27.8.2017
16:15
von: Juergen

Hochschule Karlsruhe

JürgenKöhler2009 LuftaufnahmeHSKarlsruhe

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Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft

Fakultät Architektur und Bauwesen

Fachbereich Baumangement und Baubetrieb

Lehrinhalt bis einschließlich SS 2012 im Fach Grundbau, Dozent H.-J. Köhler

Lehrinhalt bis einschließlich SS 2012 im Fach Bodenmechanik, Dozent H.-J. Köhler

Berufs- und Forschungstätigkeit: Personalhandbuch H.-J. Köhler

Lehrinhalte ab WS 2012: Baumangement und Baubetrieb

Modul Grundbau bis einschließlich SS 2012: Modulhandbuch Grundbau

Modul Bodenmechanik bis einschließlich SS 2012: Modulhandbuch Bodenmechanik

Studien- und Stundenplan im SS 2012: Baubetrieb/Baumanagement BMB331/32,

Prüfungsplan im SS 2012: Prüfungstermin BMB 330: 04. Juli 2012, 14.00 h bis 17.00 h, Prüfungstext GB+BM im SS 2012 und Prüfungs-Anlagen 1 bis 6 im SS 2012

Publikationen: Publikationsliste H.-J. Köhler (Stand September 2013)

Ergebnisse der Diplomarbeit aus dem Jahre 1970, veröffentlicht im Journal „Die Naturstein-Industrie“ Nr.: 6/70

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Die Vorlesungen Bodenmechanik und Grundbau fanden zuletzt bis einschließlich SS 2012 in einem Doppelblock jeweils am Dienstag einer Woche in der Zeit von 09.50 h bis 13.00 h im Raum K 001 statt.

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Am Dienstag, den 14.12.2010 fand für die Studenten des Studiensemesters BMB3 (WS 2010/11) ab 10.00 h unser vereinbarter Besuch im Informationspavillon K  der Kombilösung Karlsruhe (KASIG) am Ettlinger Tor statt. Wir erhielten in dem 1 1/2 stündigen Begrüßungsvortrag sehr wertvolle Informationen zum Planungsablauf und zum Bauentwurf der Kombilösung in Karlsruhe. Die nachfolgende Besichtigung mit Führung zu den beiden Baustellen an der Lammstrasse und am Europaplatz haben uns abschließend ein lebendiges Bild von den laufenden Baustellenarbeiten vermittelt. Hierfür sage ich auch im Namen der Studenten ein herzliches Dankeschön an den Bauträger der Kombilösung Karlsruhe (KASIG).

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Am Mittwoch, den 15.12.2010 traf sich das Studiensemester BMB3 (WS 2010/11) zwischen 11.40 h und 11.45 h an der Pforte der Bundesanstalt für Wasserbau in der Kussmaulstrasse 17. Wir haben das Bodenmechanische Labor der Abteilung Geotechnik besichtigt und anschließend auch noch einer Versuchshalle der Abteilung Wasserbau einen kurzen Besuch abgestattet. Für die Möglichkeit des Besuchs in der Bundesanstalt möchte ich mich auch im Namen der Studenten nochmals herzlich für die sehr informative Führung bedanken. 

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Direkter Scherversuchsstand Schautafeln Dreiachsialversuchsstand

Direkter Scherversuchsstand (links), Schermechanismen (mitte), Dreiachsialversuchstand (rechts) im Geotechnischen Labor der Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe

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WasserimBodenSchema

Verteilung des Sättigungsgrades und der Porenwasserspannungen im Drei-Phasen-Medium Boden über und unter Wasser

———————————————————————————————————————————Kolloquium zur Bodenverflüssigung an der TU Freiberg am 14. und 15. Juni 2012, Flyer, Presse-Mitteilung der LMBV vom 14.06.2012 zum Thema Bodenverflüssigung im mitteldeutschen Braunkohlenrevier

Tagungsbeitrag Köhler TU Freiberg 2012, Vortrag Köhler TU Freiberg 2012

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Beitrag zur Bodenverflüssigung unter Wellenbelastung in der Zeitschrift „Hanse“, Heft 12, 2005

Bericht der Kölnischen Rundschau vom 13. Juni 2016 zum Stand der Untersuchungen der Ursachen zum Einsturz des Kölner Stadtarchivs an der Baustelle Waidmarkt

Bericht des WDR vom 13. Juni 2016 zum Stand der Untersuchungen der Ursachen zum Einsturz des Kölner Stadtarchivs an der Baustelle Waidmarkt

Bericht im Kölner Stadtanzeiger vom 11. Juni 2015 zum Stand der Untersuchungen der Ursachen zum Einsturz des Kölner Stadtarchivs an der Baustelle Waidmarkt

Bericht des Kölner Stadtanzeiger vom 28. Januar 2013 zum Stand der Erkundungsarbeiten am Besichtigungsbauwerk in Köln an der Baustelle  Waidmarkt am 25. Januar 2013 

Aktueller Link zur KVB

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WDR-Bericht vom 22. Oktober 2012 zum Stand der Erkundungsarbeiten zur Schadensursache am 03.03.2009 an der U-Bahnbaustelle Waidmarkt in Köln

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Bericht der „Welt kompakt“ vom 24.05.2012 zum Stand der Arbeiten an der Baugrube Waidmarkt in Köln
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Bericht der Kölnischen Rundschau vom 17.04.2012

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Aktuelle Berichte zum U-Bahnbaustellenschaden am Waidmarkt in Köln am 03. März 2009 (Einsturz des Stadtarchivs Köln)

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Aktuell zum Einsturz Stadtarchiv Köln: Bericht des WDR vom 02.März 2012 zum U-Bahnbau-Unglück in Köln am 03.03.2009

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Bericht der „Zeit-Online“ vom 04. 03. 2011 zur Baustelle des Gleiswechselbauwerks am Waidmarkt in Köln: U-Bahn Köln 2011

Bericht aus dem Tagesspiegel vom 20.11.2011 zur Erkundung der Schadensursache.

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BaustelleWaidmarktKöln2011

Skizze der KVB zum geplanten Besichtigungsbauwerk 2011 an der Baustelle am Waidmarkt in Köln

Link zur KVB

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Nun kommt nach fast zwei Jahren endlich doch noch Bewegung in die Ermittlungen zum Einsturz des Kölner Stadtarchivs:

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Bericht in den Kölner Nachrichten vom 19. Februar 2011

zu gefälschten Sandmessprotokollen, die während des Abpumpens von Grundwasser aus den zahlreich nachträglich installierten Pumpbrunnen im Innenbereich der Baugrube am Waidmarkt hätten vorschriftsmäßig angefertigt werden müssen, wenn sie schon unzulässigerweise installiert und betrieben wurden.

Mein Kommentar vom 02. 03. 2011:

Durch das vermehrte Pumpen aus den zusätzlich installierten Brunnen sind offensichtlich Bodenausspülungen entstanden, die den Einsturz des Stadtarchivs sogar noch beschleunigt haben. Als ursächlich sind jedoch nach wie vor die vermuteten undichten Wandfugen, aber auch nicht erkannte Wasserwegigkeiten unterhalb der Baugrubenwand zu nennen, durch die der vermehrte Zufluss von Grundwasser aus dem Außenbereich der Baugrube erfolgen und so den hydraulischen Grundbruch an der Baugrubensohle auslösen konnte.

Das Abpumpen aus dem Innenbereich der Baugrube hätte niemals stattfinden dürfen. Das war im höchsten Maße nicht nur fahrlässig, es war unzulässig.

Sollte sich darüberhinaus auch noch bewahrheiten, daß die unter der Kiessandschicht lagernden tertiären Sandschichten viel mehr wasserdurchlässig waren als im Bauentwurf angenommen, ergäbe sich ein massives Problem für alle mit der Bauplanung beauftragten Entwurfsaufsteller.  

Durch das ununterbrochene, weil unkontrollierte Fördern von Sandmengen aus den Bodenbereichen der Baugrube wurde die Wasserdurchlässigkeit der angrenzenden Kiessandschichten innerhalb und im Bereich undichter Wandfugen auch außerhalb der Baugrube drastisch vergrössert, was das vermehrte Anwachsen der Grundwasserströmung zur Baugrube hin leicht verständlich macht. Dieses mögliche Schadensszenario ist unter Fachleuten bestens bekannt, weshalb gerade die Forderung nach Kontrolle der Förderaten auf mögliche Sandfrachtanteile im Förderstrom beim Abpumpen zwingend vorgeschrieben ist.

