Optimierung einer Hangsicherung im Park Tiefurt

Der sentimentale Landschaftsgarten erstreckt sich sanft vom Dorfrand und dem Gutsgebäude über Wiesen herunter bis zur Ilm, die in einem weiten Bogen durch den Park fließt. Auf der gegenüberliegenden Seite hatte die Ilm über Jahrtausende einen Prallhang modelliert, eine steile waldartige Partie, die aufgrund ihrer Eichen auch "Lohholz"³ genannt wird. Auch dieses rückt nun in den Fokus von Anna Amalias "Projecten", es wurde "umgeschaffen, und in einem solchen Zustand gesetz[t] daß Faunen und Nimphen sich nicht zu schämen brauchen ihren Auffenthalt darinnen zu haben"⁴. (Abb. 2)

Anlass und Untersuchungsergebnisse

Solcherart Motive im Hinterkopf ist es eine Diagnose mit fast dystopischem Charakter, die die Gartenabteilung der Klassik Stiftung Weimar (KSW) im Juni 2023 für das "Lohholz" erhält. Teile des Hangs drohen offenbar abzurutschen, die Kriechbewegung des Hanges ist fortschreitend, das Ausmaß ist nicht gleich zu überblicken. Im Mai desselben Jahres waren hangparallele Risse in den Wegen eines besonders steilen Bereichs aufgetaucht, in der Folge auch in anderen Wegeabschnitten. Die Überwachung der Rissbreiten belegt deren Zunahme und die vorher kaum registrierte signifikante Schrägstellung zweier alter Eichen scheint sich ebenfalls zu vergrößern. Weil ein Hangrutsch droht, muss das "Lohholz" zur Gefahrenabwehr für Personen geschlossen bleiben.

Bei der Kaskade ingenieurtechnischer Planungsschritte, die in der Folge der ersten Beobachtungen angestoßen wird, stellt sich immer wieder die grundsätzliche Frage nach der Ursache und dem Ausmaß der Anomalien sowie der Verhältnismäßigkeit der Lösungen. Dass Fachleute einen Zusammenhang mit dem Klimawandel vermuten, macht die Antworten nicht leichter. Es ist bekannt, dass die Häufigkeit flachgründiger Rutschungen durch die zunehmende Häufigkeit und Intensität extremer Wetterereignisse begünstigt wird.

Während man dabei meist an kurzfristig in großer Quantität anfallende Niederschlagsmengen denkt, ist auch der umgekehrte Fall – die Austrocknung – für den "Baugrund" problematisch^.5 Tatsächlich ergibt die Baugrunduntersuchung, dass "die Standsicherheitsreduzierung auf eine Verringerung der Scherfestigkeit des Bodens, hier vor allem der Kohäsion, durch die langanhaltende Austrocknung, auch der tiefer liegenden Bodenschichten, zurückzuführen"⁶ ist.

Die Bodenschichten des Oberen Muschelkalks sowie deren tonige, ausgeprägt plastischen Zersatzprodukte, die 30 bis 120 Zentimeter unter Geländeoberkante beginnen, haben wie die darüberliegenden Bodenschichten zum Zeitpunkt der Untersuchungen nur sehr geringe Wassergehalte. Diese Zersatztone weisen "kaum noch die für Tone typischen plastischen Eigenschaften auf"⁷.

Was bei den Sondierungen erbohrt wurde, war nicht mehr der übliche kompakte Tonklumpen, sondern zerfallene, ausgetrocknete "Tonbröckchen in Sand- beziehungsweise Kieskorngröße"⁸. Das fehlende Wasser verändert die bodenmechanischen Eigenschaften, die Kohäsion der Tonmergelstein-Kalkstein-Wechsellagerung entspricht nur noch einem Viertel bis einem Drittel der charakteristischen Berechnungskenngröße.

