Dr. Gärtner und Partner GbRIngenieurbüro für Geotechnikund Umweltplanung
1) Staatlich anerkannte Sachverständigefür Erd- und Grundbau
Beratende Ingenieure derIngenieurkammer Bau NRW
Geschäftsleitung:Dipl.-Ing. Youssef Farghaly1) Dipl.-Geogr. Judith Flieger Dr. Lutz Gärtner Dr. Peter Gehlen Dipl.-Ing. Olaf Trautner1)
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Stadtbetriebe Ennepetal AöR Herrn Humpohl-Gleisenstein Hembecker Talstraße 41-45 58256 Ennepetal ot/bgr 1409.208 06.02.2015 Dipl.- Ing. Olaf Trautner Projekt: Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepetal 1. Bericht: Baugrunduntersuchungen, geotechnische Auswertung der Aufschluss-
ergebnisse, geotechnische Nachweise
Inhaltsverzeichnis
1.0 Veranlassung/Aufgabenstellung 2 2.0 Einleitung 2 2.1 Stauanlage 2 2.2 Befund zum Zeitpunkt des Ortstermines am 27.08.2014 4 2.3 Unterlagen 5 3.0 Baugrund 6 3.1 Umfang der Felduntersuchung 6 3.2 Umfang der bodenmechanischen Laboratoriumsuntersuchungen 7 3.3 Bodenaufbau 8 3.4 Grundwasserverhältnisse 11 4.0 Angaben für die Statik/Ausschreibung 12 4.1 Bodenklassifikationen und Bodenkenngrößen der erkundeten Böden 12 4.2 Bodenklassen nach DIN 18.300 13 4.3 Erdbeben 13 5.0 Geotechnische Nachweise 13 5.1 Allgemeines 13 5.2 Randbedingungen im Berechnungsquerschnitt 14 5.3 Globale Standsicherheit 14 6.0 Bewertung der geotechnischen Ergebnisse; Hinweise zur Sanierung 15
Bauherr: Stadtbetriebe Ennepetal AöR Projekt: Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepetal Projektnr.: 1409.208 1. Bericht: Baugrunduntersuchungen, geotechnische Auswertung der Aufschlussergeb-
nisse, geotechnische Nachweise
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1.0 Veranlassung/Aufgabenstellung
Die Stadtbetriebe Ennepetal AöR (SBE AöR) sind für die Unterhaltung der Stauteiche im
Hülsenbecker Tal in Ennepetal verantwortlich.
Der Fachbereich VI, Umweltamt, Untere Wasserbehörde des Ennepe-Ruhr-Kreises, hat zur
Minimierung der Überschwemmungsgefahr für das Hülsenbecker Tal die Aufstellung eines
Hochwasserschutzkonzeptes gefordert. Neben der Bilanzierung sämtlicher Einzugsflächen
ist auch eine Beurteilung der Standsicherheit der Stauanlagen erforderlich.
Das Ingenieurbüro Osterhammel GmbH (Osterhammel) aus Nümbrecht erarbeitet ein
Hochwassersicherungskonzept für den Bereich des Hülsenbecker Tales unter Einbeziehung
sämtlicher seitlicher Zuläufe.
Zur Bewertung der Standsicherheit der Stauanlagen wurde das Ingenieurbüro für Geotech-
nik und Umweltplanung GFP GbR (GFP) auf der Grundlage eines Angebotes vom
23.10.2014 durch die SBE AöR mit Schreiben vom 05.11.2014 beauftragt, Baugrunderkun-
dungen durchzuführen und die Standsicherheit des Staudammes Böschung zu ermitteln.
Vereinbarungsgemäß wurden diese Arbeiten erst begonnen, nachdem das Ingenieurbüro
Osterhammel den Bereich der Stauanlage höhentechnisch aufgenommen und auf Wunsch
von GFP insgesamt fünf Querprofile erstellt hatte. Die Ergebnisse der Vermessung wurden
GFP am 06.01.2015 zur Verfügung gestellt.
2.0 Einleitung
2.1 Stauanlage
In dem in Süd-Nord-Richtung verlaufenden Hülsenbecker Tal fließt die Hülsenbecke, ein
kleiner Mittelgebirgsbach. Er entspringt nördlich von Rüggeberg (Stadt Ennepetal) und fließt
in nördliche Richtung durch ein Waldgebiet. Er mündet westlich von Ahlhausen (Ennepetal)
in die Ennepe.
Der Bachlauf ist im Oberlauf naturnah, im Unterlauf (oberhalb von Fischteichen) aber wegen
eines parallel zu ihm geführten Wanderweges begradigt und durch Steinschüttungen im
Uferbereich befestigt. Die Gewässerbreite beträgt etwa 1 m bei einer Wassertiefe zwischen
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10 und 20 cm. Das in Fließrichtung rechte Ufer grenzt direkt an einen Wanderweg, das in
Fließrichtung linke Ufer geht in eine Wiese über [U7].
Die nachfolgende Abbildung 1 zeigt das Hülsenbecker Tal im Mittellauf mit Blick von Norden
nach Süden.
Abb. 1: Hülsenbecker Tal im Mittellauf mit Blick von Norden nach Süden (Foto: GFP)
Die Hülsenbecke ist im Unterlauf durch einen Staudamm zu einem Fischteich aufgestaut.
Die Wasserspiegellage des dauerbespannten Stauteiches liegt etwa auf Höhe der Kote
209,38 m ü. NHN. Der Stauteich besitzt am Staudamm eine maximal Stauhöhe von etwa
0,75 m.
