Projektbasis Sammler. Projekt 2009 Hochwasserschutz Uelisgrabe. Gempelers Weidli bis Allebach. Oberingenieurkreis I. Tiefbauamt des Kantons Bern

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1 Oberingenieurkreis I Tiefbauamt des Kantons Bern Wasserbauplan Beilage 3.4 Gewässer Gemeinde Erfüllungspflichtiger Projekt vom Revidiert Uelisgrabe Adelboden Schwellenkorporation Adelboden 22. November Juli 2012 Gewässer-Nr Projekt-Nr Plan-Nr. Format Unterlage Sammler Projekt 2009 Hochwasserschutz Uelisgrabe Gempelers Weidli bis Allebach Wasserbauplangenehmigung:

2 IMPRESSUM Auftraggeber Schwellenkorporation Adelboden Projekt Hochwasserschutz Uelisgrabe, Projekt 2009 Berichtnummer Pfad- und Dateiname F:\6. Wasserbau\6.224\10 Berichte\ Bauprojekt\03_Planauflage\ _ Tragwerk_ doc Erstelldatum 04. Oktober 2011 Fassung vom Bearbeitung Manfred Imhof Verteiler Kontrollstelle: Bauingenieur: AWA Amt für Wasser und Abfall des Kantons Bern, Bern Kissling + Zbinden AG, Bern I

3 INHALTSVERZEICHNIS 1 Projektbeschrieb Ausgangslage und Bauvorhaben Geltungsbereich und Abgrenzungen Projektorganisation 1 2 Grundlagen Pläne Berichte Normen und Richtlinien Weitere Grundlagen 3 3 Tragwerkskonzept Tragsystem und Modellbildung Abmessungen und Konstruktionsdetails Baustoffeigenschaften und Materialkennwerte Baugrund Bauvorgang Bauzustände 6 4 Einwirkungen Ständige Einwirkungen Einwirkungen aus dem Baugrund Aussergewöhnliche Einwirkungen Akzeptierte Risiken 8 5 Tragsicherheit Bemessungskriterien Gefährdungsbilder, Lastkombinationen 10 6 Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit Bemessungskriterien Nutzungsanforderungen Bemessungsituationen / Lastkombinationen 14 7 Genehmigung 15 II

4 1 PROJEKTBESCHRIEB 1.1 Ausgangslage und Bauvorhaben Es wird auf den Technischen Bericht vom 07. Oktober 2011 (siehe Beilage 3.3) verwiesen. 1.2 Geltungsbereich und Abgrenzungen Die vorliegende bildet die Grundlage für die Berechnung und Bemessung der Betonbauwerke vom. Der Wasserbau wird in diesem Dokument nicht behandelt. 1.3 Projektorganisation Es wird auf den Technischen Bericht vom 07. Oktober 2011 (siehe Beilage 3.3) verwiesen. 1

5 2 GRUNDLAGEN 2.1 Pläne Es gibt folgende Plangrundlagen: 32.3 Situation 1: Längenprofil 1:200/ Querprofile 1: Berichte Es gibt zum vorliegenden Projekt folgende Berichte: Technischer Bericht Hochwasserschutz Uelisgrabe, Projekt 2009 Kissling und Zbinden AG, Bern, 07. Oktober 2011 Baugrunduntersuchungen, Bernd Rathmayr, GEOTEST AG, Zollikofen, 30. August Normen und Richtlinien Es gelten insbesondere folgende Normen und Richtlinien: Norm SIA 260 Grundlagen der Projektierung von Tragwerken Norm SIA 261 Einwirkungen auf Tragwerke Norm SIA 261/1 Einwirkungen auf Tragwerke Ergänzende Festlegungen Norm SIA 262 Betonbau Norm SIA 262/1 Betonbau Ergänzende Festlegungen Norm SIA 263 Stahlbau Norm SIA 263/1 Stahlbau Ergänzende Festlegungen Norm SIA 267 Geotechnik Norm SIA 267/1 Geotechnik Ergänzende Festlegungen SN EN 206-1:2000 Beton Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität Richtlinien des BWG Verordnung für die Sicherheit von Stauanlagen, Version 1.1 (November 2002) 2

6 2.4 Weitere Grundlagen Es gibt folgende weitere Grundlagen: Dokumentation AFS Dimensionierung von Wildbachsperren, Bern 1973 Lang, Huder Bodenmechanik und Grundbau, 7. Auflage Ammann (LHA) Springer, Zürich 2002 Baudirektion Kant. ZH Richtlinie Objektschutz gegen Naturgefahren, AWEL Lizenzausgabe 2003, Zürich