In der Folge ergibt die exemplarische Standsicherheitsberechnung, dass sich die rechnerischen Auslastungsgrade des Hanges erheblich erhöhen: während bei Annahme einer normalen Bodenfeuchte eine rechnerische Auslastung von 90 bis 95 Prozent erreicht und damit die Standsicherheit eingehalten wird, werden im nun nachgewiesenen ausgetrockneten Zustand Auslastungsgrade von 1,03 bis 1,13 Prozent ermittelt.

Mit dem nachgewiesenen ausgetrockneten Zustand unterscheidet sich der aktuelle Befund von früheren Rutschereignissen, die für den Park Tiefurt tatsächlich belegt sind. Bei den dokumentierten Schäden von 1837 und 1882 handelte es sich um kleinere Abschwemmmassen, bei dem Ereignis von 1995 – in unmittelbarer Nähe der aktuell aufgetretenen Anomalien – um einen Hangrutsch mit etwa 450 Kubikmetern Erdmassen. Während erstere ihre Ursache mutmaßlich in erheblichen Niederschlägen hatten, war der Hangrutsch von 1995 vermutlich dadurch bedingt, dass eine unterirdische historische Fassung für Hangwässer ("Brunnenstube") eingestürzt war und das sich dadurch aufstauende Schichtwasser nicht fachgerecht abgeleitet wurde.

Der beschriebene Kenntnisstand fußt auf den im Juni 2023 stattgefundenen Sondierungen und berücksichtigt die örtlichen Verhältnisse, die im Park Tiefurt markant sind. Der Prallhang nordöstlich der Ilm, in dem die Rissphänomene aufgetreten sind, weist eine Hangneigung bis 40 Grad auf. In morphologischen Karten ist dieser Prallhang als derjenige Bereich zu erkennen, der innerhalb des Parks am steilsten ist.⁹

Dieser Faktor, der naturgemäß auch maßgeblich in die Standsicherheitsberechnung einging, dient denn auch zur Abgrenzung des grundsätzlich offenbar übergeordneten Problems. Auch wenn vermutlich alle tonhaltigen Böden im Hang eine zu geringe Bodenfeuchte und eine verringerte Scherfestigkeit aufweisen, kann der Maßnahmenbereich durch die Lage der aufgetretenen Rissphänomene und der stärksten Hangneigungen abgegrenzt werden.

Denn diese Frage wird durch die Erkenntnisse natürlich aufgeworfen: Wo werden denn noch überall tonhaltige Böden austrocknen, ihre bodenmechanischen Eigenschaften verändern, abrutschen oder zu Schrumpfsetzungen führen? Wer beobachtet diese Entwicklungen, wertet Daten aus und formuliert Handlungsempfehlungen? Welche Reaktionsmöglichkeiten sind überhaupt denkbar, wenn ganze Landschaften betroffen sind und nicht mehr nur ein ungünstig gegründetes Gebäude? Ein Knackpunkt sind nämlich Ort, Zeit und Kosten: Erst Baugrunduntersuchungen fördern zutage, wie die bodenmechanische Situation an einem Ort konkret ist, ihre Aussagen sind immer gebunden an den Zeitpunkt ihrer Sondierungen und sie sind "in der Fläche" nicht bezahlbar.

Ausführung und Erkenntnisse

Die Klassik Stiftung Weimar unterhält ein einzigartiges Ensemble von Orten und Institutionen von Weltrang¹⁰ – aber muss sie auch Hänge sanieren, die der Klimawandel austrocknen ließ? Welche lokale Lösung ist angesichts eines solchen Problems überhaupt angemessen? Sollten wir die Klimafolgen der sich verändernden Natur nicht besser geschehen lassen, wenn wir sie sowieso kaum ermessen und ihnen nur mühevoll etwas entgegensetzen können?