Der Staudamm ist teichseitig durch eine in sechs Abschnitten hergestellte Spundwand gesi-
chert. Die einzelnen Abschnitte sind nicht im Schloss miteinander verbunden. Nach Angabe
durch die SBE AöR besteht die Spundwand aus 5,0 m langen Spundbohlen, System Lars-
sen, Profil 21 bestehend aus St Sp 45 [U6].
Die nachfolgenden Abbildungen 2 und 3 zeigen den Fischteich mit Blickrichtung von Norden
nach Süden und den Staudamm mit Blickrichtung von Nordwesten nach Nordosten.
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Abb. 2: Fischteich (Foto: GFP) Abb. 3: Staudamm (Foto: Osterhammel)
Der Staudamm besitzt einen Überlauf sowie zwei Durchlässe zum Betreiben von Wasser-
rädern.
Auf der Luftseite des Staudammes sind etwa Mitte 2014 Böschungsrutschungen eingetre-
ten. Der Fußweg über den Staudamm wurde daher vorsorglich bis zur Klärung der Ursachen
und Sanierung teilweise gesperrt.
2.2 Befund zum Zeitpunkt des Ortstermines am 27.08.2014
Am 27.08.2014 fand ein Ortstermin des Unterzeichners mit einem Vertreter der SBE AöR
statt. Dabei wurde die Schadensstelle in Augenschein genommen.
Etwa mittig des Staudammes sind Böschungsrutschungen eingetreten, die bis zur Stau-
dammkrone reichen.
Im Rahmen des Ortstermines wurde das in Kap. 3.1 beschriebene Untersuchungsprogramm
zur Beantwortung der folgenden Fragen festgelegt:
Ø Aus welchem Boden ist der Staudamm hergestellt worden? Wie ist seine derzeitige Lage-
rungsdichte/Konsistenz sowohl im Kern wie auch im geschädigten nördlichen Bö-
schungsbereich?
Ø Aus welchem Boden besteht die Basis der Dammschüttung und welche Lagerungsdichte/
Konsistenz besitzt die Basis der Dammschüttung?
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Ø Wie setzt sich der unterlagernde, anstehende Untergrund zusammen. Welche Lage-
rungsdichte besitzt er?
Ø Weist die Dammschüttung erhöhte Wassergehalte infolge von Wasserverlusten aus dem
Fischteich auf? In welchen Tiefenlagen werden sie festgestellt?
2.3 Unterlagen
Folgende Unterlagen wurden für die Bearbeitung übergeben:
[U1] Ingenieurbüro Osterhammel GmbH: Konzept zur Minimierung der Überschwem-mungsgefahr für das Hülsenbecker Tal, Lageplan mit Eintragung des natürlichen Einzugsgebietes und des Gewässers nach GSK 3C, Maßstab 1:3.000, 08.2014
[U2] Ingenieurbüro Osterhammel GmbH: Vermessung Damm am Wasserrad, Hülsen-becker Tal, Lageplan, Maßstab 1:100, 20.11.2014
[U3] Ingenieurbüro Osterhammel GmbH: Vermessung Damm am Wasserrad, Hülsen-becker Tal, Querprofile, Maßstab 1:100/100, 20.11.2014
[U4] Ingenieurbüro Osterhammel GmbH: Vermessung Damm am Wasserrad, Hülsen-becker Tal, Längsprofile, Maßstab 1:100/100, 20.11.2014
[U5] Ingenieurbüro Osterhammel GmbH: Damm am Wasserrad, Hülsenbecker Tal, Foto-dokumentation vom 27.01.2015, E-Mail vom 27.01.2015
[U6] Stadtbetriebe Ennepetal AöR: Angaben bez. der eingebauten Spundwand am Stauteich, E-Mail vom 11.09.2014
[U7] Ennepe-Ruhr-Kreis, Umweltamt: Gewässergütebericht 2003, herausgegeben im Feb-ruar 2004
Folgende DIN-Normen und Regelwerke wurden verwendet:
Lastannahmen
[U8] NABau: DIN 1055-2: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 2: Bodenkenngrößen, November 2011
Geotechnik [U9] NABau: DIN 1054, Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau, Ergän-
zende Regelungen zu DIN EN 1997-1, Dezember 2010 [U10] NABau: DIN EN 1997-1/NA, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in
der Geotechnik-Teil 1 Allgemeine Regeln, Dezember 2010 [U11] NABau: DIN EN 1997-1/NA, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der
Geotechnik-Teil 1: Erkundung und Untersuchung des Baugrundes, Oktober 2010 [U12] NABau: DIN 4020, Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke, Ergän-
zende Regelung zu DIN EN 1997-2, Dezember 2012 [U13] NABau: DIN 4084, Gelände- und Böschungsbruchberechnungen, Februar 2009 [U14] NABau: DIN 4085, Baugrund - Berechnung des Erddrucks, Mai 2011 [U15] NABau: DIN 4085, Bbl. 1, Baugrund - Berechnung des Erddrucks, Berechnungsbei-
spiele, Dezember 2011
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[U16] NABau: DIN EN ISO 14.688-1, Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Böden, Teil 1, Januar 2003
[U17] NABau: DIN 18.123, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben, Bestimmung der Korngrößenverteilung, April 2011
[U18] NABau: DIN 18.196, Erd- und Grundbau - Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke, Mai 2011
