Erneuerung Bauwerke Str.5230/5903. Strecke 5903 Nürnberg Hbf. - Schirnding STW Vorra km 38,807

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1 Mobility Networks Logistics DB International GmbH Umwelt, Geotechnik und Geodäsie (1. TPU) Büro München Landsberger Straße München Tel Fax Bauvorhaben: Erneuerung Bauwerke Str.5230/5903 Z«lifizie f1 nach DIN EN ISO 9001'2000 OQS Reg. Nr QM Teilobjekt: Strecke 5903 Nürnberg Hbf. - Schirnding STW Vorra km 38,807 Auftraggeber : DB Netz AG Frau Johanna-Franziska Schmidt Sandstraße Nürnberg Auftragsnummer: D-BG01273 Bearbeiter: F. Serr (M. Sc. Geol.) Dieser geotechnische Bericht umfasst 34 Seiten und 7 Anlagen. Eine auszugsweise Veröffentlichung ist nicht zulässig. München, i~s)~ i.a.gz Dipl.-Ing. K. Besser

2 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines Unterlagen Vorgang / Aufgabenstellung Aufschlussarbeiten / Laboruntersuchungen 5 2 Darstellung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse Beschreibung der örtlichen Verhältnisse Geologische Situation Ergebnisse der Rammkernsondierungen und schweren Rammsondierungen Hydrogeologische Verhältnisse Baugrundmodell Bodenrechenwerte Rammfähigkeit des Untergrundes Sickerfähigkeit des Untergrundes Beurteilung der Betonaggressivität- und Stahlkorrosivität 17 3 Gründungstechnische Schlussfolgerungen / Empfehlungen Flachgründung Tiefgründung Axiale Tragfähigkeit von Spundwänden Horizontale Bettung von Spundwänden Hinterfüllungen Einfluss der Baumaßnahme auf angrenzende Bebauungen / Gleisanlagen Bautechnische Wiederverwendbarkeit der Aushubmassen und Eignung zur Verwendung als Hinterfüllmaterial 30 4 Abfalltechnische Betrachtung Boden Untersuchungsergebnisse Ergebnisbewertung und Empfehlungen Verwertung / Entsorgung 32 5 Zusammenfassung und Hinweise 33 D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 2 von 34

3 Anlagenverzeichnis Anlage 1 Abkürzungsverzeichnis 2 Blatt Anlage 2 Lage- und Aufschlussplan 1 Blatt Anlage 3 Bohr- u. Sondierprofile 1 Blatt Anlage 4 Bodenmechanische Laborergebnisse 11 Blatt Anlage 5 Chemische Analysen 9 Blatt Anlage 6 Fotodokumentation 6 Blatt Anlage 7 Setzungsberechnung 2 Blatt 1 Allgemeines 1.1 Unterlagen Zur Ausarbeitung dieses Berichtes standen folgende Unterlagen zu Verfügung: /U 1/ Angebot der DB International GmbH, Umwelt, Geotechnik & Geodäsie, an die DB Netz AG, Nürnberg, vom /U 2/ Leistungsvereinbarung-Nr. LJ (HÖ5HA020) vom /U 3/ Schichtenverzeichnisse und Sondierprotokolle der BGN Bohr- und Geotechnik Nowak GmbH, Kelbra (OT Tilleda), August und September /U 4/ Laborergebnisse der DB International GmbH, Umwelt, Geotechnik & Geodäsie, Oktober /U 5/ Laborergebnisse der Dr. Wessling Laboratorien GmbH, Neuried, Oktober /U 6/ Geologische Karte von Bayern, Maßstab: 1:25.000, 6434 Hersbruck herausgegeben vom Bayrischen geologischen Landesamt Bayern, /U 7/ Arbeitsblatt DWA-A 138 Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser, April /U 8/ Ril 836 Erdbauwerke und sonstige geotechnische Bauwerke planen, bauen und instandhalten, 4. Aktualisierung vom /U 9/ EA-Pfähle: Empfehlungen des Arbeitskreises Pfähle, 2. Auflage, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.v., Verlag Ernst & Sohn, /U 10/ EAB: Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben, 5. Auflage, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.v., Verlag Ernst & Sohn, /U 11/ EAU: Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen, 11. Auflage, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.v., Verlag Ernst & Sohn, /U 12/ Grundbau-Taschenbuch, Teil 1-3, 6. Aufl., D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 3 von 34

4 /U 13/ StMLU Leitfaden zur Verfüllung von Gruben und Brüchen sowie Tagebauen (Eckpunktepapier), Dezember /U 14/ Mitteilungen der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) 20: Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Abfällen, November /U 15/ Bayerisches Landesamt für Umwelt, Informationsdienst Überschwemmungsgefährdete Gebiete, /U 16/ Bayerisches Landesamt für Umwelt, Kartendienst Gewässerbewirtschaftung Bayern, 200F0DCB?role=wrrl. /U 17/ Programm GGU-Footing, Berechnungen von Fundamenten nach DIN 4017 und DIN 4019 bzw. DIN 1054, Version 5,02, , Copyright + Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Johann Buß. /U 18/ Hettler (2011), Empfehlung EB 102 des Arbeitskreises Baugruben der DGGT zur Anwendung des Bettungsmodulverfahrens, Bautechnik (88), Heft 9, S /U 19/ Becker und Kempfert (2008), Zum Stand der vertikalen Tragfähigkeit von Spundwandprofilen aus Erfahrungswerten, Geotechnik 31. Außerdem kommen die gegenwärtig gültigen Normen und Vorschriften des Erd- und Grundbaus zur Anwendung. 1.2 Vorgang / Aufgabenstellung An der zweigleisigen Bahnstrecke 5903 Nürnberg Hbf. Schirnding ist aufgrund des bautechnisch schlechten Zustandes, die Erneuerung einer Stützwand bei km 38,807 km 38,890 auf der bahnrechten Seite geplant. Die Stützwand befindet sich im südwestlichen Teil der Stadt Vorra. Die DB International GmbH, Baugrund, wurde auf der Grundlage unseres Angebotes /U 1/ vom von der DB Netz AG mit der Untersuchung des Baugrundes im Bereich der genannten Stützwand beauftragt /U 2/. Im vorliegenden geotechnischen Bericht werden allgemeine Angaben zum Baugrund und Angaben zum Bau des geplanten Ingenieurbauwerkes dargestellt. Ergänzend zur Baugrunderkundung wurden abfalltechnischen Untersuchungen des Bodenmaterials durchgeführt. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 4 von 34

