2. (Erd)bauwerke - stra/lab Baustoff

Neubau Schiffshebewerk
Niederfinow Nord
Güteüberwachung der Erdund Gründungsarbeiten
nach ZTV W und ZTVE-StB
Christian Möllers
WILAB Eberswalde
Andreas Schröter
stra/lab Rüdersdorf
1. Inhalt
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Bauwerk
(Erd)bauwerke
Einwirkungen
Standsicherheit wasserbelasteter Dämme
Verdichtungsprüfungen
Erdbau Hebewerksanlage Niederfinow Nord
a.
b.
c.
d.
Anforderungen
Eignungsnachweis
Probefelder
Prüfpläne
7. Erfahrungen
2 von 52
2. (Erd)bauwerke
• Fangedamm / Trennmole (Bau sämtlicher
Bauwerksteile im Trockenen)
• Verfüllung Schleuse III (Gewährleistung
Standsicherheit Norddamm)
• Baugrube Hebewerk (im Wesentlichen „nur“
Aushub)
• Straßen, Wege (L 29, Zufahrten, Betriebswege,
Besucherwege, Parkplätze)
• Durchlässe, Leitungen
• Kanaldämme / Kanalbett
3 von 52
2. (Erd)bauwerke
4 von 52
2. (Erd)bauwerke
5 von 52
2. (Erd)bauwerke
Fangedamm
6 von 52
2. (Erd)bauwerke
– Fangedamm / Trennmole
– Verfüllung Schleuse III
7 von 52
2. (Erd)bauwerke
8 von 52
2. (Erd)bauwerke
Verfüllung Schleuse III
9 von 52
2. (Erd)bauwerke
– Fangedamm / Trennmole
– Verfüllung Schleuse III
– Baugrube Hebewerk
10 von 52
2. (Erd)bauwerke
11 von 52
2. (Erd)bauwerke
Baugrube Hebewerksanlage
12 von 52
2. (Erd)bauwerke
– Fangedamm / Trennmole
– Verfüllung Schleuse III
– Baugrube Hebewerk
– Straßen, Wege
13 von 52
2. (Erd)bauwerke
14 von 52
2. (Erd)bauwerke
Straßen, Wege, Plätze
15 von 52
2. (Erd)bauwerke
– Fangedamm / Trennmole
– Verfüllung Schleuse III
– Baugrube Hebewerk
– Straßen, Wege
– Durchlässe, Leitungen
– Kanaldämme / Kanalbett
16 von 52
2. (Erd)bauwerke
17 von 52
2. (Erd)bauwerke
7 Lagen
100 Lagen
18 von 52
3. Einwirkungen
Einwirkungen auf Dämme von Wasserstraßen, Bemessungskriterien
LF 1 bis LF 3 gem. DIN 1054.2005-01 für Grenzzustände GZ
1
–
–
–
–
–
–
19 von 52
Eigenlasten
Erddruck
regelmäßige Nutzungs- und Verkehrslasten
ständiger Wasserdruck
regelmäßig veränderlicher Wasserdruck
Durchströmung / Strömungsdruck (bei Dämmen ohne
planmäßige Dichtung)
3. Einwirkungen
Einwirkungen auf Dämme von Wasserstraßen, Bemessungskriterien
LF 1 bis LF 3 gem. DIN 1054.2005-01 für Grenzzustände GZ
1
– außergewöhnliche, erhöhte Verkehrslasten
– Schiffsstoß
– Schwächung der Querschnittsgeometrie durch Windwurf,
Wühltiere
– Wasserwegsamkeit durch abgestorbene Wurzeln
– Hochwasser über Bemessungshochwasser
– Strömungsdruck bei Versagen eines Sicherungselements
20 von 52
3. Einwirkungen
Infolge des hohen Risikos von ständig Wasserbelasteten
Dämmen zusätzlich:
LF 4 gemäß MSD, Merkblatt Standsicherheit von
Dämmen an Bundeswasserstraßen
(BAW Bundesanstalt für Wasserbau 2005)
– Überlagerung von 2 Einwirkungen, die jede für sich dem LF 3
zuzuordnen sind
– Überlagerung des LF 3 mit anderen Einflüssen, die die
Geometrie des Dammes oder die Sickerströmung maßgeblich
beeinflussen
21 von 52
4. Standsicherheit
Mittel zur Gewährleistung der Standsicherheit
wasserbelasteter Dämme :
– konstruktive Gestaltung / Dammgeometrie
(Dammquerschnitt, Böschungsneigung, Bermen)
– Spundwände, Schlitzwände
– Filter, Drainagen, Seitengräben
– Dichtungen
– Deckwerk
– Auswahl Dammbaumaterial (hier SE und GW)
– hohe Verdichtung
22 von 52
4. Standsicherheit
Vorschriften Wasserbau:
–
–
–
–
–
–
–
–
23 von 52
