PLANFESTSTELLUNGSVERFAHREN

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1 Beilage 19 Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes Wasserstraßen-Neubauamt Berlin PLANFESTSTELLUNGSVERFAHREN Ersatzneubau Staustufe Steinhavel OHW-km 64,300 BAUGRUNDGUTACHTEN Wasserstraßen-Neubauamt Berlin Berlin, den gez. Dietrich.. Rolf Dietrich - Leitender Technischer Regierungsdirektor -

2 Vorhabenträger: Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes vertreten durch: Wasserstraßen-Neubauamt Berlin Mehringdamm Berlin Auftragnehmer: ARGE hpl/schüßler PIan co Hypro Paulu & Lettner Ingenieurgesellschaft mbh Neue Grünstraße 26, Berlin Telefon: Telefax: Berlin, den

3 Neubau Staustufe Steinhavel Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen

4 Neubau Staustufe Steinhavel Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen Auftraggeber: Wasserstraßen-Neubauamt Berlin Auftrag vom: , Az.: Schl. Steinhavel 0/2 Auftrags-Nr.: A Aufgestellt von: Abteilung: Wasserbau im Küstenbereich Referat: Geotechnik Nord (K 1) Bearbeiter: Dipl.-Ing. (FH) Zelck Hamburg, 26. Februar 2010 Das Gutachten darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung und eine Veröffentlichung bedürfen der schriftlichen Genehmigung der BAW. Bundesanstalt für Wasserbau Wedeler Landstr Hamburg (0 40)

5 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Zusammenfassung Das Wasserstraßen-Neubauamt Berlin plant den Neubau der Staustufe Steinhavel an der Oberen Havel Wasserstraße (OHW) km 64,300. Im Einzelnen sollen die Schleuse, das Wehr, eine Bootsschleppe, eine Zugangsbrücke sowie die Ufersicherungen im oberen und unteren Vorhafen neu gebaut werden. Das Referat Geotechnik Nord (K 1) der Bundesanstalt für Wasserbau, Dienststelle Hamburg wurde mit der Erstellung eines Baugrundgutachtens und Gründungsempfehlungen für die geplante Baumaßnahme beauftragt. Zur Erkundung des Baugrunds wurden 24 Baugrundbohrungen (BP) und 25 Drucksondierungen (CPT) ausgeführt. Das Untersuchungsgebiet zeigt einen heterogenen Baugrundaufbau. Innerhalb der nichtbindigen Böden sind bindige Bodenschichten in unterschiedlichen Tiefen und Mächtigkeiten eingelagert, die jedoch keine horizontstabilen Schichtverläufe aufweisen. Es wurden folgende Böden angetroffen: Mutterboden und Auffüllungen Sande mit eingelagerten Kiesschichten in Wechsellagerung mit Geschiebemergel und Ton unterschiedlicher Mächtigkeit. Diese Bodenarten enthalten Steine und Blöcke. Auf Grundlage der Baugrundaufschlüsse und Laborversuche zur Klassifikation und zur Ermittlung von Scherparametern und Steifemoduln werden bodenmechanische Kennwerte empfohlen und die Böden entsprechend DIN 18196, DIN und DIN klassifiziert. Die Ergebnisse der Baugrunderkundung werden in geotechnischen Längs- und Querschnitten dargestellt, auf deren Grundlage die Bemessungsquerschnitte festzulegen sind. Die Schleusenkammer und die Baugruben der Häupter und des Wehres sollen in Spundwandbauweise errichtet werden. Dazu werden Hinweise zum Einbringen der Spundwände und der Rammbarkeit der Böden gegeben. Außerdem erfolgt eine Abschätzung der mittleren und maximalen Abrostungsraten für die Spundwände. Als Rückverankerung für die Spundwände sind Mikropfähle nach DIN EN und DIN 1054: und Verpressanker nach DIN 4125 geeignet. Für beide Verankerungssysteme werden charakteristische Pfahlmantelreibungswerte bzw. Grenzlasten in Abhängigkeit von den Verpresslängen angegeben. Außerdem enthält das Gutachten noch Hinweise zur Ausführung der Sohlsicherungen und der Erdbauarbeiten.

6 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Inhaltsverzeichnis Seite 1 Veranlassung und Aufgabenstellung Unterlagen Bauwerke Geplante Baumaßnahmen Methodik Baugrundaufschlüsse Benennung der Bodenschichten Bodenmechanische Laborversuche Bestimmung der Konsistenz Bewertung der Drucksondierergebnisse Baugrund Geologie Baugrundaufbau Baugrundbeschreibung Mutterboden und Auffüllungen Sande mit eingelagerten Kiesschichten Sande Eingelagerte Kiesschichten Geschiebemergel Ton und Beckenschluff Empfohlene Bodenkennwerte Grundwasser Grundwasserstände Beton- und Stahlaggressivität von Grundwasser und Boden Untersuchung auf Betonaggressivität Untersuchung auf Stahlaggressivität Hinweise und Empfehlungen Hinweise zur Bemessung Herstellung der Spundwände Vertikalbeanspruchung der Spundwände Dimensionierung von Ankerpfählen Korrosion an Spundwänden Untersuchung der Suffosions- und Erosionsanfälligkeit des Bodens Sohlsicherungen Durchführung von Erdarbeiten Schlussbemerkungen Seite 1

7 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar Literatur Normen und Merkblätter Bildverzeichnis Seite Bild 1: Lage Staustufe Steinhavel... 3 Bild 2: Schleusenkammer... 3 Bild 3: Mühlenwehr Bild 4: Freiarchenwehr... 4 Bild 5: Ausschnitt aus der Geologischen Karte Fürstenberg Bild 6: Kornband Sande Bild 7: Beispiel für Grobkies und Steine in den Sanden Bild 8: Kornband Kies Bild 9: Sonderproben des Geschiebemergels Bild 10: Kornband Geschiebemergel Bild 11: Plastizitätsdiagramm nach DIN für die Geschiebemergelproben Bild 12: Korrelation aus Wasseraufnahmevermögen und Plastizitätsgrenzen Bild 13: Erweitertes Scherdiagramm aus Triaxialversuchen am Geschiebemergel Bild 14: Kornband Ton und Körnungslinie Beckenschluff Bild 15: Erweitertes Scherdiagramm aus Triaxialversuchen am Ton Bild 16: Grundwassermessstellen auf der Schleuseninsel Tabellenverzeichnis Seite Tabelle 1: Wasserstände der Jahresreihe 1991 bis Tabelle 2: Bemessungswasserstände... 5 Tabelle 3: Zusammenhang Festigkeit, Anfangsscherfestigkeit und Konsistenz... 8 Tabelle 4: Bewertung der Sondierergebnisse für nichtbindige Böden... 9 Tabelle 5: Bodenkennwerte für nichtbindige Böden Tabelle 6: Bodenkennwerte für bindige Böden Tabelle 7: Rammbarkeit der Böden Tabelle 8: Charakteristische Fuß- und Mantelwiderstände für Spundwandprofile Tabelle 9: Bruchwerte der charakteristischen Pfahlmantelreibung für Mikropfähle Tabelle 10: Grenzlasten in Abhängigkeit der Verpresslängen für Verpressanker Tabelle 11: Bodenkennwerte für Wasserbausteine gem. TLW Tabelle 12: Bodenkennwerte für Auffüllungen der Bodengruppen SE, SW, GE und GW Seite 2