Hier haben sich sowohl die federführende Baufirma als auch der Bauträger schuldig gemacht.

Die Baugrube hätte beim Anwachsen der Fördermengen dringend stillgelegt werden müssen, um die Ursachen des ständig anwachsenden Wasserzuflusses sicher abzuklären.

Nicht nur undichte Schlitzwandfugen könnten die Ursache für den sich vergrößernden Wasserandrang gewesen sein. Auch fehlende Filterstabililtät zwischen den tiefer anstehenden tertiären Sanden und der darüber liegenden Kiessandschicht könnte durch das Pumpen aus den zusätzlich installierten Brunnen die Gefahr des latenten hydraulischen Grundbruchs an der Baugrubensohle noch verstärkt haben.  Hierdurch hätten sich auch neue Wasserwege bilden können aus dem tieferen tertiären Sand heraus in die durch das vermehrte Pumpen bereits freigespülten Porenräume des darüberliegenden quartären  Kiessandes hinein. Ausgelöst durch das von den einzelnen Brunnen bewirkte erhöhte Anströmpotential konnte sich hierdurch eine immer mehr anwachsende Grundwasserströmung sowohl in vertikaler als auch horizontaler Richtung ausbilden. 

Nur ohne eine funktionierende Baustellenaufsicht waren solche gravierenden Bauausführungsfehler möglich.

Der eingetretene Mangel sollte offensichtlich vertuscht werden.

Das aber ist im höchsten Grade kriminell und nicht mehr nur fahrlässig zu benennen.

Die nachträglich installierten Pumpbrunnen innerhalb der Baugrube waren keinesfalls geignet, den Baustellenmangel zu beheben. Sie waren sogar kontraproduktiv. Um so mehr musste man sich schon wundern, daß von offizieller Baufirmenseite nachträglich auch noch Baugrubenskizzen zum Baustellenbetrieb mit den zusätzlich installierten Pumpbrunnen veröffentlicht wurden. (Siehe auch die nachfolgenden Texte dieser Internetseite, die schon unmittelbar nach Eintritt des Schaden auf dieser Seite veröffentlicht wurden.)

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———————————————————————————————————————————Informationen Informationen zur Kombilösung von Strassen- und U-Bahnlinien in Karlsruhe

KAKombiloesungBauverfahren1109

Bauverfahren zur Herstellung der U-Bahn-Haltestellen in Deckelbauweise

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Webcams zum Bauablauf der Kombilösung in Karlsruhe

Interaktiver Streckenplan zur Kombilösung in Karlsruhe

Bauphasen zur U-Bahn- und Strassenbahn-Kombiloesung in Karlsruhe

Visualisierungsfilme zur Kombilösung in Karlsruhe

Videoclip zum Bauablauf und Bauverfahren am Beispiel Europaplatz

Visualisierung des zukünftigen Verkehrsablaufs mit der Kombilösung

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Publikationen:

Der Einsatz dieser neuartigen Versuchstechnik wurde durch eine langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit mit Prof. B. Jähne und seinem Forschungsteam am Institut für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) der Universität Heidelberg über einen Zeiraum von mehr als zehn Jahren ermöglicht. Mehrere Diplom- und Doktorarbeiten haben sich in dieser Zeit mit der ständigen Weiterentwicklung dieser zukunftsträchtigen Mess- und Auswertetechnik beschäftigt, um den Erfolg der digitalen Bildverarbeitung im Anwendungsbereich des Ingenieurwesens auf solide Beine zu stellen. Ein besonders wichtiger Partner war hierbei das Institut für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) an der Universität Heidelberg, mit dem eine mehr als zehn Jahre andauernde Zusammenarbeit unter Anwendung neuartiger Untersuchungsmethoden mittels digitaler Bildverarbeitung zusammen mit Prof. B. Jähne und seinem Forschungsteam erfolgreich gestaltet werden konnte.

Im Jahr 2011 hatte das von Prof. Jähne gegründete Institut für digitale Bildverarbeitung an der Universität Heidelberg sein 25-jähriges Bestehen, das mit einem festlichen Kolloquium in der alten Aula der Universität Heidelberg gefeiert wurde.

Diese Vortragsveranstaltung kann unter dem von der Universität Heidelberg veröffentlichten pod-cast mit den einzelnen Festvorträgen verfolgt werden.

Bilder von der Festveranstaltung der Universität Heidelberg sind unter folgendem Link zu sehen.

Siehe hierzu auch die TV-Reportage der Universität Heidelberg:

UniHDCampusTV.wmv

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Stellvertretend für die erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem IWR Heidelberg wird auf die nachfolgend genannten Veröffentlichungen hingewiesen:

Die Untersuchungsergebnisse aus den Experimenten zur Partikel Bewegung an Bodengrenzflächen sind in gekürzter Form in dem nachfolgend genannten Handbuch „Handbook of Computer Vision and Applications“ abgedruckt worden:

Die hierbei erzielten Ergebnisse zur Bewegungsegmentierung auf dem Gebiet der Interaktion zwischen Wasser und Boden unter der Belastung aus Strömungs- und Druckänderung haben zu wesentlichen Klärungen beigetragen, die heute vielfach Eingang in die Ingenieurpraxis und in die Untersuchungsstrategien der mit diesen Aufgaben betrauten Versuchsingenieure gefunden haben. Nachfolgend ist eine Viedeosequenz anzusehen, die an einem unter Wasser befindlichen Bodenkörper unter Wasserdruckwechselbelastung mit speziell entwickelten digitalen Bildverarbeitungsalgorithmen ausgewertet wurde:

Auswertung zur Sedimetbewegung  Durch Anklicken des Bildes links wird diese Auswerte-sequenz gestartet (gif-file  –  5,95 kb)

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  • Beitrag zur Deckwerksbemessung an Wasserstraßen, Geotechnische Untersuchung eines Schadensfalles an einer Uferböschung, in: Proceedings of the XIth Danube-European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Porec, Croatia, 25th – 29th May 1998, Geotechnical Hazards, Maric et al. (eds), A.A.Balkema, Rotterdam, pp. 267-273, ISBN 9054109572
  • Beitrag zur Sanierung von rutschgefährdeten Böschungen, Landslides in over-consolidated clay – geotechnical measurements and calculation, in: Proceedings of the XIIth European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Amsterdam, the Netherlands, 7th – 10th June 1999, Geotechnical Engineering for Transportation Infrastructure, F.B.J.Barends et al. (eds), A.A.Balkema, Rotterdam, pp. 601-608, ISBN 9058090477
  • Beitrag zur Fluidisierung von Gewässersohlen unter Wellenbelastung, Fluidisation and deformation of submerged soil due to fluctuating water level, in: Proceedings of the XIIth European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Amsterdam, the Netherlands, 7th – 10th June 1999, Geotechnical Engineering for Transportation Infrastructure, F.B.J.Barends et al. (eds), A.A.Balkema, Rotterdam, pp. 921-927, ISBN 9058090477
  • Beitrag zur Bemessung von Deckwerken an Wasserstraßen, A soil mechanical design approach for permeable revetments for inland waterways, in: Proceedings of the XIIth European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Amsterdam, the Netherlands, 7th – 10th June 1999, Geotechnical Engineering for Transportation Infrastructure, F.B.J.Barends et al. (eds), A.A.Balkema, Rotterdam, pp. 835-843, ISBN 9058090477
  • Beitrag zur Stabilität von Filterschichten an Wasserstraßen, Material Transport an Structure Changes at Soil-Water Interfaces, in: Proceedings of the 3rd International Conference Geofilters 2000, Warsaw, Poland, 5th –7th June 2000, Filters and Drainages in Geotechnical and Environmental Engineering, W. Wolski et al. (eds.), A.A. Balkema, Rotterdam, pp. 91 – 97, ISBN 9058091465
  • Beitrag zur Berechnung von Erosions-Schutzschichten an Wasserstraßen, Analysis of erosion protection measures in partially saturated subsoils,  in: Proceedings of the 3rd International Conference Geofilters 2000, Warsaw, Poland, 5th –7th June 2000, Filters and Drainages in Geotechnical and Environmental Engineering, W. Wolski et al. (eds.), A.A. Balkema, Rotterdam, pp. 75 – 81, ISBN 9058091465
  • Beitrag zur Stabilität von Gewässersohlen an Wasserstraßen, Theoretical and experimental analysis of flow in a turbulent filter layer, in: Proceedings of the 3rd International Conference Geofilters 2000, Warsaw, Poland, 5th –7th June 2000, Filters and Drainages in Geotechnical and Environmental Engineering, W. Wolski et al. (eds.), A.A. Balkema, Rotterdam, pp. 67 – 73, ISBN 9058091465
  • Beitrag zur Bemessung von Böschungssicherungen an Wasserstraßen, Böschungs- und Sohlbelastung durch instationären Porenwasserdruck, in: Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 18, Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik, Technische Universität Dresden (TUD), Dresden, 2000, pp. 93 – 111, ISBN 3860052438  als Vortrag gehalten im Seminar: “Belastung, Stabilisierung und Befestigung von Sohlen und Böschungen wasserbaulicher Anlagen“
  • Beitrag zum Porenwasserüberdruck an Rutschhängen, Excess pore water pressure affecting slope stability, in: Proceedings of the International Conference on Geotechnical & Geological Engineering, GeoEng2000, Melbourne, Australia, 19th – 24th November 2000, paper-no. 0469SNES (pp. 6-12)
  • Beitrag zur Filterbemessung an wasserbelasteten Böschungern, Filterbemessung aus geotechnischer Sicht, IfH-Workshop 2000 an der Universität (TH) Karlsruhe (siehe auch die zwei nachfolgenden Grafiken zur Art der Filterbelastung)

