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Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015
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BAW-Kolloquium „Projekte der Geotechnik an Bundeswasserstraßen“, Karlsruhe, 10. und 11. Februar 2015
Dr.-Ing. Bernhard Odenwald
Nachweis gegen Aufschwimmen und Maßnahmen zur Auftriebssicherung von Wehrsohlen
Bild: Umwelttechnik & Brunnenbau Wöltjen GmbH, Nienburg
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Normative Grundlagen
• DIN 19702: Grundlegende Anforderungen an Zuverlässigkeit von Massivbauwerken im Wasserbau
• Charakteristischer Wert veränderlicher Einwirkungen (ständige Bemessungssituation BS-P): Wiederkehrintervall i. d. R.: T = 100 a (DIN EN 1990)
• Einwirkungen aus Grund- und Oberflächenwasser: oberer charakteristischer Wert: aus 100-jährlichem Hochwasser
• Bau- und Revisionszustände (vorübergehende Bemessungssituation BS-T): bauzeitlicher Hochwasserstand
• Berücksichtigung möglicher Abhängigkeiten von Wasserständen Wasserstände auf einer Bauwerksseite → Spektrum zugehöriger, möglicher Wasserstände auf anderer Seite bzw. Grundwasserstände
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Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen
• DIN EN 1997-1 (EC 7-1), DIN 1054 bzw. Handbuch Eurocode 7, Band 1
• Grenzzustand der Tragfähigkeit UPL (uplift): Gleichgewichtsverlust von Bauwerk oder Baugrund durch Aufschwimmen
• Gdst;d + Qdst;d ≤ Gstb;d + Rd
Gdst;d : ständige destabilisierende Einwirkungen Qdst;d : veränderliche destabilisierende Einwirkungen Gstb;d : ständige stabilisierende Einwirkungen Rd : zusätzlicher Widerstand gegen Aufschwimmen
Gstb;d Gdst;d Qdst;d
Rd Rd
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Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen
• Deutsche Regelungen (DIN 1054: 2010-12)
• Bemessungswerte der Einwirkungen aus Wasserdrücken: immer mit Teilsicherheitsbeiwerten für ständige Einwirkungen
• Bemessungswert der destabilisierenden, ständigen Einwirkung Gstb;d: aus resultierendem, charakteristischen Wasserdruck Gdst;d = (Wdst,k – Wstb,k) ⋅ γdst
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Sicherheit gegen Aufschwimmen von Wehrsohlen
• Gdst;d ≤ Gstb;d Gdst;d : resultierende destabilisierende Einwirkungen aus Wasserdruck Gstb;d : stabilisierende Einwirkungen aus Gewicht der Wehrsohle
• charakteristischer Wert des resultierenden Wasserdrucks Gdst;k: maximale Wasserdruckdifferenz bei Abflüssen bis zu 100-jährlichem Hochwasserabfluss
Gstb;d Gdst;d
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maßgebender, resultierender Wasserdruck auf Wehrsohlen hypothetischer Extremfall
Was
sers
tand
h
Zeit t
HW (UW)
GW (UW)
∆hmax
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Was
sers
tand
h
Zeit t
HW (UW)
GW (UW) ∆hmax
maßgebender, resultierender Wasserdruck auf Wehrsohlen ∆hmax bei ablaufender HW-Welle
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Messung des Wasserstands oberhalb Wehrsohle und Grundwasserpotential unterhalb Wehrsohle in ausreichender Anzahl von Messstellen
automatisierte Messungen in ausreichend kurzem Messintervall über einen möglichst langen, Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum
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Was
sers
tand
h
Zeit t
HW (UW)
GW (UW) ∆hmax
maßgebender, resultierender Wasserdruck auf Wehrsohlen ∆hmax bei Niedrigwasser
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Grundwassermessstellen (Uferbereich)
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Grundwassermessstellen (Wehrpfeiler)
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Wehr Rockenau (Neckar)
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Wehr Rockenau (Neckar)
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Grundwassermessstellen (Wehrsohle)
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Porenwasserdruckmessung unter der Wehrsohle
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Durchführung der Bohrungen
in der Wehrsohle
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Einbau der Drucksonden in der Wehrsohle
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Bild: Umwelttechnik & Brunnenbau Wöltjen GmbH, Nienburg
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Seite 17
Nachweis gegen Aufschwimmen von Wehrsohlen • Ständige Bemessungssituation (BS-P):
• oft möglich auf Grundlage ausreichender, geeigneter Messdaten • Vorübergehende Bemessungssituation (BS-T) - Revision:
• oft nicht möglich (Defizit)
Maßnahmen zur Auftriebssicherung • Verankerung der Wehrsohle
• bei bestehenden Bauwerken oft nur eingeschränkt möglich • Druckentspannung unter der Wehrsohle
• Entspannungsbrunnen • im Betriebszustand verschlossen • im Revisionszustand geöffnet (vor Trockenlegung durch Taucher)
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Druckentspannung zur Auftriebssicherung • Kein Nachweis gegen Aufschwimmen für bestehende Wehrsohlen für
Trockenlegung zu Revisionszwecken (BS-T) erforderlich wenn: (entsprechend Regelungen für Neckarschleusen) • geringdurchlässiger Baugrund aus nicht verwitterungsanfälligem Fels, keine
ausgepr. Störungszonen / Hohlräume, Gebirgsdurchlässigkeit k < 10-6 m/s • Grundwasserdruckentspannung unter Wehrsohle bei Trockenlegung durch
Entspannungsbrunnen • keine Auffälligkeiten bei bisherigen Trockenlegungen • Monitoring und Havariekonzept für Zeit der Trockenlegung
• Grundlegende Annahmen: • maximal geringfügige Hebung der Wehrsohle zur Druckentlastung erforderlich,
Zufluss zu den Entlastungsbrunnen innerhalb des Spaltes • Zufluss gering aufgrund geringer Durchlässigkeit des Baugrunds • kein Materialtransport aufgrund nicht verwitterungsanfälligem Fels
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Seite 19
Entspannungsbrunnen • wasserführende Trennflächen
vertikal: → flache Brunnen ausreichend
• Strömung bis Wehrsohle
in Trennflächen • Abfluss zum Brunnen
in Spalt unter Wehrsohle • Druckentspannung durch
Trennflächen
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Entspannungsbrunnen • wasserführende Trennflächen
horizontal: → tiefe Brunnen erforderlich
• Strömung zum Brunnen in Trennflächen
• Annahme: keine Druckentspannung unter Brunnensohle
• erforderliche Brunnentiefe aus Nachweis gegen Aufschwimmen
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Seite 21
Druckentspannung zur Auftriebssicherung • Nachweis gegen Aufschwimmen für bestehende Wehrsohlen für
Trockenlegung zu Revisionszwecken (BS-T) kann nicht entfallen wenn: • Baugrund aus Lockergestein oder aus stark geklüftetem, kavernösem
oder verwitterungsanfälligem Fels • Baugrund unterhalb der Kammersohle geschichtet,
ggf. Berücksichtigung geringdurchlässiger Schicht unter Wehrsohle über durchlässiger Schicht
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Nachweis gegen Aufschwimmen für Revisionsfall (trockengelegte Wehrsohle) • Festlegung eines maximal zulässigen Unterwasserstandes • Abbruch der Revision und Fluten der Wehrsohle bei Überschreitung
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Trockenlegung Wehr Langwedel (Weser)
Vielen Dank für Ihr Interesse! Bild: WSA Verden