8 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Anlagenverzeichnis Anlage 1 Topographische Übersicht Anlage 2.1 Anlage 2.2 Lageplan mit Schnittführung Variantenuntersuchung neue Schleuse parallel zu altem Standort (Schleuseninsel) Lageplan mit Schnittführung Variantenuntersuchung neue Schleuse am alten Standort (doppelte Kammerbreite) Anlage 3.1 Anlage 3.2 Lage- und Höhenkoordinaten der Baugrundbohrungen Lage- und Höhenkoordinaten der Drucksondierungen Anlage 4.0 Anlage bis Anlage bis Anlage bis Legende Bohr- und Drucksondierergebnisse Drucksondierergebnisse Bohrergebnisse der Altbohrungen Anlage bis Geotechnische Längsschnitte L 1 bis L 7 Anlage bis Geotechnische Querschnitte Q 1 bis Q 5 Anlage 6.1 Anlage 6.2 Laborversuchsergebnisse der nichtbindigen Böden Laborversuchsergebnisse der bindigen Böden Anlage bis Körnungslinien der angetroffenen Bodenarten Anlage 8.1 Anlage 8.2 Anlage 8.3 Spannungs Steifemodul Diagramm Geschiebemergel Spannungs Steifemodul Diagramm Ton Spannungs Steifemodul Diagramm Beckenschluff Anlage 9.1 Grundwasserganglinien Januar 2000 bis Dezember 2001 Anlage 9.2 Grundwasserganglinien 2. Halbjahr 2009 Anlage 10 Ergebnisse der Grundwasseranalyse /U 1.12/ Seite 3

9 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar Veranlassung und Aufgabenstellung Das Wasserstraßen-Neubauamt (WNA) Berlin plant den Neubau der Staustufe Steinhavel in der Oberen Havel Wasserstraße (OHW) km 64,300. Bauwerksinspektionen und Standsicherheitsuntersuchungen aus dem Jahr 2005 ergaben starke Um- und Unterläufigkeiten der Schleuse. Materialuntersuchungen datieren die Bauzeit der Schleuse in die erste Hälfte des 19. Jahrhunderts, so dass die normative Nutzungsdauer von 80 Jahren weit überschritten ist. Im Einzelnen sollen die Schleuse, das Wehr, eine Bootsschleppe, eine Zugangsbrücke sowie der untere und obere Vorhafen neu gebaut werden. Mit dem Schreiben Az Schl. Steinhavel 0/2 vom wurde das Referat Geotechnik Nord (K 1) der Bundesanstalt für Wasserbau, Dienststelle Hamburg (BAW-DH) mit einem Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen für die geplante Baumaßnahme beauftragt. Aufgrund eines Eigentümerwechsels der Mühlengebäude und Einwendungen des BMVBS erfolgten in der Zwischenzeit amtsseitige Änderungen der Vorplanung, so dass noch weitere Standortvarianten für die Schleuse und das Wehr untersucht werden sollen. Das vorliegende Gutachten dient dafür als Grundlage. 2 Unterlagen Für die Bearbeitung des Gutachtens standen der BAW-DH folgende Unterlagen zur Verfügung: /U 1.01/ Schleuse Steinhavel, Lageplan, M 1 : 500, WSA Eberswalde, 1995 /U 1.02/ Schleuse Steinhavel, Längsschnitt, Grundriss Schleuse, M 1:50, WSA Eberswalde, 1977 /U 1.03/ Schleuse Steinhavel, Schnitte Schleuse, M 1:50, WSA Eberswalde, 1977 /U 1.04/ Schleuse Steinhavel, Gründung Unterhauptsohle, M 1:50, WSA Zehdenick, 1976 /U 1.05/ Wehr Steinhavel, Mühlenwehr, Grundriss und Schnitt, M 1:20, WSA Eberswalde, 1969 /U 1.06/ Wehr Steinhavel, Mühlenwehr, Ansicht Unterwasser, M 1:20, WSA Eberswalde, 1969 /U 1.07/ Wehr Steinhavel, Mühlenwehr, Mittelpfeiler, M 1:20, WSA Eberswalde, 1969 /U 1.08/ Wehr Steinhavel, Mühlenwehr, linke Wehrwange, M 1:20, WSA Eberswalde, 1969 /U 1.09/ Wehr Steinhavel, Mühlenwehr, rechte Wehrwange, M 1:20, WSA Eberswalde, 1969 /U 1.10/ Wehr Steinhavel, Freiarche, Ansicht, Schnitt und Grundriss, M 1:200, WSA Eberswalde, 1962 Seite 1

10 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 /U 1.11/ Voruntersuchung Neubau Staustufe Steinhavel, Bearbeitungsstand Mai 2006, WNA Berlin /U 1.12/ Geotechnischer Bericht für die Schleuse Steinhavel, Baugrundbüro Wenzel, April 1999 /U 1.13/ Geologische Karte Blatt 2844 Fürstenberg mit Erläuterungen, M 1 : 25000, Ausgabe 1906, Landesamt für Geowissenschaften und Rohstoffe Brandenburg /U 1.14/ Einmessung der Baugrundaufschlüsse in Lage (Gauß-Krüger-Koordinaten) und Höhe (DHHN92) durch die Fa. Ivers Brunnenbau GmbH, Osterrönfeld, Mai 2009 /U 1.15/ Querprofile der OHW, 2005 bis 2006 vom WNA Berlin eingemessen Vom Bohrunternehmer der Firma Ivers Brunnenbau GmbH, Osterrönfeld erhielt die BAW-DH von Januar bis April 2009: Bodenproben der Güteklasse 3 bis 5 (Bohrproben gem. DIN EN ISO ) - 48 Bodenproben der Güteklasse 1 bis 2 (Proben mit offenem Entnahmegerät gem. DIN EN ISO ) aus den Bohrungen BP 01 bis BP 24 und Kleinbohrungen KB 01 bis KB 04 (einschließlich Schichtenverzeichnissen und Ausbauprotokollen der Grundwassermessstellen) Von der Firma Geotechnik, Heiligenstadt und der Firma Wiertsema aus Tolbert (Niederlanden) als Subunternehmer erhielt die BAW-DH im April 2009: - 25 Drucksondierergebnisse (CPT) gem. DIN Am fand eine gemeinsame Ortsbesichtigung durch das WNA Berlin und die BAW-DH statt. Auf der Grundlage der vorgenannten Unterlagen und Untersuchungen sowie eigener Laborversuche werden die nachfolgenden Aussagen gemacht. 3 Bauwerke Die Staustufe Steinhavel befindet sich in der Nähe des Ortes Steinförde an der Obern Havel Wasserstraße (OHW) km 64,300. Dazu gehören eine Schleuse, die hauptsächlich durch Sportbootverkehr genutzt wird sowie das Mühlen- und das Freiarchenwehr. Die Lage der Bauwerke wird in der Topographischen Übersicht der Anlage 1 und im Bild 1 dargestellt. Seite 2

