Inhaltsverzeichnis. Standsicherheitseinschätzungen Mühlberg/Elbe Teilbericht II

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2 Inhaltsverzeichnis 1 Veranlassung und Aufgabenstellung Wesentliche Bearbeitungsgrundlagen Auswertung der Arbeitsunterlagen Rissliche Unterlagen Geologische Unterlagen Hydrogeologische Unterlagen Geotechnische Unterlagen Technologische Unterlagen Standsicherheitsuntersuchungen Lastannahmen und Sicherheitsbedingungen nach DIN 1054: Grenzzustände der Tragfähigkeit Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit Erdbebengefährdung nach DIN : Berechnungsergebnisse Gewinnungsböschungen Böschungsbruch und Gerätesicherheit bei fortschreitender Verfüllung Grundbruchberechnungen für landwirtschaftlichen Verkehr Zusammenfassung Fugro Projekt Nr Inhaltsverzeichnis I

3 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Abstände zu schützender Objekte zur geplanten Abbaugrenze... 3 Tabelle 2: Tabelle 3: Tabelle 4: Geotechnische Eigenschaften und charakteristische Bodenkenngrößen des Rohstoffkörpers nach DIN : Tab. 1 und Geotechnische Eigenschaften und charakteristische Bodenkenngrößen des Spülsandes nach DIN : Tab. 1 und Böschungsgeometrie der bestehenden Nachbruchböschungen Kiessand Mühlberg Tabelle 5: Entstehende Böschungsbereiche bei der Nassgewinnung Süderweiterung Tabelle 6: Tabelle 7: Tabelle 8: Tabelle 9: Geotechnische Eigenschaften und charakteristische Bodenkenngrößen des technischen Schichtenaufbaues nach DIN : Tab. 1 und Rückgriffweiten Nachbruch A B und Abstand des letzten Gewinnungspunktes A FG zur Abbaugrenze Berechnungsergebnisse Lastfall Böschungsbruch (erzwungener Gleitkreis, Verfahren nach BISHOP) Berechnungsergebnisse Lastfall Grundbruch aus landwirtschaftlichem Verkehr Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Korngrößenverteilung Rohkies und Korngrößenspektrum potentiell verflüssigungsgefährdeter Sande nach [U14,3]... 6 Abbildung 2: Korngrößenverteilung Spülsand und Korngrößenspektrum potentiell verflüssigungsgefährdeter Sande nach [U14,3]... 8 Abbildung 3: Böschungsbereiche wasserdruckbelasteter Gewinnungsböschungen nach [U14,4], schematisch Abbildung 4: Geometrischer Ansatz zur Ermittlung der Nachbruchkante und des letzten Gewinnungspunktes Abbildung 5: Geometrischer Ansatz zur Ermittlung der Gerätesicherheit bei fortschreitender Verfüllung Fugro Projekt Nr Inhaltsverzeichnis II

4 Anlagenverzeichnis Anlage 0 Erläuterung der Abkürzungen und Symbole nach DIN , DIN 4023 und Anlage 1 Übersichtslageplan, nicht maßstäblich Anlage 2 Lageplan des Abbaufeldes Süderweiterung, Maßstab 1 : 5000 Anlage 3 Anlage 4 Anlage 5 Ergebnisse der Böschungsbruchberechnungen Ergebnisse der Grundbruchberechnung für Lasten aus landwirtschaftlichem Verkehr Fotodokumentation Fugro Projekt Nr Inhaltsverzeichnis III

5 1 Veranlassung und Aufgabenstellung Die Elbekies GmbH plant am Standort Mühlberg die Süderweiterung Tagebau Mühlberg II innerhalb des Bergwerksfeldes Mühlberg-Ziegeleigrube. Seitens des Landesamtes für Bergbau, Geologie und Rohstoffe Brandenburg (LBGR) Cottbus werden dazu verschiedene Standsicherheitsnachweise im Rahmen der Betriebsplanzulassungen gefordert. Die Fugro Consult GmbH (FCG), Abt. Geoengineering, wurde auf Basis des Angebotes vom durch die Elbekies GmbH mit den technischen und ingenieurtechnischen Leistungen zur Standsicherheitsuntersuchung beauftragt. Die Teilaufgabe II beinhaltet im Einzelnen folgende ingenieurtechnischen Leistungen: Für die geplante Süderweiterung ist unter Einhaltung der Feldesgrenzen und der Sicherheitsabstände von zu schützenden Objekten die Abbautechnologie vorzugeben, hier insbesondere Mindesabstand und -tiefe des letzten Gewinnungspunktes (fortschreitende Gewinnungsböschungen mit Nachbruch). Weiterhin soll die Sicherheit der zur Verfüllung und Rekultivierung eingesetzten Fahrzeuge und Geräte und der typischen in der Nachnutzung vorgesehenen Lasten aus landwirtschaftlichem Verkehr nachgewiesen werden, basierend auf den Vorgaben für die Verspülung und abschließende Abdeckung des Spülmaterials. 2 Wesentliche Bearbeitungsgrundlagen Folgende Unterlagen standen zur Bearbeitung der vorliegenden Aufgabenstellung zur Verfügung: [U1] [U2] [U3] [U4] [U5] [U6] [U7] Ortsbegehung und Beratung mit den Herren Lefèvre und Göhringer (Elbekies GmbH), Herrn Könitz (Ingenieurbüro Könitz) und den Herren Heinrich und Zimmermann (Fugro Consult GmbH), Mühlberg, Rahmenbetriebsplan Kiessandgewinnung und -aufbereitung im Feld II der Elbekies GmbH, Geltungszeitraum 1995 bis Erzprojekt Leipzig Engineering GmbH, Holzhausen, Hauptbetriebsplan nach 52 Abs. 1 BBergG für Kiessandgewinnung und -aufbereitung im Feld II der Elbekies GmbH, Geltungszeitraum bis Ingenieurbüro Bernhard Könitz, Mühlberg, Übersichtsplan Vorratsfläche Süderweiterung, Maßstab 1 : 2.500, Stand Ingenieurbüro Bernhard Könitz, Mühlberg, übergeben digital am Betriebsriss Tagebau Mühlberg, Stand Oktober Ingenieurbüro Bernhard Könitz, Mühlberg, übergeben digital am Standsicherheitseinschätzung Kiessandtagebau Mühlberg Werk II, Endböschungen der Spülkörper. Sachverständigenbüro Martina Schreier, Dresden, Standsicherheitseinschätzung Kiessandtagebau Mühlberg Werk II, Fortschreitende- und Endböschungen des Tagebaues. Sachverständigenbüro Martina Schreier, Dresden, Fugro Projekt Nr Text Seite 1

6 [U8] Ortsbegehung und Festlegung der Sondieransatzpunkte CPT-01 bis CPT-03 mit Herrn Göhringer (Elbekies GmbH), Herrn Könitz (Ingenieurbüro Könitz) und den Herren Heinrich und Zimmermann (Fugro Consult GmbH), Mühlberg, und Ergebnisse der Drucksondierungen CPT/MagCone [U9] Hydrogeologisches Gutachten Erweiterung des bestehenden Kiessandtagebaues in Mühlberg. G.E.O.S. Freiberg Ingenieurgesellschaft mbh, Halsbrücke, [U10] Ergebnisbericht Kies Mühlberg 1975/76. VEB Geologische Forschung und Erkundung Halle, BT Freiberg, Freiberg, [U11] Betriebserkundung Kies Mühlberg. VEB Zuschlagstoffe Karl-Marx-Stadt, BA Lagerstättenwirtschaft. Karl-Marx-Stadt, [U12] Standsicherheitseinschätzungen Kiessandtagebau Mühlberg/Elbe, Teilbericht I Standsicherheit Vorsiebanlage Tandembagger und Gründungsempfehlungen. Fugro Consult GmbH, Markkleeberg, [U13] Spezielle Richtlinien des Bergamtes und Vorschriften zur Betriebs- und Arbeitssicherheit [U13,1] Leitlinien des Oberbergamtes des Landes Brandenburg für den Steine- und Erdenbergbau vom 22. November 1995 [U13,2] Leitlinien des Oberbergamtes des Landes Brandenburg für die Untersuchung der Standsicherheit von bleibenden Böschungen im Braunkohlenbergbau vom 2. November 2001 [U13,3] Richtlinie Geotechnische Sicherheit des Landesamtes für Bergbau, Geologie und Rohstoffe Brandenburg. LBGR Cottbus, Cottbus, [U13,4] Unfallverhütungsvorschrift Steinbrüche, Gräbereien und Halden, gültig ab 1. April 1998 mit Durchführungsanweisungen vom April 1998 [U13,5] BGR 500 Kapitel 2.12 Betreiben von Erdbaumaschinen (Inhalte aus vorheriger VBG 40 Bagger, Lader, Planiergeräte, Schürfgeräte und Spezialmaschinen des Erdbaues), aktualisierte Fassung Oktober 2006, Fachausschuss Tiefbau der BGZ [U13,6] ABAO 122/1: Arbeits- und Brandschutzanordnung 122/1 - Bergbausicherheit im Bergbau über Tage. Gesetzblatt der DDR Nr. 768 vom [U14] Literatur [U14,1] HORN, A.: Der Gleichgewichtszustand von Kiesgruben unter Grundwasser-Zulässiger Grenzzustand bei Baggerungen. In: Wasser und Boden Jg. 21, H. 8, S , 1969 [U14,2] SCHUBERT, K.: Böschungen - Dämme, Halden, Kippen. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 1972 [U14,3] Gemeinsame Forschungsgruppe Geotechnik des VE BKK Senftenberg und der Bergakademie Freiberg, Sektion Geotechnik und Bergbau: Beurteilung der Setzungsfließgefahr und Schutz von Kippen gegen Setzungsfließen. Bericht November 1989 Fugro Projekt Nr Text Seite 2