5 1.3 Aufschlussarbeiten / Laboruntersuchungen Zur Beurteilung der Baugrundverhältnisse waren im Bereich der Stützwand mehrere Rammkernsondierungen, schwere Rammsondierungen und Kernbohrungen geplant. Insgesamt wurden drei Rammkernsondierungen (RKS), drei schwere Sondierungen (DPH) sowie zwei Kernbohrungen (B) durchgeführt. Die Zielteufe der Sondierungen liegt auf der Dammschulter bei 7,0 m u. AP und am Dammfuß bei 10,0 m u. AP. Die Zielteufe der Bohrungen liegt bei 10,0 m u. AP. Die Sondierarbeiten erfolgten durch die Fa. BGN Nowak, Kelbra /U 3/ und wurden im August und September 2015 ausgeführt. Die Lage der Aufschlüsse ist in Anlage 2 dargestellt. Die Baugrundprofile sind bezogen auf die Schienenoberkante in Anlage 3 aufgetragen. Dabei wurde SO = 0,0 m angenommen. Die Aufschlüsse stellen sich im Einzelnen wie folgt dar: Tabelle 1: Lage der Aufschlüsse Auf- Station Lage zum schluss- art [km] Gleis Ansatzpunkt geplant Endteufe Aufschlusstiefe Aufschlusstiefe [m u. SO] [m u. AP] [m u. AP] [m u. SO] B 1 38,860 9,0 m br -4,5-10,0-10,0-14,5 DPH 1 38,860 9,5 m br -4,5-10,0-7,4-11,9 B 2 38,807 13,0 m br -5,3-10,0-10,0-15,3 DPH 2 38,807 12,0 m br -5,3-10,0-0,3-11,9 RKS 1 38,860 3,5 m br -0,7-7,0-10,7-11,4 DPH 3 38,860 4,0 m br -0,7-7,0-8,5-9,2 RKS 2 38,810 5,6 m br -2,8-7,0-1,2-4,0 RKS 2a 38,812 5,6 m br -2,8-7,0-10,2-13,0 (RKS): Rammkernsondierung, (DPH): Schwere Rammsondierung; (SO): Schienenoberkante; (bl): bahnlinks, (br): bahnrechts; * vorzeitig abgebrochen Alle Ansatzpunkte der Aufschlüsse wurden auf Schienenoberkante (SO) eingemessen. Die Entnahme von gestörten Bodenproben erfolgte je lfd. Meter bzw. bei Schichtwechsel. Insgesamt wurden 56 gestörte Bodenproben entnommen. Die einzelnen, auf Bohrmeisterangaben beruhenden, handschriftlichen Schichtenverzeichnisse /U 3//U 2/ können bei Bedarf im Archiv der DB International GmbH, Baugrund eingesehen werden. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 5 von 34

6 Alle entnommenen gestörten Bodenproben wurden nach DIN EN ISO spezifiziert. Zur genaueren Klassifizierung der Bodenarten in Bodengruppen nach DIN und Bodenklassen nach DIN sind ausgewählte Bodenproben bodenphysikalischen Untersuchungen durch die DB International GmbH /U 4/ unterzogen worden. Im Einzelnen wurden ausgeführt: 3 Bestimmungen der Atterberg schen Zustandsgrenzen nach DIN Die Ergebnisse der bodenphysikalischen Laborversuche sind in Anlage 4 dargestellt. 2 Darstellung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 2.1 Beschreibung der örtlichen Verhältnisse Die zu untersuchende Stützwand STW befindet sich im südlich Teil der Stadt Vorra auf der Strecke 5903 Nürnberg Hbf. Schirnding zwischen km 38,807 und km 38,890. Die zweigleisige Strecke ist in diesem Bereich nicht elektrifiziert und verläuft in Dammlage in einem Bogen. Im Bereich der EÜ sind Betonschwellen verlegt Geologische Situation Entsprechend der geologischen Karte von Bayern /U 6/ befindet sich das Untersuchungsgebiet im Bereich jurassischer Gesteine des Dogger sowie des Malm. Charakteristisch hierfür sind Mergel-, Kalk- und Dolomitstein (Malm), sowie Tonstein, Sandstein mit Eisenerzflözen und Mergel-und Kalkstein (Dogger). Westlich des Untersuchungsgebiets stehen pleistozäne Albüberdeckungen an. Der Taleinschnitt durch die Pegnitz spiegelt an den Flanken den geochronologischen Ablauf der Ablagerungen von Dogger und Malm wieder. Das Pegnitztal wird im Untersuchungsgebiet von Holozänentalböden aufgefüllt. Im oberflächennahen Bahnbereich ist zudem mit anthropogenen Auffüllungen zu rechnen. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 6 von 34

7 STW km 38,807 Abb. 1: Ausschnitt aus der Geologischen Karte von Bayern, 1: /U 6/ Holozän: a = Talböden; Pleistozän: l = Albüberdeckung; Malm: wdd = Malm-Delta, ebengebankte Dolomite; wd = Malm-Delta (Schichtfazies) Pseudomutabiliskalk; wgd = Malm-Gamma (Dolomitfazies); wgs = Malm-Gamma (Schwammfazies); was + bs = Malm-Alpha und -Beta (Schwammfazies); wa + b = Malm-Alpha und Beta (Schichtfazies); Dogger: bg z = Dogger Gamma bis Zeta (Eisenoolithkalke und Omatenton); bb = Dogger Beta (Eisensandstein mit Hauptflözhorizont) Der gesamte Untersuchungsbereich ist keiner Erdbebenzone zuzuordnen. 2.3 Ergebnisse der Rammkernsondierungen und schweren Rammsondierungen Zur Bestimmung der anstehenden Bodenschichten und deren Lagerungsdichten wurden 3 Rammkernsondierungen (RKS 1, RKS 2/2a) und 3 schwere Rammsondierungen (DPH1-DPH3) und 2 Kernbohrungen (B1-B2) von der Fa. BGN Bohr- und Geotechnik Nowak GmbH /U 3/ durchgeführt. Bei der Durchführung der schweren Rammsondierung werden jeweils die Schläge der genormten Sonde pro 10 cm Eindringtiefe gezählt. In feinkörnigen bzw. bindigen Böden wird D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 7 von 34

8 der Rammwiderstand durch die mit der Tiefe zunehmende Mantelreibung beeinflusst. Aus diesem Grund lassen sich keine gesicherten Angaben über die Beziehung zwischen Schlagzahl und Konsistenz machen. Für die Bewertung der Konsistenz sind die Ergebnisse der Handspezifikation und der bodenmechanischen Laborversuche heranzuziehen. Im Zuge der von uns durchgeführten Erkundungen und Untersuchungen wurde folgender Schichtaufbau festgestellt: RKS 1, RKS 2, RKS 2a und DPH 3 - Dammschulter Bei der Rammkernsondierung RKS 1 wurde bis in eine Tiefe von 2,9 m u. AP (3,9 m u. SO) Auffüllungen in Form von locker bis mitteldicht gelagerten schwach schluffigen bis schluffigen Kiesen [GU/GU*], sowie leicht- bis mittelplastische Schluffe [UM, UL] in breiiger weicher und weich steifer Konsistenz erkundet. Ab einer Tiefe von 2,9 m u. AP (3,6 m u. SO) wurden mittelplastische und leicht plastische Tone (TM /TL) zunächst mit steifer und dann mit breiiger Konsistenz angetroffen. Ab einer Tiefe von 9,0 m u. AP (9,7 m u. SO) bis zur Endteufe bei 10,7 m u. AP (11,4 m u. SO) wurden schwach schluffige Sande (SU) in dichter Lagerung erbohrt. Bei RKS 2 wurden Auffüllungen in Form leicht plastischen Schluffen [UL] in weicher Konsistenz und weitgestufte Kiese [GW] in mitteldichter Lagerung bis 1,2 m u. AP (4,0 m u. SO) erkundet. Der Sondierpunkt von RKS 2 wurde dann aufgrund von fehlendem Bohrfortschritt bei 1,2 m u. AP abgebrochen. Die Rammkernsondierung RKS 2a wurde mit einem Versatz von 2,0 m als neuer Sondierpunkt abgeteuft. Bis in eine Tiefe von 1,7 m u. AP wurden bei RKS 2a Auffüllungen in Form von Mutterboden [MU] und schwach schluffigen Kiesen [GU] in lockerer Lagerung angetroffen. Unterlagert werden die Auffüllungen von einer Schicht aus weitgestuften Kiesen (GW) bis in eine Tiefe von 2,0 m u. AP (4,8 m u. SO). Bis in eine Tiefe von 7,25 m u. AP (10,05 m u. SO) wurden leicht- bis mittelplastische Tone (TL /TM) in steifer bis weicher Konsistenz erkundet. Darunter wurden tonige Sande (ST*) und schwach schluffige Sande (SU) in mitteldichter Lagerung bis zur Endteufe von 10,2 m u. AP (13,0 m u. SO) angetroffen. B 1 und DPH 1 - Böschungsfuss Bei der Kernbohrung B 1 wurde unterhalb einer geringmächtigen Auffüllung in Form von schwach schluffigen Sanden [SU] in lockerer Lagerung zunächst eine Schicht aus schwach schluffigen Sanden (SU) bis in eine Tiefe von 1,5 m u. AP (6,0 m u. SO) erkundet. Diese Schicht wird von leicht- bis mittelplastischen Tonen (TL /TM) in weicher bis steifer Konsistenz bis in eine Tiefe von 5,7 m u. AP (10,2 m u. SO) unterlagert. Unterhalb der bindigen Böden wurden Schichten von schwach schluffigen bis schluffigen Sanden (SU /SU*) in mitteldichter bis dichter Lagerung erkundet. Unterlagert wird diese gemischtkörnige Schicht von Sanden bis zur Endtiefe bei 10,0 m u. AP (14,5 m u. SO) von entfestigtem Tonstein in halbfester Konsistenz. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 8 von 34

