Post on 23-Apr-2020
1
Setzungen der Strompfeiler derKanalbrücke über die Elbe bei Magdeburg
Dipl.-Ing. N. Kunz
Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe •••• Hamburg •••• Ilmenau
2Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe •••• Hamburg •••• Ilmenau
3
106,20 57,10
+70,00+70,00
58,45
Elbsohle 34,50
17 18 19 20 Widerlager OstE L B E
Richtung Berlin
5,65
227,40
Achse Achse Achse Achse
MW 39,18
Ansicht Strombrücke
4
Pfeilergründung
MW NN +39,18
ElbsohleNN + 34,50
1,50
2,50
12,00/22,00
Knaggen
NN +32,00
NN +28,00
5
NN + m+30.00
+25.00
+20.00
+15.00
+10.00
+5.00
+0.00
- 5.00
-10.00
MW NN + 39,18
Elbsohle NN + 34,50
magerer Geschiebemergel
fetter Geschiebemergel
Schmelzwassersande
Septarienton
Grünsand
Bodenschicht Steifemodul[MN/m²]
MagererGeschiebe-
mergel
óV [kN/m²] Es 0-200: 25200-400: 38400-800: 60
FetterGeschiebe-
mergel
óV [kN/m²] Es 0-200: 17200-400: 25400-800: 35
Schmelzwas-sersande
100
Septarienton óV [kN/m²] Es
400-550: 15
Baugrundaufbau
Mit dem Nachweis der Überkonsolidation des Baugrundes:- Ansatz der Wiederbelastungsmoduln aus den Oedometerversuchen- Abminderung der rechnerischen Setzungen auf 66% nach DIN 4017
6
Belastungsregime Strompfeiler
Lastfall 1: PfeilereigengewichtLastfall 2: LF 1 + Eigengewicht Überbau + Ausbau
Lastfall 3: LF 2 + Wasserfüllung
+ Wind + Verkehr + Setzungsdiff.
LF 1 = 127 kN/m²
LF 2 = LF1 + 91 kN/m²
LF 3 = LF 2 + 342 kN/m²
127
218
560
Sohlspannung [kN/m²]
7
Setzungsberechnung in der Statik
Lastfall 1: PfeilereigengewichtLastfall 2: LF 1 + Eigengewicht Überbau + Ausbau
Lastfall 3: LF 2 + Wasserfüllung
+ Wind + Verkehr + Setzungsdiff.
LF 1 = 127 kN/m²
LF 2 = LF1 + 91 kN/m²
LF 3 = LF 2 + 342 kN/m²
127
218
560
Sohlspannung [kN/m²]
Ansätze:- nach DIN 4019, Teil 1
- Setzungseinflussfaktoren nach KANY �Berechnung von Flächengründungen�
- Grenztiefe z
8
Lastfall 1: PfeilereigengewichtLastfall 2: LF 1 + Eigengewicht Überbau + Ausbau
Lastfall 3: LF 2 + Wasserfüllung
+ Wind + Verkehr + Setzungsdiff.
LF 1 = 127 kN/m²
LF 2 = LF1 + 91 kN/m²
LF 3 = LF 2 + 342 kN/m²
127 27 18
218 49 32
560 120 79
SetzungSohlspannung [mm] [kN/m²] cal. 66%
Setzungsberechnung in der Statik
Ansätze:- nach DIN 4019, Teil 1
- Setzungseinflussfaktoren nach KANY �Berechnung von Flächengründungen�
- Grenztiefe z
9
Lastfall 1: PfeilereigengewichtLastfall 2: LF 1 + Eigengewicht Überbau + Ausbau
Lastfall 3: LF 2 + Wasserfüllung
+ Wind + Verkehr + Setzungsdiff.