7 [U14,4] RICHWIEN, A.: Untersuchungen zur Standsicherheit von Unterwasserböschungen aus nichtbindigen Bodenarten. In: Wissenschaftliche Schriftenreihe Geotechnik und Markscheidewesen, TU Clausthal, Heft 10, 2005 Verwendung fanden weiterhin einschlägige DIN und der EC 7 sowie sonstige Richtlinien und Empfehlungen und die abgeleiteten Kennzahlen aus den Ergebnissen der Geländeuntersuchungen. 3 Auswertung der Arbeitsunterlagen 3.1 Rissliche Unterlagen Das Bergwerksfeld Mühlberg/Ziegeleigrube umfasst insgesamt ca. 485 ha innerhalb der Gemarkungen Mühlberg, Neuburxdorf und Fichtenberg-Altenau. Seit 1967 wird auf Grundlage bestätigter Hauptbetriebspläne Kiessand als Baurohstoff und Zuschlagstoff gewonnen. Grundlage der gegenwärtigen Gewinnung bildet der am durch das Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe mit Aktenzeichen m zugelassene und bis gültige Hauptbetriebsplan. Mit Auslaufen der jetzigen Betriebsplanzulassung werden die Teilfelder Ost-See und Weinberge ausgekiest sein. Das Gewinnungsgerät wird dann vom östlichen Teilfeld aus die geplante Süderweiterung auffahren. Entsprechend Übersichtsplan Vorratsfläche Süderweiterung [U4] ist innerhalb des Bergwerksfeldes eine Erweiterung des Abbaues in Richtung Südosten um insgesamt etwa 40 ha vorgesehen. Ein Ausschnitt aus dem Lageriss im Maßstab 1 : ist als Anlage 2 beigefügt. Das Abbaufeld wird im Südosten durch die Feldesgrenze, im Süden durch die Ortsverbindungsstraße L663 Mühlberg-Altenau, im Westen und Nordwesten durch die Zufahrtstraße des Betriebsgeländes und im weiteren Verlauf Richtung Nordosten durch den Graben Alte Elbe bei Mühlberg begrenzt. Die Festlegung der für die entsprechenden Lastfälle maßgebenden geotechnischen Regelprofile bzw. Böschungshöhen des Endböschungssystems orientiert sich an der darin dargestellten Kontur des Tagebauendstandes. In nachfolgender Tabelle sind die jeweiligen Abstände der vorgesehenen Abbaugrenze zu den einzelnen Schutzgütern zusammengestellt: Tabelle 1: Abstände zu schützender Objekte zur geplanten Abbaugrenze Schutzobjekte Ortsverbindungsstraße (Landesstraße) L663 Mühlberg - Altenau Trinkwasserleitung TWL der Wasserversorgung Riesa-Großenhain GmbH minimale Entfernung zur geplanten Abbaugrenze 40,0 m 35,0 m Fugro Projekt Nr Text Seite 3

8 Schutzobjekte Erdgastransportleitung ETL PN 160 westlich der L663 (Leitungsabschnitt 0,1..1 bar) der NBB Netzgesellschaft Berlin-Brandenburg GmbH & Co. KG Grabenverlauf Alte Elbe bei Mühlberg im Norden und Nordosten des Abbaufeldes Moto-Cross-Strecke im Norden des Abbaufeldes Betriebszufahrt (Straße A) Bahnanlagen (Nebengleis Anschlussgleisanlage) an der Betriebsstraße (Zufahrt Straße A) minimale Entfernung zur geplanten Abbaugrenze 60,0 m 10,0 m 50,0 m 35,0 m 65,0 m Der Abbau im Nassschnitt erfolgt seit 1995 mittels zweier Schwimmgreiferbagger und Schwimmbandstraße im östlichen und westlichen Teilfeld und seit 2009 im nördlichen Tagebau Weinberge. Die bei der Kiesaufbereitung anfallenden Überschusskörnungen werden über Rohrleitungen in die ausgekiesten Bereiche verspült. Die durchschnittliche Rohstoffmächtigkeit der Süderweiterung wird bei ca. 40 m liegen. Der Nassabbau wird wie bisher mit Übersteilung und Nachbruch der Gewinnungsböschungen gefahren. Zum Zeitpunkt der Gewinnung stellen sich Unterwasserböschungen mit einem Winkel von 28 ein und flachen sich nach einer Standdauer von 3-4 Jahren auf einen Gleichgewichtszustand mit einem Böschungswinkel von ab nach [U2, U3]. Bei Annäherung an die Endkontur wird der jeweils letzte zulässige Gewinnungspunkt unter Berücksichtigung der Abbautiefe, der Breite des Wellenschlagbereiches und der Ausbildung der Überwasserböschung so festgelegt, dass die einzuhaltenden Sicherheitsabstände zu den Schutzobjekten gewährleistet sind. 3.2 Geologische Unterlagen Das Bergwerksfeld Mühlberg Feld Ziegeleigrube ist umfangreich geologisch erkundet worden. Nach [U10, U11] stellt sich die allgemeine geologische Situation der Abraum- und Nutzschichten wie folgt dar: Unter einem meist geringmächtigen holozänen schluffigen Sandhorizont folgen bis etwa m Tiefe weichselkaltzeitliche Sande und Kiese sowie bis etwa m Tiefe ein mächtiger elsterkaltzeitlicher Kiessandhorizont. Ab etwa m Tiefe folgen tertiäre Schichten in Form von Sanden, Schluffen und Tonen der Spremberg-Formation. Abbaugegenstand (Nutzschichten) sind die weichsel- und elsterkaltzeitlichen Sande und Kiese sowie untergeordnet auch die holozänen Elbe-Schotterterassen, als Abraum gelten die holozänen ± lehmigen Ablagerungen der Elbaue. Fugro Projekt Nr Text Seite 4