11 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Gebäude der Steinhavelmühle (Denkmal) Mühlenwehr Ruine Mehllager (Abriss) Schleuse Steinhavel OW Freiarchenwehr UW Schleusenwärterhaus Bild 1: Lage Staustufe Steinhavel Die Schleuse Steinhavel wurde 1840 erbaut, 1967 rekonstruiert und im Jahr 1976 wurde das Unterhaupt erneuert. Die nutzbare Kammerlänge der Schleuse beträgt 41,40 m, das Oberhaupt hat eine Länge von 9,30 m und das Unterhaupt von 7,50 m. Die Gesamtlänge beträgt damit 58,20 m. Die kleinste Durchfahrtsbreite beträgt 5,35 m. Bestandsunterlagen aus der Bauzeit existieren nicht mehr, so dass insbesondere für die unterirdischen Bauteile keine genauen Angaben und Abmessungen vorliegen. Bild 2: Schleusenkammer Seite 3

12 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Die Häupter der Schleuse bestehen aus Stemmtoren mit Torschützen. Für den Revisionsfall können Dammbalken als Notverschlüsse gesetzt werden. Neben der Schleuse liegt ein kleines Betriebsgebäude. Die Bilder 3 und 4 zeigen das zur Staustufe Steinhavel gehörende Mühlenwehr und das Freiarchenwehr. Eine Hochwasserabführung ist nur noch über das Mühlenwehr möglich, da die Schleuse dafür keine ausreichende Standsicherheit mehr besitzt und das Freiarchenwehr keine ausreichende Größe hat. Bild 3: Mühlenwehr Bild 4: Freiarchenwehr Das Mühlenwehr ist in den maroden, einsturzgefährdeten Hochbauten der ehemaligen Steinhavelmühle eingebaut. Es wurde ca errichtet und im Jahr 1969 rekonstruiert. Das Mühlenwehr besitzt zwei Gleitschütze mit Tafelbreiten von 2,10 m und 1,50 m. Das Freiarchenwehr ist ein Schützenwehr mit einer 2,68 m breiten Gleitschütztafel. Es wurde ebenfalls 1830 gebaut, 1973 rekonstruiert und befindet sich derzeitig in einem baulich unbedenklichen Zustand. Zur Staustufe Steinhavel gehörte ehemals auch eine Bootsschleppe, die aber rückgebaut wurde. Im oberen Vorhafen bestehen die Uferbefestigungen aus Faschinen und Anbindepfählen. Auf der linken Seite befindet sich eine 190 m lange Sportbootwartestelle. Im unteren Vorhafen besteht die Uferbefestigung aus einem Pfahlverbau. Auch hier gibt es auf der linken Seite eine ca. 130 m lange Sportbootwartestelle. Für die Staustufe Steinhavel wurden vom WNA Berlin nachfolgende Wasserstände und Bemessungswasserstände angegeben: Seite 4

13 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Oberpegel Steinhavel Unterpegel Steinhavel Differenz m ü. NN m ü. NN m WiSt 54,86 NoSt 53,04 1,82 SoSt 54,76 NoSt 53,04 1,72 HHW 55,13 HHW 53,61 1,52 MHW 55,01 MHW 53,22 1,79 MW 54,90 MW 53,09 1,81 MNW 54,72 MNW 52,95 1,77 NNW 54,19 NNW 52,63 1,56 Tabelle 1: Wasserstände der Jahresreihe 1991 bis 2000 B Wo = HW 55,07 B Wo = HW 53,32 1,75 B Wu = NW 54,56 B Wu = NW 52,88 1,68 Tabelle 2: Bemessungswasserstände 4 Geplante Baumaßnahmen Die OHW wird nach den Ausbaugrundsätzen der WSD Ost als Wasserstraße der Klasse I ausgewiesen. Das Bemessungsschiff ist der Groß - Finow - Maßkahn. Vor dem Neubau der Staustufe Steinhavel sollen Variantenuntersuchungen zur optimalen Standortwahl durchgeführt werden. Dazu sollen zwei Schleusenstandorte untersucht werden. In der ersten Variante soll die Schleuse parallel zum vorhandenen Standort auf der Schleuseninsel errichtet werden. Die zweite Variante sieht einen Neubau am vorhandenen Standort aber mit doppelter Kammerbreite vor. In Abhängigkeit vom Standort der neuen Schleuse soll ein Fischpass im zugeschütteten Altarm des Mühlenwehres oder dem Standort der Freiarche bzw. ein Fisch Kanu Pass oder eine Bootsschleppe am Standort der alten Schleuse errichtet werden. Für das neu zu errichtende Wehr sind zwei Standorte im Abstand von ca. 40 m bzw. ca. 75 m unterhalb des bestehenden Mühlenwehres zu untersuchen. Gleichzeitig sollen auch für die Zuwegung zur Staustufe drei Varianten untersucht werden. Der Schleusenneubau ist mit einer Nutzlänge von 42,0 m und einer Nutzbreite von 5,40 m geplant. Die Gesamtlänge einschließlich der Häupter beträgt 60,0 m. Die Kammer soll flach gegründet und in Spundwandbauweise ausgeführt werden. Für die Ausführung der Kammersohle sind ebenfalls zwei Varianten zu untersuchen. Dieses sind eine rückverankerte Unterwasserbetonsohle und eine durchlässige Sohle im Zuge einer Grundwasserhaltung. Die Schleusenhäupter sind als Stahlbeton-U-Rahmen geplant. Die Baugruben sollen als Spundwandkästen mit einer rückverankerten Unterwasserbetonsohle hergestellt werden. Seite 5

14 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Das neue Wehr soll eine Grundfläche von 12 m x 12 m erhalten und über zwei durch einen Mittelpfeiler getrennte Wehrfelder verfügen. Die Stauregulierung ist über zwei 4 m breite Fischbauchklappen geplant. Unterhalb des Wehres soll die Gewässersohle auf einer Länge von 10 m mit einem teilvergossenen Deckwerk aus Wasserbausteinen auf einem geotextilen Filter gesichert werden. Im oberen und unteren Vorhafen werden jeweils eine Wartestelle für Sportboote (Länge 190 m bzw. 150 m) und einer Wartestelle für die Berufsschifffahrt bestehend aus 10 Dalben errichtet. Die Linienführung des oberen Vorhafens bleibt erhalten. Im unteren Vorhafen ist eine Abgrabung zur Verbreiterung der Wasserstraße vorgesehen. Aufgrund notwendiger Sohlvertiefungen müssen die Uferwände durch Unterwasserspundwände gesichert werden. In den Lageplänen der Anlagen 2.1 und 2.2 sind die zu untersuchenden Variantenkombinationen für den Staustufenneubau dargestellt. 5 Methodik 5.1 Baugrundaufschlüsse Für das Untersuchungsgebiet liegt ein Baugrundgutachten aus dem Jahr 1999 vom Baugrundbüro Wenzel /U 1.12/ vor. Im Zuge dieser Voruntersuchungen wurden neun Baugrundbohrungen (B), fünf Sondierungen mit der schweren Rammsonde (DPH) und 6 Rammkernsondierungen (RKS) ausgeführt. Ergänzend zu diesen Baugrundaufschlüssen wurden von der BAW für die aktuellen Planungen 24 Baugrundbohrungen (BP 01 bis BP 24) und vier Kleinbohrungen (KB 01 bis KB 04) empfohlen. Neun Baugrundbohrungen (BP) wurden auf einem Ponton vom Wasser aus abgeteuft. Die Bohrungen wurden durch die Firma Ivers Brunnenbau GmbH als Trockenbohrung mit durchgehender Gewinnung gestörter Bodenproben der Güteklasse 3 bis 4 ausgeführt. Zusätzlich wurden aus bindigen und organischen Bodenschichten Bodenproben mit einem dünnwandigen offenen Entnahmegerät entnommen. Bei dieser Probenentnahme wurde eine Güteklasse 1 erreicht. Neben den Baugrundbohrungen wurden 25 Drucksondierungen (CPT) nach DIN zur Bestimmung der Festigkeit der anstehenden nichtbindigen Böden und zum Erkunden der Schichtgrenzen zu bindigen Böden ausgeführt. Zwei dieser Sondierungen erfolgten von einem Ponton aus auf dem Wasser. Beim Abteufen der Drucksondierungen kam es aufgrund von Hindernissen aus Steinen und Gerölllagen sowie dem Überschreiten der Gesamtdruckkraft oder der Gestängeneigung immer wieder zu Abbrüchen. Fast alle Sondierungen konnten deshalb nicht im ersten Anlauf auf die geforderte Endtiefe gebracht werden und mussten daher zum Teil mehrfach versetzt Seite 6

