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7 Unterschiedliche Beurteilung der Auswirkung von Bäumen auf Dämme bzw. Deiche

Das Merkblatt der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) „Standsicherheit von Dämmen an Bundeswasserstraßen“ Ausgabe 2011 gibt vor, grundsätzlich keinen Gehölzbewuchs auf Dämmen zuzulassen. Demnach stellen Gehölze (Bäume und Sträucher) eine Gefahr der Standsicherheit dar, weil

Gehölze die Ansiedlung von Wühltieren begünstigen, deren Gänge ebenso wie die Wurzeln abgestorbener Bäume bevorzugte Sickerwege sind.

windinduzierte Bewegungen des Baumes zur Lockerung des Bodens führen.

Windwurf von Bäumen zu einer erheblichen Schwächung des Dammquerschnitts führen kann.

die Grasnarbe durch die andauernde Beschattung unterdrückt wird.

die Dammbeobachtung, die eine lückenlose Einsehbarkeit der luftseitigen Böschung voraussetzt, durch Bäume und Sträucher erheblich beeinträchtigt werden kann

eine maschinelle Unterhaltung des Deiches/Dammes erschwert wird.

Auch MATTHECK sieht Bäume an Deichen bzw. Dämmen kritisch (ARNOLD 1999):

Faulende, abgestorbene Baumwurzeln wirken wie Drainagerohre und leiten Wasser in den Deichkörper, der aufgeweicht wird.

Auch gesunde Wurzeln können besonders im Bereich der mechanisch wirksamen Wurzelplatte eine Pumpwirkung aufweisen. Dabei sollen bei Sturmeinwirkung unter oder neben der Wurzelplatte Bodenklaffungen auftreten, die beim Zurückschwingen das hineingelaufene Wasser weiter in den Deich drücken.

Im Falle des Versagens reißen Bäume tiefe Krater in den Deichkörper und führen zur Schwächung.

Absterbende Wurzeln bilden wasserleitende Röhren in den Deichen.

Andererseits beschreiben KATZENBACH & WERNER (2007) eine Erhöhung der Festigkeit durchwurzelter Erdbauwerke insbesondere aufgrund verbesserter Scherfestigkeit. Die Untersuchung und Einschätzung von Wurzeln gefällter Bäume am Landwehrkanal (Berlin) haben stabilisierende Auswirkungen von Zug- und Haltewurzeln auf den Böschungsbereich ergeben (kubus – Technische Universität Berlin: Darstellung der Wurzelverläufe und bodenkundliche Feldansprache nahe der Ufermauer des Berliner Landwehrkanals 2008).

WESSOLLY (2007) hat durch Untersuchungen am Rheindamm intensive und dammstabilisierende Durchwurzelung des Dammkörpers durch Kastanienwurzeln nachgewiesen, deren Standsicherheit im Kippversuch sogar besser entwickelt war als auf Normalstandorten.

8 Wurzelsuchgrabungen

Nach DIN 18 920 ist der Wurzelbereich definiert als der Bereich der Kronentraufe plus 1,5 m zu allen Seiten. Dieser theoretische Ansatz wird durch die tatsächlichen Gegebenheiten im Boden überlagert. Zur Abschätzung des tatsächlichen Wurzelaufkommens und der Ausdehnung der Wurzelteller als Grundlage für die Abschätzung der Auswirkungen der Sanierungsplanungen wurden daher im April 2015 umfangreiche Wurzelsuchgrabungen erforderlich.

Aufgrund der Länge des zu untersuchenden Abschnitts können die Grabungen lediglich als Stichproben verstanden werden. Dennoch sollten unterschiedliche Standortbedingungen abgebildet werden. Die Auswahl der zu untersuchenden Bäume erfolgte unter folgenden Kriterien:

Bäume an breiten und schmalen Dämmen unterschiedlichen Profils

Bäume mit hoher Funktion und erhöhter Beeinflussung durch die Dammverstärkung

Bäume ohne Wurzeln begleitender Gehölze, z. B. im angrenzenden Graben

Die Suchgräben stellten aus Sicht der Dammstatik eine potenzielle Schwächung des Bauwerks dar, daher wurden auftraggeberseitig strikte Vorgaben zur Durchführung erlassen:

Die Dämme durften nur eingeschränkt mit Fahrzeugen bis 7,5 t Gesamtgewicht befahren werden.

Die Grabungen durften nur bis 10–20 cm oberhalb der Sickerwasserlinie erfolgen.