[U19] NAW: DIN 19.700, Stauanlagen, Teil 11: Talsperren, Juli 2004 [U20] NABau: DIN EN ISO 22.475-1, Geotechnische Erkundung und Untersuchung,
Probenentnahmeverfahren und Grundwassermessungen, Teil 1, Januar 2007 [U21] NABau: DIN EN ISO 22.476-2, Geotechnische Erkundung und Untersuchung,
Felduntersuchungen, Teil 2: Rammsondierungen, April 2005 [U22] Ernst & Sohn: Grundbautaschenbuch, Band 1-3, siebte Auflage 2008 und fünfte Auf-
lage 1996/1998 Berechnungsprogramme: [U23] GGU: GGU Stability, Böschungsbruch nach DIN 4084 (1981), DIN 4084 (1996) und DIN
4084 (2009), Version 10.32, 04.05.2012 Kartenwerke: [U24] Preußische Geologische Landesanstalt: Geologische Karte von Preußen und benachbarten
deutschen Ländern, Blatt Nr.:2722 mit Erläuterungen, Radevormwalde, Berlin 1928
3.0 Baugrund
3.1 Umfang der Felduntersuchung
Zur Erkundung des Bodenaufbaus im Bereich des Staudammes und der nördlichen, luftsei-
tigen Böschung wurden am 23.01.2015 vier Kleinrammbohrung (KRB 1 bis KRB 4) gemäß
DIN EN ISO 22.475-1, Tabelle 2, Zeile 9, mit rammbaren Entnahmerohren und Bohrdurch-
messern von DN 60/50 mm bis in Tiefen von 1,85 m bis 5,9 m durchgeführt. Ein Aufschluss
(KRB 1) wurde im Bereich des Dammes hinter der Spundwand, der zweite Aufschluss im
Staudamm Richtung Luftseite, ein Aufschluss (KRB 3) im Bereich der Böschungsrutschung
und ein Aufschluss am Böschungsfuß (KRB 4) platziert. Die Aufschlüsse wurden in einem
rechtwinklig zur Dammachse angelegten Schnitt zwischen die Querprofile 4 und 5 (siehe
[U3]) angeordnet.
Die ursprünglich geplanten Aufschlusstiefen von 7,0 m im Dammbereich und 5,0 m im Be-
reich der Böschung sowohl für die Kleinrammbohrungen wie auch für die Rammsondierun-
gen waren aufgrund der zunehmenden Bodenfestigkeit nicht möglich. Daher wurden die
jeweiligen Aufschlüsse in den in den Bohrprofilen und Rammdiagrammen angegebenen
Tiefen abgebrochen.
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Im Rahmen der Aufschlussarbeiten wurden aus den Kleinrammbohrungen insgesamt 23
gestörte Bodenproben entnommen und bodenmechanisch beurteilt. Die Proben sind als
Rückstellproben im Probenlager für 6 Monaten archiviert worden. Einzelne Proben (siehe
Kap. 3.2) wurden für bodenmechanische Untersuchungen verwendet und stehen daher nicht
mehr zur Verfügung.
Ergänzend zu den Kleinrammbohrungen wurden zur Bestimmung der Lagerungs-
dichte/Konsistenz an den Kleinrammbohrungen 1 bis 4 Rammsondierungen mit der mittel-
schweren Rammsonde DPM 1-DPM 4 (DPM = Dynamic Probing Medium) gemäß der DIN
EN ISO 22476-2 durchgeführt. Die Sondiertiefen der Rammsondierungen betragen 2,3
m/6,0 m. Im Zuge der Rammsondierungen wird eine Sondierspitze mit einem Spitzenquer-
schnitt von 15 cm² mit definierter Rammenergie (Masse des Fallgewichtes: 15 kg; Fallhöhe:
50 cm) in den Boden eingetrieben. Das Ergebnis von Rammsondierungen ist das Maß für
den Eindringwiderstand. Es wird in Form der Zahl N10 angegeben, der erforderlichen Zahl
der Schläge je 10 cm Eindringung in den Untergrund.
Die Aufschlüsse wurden nach Lage und Höhe mit dem Maßband und einem Baunivellier
eingemessen. Als Höhenbezugspunkte wurden die in [U2] angegeben Höhenpunkte her-
angezogen.
Sämtliche Aufschlusspunkte sind im Lageplan der Anlage 1 in Verbindung mit dem Bestand
dargestellt.
Die Aufschlussergebnisse sind als Bohrprofile und Rammdiagramme in der Anlage 2 darge-
stellt.
3.2 Umfang der bodenmechanischen Laboratoriumsuntersuchungen
An den nachfolgend aufgeführten charakteristischen Bodenproben wurden bodenmechani-
sche Klassifizierungsversuche (Kornverteilungsanalysen) durchgeführt (siehe hierzu auch
Kap. 3.3):
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Tabelle 1: Umfang der bodenmechanischen Laboratoriumsuntersuchungen
Aufschluss Entnahmetiefe Versuch KRB 1 1,5-2,2 m Korngrößenverteilung
gemäß DIN 18.123 KRB 2a 2,0-3,5 m KRB 2a 3,5-4,4 m
Die bodenmechanischen Klassifizierungsversuche sind in den Anlagen 4.1 bis 4.3 aufge-
führt.
3.3 Bodenaufbau
Geologisch gesehen [U24] zeichnet sich die natürliche Bodenabfolge im Untersuchungsge-
biet bereits oberflächennah durch devonischen Lenneschiefer (Brandenbergschichten) in
Form von rotem und grünem Schiefer mit Grauwacken aus. In den Tälern finden sich Ver-
witterungsprodukte des o.g. Festgesteins in Form von Hangschutt.