ZTV-W 205, Erdarbeiten
ZTV-W 210, Böschungs- und Sohlsicherung
ZTV-W 214, Spundwände. Pfähle, Verankerungen
Empfehlungen zur Anwendung von Oberflächen-dichtungen an
Sohle und Böschung von Wasserstraßen
DIN EN 13383 Wasserbausteine / TL Wasserbausteine
Merkblatt zur Anwendung von Kornfiltern (MAK)
Merkblatt zur Anwendung von geotextilen Filtern an Wasserstraßen (MAG)
Richtlinie für die Prüfung von Weichdichtungen im
Verkehrswasserbau (RPW)
5. Verdichtungsprüfung
Gegenüberstellung der Verdichtungsanforderungen zur Einhaltung der
Erosions- und Suffosionssicherheit für Dämme und Deiche gemäß
ZTV-W 205 (22) im Vergleich zu den Anforderungen nach ZTVE-StB 94
und 09 für Straßendämme
Bodengruppe gem. DIN 18196
ZTV-W 205
ZTVE-StB 94
ZTVE-StB 09
GW, GI
D ≥ 1,3
DPr ≥ 1,001)
DPr ≥ 0,982)
DPr ≥ 1,001)
DPr ≥ 0,982)
GE, SE, SW, SI
D ≥ 1,0
DPr ≥ 1,001)
DPr ≥ 0,982)
DPr ≥ 1,001)
DPr ≥ 0,98 2)
GU, GT, SU, ST, OH, OK
DPr ≥ 1,00
DPr ≥ 1,003)
DPr≥ 0,974)
DPr ≥ 1,00 1)
DPr ≥ 0,98 2)
GU*, GT*, SU*, ST*, U, T, OU, OT
Dpr ≥ 0,97
DPr ≥ 0973)
DPr ≥ 0,954)
DPr ≥ 0,97 5)
1) bis 1,0
m unter Planum
2) ab 1,0 m unter Planum
3) bis 0,5 m unter Planum
4) ab 0,5 m unter Planum
5) OU + OT nur, wenn in einvernehmlich festgelegt
24 von 52
5. Verdichtungsprüfung
Prüfverfahren
Verdichtungsgrad DPr
Labor:
Feldversuch:
Lagerungsdichte D
Labor:
Feldversuch:
(ZTV-W gemischt- und feinkörnige Böden,
ZTVE-StB alle Böden)
Proctorversuch nach DIN 18 127 (Proctorhammer)
direkte Dichtebestimmung DIN 18 125 (Ausstechzylinder,
Densitometer, Wasserersatz etc.)
ρd
DPr =
ρ Pr
(ZTV-W grobkörnige Böden)
lockerste und dichteste Lagerung nach DIN 18 126 (Trichter /
Schlaggabel, Rütteltisch)
direkte Dichtebestimmung (Ausstechzylinder, Densitometer,
Wasserersatz etc.)
ρ d − min ρ d
max n − n
D=
=
max ρ d − min ρ d max n − min n
25 von 52
5. Verdichtungsprüfung
Prüfverfahren
Verdichtungsgrad DPr
26 von 52
5. Verdichtungsprüfung
Prüfverfahren
Lagerungsdichte D - Schlaggabel
− keine Feinteile < 0,063 mm
− Maximal 50 % Feinsand
− Größtkorn:
5 mm bei U>3
2 mm bei U<3
27 von 52
5. Verdichtungsprüfung
Prüfverfahren
Lagerungsdichte D - Rütteltisch
− Maximal 15 % Feinteile < 0,063 mm
− Geringe Trockenfestigkeit
− Größtkorn abhängig von Zylinder:
10,0 mm bei U>3 (Zylinder 100 mm)
5,0 mm bei U<3 (Zylinder 100 mm)
31,5 mm (Zylinder 150 mm)
63,0 mm (Zylinder 250 mm)
28 von 52
5. Verdichtungsprüfung
Verdichtungsverhalten
Liebetruth (2008)
29 von 52
Voth (1978)
5. Verdichtungsprüfung
Korrelation
Liebetruth (2008)
30 von 52
5. Verdichtungsprüfung
Prüfumfang (Eigenüberwachung)
ZTV-W 205 1)
ZTVE-StB 94 2)
ZTVE-StB 09 3)
Damm/Deichschüttung
Unterbau
1 je Lage / ≤ 2500 m2
≤ 200 m
3 je ≤ 5000 m2
1 je angefangene 1000 m2
mindestens 2
Untergrund
Gründung
1 je Lage / ≤ 5000 m2
≤ 200 m
3 je ≤ 5000 m2
1 je angefangene 1000 m2
mindestens 2
Bauwerkshinterfüllung
3 je Lage / ≤ 500 m3
3 je ≤ 500 m3
1 je 200 m2
In jeder 3. Lage
3 je Lage
innerhalb des ersten Meters
3 innerhalb des
ersten Meters
3 innerhalb des
ersten Meters
1 je Lage/ ≤ 50 m
3 je 150 m
je m Grabentiefe
3 je 150 m
je m Grabentiefe
Prüfzone
Bauwerksüberschüttung
Leitungsgräben
1)
Probeverdichtung vorgeschrieben, zu jedem Prüfpunkt Bestimmung der
Korngrößenverteilung, Attributprüfung
2)
Methode M 3, Probeverdichtung oder einschlägig vorliegende Erfahrungen,