LF 1 = 127 kN/m²
LF 2 = LF1 + 91 kN/m²
LF 3 = LF 2 + 342 kN/m²
127 27 18
218 49 32
560 120 79
SetzungSohlspannung [mm] [kN/m²] cal. 66%
- Gewährleistung der Gebrauchstauglichkeit- Setzungsprognose für Wasserfüllung der Strombrücke
!!!! Ziele der geotechnischen Bauwerksüberwachung:
Die Lager der Strombrücke müssen vor der Wasserfüllung eingebaut werden und sindaufgrund ihrer für eine Lastabtragung von 13 500 t erforderlichen Größe (dLager = 2,20 m,Gewicht 30 ... 40 t) nachträglich nur unter äußerst hohem Aufwand nachzustellen.
Setzungsberechnung in der Statik
10
Setzungsmessungen
11
MLK
-km
322
+168
,468
Elbe
Einschub
339.7
339.6
17 18 19 20
Strombrücke
Datei:Lagepl1a.ppt/Lie
1-fach - Extensometer
5-fach - Extensometer
Porenwasserdruck-Aufnehmer
Lageplan - Strombrücke
12
- Spundwandkasten einseitig offen- Einbau während Hochwasser- Wasserspiegelschwankungen bis 0,5 m / 12 h- Bohrung von einem Stelzenponton- Ansatzpunkt 10 m unter Wasserspiegel- Materialtransport nur per Kran- Arbeiten mit Taucherunterstützung
Einbau der Extensometer
13
- Glasfaserstangenextensometer GKSE 16 der Fa. GLÖTZL- max. Länge ca. 35 m- Wegaufnehmer mit 200 mm Meßweg- Extensometerkopf druckwasserdicht und wasserdicht vergossen- Datenlogger mit Kabelreserve
14
BU
ND
ESA
NST
ALT
FÜ
R W
ASS
ERB
AU
Kar
lsru
he H
ambu
rg I
lmen
au
Anker 1
Anker 5Anker 4
Anker 3
Anker 2
Zement
Quellton-Compaktonit
Quarzfilterkies 2.00 - 3.15 mm
magerer Geschiebemergel
fetter Geschiebemergel
Schmelzwassersande
Septarienton
Grünsand
Pfeiler Nr. 18 / Süd5-fach-Extensometer
NN + m+30.00
+25.00
+20.00
+15.00
+10.00
+5.00
+0.00
-5.00
-10.00
MW NN + 39,18
Elbsohle NN + 34,50
15
Messergebnisse Pfeiler 18 S bis November 2001
0
5
10
15
20
25
30
J-99
F-99
M-99
A-99
M-99
J-99
J-99
A-99
S-99
O-99
N-99
D-99
J-00
F-00
M-00
A-00
M-00
J-00
J-00
A-00
S-00
O-00
N-00
D-00
J-01
F-01
M-01
A-01
M-01
J-01
J-01
A-01
S-01
O-01
N-01
Zusa
mm
endr
ücku
ng [m
m]
0
50
100
150
200
250
300
Sohl
span
nung
en [k
N/m
²]
UK Grünsand UK Septarienton UK Schmelzwassersande UK Fetter Gme UK Magerer Gme Sohlspannung
LenzenSpundwand-kasten
Fundamentbeton
Betonage Pfeiler
VorschubStrombrücke
FlutenSohlbeton
VolleinschubStrombrücke
WasserstandsschwankungenElbe
16
0
5
10
15
20
25
30
J-99
F-99
M-99
A-99
M-99
J-99
J-99
A-99
S-99
O-99
N-99
D-99
J-00
F-00
M-00
A-00
M-00
J-00
J-00
A-00
S-00
O-00
N-00
D-00
J-01
F-01
M-01
A-01
M-01
J-01
J-01
A-01
S-01
O-01
N-01
Setz
ung
[mm
]
Pfeiler 18 S Pfeiler 18 N Pfeiler 19 S
Messergebnisse aller Pfeiler bis November 2001
17
Setzungsprognose auf Grundlage der DIN 4019
Grundlagen:
- Flächengründung - Spundwandkasten undurchlässige, steife Begrenzung (für Geschiebemergel gilt so die eindimensionale Konsolidationstheorie)- Spannungsabhängigkeit des Steifemoduls