Abb. 4: Geologie im Untersuchungsgebiet ([U24])
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Nach den Aufschlussergebnissen, die einen stichprobenartigen Charakter besitzen, ist mit
folgendem Bodenaufbau zu rechnen:
Auffüllungen
Der Staudamm stellt einen künstlichen Querriegel innerhalb des Längstales dar. Demzufolge
weisen sämtliche Aufschlüsse Auffüllungen je nach ihrer Lage in Mächtigkeiten von 1,6 m
(KRB 4) bis 4,4 m (KRB 2) auf.
Die Staudammschüttung besteht aus schwach feinsandigen Schluffen mit Tonstein-/ Sand-
stein- und Grauwackeschotter in wechselnder gewichtprozentualer Verteilung. Bereichs-
weise überwogen die Schotteranteile, so dass der bindige Charakter des Bodens nicht mehr
gegeben war und die Staudammschüttung in diesen Bereichen als Tonstein-/ Sandstein-/
Grauwackeschotter mit stark schluffigen, schwach feinsandigen Beimengungen angespro-
chen wurden.
Obwohl die generalisierte Bohrprofildarstellung der Anlage 2 getrennte Bodenschichten
zeigt, wechseln die gewichtsprozentualen Verteilungen in einem fließenden Übergang.
Die bindigere Staudammschüttung wurde anhand der Bodenproben KRB 1 (1,5-2,2 m) und
KRB 2a (3-5-4,4 m) mittels Kornverteilungsanalyse klassifiziert. Die Körnungslinien (siehe
Anlage 4.1 und 4.3) weisen einen vernachlässigbaren Tongehalt von ca. 1,3/2,2 Gew.-%
auf. Der Schluffanteil beträgt ca. 25,3/33,0 Gew.-%. Der Sandanteil beträgt etwa 25,4/40,7
Gew.-% und Kiesanteil (Natursteinschotter) liegt bei ca. 31,8/40,3 Gew.-%.
Nach den Ergebnissen der Kornverteilungsanalysen sind die bindigeren Partien der Stau-
dammschüttung als schluffige bis stark schluffige Felsbruch-Gemische zu charakterisieren.
Der aus der Rückrechnung der Kornverteilung abgeleitete Durchlässigkeitsbeiwert (siehe
Anlage 4.5) beträgt für die stark schluffigen Felsbruch-Gemische kf ≈ 1,7 • 10-6 bis 3,3 • 10-6
[m/s].
Die steinigere Staudammschüttung wurde anhand der Bodenprobe KRB 2a (2,0-3,5 m) mit-
tels Kornverteilungsanalyse klassifiziert. Die Körnungslinie (siehe Anlage 4.2) weist einen
vernachlässigbaren Tongehalt von ca. 1,2 Gew.-% auf. Der Schluffanteil beträgt ca. 8,2
Gew.-%. Der Sandanteil beträgt etwa 23,0 Gew.-%. Der Kiesanteil (Felsbruch) dominiert mit
ca.- 67,6 Gew.-%.
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Nach den Ergebnissen der Kornverteilungsanalysen sind die steinigeren Partien der Stau-
dammschüttung als schwach schluffiger, sandiger Felsbruch zu charakterisieren. Der aus
der Rückrechnung der Kornverteilung abgeleitete Durchlässigkeitsbeiwert (siehe Anlage 4.5)
beträgt für den Felsbruch kf ≈ 3,2 • 10-5 [m/s].
Die Lagerungsdichte der Dammschüttung weist durchweg geringe Rammwiderstände auf.
Innerhalb der bindigeren Partien DPM 1, DPM 2 und DPM 4) liegen die Rammwiderstände
unter Schichtenwassereinfluss bei N10 = 1 bis 5, was einer lockeren Lagerung bei weicher
Konsistenz entspricht.
Innerhalb der steinigen Dammschüttung (DPM 1, DPM 2 und DPM 4) sind die Rammwider-
stände unter Schichtenwassereinfluss mit N10 = 5-25 erwartungsgemäß höher und sind in
Anbetracht der grobkörnigeren Zusammensetzung als locker bis mitteldicht gelagert einzu-
stufen.
Innerhalb des gestörten Böschungsbereiches (DPM 3) wurden innerhalb der steinigen
Dammschüttung Rammwiderstände von N10 = 1-4 gemessen. Die deutliche Abnahme der
Rammwiderstände im Störbereich zeigt an, dass das ursprünglich eingebaute Bodengefüge
nicht mehr gegeben ist.
Schluffe
Der als Auflage auf dem Festgestein zu erwartende steinige Hanglehm wurde innerhalb der
Aufschlüsse aufgrund der Errichtung des Staudammes nicht angetroffen, da er vermutlich
seinerzeit vor Dammerstellung ausgeräumt wurde.
Hangschotter
In der Dammaufstandsebene wurde ab Tiefen von 1,8 m/4,4 m, entsprechend 204,7/205,6
m ü. NHN Hangschotter in Form von verwittertem bis stark verwittertem Tonstein-/ Sand-
stein- und Grauwackeschotter und verwitterter bis stark verwitterter Tonstein-/Sandstein mit
schluffigen Beimengungen erbohrt. Der Verwitterungsgrad nimmt mit der Tiefe kontinuierlich
ab und die Festigkeit entsprechend zu. Der Fels ist ab der jeweiligen Bohrendteufe praktisch
als inkompressibel zu bewerten.