9 Die ausgeführte DPH 1 wurde in einer Tiefe von 7,4 m u. AP (11,9 m u. SO) aufgrund zu hoher Schlagzahlen und keines Bohrhindernissen aufgrund des anstehenden Tonsteins abgebrochen. B 2 und DPH 2 - Böschungsfuss Bei der Kernbohrung B 2 wurde unterhalb einer geringmächtigen Auffüllung von leicht bis mittelplastischen Schluffen [UL /UM] in weicher bis steifer Konsistenz, ab 0,5 m u. AP (5,8 m u. SO) mittel- bis ausgeprägt plastische Tone (TM /TA) mit steifer Konsistenz angetroffen. Diese tonigen Schichten reichen bis in eine Tiefe von 4,6 m u. AP (9,9 m u. SO) und werden von einer Schicht schwach schluffigem /tonigem Kies (GU/GT) in dichter Lagerung bis 6,0 m u. AP (11,3 m u. SO) unterlagert. Es folgt eine Schicht aus schwach tonigen Sanden (ST) ebenfalls in dichter Lagerung bis in eine Tiefe von 6,5 m u. AP (11,8 m u. SO). Bis zur Endteufe der Bohrung B 2 bei 10,0 m u. AP (15,3 m u. SO) wurde Tonstein (Tst) in halbfester Konsistenz erbohrt. Die ausgeführte DPH 2 wurde in einer Tiefe von 6,6 m u. AP (11,9 m u. SO) aufgrund hoher Schlagzahlen und keines Bohrfortschrittes aufgrund des anstehenden Tonsteins abgebrochen. Tabelle 2: Bodenkennwerte und Zuordnungen (Auffüllungen) Auffüllungen Geologische Bezeichnung Kies Schluff /Ton Sand Bodengruppe nach DIN [GU; GU*, GW] [UM, UL; TM] [SU] Kornanteil d 0,063 mm [%] Kornanteil d>2mm [%] Ungleichförmigkeitszahl U [ - ] Natürlicher Wassergehalt w [%] Fließgrenze w L [%] Ausrollgrenze w p [%] Plastizitätszahl I P [%] Konsistenzzahl I c [-] Konsistenz -- br - st -- Lagerungsdichte lo-md -- lo Durchlässigkeits-beiwert k f [m/s] Erfahrungswerte Durchlässigkeits-beiwert k f [m/s] (USBR/Bialas) Durchlässigkeit nach DIN stark durchlässig bis durchlässig schwach bis sehr schwach durchlässig durchlässig bis schwach durchlässig D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 9 von 34

10 Auffüllungen Geologische Bezeichnung Kies Schluff /Ton Sand Bodengruppe nach DIN [GU; GU*, GW] [UM, UL; TM] [SU] Bodenklassen nach DIN BN1-BN2 BB1-BB2 BN1 Bodenklasse nach DIN Frostempfindlichkeit nach ZTVE- StB 94 F2 F3 F2 - F3 F2 lo: locker; md: mitteldicht; br: breiig; we: weich; st: steif; * Einzelergebnisse, keine Mittelwerte Tabelle 3: Bodenkennwerte und Zuordnungen (Anstehende Böden) Geologische Bezeichnung Bodengruppe nach DIN Kornanteil d 0,063 mm [%]* Kornanteil d>2mm [%]* Ungleichförmigkeitszahl U [ - ] * nat. Wassergehalt w [%]* Fließgrenze w L [%]* Ausrollgrenze w p [%]* Plastizitätszahl I P [%]* Konsistenzzahl I c [-]* Konsistenzzahl I c [-]*Gesamtprobe Tone, Festgestein Anstehende Böden Kiese, Sande TL, TM, TA Tst SU, GU/ GT, GW SU/ ST, SU*/ ST* 48,3-84,5* ,49-39,61* ,65 37,26* ,3 23,0* 16,0 EW ,30 46,73* 62,1 EW ,04 17,28* 24,1 EW ,93 29,81* 37,9 EW ,15 0,89* 1,06 EW ,32 0,90* 1,21 EW Konsistenz br - hf hf Lagerungsdichte lo - d md - d Durchlässigkeit k f [m/s] Erfahrungswerte Durchlässigkeit k f [m/s] (USBR/Bialas) Abhängig von der Klüftigkeit , , * D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 10 von 34

11 Anstehende Böden Geologische Bezeichnung Bodengruppe nach DIN Durchlässigkeit nach DIN Bodenklassen nach DIN Bodenklasse nach DIN Frostempfindlichkeit nach ZTVE- StB 94 Tone, Festgestein Kiese, Sande TL, TM, TA Tst SU, GU/ GT, GW SU/ ST, SU*/ ST* schwach bis sehr schwach durchlässig schwach bis sehr schwach durchlässig schwach durchlässig bis durchlässig schwach bis sehr schwach durchlässig BB1-BB3 FV1 FV3 BN1 BN2, BS1-BS F2 - F3 F1 F1 - F2 F2 - F3 lo: locker, md: mitteldicht, d: dicht, br: breiig, we: weich, st: steif, hf: halbfest; * - Einzelergebnisse, keine Mittelwerte, EW Erfahrungswerte 2.4 Hydrogeologische Verhältnisse Die Bohr- und Sondierarbeiten im Untersuchungsbereich wurden im August und September 2015 durchgeführt. Die Bodenschichten wurden im schwach feucht bis nassen Zustand angetroffen, wobei die nassen Bodenschichten auf Stau- und Schichtwasser zurückzuführen sind. Grundwasser wurde in B 1 bei einer Tiefe von 7,1 m u. AP (11,6 m u. SO) erbohrt, wobei der Ruhepegel nach Abschluss der Bohrarbeiten bei 3,3 m u. AP (7,8 m u. SO) eingemessen wurde. Als Bemessungswasserstand kann hier ein Grundwasserstand von 2,8 m u. AP (7,3 m u. SO) angenommen werden. Innerhalb der Bohrung B 2 wurde Grundwasser in einer Tiefe von 4,8 m u. AP (10,10 m u. SO) erkundet, der Ruhepegel lag nach Abschluss der Bohrarbeiten bei 2,4 m u. AP (7,7 m u. SO).Der Bemessungswasserstand kann hier mit einem Stand von 1,9 m u. AP (7,2 m u. SO) angenommen werden. Das angetroffene Grundwasser kann als gespanntes Grundwasser, aufgrund der bindigen überlagernden Schichten angesehen werden. Es ist im gesamten Untersuchungsabschnitt damit zu rechnen, dass sich vor allem in niederschlagsreichen Zeiten aufgrund der feinkornreichen und bindigen Böden im Untergrund Schichtoder Stauwasser bilden kann. Die Durchlässigkeiten (Erfahrungswerte) der anstehenden Bodenschichten sind den Tabellen 2 und 3 zu entnehmen, wobei die im Bereich der geplanten Stützwand erkundeten bindigen Böden erfahrungsgemäß als schwach bis sehr schwach durchlässig einzustufen sind. Entsprechend des Informationsdienstes Überschwemmungsgefährdete Gebiete Bayern /U 15/ befindet sich das Untersuchungsgebiet außerhalb eines festgesetzten Überschwemmungsge- D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 11 von 34