Diplomarbeit an der Bauhausuniversität Weimar
Es = f(σ´) mit σ´ = f(U(t))
18
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Zeit [d]
s [m
m]
gemessene Setzungentheoretische Setzungen
Ansatz Steifemodulnlt. Baugrundgutachten
Adaption der Steifemoduln
19
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Zeit [d]
s [m
m]
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Zeit [d]
s [m
m]
gemessene Setzungentheoretische Setzungen
Ansatz Steifemodulnlt. Baugrundgutachten
AdaptierteSteifemoduln
Adaption der Steifemoduln
20
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Zeit [Jahre]
Zusa
mm
endr
ücku
ng [m
m]
UK Fetter GeschiebemergelUK SchmelzwassersandUK SeptarientonUK Grünsand
Zusammendrückung bis
Bodenschicht Ursprüngl.Steifemodul
[kN/m²]
ModifizierterSteifemodul
[kN/m²]Geschiebemergel 44.000 116.000Schmelzwassersand 100.000 150.000Septarienton 12.000 12.000Grünsand 100.000 100.000
Ergebnisse
21
Setzungsprognose mittels Finite-Element-Berechnung
Ansätze:- radialsymmetrisches Modell
- flächengleich mit Originalgründung
(Spundwandanteil geringer als im Original)
- Spundwandkasten gleiche Durchlässigkeit wie Geschiebemergel (1*10-10 m/s)
- während der Wasserfüllung löst sich der Spundwandkasten vom Fundament
- Steifezahlen laut Baugrundgutachten
- Setzungen entsprechend DIN 4019 auf 66% abgemindert, da überkonsolidierte Böden
22
Ergebnisse
FE-Berechnung[mm]
Messung[mm]
Statik
Magerer GeschiebemergelFetter GeschiebemergelSchmelzwassersandSeptarientonGrünsand ∑∑∑∑ 25,8 22,5"""" 25,8
Setzungen bis November 2001 (Nachrechnung der Messwerte):
"""" Zuschlag von 5 mm für Setzungen aus der Fundamentplatte
23
Ergebnisse
FE-Berechnung[mm]
Messung[mm]
Statik
Magerer Geschiebemergel 7 5,9
Fetter Geschiebemergel 7,7 4,5
Schmelzwassersand 4,7Septarienton 3,9
11,1
Grünsand 2,5 1,0
∑∑∑∑ 25,8 22,5"""" 25,8
Setzungen bis November 2001 (Nachrechnung der Messwerte):
"""" Zuschlag von 5 mm für Setzungen aus der Fundamentplatte
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Ergebnisse
FE-Berechnung[mm]
Messung[mm]
Statik
Magerer Geschiebemergel 7 5,9
Fetter Geschiebemergel 7,7 4,5 19,4
Schmelzwassersand 4,7 6,4
Septarienton 3,911,1
Grünsand 2,5 1,0
∑∑∑∑ 25,8 22,5"""" 25,8
Setzungen bis November 2001 (Nachrechnung der Messwerte):
"""" Zuschlag von 5 mm für Setzungen aus der Fundamentplatte
25
FE - Nachrechnung Pfeiler 18 S
0
5
10
15
20
25
30
J-99
F-99
M-99
A-99
M-99
J-99
J-99
A-99
S-99
O-99
N-99
D-99
J-00
F-00
M-00
A-00
M-00
J-00
J-00
A-00
S-00
O-00
N-00
D-00
J-01
F-01
M-01
A-01
M-01
J-01
J-01
A-01
S-01
O-01
N-01
Zusa
mm
endr
ücku
ng [m
m]
0
50
100
150
200
250
300
Sohl
span
nung
en [k
N/m
²]