Arbeitsanweisung notwendig, Attributprüfung
3)
Methode M 3, Probeverdichtung oder einschlägig vorliegende Erfahrungen,
Arbeitsanweisung notwendig, statistische Auswertung
31 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Bodenqualität und Verwendung
− Material 9.1 – Dämme ab 1+030
− Material 9.2 – Dämme bis 1+030
− Material 9.3 – Alle grob- und gemischtkörnigen Bodengruppen nach DIN 18196
− Material 9.4 – filterstabiler mehrstufiger Drainagekörper
auf Geotextil
− Material 9.5 – Oberbodenandeckung
32 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Bodenqualität und Verwendung
− Material 9.1 – Dämme ab 1+030
− Material 9.2 – Dämme bis 1+030
− Material 9.3 – Alle grob- und gemischtkörnigen Bodengruppen
nach DIN 18196
− Material 9.4 – filterstabiler mehrstufiger Drainagekörper auf Geotextil
− Material 9.5 – Oberbodenandeckung
33 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Bodenqualität und Verwendung
− Material 9.1 – Dämme ab 1+030
− Material 9.2 – Dämme bis 1+030
− Material 9.3 – Alle grob- und gemischtkörnigen Bodengruppen nach DIN 18196
− Material 9.4 – filterstabiler mehrstufiger Drainagekörper
auf Geotextil
− Material 9.5 – Oberbodenandeckung
34 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Anforderungen laut Vertrag
− Verwendungsstelle 9.1
− Bodengruppe: GW nach DIN 18196
− Lagen: d = max. 30 cm
− Verdichtungsgrad: mind. D = 1,3
− Verwendungsstelle 9.2
− Bodengruppen: GW, GE, SW, SE nach DIN 18196
− Lagen: d = max. 30 cm
− Verdichtungsgrad: mind. D = 1,0
35 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Eignungsnachweis
− Beinhaltet gemäß ZTV W 205:
− Korngrößenverteilung, Wassergehalt, Fließ- und Ausrollgrenze,
Korndichte, Lagerungsdichte, organische Bestandteile, Verdichtungsgrad und Auswirkungen auf das Grundwasser
− Zusätzlich vereinbart:
−
−
−
−
Eignungsnachweis wird Extra vergütet,
Probefeld anlegen (mind. 20 x 30 m),
Probeentnenahme in 1 m Tiefe,
Ermittlung der Einbau- und Verdichtungsverfahren, inkl.
Protokollierung und Erarbeitung der Verfahrensanweisung
− FDVK als Ergänzung der Eigenüberwachung gemäß ZTV W 205
36 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Eignungsnachweis
Material 9.1
− Bodengruppe GW aus hiesigen Vorkommen i.d.R. „nicht“
herstellbar
Nachweis der Eignung für Bodengruppe GI
Material 9.2
− Nachweis für Liefermaterial Sand 0/1
− Nachweis für Material aus Seitenentnahme (Aushub)
37 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Probefeld
38 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Material 9.2
• Liefermaterial
• Seitenentnahme
Siebkorn
Sa n dk or n
1 00
Fei n-
Kie sk or n
Mit te l-
G ro b -
Fein -
Mitt el-
2
1
G ro b-
Ste ine
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.0 6 0. 1
0.2
0 .6
1
2
6
10
Korndurchmesser d in mm
39 von 52
20
60
1 00
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Material 9.2
Liefermaterial Sand 0/1
Seitenentnahme
mS, fs‘, gs‘
mS – gS, fg‘ – gg‘
SE
SE – SW
1,9 – 2,0/1,0
2,2 – 9,1/0,8 – 1,2
einfache Proctordichte
1,66 g/cm³
(2,03 g/cm³)
Modifizierte Proctordichte
1,75 g/cm³
1,87 – 2,16 g/cm³
Dichte bei lockerste Lagerung
1,50 g/cm³
1,55 – 1,72 g/cm³
Dichte bei dichteste Lagerung
1,80 g/cm³
1,85 – 2,04 g/cm³
Bodenart
Bodengruppe
U/CC
40 von 52
(D Pr=108%)