15 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 werden. Bei der Bewertung der Drucksondierergebnisse wurde je Ansatzpunkt nur die Drucksondierung mit der größten Endtiefe zugrunde gelegt. Die Lage der Bohr- und Sondieransatzpunkte ist den Lageplänen der Anlagen 2.1 und 2.2 zu entnehmen. Das WNA Berlin hat aus Gründen der Genauigkeit in diesen Lageplänen ein lokales Koordinatensystem eingeführt. In den Tabellen der Anlage 3.1 und 3.2 werden für alle Baugrundaufschlüsse die Höhen der Ansatzpunkte, die erreichten Endtiefen und die Lagekoordinaten dokumentiert. Neben den lokalen Lagekoordinaten werden hier zusätzlich die Gauß Krüger Koordinaten für alle Baugrundaufschlüsse angegeben. 5.2 Benennung der Bodenschichten Böden werden nach DIN EN ISO : und DIN EN ISO : benannt, beschrieben und klassifiziert. Das bedeutet, nichtbindige Böden werden nach der kornanalytischen Zusammensetzung benannt und bindige Böden nach den prägenden plastischen Eigenschaften. Auf die sonst im norddeutschen Raum auch bei bindigen Böden übliche Benennung nach der kornanalytischen Zusammensetzung wird aus Gründen der DIN - Konformität verzichtet. Dieser Zusammenhang kann den Kornverteilungen und der Baugrundbeschreibung entnommen werden. Abweichend von der DIN EN ISO : werden bei der zeichnerischen Darstellung der Bohrsäulen die Signaturen der aktuellen DIN 4023 und die Kurzzeichen der DIN verwendet, d.h. für die Korngrößen werden statt der in DIN EN ISO : empfohlenen Symbole (Gr, Sa, Si, Cl) die Symbole der DIN : (G, S, U, T) verwendet. Zusätzlich wird nach DIN 4023 in den Bohrprofilen neben der geologischen Bezeichnung in Klammern die Benennung nach DIN EN ISO : aufgeführt. 5.3 Bodenmechanische Laborversuche Zur Ermittlung von Bodenkennwerten wurden an repräsentativen nichtbindigen und bindigen Bodenproben die Kornzusammensetzungen durch Sieb- bzw. Schlämmanalysen bestimmt. An allen Bodenproben der Güteklasse 1 und 2 nach DIN EN ISO : (Sonderproben) wurden die Wassergehalte und die Anfangsscherfestigkeiten mit dem Taschenpenetrometer bestimmt. Des Weiteren wurden an ausgewählten Bodenproben Fließ- und Ausrollgrenzen, Wasseraufnahmevermögen, Kalkgehalte und Glühverluste ermittelt. An repräsentativen Sonderproben des Geschiebemergels, Tons und Beckenschluffes wurde die Scherfestigkeit des dränierten Bodens (Endscherfestigkeit) durch dreiaxiale Scherversuche (CD- und CU- Versuch nach DIN : ) ermittelt. Zur Bestimmung des Stei- Seite 7

16 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 femoduls wurden an ausgewählten Sonderproben des Geschiebemergels und Tons Kompressionsversuche durchgeführt. Eine Zusammenstellung aller Laborversuchsergebnisse enthalten die Tabellen der Anlage Bestimmung der Konsistenz Die Konsistenzbeurteilung der bindigen Böden erfolgte nach den Ergebnissen der manuellen Prüfmethoden entsprechend DIN EN ISO : , Abschnitt 5.14 bei der Benennung der Sonderproben. Daneben wird die Konsistenzzahl I c nach DIN : und : bestimmt, wobei der Boden im Versuch gestört wird. Beide Prüfmethoden führen zu einer verbalen der Beschreibung der Zustandsform unter Verwendung der Begriffe, breiig, weich, steif, halbfest und fest. Da die Ermittlung der Konsistenzzahl nach DIN bzw. DIN an gestörtem Boden und die Bestimmung nach EN ISO : dagegen an ungestörtem Boden erfolgt, ist es durchaus möglich (besonders bei sensitiven Böden), dass sich aus beiden Verfahren an einer Bodenprobe unterschiedliche Bewertungen ergeben (z.b. Zustandsform nach EN ISO : "steif", während sich bei der Bestimmung der Konsistenzzahl nach DIN bzw. DIN die Zustandsform "weich" ergibt). Daher besteht bei der Beurteilung nach DIN bzw. DIN die Gefahr, dass die Konsistenz des Bodens in-situ unterschätzt wird, was zu Fehleinschätzungen beim Lösen des Materials führen kann. Die Konsistenz wird außerdem mittels der Anfangsscherfestigkeit (undrainierte Scherfestigkeit) c u beurteilt, die mit einem Taschenpenetrometer (vergleiche EN ISO DIN : , Tabelle 5) an allen Sonderproben ermittelt wurde. Der Zusammenhang zwischen der Anfangsscherfestigkeit und der Konsistenz ist der Tabelle 3 zu entnehmen. Benennung der Festigkeit nach DIN EN ISO , Tabelle 5 Anfangsscherfestigkeit c u in kn/m² Benennung der Konsistenz äußerst gering < 10 sehr gering breiig gering weich mittel hoch steif sehr hoch halbfest äußerst hoch > 600 fest Tabelle 3: Zusammenhang Festigkeit, Anfangsscherfestigkeit und Konsistenz Seite 8