12 bietes für ein Hundertjähriges Hochwasser (HQ 100 ). Ein Wasserschutzgebiet ist in unmittelbarer Nähe nicht verzeichnet /U 16/. STW km 38,807 Abb. 2: Informationsdienstes Überschwemmungsgefährdete Gebiete Bayern /U 15/, wassersensibler Bereich im Untersuchungsgebiet Entsprechend des Informationsdienstes Überschwemmungsgefährdete Gebiete Bayern /U 15/ befindet sich das Untersuchungsgebiet in unmittelbarer Nähe eines wassersensiblen Bereichs. 2.5 Baugrundmodell Im Ergebnis der Baugrunderkundungen und der Laboruntersuchungen lässt sich für den Untersuchungsbereich ein übergreifendes Baugrundmodell entwickeln, welches für die Bewertung der Baugrundverhältnisse herangezogen werden kann. Dabei wurden die Böden in Schichten mit annähernd gleichen bodenphysikalischen und bodenmechanischen Eigenschaften zusammengefasst. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 12 von 34

13 Tabelle 4: Baugrundmodell Auffüllungen Anstehende Böden Schicht Mutterboden; locker leichtplastische Schluffe; weich mittelplastische Schluffe; breiig - weich mittelplastische Schluffe; weich - steif mittelplastische Schluffe; steif Sand, schwach schluffig; locker Kies, schwach schluffig; mitteldicht Kies, schluffig; mitteldicht Kies, weitgestuft; mitteldicht leichtplastische Tone; breiig leichtplastische Tone; weich leichtplastische Tone; steif mittelplastische Tone; weich mittelplastische Tone; steif ausgeprägt plastische Tone; steif Sand, schwach schluffig; locker Sand, schwach schluffig; mitteldicht Sand, schwach schluffig; dicht Sand, schluffig; mitteldicht Sand, schluffig; dicht Sand, schwach tonig; dicht Sand, tonig; mitteldicht Schicht-Nr. Bodengruppe lt. DIN [MU] [UL] [UM] [UM] [UM] [SU] [GU] [GU*] [GW] TL TL TL TM TM TA SU SU SU SU* SU* ST ST* D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 13 von 34

14 Schicht Kies, schwach schluffig, schwach tonig; dicht Kies, weitgestuft; mitteldicht Ton/ Tonstein, entfestigt; halbfest Schicht-Nr. Bodengruppe lt. DIN GU/GT GW Tst 2.6 Bodenrechenwerte Den anstehenden Schichten können nach den durchgeführten Laborversuchen und unter Berücksichtigung von Erfahrungswerten für die erdstatische Berechnung die in den folgenden Tabellen angegebenen Bodenrechenwerte zugeordnet werden: Tabelle 5: Bodenrechenwerte der anstehenden Auffüllungen/ Böden Schicht Lagerungsdichte Konsistenz DIN Boden k k k c k c u E s,k 1) kn/m 3 kn/m 3 kn/m 2 kn/m 2 MN/m lo [MU] 15,5 7,0 27, we [UL] 18,0 8,0 23, br-we [UM] 18,0 8,0 25, we-st [UM] 18,0 8,0 25, st [UM] 19,0 9,0 27, , lo - [SU] 16,5 9,0 30, , md - [GU] 19,0 9,0 32, , md - [GU*] 20,0 10,0 30, , md - [GW] 19,0 9,0 32, , br TL 16,0 6,0 19, , we TL 18,0 8,0 22, , st TL 19,0 9,0 25, , we TM 18,0 8,0 22, , st TM 19,0 9,0 25, , st TA 18,5 8,5 19, , lo - SU 16,5 9,0 30, , md - SU 17,5 10,0 32, , d - SU 18,5 11,0 31,0 0 40, md - SU* 18,0 10,0 30, , d SU* 19,0 11,0 31, , d ST 18,5 11,0 35, , md ST* 18,0 10,0 30, ,0 D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 14 von 34

15 Schicht Lagerungsdichte Konsistenz DIN Boden k k k c k c u E s,k 1) kn/m 3 kn/m 3 kn/m 2 kn/m 2 MN/m d GU/GT 21,0 11,0 35,0 0 21,0 60, md GW 19,0 11,5 32, , hf Tst 25,0 15,0 30, ,0 1) Die Angaben für den Steifemodul E s,100 gelten bei einer Spannung =100 kn/m², die Ermittlung des spannungsabhängigen Steifemoduls E s,k ergibt sich nach der Gleichung: w ES ES,100kN / m², wobei w ein Parameter ist und die betrachtete Spannung. 100kN / m² Der Parameter w ist in Abhängigkeit der Bodenart zu wählen: Organische Böden Tone Schluffe Sand/Kies w=0,85-1,0 w=0,85-1,0 w=0,80-0,95 w=0,55-0, Rammfähigkeit des Untergrundes Die Rammfähigkeit der erkundeten Böden ist in der nachfolgenden Tabelle 6 zusammengefasst. Eine Klassifizierung der Böden hinsichtlich ihrer Rammfähigkeit (z.b. nach DIN-Norm) gibt es nicht. Die nachfolgende Einschätzung der Tabelle 6 basiert auf der Grundlage der erkundeten Bodenarten, Lagerungsdichten bzw. Konsistenzen und den Erfahrungen des Baugrundgutachters. Tabelle 6: Rammfähigkeit der Untergrundschichten Schicht Schicht-Nr. Rammfähigkeit Mutterboden; locker leichtplastische Schluffe; weich mittelplastische Schluffe; breiig - weich mittelplastische Schluffe; weich - steif mittelplastische Schluffe; steif Sand, schwach schluffig; locker Kies, schwach schluffig; mitteldicht Kies, schluffig; mitteldicht leicht bis mittelschwer leicht bis mittelschwer leicht bis mittelschwer leicht bis mittelschwer mittelschwer bis schwer leicht bis mittelschwer mittelschwer bis schwer mittelschwer bis schwer D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 15 von 34

16 Schicht Schicht-Nr. Rammfähigkeit Kies, weitgestuft; mitteldicht leichtplastische Tone; breiig leichtplastische Tone; weich leichtplastische Tone; steif mittelplastische Tone; weich mittelplastische Tone; steif mittelplastische Tone; halbfest ausgeprägt plastische Tone; steif ausgeprägt plastische Tone; halbfest Sand, schwach schluffig; locker Sand, schwach schluffig; mitteldicht Sand, schwach schluffig; dicht Sand, schluffig; mitteldicht Sand, schluffig; dicht Sand, schwach tonig; dicht Sand, tonig; mitteldicht Kies, schwach schluffig, schwach tonig; dicht Kies, weitgestuft; mitteldicht Ton/ Tonstein, entfestigt; halbfest mittelschwer bis schwer leicht leicht bis mittelschwer mittelschwer bis schwer leicht bis mittelschwer mittelschwer bis schwer schwer bis sehr schwer mittelschwer bis schwer schwer bis sehr schwer leicht bis mittelschwer mittelschwer bis schwer schwer mittelschwer bis schwer schwer schwer mittelschwer bis schwer schwer mittelschwer bis schwer sehr schwer bis nicht rammfähig In aufgefüllten Böden ist generell mit Steinen, Blöcken, o. ä. zu rechnen, die die Rammfähigkeit des Untergrundes wesentlich verschlechtern können. So musste die RKS 2 aufgrund von Bohrhindernissen, bzw. zu geringem Bohrfortschritts abgebrochen werden. Ferner weisen wir darauf hin, dass in den kiesigen Böden aufgrund der geologischen Entstehung mit (Steine und Blöcke) gerechnet werden muss. Zur Festlegung der Rammtechnologie bzw. der Geräte empfehlen wir, vor Ausführung der Rammarbeiten Proberammungen durchzuführen. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 16 von 34