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Die Abnahme des Verwitterungsgrades und die damit einhergehende Zunahme der Boden-
festigkeit lassen sich deutlicher aus den Ergebnissen der Rammsondierungen ableiten. Be-
reits innerhalb der Übergangszone nehmen die Rammwiderstände auf Werte von N10 = 15-
30 zu. Bei Auftreffen der Sonde auf dem stark verwitterten bis verwitterten Tonstein-/ Sand-
stein steigen die Rammwiderstände innerhalb des ersten Meters auf N10 ≥ 50-100 an, so
dass die Rammsondierungen mit dem Hinweis auf fehlenden Sondierfortschritt abgebrochen
wurden. In dieser Tiefe ist mit schwach verwittertem bis Fels zu rechnen.
3.4 Grundwasserverhältnisse
Innerhalb der Aufschlüsse des Dammbauwerkes (KRB 1 und KRB 2) wurde durchweg
Schichtenwasser bis zur Geländeoberkante (KRB 1) bzw. ab 1,0 m unter Geländeoberkante
(KRB 2) detektiert. Innerhalb der KRB 3, die im rückwärtigen, vermutlich dränierten Bereich
einer Stützmauer ausgeführt wurde, wurde kein Schichtenwasser angetroffen. In der am
Böschungsfuß platzierten KRB 4 wurde Schichtenwasser ab einer Tiefe von 1,0 m bis zur
Felsoberkante in 1,6 m Tiefe angetroffen. Die ermittelten Wassergehalte bestätigen diese
Angaben (siehe Anlage 4.4).
Die Spundwand besteht aus insgesamt 6 Abschnitten, die untereinander nicht im Schloss
verbunden sind, sondern nach den Angaben aus [U2] auf Lücke gesetzt wurden.
Nach den Ergebnissen der geotechnischen Untersuchungen ist davon auszugehen, dass
weder die Spundwand noch der nördlich der Spundwand eingebaute Staudamm als wasser-
dicht zu beurteilen sind.
Daher resultiert der festgestellte Schichtenwasseranfall innerhalb des Staudammes und der
luftseitigen Böschung aus der durchlässigen Staudammschüttung infolge Wasserverluste
des Stauteiches.
Innerhalb des anstehenden Untergrundes ist mit diffusem Kluftgrundwasser zu rechnen, was
jedoch bei der hier gestellten Fragestellung keine Relevanz besitzt.
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4.0 Angaben für die Statik/Ausschreibung
4.1 Bodenklassifikationen und Bodenkenngrößen der erkundeten Böden
Die Bodenkenngrößen beruhen auf Erfahrungen und den Ergebnissen der Laborversuche.
Bei den in der folgenden Tabelle 2 angegebenen Bodenkenngrößen handelt es sich um
charakteristische Werte (Index k) gemäß DIN 1054 [U9] und somit um Schätzwerte für den
Mittelwert der in situ streuenden Parameter:
Tabelle 2: Bodenklassifikationen und Bodenkenngrößen der erkundeten Böden
Bodenart Dammschüttung (schluffige bis stark
schluffige Felsbruch-Gemische)
Dammschüttung (schwach schluffiger, sandiger Felsbruch)
Stark verwitterter Ton-stein-/Sandstein-Grau-
wackeschotter und Ton-stein-Sandstein
Bodenklassifikation nach DIN 18.196
UL-GU* GU*-** -**
Feuchtwichte γ [kN/m³]
19,0-20,0 20-21 22-24
Wichte unter Auftrieb γ' [kN/m³]
10,0-11,0 12,0-13,0 13,0-14,0
Reibungswinkel φk´ [°] 30 35 30
Kohäsion ck´ [kN/m²] 0 0 15-20 Steifemodul bei Erst-
belastung Esk [MN/m²]
-¹ -¹ 60-80
Durchlässigkeitsbei-wert³ kf [m/s]
2,0 • 10-6 3,2 • 10-5 -²
* starke Beimengungen ** Festgestein wird nicht nach der DIN 18.196 klassifiziert. ¹ Wird innerhalb der Auffüllungen nicht angegeben. ² Wurde im Rahmen der Felderkundungen nicht ermittelt. ³ Bei den angegebenen Werten handelt es sich um einen aus den Kornverteilungsanalysen rückgerechneten,
um den Einfluss der Lagerungsdichte beaufschlagte und mit Vergleichswerten abgestimmte Durchlässigkeits-beiwerte.
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4.2 Bodenklassen nach DIN 18.300
Tabelle 3: Bodenklassen
Bodenart Bodenklasse nach DIN 18.300
Lösbarkeit
Waldboden (humose, Schluffige Sande und san-dige Schluffe)
1 Oberboden
Dammschüttung (schluffige bis stark schluffige Fels-bruch-Gemische)
4-5¹ Mittelschwer bis schwer lösbar
Dammschüttung (schwach schluffiger, sandiger Felsbruch)
4-5¹ Mittelschwer bis schwer lösbar
Stark verwitterter Tonstein-/Sandstein-Grauwacke-schotter und Tonstein-Sandstein
6² Leicht lösbarer Fels
¹ Bodenklasse 3: Leicht lösbare Bodenarten; nicht bindige bis schwach bindige Sande, Kiese und Sand-Kies-Gemische mit bis zu 15 Gew.-% Beimengungen an Schluff und Ton und mit höchstens 30 Gew.-% Steinen über 63 mm Korngröße und bis zu 0,01 m³ Rauminhalt. Bodenklasse 4: Mittelschwer lösbare Bodenarten; Gemische von Sand, Kies, Schluff und Ton mit einem An-teil von mehr als 15 Gew.-%, sowie bindige Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität und höchstens 30 Gew.-% Steine von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m³ Rauminhalt. Bodenklasse 5: Weisen die Böden der Bodenklasse 3 und 4 mehr als 30 Gew.-% Steine von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m³ Rauminhalt oder bis zu 30 Gew.-% Steine von 0,01 m³ bis 0,1 m³ Rauminhalt auf, so ist die Bodenklasse 5 maßgeblich.