Filterdurchströmung-1     Flterdurchströmung-2

Schemaskizzen zur Art der möglichen Filterbeanspruchungen im Boden unter Wasser

  • Beitrag zum hydraulischen Grundbruch im instationären Belastungzustand, Transienter Porenwasserdruck und hydraulischer Grundbruch, in: Tagungsband zum 3. Kolloquium „Bauen in Boden und Fels“, Ostfildern, 22.-23. Januar 2002, (TAE) Technische Akademie Esslingen, H. Schad (eds.), Vol. 2, pp. 17 – 38, ISBN 3924813493
  • Beitrag zur Fluidisierung von Gewässersohlen unter Wellenbelastung, Behaviour of near-saturated soils under cyclic wave loading, in: Proceedings of the Third International Symposium on Deformation Characteristics of Geomaterials, IS Lyon 2003, Lyon, France, 22nd – 24th September 2003, Deformation Characteristics of Geomaterials, H. Di Benedetto et al. (eds), A.A.Balkema-Publishers, Lisse, pp 857 – 862, ISBN 905809 6041
  • Beitrag zum hydraulischen Grundbruch im instationären Zustand (in englischer Sprache):  Transient excess pore water pressures causing soil deformation and hydraulic failure, in: Proceedings of the XIIIth European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ECSMGE 2003), Prague, Czech Republic, 25th – 28th August 2003; Geotechnical problems with man-made and man influenced grounds; I. Vanicek (eds), CGtS, Prague, Czech Republic, Vol. 1, pp. 415 – 422
  • Beitrag zum hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand (in englischer Sprache): Transient excess pore water pressure causing structure deformation and hydraulic soil failure, in: Proceedings of the International Geotechnical Conference dedicated to the Tercentenary of Saint Petersburg, St. Petersburg, Russia, 17th – 19th September 2003, Reconstruction of Historical Cities and Geotechnical Engineering, V.A. Ilichev & V.M.Ulitsky (eds), ASV Publisher, 129337, Moscow, Yaroslavskoe Shosse 26, Moscow, Vol. 1, pp. 327 – 334, ISBN 5930932042
  • Beitrag zur Untersuchung von instationär belasteten Filterschichten an Wasserstraßen, Filters subjected to transient hydraulic loading, in: Proceedings of the 4th International Conference on Filters and Drainiage in Geotechnical and Environmental Engineering (Geofilters 2004), Windhuk, Südafrika, 2004, Filters and Drainages, et al. (eds.), 2004. A.A. Balkema, Rotterdam, pp 371 – 382

Siehe hierzu auch die Simulationsergebnisse als Visualisierungssequenzen:

– Turbulente Strömung oberhalb einer mit Kies geschützten Gewässersohle mit einem daraufliegenden Strömungshindernis

– Porenwasserdruckreaktion im underlagernden Sandbett

– Strömung über ein Hindernis an der Gewässersohle, superponiert durch Oberflächenwellen

– Porenwasserdruckreaktion im darunterliegenden Sandbett)

  • Hinweis zum instationären Porenwasserdruck, in: EAU 2004, Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen, Häfen und Wasserstrassen

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Siehe hierzu auch den Artikel im Hansa International Maritim Journal, 144. Jahrgang  – 2007  – Nr. 9, Hafenbau/Forschung und Entwickung: Wechselwirkungen zwischen Wasser, Struktur und Boden  –  Bedeutung und Defizite

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Absunk aus Schiffahrt

Wasserspiegelabsunk an einer Kanalböschung während eines vorbeifahrenden Schiffes

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Video-Sequenz des Wasserspiegelabsunks während der Vorbeifahrt eines Schiffes an einem flachen Sandstrand an der Elbe bei Hamburg (Youtube)

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Link zur Visualisierungssequenz

– Ergebnis der Lattice-Boltzmann-Simulation als Visualisierungssequenz der berechneten Strömungslinien innerhalb einer horizontalen, turbulenten Wasserströmung oberhalb einer mit Kies geschützten Gewässersohle, auf der ein Überströmungshindernis steht.

  • Unsaturated subsoil erosion protection in turbulent flow conditions
    by M. DAVIS, H.J. KÖHLER and M.A. KOENDERS                                 —–>    Link to Taylor  Francis (priview)
    IAHR – Journal of Hydraulic Research (JHR), 2006,Vol:44/Issue: 3
    Flow is considered over an obstacle placed on a coarse gravel layer that covers a sand layer. The pressure distribution as a function of position and time is obtained for partially saturated conditions in the subsoil. The flow in the open water and coarse layer is calculated using a lattice Boltzmann technique; the pressure in the subsoil is evaluated by means of an analytical solution using the lattice Boltzmann simulation as boundary condition. The results demonstrate where the greatest risk of damage to the subsoil may be located.
    Buy the full paper [in Adobe PDF format]

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  • Erdrutsch bei Nachterstedt zum Thema Standsicherheit von Böschungen

T-Mobile-Meldung vom 27.09.09 zur Tagebaurutschung in Nachterstedt:

Wie schon zu vermuten war, kann eine Erderschuetterung mit Zentrum außerhalb des Tagebau-Sees als Ursache für das Unglueck herangezogen werden.

Googlebild

Luftbild aus dem Jahre 2000, aufgenommen aus dem Weltall (Google) während der Rekultivierungsmaßnahmen am ehemaligen Tagebau bei Nachterstedt in Sachsen-Anhalt

Erdrutschhaus180709BErdrutschungSachsen180709

Erdrutsch an einer ehemaligen Tagebauböschung bei Nachterstedt in Sachsen-Anhalt vom 18. Juli 2009

Die Tagebaugrube wurde seit ihrer Stillegung im Rahmen einer Rekultivierungsmaßnahme seit etwa 1994 kontinuierlich geflutet und soll nach endgültiger Fertigstellung der Naherholung dienen. Die bisher nur teilweise geflutete Tagebaugrube war seit dem Jahre 2002 bereits als Badesee und neuerdings offenbar auch für den Wassersport und die Ausflugsschiffahrt bereichsweise freigegeben. Die Flutung wird noch einige Jahre andauern, bis das angestrebte Seespiegelniveau am „Concordia-See“ erreicht sein wird.

ErdrutschNachterstedt_vergleich

Erdrutsch in Nachterstedt – Luftaufbahmen vor und nach Erdrutsch, aufgenommen und veröffentlicht von DLR-ZKI (ARGOS) mit Datum vom 22.07.09KarteErdrutsch

Kartenbild mit der Ortsangabe zur Tagebaugrube bei Nachterstedt

SkizzeFlutungTagebauseeSkizzeLageplanTagebausee

Systemskizze zur Lage und Flutung des Tagebausees in Nachterstedt

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Hier auch ein Beitrag zu der Belastungsproblematik :

Druckwechselbelastung an Wasser-Boden-Grenzflächen

Vortrag in der NLfB-Fachveranstaltung
Standsicherheit von Unterwasserböschungen bei der Gewinnung von Sand und Kies

im Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung (NLfB) Hannover am 29. November 2000, abgedruckt in der Zeitschrift für „Angewandte Geologie (ZAG)“, Hannover, Heft 47/1, pp. 8 – 16, ISSN 0044-2259

Siehe hierzu auch die Doktorarbeit von Andrea Richwien aus dem Jahre 2005:

Untersuchungen zur Standsicherheit von Unterwasserböschungen aus nichtbindigen Bodenarten

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Aktueller Bericht in der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung (FAZ.Net vom 19. Juli 2009): Wir dachten, wir sind sicher.

