf und Messkonzept entscheiden. Erst danach folgt die Methode.