17 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Um Fehleinschätzungen vorzubeugen, wird in der nachstehenden Baugrundbeschreibung die Konsistenz des ungestörten bindigen Bodens nach den Ergebnissen der manuellen Prüfmethoden nach EN ISO : und auf Grundlage der Anfangsscherfestigkeit (undränierten Scherfestigkeit) c u beurteilt. 5.5 Bewertung der Drucksondierergebnisse Zur Festigkeitsbestimmung der anstehenden nichtbindigen Böden wurden Drucksondierungen (CPT) nach DIN durchgeführt. Der Sondierspitzenwiderstand q c der Drucksondierung ist ein Maß für die Festigkeit des Bodens. Mit Festigkeit wird hier summarisch die Eigenschaft eines nichtbindigen Bodens bezeichnet, die durch seine Lagerungsdichte, Korngröße und Kornrauhigkeit gekennzeichnet ist und sich in der Größe des Steifemoduls E s sowie des Reibungswinkels ϕ äußert. Dabei wird in Anlehnung an die DIN , Anhang D, (Drucksondierung) von dem in Tabelle 4 angegebenen Zusammenhang zwischen dem Sondierergebnis, der Größe des charakteristischen Reibungswinkels ϕ, des Steifemoduls E s und der Benennung der Festigkeit ausgegangen. Diese deterministischen Festlegungen liegen auf der sicheren Seite und verzichten auf eine Unterscheidung über und unter dem Grundwasser. Spitzenwiderstand der CPT q c in MN/m² Charakteristischer Reibungswinkel ϕ in Steifemodul E s [MN/m²] Benennung der Festigkeit < 2 < 30,0 < 15 sehr gering ,0 35, gering ,0 37, mittel ,5 40, groß > 20 > 40,0 > 100 sehr groß Tabelle 4: Bewertung der Sondierergebnisse für nichtbindige Böden Die Steifemoduln E s für die nichtbindigen Böden werden ebenfalls aus den Ergebnissen der Drucksondierungen und auf Grundlage der in der EAU (2004), Tabelle E 9-1 angegebenen Beziehung ermittelt. 6 Baugrund 6.1 Geologie Die Geologie des Untersuchungsgebietes entstand hauptsächlich im Pleistozän und wird durch Endmoränenbildungen des Pommerschen Stadiums der Weichselkaltzeit geprägt. Dies zeigt sich durch eine hügelige, von Senken durchzogene und von Geschiebeschüttungen gezeichnete Hochfläche. An den Eisrandlagen entstanden durch die Schmelzwasser- Seite 9

18 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 massen weitflächigen Sandablagerungen. Es bildeten sich Seen und Rinnen, an deren Ufern sich oft Steilhänge ausbildeten. Das Bild 5 zeigt das Untersuchungsgebiet in einem Ausschnitt aus der geologischen Karte Fürstenberg /U 1.13/. Holozän Pleistozän Bild 5: Ausschnitt aus der Geologischen Karte Fürstenberg Zu den maßgebenden pleistozänen Ablagerungen gehört der Geschiebemergel. Er besteht aus sandig, tonigen, kalkhaltigen Gemischen, in die Geschiebe verschiedenster Größen eingelagert sind. Einige Vorkommen zeichnen sich durch einen besonders geringen Anteil an Ton aus und werden als sandiger Geschiebemergel ausgewiesen. Am weitesten verbreitet sind jedoch Sande, die eine geschlossene Decke über dem Geschiebemergel bilden. Die Sande haben unterschiedlichste Kornzusammensetzungen, die von feinem, fast gleichkörnigen bis zu stark kiesigen Sand reichen und wechselnden Geschiebeeinlagerungen haben können. Daneben sind auch Kiese anzutreffen, die sich durch die Korngröße und den Kalkgehalt unterscheiden, aber fast immer sandige Beimengungen enthalten. Weiterhin wird im Untersuchungsgebiet ein Tonmergel angetroffen, der überwiegend aus kalkhaltigem Ton mit feinsandigen Bestandteilen besteht, angetroffen. Durch Verwitterung kann der Kalkgehalt auch verloren gegangen sein. In der Nähe von Talrändern wird auch Mergelsand (Schluffsand) angetroffen. Dies ist ein kalkhaltiger, feiner Sand mit tonigen Beimengungen, ohne gröbere kiesige Beimengungen. 6.2 Baugrundaufbau Die in den Anlagen 4 dargestellten Bohr- und Sondierergebnisse der Staustufe Steinhavel werden in den geotechnischen Längs- und Querschnitten der Anlagen bis in Seite 10

19 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Homogenbereiche zusammengefasst und höhengerecht dargestellt. Die Schichtgrenzen zwischen den Untersuchungspunkten wurden geradlinig verbunden, so dass die tatsächlichen Schichtgrenzen lokal davon abweichen können. Das Untersuchungsgebiet zeigt einen heterogenen Baugrundaufbau. Innerhalb der nichtbindigen Böden sind bindige Bodenschichten in unterschiedlichen Tiefen und Mächtigkeiten eingelagert, die jedoch keine horizontstabilen Schichtverläufe aufweisen. Es wurden folgende Böden angetroffen: Mutterboden und Auffüllungen Sande mit eingelagerten Kiesschichten in Wechsellagerung mit Geschiebemergel und Ton unterschiedlicher Mächtigkeit. Diese Bodenarten enthalten Steine und Blöcke. 6.3 Baugrundbeschreibung Mutterboden und Auffüllungen In den meisten Landbohrungen wurde oberflächennah Mutterboden und Auffüllungen mit vorwiegend nichtbindigen Charakter in Schichtmächtigkeiten von 0,10 m bis 1,3 m erkundet. Der Mutterboden und die Auffüllungen bestehen aus schluffigen zum Teil humosen Fein- bis Mittelsanden und enthalten Wurzel- und Pflanzenreste. Teilweise sind auch Kiesanteile enthalten. In den Auffüllungen sind zusätzlich Ziegel- und Schuttreste sowie andere anthropogene Bestandteile eingelagert Sande mit eingelagerten Kiesschichten Sande Die Sande stehen unterhalb des Mutterbodens und der Auffüllungen bzw. ab Geländeoberkante an und bilden den Basishorizont. Sie sind kornanalytisch sehr unterschiedlich zusammengesetzt. Die Körnungslinien reichen vom Feinsand bis zum stark kiesigen, grobsandigen Mittelsand. Charakteristisch sind kiesige Nebenanteile mit variierenden Volumenprozenten und Korngrößen sowie das Vorhandensein von Steinen und Blöcken. Die Sande sind mit einer mittleren Ungleichförmigkeitszahl von C U,mittel = 3,9 (C U,min =1,6; C U,max = 8,5, Probenanzahl 38) gleichförmig, haben aber zum Teil eine weitgestufte Kornverteilung (mittlere Krümmungszahl C C,mittel = 1,0). Weiterhin charakteristisch ist der Kalkgehalt. An 20 Proben wurde ein mittlerer Kalkgehalt von V ca,mittel = 3,9% ermittelt (V ca,min = 2,2%, V ca,max = 6,9%). Seite 11