7 3 TRAGWERKSKONZEPT 3.1 Tragsystem und Modellbildung Das Tragsystem wird in Axis VM 10.0 als 3-D Finite Elemente Modell berechnet. Es besteht aus 2 D Schalen und Stabelementen und wird an den unteren Rändern von Linienlagern und senkrecht zur den Schalen teilweise mit Flächenlagern gestützt. 3.2 Abmessungen und Konstruktionsdetails Die Hauptsperre ist m breit, maximal 13 m hoch und 2.0 m dick. Sie ist bergseitig mindestens 3 m in die Fundationsschicht bzw. 2m in den Fels eingebunden. Talseitig beträgt die Hinterfüllungshöhe m. In der Sperrenmitte befinden sich 3 Durchflussöffnungen von b x h = 3 m x 0.8 m, darüber liegt die Abflusssektion die m breit und 1.5 m hoch ist. Auf der Talseite an die Hauptsperre anschliessend liegt ein Tosbecken mit einem Blockteppich in Hinterbeton, welches seitlich durch m dicke Stützmauer, sowie unterhalb begrenzt ist. Den Abschluss des Tosbeckens bildet eine zweite Sperre (b x h = 21.0 m x 6.5 m, Dicke 1.0 m) die ebenfalls im Bachbett eigebunden ist. 4

8 3.3 Baustoffeigenschaften und Materialkennwerte Baustoff Bezeichnung Kennwerte Bemerkungen Konstruktions- C 30/37 f cd = 20.0 N/mm 2 beton XC4, XF1 f ctm = 2.9 N/mm 2 NPK C D max 32 cd = 1.10 N/mm 2 E cm = 33.6 kn/mm 2 Cl 0.10, C3 Betonstahl B500B f sk = 500 N/mm 2 f sd = 435 N/mm 2 E s = 205 kn/mm 2 Pfähle KSB T76/6 f tk > 1100 N/mm 2 f yk > 900 N/mm 2 E s = 210 kn/mm 2 Gem. SIA 262 Gem. SIA 262 KSB Stangen 3.4 Baugrund (vgl. Beilage Baugrunduntersuchungen, GEOTEST 30. August 2010) Der Baugrund ist im charakterisiert durch Gehängeschutt auf der rechten Talseite und Fels (anstehend oder mit geringer Lockergesteinsüberdeckung) auf der linken Talseite: Anbei die Baugrundkennwerte der Bodenschichten. Bodenschicht Humus / Oberboden Gehängeschutt aus Triassedimenten Feuchtraumgewichwinkel Reibungs- Zusammendrückungsmodul Kohäsion [kn/m 3 ] c M E1 M E2 [kn/m 2 ] [ ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] Mächtigkeit gering vernachlässigbar Stauhorizont Gehängeschutt aus Kalkkomponenten Fels 26.0 Druckfestigkeit: 100 MN/m 2 HInterfüllung

9 3.5 Bauvorgang Im Vorfeld der Bautätigkeit am wird eine Wasserhaltung erstellt. Anschliessend beginnen die Arbeiten mit dem Erstellen der Vorsperre und der Tossbeckenpflästerung, Sowie der Stützmauer. Nachdem die unterste Etappe der Hauptsperre bis zum Fusspunkt des Durchflussschlitzes betoniert ist, kann die Wasserhaltung in diesen umgelegt werden. Im Anschluss wird die Hauptsperre etappenweise nach oben gezogen und beidseitig im Fussbereich hinterfüllt. Die Einbindung im Fels beträgt mindestens 2 m 3.6 Bauzustände Der Bauvorgang wird so gestaltet, dass sich keine Verschlechterung gegenüber dem Ist- Zustand ergibt (siehe Bauvorgang). Damit ergibt sich auch keine zusätzliche Gefährdung. 6

10 4 EINWIRKUNGEN 4.1 Ständige Einwirkungen Einwirkung Massnahmen Weiterbearbeitung Annahmen für Tragwerksanalyse + Bemessung Eigenlasten Bemessung Statik Beton armiert c = 25.0 kn/m 3 Bautstahl a = 78.5 kn/m 3 Schwinden und Kriechen konstruktiv berücksichtigt Minimalarmierung ( Schwinden ) Statik Temperatur Wird konstruktiv berücksichtigt ( Minimalarmierung ) Statik 4.2 Einwirkungen aus dem Baugrund Einwirkung Massnahmen Weiterbearbeitung Annahmen für Tragwerksanalyse + Bemessung Erddruck Bemessung Überprüfung der angenommenen Baugrundverhältnisse Statik EK = 21 kn/m 2, φ K = 30, c K = 0 kn/m 2, Ann. Hinterfüllung gemäss Baugrundmodell -Aktiver Erddruck, umgelag. e a,erh=k a EK h -Erdruhedruck e 0=K 0 EK h -Passiver Erddruck e p=k p EK h -Erddruck aus Auflast e v = q v K a 7

