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Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur 5. Auflage . . ........ . . .
1 Einleitung .................. . 1.1 Aufgabenstellung der
Ingenieurgeologie .. . .. . ....... . 1.2 Verbindlichkeit von Normen und
Richtlinien, Baugrundrisiko ..... . 1.3 Formelzeichen, Einheiten ....... .
2 Boden- und felsmechanische Kennwerte, ihre Ermittlung und Bedeutung .. ... ........ .
2.1 KorngroBe, Kornverteilung ..... . . 2.1.1 Siebanalyse ... . .. .. .. ... ...... . . 2.1.2 Sedimentationsanalyse ... .. .. .. .. . 2.1.3 Sieb- und Sedimentationsanalyse . . . . 2.1.4 Darstellung und Beschreibung
der Kornfraktionen ............. . . . 2.1.5 Kornungen als Handelsbegriff ..... . . 2.1.6 Hydraulische Instabilitiit und Filter
fur DriinmaBnahmen ... .. .... . ... . 2.1.7 Filtersande und Filterkiese fur den
2.1.8
2.2
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3
2.3.1
2.3.2 2.3.3 2.3.4
2.4 2.4.1
Brunnenbau ...... ... .. . ........ . Aufbau und Eigenschaften der Tonminerale ...... .. . . . . .... . ... . Kalkgehalt, organische und andere Beimengungen . ... . . .. . . ...... . Kalkgehalt (Vea) . . .. . . ... ..... . .. . Organische Bestandteile (Vgl) ....... . Schwefelverbindungen . ....... .. . . . Das Drei-Stoff-System Boden und Fels . . . .. . .. . . ..... . ...... . Wassergehalt (w), Siittigungszahl (S,), Wasseraufnahmevermogen (wA) • •••••
Korndichte bzw. Reindichte (Ps) ... . . . Dichte (p) und Wichte (r) . ......... . Porenanteil (n), Porenzahl (e), Porositiit ... .. ...... ... . .. .. .. . . Lagerungsdichte (D) ........... . Lagerungsdichte nichtbindiger Lockergesteine .... . ........... . .
v
2 5
2.4.2 Lagerungsdichte bindiger Locker-gesteine, Proctorversuch. . . . . . . . . . . 32
2.5 Zustandsform, Konsistenz-grenzen ........ . .. . .... .. . .... 33
2.6 Verformungsverhalten, Druck-und Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.1 Grundlagen.. . ... . ........... . . . 37 2.6.2 Wirkung des Wassers, Porenwasser-
druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.6.3 Spannungs-Verformungs-
Beziehungen .... ... . . ..... . . ... . 40 7 2.6.4 Bodensteifigkeit, Steifemodul (Es), 9 Zeitsetzungsverhalten . . . . . . . . . . . . . 41 9 2.6.5 Verformungsmodul (Ev! und Bettungs-9 modul (ks) aus dem Plattendruck-
10 versuch ... . . .. . ..... . .. .. . . . . . . 45 2.6.6 California Bearing Ratio (CBR)-
11 Versuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47 14 2.6.7 Verformungsmodul (Ev! aus
Bohrlochaufweitungsversuchen . . . . .. 48 15 2.6.8 Diskussion der Verformungsmoduln
19
19
22 22 23 24
24
24 27 27
30 31
31
des Gebirges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.9 Primarspannungszustand..... ... .. 50 2.6.10 Druckfestigkeit, Zugfestigkeit,
Sprodigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56 2.6.11 Volumenzunahme durch Quellen . . . . . 64 2.7 Scherfestigkeit. . . . . . . . . . . . . . . .. 66 2.7.1 Grundlagen.. . .. . . ... .. . .. . .. ... 66 2.7.2 Direkter Scherversuch mit vorgegebener
Scherflache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.7.3 Konsolidierte triaxiale Kompressions
versuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70 2.7.4 Versuche zur Ermittlung der undrii-
nierten Scherfestigkeit Cu •••••••••• 71 2.7.5 GroBscherversuche . ........... . .. 73 2.7.6 Diskussion der Scherfestigkeits-
parameter (q>, c). . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.8 Durchlassigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.8.1 Durchlassigkeit von Lockergesteinen 81 2.8.2 Durchliissigkeit von Fels . . . . . . . . . . . 82
VIII
2.8.3 Laborversuche zur Ermittlung des k-Wertes ....................... 84
2.8.4 Feldversuche zur Ermittlung des k-Wertes ....................... 86
2.8.5 Durchlassigkeitsbeiwerte.......... 96 2.8.6 GrundwasserflieBparameter........ 99 2.8.7 Sickerwasser, Grundwasserneubildung,
kapillare Steighohe (hk) • • • • • • • • • • •• 101
3 Beschreibung und Klassifikation von Boden und Fels fur bautechnische
3.1
3.2
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3
Zwecke ...................... 103 Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden und Fels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 103 Gruppeneinteilung der Boden nach DIN 18 196 . . . . . . . . . . . . . . .. 103 Grobkornige Boden. . . . . . . . . . . . . .. 105 Gemischtkornige Boden ........... 105 Feinkornige Boden. . . . . . . . . . . . . . .. 106 Organische und organogene Boden. .. 106 Aufgeschuttete Bodenarten. . . . . . . .. 106 Beschreibung und Einstufung von Boden und Fels nach den ATV der VOB .... . . . . . . . . . . . . . .. 107
3.3.1 Boden- und Felsklassen nach ATV DIN 18300, Erdarbeiten. . . . . . .. 107
3.3.2 Boden- und Felsklassen fur Bohrarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 108
3.3.3 Boden- und Felsklassen fUr Rohrvortriebsarbeiten . . . . . . . . . . . .. 109
3.3.4 Sonstige Klassifizierungen nach
Inhaltsverzeichnis
4.2.1 Geologische und ingenieurgeologische Karten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 134
4.2.2 Gefahrenhinweis- und Risikokarten . .. 135 4.2.3 Erdbebengefahrdung.............. 137 4.2.4 Rezente tektonische Spannungen
und Deformationen ............... 145 4.2.5 Erkundung tektonischer Storungs-
zonen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 148 4.3 Indirekte Aufschlussmethoden ... 149 4.3.1 Projektkartierungen, Luftbild-
auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 149 4.3.2 Oberflachengeophysikalische
Feldmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 150 4.3.3 Gasgeochemisches Monitoring. . . . .. 154 4.4 Direkte Aufschlussmethoden . . . .. 156 4.4.1 Zu beachtende gesetzliche
Vorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 156 4.4.2 Art und Umfang der Baugrund-
erkundung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 157 4.4.3 Einteilung der Boden- und Gesteins-
proben, Probenentnahmeverfahren. .. 158 4.4.4 Schurfe, Untersuchungsschachte
und -stollen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 160 4.4.5 Bohrungen...................... 162 4.4.6 Felduntersuchungen.............. 167 4.5 Aufnahme von AufschlGssen
(Schichtenverzeichnisse) ........ 172 4.5.1 Aufnahme von SChurfen ........... 172 4.5.2
4.5.3 4.6
Aufnahme von Bohrungen im Locker-gestein ........................ . Aufnahme von Bohrungen im Fels ... .