ErdrutschSachsen-Anhalt190709kk

Gefährdungspotentiale während und nach der Flutung einer Tagebaugrube:

Böschungen sind besonders standsicherheitsgefährdet, wenn sie auf etwa ein Drittel der Böschungshöhe (gerechnet von Böschungefuss bis Böschungskrone) eingestaut sind. Dann besitzen sie die kleinsten Standsicherheitsreserven, ohne dass die Böschung durchströmt werden muss.

Kommen Böschungsdurchströmungen (stationär oder instationär) hinzu, erhöht sich das Gefährdungsrisiko. Plötzlich einwirkende Porenwasserdruckänderungen (Wellenangriff, Wasserspiegelsunk, Luftdruckabfall, Erderschütterungen ect.) können dieses Risiko noch erheblich vergrößern.

  • Sanierung von rutschgefährdeten Böschungen am Beispiel einer Tonböschung am Stichkanal Hildesheim:

  • Stichkanal Hildesheim

    Einsatz von Druckentlastungsbohrungen zur
    Sanierung instabiler Böschungen im Ton

     

    Porenwasserdrücke haben häufig einen wesentlichen Einfluss auf die Standsicherheit von Böschungen. Deshalb ist eine hinreichende Kenntnis der Porenwasserdruckverteilung Voraussetzung für die Beurteilung der Standsicherheit von Böschungen. Aus diesem Grund wurden an instabilen Böschungen am Stichkanal Hildesheim (SKH) Porenwasserdruckmessungen durchgeführt.

    Die Messungen haben gezeigt, dass sich in den betrachteten Tonböschungen eine Porenwasserdruckverteilung eingestellt hat, die in gewissen Grenzen zeitlich veränderlich (instationär) ist. Diese Veränderungen können auf verschiedene Einflüsse zurückgeführt werden, wie z. B. Änderungen des Luftdruckes, Bewegungen in den Böschungen, Verdunstung, Niederschlagsereignisse.

    Neu entwickelte Ansätze erlauben Aussagen zur räumlichen und zeitlichen Entwicklung von Porenwasserdruckverteilungen. Wesentlich ist dabei die Berücksichtigung von natürlichen Gaseinschlüssen im Porenwasser. Dabei bewirken geringe Anteile von Gaseinschlüssen im Porenwasser eine wesentliche Vergrößerung der Zusammendrückbarkeit des Porenwassers, was zu einer gedämpften Druckausbreitung im Boden führen kann. Auf dieser Grundlage wurde ein Konzept zur Sanierung von instabilen Böschungen im Ton erarbeitet.

    Das Sanierungskonzept beruht auf dem Einbau von Druck-entlastungsbohrungen (siehe Bild 1). Diese Druckent-lastungsbohrungen führen zu einer Verminderung des Porenwasserdruckes im Bereich der Bohrungen. Dadurch wird die ursprüngliche piezometrische Linie (P. L. im Anfangszustand) abgesenkt. Langfristig wird ein Zustand erreicht, der im Bild als piezometrische Linie im Endzustand bezeichnet ist. Dadurch wird eine wesentliche Druckentlastung im Bereich der Scherfuge und somit eine Erhöhung der Standsicherheit erreicht.

    Um möglichst rasch eine effektive Druckentlastung im Bereich der Scherfuge zu erreichen, wurden am SKH die Druckentlastungsbohrungen z. T. mit Gefälle in die Böschung hinein eingebaut. Im unmittelbaren Bereich der Bohrungen wurden Porenwasserdrucksensoren installiert, um den Porenwasserdruckabbau zu dokumentieren. Auf diese Weise wurde die Wirksamkeit von Druckentlastungsbohrungen nachgewiesen. Außerdem sollen die Messdaten zur Kalibrierung eines Berechungsmodells herangezogen werden. Diese Berechnungen dienen der Optimierung des endgültigen Bohrrasters bei der Sanierung von gefährdeten Böschungsbereichen am SKH.


    FotoMessanlageSKH1995

    Bild 1: Vorbereitungen zur Eignungsprüfung mit der Installation von Porenwasserdrucksensoren und der automatischen Messwerterfassung für die Sanierung einer instabilen Tonböschung im Einschnitt bei SKH-km 2,95mittels Druckentlastungs-bohrungen  (siehe auch nachfolgendes pdf-file: Schemaskizze zur Wirkung der Druckentlastungsbohrungen am SKH bei km 2.95)

    Projektbezogene Literatur:

    Köhler, H.-J. & R. Schulze, 2009: Stabilisierung von Einschnittsböschungen mittels Wasserdruckentlastung  im stationären und instationären Strömungs-

    zustand, in: Gruppe Geotechnik Graz, TU Graz, Heft 35, 2009, Beiträge zum 24. Christian Veder Kolloquium „Stabilisierung von Rutschhängen, Böschungen und Einschnitten“, pp. 295-312, ISBN 9783900484521

    Köhler, H.-J. & R. Schulze, 2006:  Sicherung instabiler Einschnitts- und Deichböschungen mittels Druckentlastungsbohrungen  –  Berücksichtigung des Bodens unter Wasser als Dreiphasenmedium,  in: Sicherung von Dämmen, Deichen und Stauanlagen – Handbuch für Theorie und Praxis, Vol. II, 2006, Universität Siegen, 9.–10. Februar 2006,  Herrmann and Jensen (eds.), pp. 305 – 324, Eigenverlag Uni Siegen, pp. 305-324

    Schulze R. & H.-J. Köhler, 2004: Sicherung einer instabilen Böschung mittels Druckentlastungsbohrungen Berücksichtigung des Bodens unter Wasser als Dreiphasenmedium, in: Proc. Messen in der Geotechnik, Braunschweig, September 2004, IGB -TUBS, Heft 77, p.349 ff, ISBN 3927610682

    Schwab, R., H.-J. Köhler & R. Schulze, 2004: Pore water compressibility and soil behaviour – excavations, slopes and draining effects, in: Proc. Skempton Memorial Conf., London, März 2004, pp. 1169-1182, ISBN 0727732641, Thomas Telford, London

    Schulze, R. & H.-J. Köhler, 2003: Increasing safety of unstable slopes by unconventional pore pressure release technique, in: Proc. 1st GeoTechnical Measurements and Modelling (GTMM), Karlsruhe, 23.-25. September 2003, Lisse: Balkema.

    Schulze, R. & H.-J. Köhler, 2003: Stabilisation of endangered clay slopes by unconventional pore pressure release technique, in: Proc. 5th International Symposium on Field Measurements in Geomechanics (FMGM), Oslo, 15.-18. September 2003, Lisse: Balkema.

    Köhler, H.-J., R. Schulze & K. Asami, 2002: Protection measures in order to increase safety of unstable clay slopes by unconventional pore pressure release techniques, in: Rybár et al. (eds.), Landslides – Proc. 1st European Conference on Landslides, Prag, 24.-26. Juni 2002, pp. 597-601,  Lisse: Balkema

    Köhler, H.-J., & R. Schulze, 2000: Landslide Triggering Induced by Barometric Pressure Changes, in: Proc. Geo Eng 2000, Melbourne, Australien, 19.-24. November 2000

    Köhler, H.-J., & R. Schulze, 2000: Landslides Triggered in Clayey Soils – Geotechnical Measurements and Calculations, in: E. Bromhead et. al. (eds.), Landslides in research, theory and practice – Proc. 8th Intl. Symp. on Landslides, Cardiff, 26.-30. Juni 2000, London: Th. Telford.

    Köhler, H.-J., R. Schulze & I. Feddersen, 1999: Influence of barometric pressure changes on slope stability – measurements and geotechnical interpretations, in: Proc. 5th Intl. Symp. on Field Measurements in Geomechanics, Singapore, 1.-3. Dezember 1999, Rotterdam: Balkema.

    Schulze, R. & H.-J. Köhler, 1999: Landslides in over-consolidated clay – geotechnical measurements and calculations, in: F. B. J. Barends et al. (eds.), Geotechnical Engineering for Transportation Infrastructure – Proc. 12th Europ. Conf. Soil Mech., Amsterdam, 7.-10. Juni 1999, Rotterdam: Balkema.