11 4.3 Aussergewöhnliche Einwirkungen Einwirkung Massnahmen Weiterbearbeitung Annahmen für Tragwerksanalyse + Bemesung Erdbeben Bemessung Statik Gem. Richtlinie BWG: - Sperrenklasse III, Wiederkehrperiode 1000a - Fig Karte 2 I MSK = 7.8 a h = 17%g = 1.7 m/s 2 - f = Baugrundklasse A S=1.0, q = 2.0 T B = 0.10 s T C = 0.40 s T D = 3.00 s Hochwasser Bemessung Statik W = 10 kn/m 3, Staukote OK Mauer Murgang Bemessung Statik Murgangdruck nach Richtlinie Gebäudeschutz: - q f = 0.5 c d ρ f v f = 72 kn/m 2 mit v f=6m/s, ρ f=2.0 t/m 3, c d=2.0 Murgang 1: Murgang auf leeren (Fliesshöhe h f =3.5 m + Stauhöhe) Murgang 2 Murgang auf oberste 2m unter Überfallsektion m Erddruckbelastung m Fliesshöhe 2.0 m +Stauhöhe 4.4 Akzeptierte Risiken Die Bauherrschaft akzeptiert als Risiko: Explosion Sabotage Vandalismus 8

12 5 TRAGSICHERHEIT 5.1 Bemessungskriterien Typ 1 E d,dst : E d,stb : E d,dst E d,stb Bemessungswert einer destabilisierenden Auswirkung Bemessungswert einer stabilisierenden Auswirkung Typ 2 und 3 E d : R d : G G k : Q1 Q k1 : Oi Q ki: X d : a d : G k : A d : 2i Q ki: X d : a d : E d R d Bemessungswert einer Auswirkung Bemessungswert des Tragwiderstands Andauernde und vorübergehende Bemessungssituation E d = E{ G G k + Q1 Q k1 + Oi Q ki, X d,a d } Bemessungswert einer ständigen Einwirkung Bemessungswert der veränderlichen Leiteinwirkung Seltener Wert der veränderlichen Begleiteinwirkung i Bemessungswert einer Baustoff- oder Baugrundeigenschaft Bemessungswert einer geometrischen Grösse Aussergewöhnliche Bemessungssituation E d = E{G k +A d + 2i Q ki, X d,a d } Charakteristischer Wert einer ständigen Einwirkung Bemessungswert einer aussergewöhnlichen Einwirkung Quasi-ständiger Wert der veränderlichen Einwirkung i Bemessungswert einer Baustoff- oder Baugrundeigenschaft Bemessungswert einer geometrischen Grösse 9

13 5.2 Gefährdungsbilder, Lastkombinationen Gefährdungsbilder, Lastkombinationen gem. Talsperren Verordnung (ergänzt) Berücksichtigung in Berechnung: Ja Ja: Voller See Berücksichtigt (bis OK Mauer) Nein Nein: - Auftrieb auf Hauptsperre (D=2.0m) vernachlässigbar (gem. ASF Dok.) Ja, durch Erddruck bei LF Murgang 2 Ja, Bettung / Widerstand Ja Nein, See nie längere Zeit voll Ja, massgebend Murgang 10

14 Berücksichtigte Gefährdungsbilder Gefährdungsbild Bauteile Massnahmen Weiterbearbeitung Kippen Gesamtes Tragwerk Statische Bemessung Einbindung ins Erdreich Statische Berechnung Gleiten Gesamtes Tragwerk Statische Bemessung Einbindung ins Erdreich Statische Berechnung Hydraulischer Grundbruch Hauptsperre Einbindung ins Erdreich Statische Berechnung Innere Tragsicherheit Gesamtes Tragwerk Statische Bemessung Statische Berechnung Berücksichtigte Lastkombinationen Bauzustand: Nicht massgebend (siehe Kap. 3.6 Bauzustände) Endzustand: Grenzzustand Typ 1 gem. SIA 260 (Stabilität) Gefährdungsbild Lasten γ G,sup / (γ G,inf ) γ Q Kippen Sperre: ständige Lasten Eigenlast 1.35 / (0.80) Erddruck 1.35 / (0.80) Gefährdungsbild Lasten γ G,sup / (γ G,inf ) γ Q Eigenlast 1.00 Erddruck 1.00 Kippen Sperre: aussergewöhnliche Lasteinwirkung Aussergewöhnliche Last Entweder / oder - Murgang 1, 2 - Erdbeben 1, 2 (inkl. Hochwasser)