173 176
ATV DIN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 109 4.7
Erfassen der Grundwasserverhiiltnisse. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 179 Darstellen der Boden- und
3.4 Beschreibung von Gestein und Gebirge (Fels) ..... . . . . . . . . . . . .. 110
3.4.1 Gesteinsbeschreibung fUr bautechnische Zwecke ............ 110
3.4.2 Beschreibung von Gebirge (Fels), Verwitterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 114
3.4.3 Trennflachen und ihre Bedeutung. . .. 118 3.4.4 Ausbildung und bruchmechanische
Deutung von tektonischen Storungszonen. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 126
3.4.5 Obersicht uber die tektonischen GroBstrukturen in Deutschland. . . . .. 130
Felsarten ... . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 185 4.8 Bohrlochmessungen. . . . . . . . . . .. 186 4.8.1 Bohrlochsondierungen............. 186 4.8.2 Bohrlochabweichungsmessungen.... 187 4.8.3 Geophysikalische Bohrlochmessungen. 187 4.8.4 Verschiebungsmessungen in
Bohrlochern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 190
5 Einfuhrung in die Berechnungsverfahren fur Flachgrundungen und GeHindebruch ........... 193
4 4.1
Erkundungsmethoden ....... 133 5.1 Grundlagen .................... 193 Grundlagen und Erkundungs- 5.2 Sicherheitsnachweise fUr umfang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 133 Bauwerke ..................... 194
4.2 Spezielle Arbeiten im Rahmen 5.3 Sohldruckverteilung in der Voruntersuchung . . . . . . . . . . .. 134 Fundamentsohle ............... 197
Inhaltsverzeichnis
5.3.1 Mittige und ausmittige Beanspruchung
von starren Einzelfundamenten . . . . .. 198 5.3.2 Linien- und Einzellasten auf Streifen
fundamenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 200 5.3.3 Grundlagen des Bettungsmodul-
und Steifemodulverfahrens . . . . . . . .. 200 5.4 Nachweis der Tragfahigkeit von
Flachengrundungen . . . . . . . . . . . .. 201 5.4.1 Gleitsicherheit (EQU) . . . . . . . . . . . . .. 201 5.4.2 Kippsicherheit (EQU) . . . . . . . . . . . . .. 201 5.4.3 Sicherheit gegen Aufschwimmen
(UPL) .......................... 202 5.4.4 Hydraulischer Grundbruch. . . . . . . . .. 203 5.4.5 Grundbruchsicherheit............. 204 5.5 Sohldruckverteilung und Setzungen
von Flachgrundungen ........... 205 5.5.1 Theorie der Sohldruckverteilung . . . .. 205 5.5.2 Sohldruckverteilung im Baugrund . . .. 206 5.5.3 Ermittlung der Setzungen von
Streifen- und Einzelfundamenten. . . .. 206 5.6 Grundlagen fur die Ermittlung
des Erddrucks . . . . . . . . . . . . . . . . .. 212 5.6.1 Erddruckarten................... 213 5.6.2 Wahl des Erddruckansatzes. . . . . . . .. 213 5.6.3 Bodenkennwerte fOr Erddruck-
berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 214 5.7 Standsicherheitsnachweise fUr
Gelandebruch . . . . . . . . . . . . . . . . .. 215 5.7.1
5.7.2
5.7.3
5.7.4
5.7.5
5.7.6 5.7.7
6
6.1
6.2
6.2.1
Berechnungsmodelle und Sicher-
heiten ......................... 215 Standsicherheit bei ebener Gleit-
flache ......................... 217 Standsicherheit bei gebrochener
Gleitflache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 218 Standsicherheitsnachweis nach dem Lamellenverfahren. . . . . . . . . . .. 219 Starrkorpermethode bzw. Blockgleit-Verfahren ...................... 220 Standsicherheit von Felsboschungen. 221 Mechanische Wirkung des Wassers 224
Ursachen von Setzungen, zulassige Setzungsunterschiede, Risseschaden ............... 227 Setzungen und Setzungs-unterschiede . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 227 Ursachen von Rissen und Bauwerksschaden .............. 229 Erhohung des Wassergehaltes. Wasserdurchstromung. . . . . . . . . . . .. 230
IX
6.2.2 Grundwasserabsenkung und Wasser
entzug durch Baume . . . . . . . . . . . . .. 230 6.2.3 Entnahme von Erdgas und Erdol . . . .. 234 6.2.4 Baugrundhebungen infolge Quell
erscheinungen oder Kristallisations-
druck .......................... 234 6.2.5 Einfluss von Erschutterungen ....... 235
7 FlachengrGndung, Baugrundverbesserung 241
7.1 Prinzip der Flachengrundung, Fundamentarten . . . . . . . . . . . . . . .. 241
7.2 Festlegung der Grundungstiefe ... 241 7.3 Zulassiger Sohldruck in
einfachen Hillen. . . . . . . . . . . . . . .. 242 7.4 Konstruktive und baugrund-
verbessernde MaBnahmen . . . . . .. 244 7.4.1 Konstruktive MaBnahmen . . . . . . . . .. 244 7.4.2 Abminderung des Sohldrucks . . . . . .. 245 7.4.3 Mechanische Baugrundverbesserungs-
verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 245 7.4.4 Baugrundverfestigung durch Ein-
pressen von Suspensionen oder
Losungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 248 7.4.5 Dusenstrahlverfahren............. 253
8 8.1
8.1.1 8.1.2 8.2 8.2.1
8.2.2
8.2.3 8.2.4 8.2.5
8.2.6 8.3 8.3.1 8.3.2 8.4 8.4.1 8.4.2 8.4.3
PfahlgrGndung .............. 255 Einteilung und Tragverhalten der Pfahle ..................... 255 Tragverhalten der Pfahle . . . . . . . . . .. 255 Pfahlarten und Baustoffe. . . . . . . . . .. 256 Grundlagen der Pfahlbemessung 257 Ermittlung der Pfahltragfahigkeit durch Probebelastungen . . . . . . . . . .. 259 Bemessungsverfahren fOr Bohr-pfahle aus Erfahrungs- bzw. Tabellenwerten .................. 261 Tragfahigkeit von Reibungspfahlen ... 263 Horizontale Einwirkung auf Pfahle ... 264 Negative Mantelreibung und Seiten-
druck auf Pfahle in weich en Boden. .. 265 Tragfahigkeit von Pfahlgruppen . . . . .. 266 Rammpfahle ................... 267 Fertigpfahle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 268 Ortbetonrammpfahle. . . . . . . . . . . . .. 268 Bohrpfahle .................... 269 Normalkalibrige Bohrpfahle . . . . . . . .. 270 GroBbohrpfahle . . . . . . . . . . . . . . . . .. 271 Pfahle mit kleinen Durchmessern . . .. 272
x
9 Schutz der Bauwerke vor Grundwasser .... . . . . . . . . 275
9.1 Grundwasserstande, Bemessungswasserstand . . . . . . . . 275
9.2 Dranung von Bauwerken ........ . 277 9.3 Druckwasserhaltende Abdichtung
von Bauwerken .. .. .. .. .. . . . . . .. 278 9.4 Dezentrale Regenwasser-
versickerung . .. . . . . . . . . ... . ... 279 9.5 Betonangreifende Wasser
und Boden ........ ... ........ . 280 9.5.1 Entnahme und Untersuchung von
Grundwasser- und Bodenproben . . . . . 280 9.5.2 Untersuchungsmethoden . ... . ..... 282 9.5.3 Betonaggressive Stoffe und ihre
Wirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 282 9.5.4 Beurteilung der Aggressivitat. . . . . . . . 285 9.5.5 Bauliche SchutzmaBnahmen ...... . . 285
10 Baugruben ... . ... . . . . ... . ... 287 10.1 Baugrubenaushub . .......... . .. 287 10.2 Geboschte Baugruben . . . . . . . . . . . 288 10.3 Baugrubenverbau . .... . . . . . . . . . . 288 10.3.1 Tragerbohlwandverbau . . . .. . . ... . . 289 10.3.2 Spundwandverbau . . . . . . . . . . . . . . .. 290 10.3.3 Bohrpfahlwande. . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 10.3.4 Schlitzwande . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 291 10.3.5 Sonderbauweisen . . .... .. . . . . . . .. 292 10.4 Dichtwande . . .. . . . .. . .... .. . ... 292 10.4.1 Dichtwande im Schlitzwandverfahren . 293 10.4.2 Schmalwande. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 10.4.3 Sohldichtung von Baugruben .... ... 294 10.5 Ankersicherung .. ........... ... 296 10.5.1 Herstellung von Verpressankern .. . . . 296 10.5.2 Ankersysteme von
Verpressankern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 10.5.3 Prufung der Anker. . . . . . . . . . . . . . .. 299 10.5.4 Bemessung der Anker. . . . . . . . . . . .. 300
11 Wasserhaltung. . . . . . . . . . . . .. 303 11.1 Rechtliche Grundlagen. . . . . . . . . .. 303 11.2 Offene Wasserhaltung .. . ... . .. . 305 11.3 Grundwasserabsenkung
mit Brunnen ..... .... ........ . . 306 11.4 Grundwasserabsenkung mittels
Vakuumverfahren . . . . . . . . . . . . . .. 309 11.5 Elektroosmotische Entwasserung 310 11.6 Berechnung einer Grundwasser-
absenkung ...... .. ............ 311 11.7 Grundwasserkommunikations-
anlagen . . ... ..... ... ... . . .... . 313
Inhaltsverzeichnis
12 Erdarbeiten .. .. .......... . . .. . . 315 12.1 Gewinnung und Forderung . .. . . .. 317 12.2 Einbau und Verdichtung . . ... . ... 319 12.2.1 Verdichtbarkeit der Boden- und
Felsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 320 12.2.2 Verdichtungsgerate . ............ .. 321 12.2.3 Verdichtungsanforderungen nach
ZTVE und RiL 836 . . . . . .. . . . . . . . . . 322 12.2.4 Verdichtungskontrollen . . . . . . . . . . .. 324 12.2.5 Vorbereiten der Dammaufstandsflache
und Verdichten der Boschungs-bereiche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
12.2.6 Hinterfullen und Oberschutten von Bauwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
12.3 Bodenverbesserung und Bodenverfestigung . . . . . . . . . . . . .. 328
12.3.1 Bodenverbesserung und Bodenverfestigung mit Kalk oder hydraulischen Bindemitteln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