9 Der im Abbaubereich der geplanten Süderweiterung anstehende Abraum wurde in Mächtigkeiten zwischen 0,5 m und 1,5 m und die Nutzschicht der Kiessande bis in Erkundungstiefen von 42,0..50,0 m nachgewiesen. 3.3 Hydrogeologische Unterlagen Die weichsel- und elsterkaltzeitlichen Sande und Kiese bilden einen einheitlichen, großräumig verbreiteten Grundwasserleiterkomplex. Die Sande sind im Sinne der DIN : als durchlässig bis stark durchlässig einzustufen. Die seit 1997 dokumentierten jahreszeitlichen GW-Spiegelschwankungen der werkseigenen Grundwassermessstellen P1 bis P6/II bewegen sich etwa im Bereich von ± 0,5 bis 1,5 m. Der dem neuen Abbaufeld Süderweiterung nächstgelegene Pegel P2/II zeigt Grundwasserspiegelschwankungen zwischen 86,5 und 88,5 m NHN und im Jahresmittel eine Grundwasserspiegellage von etwa 87,5 m NHN an, nach der sich in etwa auch der Seewasserspiegel der Süderweiterung des Ost-Sees einstellen wird. Das generell nach Nordwesten gerichtete geringe Fließgefälle repräsentiert die natürlichen Grundwasserströmungsverhältnisse östlich der Wasserscheide zwischen der Schwarzen Elster im Osten und der Elbe im Westen des Bearbeitungsgebietes. Eventuelle Strömungsdrücke im Bereich der Gewinnungsböschungen sind jedoch aufgrund des minimalen Gefälles von 0,5 % nicht zu erwarten. Die Durchlässigkeitsbeiwerte (k f-werte) der Kies-Sand-Gemische können anhand der Auswertungen des hydrogeologischen Gutachtens [U9] und in Anlehnung an das Arbeitsblatt DWA-A 138 mit Bezug auf die mittleren Kornverteilungskurven des Rohkieses [U7] mit k f = 10-3 bis 10-4 m/s angegeben werden. Das Baugelände liegt in keiner Schutzzone eines fachbehördlich festgesetzten Wasserschutzgebietes. 3.4 Geotechnische Unterlagen Im Abbaubereich stehen gemäß [U10, U11] überwiegend weitgestufte Kies-Sand-Gemische der Bodengruppen GW bis SW nach DIN 18196: an. In der nachfolgenden Abbildung 1 sind die aus den Erkundungsberichten und aktuellen Eigenüberwachungen gemittelten Korngrößenverteilungen des Kies-Sand-Gemisches (Rohkies) dargestellt: Fugro Projekt Nr Text Seite 5

10 100,0 Korngrößenverteilung nach DIN 18123: Anteile der Körner <d [Masse-%] 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 Kornspektrum Verflüssigungsneigung Rohkies Tandembagger Westsee Rohkies Rohrbagger Ostsee 10,0 0,0 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 Korndurchmesser d [mm] Abbildung 1: Korngrößenverteilung Rohkies und Korngrößenspektrum potentiell verflüssigungsgefährdeter Sande nach [U14,3] Aus den dargestellten Kornverteilungskurven läßt sich im Mittel für die Kiessande West-See und Ost-See ein Siebdurchgang 2 mm von 54,0 Masse-%, ein Ungleichförmigkeitsgrad U = 4,3 und eine Krümmungszahl C c = 1,3 ablesen, die eine Einstufung des Materials als überwiegend weitgestuften Kies (Gruppensymbol GW nach DIN 18196: ) gestatten. Die Kornabrundung wird anhand der Schichtendokumentation der im Untersuchungsgebiet abgeteuften Bohrungen mit überwiegend rundkantig eingeschätzt. Eventuell vorhandene Gleitflächen sind anhand des geologischen Profils nicht zu erwarten. Die zum Abbau vorgesehenen Kiessande zeichnen sich durch eine flache und in horizontaler und vertikaler Richtung relativ homogene Lagerung aus. Die Schichtfläche im Liegenden der gewinnbaren quartären Kiessande zum tertiären Schichtkomplex wird im geplanten Abbau nicht angeschnitten; es verbleibt eine ausreichend mächtige Überdeckung. Die Kornverteilungskurven des anstehenden Rohstoffkörpers liegen außerhalb des in Bezug auf Verflüssigungsgefährdung gefährdeten Bereichs nach [U14,3]. Fugro Projekt Nr Text Seite 6

11 Die Ergebnisse der elektrischen Drucksondierungen auf dem Rohstoffdamm zwischen den Teilfeldern Weinberge und Ost-See aus [U14] weisen anhand der Spitzendruckwerte q C und des Reibungsverhältnisses R f bis etwa 2,0 m unter Gelände mitteldicht gelagerte sowie darunter dicht gelagerte Kies-Sand-Gemische ohne bindige Einlagerungen bzw. Zwischenmittel aus. Folgendes Schichtenmodell lässt sich aus den Erkundungsergebnissen [U10, U11], aus den Erkundungsbohrungen Süderweiterung sowie den Sondierergebnissen [U12] ableiten: Schichtenmodell Schicht A 1: Schicht A 2: Schicht B 1: Schicht B 2: weitgestufte Sande bis etwa 2,0 m unter GOK Bodengruppe SW nach DIN 18196: in mindestens mitteldichter Lagerung weitgestufte Kiese bis etwa 2,0 m unter GOK Bodengruppe GW nach DIN 18196: in mindestens mitteldichter Lagerung weitgestufte Sande ab etwa 2,0 m unter GOK bis zum Liegenden des Rohstoffkörpers etwa 42,0..50,0 m unter GOK Bodengruppe SW nach DIN 18196: in dichter Lagerung weitgestufte Kiese ab etwa 2,0 m unter GOK bis zum Liegenden des Rohstoffkörpers etwa 42,0..50,0 m unter GOK Bodengruppe GW nach DIN 18196: in dichter Lagerung Anhand des Schichtenmodells können für die zu gewinnenden Bodenarten (überwiegend weitgestufte Sande SW und Kiese GW) charakteristische geotechnische Kenngrößen nach DIN : Tab. 1 und 2 abgeleitet werden, die in nachfolgender Tabelle 2 angegeben sind. Die Einstufung der Lagerungsdichte wurde nach [U14] in Anlehnung an DIN : , Anhang D innerhalb festgelegter Grenzen entsprechend der empirischen Abhängigkeiten der Spitzendruckwerte q C in kn/m 2 mit der Lagerungsdichte D der Bodenschichten vorgenommen. Tabelle 2: Material/ Bodengruppe DIN Schicht A 1 SW Schicht A 2 SW Schicht B 1 GW Geotechnische Eigenschaften und charakteristische Bodenkenngrößen des Rohstoffkörpers nach DIN : Tab. 1 und 2 Konsistenz bzw. Lagerungsdichte Lagerungsdichte nach EC 7 Wichte γk (kn/m 3 ) Φ k ( ) Dränierte Kohäsion c k (kn/m 2 ) Reibungswinkel Steifemodul E S,k (MN/m 2 ) mitteldicht 1) 0,3..0,5 19,5 (11,5) 2) 32,5 0, dicht 0,5 21,0 (13,0) 35,0 0, mitteldicht 0,3..0,5 19,5 (11,5) 32,5 0, Fugro Projekt Nr Text Seite 7

12 Material/ Bodengruppe DIN Schicht B 2 GW Konsistenz bzw. Lagerungsdichte Lagerungsdichte nach EC 7 Wichte γk (kn/m 3 ) Φ k ( ) Dränierte Kohäsion c k (kn/m 2 ) Reibungswinkel Steifemodul E S,k (MN/m 2 ) dicht 0,5 20,5 (12,5) 35,0 0, ) Lagerungsdichte verbal 2) in Klammern: Wichte unter Auftrieb γ k (kn/m 3 ) In den natürlich anstehenden Böden innerhalb des neu aufzufahrenden Abbaufeldes ist demnach ab etwa 0,5 m unter GOK mindestens mitteldichte, ab einer Teufe von 2,0 m unter GOK dichte Lagerung und mit zunehmender Tiefe dichte bis sehr dichte Lagerung kennzeichnend. Zur Verspülung in den ausgekiesten Bereichen der Süderweiterung kommen praktisch die gleichen Überschusssande, die im untersuchten Dammkörper [U6] zwischen West-See und Ost-See vorliegen. In der nachfolgenden Abbildung 2 ist die aus Eigenüberwachungen gemittelte Sammelkornverteilungskurve dargestellt: 100,0 Korngrößenverteilung nach DIN 18123: Anteile der Körner <d [Masse-%] 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 Kornspektrum Verflüssigungsneigung Mischprobe Spülsand 20,0 10,0 0,0 0,001 0,010 0,100 1,000 10, ,000 Korndurchmesser d [mm] Abbildung 2: Korngrößenverteilung Spülsand und Korngrößenspektrum potentiell verflüssigungsgefährdeter Sande nach [U14,3] Fugro Projekt Nr Text Seite 8