Grabungen durften am Dammfuß nur punktuell (nicht größer als 20 cm Durchmesser) erfolgen, bei gespannten Grundwasserständen waren keine Suchgrabungen am Dammfuß möglich.

Bei Quellbildung im Suchgraben hätte umgehend verfüllt werden müssen, hierfür war ein Fahrzeug mit 1 m3 Verfüllmaterial an der Grabungsstelle vorzuhalten.

Vor Anlage eines weiteren Grabens waren die vorher angelegten Gräben lagenweise zu verfüllen, lagenweise zu verdichten und einzuschlämmen. Die maximale Grabenlänge durfte 2,5 m nicht überschreiten.

Alle Untersuchungsgräben waren noch am gleichen Tage mit vorgegebenem Fremdmaterial (gewaschene Kiese mit einer Körnungslinie U = 5–10, Feinkornanteil d 0,063 < 5%, d 50 < 5 mm) zu verfüllen.

Anfallender Aushub sollte auf dem Dammkörper flach verteilt werden, bei größeren Mengen geladen und abgefahren.

Mitarbeiter des WSA begleiteten die Suchgrabung ständig und hielten auf einer im Bereich der Suchgrabung festgemachten Schute 2.500 Sandsäcke für den Havariefall vor.

In einem vorher einzureichenden Konzept wurden die Suchgräben mit dem projektierenden Büro festgelegt. Insgesamt wurden 19 Suchgräben an fünf Eichen durchgeführt. Die 25–85 cm tiefen und ca. 0,3 m breiten Suchgräben hatten Längen von 2–5 m und verliefen längs und quer zum Dammkörper in unterschiedlichen Ebenen (Abbildung 7).

Untersuchungen der Sickerwasserlinie ergaben abweichend von dem theoretisch geradlinigen Verlauf einen im Dammkörper zunächst rasch abfallenden und dann auf Höhe der Begleitgräben stagnierenden Verlauf.

Da zur Beurteilung der Auswirkungen einer Überfüllung auch der Feinwurzelanteil und die -verteilung als relevant erachtet werden und die Gräben bis zu 80 cm Tiefe geplant waren, musste in Abweichung vom ursprünglichen Leistungsverzeichnis (nur Druckluftlanze) ein saugendes Verfahren zur Anwendung kommen. Die Tragfähigkeit und Breite der Dämme ist für schwere Lasten nicht ausreichend, so dass große Saugwagen nicht zum Einsatz kommen konnten. Genutzt wurde daher das relativ kleine Sauggerät SaugMax XL, Fa. InnTec GmbH, Rosenheim. Dies wird durch einen handelsüblichen Baukompressor auf Anhängerchassis im Injektionsverfahren betrieben.

Zur Lockerung des Bodens, insbesondere in stärker verdichteten Abschnitten wurde mittels Druckluftlanze vorgelockert, der gelockerte Boden durch einen ca. 10 cm starken Saugschlauch aus dem Graben gesogen und in einem kleinen und in kurzen Abständen nach unten zu entleerendem Behälter aufgefangen. Das Sauggerät ist tragbar und kann problemlos mit zwei Arbeitskräften z. B. an die Böschungssockel getragen und über die zu verlängernden Druckschläuche an den auf dem Damm stehenden Kompressor angeschlossen werden (Abbildung 8, 9).

Abbildung 7: Beispiel für Lage einer Suchgrabung, hier Stör-Wasserstraße rechtes Ufer bei km 1,148

Die freigelegten Wurzeln wurden zur besseren fotografischen Dokumentation mit einem Kreidespray eingefärbt, eine Messlatte dient der Verdeutlichung der Größenverhältnisse.

Ergebnisse der Suchgrabungen

Der vorgefundene Boden im Dammkörper ist bis auf einzelne Ausnahmen an offensichtlich überarbeiteten Uferkanten sandig mit humosen Anteilen. Im Bereich der trocken liegenden Gräben an der südlichen Seite der Wasserstraße ist der Humusanteil erhöht, teilweise fast torfig und der nahen Sickerwasserlinie entsprechend feucht. Abschnittweise ist hier und in den feldseitigen Böschungen in unterschiedlicher Tiefe ein klar abgegrenzter Horizont aus sandigem Ton mit gräulicher Färbung vorhanden. Im Bereich der Uferkanten sind die Bäume auch in die mutmaßlich nachträglich aufgebrachten Packungen aus Wasserbausteinen eingewurzelt.