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Besuch des Studiensemesters BB3/BM3 (Sommersemester 2009) in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) fand am Mittwoch, den 10. Juni 2009, in der Zeit zwischen 11.30 h und 13.00 h statt.

Treffpunkt:  BAW Karlsruhe,  Zeit: 11.25 h

StudentenHSKAinBAW100609BesuchStudentenHSKABB3100609

Besuch von Studenten des Sommersemesters 2009 (BB/BM 3) der HSKA in der BAW am 10. Juni 2009

WasserundBoden

Schautafel zu Wasser und Boden

LaborbesuchBAWHSKA100609Schermechanismen

Laborbesuch des Studiensemesters BB3/BM3 (Sommersemester 2009) in der BAW am 10. Juni 2009

ScherversucheBAWHSKA100609Laborproben100609

Studenten der HS Karlsruhe besuchen die Scherversuchsstände im Geotechnischen Labor der BAW am 10. Juni 2009 (links) und Schautafel mit Versuchsprobenmustern aus dem Dreiachsialversuch, direktem Scherversuch und anderen Versuchen (rechts)

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Schadensfall an der Baugrube der U-Bahnbaustelle  am Waidmarkt in Köln, siehe auch den Viedeoclip, ausgesendet vom Programm des WDR (Quarks & Co)

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SchnittbildUBahnKöln

Schnittbild von der U-Bahntrasse in Süd-Nord-Richtung in Köln

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Aktuelle Pressemitteilungen vom 08.03.2010 und später der mit der Leitung der Arge Nord-Süd-Stadtbahn Köln beauftragten Firma Bilfinger Berger AG zum Einsturz der Baugrube an der U-Bahnbaustelle am Waidmarkt in Köln:  Link zu Bilfinger Berger (Siehe hierzu auch die Präsentation der Fa. Bilfinger Berger zum Herstellungsverfahren der Schlitzwand , wie es beim Bau der U-Bahn in Köln angewendet wurde.).

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Bericht des WDR vom 02.März 2012 zum U-Bahnbau-Unglück in Köln am 03.03.2009

Na bitte, nun kommt Bewegung in die Ermittlungen zum Einsturz des Kölner Stadtarchivs:

Bericht in der Kölnischen Rundschau vom 19. März 2010

Auch das Internetportal  Köln.de vom 19. März 2010 berichtet über dieses Thema.

—————————————————————————————————————————————————Live-Bericht des ZDF vom 17.03.2009 in Frontal21

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ZDF-Bericht in Frontal 21 am 23. Februar 2010, 21.00 h zum aktuellen Stand der Untersuchungen zum Baustellenschaden an der U-Bahnbaustelle Köln Waidmarkt

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Aktueller Bericht im Kölner Stadtanzeiger (ksta.de) vom 22. Februar 2010 zum Stand der Untersuchungen des Baustelleneinsturz an der U-Bahnbaustelle am Kölner Waidmarkt

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Pressemeldung vom 06. November 2009 im Kölner Stadtanzeiger zum Archiveinsturz in Köln 

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Neuester Pressebericht vom 27. Oktober 2009 im Kölner Stadtanzeiger zum Schadensfall Einsturz Stadtarchiv Köln (U-Bahnbaustellenschaden) ———————————————————————————————————————–

Neue Berichte und Erklärungen zum U-Bahnschaden am Waidmarkt in Köln vom 03. März 2009 finden sich unter den beiden folgenden Links (Google):

– mit dem Thema „Einsturz Stadtarchiv Köln“ (U-Bahnbau)

– darüberhinaus auch auf  blog-Seiten im Internet zum Thema „Einsturz Stadtarchiv Köln“

Neueste Presseberichte sind nachfolgend zu lesen:

Bericht in der Welt-Online vom 25. Oktober 2009 zur Einsturzursache des Kölner Stadtarchivs an der U-Bahnbaustelle Waidmarkt.

WDR-Luftaufnahmen an der Unglücksstelle in Köln vom Juni 2009 (Internet vom 24. Juni 2009)

Bericht im Stadtexpress Köln vom 24. Juni 2009 zum U-Bahnschaden in Köln:

InternetStadtexpressKöln vom 24. 06. 09

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Nach den ersten Presseberichten wird der Schaden auf einen hydraulischen Grundbruch zurückgeführt, der die seitliche Baugrubenwand (Schlitzwand) unterspült haben soll. Erklärungen zur Modellvorstellung eines hydraulischen Grundbruchs finden sich zum Beispiel unter der nachfolgend genannten Internetadresse des Westdeutschen Rundfunks:

    WDR:     (http://www.wdr.de/tv/quarks/videos/flashplayer.jsp?mid=29211)

Hier wird an einem Labormodell das Prinzip und die Wirkung eines hydraulischen Grundbruchs erklärt.

  • Der unterhalb des Videobildes auf der obigen Internetseite zusätzlich abgedruckte Text mit den Beschreibungen zur möglichen Sicherung einer Baugrube gegen einen hydraulischen Grundbruch ist nur teilweise als richtig zu bewerten. Das zusätzlich auf die von unten durchströmte Baugrubensohle aufzubringende Gewicht soll und kann nur dann als wirksames Gegengewicht gegen den von unten wirkenden Strömungsdruck wirken, wenn die zusätzlich aufgebrachte Auflastschicht wasserdurchlässiger als der anstehende, durchströmte Boden ist. Diese zusätzliche Bodenschicht hat dann nicht nur eine Filterfunktion gegenüber dem durchströmten Boden, sondern bewirkt durch ihr Gewicht auch eine Erhöhung des Bodengewichtes eines möglicherweise aufbrechenden Bodenprismas und kann so bei ausreichender Größe den hydraulischen Grundbruch verhindern. Eine dichte Betonschicht als Schutz in der Baugrubensohle könnte diese Wirkung nicht so effektiv erzielen und würde im Gegenteil den von unten wirkenden Strömungsdruck nicht abbauen können, wodurch sich die Gefahr des Sohlaufbruchs damit sogar  noch erhöhen würde, wenn die aufgebrachte Last nicht ausreichend groß wäre. Falls eine dichte Sohle (z. B. Beton) zur vorübergehenden Sicherung gegen den von unten auf die Baugrubensohle einwirkenden Strömungsdruck eingebaut würde, müsste bei gleicher Sicherheitswirkung diese dann auch viel dicker eingebaut werden als es die wesentlich dünnere Bodenschicht der Filterauflage in ihrer Sicherungswirkung erzielen kann.  Zusätzliche Bodenauflasten zur temporären Sicherung der Baugrubensohle gegen den hydraulischen Grundbruch sollten daher  stets wesentlich wasserdurchlässiger sein als der in der Baugrubensohle anstehende durchströmte Boden.

In der Regel werden solche aus der Wasserzuströmung entstehenden Baugrubenbelastungen im Zustand der stationären Grundwasserzuströmung untersucht, bei der im ungünstigsten Fall ein Sohlaufbruch in der Baugrube eintreten kann. Dann tritt der sogenannte hydraulische Grundbruch unmittelbar ein, nachdem die Baugrube ausgehoben und das Wasser aus der Baugrube abgepumpt wurde. 

Der rechnerische Nachweis der Sicherheit gegen einen möglichen hydraulischen Grundbruch ist stets zu führen. Im Regelfall ist eine Sicherheit von f > 1,5  zu forden.

Dieser rechnerische Nachweis für den Lastfall einer unterströmten Baugrubenwand wird bisher leider nur für den sogenannten stationären Strömungszustand gefordert. Dies aber ist nicht immer der unsicherste Zustand, insbesondere dann nicht, wenn die seitlichen Baugrubenwände bis in sogenannte weniger durchlässige Bodenschichten abgeteuft werden, um den Wasserzustrom zur Baugrube durch die geringere Wasserdurchlässigkeit dieses tiefer anstehenden Bodens zu vermindern, in den die seitlichen Baugrubenwände mit ausreichender Einbindetiefe eingebunden sein müssen. Oft treten dann schon während der Wasserspiegelabsenkung in der Baugrube bzw. auch während des Baugrubenaushubs sogenannte instationäre Durchströmungszustände auf, deren Potentialverteilungen nicht mehr mit denen einer stationären Strömung zu vergleichen sind. Sie besitzen ein wesentlich höheres Gefahrenpotential, das erst nach Erreichen des sogenannten stationären Strömungszustandes wieder mit den herkömmlichen Nachweisverfahren richtig zu beurteilen ist. Hierbei müssen die Einbindetiefen der die Baugrube umschließenden Baugrubenverbauwände ausreichend tief in den durchströmten Baugrund eingestellt sein und die geforderte Dichtungsfunktion muss über die gesamte Wandhöhe, und das auch unterhalb der Baugrubensohle, wärend der gesamten Bauzeit sichergestellt sein.