13 Aus der dargestellten Kornverteilungskurve lässt sich im Mittel für die Überschusssande (Spülsande) ein Ungleichförmigkeitsgrad U = 2,6 und eine Krümmungszahl C c = 1,0 ablesen, die eine Einstufung des Materials als enggestuften Sand der Bodengruppe SE nach DIN 18196: zulassen. Anhand der in [U6] angegebenen Kennwerte können für die Spülsande charakteristische geotechnische Kenngrößen nach DIN : Tab. 1 und 2 abgeleitet werden, die in nachfolgender Tabelle 3 angegeben sind. Tabelle 3: Material/ Bodengruppe DIN Schicht C 1 SE Schicht C 2 SE Geotechnische Eigenschaften und charakteristische Bodenkenngrößen des Spülsandes nach DIN : Tab. 1 und 2 Konsistenz bzw. Lagerungsdichte Lagerungsdichte nach EC 7 Wichte γk (kn/m 3 ) Φ k ( ) Dränierte Kohäsion c k (kn/m 2 ) Reibungswinkel Steifemodul E S,k (MN/m 2 ) locker 1) 0,15..0,3 17,0 (9,0) 2) 27,5 0, mitteldicht 0,3 17,5 (9,5) 30,0 0, ) Lagerungsdichte verbal 2) in Klammern: Wichte unter Auftrieb γ k (kn/m 3 ) In den unter Wasser abgelagerten Spülsanden im ausgekiesten Bereich des neu aufzufahrenden Abbaufeldes ist lockere bis mitteldichte Lagerung und mit zunehmender Tiefe mindestens mitteldichte Lagerung zu erwarten. Entsprechend Abbildung 2 ist der Spülsand aufgrund Kornverteilung, Ungleichförmigkeit und lockerer Lagerung grundsätzlich als potentiell verflüssigungsempfindlich einzustufen. Die in [U6] durchgeführten Messungen am gleichen Material haben jedoch gezeigt, dass bei den für die Nachnutzung typischen Belastungszuständen kein Festigkeitsverlust infolge hoher Porenwasserüberdrücke eintritt. Fugro Projekt Nr Text Seite 9

14 3.5 Technologische Unterlagen Für den Nachweis der Standsicherheit von Abbauböschungen in Sand und Kies unter Wasser muss das Gesamtsystem in Unterwasser- und Überwasserbereich sowie eine Wasserwechselzone, begrenzt durch den niedrigsten und mittleren höchsten Wasserstand vor der Böschung zuzüglich eines Wellenschlagbereichs, untergliedert werden. Die maßgebenden Böschungsbereiche sind schematisch in nachfolgender Abbildung 3 dargestellt. Abbildung 3: Böschungsbereiche wasserdruckbelasteter Gewinnungsböschungen nach [U14,4], schematisch Der für die Bemessung der Gewinnungs- und Endböschungen maßgebende Seewasserstand des künftigen Abbaufeldes wird entsprechend Abschnitt 3.3 auf MW 87,5 m NHN mit einer Wasserwechselzone zwischen NW 86,5 und HW 88,5 m NHN zum Ansatz gebracht. Die Wechselzone zuzüglich Wellenschlagbereich ± 0,5 m beträgt demzufolge 86,0 bis 89,0 m NHN. Die Geländehöhen im künftigen Abbaufeld schwanken nach [U4, U5] in Ost-West-Richtung zwischen etwa 89,0 m NHN an der Ortsverbindungsstraße L663 über 90,2 m NHN (Bohrung 2/2013) bis wieder etwa 89,0 m NHN am Speicherbecken Alte Elbe bei Mühlberg und in Nord-Süd-Richtung zwischen etwa 88,5 m NHN am Grabenverlauf Alte Elbe bei Mühlberg über 90,2 m NHN (Bohrung 2/2013) bis etwa 90,0 m NHN gegen die landwirtschaftliche Nutzfläche an der südöstlichen Feldesgrenze. Fugro Projekt Nr Text Seite 10

15 Unter Annahme einer Abflachung der Unterwasserböschung infolge Wellenschlag zwischen 86,0 m NHN bis 89,0 m NHN ergeben sich im Endzustand Böschungshöhen von maximal etwa 3,0 m für die Wasserwechselzone und bis zu etwa 2,7 m hohe Trockenböschungen an den Abbaugrenzen. Aus den bisherigen betrieblichen Erfahrungen, risslichen Unterlagen und Standsicherheitsuntersuchungen lässt sich folgende Geometrie der bestehenden Unterwasserböschungen nach deren natürlicher Abflachung ableiten: Tabelle 4: Böschungsgeometrie der bestehenden Nachbruchböschungen Kiessand Mühlberg Quelle Bereich in m NHN Böschungshöhe in m H üw 1) in m H uw 2) in m Böschungswinkel βuw Profil A bis F West- See aus SCHREIER, M. [U7] Profil G bis J Ost-See aus SCHREIER, M. [U7] Berechnungsschnitt A A aus [U14] + 59, ,0 25,0..34, ,0..23,0 Mittelwert 21,0 + 59, ,0 14,0..33, ,0..22,0 Mittelwert 20,0 + 63, ,3 27,3 4,3 21,0 19,0 1) Böschungshöhen über Wasser 2) Böschungshöhen unter Wasser Aus Literaturangaben lassen sich folgende Erfahrungswerte angeben: nach DVWK, 1992 nach HORN (1969) nach SCHUBERT (1972) Neigung 1 : 1,5 für Kies und Sand bei annähernd horizontaler Schichtung Neigung 1 : 1,5 nach der Baggerung Neigung 1 : 2 bis 1 : 2,75 gemessen nach 14 Monaten Neigung 1 : 3 als standsicher vorgeschlagen Neigung 1 : 1,65 für Kiessand ohne Strömungsdruck Im vorliegenden Fall ergeben sich folgende maßgebende Böschungsbereiche, ausgehend von einer mittleren Wasserspiegellage von 87,5 m NHN: Fugro Projekt Nr Text Seite 11

16 Tabelle 5: Entstehende Böschungsbereiche bei der Nassgewinnung Süderweiterung Böschungsbereich Bereich in m NHN max. Böschungshöhe Böschungswinkel Unterwasserböschung Nachbruch, eingestellt auf Grenzzustand GZ 1C Wasserwechselzone, natürlich eingestellt nach [U14,2], Wasserstand zwischen NW 86,5 und HW 88,5 m NHN zuzüglich Wellenschlagbereich ± 0,5 m Trockenböschung Nachbruch über Wasser, eingestellt auf Grenzzustand GZ 1C + 50, ,5 36,0 m mittlere Neigung β = 20,0 + 86, ,0 3,0 m 15,0 + 87, ,2 max. 2,7 m 45,0 Zur Ermittlung der Abflachung durch Wellenschlag wurde der tiefste Grundwasserspiegel mit 86,5 m NHN angenommen. Nach SCHUBERT [U14,2] haben sich mit einer Neigung von 1 : 3 hergestellte Böschungen (β W = 18,4 ) im Bereich des Wellenschlages als standsicher erwiesen. Belastungen der Arbeitsböschungen durch Gewinnungsgeräte auf den Bermen zwischen Trockenund Nass-Schnitt treten nicht auf, da der Nass-Schnitt ausschließlich durch Schwimmgreifertechnologie erfolgt und der Transport über ein schwimmendes Band bzw. schwimmende Rohrleitungen vorgesehen ist. Nach [U3] ist eine vollflächige, mit fortschreitendem Abbau sukzessive Verfüllung der ausgekiesten Tagebaubereiche vorgesehen. Dabei soll im Endzustand das Urgelände wiederhergestellt und ein geländegleicher Anschluss an das gewachsene Gelände im Bereich der Abbaugrenzen (siehe Anlage 2) in Ost-West-Richtung zwischen etwa 89,0 m NHN und etwa 89,0 m NHN und in Nord- Süd-Richtung zwischen etwa 88,5 m NHN bis etwa 90,0 m NHN erreicht werden. Dabei ist über der mindestens 1 m über dem mittleren Wasserspiegel anzulegenden OK des Spülfeldes ein Tragschichtaufbau mit 0,6 m kornabgestuften Massengemischen des Sand- und Kieskornspektrums vorzusehen, auf den 0,4 m Kulturbodenauftrag folgt. Die Gesamtstärke des Aufbaues darf aufgrund des einzuhaltenden Grundwasserflurabstandes 2,0 m nicht unterschreiten! Daraus ergibt sich folgender technischer Schichtenaufbau über der Wasserlinie: Kulturbodenauftrag (40 cm Schichtstärke) Tragschichtaufbau (60 cm Schichtstärke) Spülkörper (mind. 100 cm über Wasserlinie MW 87,5 m NHN) OK mind. bis 89,5 m NHN OK mind. bis 89,1 m NHN OK mind. bis 88,5 m NHN Fugro Projekt Nr Text Seite 12