20 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Nach der DIN können die Sande überwiegend der Bodengruppe SE zugeordnet werden. Untergeordnet wurden auch Sande der Bodengruppe SU/ST und SW angetroffen. Das Bild 6 zeigt ein Kornband der Sandböden. In den Anlagen bis sind die Einzelkornverteilungen dargestellt. Bild 6: Kornband Sande Die Durchlässigkeitsbeiwerte nach HAZEN wurden korrelativ an den Kornverteilungen ermittelt. Der mittlere Durchlässigkeitsbeiwert der Sande beträgt k f,mittel = 3, m/s (k f,min = 1, m/s; k f,max = 9, m/s, bestimmt an 38 Proben). Nach den Drucksondierungen haben die Sande sehr unterschiedliche Festigkeiten, die von sehr gering bis groß reichen. Die Zuordnung der Festigkeiten ist den geotechnischen Längsund Querschnitten der Anlagen bis zu entnehmen. Eine Vielzahl der Drucksondierungen musste aufgrund vorhandener Steinhindernisse wiederholt abgebrochen und versetzt werden. Die geplanten Endtiefen wurden trotz mehrmaligen Versetzens nicht überall erreicht. Das Bild 7 zeigt beispielhaft den in den Becherproben der Bohrung BP 4 enthaltenen Grobkies und die Steine (Becher 1 bis 4, Becher 13 bis 16 und Becher 19 bis 21). Die Steine können nach den Baugrundaufschlüssen sowohl einzeln als auch in Lagen und Nestern auftreten. Der Anteil an Steinen im Sand ist nach den Schwierigkeiten beim Abteufen der Baugrundaufschlüsse als vergleichsweise hoch zu beurteilen. Gleiches gilt für Blöcke mit einem Korndurchmesser > 200 mm. Seite 12

21 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Bild 7: Beispiel für Grobkies und Steine in den Sanden Eingelagerte Kiesschichten Die innerhalb des Sandhorizontes angetroffenen Kiese bilden keine durchgehende Bodenschicht, sondern wurden in verschiedenen Tiefen, meist ober- oder unterhalb des Geschiebemergels erbohrt. Kornanalytisch handelt es sich zumeist um eine Mischung aus Kies und Sand. Ein Kornband zeigt das nachfolgende Bild 8. Die Einzelkornverteilungen werden in den Anlagen und dargestellt. Die Kiese haben einen mittleren Ungleichförmigkeitsgrad von C U,mittel = 17,3 (C U,min =8,7; C U,max = 47,8, Probenanzahl 12) und sind damit sehr ungleichförmig. Mit einer mittleren Krümmungszahl von C C,mittel = 0,6 (C C,min =0,2; C C,max = 1,7, Probenanzahl 12) ist die Korngrößenverteilung als weitgestuft zu bewerten. Ähnlich wie die Sande haben auch die Kiese mit einem mittleren V ca,mittel = 5,5% (V ca,min = 2,1%, V ca,max = 9,0%; 7 Proben) einen hohen Kalkgehalt. Nach der DIN sind die Kiese in die Bodengruppe GW einzuordnen. Nur eine Probe wurde ist der Bodengruppe GU/GT zuzuordnen. Seite 13

22 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Bild 8: Kornband Kies Korrelativ wurden die Durchlässigkeitsbeiwerte nach HAZEN aus den Kornverteilungen ermittelt. Die mittlere Durchlässigkeit beträgt k f,mittel = 1, m/s (k f,min = 1, m/s; k f,max = 4, m/s, bestimmt an 12 Proben). Eine Differenzierung der Festigkeiten der Kiese mit den Drucksondierungen war nicht möglich, da diese aufgrund zu großer Spitzendrücke oder Gesamtdruckkraft meist vorher abgebrochen wurden. Auch innerhalb der Kiesschichten sind, wie bereits im vorhergehenden Abschnitt beschrieben, Steine und Blöcke in Lagen und Nestern anzutreffen Geschiebemergel Innerhalb des Sandhorizontes wurde in verschiedenen Höhenlagen Geschiebemergel erkundet. Dieser tritt entweder örtlich in vergleichsweise geringen Schichtmächtigkeiten von wenigen Dezimetern auf (BP 2, BP 3) oder auch als großmächtige kompakte bindige Schicht (z.b. B 14). Die Schichtmächtigkeiten variieren von 0,3 m bis 12 m. Nach der Bodenansprache entsprechend DIN EN ISO und -2 werden die bindigen Böden nach den prägenden plastischen Eigenschaften beurteilt. Danach handelt es sich um einen sandigen bzw. überwiegend stark sandigen Ton, der teilweise schwach kiesig ist. Nach der im norddeutschen Raum üblichen kornanalytischen Beschreibung besteht der Geschiebemergel aus schluffigen, schwach tonigen Sanden, die teilweise auch schwach kiesig sind. Der Geschiebemergel hat, wenn er in den oberen Sandbereichen angetroffen wird, eine braune Farbe, in größeren Tiefen meist aber eine graue bis dunkelgraue Farbe. Seite 14

23 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Die Sonderproben zeigten oft eine Bänderung mit eingelagertem Feinsand (siehe Bild 9). Diese Einlagerungen sind allgemein typisch für einen Geschiebemergel und können ebenso als Sandstreifen, -linsen sowie auch Kiesnester bis hin zu Steinen und Blöcken auftreten. Bild 9: Sonderproben des Geschiebemergels Der Geschiebemergel ist ebenso wie die Sande kalkhaltig. Dies zeigte sich bei den Sonderproben direkt durch kleine Kalkeinlagerungen. Der mittlere Kalkgehalt beträgt V ca,mittel = 10,5% (V ca,min = 1,4%, V ca,max = 20,5%; 14 Proben). In den Anlage bis sind die Einzelkornverteilungen der Geschiebemergelproben dargestellt. Das Bild 10 zeigt ein Kornband aller untersuchten Proben. Der Geschiebemergel ist nach der DIN als TL, TM, SU/ST bzw. SU*/ST* einzugruppieren. Seite 15

24 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Bild 10: Kornband Geschiebemergel Entsprechend der Bodenansprache nach der DIN EN ISO hat der Geschiebemergel eine äußerst hohe Festigkeit. Knetversuche zur Bestimmung der Plastizität waren nicht durchführbar. Mit dem Taschenpenetrometer wurden undränierte Scherfestigkeiten zwischen c u = 106 kn/m² und 824 kn/m² ermittelt. Im Mittel beträgt die undränierte Scherfestigkeit c u = 456 kn/m² (37 Proben). Damit hat der Geschiebemergel nach Beurteilung mit der Anfangsscherfestigkeit eine vorwiegend halbfeste Konsistenz. Örtlich ist die Konsistenz auch fest (vergleiche Tab. 3, Abschnitt 5.4). Der mittlere natürliche Wassergehalt des Geschiebemergels liegt bei w n,mittel = 11,9% (w n,min = 8,5%; und w n,max = 19,9%; 39 Proben). Der Wassergehalt an der Fließgrenze liegt im Mittel bei w l = 29,9 % (w l,min =19,4%; w l,max = 39,9%; 7 Proben) und der an der Ausrollgrenze im Mittel bei w p = 13,9% (w p,min = 11,1%; w p,max = 20,8%; 7 Proben). Damit schwankt die Plastizität von vorwiegend leicht bis örtlich mittel (siehe Bild 11). Die Plastizitätszahl liegt durchschnittlich bei I p = 16% (I p,min = 7,9%; I p,max =23,1%, 7 Proben). Es wurden Konsistenzzahlen I c zwischen 0,78 und 1,26 ermittelt, im Mittel bei 1,0. Diese Konsistenzzahlen bestätigen die überwiegend halbfeste bis feste Konsistenz des Geschiebemergels. Seite 16

