Baugrunduntersuchungen und Einfluss benachbarter Bauwerke

Radu Schwab, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe

Bild.1: Die geplante Südschleuse Sülfeld und die benachbarten Bauwerke

1. Baugrund

Im Bereich der Schleuse Sülfeld überlagern Lockergesteine des Quartärs mesozoische

Felsschichten. Der Verlauf von quer zur Schleuse verlaufenden Störungen wurde mit Hilfe

der geophysikalischen Untersuchungen lokalisiert

Die Lockergesteine, die als Baugrund für die Schleuse anstehen, sind Geschiebemergel und

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S '" .c

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neue Schleuse

30

20

10

vorhandene Schleuse Sande (Grundmoräne der Saa­

le-Kaltzeit). Unter der Geschie­

bemergelschicht ist teilweise

eine Beckenschluffschicht vor­

handen (Bild 2).

Zur Erkundung des Untergrunds

im ganzen Untersuchungsbe­

reich (die Strecke MLK-km

235,693 - 238,000) wurden von

1994 bis 1999 etwa 160 Ramm­

kernbohrungen ausgeführt. Fer­

ner wurden 62 schwere Ramm­

sondierungen durchgeführt. Aus

Bild 2: Geotechnischer Längsschnitt MLK - km den Bodenschichten wu rden

gestörte und ungestörte Proben

Kolloquium _==-_~I "Die Planung von Verkehrswasserbauten am Beispiel der Schleuse Sülfeld" -.1 ci -i:",:

Schwab: Baugrunduntersuchungen und Einf luss benachbarter Bauwe~7

entnommen. Neben Kornverteilungen, Wasser- und Kalkgehalten, Porenanteilen und Plasti­

zitätsgrenzen wurden für die Bodenproben noch die Vorbelastung, die Zeitabhängigkeit der

Verformungen (durch Kompressionsversuche) und die dreiaxiale Scherfestigkeit nach dem

SHANSEP-Verfahren ermittelt.

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Für die Schleuse maßgebender Spannungsbereich

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0.12

0,14

10 20 30

Axiale Dehnung E, [%) a

Belastung p [kPa) 10 100 1000 10000

b

Bild 3: Nachberechnete Laboruntersuchungen - Geschiebemergel (rechts = Kompressionsversuch, links = dreiaxialer Scherversuch)

FE-Nachberechnungen der Laborversuche und ein Vergleich der gemessenen und berech­

neten Last-Verformungskurven gaben Auskunft darüber, wie gut die gewählten Parameter

das tatsächliche Bodenverhalten annähern. Bild 3 zeigt ein Beispiel für Ödometer- und Drei­

axialversuche, die mit dem FE-Programm Plaxis nachgerechnet wurden.

Zum Zweck der Kalibrierung von Setzungsberechnungen wurden die vertikalen Verformun­

gen der vorhandenen Südschleuse im Verlauf von 3 Schleusungen gemessen. Die Ergeb­

nisse wurden mit den Ergebnissen der FE-Berechnungen verglichen.

2. Baugrube ,---_ ...... _--_ .. _~-------_._--_ ... __ . __ ._. ~ i Sparbecken der Nordschleuse i '--1\ 1 •

" ----i -­I

!Ei~enb~-h~brü~-ke I ,----- -----. 7-._ ---

I • • f ....... .

Bild 4. Draufsicht Baugrube (A - kleine Baugrube, B - große Baugrube, dicke Linien = im

Fels gedichtete Schlitz- und Dichtwände)

2

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Schwab: Baugrunduntersuchungen und Einfluss benachbarter Bauwe~_J·

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Die Baugrube zur Herstellung der Schleuse und der Sparbecken wird in zwei Teilbaugruben

aufgeteilt (siehe '''Plannung der GW-Entlastung" von Herrn Dr. Odenwald). Die kleinere

westliche Baugrube erhält vertikale Verbauwände in Form einer Schlitzwand und Dichtwand,

die bis in den Fels geführt werden.

Bild 5. Totale Verformungen im Endaushubzustand

Die größere östliche Teil­

baugrube erhält eine verti­

kale Umschließung, die

als Schlitzwand, als

Dichtwand mit eingestell­

ter Spundwand und als

reine Dichtwand herge­

stellt wird. Die Wände bin­

den bis in den Be­

ckenschluff ein. Die nördli­

che und westliche Bau­

grubenwände werden

mehrlagig rückwärts ver­

ankert.

Für die Bereiche, in denen die Verformungen der Baugrubenwände wegen Beeinflussung

der Sparbecken der Nordschleuse begrenzt werden müssen, wurden FE-Berechnungen

durchgeführt, um die Wand- und Bodenverschiebungen zu ermitteln (Pos. 1 in Bild 4). Man-

0.11.0

·o.D'o.

Bild 6 Wechselwirkung zwischen die Baumaßnahmen und der Widerlager der Eisenbahnbrücke - Verformungen im Endzustand

3

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Schwab: Baugrunduntersuchungen und Einfluss benachbarter Bauwe~

che Ergebnisse der Voruntersuchungen für diesen Bereich sind in Bild 5 dargestellt. Auf­

grund der Simulationen wurden die Ankerlagen und -längen optimiert.