Die Wurzelsuchgrabungen haben eine fast flächig durchgängige intensive, überwiegend gleichmäßige und auch über die Kronentraufen hinausgehende Durchwurzelung des Dammkörpers insbesondere mit Fein- und Schwachwurzeln gezeigt. Insbesondere an den Böschungen findet sich eine flächig ausgeprägte und tiefer gehende Durchwurzelung stärker als unter den verdichteten Fahrspuren. Es kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass dies für den gesamten relevanten, d. h. mit den alten Eichen bestandenen Abschnitt der Wasserstraße zutrifft.

Aus dem mittels Pegelmessung ermittelten, an der Uferkante zunächst stark abfallenden und dann langsam dem Grundwasserstand entsprechenden Sickerwasserverlauf ergibt sich in Verbindung mit dem sandigen Aufbau auch die teilweise erkennbare, in größere Tiefe reichende Durchwurzelung. Zudem stellen die zum Untersuchungszeitpunkt trocken liegenden Begleitgräben südlich des rechten Dammes keine Begrenzung dar, die Durchwurzelung reicht bis in die südlich angrenzenden Wiesenflächen.

An einzelnen Bäumen ist davon auszugehen, dass die Dammkrone aufgeschüttet worden ist, hierauf verweisen der an einem Suchgraben vorgefundene klar erkennbare Schichtenaufbau und die unterschiedlichen Tiefen des ausgeprägten Wurzelhorizontes. Einwurzelungen in die aufgelagerten Schichten sind zu erkennen.

Abbildung 8: Sauggerät im Einsatz

Abbildung 9: Beispiel Suchgrabung rechtes Ufer Stör-Wasserstraße

9 Auswirkung der vorgefundenen Durchwurzelung auf die Beurteilung der Dammstatik

Die dokumentierte intensive und gleichmäßige Durchwurzelung der Dammkörper wird nach Vorstellung der Grabungsergebnisse von allen Projektbeteiligten als dammstabilisierend beurteilt, insbesondere auch unter Berücksichtigung der an den Böschungen teilweise sehr lockeren humosen Sande. Die Berechnungsmodelle zur Dammsicherheit berücksichtigen jetzt, soweit berechenbar, zu einem gewissen Grad auch die durch die Durchwurzelung erhöhte Scherfestigkeit. Die positiven Aspekte des Baumbestandes werden höher bewertet als die Gefahren z. B. durch Einleitung von Schwingungen.

Eine Ertüchtigung der Dämme nach ursprünglicher Planung scheidet aus Gründen des Baumerhalts nicht nur aus, sondern würde mittel- bis langfristig nicht funktionieren, da das absterbende Wurzelwerk dann wasserführende Röhren hinterlassen könnte und zudem der Dammkern unter dem Druck der Auflagerung mit der Zersetzung der Wurzeln zusammensacken würde. Es sind alle Beteiligten an dem Projekt einig, dass eine Sanierung der Dämme nur mit Erhalt der Bäume möglich ist. Geprüft werden derzeit alternative Lösungen in Form von seitlichen Verstärkungen, Spundwänden oder hintergelagerten Dämmen, die jedoch auch umfangreiche planungsrechtliche Änderungen erfordern.

Eine pauschale Übertragung dieser Beurteilung auf andere, vermeintlich ähnlich gelagerte Problemstellungen erscheint dennoch problematisch. Eine differenzierte Betrachtung der Bodenverhältnisse, der Dammgeometrie, des Dammaufbaus, der Baumarten und der Grund- und Sickerwasserverhältnisse ist dringend geboten und kann zu vollständig anderen Ergebnissen führen.

10 Dammversagen linkes Ufer Stör-Wasserstraße

Die tatsächlich desolate statische Situation der Dämme zeigte sich in einem Versagen des nördlichen Dammes bei km 2,145. Hier brach der Damm über eine Länge von ca. 6 m genau zwischen zwei in größerem Abstand zueinander stehenden Eichen.

Die tatsächliche Ursache für das Versagen kann nicht mehr nachvollzogen werden, allerdings wird von einem verstärkten „Wühltierangriff“ ausgegangen. Der Bestand an Nutrias ist in den letzten Jahren erheblich angestiegen, und es wurden bereits im Vorwege zahlreiche Gänge im Dammkörper verschlossen. Im Zuge einer Sofortsicherungsmaßnahme wurde der Damm des linken Ufers durch Verfüllung des Begleitgrabens und eine bis zu 0,5 m die Dammböschung hoch reichende seitliche Anlagerung verstärkt (Abbildung 10).