Erklärungen hierzu finden sich in den nachfolgenden Text- und Bildbeiträgen zum hydraulischen Grundbruch im instationären Zustand.

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Nur kurze Zeit vor dem Einsturz des Stadtarchivs fanden Dreharbeiten für einen Film mit Erklärungen zu den blauen Rohren in Köln statt, der in der „Sendung mit der Maus“ ausgestrahlt wurde. Es fand ein Besuch der U-Bahnbaustellen in Köln statt, der unmittelbar bis in die Baugrube am Waidmarkt vor dem Kölner Stadtarchiv geführt hat. So ist ein Zeitdokument von besonderem Wert entstanden, dass die Arbeiten der Grundwasserpumpen in der Baugrube erklärt. Der Fim ist unter dem nachfolgenden Link zu sehen.

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Die Bautagebücher sprechen von insgesamt 23 Brunnen (ursprünglich waren nur 4 Brunnen genehmigt worden), die der Wasserdruckentlastung innerhalb der Baugrube gedient haben sollen. Inwieweit diese während der Bauzeit nach und nach erhöhte Anzahl der Brunnenbohrungen am Schaden ursächlich beteiligt war, ist noch ungewiss. Die zusätzlichen Brunnen sollen entsprechend den  letzten  Pressemitteilungen lediglich der Entspannung des Wasserdrucks im Bodenbereich unmittelbar unterhalb der Baugrubensohle gedient haben. 

Ubahnarge004

Skizze zur Baugrube nach den Angaben der Arge U-Bahn Köln zur Lage der zusätzlich eingerichteten Brunnen innerhalb der Baugrube, in denen gepumpt wurde.

Sollte in diesen Brunnen der Wasserspiegel jedoch durch zusätzliches Pumpen abgesenkt worden sein, so hätte diese zusätzliche Wasserspiegelabsenkung unterhalb der Baugrubensohle  fatale Folgen und Auswirkungen auf die Standsicherheit der Baugrubenwand  gehabt.  Die Potentialdifferenz zwischen dem äußeren Grundwasserspiegel und dem abgesenkten Grundwasserspiegel in bzw. auch unterhalb der Baugrube wäre damit noch zusätzlich erhöht worden, wodurch unnötigerweise ein vergrößertes  Unterströmungspotential im durchsickerten Boden ausgelöst worden wäre. 

Es bleibt  zu hoffen, daß eine solche zusätzliche Grundwasserabsenkung durch das vermehrte Pumpen in und unterhalb der Baugrube als Schadensursache ausscheidet. Grundwasserabsenkungsbrunnen werden nach herkömmlicher Bautradition daher stets außerhalb der Baugrube angeordnet. Innerhalb einer Baugrube sollten keine Grundwasserabsenkungen durch Pumpbrunnen erfolgen, bestenfalls sind sorgfältig ausgebaute Wasserduckentlastungsbrunnen möglich, deren Wasserförderung durch freien Auslauf  in Höhe der Baugrubensohle sicher zu stellen ist. Keinesfalls aber darf eine erhöhte Absenkung des Grundwasserspiegels unterhalb der Baugrubensohle durch zusätzliche Pumpbrunnen innerhalb der Baugrube zugelassen werden.

Alles scheint auf  die unsichere Konstruktion des Baugrubenverbaus hinauszulaufen.

Die wahrscheinlichste Schadensursache wird wohl der hydraulische Grundbruch sein, der beim Vorhandensein von undichten Wandfugen zwischen einzelnen Schlitzwandlamellen unterhalb der Baugrubensohle durch den damit ermöglichten verkürzten Zufluß zur Baugrube direkt ausgelöst werden konnte.

Für dieses Schadensbild sprechen alle bisher bekannt gewordenen Berichterstattungen des letzten Jahres nach Eintritt des Baustellenschadens.

  • Insbesondere die Sohlhebungen innerhalb der Baugrube kurz vor dem Gebäudeeinsturz weisen eindeutig auf dieses Schadensszenario des hydraulischen Grundbruchs hin. Unmittelbar vor Beginn der Betonierarbeiten für das Herstellen der Betonsohle hatten Bauarbeiter in der Baugrube am Waidmarkt damit begonnen, die Baugrubensohle einzunivellieren und für die Betonierarbeiten auf das planmäßig angestrebte Soll-Niveau vorzubereiten. Den seinerzeitigen Presseberichten zufolge waren zu diesem Zeitpunkt noch etwa ein bis zwei Dezimeter Boden auszuheben. Zusätzlich sollte auch noch ein weiterer Brunnen unmittelbar vor der Baugrubenwand zum Kölner Satdtarchiv eingebaut werden. Hierzu hatten die Brunnenbauer einen örtlich begrenzten Bodenaushub zu tätigen. Unmittelbar während dieser Arbeiten wurden vermehrte Wasseraustritte beobachtet und der Boden begann sich zu heben. Den beherzt reagierenden Bauarbeitern, die zu diesem Zeitpunkt in der Baugrube tätig waren, ist es schließlich zu verdanken, daß nicht noch mehr Menschenleben beim Einsturz des Stadtarchivs zu beklagen sind. Als sie feststellen mußten, daß die Bodenbewegungen an der Baugrubensohle nicht mehr aufzuhalten waren, verließen sie die Baugrube fluchtartig und warnten die Personen, die sich im Gebäude des Stadtarchivs aufhielten.

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Die während der vorangehenden Baumaßnahme nach und nach zusätzlich installierten Brunnen innerhalb der Baugrube entlang solcher undichten Wandfugen (vergleiche obige Skizze) waren in diesem Fall unmittelbar kontraproduktiv, weil durch das erhöhte Anströmpotential dieser zusätzlichen Pumpbrunnen auch erhöhte Bodenausspülungen vor und hinter der Baugrubenwand offensichtlich nicht effektiv genug zu verhindern waren. Diese Gefahr hätte bekannt sein müssen und daher auch nicht zugelassen werden dürfen. Auf jeden Fall hätte es bei den immer mehr ansteigenden Pumpwassermengen einen vorübergehenden Baugrubenstopp geben müssen und die an der einen Seite der Nachbarbebauung festgestellten, mehr oder weniger sogar plötzlich eingetretenen Setzungen (1 bis 2 cm) am Gebäude des später eingestürzten Stadtarchivs hätten einen ernst zu nehmenden Alarm auslösen müssen. Auf der gegenüberliegenden Baugrubenseite wurden solche plötzlichen Setzungen nämlich nicht festgestellt. Wo war hier die Bauaufsicht des Auftraggebers und wo die das Auftragnehmers? Es wurde demnach also auch leichtfertig gehandelt, offensichtlich wurden sogar Leben leichtfertig und blindlings gefährdet.

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Instationäre Durchströmungszustände verursachen zusätzliche Verformungen der Sohle und Baugrubenwände, die das Schadensrisiko erhöhen. Die Fugen von Schlitzwandlamellen könnten durch übermäßig grosse Verformungen undicht geworden sein.

Natürlich sind auch herstellungsbedingte Probleme beim Bau der tief hinabreichenden Baugrubenwände nicht auszuschliessen, die bereits im Bauzustand  Undichtigkeiten verursacht habe können, die sich bei den später nachfolgenden Verformung der Schlitzwandlamellen in den schon relativ undichten Lamellenfugen noch vergrößert haben können.

Auch Versuche zur nachträglichen Abdichtung der Schlitzwand könnten den Kollaps ausgelöst haben.

Die hierzu laufenden Untersuchungen werden hoffentlich eine Klärung der Schadensursachen herbeiführen.

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Beispiel Spundwandschleuse Offenbach am Main:

Obwohl die Baugrundverhältnisse und die angewendeten Baukonstruktionen in Köln anders sind als es das nachfolgende Beispiel einer Schleuse in Spundwandbauweise im Frankfurter Ton beschreibt, wird auf dieses Beispiel einer instationär belasteten Baugrube während der Umbauarbeiten einer mehr als 40 Jahre bestehenden Schleuse hingewiesen.