17 Infolge der Forderung des einzuhaltenden Grundwasserflurabstandes von 2,0 m wird teilweise eine geringfügige Geländeaufhöhung an den künftigen Randböschungen der Abbaugrenze notwendig werden. Für den Fall des zeitlich begrenzten Höchstwasserstandes von HW 88,5 m NHN wird die Sicherheit entsprechend LF 2 gesondert nachgewiesen. Die rechnerisch in Abschnitt 5 zum Ansatz gebrachten charakteristischen Bodenkennwerte für den technischen Schichtenaufbau sind in nachfolgender Tabelle angegeben. Tabelle 6: Geotechnische Eigenschaften und charakteristische Bodenkenngrößen des technischen Schichtenaufbaues nach DIN : Tab. 1 und 2 Material/ Boden-gruppe DIN Kulturboden, Schicht D 1 A [OU] Tragschicht, Schicht D 2 A [GW] Konsistenz bzw. Lagerungsdichte Lagerungsdichte nach EC 7 Wichte γk (kn/m 3 ) Φ k ( ) Dränierte Kohäsion c k (kn/m 2 ) Reibungswinkel Steifemodul E S,k (MN/m 2 ) weich 1) - 15,0 15,0 0,0 2 3 mitteldicht 0,3 19,5 32,5 0, ) Lagerungsdichte verbal Fugro Projekt Nr Text Seite 13

18 4 Standsicherheitsuntersuchungen 4.1 Lastannahmen und Sicherheitsbedingungen nach DIN 1054: Die einzelnen Standsicherheitsfälle des Neuaufschlusses der Süderweiterung sind unter Beachtung der DIN 1054: und der DIN 4020: in die Geotechnische Kategorie 2 - Baumaßnahmen mit mittlerem Schwierigkeitsgrad im Hinblick auf das Zusammenwirken von Bauwerk und Baugrund - einzustufen, die eine ingenieurmäßige Bearbeitung und einen rechnerischen Nachweis der Standsicherheit bzw. der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit erfordern. Für eine ausreichende Sicherheit der im Tagebaubetrieb eingesetzten Fahrzeuge und Geräte sowie für die Nachnutzung unter Ansatz von Lasten aus landwirtschaftlichem Verkehr müssen in diesem Sinne mehrere konkrete Nachweise geführt werden bzw. sichergestellt sein, dass nicht nachgewiesene Situationen ohne Bedeutung sind. Um die jeweils untersuchten Versagensmechanismen mit der gebotenen Sicherheit auszuschließen, sind Grenzzustandsgleichungen zu erfüllen (GZ 1). Außerdem ist zu prüfen, dass die Verformungen verträglich sind (GZ 2). Die nachfolgend dargestellten Lastfälle werden im Rahmen der vorliegenden Standsicherheitseinschätzung betrachtet: Standsicherheit und Abstand der jeweils letzten Gewinnungsböschung im Naßschnitt bei Annäherung an die Endkontur Rückgriffweiten infolge natürlicher Abflachung der letzten Gewinnungsböschung zur Nachbruchkante Standsicherheit der auf der fortschreitenden Spülkippe eingesetzten Fahrzeuge und Geräte (Abkippen und Planie des Materials der Tragschicht und des Kulturbodenauftrags) Grundbruchsicherheit für landwirtschaftlichen Verkehr auf dem Spülfeld nach vollflächiger Verfüllung In die nachfolgend durchgeführten Böschungs- und Grundbruchberechnungen werden jeweils die unteren Grenzwerte der in den Tabellen 2 und 3 angegebenen charakteristischen Bodenkenngrößen der zu gewinnenden Sande und der Spülsande sowie die in Tabelle 6 angegebenen Kenngrößen für den technischen Schichtenaufbau eingeführt. 4.2 Grenzzustände der Tragfähigkeit Als maßgebender Grenzzustand ist der Verlust der Gesamtstandsicherheit während fortlaufendem Tragschichtaufbau auf der Spülkippe (Böschungsbruch) zu untersuchen, da weitere Versagensfälle infolge des ingenieurgeologischen Schichtenmodells sowie der vorherrschenden hydraulischen Verhältnisse auszuschließen sind. Die kritische Gleitfläche wird als in der Böschung selbst verlaufend (Böschungsbruch) bzw. die auf dem Spülfeld einzusetzenden Fahrzeuge und Geräte erfassend definiert. Der passive stabilitätsfördernde Erddruck wird nicht in Ansatz gebracht. Fugro Projekt Nr Text Seite 14

19 Rutschungen infolge von Setzungsfließen bzw. beschränkter Fließverformung sind nicht zu erwarten, da der anstehende Untergrund analog dem in [U5] untersuchten Dammkörper aufgebaut ist und durch die zu erwartenden dynamischen Anregungen infolge Fahrzeug- und Geräteüberfahrten aus betrieblichem und landwirtschaftlichem Verkehr keine entsprechend hohen Porenwasserdrücke entstehen, die einen Festigkeitsverlust hervorrufen können. 4.3 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit Aufgrund der Anforderungen der Geotechnischen Kategorie 2 sind rechnerische Nachweise der Verformungen in Bezug auf die geplante Nachnutzung durch Lasten aus landwirtschaftlichem Verkehr über Grundbruchberechnungen zu erbringen. Die Berechnungen werden nach DIN 1054: und in Anlehnung an die mitgeltenden Normen DIN E 4017, Baugrund; Berechnung des Grundbruchwiderstands von Flachgründungen. DIN V , Baugrund - Setzungsberechnungen - Teil 100: Berechnung nach dem Konzept mit Teilsicherheitsbeiwerten geführt. Die Grundbruch- und Setzungsberechnungen für die Gerätesicherheit nach dem Teilsicherheitskonzept EC 7 wurden mittels GGU-Programmcode Footing für den Endzustand (BS-P Persistant Situation ) ausgeführt. Die BS-P entspricht dabei dem Lastfall LF 1 ständige Bemessungssituation nach DIN : Erdbebengefährdung nach DIN : Gemäß der Zuordnung von Gebieten zu Erdbebenzonen nach DIN EN /NA: (ehemals DIN 4149: ) und der Zuordnung von Orten zu den Erdbebenzonen unter Einbezug der Koordinaten Ortsmitte Mühlberg/Elbe (PLZ: 04931) in Brandenburg gehört der betrachtete Bereich keiner Erdbebenzone und keiner Untergrundklasse an. Fugro Projekt Nr Text Seite 15

20 5 Berechnungsergebnisse 5.1 Gewinnungsböschungen Bei Nachbruch der trockenen Überwasserböschungen in nichtbindigen Böden ist die ungünstigste Gleitlinie eine Parallele zur Böschungslinie, wenn diese gerade verläuft und die Böschung weder durchströmt noch zusätzlich belastet ist. Da im Kiessandtagebau Mühlberg II ausschließlich nichtbindige Sedimente gewonnen werden, kann die scheinbare Kohäsion vernachlässigt und der o.g. Ansatz ohne Kohäsion zur Dimensionierung der erforderlichen Böschungswinkel herangezogen werden. Diese Berechnungsgrundlage gilt zwingend nur für die Gestaltung von Endböschungen. Durch den Gewinnungsprozess im Nassabbau lockert der Greifer den Kiessand an der Böschungsoberfläche im Fußbereich unter Wasser auf und gleichzeitig tritt beim Herausheben des Greifers eine Sogwirkung auf. Daher stellt sich der natürliche Böschungswinkel entsprechend eines flacheren Böschungswinkels ein, der erfahrungsgemäß bei dem vorhandenen Abbaumaterial mit der Gleichung nach HORN [U14,1] ' tan Φ tan β = 2 abgeschätzt werden kann. Nach dieser Formel ergibt sich für charakteristische Werte von 32,5..35,0 nach Tabelle 2 eine Abflachung mit 17,7..19,3. Die aus dem fortgeschriebenen Risswerk [U5] entnommenen betrieblichen Lotungen der Unterwasserböschungen weisen Böschungswinkel nach Tabelle 4 von etwa 20 für die natürlich abgeflachten Unterwasserböschungen aus. k Lastfall Böschungsbruch - 1. Phase (Gewinnungsböschungen mit Nachbruch) Da für den vorliegenden Berechnungsfall Fließrutschungsgefahr ausgeschlossen werden kann (siehe Abschnitt 3.4), können die Gewinnungsböschungen übersteilt hergestellt werden. Nach Erreichen des Grenzgleichgewichtszustandes für die Böschungsstabilität brechen diese Böschungen nach. Zur Steuerung des Nachbruches ist die Ermittlung der Lage der Nachbruchkante nach folgendem geometrischen Ansatz erforderlich: Fugro Projekt Nr Text Seite 16