Abbildung 10: Skizze: Sofortsicherungsmaßnahme nördliches Ufer StW

Eine baumgutachterliche Begleitung der Planung fand nur insoweit statt, als dass eine grundsätzliche Einschätzung der Auswirkung auf die Baumreihe abgefordert wurde, mit dem Ergebnis, dass die Durchwurzelung in Richtung des zu überschüttenden Begleitgrabens durch den gleichmäßig hohen Wasserstand mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit so stark eingegrenzt ist, dass eine Überfüllung der steil abfallenden Uferkante von ca. 0,5 m durch die Eichen kompensiert werden kann. Die Beschaffenheit des Auflastfilters und die Bauausführung wurden nicht detailliert begleitet.

11 Sofortsicherungsmaßnahme rechtes Ufer Stör-Wasserstraße

Die Sickerwasserlinien beider Dämme wurden seit dem Versagen intensiv überprüft. Hierbei wurde deutlich, dass im rechten (südlichen Damm) die Sickerwasserlinie abschnittweise ansteigt. Taucheruntersuchungen der Pfahlwände haben zudem Auskolkungen (durch das fließende Wasser hervorgerufene Vertiefung im Dammkörper) hinter den Pfahlwänden aufgezeigt.

Auch hier wurden in Form einer weiteren Sofortsicherungsmaßnahme seitliche Dammverstärkungen erforderlich, die den festgestellten Wurzelbereich umfangreicher als am nördlichen Damm beeinträchtigen. Am rechten Ufer weisen die breiteren Dämme flacher geneigte landseitige Böschungen auf, die in einen zumeist trocken stehenden Begleitgraben münden. Die Suchgrabungen haben eine flachgründige Durchwurzelung zwischen einer sehr lockeren Humusschicht und einem Tonhorizont durch die Grabensohle bis in die angrenzenden Wiesenflächen hinein aufgezeigt.

Die seitens der Dammstatik als erforderlich erachtete Profilierung des Auflastfilters führt damit zu Überfüllungshöhen von bis zu 1,55 m. Uferseitig sollte die Pfahlwand durch eingerüttelte Vlieslagen und Ersatz fehlender Pfähle ertüchtigt, der Raum zwischen Uferkante und Pfahlwand durch den Einbau von Wasserbausteinen verfüllt werden (Abbildung 11).

Die nicht abwendbaren negativen Auswirkungen der Überfüllung sollten durch nachfolgend beschriebene Maßnahmen eingegrenzt werden:

Der Damm durfte nicht mit schwerem Gerät befahren werden. Zur Erschließung des Geländes wurde eine provisorische Baustraße landseitig entlang des zu verfüllenden Begleitgrabens errichtet. Hierfür wurde die Grasnarbe der Wiese abgezogen, und eine Schicht aus Betonmineralgemisch auf einem Geotextil auf ca. 30 cm Höhe verdichtet.

Abbildung 11: Skizze Querprofil Auflastfilter rechtes Ufer Störwasser-Kanal bei km 1,90 (die Uferbezeichnung richtet sich nach der der Kilometrierung entgegengesetzten Gewässerfließrichtung).

Abbildung 12: Anfüllung mit eingebauten Baumlüftern, links die provisorische Baustraße

Abbildung 13: Aufbringen des Wühltierschutzgitters

An der Böschung und in der Grabensohle durfte unter baumpflegerischer Begleitung ebenfalls lediglich die obere lockere Humusschicht mit der Baggerschaufel von der Baustraße aus abgezogen werden.

Der Auflastfilter wurde im Rahmen der Vorgaben der Dammstatik möglichst grobkörnig gewählt. Ein Zuschlag von ca. 8–10% Humusstoffen und 0,4 kg/m³ organisch-mineralischem Dünger auf Algenbasis mit Magnesium, Spurenelementen und Mykorrhiza soll einen Wurzeleinwuchs in den Auflastfilter fördern. Der Auflastfilter wurde wiederum von der Baustraße aus aufgebracht, der Filter durfte nicht befahren und auch nicht zusätzlich verdichtet werden. Zur Berücksichtigung der zu erwartenden Verdichtung wurde das geplante abschließende Niveau um 10 cm überbaut. Das Niveau wurde an den Stammfüßen muldenförmig angepasst (Abbildung 12).

