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Hansjörg Vogt, dipl. Bau-Ing. ETH/SIA
Eine Machbarkeitsstudie zeigte die Möglichkeiten und Grenzen einer Dammschüttung für ein Hochwasserretentionsbecken auf tonigem Untergrund. Anhand von Laborversuchen ergaben sich die für die Bemessung notwendigen Bodenkennwerte.
Um die Hochwassersicherheit in Balzers (FL) zu gewährleisten, ist am Brückendurchlass vor dem Dorfeingang ein Kanal zu stauen (Abb. 02). Damit ein ausreichendes Retentionsvolumen zur Verfügung steht, ist ein rund 800 m langer Damm geplant. Um dessen Machbarkeit nachzuweisen, untersuchte man Dammhöhen von 1.2 bis 5.0 m.
Vorgehen
Aus der vorgesehenen Höhe und der Ausdehnung der Dammschüttung sowie dem Einstau des Damms ergaben sich die massgebenden Gefährdungsbilder. Daraus konnten die Bemessungssituationen abgeleitet und die für die Nachweise passenden Berechnungsmodelle gewählt werden. Anhand dieser liessen sich die für die rechnerische Dimensionierung benötigten Bodenkennwerte festlegen, die anschliessend mittels Laborversuchen ermittelt wurden. Für diese verwendete man sowohl Bodenproben vom bestehenden Untergrund wie auch vom verwendeten Dammmaterial (Abb. 01).
Laborversuche
Das sehr feinkörnige Untergrundmaterial war anhand der Konsistenzgrenzen zu klassifizieren. Für die Ausrollgrenze wurden Ausrollversuche, für die Fliessgrenze Fallkegelversuche durchgeführt. Die Steifigkeit des Tons (den MEWert) bestimmte man mit Ödometerversuchen, und die drainierte (f’) und undrainierte Scherfestigkeit (su) ergab sich aus Direktscherversuchen (Abb. 03). Entsprechend den Vorgaben des Auftraggebers ist der Damm aus einem regional verfügbaren Material zu erstellen. Im Rahmen der Bachelorarbeit wurde ersatzweise ein sandiges Material verwendet. Für die Bestimmung von dessen innerem Reibungswinkel (f’) führte man weggesteuerte Triaxialversuche durch.
Bemessung
Die Standsicherheit der luftseitigen Böschung konnte für den voll eingestauten Zustand nachgewiesen werden. Mit einer Kiespackung als Drainage am luftseitigen Böschungsfuss lässt sich der Verlauf der Sickerlinie günstig beeinflussen (Abb. 05). Dadurch kann bis zu 30 % Dammmaterial eingespart werden. Im Weiteren zeigten die Berechnungen, dass die Setzungen des Damms etwa 10 % der Dammhöhe betragen können. Die angrenzenden Bauwerke (Gebäude, Strassen etc.) sind für die untersuchten Dammhöhen aber in einem ausreichend grossen Abstand zum projektierten Damm. Für höhere Dammschüttungen wäre der setzungsempfindliche Untergrund mit Bodenverbesserungsmassnahmen aufzuwerten. Aufgrund des feinkörnigen Untergrundmaterials wäre eigentlich zu erwarten, dass die Gefahr besteht, dass während der Schüttphase und / oder im Endzustand das Gewicht des Damms zu einem statischen Grundbruch führt. Die rechnerische Analyse mit der aus den Direktscherversuchen gewonnenen undrainierten Scherfestigkeit hat diese Vermutung jedoch nicht bestätigt. Im Rahmen der Bachelorarbeit war nicht abschliessend zu klären, ob die ermittelte undrainierte Scherfestigkeit dem tatsächlichen Scherwiderstand des Tonmaterials entsprach oder ob, bedingt durch die Versuchsanordnung, diese überschätzt wurde.
Fazit
Die durchgeführten Analysen und Berechnungen zeigten die Machbarkeit des Damms. Die Anforderungen an das Bauwerk lassen sich mit dem vorgegebenen, aber nicht optimalen Material auf dem nur bedingt tragfähigen Untergrund erfüllen. Der Nachweis gelang vor allem dank der ausführlichen Bestimmung der Eigenschaften des vorhandenen Materials im Labor.