Inhaltsverzeichnis - Ennepetal...Probenentnahmeverfahren und Grundwassermessungen, Teil 1, Januar 2007 [U21] NABau: DIN EN ISO 22.476-2, Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Felduntersuchungen,

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

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Bauherr: Stadtbetriebe Ennepetal AöR Projekt: Dammuntersuchung Hülsenbecker Tal in Ennepetal Projektnr.: 1409.208 1. Bericht: Baugrunduntersuchungen, geotechnische Auswertung der Aufschlussergeb-

nisse, geotechnische Nachweise

2

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



3

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.



4

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?



5

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.



7

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])



9

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.-%.



10

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.



11

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.



12

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.



13

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).



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-



15

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.



16

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


0 10 20 30 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

3232

5412333794979100



0 10 20 30 0.0

1.0

2.0100



0 10 20 30 0.0

1.0

2.0

3.079100


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


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


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


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

Documents

Inhaltsverzeichnis - Ennepetal...Probenentnahmeverfahren und Grundwassermessungen, Teil 1, Januar 2007 [U21] NABau: DIN EN ISO 22.476-2, Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Felduntersuchungen,