21 Abbildung 4: Geometrischer Ansatz zur Ermittlung der Nachbruchkante und des letzten Gewinnungspunktes Der Rechenansatz für die zu erwartenden Rückgriffweiten infolge natürlicher Abflachung bei der Nachbruchdynamik bei Übersteilung der Gewinnungsböschungen und nachfolgender natürlicher Abflachung der letzten Gewinnungsböschung lautet A B A = FG A 2 G = H 2 ( cot β cot β ) FG G mit AB..Rückgriffweite des Nachbruchs βg = 28,0..Winkel der Nachbruchböschung unmittelbar nach der Gewinnung entsprechend Abschnitt 3.1 βfg = 20,0..Winkel der abgeflachten Unterwasserböschung Lastfall Böschungsbruch - 2. Phase (Endböschung abflachen lassen) Die Annäherung der letzten Gewinnungsböschung an die geplanten Abbaugrenzen bzw. Sicherheitsstreifen nach Tabelle 1 muss im Abstand A FG beendet werden. Nach Einstellung der Gewinnung kann sich die Unterwasserböschung (Endböschung) natürlich abflachen. Fugro Projekt Nr Text Seite 17

22 Die zu erwartenden Rückgriffweiten infolge natürlicher Abflachung und die nach der Beziehung A = H cot FG β FG ermittelten jeweils letzten Gewinnungspunkte in Abhängigkeit der Gewinnungstiefe ab Wasserlinie 87,5 m NHN sind in nachfolgender Tabelle zusammengestellt: Tabelle 7: Rückgriffweiten Nachbruch A B und Abstand des letzten Gewinnungspunktes A FG zur Abbaugrenze Gewinnungstiefe unter Wasser horizontale Böschungslängen Sicherheitsabstände während der Gewinnung Tiefe H [m] A G [m] A FG [m] A B [m] A B + 10 m 2,5 4,70 6,87 1,08 11,08 5,0 9,40 13,74 2,17 12,17 7,5 14,11 20,61 3,25 13,25 10,0 18,81 27,47 4,33 14,33 12,5 23,51 34,34 5,42 15,42 15,0 28,21 41,21 6,50 16,50 17,5 32,91 48,08 7,58 17,58 20,0 37,61 54,95 8,67 18,67 22,5 42,32 61,82 9,75 19,75 25,0 47,02 68,69 10,83 20,83 27,5 51,72 75,56 11,92 21,92 30,0 56,42 82,42 13,00 23,00 32,5 61,12 89,29 14,08 24,08 35,0 65,83 96,16 15,17 25,17 37,5 70,53 103,03 16,25 26,25 40,0 75,23 109,90 17,34 27,34 42,5 79,93 116,77 18,42 28,42 45,0 84,63 123,64 19,50 29,50 Fugro Projekt Nr Text Seite 18

23 In einem zusätzlichen Sicherheitsabstand A B + 10 m ist eine in Abhängigkeit der Standzeit vor der vollflächigen Verfüllung mögliche Abflachung der max. 2,7 m hohe Überwasserböschung sowie die Ausbildung eines flachen Wellenschlagbereiches nach Tabelle 5 berücksichtigt. Für die maßgebende Gewinnungstiefe von 20 m im Bereich der Engstelle ergibt sich ein Abstand des letzten Gewinnungspunktes von rd. 55 m und für die vorgesehene Gewinnungstiefe von 40 m ein Abstand von rd. 110 m zur geplanten Abbaugrenze bzw. zum jeweiligen Schutzgut. Während der Abbauphase sind dabei betriebliche Sicherheitsabstände gegen Betreten sowie Befahren von rd. 20 m bzw. 28 m hinter der sich unmittelbar nach der Gewinnung einstellenden Nachbruchkante über Wasser einzuhalten (in Tabelle 7 rot markiert). Diese Sicherheitsabstände gelten nicht mehr nach vollständiger Verfüllung des Tagebausees Süderweiterung. 5.2 Böschungsbruch und Gerätesicherheit bei fortschreitender Verfüllung Der rechnerische Nachweis der Gesamtstandsicherheit nach Grenzzustand GZ 1C entsprechend DIN 1054: wird in Anlehnung an die DIN 4084: Baugrund-Geländebruchberechnungen mittels GGU-Programmcode Stability geführt. Für den Betriebszustand der Teilverfüllung bzw. Verspülung des ausgekiesten Tagebaubereiches wurden die Berechnungen entsprechend Abschnitt 4.1 für den Zustand BS-T Transient Situation geführt und Sicherheitsabstände für die bei der Verkippung eingesetzten Fahrzeuge und Geräte ausgewiesen. Eine Mindesthöhe der Spülkippe von 1,0 m über dem Bemessungswasserspiegel 87,5 m NHN sowie eine Auftragshöhe von 0,6 m für die Tragschicht unter Annahme eines Kulturbodenauftrags von 0,4 m gewährleistet den geforderten Grundwasserflurabstand von 2,0 m im Endzustand der landwirtschaftlichen Nutzung des rekultivierten Spülfeldes. Der rechnerische Nachweis der Gesamtstandsicherheit nach Grenzzustand GZ 1C entsprechend DIN 1054: wird in Anlehnung an die DIN 4084: Baugrund-Geländebruchberechnungen mittels GGU-Programmcode Stability und nach folgendem geometrischen Ansatz geführt. Fugro Projekt Nr Text Seite 19

24 Abbildung 5: Geometrischer Ansatz zur Ermittlung der Gerätesicherheit bei fortschreitender Verfüllung mit Gerätesicherheit Planie: Gerätesicherheit Verkippung: 10,0 m Abstand zu Spülböschung und 25,0 m Abstand zu Spülböschung Die Ergebnisse der Böschungsbruchberechnungen nach den Sicherheitsbedingungen und Lastannahmen in Abschnitt 4.1 sind in Anlage 3 zusammengestellt. Dabei bedeuten: Tabelle 8: Berechnungsergebnisse Lastfall Böschungsbruch (erzwungener Gleitkreis, Verfahren nach BISHOP) Lastansatz Planie der Verfüllmassen vor der Böschungskante Spülböschung Nachweis erbracht/ Ausnutzungsgrad µ Anlage 3 A Berechnung mit erzwungenem Gleitkreis bis 10,0 m vor der Böschungskante der Spülböschung 10 m lastfreier Streifen ja/0,90 Anlage 3 B Berechnung mit erzwungenem Gleitkreis ab 10,0 m bis 25 m vor der Böschungskante Spülböschung, die Planierraupe erfassend Flächenlast SLW 30 p stat = 16,7 kn/m 2 ja/0,81 Fugro Projekt Nr Text Seite 20

