Erosionsschutz umfasst alle Maßnahmen, die den Abtrag von Boden durch Wasser, Wind oder Schwerkraft an Böschungen, Dämmen, Gewässerufern und offenen Baustellenflächen verhindern. Er wirkt oberflächennah und ist von der Hangsicherung zu unterscheiden, die die Standsicherheit des gesamten Systems betrifft. Maßgebend für die Auswahl sind die hydraulische Beanspruchung, beschrieben über Fließgeschwindigkeit und Schubspannung, sowie Neigung, Bodenart und vorgesehene Begrünung. Hydraulische Grundlagen zur Ermittlung des Fließwiderstands liefert DWA-M 519, ingenieurbiologische Sicherungsbauweisen behandelt DIN 18918.
Erosionsformen an Böschungen und Gewässerufern
Zu unterscheiden sind Flächenerosion, bei der Niederschlag flächig Feinmaterial löst und abträgt, Rillen- und Grabenerosion, bei der sich konzentrierte Abflüsse in die Böschung eingraben, sowie Ufererosion durch strömendes Wasser, Wellenschlag und wechselnde Wasserstände. Hinzu kommen Winderosion auf trockenen, unbewachsenen Flächen und innere Erosion infolge von Sickerströmungen im Bodenkörper. Die Formen unterscheiden sich in der Ursache und damit in der wirksamen Gegenmaßnahme: Flächenerosion wird über eine geschlossene Vegetationsdecke beherrscht, Rillenerosion vor allem über das Fassen und geordnete Ableiten des Oberflächenwassers am Böschungskopf, Ufererosion über eine ausreichend schwere, verzahnte und filterstabil unterlagerte Deckschicht. Wird nur die Oberfläche befestigt, ohne den konzentrierten Zulauf zu fassen, verlagert sich der Schaden an den Rand der Sicherung.
Maßnahmen nach Belastungsgrad
Die Auswahl folgt der Beanspruchung und der Dauer der Einwirkung. Temporäre Bauweisen aus abbaubaren Naturfasern überbrücken die Zeit bis zur Bewurzelung, dauerhafte Bauweisen übernehmen die Lastabtragung über die gesamte Nutzungsdauer und werden in der Regel mit Vegetation kombiniert.
| Beanspruchung | Geeignete Bauweise | Maßgebende Randbedingung |
|---|---|---|
| Gering: nur Niederschlag, flache Neigung | Ansaat, Mulchsaat, Erosionsschutzmatte aus Naturfasern | Schneller Bewuchs, Andeckung mit humosem Oberboden, Pflege in der Anwuchsphase |
| Mäßig: zeitweise überströmt, mittlere Neigung | Dauerhafte Erosionsschutzmatte, mit Boden verfüllt und begrünt | Verankerung am Böschungskopf, Verzahnung mit dem Untergrund |
| Hoch: regelmäßig durchströmt oder steile Neigung | Geozellen mit Verfüllung aus Boden, Splitt oder Beton | Zugfeste Anschlüsse, Fußsicherung, Wahl des Verfüllmaterials |
| Sehr hoch: dauernd durchströmt, Wellenschlag | Steinschüttung auf Filterlage, Gabionenmatratze | Steingröße, Filterstabilität der Unterlage, Sicherung des Böschungsfußes |
| Konzentriert: Ein- und Auslaufbereiche von Bauwerken | Verzahnte Sohl- und Kolksicherung, Energieumwandlung im Auslauf | Länge der Sicherung hinter dem Bauwerk, Anschluss an die Gewässersohle |
Bemessungsgrößen Fließgeschwindigkeit und Schubspannung
Bemessen wird über zwei Größen: die maßgebende Fließgeschwindigkeit an der Oberfläche der Sicherung und die daraus abgeleitete Schubspannung, die das strömende Wasser auf die Deckschicht ausübt. Beide werden für den Bemessungsabfluss ermittelt, bei Gewässer- und Straßenbauwerken zusätzlich für den Einstau- oder Verklausungsfall. Der Nachweis besteht darin, dass die aufnehmbare Belastung der gewählten Bauweise über der einwirkenden liegt, und zwar getrennt für den unbewachsenen Anfangszustand und den durchwurzelten Endzustand; bei begrünten Bauweisen ist der Anfangszustand häufig maßgebend, weil das erste Hochwasser vor dem Anwuchs eintreten kann. Hinweise zur Ermittlung des Fließwiderstands enthält DWA-M 519. Bei Böschungen ohne Gewässerkontakt ist der Starkregenabfluss über die Böschungsschulter der maßgebende Lastfall; Grundlage sind die Niederschlagswerte nach KOSTRA-DWD 2020 und die angeschlossene Einzugsfläche.