12.3.2 Bodenverfestigung . . ........ ..... 330 12.3.3 Verbesserung der Tragfahigkeit und
der hydraulischen Stabilitat durch Geokunststoffe .. . . . . . . . . . . . . . . .. 330
12.4 Frostwirkung ... .. .. ... .... . . .. . 334 12.4.1 Frostempfindlichkeit von Erdstoffen
und Fels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 334 12.4.2 Tragschicht und Frostschutzschicht
im StraBenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 12.4.3 Bettung, Frostschutz- und Planum
schutzschicht bei Gleisanlagen . . . . . . 336
13 Standsicherheit von Boschungen . .......... ... ... 339
13.1 Boschungsneigungen in Lockergesteinen . . . . . . . . . . . . . . . . 340
13.1.1 Grobkornige Boden .... .. . ... .. . . . 340 13.1.2 Feinkornige Boden .. . .......... . .. 340 13.1.3 Gemischtkornige Boden. . . . . . . . . . .. 341 13.1.4 Heterogene (geschichtete) Boden. . .. 341 13.1.5 Aufgespulte Boden und Kippen-
boschungen ........... . .... ... . . 342 13.2 Boschungen im Fels . . . . . . . . . . . .. 342 13.2.1 Einfluss des Trennflachengefuges
und der Frostbestandigkeit . . . . . . . . . 342 13.2.2 Boschungsneigungen und
Boschungsformen . . . . . . . . . . . . . . .. 343 13.2.3 Herstellen von Felsboschungen . . . . .. 345 13.3 SicherungsmaBnahmen .... . .... 345 13.3.1 MaBnahmen beim Boschungsbau .... 346 13.3.2 LebendverbaumaBnahmen ..... .. .. 348 13.3.3 EntwasserungsmaBnahmen .. . . .. . .. 349
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13.4 Erfahrungswerte von Boschungsneigungen in den deutschen MiUelgebirgen ................. 349
13.4.1 Alte Gebirge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 350 13.4.2 Schichtgesteine ................. 350 13.4.3 Tertiare und quartare Gesteine,
Braunkohletagebaue und Tagebaurestl6cher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 351
13.5 Standsicherheit von Boschungen in Steine- und Erdenbetrieben . . .. 353
14 Standsicherheit und Verformung von Dammen ................. 355
14.1 Standsicherheit von Dammen .... 355 14.1.1 Grundbruchsicherheit............. 355 14.1.2 Gleit- bzw. Spreizsicherheit ......... 356 14.1.3 Sicherheit gegen B6schungsbruch ... 356 14.1.4 Damme auf wenig tragfahigem
Untergrund ..................... 357 14.2 Setzungen von Dammen auf
tragfahigem Untergrund ....... .. 358 14.3 MaBnahmen zur Erhohung der
Standsicherheit und Abminderung der Setzungen ..... 360
14.3.1 MaBnahmen bei der Dammschuttung. 360 14.3.2 Punkt - und streifenf6rmige
Bodenstabilisierung . . . . . . . . . . . . . .. 361 14.3.3 Teilweiser oder volistandiger
Bodenaustausch .. . . . . . . . . . . . . . .. 363
15 Rutschungen ................ 365 15.1 Ursachen von Rutschungen ...... 366 15.1.1 Geologische Voraussetzungen. . . . . .. 366 15.1.2 Veranderungen der Neigung oder H6he
eines Hanges bzw. einer B6schung . .. 367 15.1.3 Wirkung des Wassers .............. 367 15.1.4 Vegetation und menschliche Eingriffe. 369 15.2 Erkennungsmerkmale und
Untersuchungsmethoden . . . . . . .. 369 15.2.1 Beschreibung der wichtigsten
Begriffe einer Rutschung . . . . . . . . . .. 370 15.2.2 Erkennen von Rutschungen und
Rutschhangen im Gelande. . . . . . . . .. 371 15.2.3 Lage- und h6henmaBige Aufnahme
und Darstellung . . . . . . . . . . . . . . . . .. 374 15.2.4 Aufschlussarbeiten ... . . . . . . . . . . .. 376 15.2.5 Lagebestimmung der Gleitflache
und Bewegungsmessungen . . . . . . . .. 378 15.2.6 Altersdatierung und Bewegungs-
ablauf .......................... 380
XI
15.3 Arten von Rutschungen, Klassifikation .................. 384
15.3.1 Fallen.......................... 384 15.3.2 Kippen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 386 15.3.3 Gleiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 386 15.3.4 Driften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 387 15.3.5 FlieBen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 388 15.3.6 Komplexe Rutschungstypen. . . . . . . .. 391 15.4 Berechnungsansatze und
Diskussion der Scherparameter .. 391 15.5 Vorbeugende MaBnahmen und
Sanierung von Rutschungen . . . . .. 395 15.5.1 Verbesserung bzw. Wiederhersteliung
des B6schungsgleichgewichtes . . . . .. 396 15.5.2 Oberflijchendranung . . . . . . . . . . . . .. 398 15.5.3 Tiefdranung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 398 15.5.4 Stabilisierung von Hangrutschungen .. 399 15.5.5 Grundung von Bauwerken an
rutschungsgefahrdeten Hangen. . . . .. 401 15.5.6 Risikobewertung,Oberwachungs-