Im östlichen Bereich der großen Baugrube (Pos. 2 und Pos. 3 in Bild 4) ist aufgrund der

Baumaßnahme eine Beeinflussung der Schnellbahnbrücke und des Pumpwerks möglich.

Diese Beeinflussung wurde durch mehrere FE-Berechnungen ermittelt. In Bild 6 sind die

berechneten Verformungen im Endzustand exemplarisch für eine der

Brückenwiderlageranalysen dargestellt. Den Berechnungen zufolge sind die durch den

Baugrubenbau entstehenden Zusatzverschiebungen gering und liegen im Rahmen der

angegebenen Forderungen, wenn die Baugrubenwände statt durch Rückverankerung durch

Steifen und Gurte gestützt werden.

3. Bauwerk

Für die statische Bemessung des Bauwerkes wurden in Zusammenarbeit des Neubauamtes

Hannover, der BGS Ingenieursozietät und der BAW realitätsnahe Erddruck- und Bettungs­

ansätze ermittelt, die in dem Lastenheft für die Ausschreibung festgeschrieben und in der

Ausführungsstatik bei Verwirklichung des Bauherrenentwurfes ohne erneute Ableitung ver­

wendet werden sollen

Da der Erddruckansatz durch nichtlineare FE-Berechnungen ermittelt wurde, war es nicht

möglich, das Überlagerungsprinzip zu benutzen. In jeder Berechnungsvariante wurde die

ganze Belastungsgeschichte von der Überkonsolidierung des Bodens bis hin zur zyklischen

Belastung der neuen Schleuse mitmodelliert. Den beiden Rechenvarianten liegt dabei je

eine Lastkombination zu Grunde:

Lastkombination 1: Ganze Belastungsgeschichte + Schleusenstand Unterwasser

Temperatur Winter

Grundwasser maximal

Lastkombination 2: Ganze Belastungsgeschichte + Schleusenstand Oberwasser

Temperatur Sommer

Grundwasser minimal

Die Verformungsverteilung für Temperaturbelastungen wurde durch das FE-Programm A­

BAQUS in je zwei Rechenschritten ermittelt: Eine thermische Berechnung der Temperatur­

verteilungen mit vorgegebenen Randbedingungen und eine ungekoppelte Ermittlung der

dazugehörigen Verformungen. Diese Verformungen wurden in dem FE-Programm Plaxis als

feste Bedingung eingegeben.

Um die Bemessungswerte zu ermitteln, wurden die Ergebnisse der BAW und der BGS für

die Lastfallkombinationen überlagert und die minimale bzw. maximale Umhüllende als

Bemessungserddruck tür den Fall "Erddruck entlastend" bzw. "Erddruck belastend"

angesetzt (Bild 7)

4

1

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J

S chIemu:: ,.0 60 21) 0 an 60

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entlastend

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L _ ___ J _____ ~f ________ .. __ 45 ,-.---..•. --..... 0- ---..... - - -, ... -.-....... -~---..... -.-" 45

Oberwasser, min. GW-Stand Unterwasser, max. GW-Stand

Bild 7 Erddruckansätze für die Bemessung, Kammerwand Nord

Die Berechnung des Setzungsverhaltens der Bauteile wurde für drei Querschnitte (Ober­

haupt, Kammerblock 5 und Kammerblock 7) durch ebene und räumliche FE-Berechnungen

durchgeführt (siehe Beitrag von Herrn Duensing "Tragwerksplannung Schleuse Sülfeld").

In allen Berechnungen wurde die ganze Belastungsgeschichte mitsimuliert.

4. Messsystem

. - I Inklinometer ; .--"; Extensometer "'1. -.-" - --:-' ' L _

Bild.8 Messquerschnitt

Für die Überwachung der Baugrube

der Südschleuse wurden Verfor­

mungsmessungen im Baugrund nörd­

lich und östlich der Schleuse und zwar

in drei Haupt- und drei Nebenmess­

querschnitten vorgeschlagen. In ei­

nem Hauptquerschnitt werden Mes­

sungen von Verformungen empfohlen,

die aufgrund ihrer Anordnung das

Tragverhalten des Systems der Bau­

grube überwachen. Zwei weitere

Querschnitte dienen Messungen zur

Überwachung des Eisenbahnbrü­

ckenwiderlagers und des Pumpen-

hauses.

Die Instrumentierung ist in Bild 8 in einer Prinzipskizze dargestellt. Vorgesehen sind Mes­

sungen bis ca. 45 munter GOK.

5

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"Die Planung von Verkehrswasserbauten am Beispiel der Schleuse Sülfeld" '. ,.:;; Schwab: Baugrunduntersuchungen und Einfluss benachbarter Bauwe~

Die Ermittlung der horizontalen Verformungen im Bau-rund zwischen der Baugrube und den

benachbarten Bauwerken ist in jedem Messquerschnitt durch je ein Inklinometer und mittels

geodätischer Messpunkte zu realisieren. Die Messung der vertikalen Baugrundbewegungen

erfolgt mit 6-fach Stangenextensometern

Grundwasserstände innerhalb und außerhalb der Dichtwand müssen während der gesamten

Bauphase, nach Abstellen der Grundwasserhaltung . und während des Betriebs gemessen

werden. In den Messquerschnitten muss auch der Porenwasserdruck in Geschiebemergel

und Schluff durch geschlossene Porenwasserdruckgeber durchgängig gemessen werden.

6

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