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Material 9.2 - FDVK
Liefermaterial Sand 0/1
ρ s = 2. 650 g/c m
Seitenentnahme
3
ρ s = 2. 650 g/ cm
S r = 100. 0 %
1.77
3
S r = 100.0 %
na = 0.10
na = 0.10
1.98
1.75
(ü)
1.73
1.96
1.71
1.94
1.92
1.67
Tr ockendichte [g/cm‡]
Tr ockendichte [g/cm‡]
1.69
1.65
1.63
1.61
1.59
1.90
1.88
1.86
1.57
1.84
1.55
1.82
1.53
"Extr aver such e"
DIN 18 127 - P10 0X (1 ,660 g/cm ‡)
1.51
0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
Wassergehalt [%]
"Extr ave rsuc he"
1, 926 g/c m‡ D IN 18 127 - P1 50X
20.0
24.0
28.0
Flache Proctorkurve – Verdichtung wenig
wasserabhängig
41 von 52
1.80
1.0
3.0
5.0
7.0
9.0
11.0
Wassergehalt [% ]
13. 0
15.0
17.0
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Material 9.2 - FDVK
Liefermaterial Sand 0/1
Seitenentnahme
25
14
12
20
y = 16,488x - 14,833
10
r = 0,92
y = 33,002x - 13,913
r=0,94
15
8
6
10
4
5
2
0
0
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
leichte Verdichtung
mittlere Verdichtung
hohe Verdichtung
sehr hohe Verdichtung
1,2
Sehr guter Korrelationskoeffizient r
42 von 52
1,00
1,20
leichte Verdichtung
1,40
1,60
mittlere Verdichtung
1,80
hohe Verdichtung
2,00
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Material 9.1
ρ s = 2. 650 g/ cm
3
S = 100.0 %
2.05
r
na = 0.10
2.04
2.03
Trocke ndichte [g/cm³]
2.02
2.01
2.00
1.99
1.98
1.97
1.96
1.95
1.94
1.93
1.92
1.91
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0
Wassergehalt [%]
• Proctorkurve ausgeprägt wasserabhängig
43 von 52
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Material 9.1
Bodenart
S+G
Bodengruppe
GI
U/CC
44 von 52
9,9-18,8/0,3-0,4
einfache Proctordichte
ρPr
in g/cm³
2,03
optimaler Wassergehalt
wPr
in %
7,4
Dichte bei lockerste Lagerung
in g/cm³
1,77
Dichte bei dichteste Lagerung
in g/cm³
2,06 (D
PR =
101%)
6. Erdbau - Hebewerksanlage
50
50
45
45
40
40
35
30
y = 69,653x - 48,686
r = 0,72
25
∅ Wassergehalt
ca. 4,6%
20
15
10
30
25
20
10
0
0,65
0
1,15
1,40
Schlechter Korrelationskoeffizient r < 0,7
∅ Wassergehalt
ca. 6,1% (∆
∆ +1,5%)
15
5
0,90
y = 27,148x - 8,667
r = 0,51
35
5
Lagerungsdichte D
45 von 52
CMV-Messwert
CMV-Messwert
Material 9.1 - FDVK
Felder 1 - 3
Inkl. Erweiterungsfeld
0,65
0,90
1,15
Lagerungsdichte D
1,40
6. Erdbau - Hebewerksanlage
Prüfplan V 9.2
0+815
0+700
0+400
46 von 52
0+500
0+650
0+900
1+000
6. Erdbau – Oberer Vorhafen
Schnitt Prüfabschnitt 0+750 bis 1+030
• Dammhöhe Nord (links): 17,5 m
• 65 Lagen
47 von 52
48
6. Erdbau – Oberer Vorhafen
Eigenüberwachung V 9.1
0+815
0+700
0+400
48 von 52
0+500
0+650
0+900
1+000
6. Erdbau – Oberer Vorhafen
Schnitt Ostböschung
• Dammhöhe: 30 m
• 100 Lagen
49 von 52
6. Erdbau
Eigenüberwachung
Auf Querschnitt projizierte Prüfstellen V.9.1
-60,00 -50,00 -40,00 -30,00 -20,00 -10,00
Prüfs tellen Ei genüberwachung
Prüfs tellen Kontrollprüfung
50 von 52
0,00
10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
7. Erfahrungen
• Intensive Vorbereitung führt zu deutlichen
Effizienzgewinnen bei der Ausführung
– Strukturierte Voruntersuchungen
– Gut geplante Probeverdichtung
• FDVK:
– eignet sich besonders bei homogenen „wasserunempfindlichen“ Böden
– Aussagekraft bei stark wasserabhängigen
Verdichtungseigenschaften eingeschränkt
51 von 52
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
52 von 52