15 Gleiten Sperre: aussergewöhnliche Lasteinwirkung Eigenlast 1.00 Erddruck 1.00 Aussergewöhnliche Last Entweder / oder - Murgang 1, 2 - Erdbeben 1, 2 (inkl. Hochwasser) 1.00 Hydraulischer Grundbruch: aussergewöhnliche Lasteinwirkung Eigenlast 1.00 Erddruck 1.00 Aussergewöhnliche Last Hochwasser 1.00 Grenzzustand Typ 2 gem. SIA 260 (Tragsicherheit) Gefährdungsbild Lasten γ G,sup (γ G,inf ) γ Q Innere Tragsicherheit: aussergewöhnliche Lasteinwirkung Eigenlast 1.00 Erddruck 1.00 Aussergewöhnliche Last Entweder / oder - Murgang 1, 2 - Erdbeben 1, 2 (inkl. Hochwasser) 1.00 Bemerkung zum LF Hochwasser: - Bei Erdbeben mit vollem See (Erdbeben inkl. Hochwasser) ist der LF Hochwasser alleine nicht massgebend. - Für Hochwasser wird das ganze Stauvolumen mit hydrostatischem Wasserdruck W 0 gerechnet. Für den Fall eines, hinterfüllten Stauvolumens gilt: W 0 = E a + (1-i) W 0 ASF Dokumentation Fig. 3 E a = Erddruck aus Auffüllung (1-i) W 0 = Um hydraulisches Gefälle i minimierter Wasserdruck (Annahme: hydr. Gefälle 0.3 kontr. in Statik) 12

16 6 GEBRAUCHSTAUGLICHKEIT UND DAUERHAFTIGKEIT 6.1 Bemessungskriterien Quasi-ständige Lastfälle E d = E{G k, 2i Q ki,x d,a d } G k : Charakteristischer Wert einer ständigen Einwirkung 2i Q ki Quasi-ständiger Wert einer veränderlichen Leiteinwirkung X d : Bemessungswert einer Baustoff- oder Baugrundeigenschaft a d : Bemessungswert einer geometrischen Grösse Erdbeben G k : A d : 2i Q ki X d : a d : E d = E{G k,0.5a d, 2i Q ki,x d,a d } Charakteristischer Wert einer ständigen Einwirkung Bemessungswert einer aussergewöhnlichen Einwirkung Quasi-ständiger Wert einer veränderlichen Leiteinwirkung Bemessungswert einer Baustoff- oder Baugrundeigenschaft Bemessungswert einer geometrischen Grösse 13

17 6.2 Nutzungsanforderungen Korrosionsschutz Bewehrung Gesamtsystem Mindestbewehrung: - normale Anforderungen - geeignete Betonieretappen sorgfältige Nachbehandlung Ausführungskontrollen Gesamtsystem Bewehrungsüberdeckung 40 mm Ausführungskontrollen Gefälle 2%, wirksame Entwässerung Anforderungen an Rissbeschränkung Statik Anforderung Bauteil Massnahmen Weiterbearbeitung Rissbeschränkung Ausführungs- Projekt Bau- / Ausführungsprojekt Deformationen u H/300 Quasi-ständige Lastfälle Wände gesamtes Tragwerk Genügende Steifigkeit Gleichmässige Bettung der Sperre (wo nötig Pfähle) Statik Setzungen Gesamtsystem Genügende Steifigkeit Statik s 30 mm (Absolute Setzung) s L/200 Gleichmässige Bettung der Sperre (wo nötig Pfähle) 6.3 Bemessungsituationen / Lastkombinationen Quasi ständige Lastfälle (Auswirkungen reversibel) Kriterium Lasten γ G Ψ 2 Hauptsperre u H/300 Eigenlast Erddruck

18 Aussergewöhnliche Lastfälle (A d,gt = A d,ts 0.50) Kriterium Lasten γ G γ A Ψ 2 Rissbegrenzung Setzungen s 30 mm s L/200 Horizontale Auslenkung u H/500 Eigenlast Erddruck 1.00 Wasser 1.00 Erdbeben GENEHMIGUNG Kontrollstelle: Datum: Name: Unterschrift:... Bauingenieur: Datum: Name: Unterschrift:... 15