17 Um die auftretenden Erschütterungseinwirkungen in den Baugrund sowie die Lärmbelästigung zu reduzieren, wäre die Möglichkeit des Vorbohrens gegeben. Aufgrund der teilweise schwer bis nicht rammfähigen Bodenschichten (Schicht 3.2.2, und 5.1.1) sind bei geplanten Rammarbeiten ggf. Vorbohreinrichtungen, sowie zur Beseitigung von Rammhindernissen, vorzuhalten. Dabei ist zu beachten, dass beim Einbringen bis zur vollen Solltiefe mit Auflockerungsbohrungen oder Spüllanzen der Ansatz von Mantelreibung und Spitzendruck durch einen sachkundigen Geotechniker neu eingeschätzt werden muss. 2.8 Sickerfähigkeit des Untergrundes Nach DWA-A 138 Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser /U 7/ sind Böden für Versickerungsanlagen geeignet, deren Wasserdurchlässigkeit k f im Bereich von 10-3 und 10-6 m/s liegen. Die rolligen Auffüllungen [GU, GW] sind als versickerungsfähig einzustufen (Bemessungs k f - Wert = 10-6 m/s), die oberflächennahen bindigen Auffüllungen [UL, UM] sind hingegen als nicht versickerungsfähig (Bemessungs k f -Wert = 10-9 m/s) einzustufen. Die darunter erkundeten leicht bis mittelplastischen Tone und Schluffe (TL, TM, UL) sind alle als nicht versickerungsfähig einzustufen (Bemessungs k f -Wert = 10-9 m/s) einzustufen. Die in größeren Tiefen anstehenden Schichten aus leicht schluffigen bis schluffigen, sowie tonigen Sanden (SU, SU*, ST) sind als versickerungsfähig einzustufen (Bemessungs k f -Wert = 10-7 m/s). Vor allem in niederschlagsreichen Zeiten muss auf den bindigen Böden mit der Bildung von Schicht- und Stauwasser gerechnet werden. Aufgrund der nicht versickerungsfähigen Böden ist anfallendes Wasser in evtl. bestehende Entwässerungsanlagen zu führen bzw. durch einen Vorfluter abzuleiten in Bereiche mit versickerungsfähigen Horizonten. 2.9 Beurteilung der Betonaggressivität- und Stahlkorrosivität Zur Beurteilung der Betonaggressivität und Stahlkorrosivität des Bodens wurden Bodenproben entnommen und auf beton- und stahlangreifende Inhaltsstoffe nach DIN 4030 und DIN im Labor Weßling, Neuried /U 5/ untersucht. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 17 von 34

18 Tabelle 7: Beurteilung Beton- und Stahlaggressivität nach DIN 4030 nach DIN T3 Korrosions- Korrosions- Mischprobe Entnahmetiefe [m] Beurteilung entspr. DIN 4030 Bodenklasse Einschätzung wahrschein- lichkeit bzgl. Mulden- und Lochkorrosion wahrschein- lichkeit bzgl. Flächenkorrosion MP km 38,807 0,0-10,0 nicht betonangreifend III stark aggressiv hoch mittel ET: Entnahmetiefe Die Analyseprotokolle der chemischen Analyse liegen in der Anlage 6 bei. Entsprechend der Grenzwerte nach DIN 4030 Teil 1 wurde der Boden als nicht betonangreifend eingestuft. Die Korrosionswahrscheinlichkeit von unlegierten und niedriglegierten Eisenwerkstoffen bzgl. Mulden- und Lochkorrosion kann nach DIN T3 aufgrund des Analysenergebnisses als hoch, sowie bezüglich der Flächenkorrosion als mittel eingestuft werden. Der Boden kann nach DIN T3 als stark aggressiv eingeschätzt werden. 3 Gründungstechnische Schlussfolgerungen / Empfehlungen Für die Stützwand im Bereich von km 38,807 und km 38,890 auf der Strecke 5903 Nürnberg - Schirnding sollen im Rahmen der Entwurfsplanung Angaben zur Gründungsempfehlung gemacht werden. Das Bauwerk entspricht der geotechnischen Kategorie GK 2 entspr. DIN 1054: Für die Gründung von Bauwerken stehen grundsätzlich zwei Gründungsvarianten, zum einen die Flachgründung und zum anderen die Tiefgründung, zur Verfügung, um die einwirkenden Kräfte in den Boden abzuleiten. Die Voraussetzung für die Ausführung einer Flachgründung ist das Vorhandensein von tragfähigen Bodenschichten, was in der Regel mindestens mitteldicht gelagerte nicht bindige Böden (Kies und Sande) sowie bindige Böden von mindestens steifer Konsistenz (mit I C 0,75) auszeichnet. Bei der Ausführung von Tiefgründungen gelten gemäß der EA-Pfähle /U 9/ rollige Böden mit einem Spitzenwiderstand der Drucksonde q c 7,5 MN/m² und bindige Böden mit einer Scherfestigkeit des undränierten Boden c u,k 0,1 MN/m 2 als ausreichend tragfähig und somit relevant für den Ansatz eines Pfahlspitzenwiderstandes. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 18 von 34

19 Im vorliegenden Projekt stehen ab ungefähr ca. 2,5 m u. AP (7,0 m u. SO) bei der B1 und 0,5 m u. AP (5,8 m u. SO) bei der B2 tragfähige Böden in Form von steifen Tonen (TL/TM) in beiden Bohrungen an. Diese Schichten sind als tragfähige Böden einzustufen, d.h. eine Flachgründung kann als eine mögliche Gründungsvariante in Betracht gezogen werden. Es werden daher im Folgenden Angaben zu einer Flachgründung erarbeitet. Alternativ ist die Gründungsvariante Tiefgründung mittels Spundwänden beigefügt. Als Gründungssohle für die Stützwand wird von uns zum derzeitigen Standpunkt der Vorplanung, eine Gründungstiefe von 5,5 m u. SO in B1 und 6,3 m u. SO in B2 (1,0 m u. AP in B1 und B2) angenommen. Die sich daraus ergebende Höhenlage des tragfähigen Horizontes ist in Tabelle 8 zusammengestellt. Tabelle 8: Höhenlage des tragfähigen Horizontes Tragfähiger Horizont Aufschluss Station [km] Schicht [m u. AP] [m u. SO] B1 und DPH1 38, ,5 7,0 B2 und DPH2 38, ,5 5,8 3.1 Flachgründung Die einwirkenden Kräfte des Bauwerkes können in die tragfähigen Schichten durch eine Flachgründung abgetragen werden. Für die Bemessung der neuen Fundamente sind die zulässigen Bemessungswerte des Sohldruckwiderstandes erforderlich. Diese müssen so gewählt werden, dass: die Grundbruchsicherheit nach DIN 4017 gewährleistet ist und keine bauwerksschädlichen Setzungen / Setzungsunterschiede eintreten. Unter Ansatz der Teilsicherheitsbeiwerte nach EC7 und lotrecht mittiger Belastung wurden überschlägliche Grundbruch- und Setzungsberechnungen mit dem Programm Footing durchgeführt /U 17/. Aus dem Aufschlussprofil in Anlage 3 ist ersichtlich, dass sich die angenommene Gründungssohle bei 1,0 m u. AP / 5,5 m u. SO im Bereich von locker gelagerten, schwach schluffigen Sanden (SU) in (B 1) und bei 1,0 m u. AP / 6,3 m u. SO im Bereich von mittelplastischen Tonen (TM) in steifer Konsistenz (B 2) (Schichtnummern: 3.1.1; 2.3.2) befindet. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 19 von 34