25 Anlage 3 C Lastansatz Verkippung der Verfüllmassen vor der Böschungskante Spülböschung Berechnung mit erzwungenem Gleitkreis ab 25,0 m vor der Böschungskante Spülböschung, den Muldenkipper erfassend Flächenlast SLW 60 p stat = 33,3 kn/m 2 Nachweis erbracht/ Ausnutzungsgrad µ ja/0,78 Die Böschungsbruchberechnungen wurden nach dem Teilsicherheitskonzept EC 7 mittels GGU- Programmcode stability für den Endzustand (BS-P persistent situation bzw. Lastfall LF 1 ständige Bemessungssituation nach DIN : ) geführt. Die Sicherheit hinsichtlich des Lastfalls Böschungsbruch ist mit Ausnutzungsgraden µ 0,90 ausreichend gegeben. 5.3 Grundbruchberechnungen für landwirtschaftlichen Verkehr Die Grundbruch- und Setzungsberechnungen mittels GGU-Programmcode Footing sind nach den Sicherheitsbedingungen in Abschnitt 4.1 und nachfolgenden Lastannahmen geführt worden und in Anlage 4 zusammengestellt. Dabei bedeuten: Tabelle 9: Berechnungsergebnisse Lastfall Grundbruch aus landwirtschaftlichem Verkehr Lastansatz Lasten aus landwirtschaftlichem Verkehr SLW 30, mittiger Lastangriff in der Gründungssohle, Grundbruchformel nach DIN 4017: Anlage 4 A Flächenlast gesamt p stat = SLW 30 = 16,7 kn/m 2 Nachweis erbracht/ Ausnutzungsgrad µ ja/0,488 BS-P (LF 1) Wasserspiegel 2,0 m unter GOK (MW 87,5 m NHN) Anlage 4 B Flächenlast gesamt p stat = SLW 30 = 16,7 kn/m 2 ja/0,485 BS-T (LF 2) Wasserspiegel 1,0 m unter GOK (HW 88,5 m NHN) Fugro Projekt Nr Text Seite 21

26 Die Grundbruch- und Setzungsberechnungen wurden nach dem Teilsicherheitskonzept EC 7 mittels GGU-Programmcode stability für den Endzustand (BS-P persistent situation bzw. Lastfall LF 1 ständige Bemessungssituation nach DIN : ) geführt. Die Sicherheit hinsichtlich des Endzustandes der landwirtschaftlichen Nutzung des durch Auftrag einer Tragschicht und des Kulturbodens rekultivierten Spülfeldes ist für den geforderten Grundwasserflurabstand von 2,0 m mit Ausnutzungsgraden µ 0,50 ausreichend gegeben. Bezüglich des zeitlich begrenzten Lastzustandes des auftretenden Höchstwasserstandes HW = 88,5 m NHN ist die Sicherheit nach der BS-T transient situation bzw. nach Lastfall LF 2 vorübergehende Bemessungssituation nach DIN : ebenfalls mit Ausnutzungsgraden µ 0,50 nachgewiesen worden. Fugro Projekt Nr Text Seite 22

27 6 Zusammenfassung Entsprechend der Forderung des Landesamtes für Bergbau, Geologie und Rohstoffe Brandenburg war eine Standsicherheitseinschätzung für die Süderweiterung des Kiessandtagebaues Mühlberg/Elbe zu erarbeiten. Ziel der durchgeführten Standsicherheitsuntersuchungen war die Ableitung von Vorgaben für die Abbauführung, die sukzessive Verspülung sowie den Endzustand nach vollflächiger Verfüllung des neuen Abbaufeldes. Im Vorfeld der Standsicherheitsuntersuchungen wurden die vorhandenen Unterlagen in Form von Erkundungsberichten sowie Feld- und Laboruntersuchungen ausgewertet, um die geologischen und geotechnischen Verhältnisse am konkreten Standort und entsprechende Berechnungskennzahlen für die Standsicherheitsberechnungen zu ermitteln. Die Gewinnungsböschungen werden wie bisher als fortschreitende Gewinnungsböschungen mit Nachbruch gefahren. In Tabelle 7 sind die infolge natürlicher Abflachung zu erwartenden Rückgriffweiten sowie die jeweils letzten zulässigen Gewinnungspunkte in Abhängigkeit der Gewinnungstiefe ab Wasserlinie 87,5 m NHN zusammengestellt. Die Rückgriffweiten gelten gleichzeitig als einzuhaltende Sicherheitsabstände von der Nachbruchkante, solange der Tagebausee nicht vollflächig verfüllt ist. Die Sicherheit der zur Verfüllung und Rekultivierung eingesetzten Fahrzeuge und Geräte (Verkippung der Massen und Planie auf der OK des auf dem Niveau von +88,5 m NHN bzw. 1,0 m über dem Seewasserspiegel HM = +87,5 m NHN anzulegenden Spülfeldes) konnte anhand der in Tabelle 8 zusammengefassten Berechnungen mit Ausnutzungsgraden µ 0,90 nachgewiesen werden. Die erforderliche Grundbruchsicherheit bezüglich der in der Nachnutzung auftretenden typischen Lasten aus landwirtschaftlichem Verkehr konnten anhand der in Tabelle 9 angegebenen Berechnungsergebnisse mit Ausnutzungsgraden µ 0,50 nachgewiesen werden, basierend auf den Vorgaben für die Verspülung und abschließende Abdeckung des Spülmaterials. Fugro Projekt Nr Text Seite 23

28 ANLAGEN Fugro Projekt Nr.:

29 ANLAGE 0 Erläuterung der Abkürzungen und Symbole nach DIN , DIN 4023 und Fugro Projekt Nr.:

30 Fugro Projekt Nr.:

31 ANLAGE 1 Übersichtslageplan, nicht maßstäblich Fugro Projekt Nr.:

32 Untersuchungsbereich Projekt: Auftraggeber: Auftragnehmer: Datum: Januar 2015 gezeichnet: Standsicherheitseinschätzung Kiessandtagebau Mühlberg/Elbe Teilbericht I - Standsicherheit Siebanlage und Gründungsempfehlungen Übersichtslageplan Elbekies GmbH Fugro Consult GmbH S. Walther geprüft: U. Zimmermann unmaßstäblich Projekt-Nr.: Anlage 1

33 ANLAGE 2 Lageplan Abbaufeld Süderweiterung, Maßstab 1 : 5000 Fugro Projekt Nr.:

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35 ANLAGE 3 Ergebnisse der Böschungsbruchberechnungen Fugro Projekt Nr.:

36 80 Boden ϕ,k c,k γ,k [ ] [kn/m²] [kn/m³] Bezeichnung Kies GW (Auftrag Tragschicht) Sand SE (Spülfeld) Kies GW (Rohstoffkörper gewachsen) Liegendes Tertiär Spülfeld Süderweiterung - Elbe-Kies-Mühlberg Böschungs- und Geländebruch Norm: EC 7 Ungünstigster Gleitkreis: µmax = 0.90 xm = 2.61 m ym = m R = m Teilsicherheiten: - γ(ϕ') = γ(c') = γ(cu) = γ(wichten) = γ(ständige Einw.) = γ(veränderliche Einw.) = ps = 16.70/15.00 ps = Anlage 3 A

37 80 Boden ϕ,k c,k γ,k [ ] [kn/m²] [kn/m³] Bezeichnung Kies GW (Auftrag Tragschicht) Sand SE (Spülfeld) Kies GW (Rohstoffkörper gewachsen) Liegendes Tertiär Spülfeld Süderweiterung - Elbe-Kies-Mühlberg Böschungs- und Geländebruch Norm: EC 7 Ungünstigster Gleitkreis: µmax = 0.81 xm = m ym = m R = m Teilsicherheiten: - γ(ϕ') = γ(c') = γ(cu) = γ(wichten) = γ(ständige Einw.) = γ(veränderliche Einw.) = ps = 16.70/15.00 ps = Anlage 3 B

38 80 Boden ϕ,k c,k γ,k [ ] [kn/m²] [kn/m³] Bezeichnung Kies GW (Auftrag Tragschicht) Sand SE (Spülfeld) Kies GW (Rohstoffkörper gewachsen) Liegendes Tertiär Spülfeld Süderweiterung - Elbe-Kies-Mühlberg Böschungs- und Geländebruch Norm: EC 7 Ungünstigster Gleitkreis: µmax = 0.78 xm = m ym = m R = m Teilsicherheiten: - γ(ϕ') = γ(c') = γ(cu) = γ(wichten) = γ(ständige Einw.) = γ(veränderliche Einw.) = ps = 16.70/15.00 ps = Anlage 3 C