² Bis zur Bohrendteufe liegt die Bodenklasse 6 vor. Es wird empfohlen, in der Ausschreibung die Bodenklassen 3 - 5 in einer Position zusammenzufassen.
4.3 Erdbeben
Für die Zuordnung in Erdbebenzonen und für die daraus resultierenden Bemessungsanforde-
rungen an die Bauwerke und Bauteile gelten die DIN 4149: 2005-04 sowie DIN EN 1998-
1/NA:2011-01.
Die Stadt Ennepetal gehört zu keiner Erdbebenzone. Daher sind keine Zusatzmaßnahmen
erforderlich.
5.0 Geotechnische Nachweise
5.1 Allgemeines
Der für den Standsicherheitsnachweis maßgebliche Betrachtungsschnitt (Querprofil 4) befindet
sich rechtwinklig zur Dammachse im Bereich der Schadensstelle (siehe hierzu Anlage 1).
Bauherr: Stadtbetriebe Ennepetal AöR Projekt: Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepetal Projektnr.: 1409.208 1. Bericht: Baugrunduntersuchungen, geotechnische Auswertung der Aufschlussergeb-
nisse, geotechnische Nachweise
14
Die Berechnungen erfolgen mit dem Teilsicherheitskonzept nach DIN 1054 [U5], EC 7 (Geo
3: Grenzzustand des Versagens durch Verlust der Gesamtstandsicherheit) mit den in der
Tabelle 2 angegebenen Bodenkenngrößen.
Im Kapitel 5.3 werden der Nachweis der Tragfähigkeit (globale Standsicherheit) und die
Nachweise der Gebrauchstauglichkeit (SLS) geführt.
Die Standsicherheitsuntersuchungen werden nach dem Lamellenverfahren mit kreisförmigen
Gleitflächen nach DIN 4084 (siehe [U9]) mit dem Programm GGU Stablity (siehe hierzu
[U23]) für den Lastfall „Sickerlinie im Staudamm“ geführt. Die Ergebnisse dieser Berechnun-
gen sind der Anlage 5 zu entnehmen.
Für die Standsicherheitsberechnungen des Lastfalls „Sickerlinie im Staudamm“ wird keine
Porenwasserdruckverteilungen nach der Methode der Finite-Elemente berechnet, sondern
die Porenwasserdruckverteilung am Gleitkreis aus der Druckhöhe unter der Sickerlinie unter
Berücksichtigung des Dauereinstaus für den Fischteich abgeleitet.
Der vorgenannte Lastfall stellt ständige bzw. veränderliche Einwirkungen dar und wird ge-
mäß DIN 1054 [U9] für die Bemessungssituation BS-P (ständig) nachgewiesen.
Der Nachweis wird mit einer möglichen Nutzlast auf dem Weg des Staudammes von ca. 6 t
geführt. Dies entspricht einer Ersatzflächenlast von p = 3,5 kN/m².
5.2 Randbedingungen im Berechnungsquerschnitt
Nachfolgend werden die Berechnungsannahmen im Berechnungsquerschnitt (Querprofil 4)
zusammengestellt:
• Wasserspiegellage des Stauteiches: 209,38 m ü. NHN • Schichtenwasser auf der luftseitigen Böschung 205,0 m ü. NHN
5.3 Globale Standsicherheit
Der Nachweis der Gesamtstandsicherheit wird nach dem Lamellenverfahren mit kreisförmi-
gen Gleitflächen nach DIN 4084 geführt. Dabei werden die durch die fußseitige Böschung
verlaufenden maßgebliche Gleitkreise sowie die die Gesamtböschung erfassenden Gleit-
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nisse, geotechnische Nachweise
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kreise ermittelt, ohne dass definitionsgemäß Gleitkreise durch Bauteile wie die vorhandene
Spundwand verlaufen.
Dargestellt werden Gleitkreise mit einem definierten Ausnutzungsspektrum mit unterschied-
licher Farbhinterlegung.
Die nachfolgende Tabelle 4 enthält den Ausnutzungsgrad der luftseitigen Teilböschung
sowie der Gesamtböschung in Bezug zu dem maßgeblichen Lastfall.
Tabelle 4: Ausnutzungsgrad µ der Böschungsberechnung im Querprofil 4
Anlage Lastfall Ausnutzungsgrad µ [-] 5.1 Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepe-
tal, Standsicherheit des Staudammes im Querprofil 4, LF: Sickerlinie im Staudamm
1,15 > 1,0!
5.2 Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepe-tal, Standsicherheit des Staudammes im Querprofil 4, LF: Sanierung ohne Sickerlinie im Staudamm mit Felsvorschüttung
0,96 < 1,0
Die Ergebnisse zeigen, dass eine ausreichende Standsicherheit der luftseitigen Böschung
und die Gesamtstandsicherheit des Staudammes bei Ausbildung einer Sickerlinie innerhalb
des Staudammes mit der im Querprofil vorhandenen Böschungsgeometrie nicht gegeben
sind (Anlage 5.1).