Die instationäre Baugrubenbelastung wirkt auf die Baugrubenwände und die Sohle unmittelbar nach Aushub der Baugrube mit Porenwasserüberdrücken im wenig wasserdurchlässigen Boden des tertären Tons, die zu zusätzlichen Verformungen der Wand und der Sohle führen. Das Berechnungsergebnis einer Finite-Element-Untersuchung, das sich auf den Umbau der bestehenden Schleuse in Spundwandbauweise bezieht, wird in dem Beitrag zum International Symposium on Prefailure Deformation Characteristics in Torino 1999 beschrieben:

HydraulischerGrundbruchInstationär VerformungenBaugrubeinstationär

Instationäre Porenwasserdruckbelastung in einer Baugrube

Linke Grafik: Bruchsituation auf den Gleitfugen der aktiven und passiven Gleitkeile vor und hinter der Spundwand unmittelbar nach der Absenkung des Wasserspiegels in der Baugrube

Rechte Grafik: Verfomungszustände der instationär belasteten Spundwand und Baugrubensohle während drei unterschiedlicher Bauzustände;

obere Reihe: Aushub unter Wasser mit stationärer Unterströmung; mittelere Reihe: Absenkung des Wasserspiegels in der Baugrube; untere Reihe: Flutung (Wiederauffüllung) der Baugrube

Aus dem oben genannten Beitrag Torino 1999 stammt auch die folgende Verformungsberechnung; siehe nachfolgenden Link:

Finite-Element-Verformungsberechnungen einer Baugrubenwand im instationären Belastungszustand des Baugrubenaushub und der Wasserspiegeländerung (Absenkung und Wiederauffüllung) in der Baugrube (steife und verformbare Wand)

Durch die instationäre Porenwasserdruckbelastung in der  wenig wasserdurchlässigen Bodenschicht des tiefer anstehenden Tertiärbodens, in der die seitlichen Baugrubenwände eingebunden sind, wird die Baugrubensohle nicht nur durch den Erdaushub sondern auch durch die Absenkung des Wasserspiegels in der Baugrube entlastet. Hieraus resultieren zusätzliche Verformungen der Sohle und der Wand.

Als Beispiel einer solchen instationären Baugrubenbelastung wird auf die Wirkungsweise des instationären Porenwasserdrucks mit dem Berechnungsergebnis einer speziellen Untersuchung hingewiesen (Nachzulesen im Beitrag zum International Symposium on Prefailure Deformation Characteristics in Torino 1999):

Wand- und Sohlverformungen infolge instationärer Porenwasserdruckzustände (Aushub unter Wasser (Grafiken A und B), Absenkung in der Schleuse (Grafiken C und D), Wiederauffüllung der Schleuse (Grafiken E und F) für eine verformbare Wand (links) und eine unverformbare Wand (rechts)

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Pressemitteilungen zum Einsturz der Baugrube an der U-Bahnbaustelle am Waidmarkt in Köln

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– Meldung im Kölner Stadtanzeiger vom 24.April 2009 spricht von vorgetäuschtem hydraulischen Grundbruch

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– Bericht zum Baustellenschaden am Waidmarkt im  Kölner Express online de vom 03.04.2009

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– Grafiken und Modellvorstellungen aus der Süddeutschen Zeitung Online vom 31.03.2009 von den zwei vermuteten möglichen Bruchmechanismen beim Einsturz der Baugrube an der U-Bahn-Baustelle Kölner Stadtarchiv (undichte Wand oder hydraulischer Grundbruch) 

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– Pressemitteilung der Stadt Köln vom 31.03.2009 zum Stand der technischen Überprüfung der laufenden U-Bahnbaustellen in Köln

mit dem Link zum Untersuchungsbericht der Gutachter

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– Artikel in der Welt Online vom 28. März 2009 zum U-Bahnschaden in Köln

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– Artikel im Spiegel Online vom 28.03.09 über den vorausgegangenen hydraulischen Grundbruch an der Kölner U-Bahnbaustelle am Stadtarchiv im September 2008

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– Bericht zu Risseschäden an den Häusern entlang der U-Bahn-Linie Wehrhahn, abgedruckt im RP Online vom 28.März 2009

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– Interview im Deutschlandradio vom 25.03.09 zum Thema Sicherheitskontrolle 

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– Bilder von den U-Bahnbaustellenschäden in Köln aus dem Kölner Stadtanzeiger

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– Bericht in der Kölnischen Rundschau vom 23.03.09, 21.59 h zum U-Bahnschaden in Köln

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– Bericht im WDR Online vom 23.03.09 zum Thema Verantwortlichkeit

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– Bericht in der Zeit Online vom 23.03.09 zum eingeleiteten Disziplinarverfahren gegen den Baudezernenten der Stadt Köln

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– Bericht in Express.de vom 23. März 2009 zum U-Bahnschaden in Köln

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– Ad Hoc News vom 22.03.09 zum Thema „Einsturz Stadtarchiv Köln“

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– Artikel in der Süddeutschen Zeitung vom 21./22. März 2009 zum Unglück an der U-Bahn-Baustelle des Kölner Stadtarchiv zum Thema „Hydraulischer Grundbruch“:

SZ210309

———————————————————————————————————————————– Bericht vom 18.03.09 in der FAZ-Net ———————————————————————————————————————————-

– Bericht vom 18.03.09 in der Süddeutschen Zeitung

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BildFHKöln2808vom170309

– Bild einer Modellvorstellung zum „Hydraulischen Grundbruch“ mit Bezug auf den Schadensfall in Köln, vorgestellt im Internet am 17.03.09 von der FH Köln mit dem Link zum Video im der Kölnischen Rundschau

——————————————————————————————————————————— EinsturzStadtarchivKöln (Bericht aus dem Internet (T-Online) vom 14. März 2009 zum Einsturz des Kölner Stadtarchivs)

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– Artikel in der Süddeutschen Zeitung vom 14./15. März 2009 zum Unglück an der U-Bahn-Baustelle des Kölner Stadtarchiv zum Thema „Hydraulischer Grundbruch“:

UBahnBaustelleKönerStadtarchiv

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Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand

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Zusätzliche Erklärungen und Hinweise zum Thema „Hydraulischer Grundbruch im instationären Durchströmungszustand“ sind in den nachfolgenden Grafik- und Textpassagen sowie den Links mit eigenen Veröffentlichungen zum Thema des hydraulischen Grundbruchs im instationären Zustand zu finden:

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Der „HYDRAULISCHE GRUNDBRUCH“ wird nach herkömmlichen Dimensionierungsregeln bisher nur für den stationären Unterströmungszustand einer Baugrubenumschließung nachgewiesen.

In der Regel werden solche aus der Wasserzuströmung entstehenden Baugrubenbelastungen im Zustand der stationären Grundwasserzuströmung untersucht, bei der im ungünstigsten Fall ein Sohlaufbruch in der Baugrube eintreten kann. Dann tritt der sogenannte hydraulische Grundbruch unmittelbar ein, nachdem die Baugrube ausgehoben und das Wasser aus der Baugrube abgepumpt wurde.

Ein Modellversuch der Universität Essen (veröffentlicht als Video von Privatdozent E. Perau) verdeutlicht diesen Bruchmechanismus des hydraulischen Grundbruchs sehr anschaulich.

Siehe hierzu auch diesen Link mit Untersuchungsergebnissen der Universität Insbruck aus den Jahren 2000 bis 2002 mit zusätzlichen Erklärungen zu den bisher gebräuchlichen Berechnungsansätzen beim Nachweis gegen hydraulischen Grundbruch

Die neue DIN 1054: 2003-01 beschreibt diesen Nachweis gegen hydraulischen Grundbruch mit den neuen Teilsicherheitsbeiwerten, wie sie vom neuen europäisch abgestimmten Sicherheitskonzept verlangt werden.Siehe hierzu auch die folgenden Veröffentlichungen:

Hydraulischer Grundbruch: Literaturübersicht und offene Fragen
Achim Hettler, Prof. Dr.-Ing. habil.
Universität Dortmund

 

Nachweis des Aufbruchs der Baugrubensohle nach der neuen DIN 1054: 2003-01
Achim Hettler, Prof. Dr–Ing. habil., Christian Stoll, Dipl.Ing.
Universität Dortmund

 

Das aber ist insbesondere bei Baugrubenwänden, die in sogenannten wenig wasserdurchlässigen Bodenschichten (z. B. tonige, schluffige oder auch sandige Bodenschichten) einbinden, häufig nicht der maßgebende Bemessungsfall. Dies gilt insbesondere für tiefe Baugruben, die, wie im vorliegenden Fall der U-Bahnbaustelle im Bereich des Stadtarchivs Köln, in den sogenannten „tertiären“ Baugrund (gemeint ist hierbei ein wenig wasserdurchlässiger Boden) eingestellt sind. In solchen Bausituationen gewinnen instationäre Porenwasserdruckzustände eine besondere Bedeutung für die Standsicherheit der die Baugrube umschließenden Baugrubenverbauwände. Diese instationären Baugrubenbelastungen wurden vom Arbeitskreis „Baugruben“ der DGGT in den im Jahr 2006 neu herausgegebenen „Empfehlungen des Arbeitskreises ´Baugruben´. EAB 2006“ leider noch nicht als zusätzliche Nachweismethode gegen den hydraulischen Grundbruch aufgenommen.