25 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar Plastizitätszahl Ip in % Zwischenbereich 1) Sand-Schluff- Gemische SU Sand-Ton - Gemische ST leicht plastische Tone TL leicht plastische Schluffe UL mittelplastische Tone TM Fließgrenze wl in % ausgeprägt plastische Tone TA Tone mit organischen Beimengungen, organogene Tone OT und ausgeprägt plastische Schluffe UA Schluffe mit organischen Beimengungen, organogene Schluffe OU und mittelplastische Schluffe UM Bild 11: Plastizitätsdiagramm nach DIN für die Geschiebemergelproben Das Wasseraufnahmevermögen beträgt im Mittel w A = 41,1% (w A,min = 31,3%; w A,mix = 54,3%, 13 Proben). Über eine Korrelation zwischen dem Wasseraufnahmevermögen und den herkömmlich ermittelten Wassergehalten an der Fließ- und Ausrollgrenze können zusätzliche Plastizitätsgrenzen (w l und w p ) abgeschätzt werden. Im Bild 12 werden die Korrelationen dargestellt. 45 Konsistenzgrenzen wl und wp in % wl = 0,568wA + 5,900 R 2 = 0,4032 wp = 0,239wA + 3,833 R 2 = 0, Wasseraufnahmevermögen wa in % wl wp Linear (wl) Linear (wp) Bild 12: Korrelation aus Wasseraufnahmevermögen und Plastizitätsgrenzen Seite 17

26 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 An zwei Geschiebemergelproben ( , BP 02 und , BP 08) wurden Triaxialversuche zur Bestimmung der effektiven Scherparameter durchgeführt. Ein Versuch wurde als konsolidierter dränierter Versuch (CD-Versuch) und ein Versuch als konsolidierter, undränierter Versuch (CU-Versuch) mit Porenwasserdruckmessung ausgeführt. Eine Auswertung der 6 Teilversuche aus beiden Triaxialversuchen in einem erweiterten Scherdiagramm im Bild 13 ergab einen Reibungswinkel von ϕ = 29 und eine Kohäsion von c = 23 kn/m². (sigma1'-sigma3')/2 [kpa] R 2 = 0,9286 Teilversuche Mg Linear (Teilversuche Mg) (sigma1'+sigma3')/2 [kpa] Bild 13: Erweitertes Scherdiagramm aus Triaxialversuchen am Geschiebemergel An einer Probe wurden zur Bestimmung der Steifemoduln Oedometerversuche durchgeführt. Die Ergebnisse für die Erst- und Wiederbelastung werden in der Anlage 8.1 in Abhängigkeit von den Spannungen aufgetragen. Der Geschiebemergel ist überkonsolidiert, so dass die Steifemoduln der Wiederbelastung maßgebend sind. In der Bohrung BP 10 wurde Geschiebesand erbohrt. Der Boden ist entspricht nach seiner Kornverteilung einem Geschiebemergel, zeigt jedoch in der Ansprache keine kohäsiven Eigenschaften Ton und Beckenschluff Untergeordnet wurde in einigen Bohrungen (BP 5 und BP 16) innerhalb des Sandhorizontes auch Ton angetroffen. Die erbohrten Schichtmächtigkeiten reichen von 2,6 m bis 4,5 m. Nach der DIN EN ISO und -2 und der Beurteilung nach den plastischen Eigenschaften handelt es sich um schwach feinsandigen Ton. Nach der kornanalytischen Beschreibung besteht der Ton aus sandigem tonigem bis zu stark tonigen Schluff (27% Ton, 63% Schluff, 10% Sand). Der Ton ist dunkelgrau bis oliv gefärbt. Seite 18

27 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Der Ton ist ebenfalls kalkhaltig und zeigt auch Kalkeinlagerungen. Der mittlere Kalkgehalt beträgt V ca,mittel = 8,5% (V ca,min = 1,0%, V ca,max = 22,3%; bezogen auf 3 Proben). Der Glühverlust beträgt V gl,mittel = 4,6%. Entsprechend der Bodenansprache nach der DIN EN ISO hat der Ton eine äußerst hohe Festigkeit. Mit dem Taschenpenetrometer wurden undränierte Scherfestigkeiten zwischen c u = 129 kn/m² und 853 kn/m² ermittelt. Im Mittel beträgt die undränierte Scherfestigkeit c u = 365 kn/m² (bestimmt an 5 Proben). Damit hat der Ton nach der Beurteilung mit der Anfangsscherfestigkeit eine halbfeste Konsistenz. Der mittlere natürliche Wassergehalt des Tons liegt bei w n,mittel = 24,9% (w n,min = 12,1%; und w n,max = 33,1%; 5 Proben). Der Wassergehalt an der Fließgrenze liegt im Durchschnitt bei w l = 78,7 % und der an der Ausrollgrenze im Mittel bei w p = 32,4%. Danach ist der Ton als ausgeprägt plastisch zu bewerten. Die Plastizitätszahl liegt durchschnittlich bei I p = 46,3%. Es wurden Konsistenzzahlen I c von 1,13 ermittelt, was die halbfeste bis feste Konsistenz des Tons betätigt. Das Wasseraufnahmevermögen wurde an einer Probe zu w A = 57,6% bestimmt. Nur in der Bohrung BP 23 wurde Beckenschluff mit einer Schichtmächtigkeit von 3,1 m angetroffen. Dieser ist nach der DIN EN ISO und -2 ebenfalls als schwach sandiger Ton anzusprechen. Nach der im norddeutschen Raum üblichen kornanalytischen Beschreibung handelt es sich um einen schwach sandigen, schwach tonigen Schluff (13% Ton, 76% Schluff, 11% Sand) mit einer dunkelgrauen Farbe. Der Beckenschluff hat nach der DIN EN ISO eine sehr hohe Festigkeit. Mit dem Taschenpenetrometer wurde an zwei Proben eine mittlere Anfangsscherfestigkeit von c u,mittel = 158 kn/m² ermittelt (c u,min =86 kn/m², c u,max = 231 kn/m²). Danach hat der Beckenschluff eine vorwiegend steife und örtlich halbfeste Konsistenz. Der natürliche Wassergehalt des Beckenschluffes liegt bei w n,mittel = 22,8%. Der Wassergehalt an der Fließgrenze wurde bei w l = 33,0 % und der an der Ausrollgrenze bei w p = 17,5% bestimmt, wonach der Beckenschluff als leicht plastisch einzustufen ist. Die Plastizitätszahl liegt bei I p = 15,5%. Die Konsistenzzahl beträgt I c = 0,47. Das Wasseraufnahmevermögen wurde an einer Probe zu w A = 57,6% bestimmt. In der Anlage sind drei Einzelkornverteilungen vom Ton und eine vom Beckenschluff dargestellt. Das nachfolgende Bild 14 zeigt ein Kornband dieser Proben. Der Ton ist nach der DIN als TA und der Beckenschluff als TL einzugruppieren. Seite 19

28 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Bild 14: Kornband Ton und Körnungslinie Beckenschluff An zwei Tonproben ( , BP 05 und , BP 16) wurden Triaxialversuche zur Bestimmung der effektiven Scherparameter durchgeführt. Ein Versuch wurde als konsolidierter dränierter Versuch (CD-Versuch) und ein Versuch als konsolidierter, undränierter Versuch (CU-Versuch) mit Porenwasserdruckmessung ausgeführt. Eine Auswertung der 6 Teilversuche aus beiden Triaxialversuchen in einem erweiterten Scherdiagramm im Bild 15 ergab einen Reibungswinkel für die Gesamtscherfestigkeit von ϕ = 23 und eine Kohäsion von c = 20 kn/m² (sigma1'-sigma3')/2 [kpa] R 2 = 0,9206 Teilversuche Ton Linear (Teilversuche Ton) (sigma1'+sigma3')/2 [kpa] Bild 15: Erweitertes Scherdiagramm aus Triaxialversuchen am Ton Seite 20