Die ausreichende Standsicherheit und damit eine Sanierung des Staudammes sind nur dann
erfüllt, wenn einerseits die Sickerlinie durch Abdichtung der Spundwand unterbunden wird
und zusätzlich eine Felsvorschüttung gemäß der Anlage 5.2 erfolgt. Eine Unterbindung des
Sickerwassers als einzige Sanierungsmaßnahme genügt nicht, um, eine ausreichende
Standsicherheit zu erreichen. Der genaue Umfang der Felsvorschüttung ist im Zuge der
weitergehenden Sanierungsplanungen für die gesamte Böschungslängsabwicklung anhand
weitergehender Standsicherheitsberechungen detailliert festzulegen.
6.0 Bewertung der geotechnischen Ergebnisse; Hinweise zur Sanierung
Die im Rahmen des Ortstermines am 27.08.2014 aufgeworfenen Fragen (siehe Kap. 2.2)
konnten durch die Felderkundungen beantwortet werden.
Bauherr: Stadtbetriebe Ennepetal AöR Projekt: Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepetal Projektnr.: 1409.208 1. Bericht: Baugrunduntersuchungen, geotechnische Auswertung der Aufschlussergeb-
nisse, geotechnische Nachweise
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Der Staudamm besteht aus wasserdurchlässigem, überwiegend locker bis mitteldicht gela-
gertem, schwach schluffigem, sandigem Felsbruchmaterial.
Der Staudamm steht dem Festgestein auf.
Der Staudamm weist in den einzelnen Aufschlüssen unterschiedliche Schichtenwasserpo-
tentiale auf, die sich zu einer Sickerlinie verbinden lassen. Diese wird durch Wasserverluste
des Fischteiches gespeist. Dieser ist von dem Staudamm durch eine Spundwand getrennt,
die allerdings aus insgesamt 6 nicht miteinander im Schloss abgedichteten Abschnitten be-
steht.
Die Ergebnisse der Standsicherheitsberechnungen bilden das Schadensbild mit einem Aus-
nutzungsgrad der Gesamtstandsicherheit von µ ≈ 1,15 ab (siehe Anlage 5.1).
Eine Sanierung des Staudammes erfordert unter Beibehaltung des eingebauten Dammbau-
stoffes eine vollständige Unterbindung des Schichtenwassers sowie zusätzlich die Anord-
nung einer Felsbruchvorschüttung am Böschungsfuß.
- Trautner - - Farghaly - Anlagenverzeichnis Anlage 1: Lageplan mit Eintragung der Aufschlussstellen, Maßstab 1:100 Anlage 2: Bohrprofile KRB 1- 4 und Rammdiagramme DPM 1-4 Anlage 3: Querprofile Q4 und Q5 mit Bodenschichtung Anlage 4: Bodenmechanische Laborversuche Anlage 4.1: Kornverteilungsanalyse KRB 1 (1,5-2,2 m) Anlage 4.2: Kornverteilungsanalyse KRB 2a (2,0-3,5 m) Anlage 4.3: Kornverteilungsanalyse KRB 2a (3,5-4,4 m) Anlage 4.4: Wassergehaltsbestimmung nach DIN 18.121 Anlage 4.5: Abschätzung der Durchlässigkeitsbeiwerte anhand der Körnungslinie nach DIN
18.123 Anlage 5: Ergebnisse der Standsicherheitsberechnungen Anlage 5.1: Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepetal, Standsicherheit des Stau-
dammes im Querprofil 4, LF: Sickerlinie im Staudamm Anlage 5.2: Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepetal, Standsicherheit des Stau-
dammes im Querprofil 4, LF: Sanierung ohne Sickerlinie im Staudamm mit einer Felsvorschüttung
Verteiler: Stadtbetriebe Ennepetal AöR ( 3x )
Abschätzung der Durchlässigkeitsbeiwerte anhand der Körnungslinie nach DIN 18.123
Tabelle berechneter Durchlässigkeitsbeiwerte
KRB Anlage Teufe d10 d20 d50 d60 U Hazen1 Zieschang1, 2Beyer Köhler Mittelwert
[m] [mm] [mm] [mm] [mm] [-] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s]
KRB 1 4.1 1,5-2,2 0,0158 0,0300 0,150 2,200 139,24 2,9E-06 3,5E-06 1,6E-07 1,7E-07 1,7E-06KRB 2a 4.2 2,0-3,5 0,0700 0,3500 6,400 9,700 138,57 5,7E-05 6,8E-05 3,2E-06 1,3E-06 3,2E-05KRB 2a 4.3 3,5-4,4 0,022 0,042 0,160 0,450 20,45 5,6E-06 6,7E-06 7,6E-07 1,3E-07 3,3E-06
1 Temperatur des schwach mineralisierten Wassers angenommen zu 10°C2 Empirischer Beiwert C je nach lithologischem Aufbau, Ungleichförmigkeit und d10
Projektnummer: 1409.208 Anlage: 4.5
m ü. NHN
203.00
204.00
205.00
206.00
207.00
208.00
209.00
210.00
211.00
209,48 m ü. NHNDPM 1
0 10 20 30 0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
437769100
Schlagzahlen je 10 cm
210,02 m ü. NHNDPM 2
0 10 20 30 0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
3232
5412333794979100
Schlagzahlen je 10 cm
208,75 m ü. NHNDPM 3
0 10 20 30 0.0
1.0
2.0100
Schlagzahlen je 10 cm
206,49 m ü. NHNDPM 4
0 10 20 30 0.0
1.0
2.0
3.079100
Schlagzahlen je 10 cm
KRB 1
209,48 m ü. NHN
1.00
Auffüllung Schluffsandig, schwach Schotter, vereinzelt organisch,dunkelbraun
1.50
Auffüllung Schluffschwach feinsandig, vereinzelt organisch,grau
2.20
Auffüllung Schluffschwach feinsandig, schwach Schotter, grau- graubraun
3.00
Auffüllung Tonstein - Sandstein - Grauwackeschotterstark schluffig, schwach feinsandig, vereinzeltorganisch, grau - graubraun
4.30
Auffüllung (?) Tonstein - Sandstein - Grauwackeschotterschluffig, schwach feinsandig, grau - graubraun
5.00
Tonstein / Sandstein / Grauwacke (Hangschotter), stark verwittertschluffig, braun
Z
GP 1 1.00
GP 2 1.50
GP 3 2.20
GP 4 3.00
GP 5 4.30
GP 6 5.00
KRB 2
210,02 m ü. NHN
0.40
Auffüllung Natursteinsplitt (Grauwacke)rotgrau
1.00
Auffüllung Schluffsandig, kiesig, Sandsteinstücke, vereinzeltKohle, braun
2.00
Auffüllung Schluffsandig, kiesig, vereinzelt Ziegel, vereinzeltFolie, braun - dunkelbraun
2.90
Auffüllung Sandsteinschluffig, sandig, vereinzelt Folie, braun- dunkelbraun
Kein Bohrfortschritt!
