Im natürlichen Regelprofil entspricht der vorgefundene Baugrund dem Aufbau einer klassischen Gewässeraue aus Auelehm (Schicht 2) und Fluss-/Terrassenkiesen (Schicht 3), die hier aufgrund der regionalen Geologie auf sedimentär-klastischen Gesteinen des Unteren Buntsandsteins liegen. Die natürlichen Schichtgrenzen sind in bester Annäherung gelände- bzw. oberflächenparallel zu erwarten.
Aufgrund der Standortgeschichte und historischen Vorprägung wurden Auffüllungsböden erwartungsgemäß vorgefunden. Diese gliedern sich vereinfacht in nicht bindige (Schicht 1b) und bindige bis gemischtkörnig-bindige (Schicht 1c) Typen. Darüber hinaus treten Ober-/Mutterböden (Schicht 1a) oberflächig verbreitet in unversiegelten /nicht überbauten Geländebereichen auf.
Den Schnittdarstellungen in Anlage 3.3 und 3.4 folgend, liegt der hier rot gestrichelt gekennzeichnete Sohlenbereich des geplanten Hauptbauwerks im unteren Bereich der Schicht 3 (Terrassenkies) für das Auslaufbauwerksteil und im basalen Bereich der Schicht 2 (Auelehm) für das Einlaufbauwerksteil.
Die geplante Fischtreppe kommt nach derzeitigem Kenntnisstand annäherungsweise innerhalb der Schichten 1c (bindige Auffüllungen) und 2 (Auelehm) zum Liegen.
Die Schichten 3 (Terrassenkies) und 4 (Festgestein /Verwitterungszone) bieten generell ausreichende Tragfähigkeitseigenschaften zur Aufnahme von Bauwerkslasten im Rahmen des geplanten Bauvorhabens. Der Schichtkomplex 1 ist aufgrund seiner insgesamt heterogenen Beschaffenheit unzureichend tragfähig. Gleiches gilt für Schicht 2 (Auelehm), die in überwiegend breiiger Konsistenz ansteht.
6.2 Gründungsempfehlung und Baugrundverbesserung
Aus den planseitigen Gründungstiefen für das Hauptbauwerk (Einlauf, Turbinenschacht, Auslauf) ergeben sich Gründungssohlen im Basisbereich der Schicht 3 (Terrassenkies) bzw.
Basisbereich der Schicht 2 (Auelehm).
Die IUH empfiehlt die Gründung des Hauptbauwerks als Flachgründung mit bewehrter Bodenplatte. Restmächtigkeiten der Schicht 2 unterhalb der Gründung sind vollständig zu entfernen und gegen geeignetes, verdichtungsfähiges Fremdmaterial (Aushub der Schicht 3 aus Auslaufbauwerksteil) zu ersetzen. Es wird empfohlen, die Baugrubensohlen im entwässerten Zustand (vgl. Pkt. 6.5) gründlich nach zu verdichten.
Die Gründung der Anschlussbauwerke (Fischtreppe, Durchlass zwischen Wehrwange und Hauptbauwerk) empfiehlt sich analog dazu als Flachgründung mit Bodenaustausch. Nicht tragfähige Bereiche (Schichtkomplex 1, 2) sind unterhalb der Bauwerksteile vollständig zu entfernen und analog zur Vorgehensweise beim Hauptbauwerk gegen tragfähiges Material zu ersetzen.
Die Auftriebssicherheit der Bauteile ist für alle Bau- und Betriebszustände nachzuweisen.
Die IUH empfiehlt die Abnahme und Prüfung der Gründungssohlen durch den Baugrundgutachter.
6.3 Baugrubenböschungen und Baugrubenverbau
Ein freies Abböschen der Baugrube ist nach DIN 4124 ohne Standsicherheitsnachweise nur bis zu einer Böschungshöhe von max. 5,0 m, ausschließlich über dem Grundwasser und unter einem maximalen Böschungswinkel von 45° zulässig.
Der Bearbeiter empfiehlt daher für alle Baugruben(teile), die in den Grundwassereinflussbereich eingreifen grundsätzlich einen Verbau durch einen geschlossenen, sohloffenen Spundwandkasten. Dabei sind die Spundbohlen bis in die hydraulisch mäßig bis gering durchlässige Schicht 4 (Festgestein /Verwitterungszone) einzubringen. Daraus ergeben sich gleichzeitig effizientere Wasserhaltungsmaßnahmen, vgl.
Pkt. 6.5.
Die vollständige Umschließung mittels Spundwandverbau bietet den Vorteil einer besseren, bauzeitigen Beherrschbarkeit von Grundwasserspiegelschwankungen (u.a.
Hochwassereinfluss) und verhindert das Ausfließen potentiell fließfähiger Böden (breiige Konsistenzen) aus der Baugrubenböschung.
Je nach statischen Erfordernissen kann unter Berücksichtigung des Bemessungswasserstandes eine Rückverankerung, z.B. mit Verpressankern, oder Aussteifung der Spundwandumschließung erforderlich sein.