20 Im Bereich der Stützwand sind die im Bereich der Gründungssohle angetroffenen Schichten nur in B2 als tragfähig einzustufen und somit zur Aufnahme der Bauwerkslasten geeignet. Aufgrund der lockeren Lagerung der schluffigen Sande (SU) in B1 und der darunter ebenfalls als nicht tragfähig einzustufenden Schicht aus weichen, leichtplastischen Tonen (TL) ist erst ab einer Tiefe von 2,5 m u. AP /7,0 m u. SO eine tragfähige Schicht in Form von leichtplastischen Tonen (TL) in steifer Konsistenz angetroffen worden. Zur Homogenisierung der Bodenverhältnisse und zur Vermeidung von ungleichmäßigen Setzungen empfehlen wir im Bereich der Stützwand einen Bodenaustausch (Kieskoffer mit GW/GI-Material). Die Bemessung des Kieskoffers muss so gewählt werden, dass die Fehlschichten bis zur Unterkante Gründungssohle aufgefüllt wird. Die Schicht ist hierbei komplett auszutauschen. Beim Einbau des Kiespolsters ist zu beachten, dass dieses einen Überstand besitzen muss, der mindestens so groß wie dessen Dicke ist, da sich die Fundamentlast im Kiessand etwa unter 45 ausbreitet. Das Kiespolster sollte aus einem Kies-Sand-Gemisch mit U > 6 bestehen und ist in Lagen von maximal 0,3 m einzubauen. Es ist so zu verdichten, dass ein Verdichtungsgrad D Pr > 100 % bzw. eine Tragfähigkeit von E v2 > 50 MN/m 2, oder E vd > 35 MN/m 2 erreicht wird. Für die Berechnungen der Fundamente wurden folgende Annahmen getroffen: Maßgebendes Baugrundprofil: B 1 bzw. B 2 Fundamentlänge: l = 53,0 m Fundamentbreite: b = 1,0 m Gründungstiefe: t = 5,5 m u. SO (B1), 6,3 m u. SO (B2) Bodenrechenwerte: Siehe Tabelle 5 Für das Kiespolster können die folgenden Bodenrechenwerte angesetzt werden: Wichte über Wasser k = 22 kn/m³ Wichte unter Auftrieb k = 13 kn/m³ Reibungswinkel k = 35 Kohäsion c k = 0 kn/m² Steifemodul E s, k = 60 MN/m² Die Ergebnisse der durchgeführten Grundbruchberechnungen und Setzungsabschätzungen sind in den Tabellen 9-10 sowie in Anlage 7 zusammengestellt. Hierbei wurde jeweils eine überschlägige Setzungsberechnung im Bereich der B2 ohne Bodenaustausch, sowie bei B1 mit einem Bodenaustausch (GW/GI- Material) durchgeführt, da die D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 20 von 34

21 tatsächlichen Lasten (u.a. Vertikalkomponenten der Lasten und Momente), Bauwerkskonstruktion bzw. bevorzugte Gründungsvariante nicht bekannt sind. Bei der Bemessung ist zu beachten, dass die Grundbruchsicherheit nach DIN 4017 gewährleistet ist und keine bauwerksschädlichen Setzungen und Setzungsunterschiede auftreten. Tabelle 9: Setzungsberechnung Flachgründung B 1 mit Bodenaustausch [GW/GI] 0,5m Fundamentbreite [m] 0,5 1,0 1,5 Sohldruckwiderstand R,d [kn/m²] bei Grundbruch und 703,2 466,1 576,5 dazugehörige Setzung s [cm] nach DIN 1054: ,01 3,44 6,23 Bettungsmodul k s [MN/m 3 ] 16,4 9,5 6,5 Bemessungswert des Sohldruckwiderstandes R,d [kn/m²] bei s = 1,0 [cm] 355,0 245,0 215,0 Tabelle 10: Setzungsberechnung Flachgründung B 2 ohne Bodenaustausch Fundamentbreite [m] 0,5 1,0 1,5 Sohldruckwiderstand R,d [kn/m²] bei Grundbruch und 228,8 230,3 238,9 dazugehörige Setzung s [cm] nach DIN 1054: ,32 2,08 2,67 Bettungsmodul k s [MN/m 3 ] 12,2 7,8 6,3 Bemessungswert des Sohldruckwiderstandes R,d [kn/m²] bei s = 1,0 cm 198,0 165,0 152,0 Bei den Bemessungswerten des Sohldruckwiderstandes R,d ist zu beachten, dass in diesen Werten gegenüber dem aufnehmbaren Sohldruck die Teilsicherheitsbeiwerte für die ständigen Einwirkungen (γ G = 1,35) und veränderlichen Einwirkungen (γ Q = 1,50) nicht berücksichtigt sind. Um aus dem Bemessungswert des Sohldruckwiderstandes R,d den aufnehmbaren Sohldruck zul zu ermitteln, muss dieser durch die Teilsicherheitsbeiwerte für die Einwirkungen γ (G, Q) gemäß folgender Gleichung dividiert werden: zul = R,d / γ (G, Q) mit γ (G, Q) = V * γ Q + (1-V) * γ G (V = Verhältnis Veränderliche (Q) / Gesamtlasten (G+Q)) Bei einem angenommenen Verhältnis V = 0,5 ergibt sich somit: γ (G, Q) = 0,5 * 1,5 + (1-0,5) * 1,35 = 1,425 zul = R,d / 1,425 D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 21 von 34

22 Mit den angegebenen Berechnungsannahmen wurden die Nachweise gegen Grundbruch für den vorgesehenen Fundamenttyp durchgeführt. Diese Nachweise konnten durchgehend erfüllt werden. Die Zwischenwerte bzw. die Setzungen in Abhängigkeit von den Bodenpressungen und Fundamentbreiten können den entsprechenden Diagrammen der Anlage 7 entnommen werden. Entsprechend den angetroffenen Bodenverhältnissen, ist eine Umsetzung der Baumaßnahme in konventioneller Bauweise mittels Flachgründung aus geotechnischer Sicht möglich. Im Bereich der B1 ist dies jedoch nur mit einem ausreichend dimensionierten Bodenaustausch, bzw. Kieskoffer zu realisieren. Inwieweit diese Art der Gründung wirtschaftlich verträglich ist, ist seitens der Planung zu prüfen. Sofern die geplante Gründungskote geändert wird und außerhalb der o.g. Baugrundverhältnisse zum Liegen kommt, ist die Gründungsempfehlung mit dem Gutachter nochmals abzustimmen. 3.2 Tiefgründung Alternativ wäre eine Sicherung der Böschung mittels einer Spundwand hinter der bestehenden Stützwand denkbar. 3.3 Axiale Tragfähigkeit von Spundwänden Wenn Spundwände zur Sicherung der Böschung verwendet werden sollen, sind diese für die vertikalen und horizontalen Lasten zu dimensionieren. Ein einheitliches Berechnungsverfahren für die vertikale Tragfähigkeit von Spundwänden gibt es nicht. Eine Vordimensionierung für vertikale Lasten auf Basis von Erfahrungswerten kann, wie unten beschrieben, nach EAB /U 10/ durchgeführt werden. Grundsätzlich liefert eine Probebelastung nach DIN EN bzw. DIN 1054 sicherere Ergebnisse als eine Dimensionierung auf der Basis von Erfahrungswerten und wird daher von uns empfohlen. Die Lastabtragung einer Spundwand erfolgt über Spitzendruck und Mantelreibung. Als tragfähiger Boden gelten dabei nach EAB /U 10/ bzw. EA-Pfähle /U 9/ nichtbindige Böden mit einem Spitzenwiderstand der Drucksonde von q c 7,5 MN/m² und bindige Böden mit einer Scherfestigkeit des undränierten Boden von c u,k 0,1 MN/m 2. Als ausreichend tragfähig können die mind. halbfesten Tone (Schichten 2.2.3, 2.3.2, 5.1) und die schwach schluffige /tonige bis schluffige /tonige Sande (Schichten 3.1.2, 3.2.1, 3.3.2, 3.2.2, 3.3.1) in mitteldichter bis dichter Lagerung eingeschätzt werden. Des Weiteren können ebenfalls die weitgestuften mitteldicht D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 22 von 34