und Warnanlagen. . . . . . . . . . . . . . . .. 401 15.6 Rutschungsanfallige Schichten ... 403 15.6.1 Grundgebirge ................... 404 15.6.2 Buntsandsteingebiete ............. 406 15.6.3 Grenze R6tjMuscheikaik und Mittlerer /
Oberer Muschelkalk. . . . . . . . . . . . . .. 407 15.6.4 Keuper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 410 15.6.5 Jura ....... . ................... 412 15.6.6 Kreide .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 414 15.6.7 Tertiar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 416 15.6.8 Quartar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 419
16 Grundlagen fur die Bewertung von Oeponie- und Altlastenstandorten, FUichenrecycling, Bodenaushub sowie Bergbaufolgen . . . . . . . . . . . . . .. 421
16.1 Abfallrechtliche Grundlagen ...... 421 16.2 Klassifikation der Abfallarten
und Deponiekonzepte ........... 423 16.2.1 Abfaliarten und Obertagedeponien ... 423 16.2.2 Untertagedeponien . . . . . . . . . . . . . .. 424 16.3 Deponieuntergrund.............. 426 16.3.1 Standorterkundung ............... 428 16.3.2 Wasserbewegung und Schadstoff-
transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 430 16.4 Untersuchung und Bewertung
von Verdachtsflachen ........... 438 16.4.1 Grundlagen ..................... 438
XII
16.4.2 Untersuchung und Gefahrdungs-
abschatzung .................... 440
16.5 F1achenrecycling ................ 445
16.6 Verwertung von Bodenaushub und Bauschutt ................. 446
16.6.1 Verwertungsgebot, Abfallarten . . . . .. 446
16.6.2 Klassifikation der Abfallarten. . . . . . .. 447
16.6.3 Untersuchungsumfang, Probennahme. 448
16.6.4 Anforderungen an die Verwertung .... 449 16.7 Bergbaufolgen ................. 452 16.7.1 Zustandigkeit und Unterlagen der
Bergbehorde . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 453
16.7.2 Gefahrdungsabschatzung und
Risikobewertung . . . . . . . . . . . . . . . .. 454 16.7.3 Tagesnaher und oberflachennaher
Bergbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 457 16.7.4 Tiefer Bergbau . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 459
16.7.5 Auswirkungen des Grubenwasser-
anstiegs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 460 16.7.6 Methangasaustritte............... 462
Inhaltsverzeichnis
17.4.2 Ingenieurgeologisches Nachtragsmanagement. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 514
17.5 Standfestigkeit und Tragverhalten des Gebirges .................. 516
17.5.1 Lage, Richtung und Querschnitt des
Hohlraumes, Bergschlaggefahrdung .. 517
17.5.2 Spannungszustand, Spannungs-
umlagerung, Gebirgsdruck ......... 519
17.5.3 Geotechnische Messungen und Verformungsverhalten bei Mittelgebirgstunneln . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 525
17.5.4 Verbundwirkung von Gebirge und
Spritzbetonausbau. . . . . . . . . . . . . . .. 532
17.5.5 Bemessungsannahmen fiir die Tunnelstatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 536
17.6 Bauweisen .................... 545 17.6.1 Offene und halboffene Bauweisen .... 545
17.6.2 Konventioneller bergmannischer
Vortrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 546 17.6.3 Teilschnittmaschinen.............. 549
17.6.4 Tunnelvortriebsmaschinen. . . . . . . . .. 550 17.6.5 Grabenloser Leitungsbau. . . . . . . . . .. 560
17 Tunnelbau . ................... 463 17.7 Ausbrucharbeiten .............. 563
17.1 Grundbergriffe des Tunnelbaus ... 17. 2 Aufgaben und Grenzen der
ingenieurgeologischen Erkundung, Risikomanagement ............ .
17.2.1 Erkundungsinhalte, Richtlinien ..... . 17.2.2 Risikomanagement und Gefahrdungs-
bilder ......................... . 17.2.3 Spezielle Erkundungsmethoden ..... . 17.2.4 Tunnelplanung in Karstgebieten ..... . 17.2.5 Erkundung und Auswirkungen
17.2.6 17.2.7 17.2.8
17.2.9
17.3 17.3.1
17.3.2 17.3.3
17.3.4
17.4
17.4.1
der Grundwassersituation ......... . Auftreten von Gasen im Gebirge .... . Umweltbelastung ................ . Ermittlung geotechnischer Kennwerte ..................... .
Losbarkeit und Erweichbarkeit .. . .. .
Gebirgsklassifizierung .......... . Qualitative Gebirgsklassifizierung ... .
Quantitative Gebirgsklassifizierung ..
Gebirgsverhaltenstypen und Systemverhalten nach OGG-Richtlinie und SIA-Norm ...................... . Darstellung und Wertung der Gebirgs-typen bzw. -klassen .............. . Ingenieurgeologische Baubetreuung ................. . Ingenieurgeologisch-geotechnische Vortriebsdokumentation .......... .