Die Vorgaben der DIN 4124, auch zum Abstand von Stapel- und Verkehrslasten, sind einzuhalten.
Sofern während der Erdarbeiten starke Niederschläge auftreten, sind freie Baugruben-böschungen ggf. durch Abdecken mit Folie gegen Aufweichen und Erosion zu sichern.
Eine Einschätzung der Eignung der Baugrundschichten zum Einrammen /Einrütteln von Spundwänden erfolgt in Tabelle 6.3. Für die Bohrbarkeit wird auf Tabelle 5.5 (Baugrundklassifizierung) verwiesen.
Tabelle 6.3: Rammbarkeit
Schicht Bezeichnung Rammbarkeit /Eignung zum Einrütteln
1a Mutterboden leicht
1b nicht bindige Auffüllungen mittel bis schwer /hoher Steinanteil, Auslenkungen möglich
1c bindige Auffüllungen leicht
2 Auelehm sehr leicht
3 Terrassenkies mittel bis schwer /steinige Lagen und bereichsweise hohe Lagerungsdichte
4 Festgestein /Verwitterungszone mittel bis schwer /größere Druckfestigkeiten unterhalb Erkundungsniveau
6.4 Aufnehmbarer Sohldruck und Setzungsverhalten
Für die unterschiedlichen Bauwerksteile lassen sich zum gegenwärtigen Planungsstand nur vereinfacht und überschlägig ermittelbare Kenngrößen angeben.
Unter Berücksichtigung einer Gründung der Bauwerksteile mindestens in Schicht 3 oder gleichwertigem Bodenaustauschmaterial kann der vorläufig zulässige Sohldruck bezogen auf das Hauptbauwerk mit 350 kN/m² angegeben werden.
Die überschlägig ermittelten Setzungen (Turbinenschacht, a x b = 18 x 9 m²) liegen bei einer mittleren Belastung von 250 kN/m² in Abhängigkeit von Gründungskote (t = 6,0 m… bis 10,5 m) und Baugrundvorbelastung bei ca. 0,5 cm bis 1,5 cm, woraus sich mittlere Bettungsmoduli ks von 25 MN/m³ für die tiefer (Basisbereich Schicht 3) und 16,7 MN/m³ für die höher (Basisbereich Schicht 2 /Schichtoberkante Schicht 3) einbindenden Bauwerksteile ergeben.
Detailliertere Angaben sind im Zuge der weiteren Planung anhand der exakten Bauwerksgeometrien und konkreter Bauwerks-/Bauteillasten abzuleiten.
6.5 Wasserhaltung und Bauwerkssicherung gegen Grundwasser
Bei Ausführung eines geschlossenen, sohloffenen Spundwandverbaus mit Einbindung in Schicht 4 ist eine ausreichend dimensionierte offene Wasserhaltung über in Schicht 3 einzubindende Pumpensümpfe innerhalb des Spundwandkastens zielführend.
Der Bearbeiter empfiehlt die Dimensionierung der Wasserhaltung bei ausreichendem Kenntnisstand im Zuge weiterer Planungen in Interaktion mit dem planungsbeauftragten Ingenieurbüro (IGW mbH).
Der für die Abdichtung der Bauwerke gegenüber äußeren Einflüssen maßgebende Lastfall ist W2.2E, die Abdichtung gegen hohe Einwirkung von drückendem Wasser gem. DIN 18533-1, wobei bereits nutzungsbedingt eine Ausführung in WU-Beton erforderlich wird.
6.6 Wiederverwertung anstehender Böden
Hinsichtlich der geotechnischen Eignung zur Wiederverwendung (z.B. in anderen Baumaßnahmen) der ausgehobenen Erdstoffe ist Folgendes festzustellen:
Tabelle 6.6: geotechnische Eignung der Aushubböden:
Schicht
Verwendung als Baustoff in Tragschicht
Frostschutz-schicht Leitungszone Verfüllzone in/
Verkehrsflächen
Verfüllzone außerhalb Verkehrsflächen
1a nein nein nein nein ja1)
1b eingeschränkt2) nein nein eingeschränkt2) ja
1c nein nein nein eingeschränkt3) ja
2 nein nein nein nein nein
3 ja ja ja ja ja
4 nein nein nein nein ja
1) Material der Schicht 1a ist bevorzugt als kulturfähige Schicht in der durchwurzelbaren Bodenzone von Grünflächen wieder zu verwenden.
2) Hoher Steinanteil
3) Wieder einbaufähig bei Bodenverbesserung durch Bindemittelzugabe oder bei mindestens steifer Konsistenz verbessert durch Mischen mit Schotter im Verhältnis 1:1
Bindige Böden, die zum Wiedereinbau vorgesehen sind, müssen vor Vernässung und starker Austrocknung geschützt werden. Nicht wieder einbaufähige Böden nach Tab. 6.6 sind abzutransportieren und fachgerecht zu entsorgen. Es gilt allgemein der Abfallschlüssel 170504.