In der Planung spielte deshalb eine Untersuchung von Sicherungsvarianten eine Rolle, aber auch das Szenario des Unterlassens einer Sicherung, bei dem 1500 Kubikmeter Erde ab- und in die Ilm rutschen könnten und der Hangbereich bis dahin geschlossen bleibt. Letztendlich entschied man sich für eine Hangsicherung mittels Bodennägeln und Drahtgeflecht, um Lösungen wie den Neubau von Schwergewichtsmauern oder einen kompletten erdbautechnischen Neuaufbau des Hangs, aber auch die unkalkulierbaren Folgen und Kosten eines Hangrutsches zu vermeiden. (Abb. 5)

Diese Sicherungsvariante ist aus der alpinen Hang- und Felssicherung bekannt und bewährt. Mit den geplanten Bodennägeln wird die Scherfestigkeit des Bodens soweit erhöht, dass der vernagelte Bodenkörper als monolithischer Block betrachtet und nachgewiesen werden kann. Die vorhandenen Standsicherheitsdefizite werden durch die Tragelemente (Bodennägel) ausgeglichen.

Unter der Voraussetzung, dass mit relativ leichter und minimalinvasiver Technik gearbeitet wird, konnten so die Hangtopographie, Wege und Treppen sowie in 24 Aussparungen auch die wichtigsten Bäume und Sträucher erhalten werden. Die Gehölze, deren Erhalt die Ausführung durchaus etwas erschwerte, sind nun nach Fertigstellung ein wichtiger Strukturbildner des gesicherten Hangbereichs, vermitteln zu den umliegenden Gehölzbereichen und wirken dem Eindruck eines Kahlschlags entgegen. Auch der Erhalt der "Mikro"-Topographie und aller kleinen baulichen Anlagen wie Rinnen, Einfassungen und Mäuerchen ist für das Erscheinungsbild wichtig. Es waren keine zerstörerischen Erdtransporte mit Großtechnik vonnöten.

Bei allen Vorzügen der gewählten Sicherungsvariante muss man bei 379 Bodennägeln mit einer Länge von jeweils etwa sieben Metern Länge, die auf einer Fläche von rund 1200 Quadratmetern gebohrt werden, nichtsdestotrotz ganz klar von einem massiven Eingriff sprechen. (Abb. 6) Auch die Fällung der zwei erheblich schrägstehenden Eichen aus der Entstehungszeit des Parks ist ein großer Verlust, war aber notwendig aufgrund ihrer schieren Größe und der zusätzlichen Kräfte, die sie auf den rutschgefährdeten Hang ausübten. Für die Nachpflanzungen wurden Aussparungen in der Bodenvernagelung und im Drahtgeflecht angelegt.

Die Errichtung von Bodennägeln mit einer Vernetzung ist zur Hangsicherung bei steilen Böschungen und somit als geotechnische Maßnahme für Spezialtiefbauunternehmen etabliert. Die gartendenkmalpflegerischen Regulierungsmöglichkeiten beschränkten sich zunächst auf Schutzmaßnahmen und die Kontrolle der Zufahrt mit geringer Tonnage.

Allerdings zeigte sich schon bei den ersten Bohrungen, dass die Bohrverfahren unterschiedliche Auswirkungen auf die Oberflächen haben und ein variabler Maschinenpark beim Unternehmen von großem Vorteil ist. Das klassische Bohrverfahren mit Wasserspülung und mehr oder minder großen Mengen an überschüssiger Betonemulsion auf dem Hang konnte zugunsten eines Druckluft-Bohrverfahrens gewechselt werden, bei dem nur eine dünne Schicht an Bohraushub auf dem Hangbereich verbleibt. Das ist deswegen relevant, weil weder die überschüssige Betonemulsion noch der Bohraushub mit vertretbarem Aufwand beseitigt werden können und zumindest teilweise auf dem Hang verbleiben würden.