23 gelagerten Kiese (Schicht 4.2.1) und schwach schluffig /tonigen Kiese in dichter Lagerung (Schicht 4.1.1) als ausreichend tragfähig angesehen werden. Ausgehend von den Baugrundverhältnissen sind die Spundwände nach dem Bohrprofil von B1 mindestens in die ab ca. 5,7 m u. AP/ 10,2 m u. SO anstehende Schicht abzutragen. Weiterhin ist die Abtragung von zusätzlichen Lasten neben der Eigenlast der Baugrubenkonstruktion und der Vertikalkomponente des Erddrucks nach EAB /U 10/ bei Spundwänden nur ab einer Mindesteinbindetiefe von t g 3,0 m zulässig. Anderenfalls sind genauere Nachweise erforderlich. Die vertikale Tragfähigkeit von Spundwandkonstruktionen ergibt sich nach EAB /U 10/ wie folgt: R k = A b q b,k + A s q s,k A b q b,k A s vorhandene Aufstandsfläche (Stahlquerschnittsfläche) charakteristischer Spitzendruck tatsächlich vorhandene Mantelfläche unterhalb der Baugrubensohle (nur Baugruben- charakteristische Mantelreibung seite) q s,k Die Ermittlung des charakteristischen Fußwiderstandes ergibt sich gemäß EAB /U 10/ aus der vorhandenen Stahlquerschnittsfläche A b und dem Spitzendruck q b,k : R k = A b q b,k Abb. 3: Ermittlung des charakteristischen Fußwiderstandes gemäß EAB /U 10/. Der charakteristische Mantelwiderstand ermittelt sich aus der vorhandenen Mantelfläche A s unterhalb der Baugrubensohle. Die Mantelreibung q s,k ist nur auf der Baugrubenseite anzusetzen. Auf der gegenüberliegenden Seite (aktive Seite) sollte sie bis zum theoretischen Fußpunkt der Spundwand nicht angesetzt werden, da sich die Spundwand durch die Horizontalkräfte vom Boden wegbewegt. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 23 von 34

24 R k = A s q s,k Abb. 4: Ermittlung des charakteristischen Mantelstandes gemäß EAB /U 10/. Für den charakteristischen Spitzendruck q b,k und die charakteristische Mantelreibung q s,k können für den vorliegenden Baugrund entsprechend Anhang A10 der EAB /U 10/ folgende Werte angenommen werden: Tabelle 11: Erfahrungswerte für charakteristischen Spitzendruck q b,k und charakteristische Mantelreibung q s,k von Spundwänden in nichtbindigen Böden nach EAB /U 10/ und EAU /U 11/. Mittlerer Spitzenwiderstand q c der Spitzendruck q b,k im Bruchzu- Mantelreibung q s,k im Bruchzustand in Schichtnr. Drucksonde in stand in [MN/m²] [kn/m²] [MN/m²] 7,5 7, , 3.2.1, 3.3.2, , 3.3.1, Zwischenwerte dürfen geradlinig interpoliert werden. Für bindige Böden sind in der EAB /U 10/ keine Werte ausgewiesen. Nach Auskunft des Obmanns des Arbeitskreises Baugruben, Herr Prof. Hettler, soll bei diesen Böden nach der EA- Pfähle /U 9/ vorgegangen werden. In der Veröffentlichung zum Vergleich verschiedener Methoden zur Ermittlung der Tragfähigkeit von Spundwänden /U 18/ wird ein an die EA-Pfähle angelehntes Verfahren verwendet. Der Spitzendruck wird auch hier nur auf die reine Stahlfläche angewendet. Die Modellfaktoren η b (Spitzendruck) und η S (Mantelreibung) wurden so bestimmt, dass die Abweichung zwischen den errechneten Pfahltragfähigkeiten und den Ergebnissen dynamischer Pfahlprobebelastungen minimal wurde. Es ergaben sich die Modellfaktoren η b = 1,3 für den Spitzendruck und η S = 0,45 für die Mantelreibung. Die originalen Werte q b,k und q s,k der EA-Pfähle /U 9/ (η b =η S =1,0) und die mit den Modellfaktoren modifizierten Tragfähigkeitswerte für Spundwände sind in Tabelle 12 für die angetroffenen Böden zusammengestellt. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 24 von 34

25 Tabelle 12: Erfahrungswerte für charakteristischen Spitzendruck q b,k und charakteristische Mantelreibung q s,k von Spundwänden in bindigen Böden nach EA-Pfähle /U 9/ und Becker/Kempfert /U 19/. Spitzendruck q b,k im Mantelreibung q s,k im Bodengruppe n. Schicht Bruchzustand [kn/m²] Bruchzustand [kn/m²] DIN η b =1,0 η b =1,3 η s =1,0 η s =0,45 Auffüllung [UM] [UM] TL TL Tone/ Schluffe TL TM TM TA Tst Zwischenwerte dürfen geradlinig interpoliert werden. Das Mittragen von Bodenschichten bezogen auf die Mantelreibung mit q c < 7,5 MN/m² bzw. c u,k < 60 kn/m² darf nur berücksichtigt werden, wenn dies durch den Sachverständigen für Geotechnik unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Mobilisierungsverformungen der Bodenschichten bestätigt wird. Die Anwendung der oben angegebenen Erfahrungswerte setzt voraus, dass eine gewisse Vertikalverschiebung der Spundwand zugelassen werden kann. Anderenfalls sind die Werte abzumindern. Ferner wird ein Einrammen der Spundbohlen vorausgesetzt. Werden die Spundbohlen eingerüttelt, sind die Erfahrungswerte für Mantelreibung und Spitzendrucke auf 75 % abzumindern. Die Abminderung entfällt, wenn die Bohlen auf den letzten 8*D eq in den tragfähigen Boden gerammt werden. Um die auftretenden Erschütterungseinwirkungen in den Baugrund sowie die Lärmbelästigung zu reduzieren, wäre die Möglichkeit des Vorbohrens gegeben. Dies ist im Bereich der habfesten Tone ohnehin zu erwarten. Dabei ist zu beachten, dass beim Einbringen von Spundbohlen bis D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 25 von 34