GP 1 0.40
GP 2 1.00
GP 3 2.00
GP 4 2.90
KRB 2a
210,02 m ü. NHN
0.40
Auffüllung Natursteinsplitt (Grauwacke)rotgrau
1.00
Auffüllung Schluffstark Tonsteinschotter, feinsandig, vereinzeltKohle, braun
2.00
Auffüllung Schluffstark Tonsteinschotter, feinsandig, schwachtonig, braun
3.50
Auffüllung Tonstein - Sandstein - Grauwackeschotterstark kiesig, feinsandig, schwach schluffig,braun
4.40
Auffüllung Schlufffeinsandig, Schotter, vereinzelt Holz, grau
5.40
Tonstein - Sandstein, stark verwittertschwach schluffig, schwach sandig, grüngrau- rot
Z
Z
Z
5.90
Schluffschwach Tonstein - Sandstein - Grauwackeschotter,schwach feinsandig, schwach tonig, braun
Kein Bohrfortschritt!
GP 1 0.40
GP 2 1.00
GP 3 2.00
GP 4 3.50
GP 5 4.40
GP 6 5.40
GP 7 5.90
KRB 3
208,75 m ü. NHN
1.00
Auffüllung Natursteinsplitt (Grauwacke)dunkelbraun
1.95
Auffüllung Tonstein - Sandstein - Grauwackeschottersandig, schwach schluffig, dunkelbraun
Kein Bohrfortschritt!
GP 1 1.00
GP 2 1.95
KRB 4
206,49 m ü. NHN
0.40
Auffüllung Tonstein - Sandstein - Grauwackeschotterschluffig, vereinzelt humos, dunkelbraun
1.00
Auffüllung Schluffstark Tonstein - Sandstein - Grauwackeschotter,feinsandig, braun
1.60
Auffüllung Tonstein - Sandstein - Grauwackeschotter, verwittertschluffig, braun
1.85
Tonstein / Sandstein, verwittertschluffig, grünbraun
Kein Bohrfortschritt!
GP 1 0.40
GP 2 1.00
GP 3 1.60 GP 4 1.85
Legende
KRB = Kleinrammbohrung (DIN EN ISO 22475-1, Tabelle 2, Zeile 9)
GP = Gestörte Probe Tiefenangabe (von Schichtanfang) bis ...
DPM = Rammsondierung (DIN EN ISO 22476-2), (Dynamic Probing Medium, A = 15 cm², 30 kg, 50 cm Fallhöhe)
HFP = Höhenfestpunkt = Polygonpunkt = 210,154 m ü. NHN
Stauwasser 1,0 - 1,6 m
OK 209.49
UK 204.49
Spundwand
Stauteich Damm
Wasserspiegel Stauteich~209.38 (23.01.2015)
208.49 m ü. NHNTeichsohle
server I:\01 Projekte\2014\09\1409.208_Hülsenbecker Tal_Ennepetal\Zeichner\
Stadtbetriebe Ennepetal AöR
Bohrprofile KRB 1 - KRB 4
Dammuntersuchung
1 : 100 (M. d. H.)
Zeichner:
Gutachter:
Maßstab:
Bezeichnung:
Iris Schäfer
Bemerkungen:
Layout:
Rammdiagramme DPM 1 - DPM 4
Projekt:
Auftraggeber:
Januar 2015Datum:
Anlage-Nr.:
1409.208Projekt-Nr:
2Bericht:
01Datei:
GGU - Bopo95
Be 01\1409.208_Be01_Anlage2_2015-01-27.bop
Dipl. - Ing. Olaf Trautner
Hülsenbecker Tal in Ennepetal
GFP · Dr. Gärtner und Partner · Bürgerstraße 15 · 47057 Duisburg · (02 03) 35 05 39Ingenieurbüro für GeotechnikDr. Gärtner und Partner
und Umweltplanung
= nass
= feucht