463
464 464
465 467 472
475 492 492
493 495
500 501
504
508
509
511
511
17.7.1 17.7.2
17.8
17.8.1 17.8.2 17.8.3
17.8.4 17.8.5
Bagger und Sprengvortrieb . . . . . . . .. 563 Profilhaltung und Mehrausbruch . . . .. 565
Sicherungsarbeiten, Gebirgs-vergutung ..................... 566
Spritzbetonausbau. . . . . . . . . . . . . . .. 567 Ankersicherung . . . . . . . . . . . . . . . . .. 569 Firstsicherung durch SpieBe, Dielen oder Schirme . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 574 Gebirgsvergiitung durch Injektionen .. 576 Gebirgsvergiitung durch Boden-vereisung ...................... 578
18 Talsperrengeologie ... ....... 579 18.1 Ingenieurgeologische
Arbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 580 18.1.1 Voruntersuchungen fUr die Planung .. 580 18.1.2 Untersuchung
fUr die BauausfUhrung . . . . . . . . . . . .. 580 18.1.3 Mitarbeit bei Bauausfiihrung, Probe-
stau und Betrieb ................. 581 18.2 Spezielle Problemstellungen ..... 581 18.2.1 Durchlassigkeit des Untergrundes ... 582 18.2.2 Ermittlung der Sickerwasserverluste.. 586 18.2.3 Raumstellung der Wasser leitenden
Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 586
18.2.4 Erosionsgetahrdung durch Sickerwasserstromung . . . . . . . . . . . . . . . .. 587
Inhaltsverzeichnis
18.2.5 Veranderlich feste oder erweichbare Gesteine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 589
18.2.6 Erdbebensicherheit und induzierte Seismizitat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 589
18.2.7 Stauhaltungen in verkarstungsfahigen Gesteinen ...................... 590
18.2.8 Stabilitat der Hange. . . . . . . . . . . . . .. 592 18.3 Absperrbauwerke............... 593 18.3.1 Staumauern ..................... 593
18.3.2 Damme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 594 18.4 Untergrundabdichtung.......... 597 18.4.1 Horizontale Dichtungselemente ..... 598 18.4.2 Vertikale Dichtungswande. . . . . . . . .. 598 18.4.3 Injektionsschleier .............. .. 599
19 Bauen in Erdfallgebieten .... 605 19.1 Karstterminologie .............. 606 19.2 Ursachen der Bodensenkungen
und Erdfalle sowie ihre haupt-sachliche Verbreitung ........... 608
19.2.1 Karbonatkarst ................... 608 19.2.2 Sulfatkarst ...................... 611 19.2.3 Chloridkarst ..................... 619 19.2.4 Erdfalle durch Erosions- und
Suffosionserscheinungen .......... 625 19.3 Ingenieurgeologische
Untersuchungsmethoden ........ 626 19.3.1 Geologisch-morphologische
Verfahren ....................... 626 19.3.2 Geophysikalische Messverfahren .... 628 19.3.3 Geotechnische Untersuchungs-
verfahren ....................... 629
XIII
19.4 Bautechnische MaBnahmen ...... 630 19.4.1 Schaden durch Senkungen und
Erdfalle ........................ 631 19.4.2 Verbesserung des Untergrundes ..... 632 19.4.3 Konstruktive MaBnahmen .......... 632 19.4.4 Fruhwarneinrichtungen . . . . . . . . . . .. 634
20 Geotechnische Aspekte der Geothermie .............. 637
20.1 Grundlagen der Geothermie ................. 637
20.1.1 Geothermischer Gradient. .......... 637 20.1.2 Geothermische Erkundung ......... 638 20.2 Geothermische Verfahren ........ 640 20.2.1 Oberflachennahe geothermische
Systeme ........................ 641 20.2.2 Tiefe geothermische Systeme ... . ... 644 20.3 Bergrechtliche und wasser-
rechtliche Grundlagen ....... . ... 647 20.3.1 Bergrecht ................... . ... 648 20.3.2 Wasserrecht. .................... 648 20.3.3 Weitere umweltrechtliche
Einflusse ....................... 649
Literatur ........................... 651
Anhang ............................ 697
Index .............................. 719
2.7 Scherfestigkeit
1m
I?"7:l ~ Albit-Karbonatphyllite
~ Ouarz-Kalzitlinsen
~ Klufte, Siorung
~ BatonvertUliung
75
Abb. 2.62 Zeichnerische Darstellung des TrennflachengefOges von PrOfkiirpern direkter GroBscherversuche (a us BROSCH
et al. 1990).
Tabelle 2.13 Zusammenstellung von Scherfestigkeitswerten von Festgesteinen. Oben auf Schicht- oder Schiefe-rungsflachen, unten schrag zur Schichtung (s. a. Abb. 2.63).
Direkte Scherversuche
Stratigraphie Gestein ProbengroBe Scherparameter Literatur
cpo [°1 c' [kN/m1j
Devon Phylit. Tonschiefer, 0,4·0,2 m 15,0- 17,5 ° NBS Koln-fest, dGnnschiefrig Rhein/Main, sf - flachwellig (65°) unveroffent-
licht Phylit. Tonschie- 0,4·0,2 m 10- 15 0 fer, maBig fest,
dOnnsch. sf - glatt (55°)
Oberer Muschel- Tonstein 3,5·2,3 m 24 9,4 HABETHA kalk, Tonplatten- Mergelstein (1963) fazies
Gipskeuper Tonstein mit Fasergips 00,32 m 40 600 HENKE & KAI-h - 0,25 m SER (1980)
Oberer Keuper Knollenmergel mit 00,94 m 13 50 W,TIKE Harnischflache (1984)
2
76 2 Boden- und felsmechanische Kennwerte, ihre Ermittlung und Bedeutung
Tabeile 2.13 (Fortsetzung)
GroBtriaxialversuche
Stratigraphie Gestein Scherparameter Literatur
!p' [oJ c' [kN/m2]
Mittlerer Bunt- Sandstein-Tonsteinwechselfolge Ton- 30,5-44,0 50-445 NBS Hanno-sandstein steinanteil > 30% ver- Wurzburg
(unveroffent-Tonstein (Storungszone) 19,5-25,3 49-62 licht)
Wechselfolge von weichem Tonstein 13,2-29,2 20-85 und mlirbem Sand stein
Oberer Bunt- Tonstein, fest, keine durchgehende 27-32 200-700 STRAUSS sandstein (Rot) Bruchflache (1996) (s.d.