26 zur vollen Solltiefe mit Auflockerungsbohrungen oder Spüllanzen der Ansatz von Mantelreibung und Spitzendruck durch einen sachkundigen Geotechniker neu eingeschätzt werden muss. Für die Dimensionierung der Spundwandkonstruktionen sind die weitergehenden Forderungen, Empfehlungen und Hinweise der EAB /U 10/ und EA-Pfähle /U 9/ zu beachten. Zur Überprüfung der Tragfähigkeit empfehlen wir die Nutzung von Rammformeln beim Einrammen der Spundwände. Ab einer Tiefe von 8,0 m u. AP/ 12,5 m u. SO wurde innerhalb der B1, bei B2 ab einer Tiefe von 6,5 m u. AP / 11,8 m u. SO, Tonstein erkundet. Diese Schicht sollte für die Einbindung der Spundwände, bzw. zum ansetzten des Spitzendrucks herangezogen werden. Aufgrund der teilweise schwer bis nicht rammfähigen Bodenschichten (Schicht 3.2.2, und 5.1.1) sind bei geplanten Rammarbeiten ggf. Vorbohreinrichtungen, sowie zur Beseitigung von Rammhindernissen, vorzuhalten. 3.4 Horizontale Bettung von Spundwänden Spundwände werden nicht nur vertikal, sondern auch horizontal, also auf Biegung beansprucht. Zum Nachweis der Einbindetiefe, zur Ermittlung der Schnittgrößen und auch für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit darf nach EAB /U 10/ das Bettungsmodulverfahren angewendet werden. Die Festlegung der Bettungsmodule kann nach EAB, Abschnitt 4.5 (EB 102) /U 10/ erfolgen. Sie werden hier für einen Ausnutzungsgrad von µ a 1,0 für die Bemessungssituation BS-T (Bauzustand) angegeben. Danach darf der Bettungsmodul k Sh,k näherungsweise aus dem Steifemodul E Sh,k abgeleitet werden: k E Sh, k Sh, k, wobei t B die von der Bettung erfasste Einbindetiefe (statisch erforderliche Einbinde- t B länge) ist (siehe Abbildung 5 aus EAB /U 10/). D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 26 von 34

27 Abb. 5: Lastbild für elastische Bettung bei nichtbindigem Boden nach EAB /U 10/ Der Steifemodul E S,h ist für den zu erwartenden Spannungsbereich zu wählen. Ist nur der Steifemodul E S für Vertikalbeanspruchung bekannt, dann ist dieser näherungsweise mit einem Faktor von 0,5 f 1,0 auf Horizontalbeanspruchung umzurechnen. Anhaltswerte aus der EAB /U 10/ für nichtbindige Böden für die Bemessungssituation BS-T (transient situations - entspricht Lastfall 2 wie z.b. Bauzustand) sind in Tabelle 13 zusammengestellt. Für bindige Böden mit steifer bis halbfester Konsistenz dürfen Werte zwischen 3 und 9 MN/m³ angesetzt werden. Sie enthalten näherungsweise den Einfluss der Vorbelastung aus dem Gewicht des Bodenaushubs und gelten unter Wasser ohne Strömungseinfluss. Über Wasser dürfen die Werte verdoppelt werden. Tabelle 13: Bettungsmodul unter Wasser: Spanne der Erfahrungswerte für µ a 1,0 für die Bemessungs-situation BS-T nach EAB /U 10/ Bettungsmodul für nichtbindige Böden Lagerungsdichte locker mitteldicht dicht sehr dicht 1 4 MN/m³ 3 10 MN/m³ 8 15 MN/m³ MN/m³ Sowohl für die bindigen als auch für die nichtbindigen Böden liegen die angegebenen Bettungsmoduln in einem recht großen Streubereich. Um diesen Streubereich einzugrenzen, werden die Bettungsmoduln der einzelnen Schichten aus dem jeweiligen spannungsabhängigen Steifemodul abgeleitet. Dabei wird berücksichtigt, dass der stützende Bereich vor der Spundwand auf der Abgrabungsseite vorbelastet ist. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 27 von 34

28 Bei Spannungsumkehr von Entlastung zu Wiederbelastung, wie sie vor der Spundwand auftritt, stellen sich wesentlich größere Steifemoduln ein als bei der Erstbelastung. Es ist deshalb gerechtfertigt, im Spannungsbereich von = kn/m² den Steifemodul für =100 kn/m² anzusetzen. Weiterhin wird ab 10 m Tiefe die spannungsbedingte Zunahme des Steifemoduls berücksichtigt. Für die vorliegenden Baugrundverhältnisse ergeben sich die in Tabelle 14 zusammengestellten Bettungsmoduli. Mit diesen kann die Dimensionierung der Spundwände vorgenommen werden. Für größere Tiefen können höhere Bettungsmoduln angesetzt werden. Die Bettungsmoduln wurden gemäß der Beziehung k Sh, k E Sh, k t B für eine von der Bettung erfasste Einbindetiefe von beispielhaft t B = 5,0 m ermittelt, wobei der Steifemodul bei einer Spannung von 100 kn/m² verwendet wurde. Für andere Einbindetiefen ist der Bettungsmodul entsprechend umzurechnen. Der horizontale Steifemodul E Sh wurde gegenüber dem vertikalen Steifemodul E S auf ca. 77% 83 % abgemindert (Mittelwert der Spannung zwischen 100% und 50% = 0,75 x ; wobei x = 0,5 für Sande, 0,75 für gemischtkörnige Böden, 1,0 für Tone/ Schluffe). Tabelle 14: Bettungsmoduli für t B =5,0 m Schicht Bodengruppe n. DIN Lagerungsdichte / Konsistenz horizontaler Steifemodul E Sh,k [MN/m²] Bettungsmodul k Sh,k [MN/m³] Auffüllungen [MU] locker [UL] weich [UM] breiig - weich [UM] weich steif [UM] Steif 2,25 0, [SU] locker 8,66 1, [GU] mitteldicht 24,17 4, [GU*] mitteldicht 16,12 3, [GW] mitteldicht 24,18 4, TL breiig 0,75 0, TL weich 2,25 0, TL steif 3,75 0,75 D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 28 von 34

29 Schicht Bodengruppe n. DIN Lagerungsdichte / Konsistenz horizontaler Steifemodul E Sh,k [MN/m²] Bettungsmodul k Sh,k [MN/m³] Anstehende Böden TM weich 2,25 0, TM steif 3,75 0, TA steif 6,0 1, SU locker 8,66 1, SU mitteldicht 17,32 3, SU* mitteldicht 12,99 2, SU* dicht 25,98 5, ST dicht 30,31 6, ST* mitteldicht 12,99 2, GU/GT dicht 48,35 9, GW mitteldicht 24,18 4, Tst halbfest 60,0 12,0 Im oberflächennahen Bereich, in dem der Erdwiderstand wegen der geringen Erdauflast zu 100% mobilisiert wird, sollte keine Bettung angesetzt werden (siehe Abbildung 5). Der passive Erdwiderstand aus Bodeneigenlast e pgh ergibt sich aus e pgh z K pgh. Für = = =0 gilt: K pgh tan² 45 (für φ =30 ergibt sich K phg =3,0) 2 ( : Geländeneigung, : Wandneigung, : Wandreibungswinkel, : Reibungswinkel Boden, z: Tiefe in m ab OK Gelände). Der Bereich ohne Ansatz der Bettung kann damit grob abgeschätzt werden. 3.5 Hinterfüllungen Im Fall eines Neubau der Stützwand km 38,807 müssen auch die Hinterfüllungen gemäß den Forderungen der Ril 836 bzw. dem Merkblatt über den Einfluss der Hinterfüllung auf Bauwerken der FGSV ausgebildet werden. So sind nach Ril 836 die Bauwerkshinterfüllungen so auszubilden, dass Setzungen am Übergang zwischen Kunstbauwerk und Erdbauwerk infolge: Konsolidierung des Untergrundes, Eigenverformung der Hinterfüllung und Verkehrsbelastung minimiert werden. D-BG01273-Geot.Bericht_STW_km38,807.docx Seite 29 von 34