Projekte
DFG Innovationskolleg "Ökologisches Entwicklungspotential der Bergbaufolgelandschaften im Lausitzer Braunkohlerevier"
Teilprojekt 14:
Beobachtung von Setzungen und Sackungen locker gelagerter Schüttungen während des Grundwasseranstiegs am Beispiel einer Kippe des Lausitzer Braunkohlentagebaus
Locker gelagerte Aufschüttungen (z. B. Tagebaukippen in der Niederlausitz) sind bei Änderung der hydraulischen Verhältnisse (z. B. bei Grundwasseranstieg) in ihrer bodenmechanischen Stabilität durch Setzungsfließen und Sackungen gefährdet. Für eine Nachnutzung von ehemaligen Kippenflächen ist die Gewährleistung ihrer Standsicherheit unabdingbar. Dies macht eine Prognose über die Langzeitstabilität dieser Gebiete erforderlich. Grundlegend für eine zuverlässige Prognose von Sackungsvorgängen ist die Ermittlung wesentlicher Einflussparameter bei einem Grundwasseranstieg.
Ziel des Projektes war es, exemplarisch die Sackungen während des Grundwasseranstiegs an einer Tagebaukippe zu erfassen und eine Prognose zur Oberflächenverformung von Kippenmassiven infolge Setzungen und Sackungen zu erarbeiten. Auf der Innenkippe des stillgelegten Tagebaus Gräbendorf wurden Langzeitmessungen zur Beobachtung des Verformungsverhaltens von verkipptem Material während des Grundwasseranstiegs durchgeführt. Bis zum Grundwasserstand zu Projektende (ca. 50 % der Kippenhöhe) konnten nur geringe Sackungen in den durchfluteten Bereichen der Kippe gemessen werden. Ursache hierfür ist die relativ hohe Lagerungsdichte in größerer Kippenteufe. Anhand von Erkenntnissen aus experimentellen Sackungsversuchen kann für den oberen ungesättigten Kippenbereich ein mögliches Sackungsmaß von 2 - 4 % nach der Wassersättigung prognostiziert werden. Nach Abschluss der Flutung in situ ist für die Kippe mit einer Oberflächensetzung von mehr als 50 cm zu rechnen.
Eine wesentliche Einflussgröße für die Stabilität der Kippen vor der Flutung ist eine im Laufe der Zeit sich bildende Verfestigung des Korngerüstes. Eine derartige Verfestigung des ungestörten Korngerüstes durch sogenannte Phasenkontakte konnte experimentell nachgewiesen. Diese im Laufe der Zeit sich bildende Verfestigung äußerte sich in der Zunahme der Druck- und Zugfestigkeit. Die Zementierung kann bis zum 1,5-fachen der Festigkeit eines nicht-verfestigten Bodens betragen. Unter dem Rasterelektronenmikroskop konnten Verkittungen und Brückenbildungen innerhalb des Korngerüstes gezeigt werden. Die Zerstörung der Bindungen infolge des Grundwasseranstiegs ermöglicht eine Kornumlagerung (Sackung). Auslöser (Initial) für die Kornumlagerung kann schon eine geringfügige Änderung des Wassergehaltes sein.
Sackungen eines verfestigten (ungestörten) Kippenbodens können bis zu doppelt so hoch ausfallen wie diejenigen eines nicht-verfestigten (gestörten) Bodens. Bei Untersuchungen von Kippenböden im Labor muss dieser Tatsache Rechnung getragen werden, da hier i. d. R. nur gestörtes Material zur Verfügung steht.
Geotechnische Messungen an der Neuen Elbebrücke Tangermünde
Durch den Einsatz geeigneter Messmethoden ist es möglich, die Wirksamkeit neuer Tragsysteme zu dokumentieren und nachzuweisen. An dem Beispiel der Neuen Elbebrücke Tangermünde konnte gezeigt werden, wie ein neuartiges Gründungssystem (Kombinierte Spundwand-Platten-Gründung) messtechnisch begleitet werden kann. Ziel der Messungen war es, die Interaktion zwischen Baugrund und Bauwerk nicht nur allein aufgrund von Baugrunduntersuchungen und rechnerischen Modelle vorherzusagen, sondern die getroffenen Annahmen messtechnisch zu überprüfen und Erkenntnisse über Lastaufteilung für weitere Planungen zu erhalten. Die Messergebnisse sind Grundlage für eine Beurteilung der Tragfähigkeit der kombinierten Spundwand-Platten-Gründung. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Spundwandkasten zum Abtragen der Lasten herangezogen werden kann.