Abb.4.5) Tonstein, fest-mOrbfest, ausgepragte 20,5-22,5 500-700 Bruchflachen
Keuper, Mergelstein, hart 30-45 200-300 WICHTER Bunte Mergel ( 1980) (ausgelaugt) Ton-Schluffstein, kleinstiickig 30-35 0-100
zerbrochen
Mergelstein, Wechsellagerung 30-35 100-200
Gipskeuper (aus- Tonstein, fest, klliftig, brockelig 30-35 100-250 gelaugt)
Tonstein, fest, mit Bandern von Resi- 25-30 0-250 dualbildung
ausgelaugter Tonstein, halbfest, stark angewittert 25-30 0-100 Gipskeuper (Anwitterungs-zone)
ausgelaugter Tonstein, vollig verwittert u. entfes- 25-27,5 0 WAHLEN Gipskeuper (Ver- tigt, durchnasst & WITIKE witterungszone) (2009)
unausgelaugter Tonstein mit Anhydritlagen und 30 0-200 Gipskeuper -knollen, KIOfte mit Fasergips
wenn die Endfestigkeit zu beurteilen ist, und mit den scheinbaren Scherfestigkeiten ({Ju und Cu bzw. mit der undranierten Scherfestigkeit cu' wenn die Anfangsfestigkeit maBgebend ist. Eine Zusammenstellung charakteristischer Rechenwerte enthalt auch die DIN 1055-2 (E 2007).
wie der Kornform und Kornrauigkeit und vor allen Dingen von der Lagerungsdichte abhangig (5. Abschn. 2.4.2). Dabei konnen folgende mittlere Reibungswinkel angenommen werden:
Bei Sanden nnd Kiesen ist der wirksame Reibungswinkel von der KorngroBenverteilung so-
1
306
daher versucht, offene Wasserhaltung so lange als moglich zu betreiben und diese notigenfalls durch einzelne Brunnen zu unterstutzen.
11.3 Grundwasserabsenkung mit Brunnen
Fur eine Grundwasserabsenkung mittels Brunnen eignen sich aIle nichtbindigen Boden oder Gebirgsarten, in denen sich das Wasser unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegt (Abb. 11.3). Dies sind meist Kiese und Sande mit Durchlassigkeitsbeiwerten > 10-5 m/s. Mit zunehmendem Feinsandanteil folgt das Wasser im Boden der Schwerkraft immer weniger und die Absenkkuryen bilden sich uberaus langsam und sehr steil aus.
Bohrbrunnen werden gewohnlich auBerhalb der Baugrube in Abstanden von 8 bis 20 m gebohrt. Ihr Durchmesser betragt in der Regel 300 bis 900 mm (meist 600 mm). Ais Filterrohre kommen bei kurzfristigem Einsatz (1 bis 2 Jahre) entweder sog. rohschwarze Stahlfilterrohre mit 0,8 bis 1,5 mm Schlitzbruckenlochung oder PVCRohrtouren mit 0,75 bis 1,5 mm Schlitzweite zur Anwendung. Der Ringraum muss mit Filterkies nach Abschn. 2.1.7 (meist 2-8 mm) verfullt wer-
Abb. 11.3 Anwendungsbereiche der Wasserhaltungsverfahren (Firmenprospekt).
Bodenanen
KomgroBe von mm bls
K-We~ mfs
0
2
4-
6-
8-E ~ 10 J!' -'" 20 i: c: 3! 22 .c <>:
24
26
28
grab
20 60
>1
_. -
11 Wasserhaltung
den. Dieser solI eine Mindeststarke von 100 mm haben. Da feinere Filter als 0,75 mm Schlitzweite, wie sie fur Feinsande notig waren, leicht verockern, erhalten die Filter zusatzlich eine Gewebeummantelung (0,5-0,7 mm Filtergaze) und es wird Filterkies der Kornung 0,7 bis 2 mm verwendet.
Beim Betrieb der Absenkbrunnen ist zu beachten, dass kein Sand mitgefordert wird, was zu Bodensenkungen und Bauschaden fiihren kann. Durch geeignete Messverfahren ist zu uberwachen, dass der Sandgehalt im Forderstrom 0,3-1,0 g/m3 nicht ubersteigt (Sandfangbehalter). Wegen dieser Gefahren erscheint es sicherer, bei Durchlassigkeitswerten von 10-4 bis 10-5 schon eine Vakuumentwasserung vorzusehen.
Ein Brunnenfilter besteht im Prinzip aus zwei Teilen. Erstens aus dem eingebrachten Filterkies und zweitens entsteht in selbst filterfahigen Korngemengen beim Entsandungsvorgang nach dem Brunnenausbau durch die Auf- und Abwartsbewegung des Entsandungskolbens in der Filterstrecke ein Sog, durch den Feinteile aus dem Filter und dem angrenzenden Boden ausgespult werden und sich auBen ein sandfreier zusatzlicher Filter aufbaut. Die Sandablagerungen im Pumpensumpf werden anschlieBend klar gespult. Dieser Vorgang kann als Kurzpumpversuch ausgewertet werden. Fur die Einleitung in einen Kanal O. A. muss das geforderte Wasser
Kles Sand Schlutt Ton mlHel leln grob I mlnel feln grab (mlnel leln
6 2 0.5 0.2 0.05 0.02 0.005 0.002 <0.00< 20 6 2 0.5 0.2 0.05 0.02 0.005
>1 10" 10-2 110.,) 1 10-' 10-5 10-6 10-' <10·'
- I--- - .
- ~ .' .. - -
-
11.3 Grundwasserabsenkung mit Brunnen
sandfrei sein, das bedeutet < 1 g/m3 Sand im Forderstrom.
Bei einer Grundwasserabsenkung durch Bohrbrunnen werden Flach- und Tiefbrunnen unterschieden sowie unvollkommene und vollkommene Brunnen. Letztere stehen mit der Brunnensohle auf einer undurchlassigen Schicht (s. Abb. 11.5), wahrend unvollkommene Brunnen ganz im Grundwasserleiter stehen.
Liegt die Grundwassersohlschicht eines vollkommenen Brunnens nur 1 bis 2 m unter vorgesehener Aushubsohle, miissen die Brunnen enger gesetzt und mit moglichst groBem Durchmesser in die undurchlassige Schicht eingebunden werden. Durch diesen erhohten Aufwand und eine langere Vorlaufzeit gelingt es meist, das Grundwasser bis auf eine Restwassermenge abzusenken. Diese kann durch eine Kombination mit offener Wasserhaltung beherrscht werden.