UK Grünsand UK Septarienton UK Schmelzwassersande UK Fetter GmeUK Magerer Gme Nachrechnung mit Plaxis Sohlspannung
26
Gemessene Setzungen aller Pfeiler und FE-Nachrechnung
0
5
10
15
20
25
30
J-99
F-99
M-99
A-99
M-99
J-99
J-99
A-99
S-99
O-99
N-99
D-99
J-00
F-00
M-00
A-00
M-00
J-00
J-00
A-00
S-00
O-00
N-00
D-00
J-01
F-01
M-01
A-01
M-01
J-01
J-01
A-01
S-01
O-01
N-01
Setz
ung
[mm
]
Pfeiler 18 S Pfeiler 18 N Pfeiler 19 S Plaxis
27
Prognose der Endsetzungen
FE-Berechnung
StatikDIN 4019
(Spw.-kastensteife
Begrenzung)
Platte mitSpundwandverbunden
Platte vonSpundwand
gelöst
Gesamtsetzungen [mm] 79 100 69 106
Setzungsdauer [a] 50 ≈≈≈≈ 20
28
Zeit-Setzungslinie
0 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08-0,20
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
Zeit [s]
Setzung [m]
Fundamentplatte mit Spundwand verbunden
Fundamentplatte von Spundwand getrennt
= 6,3 a = 19 a = 25,4 a
Angegebene Setzungs-größen sind Rechenwerte,müssen auf 66%abgemindert werden!Wasserfüllung
29
- durch Ansatz des Steifemoduls Es ist unter Abminderung
der Ergebnisse auf 66% eine Setzungsprognose über-
konsolidierter Lockergesteine nach DIN 4019 möglich
- Setzungsberechnungen müssen dem statischen System und
dem Baugrund entsprechen
- Wahl eindeutiger statischer Systeme
Schlussfolgerungen
30Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe •••• Hamburg •••• Ilmenau
31
32
33
Berechnungsschritte
1. Baugrubenaushub 2. Fundamentplatte 3. 100 Tage Konsolidation 4. Lenzen des Spundwandkastens 5. Teilbetonage Pfeiler 6. 137 Tage Konsolidation 7. Fluten Spundwandkasten 8. Betonage Pfeiler 9. 94 Tage Konsolidation10. Teileinschub Strombrücke11. 114 Tage Konsolidation12. Volleinschub Strombrücke13. 720 Tage Konsolidation 13A. 210 Tage Konsolidation (bis Januar 2001)14. Platte von Kasten lösen15. 100% Wasserfüllung16. Konsolidation bis max. PWÜ = 1 kN/m²
34
Porenwasserdrücke Geschiebemergel
30
35
40
45
Mrz99
Apr99
Mai99
Jun99
Jul 99 Aug99
Sep99
Okt99
Nov99
Dez99
Jan00
Feb00
Mrz00
Apr00
Mai00
Jun00
Jul 00 Aug00
Sep00
Okt00
Nov00
Dez00
Jan01
Feb01
Was
sers
äule
[mN
N]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Sohl
span
nung
en [k
N/m
²]
PWD 18N.2 PWD 18N.4 PWD 18N.5 Sohlspannung
35
0
5
10
15
20
25
30
J99
F99
M99
A99
M99
J99
J99
A99
S99
O99
N99
D99
J00
F00
M00
A00
M00
J00
J00
A00
S00
O00
N00
D00
J01
F01
M01
A01
M01
J01
J01
A01
S01
O01
N01
Setz
unge
n [m
m]
0
50
100
150
200
250
300
Sohl
span
nung
en [k
N/m
²]
UK Grünsand UK Septarienton UK Schmelzwassersande UK Fetter Gme UK Magerer Gme Sohlspannung
Auftr.:
Datum:
Anlage:
LenzenSpundwand-kasten
7.02.10056.01
16.01.02
Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen
6Pfeiler 18 Süd, Gesamtsetzungen
Fundamentbeton
Betonage Pfeiler