39 ANLAGE 4 Ergebnisse der Grundbruchberechnung für Lasten aus landwirtschaftlichem Verkehr Fugro Projekt Nr.:

40 Boden γ γ ' ϕ c E s ν [kn/m³] [kn/m³] [ ] [kn/m²] [MN/m²] [-] Bezeichnung Kulturboden [OU] Tragschicht [GW] mitteldicht Spülsand SE, locker Berechnungsgrundlagen: 6,0 x 3,0 m Ersatzfläche Norm: EC 7 Grundbruchformel nach DIN 4017:2006 Teilsicherheitskonzept (EC 7) γ R,v = 1.40 γ G = 1.35 γ Q = 1.50 Grenzzustand EQU: γ G,dst = 1.10 γ G,stb = 0.90 γ Q,dst = 1.50 OK Gelände = 0.00 m Gründungssohle = 0.00 m Grundwasser = m Grenztiefe mit p = 20.0 % 1. Kernweite 2. Kernweite System max dphi = 5.0 x Spannungsverlauf für den kennzeichnenden Punkt infolge Gesamtlasten Grundriss b = 3.00 z b = 3.00 b = GW = GS = GS = s=0.5 s= Kulturboden [OU] a = 6.00 F v,k =350.0 a' = 6.00 Ergebnisse Einzelfundament: Lasten = ständig / veränderlich Vertikallast F v,k = / 0.00 kn Horizontalkraft F h,x,k = 0.00 / 0.00 kn Horizontalkraft F h,y,k = 0.00 / 0.00 kn Moment M x,k = 0.00 / 0.00 kn m Moment M y,k = 0.00 / 0.00 kn m Länge a = m Breite b = m Unter ständigen Lasten: Exzentrizität e x = m Exzentrizität e y = m Resultierende im 1. Kern Länge a' = m Breite b' = m Unter Gesamtlasten: Exzentrizität e x = m Exzentrizität e y = m Resultierende im 1. Kern Länge a' = m Breite b' = m Grundbruch: Durchstanzen untersucht, aber nicht maßgebend. Teilsicherheit (Grundbruch) γ R,v = 1.40 σ 0f,k / σ 0f,d = 75.3 / kn/m² R n,k = kn R n,d = kn V d = kn V d = kn µ (parallel zu x) = cal ϕ = 20.0 ϕ wegen 5 Bedingung abgemindert cal c = 0.00 kn/m² cal γ 2 = kn/m³ cal σ ü = 0.00 kn/m² UK log. Spirale = 3.49 m u. GOK Länge log. Spirale = m Fläche log. Spirale = m² Tragfähigkeitsbeiwerte (x): N c0 = 14.83; N d0 = 6.39; N b0 = 1.96 Formbeiwerte (x): ν c = 1.203; ν d = 1.171; ν b = Setzung infolge Gesamtlasten: Grenztiefe t g = 2.27 m u. GOK Setzung (Mittel aller KPs) = 0.51 cm Setzungen der KPs: links oben = 0.51 cm rechts oben = 0.51 cm links unten = 0.51 cm rechts unten = 0.51 cm Verdrehung(x) (KP) = 0.0 Verdrehung(y) (KP) = 0.0 Nachweis EQU: Maßgebend: Fundamentbreite M stb = = M dst = 0.0 µ EQU = 0.0 / = Tragschicht [GW] mitteldicht tg = Spülsand SE, locker y x Projekt: Benennung: Datum bearbeiter geprüft s=0.5 s= b' = 3.00 Spülfeld Süderweiterung - Elbe-Kies-Mühlberg Flächenlast SLW 30 = 16,7 kn/sqm, Ersatzlast = 300 kn UZi UZi Projekt Nr.: Anlage: Blatt: Teilbericht-2 4 A 1

41 Boden γ γ ' ϕ c E s ν [kn/m³] [kn/m³] [ ] [kn/m²] [MN/m²] [-] Bezeichnung Kulturboden [OU] Tragschicht [GW] mitteldicht Spülsand SE, locker Berechnungsgrundlagen: 6,0 x 3,0 m Ersatzfläche Norm: EC 7 Grundbruchformel nach DIN 4017:2006 Teilsicherheitskonzept (EC 7) γ R,v = 1.30 γ G = 1.20 γ Q = 1.30 Grenzzustand EQU: γ G,dst = 1.05 γ G,stb = 0.90 γ Q,dst = 1.25 OK Gelände = 0.00 m Gründungssohle = 0.00 m Grundwasser = m Grenztiefe mit p = 20.0 % 1. Kernweite 2. Kernweite System max dphi = 5.0 x Spannungsverlauf für den kennzeichnenden Punkt infolge Gesamtlasten Grundriss z b = 3.00 b = b = GW = GS = GS = s=0.5 s= Kulturboden [OU] a = 6.00 F v,k =350.0 a' = Ergebnisse Einzelfundament: Lasten = ständig / veränderlich Vertikallast F v,k = / 0.00 kn Horizontalkraft F h,x,k = 0.00 / 0.00 kn Horizontalkraft F h,y,k = 0.00 / 0.00 kn Moment M x,k = 0.00 / 0.00 kn m Moment M y,k = 0.00 / 0.00 kn m Länge a = m Breite b = m Unter ständigen Lasten: Exzentrizität e x = m Exzentrizität e y = m Resultierende im 1. Kern Länge a' = m Breite b' = m Unter Gesamtlasten: Exzentrizität e x = m Exzentrizität e y = m Resultierende im 1. Kern Länge a' = m Breite b' = m Grundbruch: Durchstanzen untersucht, aber nicht maßgebend. Teilsicherheit (Grundbruch) γ R,v = 1.30 σ 0f,k / σ 0f,d = 62.6 / kn/m² R n,k = kn R n,d = kn V d = kn V d = kn µ (parallel zu x) = cal ϕ = 20.0 ϕ wegen 5 Bedingung abgemindert cal c = 0.00 kn/m² cal γ 2 = kn/m³ cal σ ü = 0.00 kn/m² UK log. Spirale = 3.49 m u. GOK Länge log. Spirale = m Fläche log. Spirale = m² Tragfähigkeitsbeiwerte (x): N c0 = 14.83; N d0 = 6.39; N b0 = 1.96 Formbeiwerte (x): ν c = 1.203; ν d = 1.171; ν b = Setzung infolge Gesamtlasten: Grenztiefe t g = 2.68 m u. GOK Setzung (Mittel aller KPs) = 0.54 cm Setzungen der KPs: links oben = 0.54 cm rechts oben = 0.54 cm links unten = 0.54 cm rechts unten = 0.54 cm Verdrehung(x) (KP) = 0.0 Verdrehung(y) (KP) = 0.0 Nachweis EQU: Maßgebend: Fundamentbreite M stb = = M dst = 0.0 µ EQU = 0.0 / = Tragschicht [GW] mitteldicht tg = Spülsand SE, locker y x Projekt: Benennung: Datum bearbeiter geprüft s=0.5 s= b' = 3.00 Spülfeld Süderweiterung - Elbe-Kies-Mühlberg Flächenlast SLW 30 = 16,7 kn/sqm, Ersatzlast = 300 kn UZi UZi Projekt Nr.: Anlage: Blatt: Teilbericht-2 4 B 1

42 ANLAGE 5 Fotodokumentation Fugro Projekt Nr.:

43 Endböschungssystem Ost-See Südwest- und Südostböschung Tagebau Ost-See in Höhe des Speicherbeckens Alte Elbe und des geplanten Durchstiches, Standpunkt ca. 92,3 m NHN Bild 1 Ortsbegehung am , Blickrichtung nach E Endböschungssystem Ost-See Südwestböschung Tagebau Ost-See in Höhe des Speicherbeckens Alte Elbe und des geplanten Durchstiches, Standpunkt ca. 92,3 m NHN Bild 2 Ortsbegehung am , Blickrichtung nach NW Fugro Projekt Nr Fotodokumentation Seite 1

44 Grabenverlauf Alte Elbe Grabenverlauf in Richtung Südosten, im Vordergrund Einlauf Speicherbecken, Standpunkt ca. 88,8 m NHN Bild 3 Ortsbegehung am , Blickrichtung nach SE Einlauf Speicherbecken Graben Alte Elbe Grabenverlauf in Richtung Nordwesten, Grabensohle Einlauf ca. 87,2 m NHN, links im Bild in westlicher Richtung Feld Süderweiterung, Standpunkt ca. 88,8 m NHN Bild 4 Ortsbegehung am , Blickrichtung nach NW Fugro Projekt Nr Fotodokumentation Seite 2

45 Speicherbecken Graben Alte Elbe links im Bild in westlicher Richtung Feld Süderweiterung, Standpunkt ca. 88,8 m NHN Bild 5 Ortsbegehung am , Blickrichtung nach NW Fugro Projekt Nr Fotodokumentation Seite 3