Die Reichweite einer Grundwasserabsenkung hangt vom Bodenaufbau und den maBgebenden Durchlassigkeitsbeiwerten abo Die Abb. 11.4 zeigt den etwaigen Verlauf von Absenkkur-
307
ven. Anhaltswerte fiir die zu erwartenden Was- 11 sermengen konnen Tab. 11.1 entnommen werden (s. a. Abschn. 17.2.5.2).
Bei Flachbrunnen erfolgt die WasserfOrderung mittels Saugpumpen, deren SaughOhe auf etwa 7 m begrenzt ist. Damit kann gemaB Abb. ll.S eine Absenktiefe (s) von 3-4 m erreicht werden. Der iibliche Abstand von Flachbrunnen betragt 8-10 m. Zur Einsparung an SaughOhe werden Flachbrunnenanlagen moglichst tief, erst wenig oberhalb des Grundwasserspiegels installiert. Bei groBerer Absenktiefe konnen Flachbrunnen gestaffelt angeordnet werden.
Bei Wellpoint- oder Spiilfilteranlagen (Abb. 11.6) werden 2- bis 4-Zo11-Filter mit einem entsprechenden Aufsatzrohr durch eine Spiilpumpe mittels Druckwasser in den Boden eingespiilt. Das Verfahren ist fUr Sand- und Kiesboden mit einem bis zu 10%-igen Anteil von 0,05 bis 2 mm KorngroBe geeignet. Die Einsatzgrenze wird bestimmt von der Einspiilmoglichkeit (min. 30% KorngroBenanteil > 3 mm) und der Filterleistung. Der Abstand der Filter betragt 2 bis 4 m.
Tabelle 11.1 Anhaltswerte fUr die Wassermengen in Abhangigkeit von der Bodenart, dem d lO-Wert der Kornungs-linie (KorngroBe) und dem Durchlassigkeitsbeiwert (aus MERTZENICH 1994).
Bodenarten Ton Schluff Sand Kies
fein mittel grob fein mittel grob fein mittel grob
KorngroBe von < 0,002 0,002 0,005 0,Q2 0,05 0,2 0,5 2 6 20
inmm
bis 0,005 0,Q2 0,05 0,2 0,5 2 6 20 60
Durchlassig- cmjs 10 ' -10 6 10-' 10-' 10 3 10 2 10 ' > 1 > 1 > 1
keitsziffer k
m/s 10 '- 10-' 10.1 10 6 10-5 10-' 10 J 10 2 10 '
FlieBge- cmjs 0,000001 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 > 1 > 1 > 1
schwindig-keit
Wasseranfall 1m 0,03 m' jh 0,3 0,4 0,9 2,2 3 6,3 in m' jh je 2 0,3 0,45 1,1 2,5 3,6 7,1 Ifd. m Filter- 3 0,4 0,5 1,3 2,8 4 8,1 galerie bei 4 0,4 0,6 1,5 3,2 5,2 9,3 Absenkung 5 0,4 0,6 1,7 3,7 6,5 10,8
von ... m 6 0,4 0,6 1,9 4,3 8 12,5
7 0,4 0,6 2,1 5 9,4 14,5
8 0,4 0,6 2,3 5,8 11,1 17
9 0,2 0,4 0,6 2,5 6,7 13 20
18.2 Spezielle Problemstellungen 587
.. ~~. ~,--
Abb. 18.5 Abhangigkeit der Unterstr6mung von Stauanlagen von der geologischen Situation (a us ZARUBA & MENCL 1961).
Wasserwegsamkeit auf als in sproden Ge-steinsarten. Schichtparallel bietet dagegen eine solche Wechselfolge gute Sickerwege (Abb. 18.5 u. Abschn. 2.8.5) unregelmaBige Abfolgen von Sedimenten oder von feinkornigen Tuffen mit Basalt-decken und -stromen.
Bei den UberJegungen bezuglich wasserleitender Elemente ist besonders in palaogeographischen Schwellen - oder Rinnenbereichen, aber auch in weiten Schwemmebenen, an einen engraumigen Fazieswechsel in horizontaler Richtung zu den-ken. Als vertikale durchlassige Einlagerungen kommen z. B. auch Basalt - oder Quarzgange in Betracht.
18.2.4 Erosionsgefahrdung durch Sickerwasserstromung
Erosionsvorgange im Untergrund sind ein maB-gebendes Kriterium bei der Frage, welche Durch-lassigkeiten bei einer Talsperre noch vertraglich sind. Beim Abschatzen des Erosionsverhaltens des Gebirges ist grundsatzlich zu unterscheiden zwischen gebirgsbedingten Faktoren, wie
Ersosions- bzw. Suffosionsvorgange in Locker-gesteinen und an Schichtgrenzen bzw. Bau-werksfugen Erosion von KluftfUliungen und Storungsmy-loniten sowie Erosion an Trennflachen weniger verfestigter Gesteine
und den hydraulischen Faktoren, wie dem hydraulischen Gef.me und der wahren FlieBgeschwindigkeit (s. Abschn. 2.8.6) des sich in den Poren bzw. in den Fugen und Kluften bewegenden Wassers.
Die Grundlagen fUr Suffosions- und Erosions-vorgange in Lockergesteinen, die heute insgesamt als hydrodynamische Instabilitat bezeichnet wer-den, sind im Abschn. 2.1.6 ausfUhrlich behandelt. Die Suffosions- und Erosionsanfalligkeit der Lockergesteine ist abhangig von der KorngroBe, der KorngroBenverteilung (Ungleichkonigkeit, Wechselschichtung), der Lagerungsdichte bzw. der Plastizitat und Kohasion sowie der GroBe der Porenkanale.
Bei einem Einstau erhoht sich das hydrauli-sche Gefalle und mit ihm die daraus resultieren-den Stromungskrafte. Bei Uberschreiten des kri-tischen Gefalles (ikti,) konnen Korner aus dem Korngerust gelost werden und es kommt zu
18