Verankerung, Begrünung und Unterhaltung
Erosionsschutzsysteme versagen selten in der Fläche, sondern an den Rändern. Erforderlich sind ein Ankergraben am Böschungskopf, eine Fußsicherung unterhalb der erwarteten Kolktiefe sowie dichte, gegen Unterströmung gesicherte Überlappungen; Matten und Geozellen werden mit Erdnägeln oder Krallplatten im tragfähigen Boden verankert. Bei begrünten Bauweisen bestimmt die Vegetation die dauerhafte Wirkung, weshalb Saatgutmischung, Andeckung und Anwuchspflege Teil der Leistung sind; Grundlagen dazu gibt DIN 18918. Unter Steinschüttungen und Gabionenmatratzen ist eine filterstabile Trennlage vorzusehen, damit Feinkorn nicht durch die Deckschicht ausgespült wird und sich Hohlräume bilden. Die Unterhaltung umfasst die Kontrolle nach Hochwasser- und Starkregenereignissen, das Freihalten der Entwässerungseinrichtungen, das Nachsetzen von Steinen sowie die Instandsetzung offener Fugen und ausgespülter Anschlüsse. Sinnvoll ist, die Kontrolle gemeinsam mit der Bauwerksprüfung benachbarter Durchlässe und Brücken zu terminieren, weil Schäden an Sicherung und Bauwerk meist dieselbe hydraulische Ursache haben.
Verwandte ViaCon-Lösungen
Produkte für Böschungs- und Ufersicherung fasst der Bereich GeoTechnical Solutions zusammen. Für begrünbare Flächensicherungen sind die Erosionsschutzmatten (Geomats) vorgesehen, für hoch beanspruchte Ufer und Böschungsfüße die Gabionen. Geht es nicht um den Oberflächenabtrag, sondern um die Standsicherheit des Hangs, führt der Beitrag zur Hangsicherung weiter; Aufbau und Füllung der Körbe behandelt der Beitrag zu Gabionen. Einen Überblick über die eingesetzten Materialien gibt der Beitrag zu Geokunststoffen, und wie begrünte Böschungen auf Bauwerken ausgeführt werden, zeigt der Beitrag zur Grünbrücke.
Häufige Fragen zum Erosionsschutz
Was ist der Unterschied zwischen Erosionsschutz und Hangsicherung?
Erosionsschutz wirkt an der Oberfläche und verhindert den Abtrag einzelner Bodenteilchen durch Wasser oder Wind. Hangsicherung betrifft die Standsicherheit des gesamten Bodenkörpers und wird über geotechnische Nachweise geführt, etwa für Gleiten und Böschungsbruch. Ein Hang kann trotz intakter Grasnarbe instabil sein; umgekehrt schützt ein standsicherer Hang nicht vor Oberflächenerosion.
Welche Fließgeschwindigkeit hält eine begrünte Erosionsschutzmatte aus?
Das lässt sich nicht pauschal angeben. Maßgebend sind das jeweilige System, der Verfüllstoff, die Verankerung und vor allem der Zustand der Vegetation. Herstellerangaben beruhen auf Versuchen und sind für Anfangs- und Endzustand getrennt auszuweisen. Für den Nachweis ist die einwirkende Schubspannung aus der Gewässerberechnung mit der aufnehmbaren Belastung des Systems zu vergleichen.
Wann sind Geozellen sinnvoller als eine Steinschüttung?
Geozellen sind vorteilhaft bei steilen Böschungen, geringer verfügbarer Aufbaudicke und dort, wo eine begrünte Oberfläche gefordert ist. Sie halten das Verfüllmaterial in Kammern und verhindern das Abgleiten. Bei dauernd durchströmten Ufern, starkem Wellenschlag oder Treibgut und Eisgang bleibt die schwere, verzahnte Steinschüttung oder die Gabionenmatratze die robustere Lösung.
Ist für Erosionsschutz am Gewässer eine Genehmigung erforderlich?
In der Regel ja. Ein Gewässerausbau im Sinne des Wasserhaushaltsgesetzes ist planfeststellungs- oder plangenehmigungspflichtig, Anlagen in und an Gewässern bedürfen einer Genehmigung nach dem jeweiligen Landeswassergesetz. Davon zu unterscheiden ist die reine Instandsetzung im Rahmen der Gewässerunterhaltung. Zuständig ist die untere Wasserbehörde; Naturschutzrecht und Bauzeitenfenster sind zusätzlich zu beachten.
