In Kiel, wo glaziale Sedimente der Weichsel-Kaltzeit und tiefreichende Rinnenstrukturen den Baugrund bis in über 100 m Tiefe prägen, reichen punktuelle Aufschlüsse oft nicht aus. Die quartären Schmelzwassersande und Geschiebemergel wechseln auf kurze Distanz ihre Mächtigkeit und Lagerungsdichte, was für Gründungsplanungen entlang der Hangkante zur Kieler Förde eine präzise flächenhafte Erkundung erfordert. Die seismische Tomographie, aufgeteilt in Refraktions- und Reflexionsverfahren, liefert uns ein durchgehendes 2D-Geschwindigkeitsmodell des Untergrunds. Wir setzen die Methode ein, um Felshorizonte unter Lockersedimenten zu kartieren, Subrosionssenken in den tieferen Salinarstrukturen zu identifizieren und die Scherwellengeschwindigkeit für dynamische Berechnungen nach DIN EN 1998-1/NA zu bestimmen. Anders als ein isolierter CPT-Versuch bildet die Tomographie laterale Diskontinuitäten ab, während Schürfgruben den oberflächennahen Befund für die Kalibrierung der seismischen Profile liefern.
Ein tomographisches Profil entlang der Kieler Hangkante deckt Rinnenfüllungen mit vs-Werten unter 200 m/s auf, die bei statischer Berechnung allein unentdeckt blieben.
Örtliche Baugrundfaktoren
Ein häufiger Fehler bei der Baugrunderkundung in Kiel ist die Annahme horizontal geschichteter Verhältnisse, obwohl glazigene Rinnen und Toteisblöcke laterale Geschwindigkeitskontraste von über 100 % auf wenigen Metern erzeugen. Werden Gründungspfähle oder Baugrubenwände nur auf Basis von Ramm- oder Drucksondierungen im 20-Meter-Raster dimensioniert, besteht die Gefahr, steile Rinnenflanken zu überschneiden, an denen sich Setzungsdifferenzen und Erdruckumlagerungen konzentrieren. Die seismische Tomographie schließt diese Informationslücke, indem sie ein räumlich kontinuierliches Bild der Untergrundsteifigkeit liefert. Besonders kritisch sind die gespannten Grundwasserverhältnisse in den Sandersanden: Ein plötzlicher Abfall der P-Wellen-Geschwindigkeit auf unter 1500 m/s zeigt ungesättigte Zonen an, die bei Wasserhaltungsmaßnahmen hydraulisch anders reagieren als das umgebende gesättigte Material.
Fragen und Antworten
Welche Untergrundtiefe kann mit seismischer Tomographie in Kiel erkundet werden?
Mit unserem Fallhammer als Quelle erreichen wir bei der Refraktionstomographie Tiefen zwischen 30 und 50 Metern in den quartären Sanden und Geschiebemergeln. Für größere Tiefen bis 250 Meter setzen wir die Reflexionsseismik ein, die besonders in den tiefen pleistozänen Rinnen unter Kiel eine gute Auflösung liefert. Die tatsächliche Reichweite hängt von der seismischen Dämpfung des Untergrunds ab – in wassergesättigten Sandersanden propagiert das Signal deutlich weiter als in trockenen, locker gelagerten Kiesen.
Wie unterscheidet sich die Refraktions- von der Reflexionsseismik?
Die Refraktionsseismik nutzt die an Schichtgrenzen kritisch gebrochenen Wellen und erfordert einen Geschwindigkeitsanstieg mit der Tiefe. Sie eignet sich hervorragend, um Felshorizonte unter Lockersedimenten zu kartieren oder die Mächtigkeit einer Verwitterungszone zu bestimmen. Die Reflexionsseismik hingegen registriert die an Impedanzkontrasten reflektierten Wellen und bildet die Geometrie der Grenzflächen direkt ab – unabhängig vom Geschwindigkeitsgradienten. In Kiel kombinieren wir beide Verfahren, um sowohl das Geschwindigkeitsmodell (Refraktion) als auch die strukturelle Geometrie (Reflexion) in einem gemeinsamen tomographischen Modell zu erfassen.
Welche Normen gelten für seismische Baugrunderkundungen in Deutschland?
Die Durchführung seismischer Messungen im Rahmen der Baugrunderkundung folgt der DIN 4020:2010-12 sowie dem Eurocode 7 (DIN EN 1997-2:2010-10). Für die erdbebendynamische Interpretation der Scherwellengeschwindigkeiten ist der nationale Anhang DIN EN 1998-1/NA:2021-07 maßgebend. Zusätzlich orientieren wir uns an der DGGT-Empfehlung Nr. 19, die spezifische Anforderungen an Messgeometrie, Quellsignal und Auswertealgorithmen für geotechnische Fragestellungen definiert.
Kann die seismische Tomographie Hohlräume oder Subrosionssenken im Kieler Untergrund detektieren?
Ja, die Kombination aus P- und S-Wellentomographie ist besonders sensitiv für lokale Auflockerungszonen und Hohlräume. Ein markanter Abfall des vp/vs-Verhältnisses in Verbindung mit niedrigen Absolutgeschwindigkeiten zeigt Bereiche an, in denen das Korngerüst gestört ist – typisch für Subrosionssenken über den Salinarstrukturen im tieferen Untergrund. Die laterale Auflösung liegt bei etwa 10 % der Zieltiefe, sodass Hohlräume ab etwa 2 Metern Durchmesser in 20 Metern Tiefe zuverlässig geortet werden können.
Mit welchen Kosten muss ich für eine seismische Tomographie in Kiel rechnen?
Für eine vollständige seismische Tomographie-Kampagne in Kiel liegen die Kosten je nach Profillänge, Anzahl der Geophonauslagen und gewünschter Auflösung zwischen €2.420 und €4.440. Eine typische Messung mit 200 Metern Profillänge, 48 Kanälen und kombinierter Refraktions-/Reflexionsauswertung bewegt sich im mittleren Bereich dieses Spektrums. Hinzu kommen gegebenenfalls Aufwendungen für Verkehrssicherung und Genehmigungen im innerstädtischen Bereich.
