Si­cher­heit vor Preis – auch bei vor­ge­spann­ten Bo­den- und Fel­s­an­kern

In den vergangenen Jahren sind aus wirtschaftlichen Gründen vermehrt vorgespannte Boden- und Felsanker eingesetzt worden, die nicht den Anforderungen der Norm SIA 267 entsprechen. Das kann gefährlich sein.

Die Norm SIA 267 stellt an vorgespannte Boden- und Felsanker folgende Grundanforderungen: Zugglieder aus Spannstahl gemäss SIA 262 bzw. prEN 10138, vorgegebene Korro­sionsschutzmassnahmen je nach Einsatzbereich und Nutzungsdauer, Eignungsprüfung des Ankersystems mit Konformitätsbewertung, Qualitätssicherung der Ankerproduktion mit Eigen- und Fremdüberwachung.

Verschiedene in der Praxis verwendete Ankersysteme erfüllen diese Anforderungen nicht voll­umfänglich, beispielsweise die häufig eingesetzten «vorgespannten» Selbstbohranker. Die gravierendsten Abweichungen von den Anforde­rungen sind dabei die folgenden: Zugglieder aus ungeprüftem hochfestem Stahl oder aus Betonstahl anstelle von normkonformem Spannstahl; ungenügender, nicht den Normanforderungen entsprechender Korrosionsschutz; fehlende Eignungsprüfung und ungenügende Qualitätssicherung.

Spannungsrisskorrosion

Für eine langfristig wirksame Vorspannung ist wie im Spannbetonbau der Einsatz von Zuggliedern aus hochfestem Spannstahl erforderlich. Hochfeste Stähle sind jedoch anfälliger für Spannungsrisskorrosion, die bereits nach kurzer Zeit zu plötzlichen Sprödbrüchen führen kann. Der zeitliche Verlauf des Schädigungsprozesses ist dabei nicht prognostizierbar; Brüche können schon kurz nach dem Spannen der Anker oder erst nach mehreren Jahren auftreten. Bei einem Sprödbruch herausschiessende Ankerteile können Personen verletzen oder töten. Weiter können Deformationen infolge von Ankerbrüchen Schäden an umgebenden Bauten verursachen, und im Extremfall kann der progressive Bruch mehrerer Anker zum ­Einsturz von ganzen Bauwerksbereichen führen.

Normkonformer Spannstahl wird deshalb auf die Empfindlichkeit gegen Spannungsrisskorrosion geprüft. Damit und mit strengen ­Anforderungen an den Korrosionsschutz der Anker, einer Eignungsprüfung der Ankersysteme, der Qualitätssicherung der Spannstahl- und Ankerproduktion sowie mit einer fachgerechten Ausführung wird die Gefahr der Spannungs­risskorrosion beherrscht.

Werden Anker verwendet, die die Normanforderungen nicht einhalten, geht man hingegen ein ­erhebliches Risiko ein. Es sind mehrere Fälle aus den letzten Jahren bekannt, in denen solche Anker gebrochen sind. Dass die dabei bis zu 10 m weit herausschiessenden Ankerteile keine Personen getroffen haben, ist nur dem Zufall zu verdanken.

Spannkraftverluste und Korrosionsschutz

Bei Boden- und Felsankern nimmt die Vorspannkraft nach dem Festsetzen in der Regel noch leicht ab, unter anderem weil sich die Ankerauflager bzw. Baugrubenabschlüsse etwas gegen den Baugrund verschieben. Durch die Vorgabe der Verwendung von Spannstählen und die Empfehlung einer minimalen freien Ankerlänge von 7 m stellt die Norm sicher, dass die Kraftverluste nicht zu gross werden und die Wirkung der Vorspannung über die Nutzungsdauer erhalten bleibt.

Bei verschiedenen «vorgespannten» Selbstbohr- und Stab­anker­systemen werden für die Zug­glieder statt hochfestem Spannstahl Betonstähle mit Fliessgrenzen fsk < 700 N/mm2 verwendet. Damit wird zwar die Gefahr der Spannungsrisskorrosion weitgehend vermieden. Allerdings führt dies bereits bei Auflagerverschiebungen von wenigen Millimetern zu erheblichen Spannkraftverlusten, vor allem in Verbindung mit kurzen freien Ankerlängen. Vorgespannte Anker mit Zuggliedern aus Betonstählen sind deshalb bezüglich der Vorspannwirkung bzw. der Reduktion von Deformationen in der Umgebung nicht gleichwertig wie normgemässe vorgespannte Anker mit Spannstählen.

Wirksame freie Ankerlänge

Für vorgespannte Anker empfiehlt die Norm SIA 267 eine minimale freie Ankerlänge lfr von 7.0 m. Wie bereits erläutert, sollen damit die Spannkraftverluste begrenzt werden. Weiter verlangt die Norm, dass die effektive wirksame freie Ankerlänge lf, die bei den Ankerprüfungen ermittelt wird, mindestens 90 % der theoretischen, sogenannten «rechnerischen» freien Ankerlänge lfr erreichen muss. Damit wird primär sichergestellt, dass bei den Ankerprüfungen der Baugrundwiderstand nur im Bereich der geplanten Verankerungszone mobilisiert wird.

Die Erfahrung zeigt, dass bei nicht normkonformen «vorgespannten» Selbstbohr- und Stabankersystemen die wirksamen freien Ankerlängen oft deutlich kleiner sind als der Sollwert. Die Anker­prüfungen erlauben in diesem Fall häufig keine zuverlässige Beurteilung des äusseren Tragwiderstands.

Empfehlungen

In der Regel ist die Bauherrschaft mit ihren Planern für die Definition der Anforderungen und für die Genehmigung des vom Unternehmer vorgeschlagenen Ankersystems zuständig. Dabei ist in Erinnerung zu rufen, dass die SIA-Normen den Stand der Technik wiedergeben und dass SIA-Mitglieder dazu verpflichtet sind, sie einzuhalten. Technisch sinnvolle Abweichungen müssen ­begründet werden, und die Bau­herrschaft ist entsprechend zu informieren.

Beim Einsatz vorgespannter Anker empfiehlt es sich aus den ­auf­geführten Gründen, ein normkonformes Ankersystem zu wählen. Dazu muss der Unternehmer einen Eignungs- und Konformitätsnachweis durch eine unabhängige Stelle vorlegen. Als Hilfsmittel für Bauherrschaften und Planende führt der SIA ein Register von Ankersystemen, die über einen von der Expertengruppe Ankersysteme validierten Nachweis verfügen.

Der Einsatz nicht norm­konformer vorgespannter Anker unter Verwendung hochfester Stähle ist wegen möglicher Sprödbrüche ­gefährlich und strikt zu vermeiden. Der Einsatz von nicht norm­konformen «vorgespannten» Ankersystemen unter Verwendung von Betonstählen mit Fliessgrenzen fsk < 700 N/mm2 ist ebenfalls zu ­hinterfragen, da die angestrebte Vorspannwirkung häufig rasch verloren geht. Zudem sind bei diesen Ankersystemen die Ausbildung einer wirksamen freien Ankerlänge sowie ein ausreichender Korrosionsschutz auf der freien Ankerlänge teilweise nicht gewährleistet.

Neben der Wahl eines zweckmässigen Ankersystems sind für eine wirksame, sichere und dauerhafte Verankerung auch eine kompetente und sorgfältige Planung, Ausführung und Prüfung entscheidend. Planende, Unternehmer und Bau­leitung stehen auch in diesen Be­reichen in der Verantwortung.

SIA-Register der Ankersysteme mit validiertem Nachweis: www.sia.ch/register

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