Nachweis gegen Aufschwimmen und Maßnahmen zur Auftriebssicherung von Wehrsohlen

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


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)


Wehr Rockenau (Neckar)

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Wehr Rockenau (Neckar)

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Seite 13

Grundwassermessstellen (Wehrsohle)


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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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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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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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


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

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