Um die funktionale und visuelle Beeinträchtigung des Gartendenkmals durch die Hangsicherung zu minimieren, wurden die gestalterischen Möglichkeiten, die ein solches technisches Bauwerk hergibt, ausgelotet. Neben den Aussparungen für bestehende und zukünftige Gehölze und der Anordnung der Nagelstandorte unter Rücksichtnahme auf die zu erhaltenden Bäume war dies zum Beispiel die Kopfausbildung der Bodennägel. Diese wurden über der Krallplatte und der Mutter abgetrennt, wodurch das für Hangsicherungen oft typische Muster der sichtbar herausstehenden Nägel im Endzustand vermieden werden konnte. (Abb. 7, Abb. 8)

Die Vertiefungen des Drahtgeflechts bei den Krallplatten wurden mit Boden aufgefüllt, so dass die metallisch-glänzenden Krallplatten so unsichtbar wie möglich gemacht wurden. Dies war aufgrund der Hangneigung allerdings nicht überall möglich. (Abb. 9, Abb. 10)

Für alle Projektbeteiligten ungewöhnlich war insgesamt die Behandlung des oberflächlich sichtbaren Drahtgeflechts als ein gestalterisches Element und demzufolge beispielsweise die Anpassung der Außenkanten in Abstimmung zur Linienführung der Wege. Die Netzkanten des Drahtgeflechts, welche mit Seilen gespannt und gesichert sind, wurden zusätzlich eingegraben, um ihre Wirkung zurückzunehmen. (Abb. 9, Abb. 10)

Auch eine Überdeckung des Drahtgeflechts mit Oberboden und dessen Begrünung waren zuerst vorgesehen. Nach Prüfung der Situation wurde jedoch eine Rohbodenbegrünung mittels Nassansaat umgesetzt. Diese scheint geeigneter, um die örtlichen Standortverhältnisse nicht zu verfälschen und eine tiefwurzelnde, angepasste und dauerhafte Begrünung zu etablieren. So konnte auch der Einbau von ortsfremdem Oberboden vermieden werden, den die Gartenabteilung aufgrund potenzieller Verunreinigung mit Neophyten und kaum durchsetzbarer Kontrollmöglichkeiten sowieso gern umgehen will.

Erstaunlicherweise waren nach der Herstellung der Hangsicherung viele der für die Baufreiheit auf den Stock gesetzten Sträucher und gemähten Kräuter und Gräser bereits schon wieder durchgetrieben – trotz der engmaschigen Bodennägel mit Netzsicherung und dem aufliegenden Bohraushub. Bei den Bohrungen, die als Nebeneffekt einen nicht wissenschaftlich ausgewerteten, aber flächigen Einblick in die Bodenverhältnisse zuließen, wurde die geringe Bodenfeuchte des Hangs drastisch bestätigt. Bei fast keiner der 379 Bohrungen bis in sieben Meter Tiefe wurde Grund- oder Schichtenwasser angetroffen, der Bohraushub ähnelte durchweg "Staub".

Wie die Vegetation mit diesen Bodenverhältnissen Biomasse erzeugt, wie krautige Pflanzen, Sträucher und Bäume hier überhaupt existieren und wachsen können, erscheint als ein ungelöstes Rätsel. Überhaupt sieht es so aus, dass der Vegetation eine Schlüsselrolle zukommt: Zwar entziehen die Wurzeln dem Boden Wasser und können an der Schrumpfung tonhaltiger Böden beteiligt sein, allerdings bilden diese Wurzeln eine Art biologische Bewehrung, mit der die Scherfestigkeit der Böschung erhöht wird. Dieser Effekt wird vorrangig in den Alpen untersucht, wo festgestellt wurde, dass gut strukturierte Wälder "Hänge bis zu 5° steiler standfest [halten], als es aus bodenmechanischer Sicht für das reine Bodenmaterial zu erwarten ist"¹².