Zur Vermeidung von Wasseranstau im Wurzelhorizont auf dem Tonhorizont mit der Gefahr von Faulprozessen sind auch seitens der Dammstatik Durchbrüche in die darunter liegenden Horizonte erforderlich.

Diese Durchbrüche erfolgten in Form von baumgutachterlich begleiteten Bohrungen, die durch den Einbau von bis in 1,8 m tief eingebauten Schlitzrohren auch eine Funktion als Baumlüfter haben. Hierfür wurde ein Abstand der Rohre zueinander von max. 2 m gewählt, die geschlitzten Rohre aus Polyethylen haben einen Durchmesser von 15 cm und wurden nach dem Einbau mit Kies 16/32 aufgefüllt.

Auf den Auflastfilter wurde ein Gitter als Wühltierschutz aufgelegt und die Fläche abschließend mit einer ca. 10 cm starken Oberbodenschicht (humoser Sand, ähnlich dem vorhandenen Oberboden) abgedeckt (Abbildung 13). Die Lüfterrohre wurden mit einer Schicht aus Kies 16/32 an die Oberfläche angeschlossen.

Das Einrütteln des Vlieses an der Pfahlwand (Abbildung 14), die Ergänzung fehlender Pfähle und der Einbau der Wasserbausteine erfolgte von der Wasserseite mit Spezialgerät auf Schuten. Die Fahrspur auf dem Damm wurde nur dünn mit einem Magerrasenschotter egalisiert, die vorhandenen Unterschiede im Gefälle wurden nicht beseitigt (Abbildung 15).

Abbildung 14: Einrütteln des Vlieses mit Spezialgerät

Für die Sofortsicherungsmaßnahme mussten der Unterwuchs und zwischen den Eichen der Allee stehende Baumarten, die erfahrungsgemäß als wenig tolerant gegen Überfüllungen eingeschätzt werden, gefällt werden. Auch wurden die Kronenschirme sowohl land- als auch wasserseitig angehoben. Der optische Gesamteindruck der Allee blieb aber erhalten. Die Wurzelstöcke der gefällten Bäume wurden oberflächlich gefräst.

Abbildung 15: Einbau von Wasserbausteinen und Abdecken der Dammkrone mit humosem Sand bzw. Magerrasenschotter

12 Ausblick und Fazit

Planungen und Bauausführung sind ein Kompromiss aller Beteiligten. Die Alleesituation ist zunächst erhalten worden, der unbeteiligte Beobachter mag u. U. die Eingriffe in den Standort kaum (noch) erkennen (Abbildung 16). Eine abschließende Beurteilung, ob die Maßnahmen erfolgreich im Sinne des Baumerhalts sind, kann zum jetzigen Zeitpunkt jedoch noch nicht erfolgen. Eine engräumige sachverständige Kontrolle der Eichen über die nächsten 20 Jahre ist zwingend erforderlich. Ein langfristiger Erhalt der Eichen wird dann wahrscheinlich, wenn diese den Auflastfilter als Wurzelraum annehmen. Als Grundlage für die weiteren Baumkontrollen und auch als Grundlage für ähnliche Planungen wären deshalb entsprechende Suchgrabungen nach einigen Jahren zu empfehlen.

Abbildung 16: Blick auf den Bereich der ehemaligen Baustraße und die durch den seitlichen Auflastfilter stabilisierte Dammböschung mit der südlichen Eichenreihe im August 2018

Der hier vorgestellte Ansatz kann nicht als generelle Lösung ähnlicher Konflikte zwischen Damm-/Deichsanierung und Baumerhalt erachtet werden. Lohnend ist jedoch auf jeden Fall eine individuelle und vorurteilsfreie Untersuchung der Ausgangssituation und die Suche aller Beteiligten nach gemeinsamen Lösungen.

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Autoren

Dipl.-Agr.-Ing. Katharina Dujesiefken ist Referentin für Baum- und Alleenschutz beim BUND Mecklenburg-Vorpommern.

Katharina Dujesiefken

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Tel. (0385) 5213390

Katharina.Dujesiefken@bund.net

Dipl.-Ing (FH) Frank-Christoph Hagen ist nach Studium am Merrist Wood College, Guildford (GB) mit Abschluss National Certificate Arboriculture an der damaligen Fachhochschule Osnabrück öffentlich bestellter Sachverständiger und geschäftsführender Inhaber der Hagen Baumbüro GmbH in Elmenhorst bei Schwarzenbek.