Eine Ausnahme bilden hier glücklicherweise die mit Unterstützung der DGGT im Jahr 2004 ebenfalls neu aufgelegten Empfehlungen des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“ Häfen und Wasserstraßen EAU 2004, (Die Empfehlungen EAU 2004 liegt beim Verlag Ernst & Sohn seit 2009 auch in digitalisierter Form vor), wo auf solche Nachweissituationen zum „HYDRAULISCHEN GRUNDBRUCH IM INSTATIONÄREN ZUSTAND“ bereits hingewiesen wird.

Weitergehende Informationen zu einem solchen Nachweis sind nachfolgend den Text- und Grafikpassagen sowie den unten aufgelisteten Links zu eigenen Veröffentlichungen zu entnehmen.

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Versagensmechanismen beim hydraulischen Grundbruch im instationären Zustand:

Versagensmechanismus 1:

PrinzipskizzeHydraulischerGrundbruchinstationär

Prinzipskizze zum hydraulischen Grundbruchnachweis im instationären Zustand

Versagensmechanismus 2: 

HydraulischerGrundbruchPrisma

Gefährdetes Bodenprisma beim hydraulischen Grundbruch im stationären und instationären Zustand

Versagensmechanismus 3:

AktivePassiveEarthPressure

Potentielle aktive und passive Erddruckgleitkörper beim Wandversagen im instationären Zustand

Diagramm für den Porenwasserdruckparameter b für wenig wasserdurchlässige Böden (k = 1 x 10 exp-7 bis 1 x 10 exp-11 m/s):

DiagrammPorenwasserdruckparameter_b

Diagramm für den Porenwasserdruckparameter b zur Anwendung beim Grundbruchnachweis entsprechend den Versagensmechanismen 1 bis 3

InstationärerHydraulischerGrundbruch

Grafik zur Potentialverteilung des Porenwasserdrucks an einer Baugrubenwand im instationären Unterströmungszustand unmittelbar nach der Absenkung des Wasserspiegels in der Baugrube

Weitere Erklärungen zum Berechnungsgang und zu den b-Werten für Böden mit größerer Wasserdurchlässigkeit (k = 1 x 10 exp-3 bis 1 x 10 exp-7 m/s)  siehe hierzu den  ECSMGE-Beitrag Prag 2003

————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————-Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand

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Vergleiche hierzu auch die Publikationsliste H.-J. Köhler(Stand 2009) und die nachfolgend gesondert aufgeführten Veröffentlichungen mit Bezug zum Hydraulischen Grundbruch:

—————————————————————————————– Beitrag zur Field Measurements Conference in Bergamo 1995 zum Thema “Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand” (in englischer Sprache)

—————————————————————————————————————– Beitrag zur Grundbruchsicherheit an Baugruben (in deutscher Sprache), Vortrag gehalten von H.-J. Köhler an der Landesgewerbeanstalt (LGA) Nürnberg 1997

– Beitrag zum International Symposium on Prefailure Deformation Characteristics in Torino 1999 zum Thema “Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand” (in englischer Sprache)

——————————————————————————————————————– Beitrag zur ECSMGE-Conference in Amsterdam 1999 zum Thema “Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand” (in englischer Sprache)

————————————————————————————————————————– Beitrag zur ICSMGE-Conference in Istanbul 2001 zum Thema “Influence of external pressure changes acting on unsaturated submerged soils” (in englischer Sprache)

———————————————————————————————————————– Beitrag zum Dritten Workshop “Teilgesättigte Böden” an der Bauhaus-Universität Weimar 2001 (in deutscher Sprache)

————————————————————————————————————– Beitrag zum Kolloquium “Bauen in Boden und Fels” der Technischen Akademie Esslingen 2002 zum Thema “Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand” (in deutscher Sprache)

———————————————————————————————————————– Beitrag zum deutschsprachigen ABAQUS-Anwendertreffen (Abacom-Software Gmbh, Aachen) in Wiesbaden 2002 zum Thema “Verhalten von teilgesättigten Böden unter Wasser” (in deutscher Sprache)

————————————————————————————————————————-  Beitrag zur ECSMGE-Konferenz in Prag 2003 zum Thema Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand (in englischer Sprache)

————————————————————————————————————————- Beitrag zur International Geotechnical Conference dedicated to the Tercentenary of Saint Petersburg in Petersburg 2003 zum Thema “Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand” (in englischer Sprache)

————————————————————————————————————————– Beitrag Köhler/Montenegro zur International Conference Unsaturated Soils in Weimar 2003 zum Thema “Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand” (in englischer Sprache), in: Unsaturated Soils: Numerical and Theoretical Approaches, Volume II, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 2005, ed. T.Schanz, ISBN 3-540-21122-5, pp.139 – 157; Investigations regarding soils below phreatic surface as unsaturated porous media

——————————————————————————————————————– Beitrag Montenegro/Köhler/Holfelder zur International Conference Unsaturated Soils in Weimar 2003 zum Thema Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand (in englischer Sprache), in: Unsaturated Soils: Numerical and Theoretical Approaches, Volume II, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 2005, ed. T.Schanz, ISBN 3-540-21122-5, pp.159 – 172; Inspection of excess pressure propagation in the zone of gas entrapment below the capillary fringe

————————————————————————————————————————– Beitrag zur ASCE Coastal Structure Conference 2003 in  Oregon (USA)  zum Thema “Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand” (in englischer Sprache), (Link zum vollständigen ASCE-2003-Beitrag) 

——————————————————————————————————————- Beitrag zur ICE Skempton Conference in London 2004 zum Thema Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand (in englischer Sprache),  (Link zum vollständigen ICELondon2004-Beitrag)

——————————————————————————————- Hinweis in der EAU 2004 (Seite 74 bis 76) (bzw. digitale Fassung 2009) zum Thema “Hydraulischer Grundbruch im instationären Zustand” (in deutscher Sprache)

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Fotos von den Teilnehmern der Studiensemesters BB3/BM3 beim Besuch in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) am 09. November 2007, 08. Mai 2008 und 14. November 2008 (Bodenmechanisches Labor und kurzer Rundgang durch eine der Wasserbauhallen)

Mit diesem Link ist auch in Quicktime-Video herunterzuladen von Wellenbewegungen auf ein Versuchs-Deckwerk, das in der Versuchsgrube der BAW  (freigelände) untersucht wurde.

Studenten der HSKA (Sommersemester 2009) im Bodenphysikalischen Labor der BAW am 10. Juni 2009

Studiensemester BB3 und BM3 Studentenbesuch Schleusenmodell

BesuchStudentenHSKABB3100609 BAWLaborbesuch

HydraulischesModell FlächengitteraufnahmeSohle Flussmodellsohle

Dreiachsialversuchsstand BodenmechanischesLabor Studenten

Dreiachsialversuchsgeräte Scherwegdiagramm Direkter Scherversuchsstand

BAW-Besuch am 08.05.08 Wasserbaulabor StudentenHSKAWasserbauhalle

BAWLaborbesuch Studentenbesuch

Fotos von den Teilnehmern der Studiensemesters BB3/BM3 beim Besuch in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), (Bodenmechanisches Labor, Freigelände und Besichtigung einer Wasserbauhalle mit einem hydraulischen Modell mit beweglicher Sohle, Direkter Scherversuchsstand im Geotechnischen Labor mit Online-Anzeige des Scherwegdiagramms u. a.)

Mit diesem Link ist auch in Quicktime-Video herunterzuladen von Wellenbewegungen auf ein Versuchs-Deckwerk, das in der Versuchsgrube der BAW  (freigelände) untersucht wurde.

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