29 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Ein weiterer Triaxialversuch wurde an einer Beckenschluffprobe ( , BP 23) durchgeführt. Der Versuch wurde als konsolidierter dränierter Versuch (CD-Versuch) ausgeführt. Die Auswertung des Triaxialversuches ergab einen Reibungswinkel von ϕ = 28 und eine Kohäsion von c = 12 kn/m². An jeweils einer Probe des Tons und Beckenschluffs wurden zur Bestimmung der Steifemoduln Oedometerversuche durchgeführt. Die Ergebnisse für die Erst- und Wiederbelastung werden in den Anlagen 8.2 und 8.3 in Abhängigkeit von den Spannungen aufgetragen. Sowohl der Ton als auch der Beckenschluff sind geologisch vorbelastet, so dass als Steifemodul die Wiederbelastung maßgebend ist. 6.4 Empfohlene Bodenkennwerte Unter Zugrundelegung der Ergebnisse der Baugrundbohrungen und Drucksondierungen sowie aufgrund von Erfahrungswerten für ähnlichen Baugrundaufbau werden folgende Bodenkennwerte empfohlen. Dabei werden für die Scherfestigkeit charakteristische Werte angegeben. Berechnungen nach dem neuen Sicherheitskonzept nach EAU 2004 erfolgen mit den dort angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten. Seite 21

30 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar 2010 Bodenparameter Wichte feuchter Boden Wichte Boden unter Auftrieb Steifemodul nach OHDE E s = ν e σ at (σ/σ at) ωe Effektiver Reibungswinkel Effektive Kohäsion γ in kn/m³ γ in kn/m³ σ in kn/m² σ at in kn/m² ν e ω e ϕ in c in kn/m² Durchlässigkeit k f in m/s Klassifizierung des Bodens - gemäß DIN gemäß DIN gemäß DIN Mutterboden und Auffüllungen SE,SU,OH 1, 3 NB1, NB2, BOB2 Sande mit eingelagerten Kiesschichten Festigkeit sehr gering mittel groß gering , , ,75 0,60 0, , Sand: Kies: SE, (SU/ST, SW), GW 3, (5) NB1, NB2, NB3, S1, (S2) Tabelle 5: Bodenkennwerte für nichtbindige Böden Bodenparameter Geschiebemergel Ton Beckenschluff Wichte feuchter Boden γ in kn/m³ 22 20,5 20 Wichte Boden unter Auftrieb γ in kn/m³ 12 10,5 10 Steifemodul E s in MN/m² s. Anlage 8.1 s. Anlage 8.2 s. Anlage 8.3 Anfangsscherfestigkeit: Totaler Reibungswinkel undränierter Boden Kohäsion undränierter Boden ϕ u in c u in kn/m² Endscherfestigkeit: Effektiver Reibungswinkel ϕ in Effektive Kohäsion c in kn/m² Durchlässigkeit k f in m/s Klassifizierung des Bodens - gemäß DIN gemäß DIN gemäß DIN TL, TM, SU/ST, SU*/ST* 5, (4) BOB3, BOB4 S 1, (S2, S3) TM 4, 5 BOB2, BOB3, (BOB 4) TL 4, (5) BOB2, BOB3 Tabelle 6: Bodenkennwerte für bindige Böden Seite 22

31 Bundesanstalt für Wasserbau Neubau Staustufe Steinhavel, Baugrundgutachten und Gründungsempfehlungen BAW-Nr.: A Februar Grundwasser 7.1 Grundwasserstände Im Untersuchungsgebiet werden die Grundwasserstände durch die Wasserstände der Steinhavel bestimmt. Die vorwiegend anstehenden Sande mit eingelagerten Kiesschichten haben eine große Wasserdurchlässigkeit und bilden den maßgebenden Grundwasserleiter. Im Zuge der Untersuchungen für ein ersten Baugrundgutachten vom Baugrundbüro Wenzel /U 1.12/ wurden 1999 auf der Schleuseninsel fünf Bohrungen (B 7 sowie B 9 bis B 12) zu Grundwassermessstellen ausgebaut. Die Filterstrecken beginnen 1 m bzw. 2 m unter Rohroberkante und sind zwischen 9 m und 14,5 m lang. Sie liegen damit in den Sanden mit Kieseinlagerungen und teilweise auch im Bereich der Wechsellagerung mit Geschiebemergel. Der Ausbau der Grundwassermessstellen erfolgte mit 2 Rohren und wird in den Anlagen 4.3 dargestellt. Während der Baugrunderkundung wurden die Ruhewasserstände in den Bohrungen B 9 bis B 12 in Tiefen von 0,5 m bis 2,4 m angetroffen, dies entspricht einem Grundwasserstand von NN +52,29 m bis NN +53,23 m. Die große Schwankungsbreite ist auf nicht ausgespiegelte Wasserstände im Bohrloch zurückzuführen. Eine Ausnahme bildet die Bohrung B 7, bei der unterhalb des Geschiebemergels (bindige Schicht) ein zweiter Grundwasserleiter aus Sand festgestellt wurde. Das Grundwasser trat damals ca. 0,6 m oberhalb der Geländeoberkante aus, so dass hier von artesisch gespannten Grundwasserverhältnissen auszugehen ist. Über einen Zeitraum von zwei Jahren (Januar 2000 bis Dezember 2001) wurden die Grundwassermessstellen in einem wöchentlichen Rhythmus abgelesen. Diese Ganglinien werden in der Anlage 9.1 dargestellt. Die mittleren Grundwasserstände schwanken zwischen NN +53,24 m und NN +54,05 m. Dabei ist ein entsprechend der Lage der Grundwassermessstellen (siehe Bild 16) abnehmender Wasserstand von Oberwasser (B 12) nach Unterwasser (B 9) festzustellen. Die Schwankungsbreiten innerhalb einer Messstelle sind nur gering (bis ca. 25 cm), so dass keine wesentlichen jahreszeitlichen Abhängigkeiten festzustellen sind. Für die Grundwassermessstelle B 7 bestätigen sich die artesisch gespannten Verhältnisse, da die mittleren Grundwasserstände bei NN +54,03 m und damit ca. 0,3 m über dem Gelände liegen. Dieser Wasserstand liegt, obwohl sich die Grundwassermessstelle B 7 unterwasserseitig befindet, ca. 0,9 m über dem MW des Unterwassers aber noch ca. 0,9 m unter dem MW des Oberwassers. Damit ergibt sich eine Abhängigkeit des unteren Grundwasserleiters vom Oberwasserstand. Während der aktuellen Baugrundbohrungen wurden ebenfalls die Grundwasserstände beim Anschnitt und als Ruhewasserstand eingemessen. Diese sind in den Bohrprofilen der Anlagen 4.1 und in den geotechnischen Längs- und Querschnitten der Anlage 5 mit dargestellt. Seite 23