VorschubStrombrücke
FlutenSohlbeton
VolleinschubStrombrücke
WasserstandsschwankungenElbe
36
Auftr.:
Datum:
Anlage:
7.02.10056.01
16.01.02
Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen
7Pfeiler 18 Süd, Setzungen der Einzelschichten
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
J99
A99
S99
O99
N99
D99
J00
F00
M00
A00
M00
J00
J00
A00
S00
O00
N00
D00
J01
F01
M01
A01
M01
J01
J01
A01
S01
O01
N01
Schi
chts
etzu
ngen
[mm
]
0
50
100
150
200
250
300
Sohl
span
nung
[kN
/m²]
Grünsand Septarienton Schmelzwassersande Fetter Gme Magerer Gme Sohlspannung
37
Auftr.:
Datum:
Anlage:
7.02.10056.01
16.01.02
Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen
8Pfeiler 18 Nord, Gesamtsetzungen
0
5
10
15
20
25
30
A99
M99
J99
J99
A99
S99
O99
N99
D99
J00
F00
M00
A00
M00
J00
J00
A00
S00
O00
N00
D00
J01
F01
M01
A01
M01
J01
J01
A01
S01
O01
N01
Setz
unge
n [m
m]
0
50
100
150
200
250
300
Sohl
span
nung
en [k
N/m
²]
Setzungen Sohlspannung
38
Auftr.:
Datum:
Anlage:
7.02.10056.01
16.01.02
Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen
9Pfeiler 18 Nord, Porenwasserdrücke
30
35
40
45
M99
A99
M99
J99
J99
A99
S99
O99
N99
D99
J00
F00
M00
A00
M00
J00
J00
A00
S00
O00
N00
D00
J01
F01
M01
A01
M01
J01
J01
A01
S01
O01
Was
sers
äule
[mNN
]
0
50
100
150
200
250
300
Sohl
span
nung
[kN
/m²]
PWD 18N.2 PWD 18N.4 PWD 18N.5 PWD 18N.3 Sohlspannung
39
Auftr.:
Datum:
Anlage:
7.02.10056.01
16.01.02
Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen
10Pfeiler 18 Nord
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
M99
A99
M99
J99
J99
A99
S99
O99
N99
D99
J00
F00
M00
A00
M00
J00
J00
A00
S00
O00
N00
D00
J01
F01
M01
A01
M01
J01
J01
A01
S01
O01
N01
Was
sers
äule
[mNN
]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Sohl
span
nung
[kN
/m²]
PWD 18N.2 Pegel BK 314A Elbe Sohlspannung
40
Auftr.:
Datum:
Anlage:
7.02.10056.01
16.01.02
Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen
11Pfeiler 19 Süd, Setzungen
0
5
10
15
20
25
30
F99
M99
A99
M99
J99
J99
A99
S99
O99
N99
D99
J00
F00
M00
A00
M00
J00
J00
A00
S00
O00
N00
D00
J01
F01
M01
A01
M01
J01
J01
A01
S01
O01
N01
Setz
ung
[mm
]
0
50
100
150
200
250
300
Sohl
span
nung
[kN
/m²]
Setzung Sohlspannung
41
Auftr.:
Datum:
Anlage:
7.02.10056.01
16.01.02
Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen
12Pfeiler 19 Süd, Porenwasserdrücke
15
20
25
30
35
40
45
J99
F99
M99
A99
M99
J99
J99
A99
S99
O99
N99
D99
J00
F00
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PWD 19S.2 PWD 19S.3 PWD 19S.4 PWD 19S.5 Schmelzwassersande Wsp. Elbe Sohlspannungen
42
Auftr.:
Datum:
Anlage:
7.02.10056.01
16.01.02
Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen
13Pfeiler 19 Nord, Setzungen
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