Die gewonnenen Erfahrungen und Messergebnisse stellen eine wichtige Entscheidungshilfe dar, dieses kombinierte Tragsystem in künftigen Baumaßnahmen zu verwenden.
Untersuchungen zur Abschätzung des Einflusses von Heterogenitäten im nichtbindigen Boden auf DSV-Dichtsohlen
- Versuchsanlage mit HDI-Probesäulen
Im Rahmen eines Forschungsprojektes am Lehrstuhl für Bodenmechanik und Grundbau/ Geotechnik der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus wird der Frage nachgegangen, unter welchen Bedingungen Fehlstellen in Dichtsohlen, die im Düsnestrahlverfahren hergestellt wurden, durch Hindernisse im nichtbindigen Baugrund entstehen können.
Tiefe Baugruben müssen im Sohlbereich gegen drückendes Grundwasser abgedichtet werden. Aufgrund der strengen Reglementierung der Restwasserraten (z.B. in Berlin: zul. qr = 5,4 m³/h je 1000 m² benetzter Fläche) muss eine hohe Dichtigkeit der Baugrube, unabhängig von Wasserdruckdifferenz und Sohlenkonstruktion, gewährleistet werden. In den letzten Jahren hat nicht nur aufgrund des Verbotes der Weichgelsohlen in Berlin die Herstellung von Dichtsohlen im Düsenstrahlverfahren (DSV) an Bedeutung gewonnen. Bei diesem Verfahren, auch Hochdruckinjektion (HDI) genannt, wird unter hohem Druck (> 400 bar) eine Wasser-Bindemittelsuspension über ein rotierendes Bohrgestänge seitlich in den Boden gepresst. Die Suspension erhärtet und vermörtelt dabei den umgebenden Boden.
Wie bei allen Sohlenkonstruktionen sind für die Durchlässigkeit nicht die homogen hergestellten Sohlenteile, sondern Fehlstellen ausschlaggebend. Neben verfahrens- technischen Faktoren sind wichtige Gründe für die Wasserdurchlässigkeit von Dichtsohlen in der Heterogenität des Baugrundes zu suchen, die selbst durch umfangreiche Voruntersuchungen nicht eindeutig erfassbar ist. Bereits geringe Abweichungen im Baugrundaufbau können zu Schäden mit weitreichenden Konsequenzen führen: Hindernisse, geologisch oder anthropogenen Ursprungs, behindern eine ideale Ausbildung des DSV-Körpers. Besonders im Berliner Baugrund sind immer wieder unvorhersehbare Schäden durch Düsschattenbildung (z.B. durch Findlinge) und durch Einschlüsse von Holzkohle in HDI-Sohlen aufgetreten. Aufwendige Nachbesserungen waren erforderlich und zogen erhebliche Folgekosten nach sich.
In einem großmaßstäblichen Versuch wurde in der lehrstuhleigenen Versuchsanlage eine typische Baugrundsituation simuliert. In einem 28 m² großen Versuchsfeld wurden Hindernisse verschiedenster Art (Kohle, Holz, Mergelschichten, Findlinge, Spundwände, Rohrleitungen, etc.) in unterschiedlicher Tiefenlage in einen verdichteten Mittelsand eingebaut und ihre Lage kartiert. Begleitet von einem umfangreichen Mess- und Analyseprogramm wurden zylinderförmige DSV-Körper (bis zu 2,50 m hoch, Durchmesser 1,50 m, teilweise überschnitten) mit definierten Parametern hergestellt und nach dem Erhärten freigelegt.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen helfen, Probleme bei der Herstellung von DSV-Dichtsohlen frühzeitig zu erkennen, um rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen einleiten zu können und geeignete Kontrollmechanismen zur Vermeidung von Schadensfällen zu entwickeln.