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Nachweis gegen Aufschwimmen und Maßnahmen zur Auftriebssicherung von Wehrsohlen

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Sowohl beim Neubau als auch bei der Instandsetzung von Wehranlagen ist die Standsicherheit der Wehrsohlen für alle maßgebenden Bau- und Betriebssituationen nachzuweisen. Hierzu zählen die Nachweise der Sicherheit gegen Aufschwimmen, sowie gegen Kippen (zulässige Außermittigkeit der Sohldruckresultierenden) und Gleiten. Dazu sind die maßgebenden hydraulischen Beanspruchungen auf die Wehrsohle aus dem Grund- und Oberflächenwasser zu ermitteln. Insbesondere zu berücksichtigen sind die Grundwasserüberdrücke auf die Wehrsohle, die sich nach Auftreten eines relevanten Hochwassers während eines raschen Abfalls der Hochwasserstandsganglinie im Unterwasser des Wehres einstellen können. Weiterhin ist die Standsicherheit auch für den Revisionsfall nachzuweisen, bei dem die Wehrsohle zur Durchführung von Bauwerksprüfungen und ggf. Instandsetzungsarbeiten trockengelegt wird.

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Nachweis gegen Aufschwimmen und Maßnahmen zur Auftriebssicherung von Wehrsohlen

  1. 1. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 www.baw.de 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
  2. 2. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 2 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
  3. 3. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 3 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;dGdst;d Qdst;d Rd Rd
  4. 4. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 4 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
  5. 5. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 5 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;dGdst;d
  6. 6. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 6 maßgebender, resultierender Wasserdruck auf Wehrsohlen hypothetischer ExtremfallWasserstandh Zeit t HW (UW) GW (UW) ∆hmax
  7. 7. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 7 Wasserstandh Zeit t HW (UW) GW (UW) ∆hmax maßgebender, resultierender Wasserdruck auf Wehrsohlen ∆hmax bei ablaufender HW-Welle
  8. 8. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015  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 Seite 8 Wasserstandh Zeit t HW (UW) GW (UW)∆hmax maßgebender, resultierender Wasserdruck auf Wehrsohlen ∆hmax bei Niedrigwasser
  9. 9. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 9 Grundwassermessstellen (Uferbereich)
  10. 10. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 10 Grundwassermessstellen (Wehrpfeiler)
  11. 11. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Wehr Rockenau (Neckar) Seite 11
  12. 12. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Wehr Rockenau (Neckar) Seite 12
  13. 13. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 13 Grundwassermessstellen (Wehrsohle)
  14. 14. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Porenwasserdruckmessung unter der Wehrsohle Seite 14
  15. 15. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Durchführung der Bohrungen in der Wehrsohle Seite 15
  16. 16. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Einbau der Drucksonden in der Wehrsohle Seite 16 Bild: Umwelttechnik & Brunnenbau Wöltjen GmbH, Nienburg
  17. 17. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 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)
  18. 18. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 18 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
  19. 19. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 19 Entspannungsbrunnen • wasserführende Trennflächen vertikal: → flache Brunnen ausreichend • Strömung bis Wehrsohle in Trennflächen • Abfluss zum Brunnen in Spalt unter Wehrsohle • Druckentspannung durch Trennflächen
  20. 20. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Seite 20 Entspannungsbrunnen • wasserführende Trennflächen horizontal: → tiefe Brunnen erforderlich • Strömung zum Brunnen in Trennflächen • Annahme: keine Druckentspannung unter Brunnensohle • erforderliche Brunnentiefe aus Nachweis gegen Aufschwimmen
  21. 21. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 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
  22. 22. Aufschwimmen und Auftriebssicherung von Wehrsohlen Geotechnik · Grundwasser · Bernhard Odenwald · 10. Februar 2015 Nachweis gegen Aufschwimmen für Revisionsfall (trockengelegte Wehrsohle) • Festlegung eines maximal zulässigen Unterwasserstandes • Abbruch der Revision und Fluten der Wehrsohle bei Überschreitung Seite 22 Trockenlegung Wehr Langwedel (Weser) Vielen Dank für Ihr Interesse! Bild: WSA Verden

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