Ein enger Zusammenhang zwischen Durchwurzelungsintensität und Hangstabilität wurde dort "mehrfach und mit unterschiedlichsten Methoden zur Bestimmung der Bodenscherfestigkeit bestätigt"¹³, wobei das Vorhandensein verschiedener Baumarten und Bäume unterschiedlichen Alters mit einer großen ober- und unterirdischen Vielfalt ausschlaggebend ist.¹⁴

Für die Erhöhung der bodenmechanischen Stabilität sind demnach unter anderem die Eigenschaften der Wurzeln unterschiedlicher Baumarten, unterschiedliche Sukzessions- und Entwicklungsstadien der Bäume und die Wirkung der Mykorrhizapilze entscheidend. Hoher Nährstoffeintrag und Bodenverdichtung, etwa von landwirtschaftlich genutzten Flächen, wirken sich dagegen negativ aus. Eine möglichst heterogene Geländemorphologie mit überlappenden, mosaikförmigen und verzahnten Strukturen ist ebenfalls gut für die Bodenstabilität.

Solche waldbaulichen und nutzungsbezogenen Empfehlungen sollen auch bei der weiteren Entwicklung des "Lohholzes" berücksichtigt werden. Wenn auch nicht immer einfach um- und durchzusetzen, erscheinen sie doch wohltuend verhältnismäßig. Ohne aufwendige technische Lösungen, wie sie sicherlich auch zukünftig für lokal begrenzte Bereiche benötigt werden, stellen sie eine Reaktionsmöglichkeit dar, bei der Bodenstabilisierung, Biodiversität und Gartendenkmalpflege gut zusammengedacht werden können.

Da wohl kaum ganze Gärten und Landschaften technisch gesichert werden können, sind sie – neben einer kaum realisierbaren künstlichen Bewässerung – wohl auch die einzige präventive Handlungsmöglichkeit gegen austrocknende tonhaltige Böden in Hanglagen.

Anmerkungen

¹ Detlef Jena: Wie das Vorüberschweben eines leisen Traumbilds. Goethe, Weimar und das Wörlitzer Gartenparadies, Weimar 2017, S. 109.

² LandschaftsArchitektur FRANZ: Denkmalpflegerische Zielstellung Schlosspark Tiefurt, 2021, unveröffentlicht, S. 271.

³ Die früher zum Gerben verwendete Baumrinde von Eichen wurde als Gerberlohe oder Lohe bezeichnet.

⁴ Jena, S. 110. Nymphen sind in der antiken Mythologie weibliche Gottheiten, die idyllische Orte in der Natur belebten und denen diese Orte geweiht waren. Faune sind männliche Gottheiten der Natur und des Waldes.

⁵ Vgl. u. a.: Rainer Bolle: Klimafolgen für Grund und Boden, in: Substanz 2/2018, S. 8–14; Ralph Schäfer, Sanierung von Schrumpfsetzungen, in: Substanz 2/2018, S. 25–29; Klimawandel begünstigt Hangrutschungen, ORF 14.08.2023;

⁶ Geotechnik Dr. Nottrodt Weimar GmbH, Geotechnischer Kurzbericht (Hauptuntersuchung nach EC 7), unveröffentlicht, 2023, S. 20.

⁷ Ebd., S.13.

⁸ Ebd., S. 13.

⁹ Danke an das Thüringer Landesamt für Umwelt, Bergbau und Naturschutz, Referat 82 (Angewandte Geologie, Georisiken), Weimar, für die Übergabe dieser Abbildung.

¹⁰ Zwölf Liegenschaften der KSW gehören zum Welterbe der UNESCO, davon elf zum Ensemble "Klassisches Weimar" und eines zum Komplex "Bauhaus und seine Stätten in Weimar, Dessau und Bernau".

¹¹ Die Baumaßnahme wurde durch die Beauftragte der Bundesregierung für Kultur und Medien gefördert, was eine zügige Umsetzung ermöglichte. An dieser Stelle soll außerdem allen Projektbeteiligten für die gute und engagierte Zusammenarbeit gedankt werden.

¹² Frank Graf et. al.: Pflanzenwirkungen zum Schutz vor flachgründigen Rutschungen. WSL Berichte, Heft 56, 2017, S. 28.

¹³ Ebd., S. 10.

¹⁴ Lukas Denzler: Wenn die Wurzeln reissen, gerät der Boden ins Rutschen, NZZ 17.01.2021.