Versagen und Sanierung eines Straendammes auf Quick Clay bei der E18, NorwegenAndrs A. Pea Bilfinger Berger Ingenieurbau GmbH, Wiesbaden, Deutschland Katharina Kluge Bilfinger Berger Ingenieurbau GmbH, Wiesbaden, Deutschland Roberto Cudmani Smoltczyk & Partner GmbH, Stuttgart, Deutschland

Zusammenfassung Die Autobahn E 18 verbindet die Stdte Oslo und Kristiansand miteinander und ist die Hauptverkehrsader im Sden Norwegens. Das rd. 40 km Endstck zwischen Grimstad und Kristiansand wurde zwischen 2006 und 2009 als PPPProjekt unter der Federfhrung der Bilfinger Berger Ingenieurbau GmbH gebaut. Neben den topografischen und klimatischen Bedingungen stellten die im Projektgebiet herrschenden geotechnischen Bedingungen, insbesondere die in Skandinavien vorkommenden extrem strukturempfindlichen Quick Clays, eine echte Herausforderung fr die gesamte Baumanahme dar. Dieser Beitrag befasst sich mit einem Straendamm an der Anschlussstelle Timenes, der auf einem aus Quick Clay bestehenden Baugrund gebaut werden sollte. Obwohl der bis zu 6 m hohe Damm auf einer Baugrundverbesserung mit Kalk-Zement-Sulen gegrndet war, versagte er kurz nach Ende der Herstellung. Die Analyse der verfgbaren geotechnischen Informationen ermglichte, die Strung des Quick Clays whrend der Installation der Sulen als wahrscheinlichste Ursache des Bschungsversagens zu identifizieren. Um den Straendamm trotzdem bauen zu knnen, wurde ein Herstellungskonzept erfolgreich umgesetzt, das auf der Reduktion des Dammgewichts durch den Einsatz vom Leichtbaustoff Expanded Polystyrene (EPS) basierte. Das Projekt E18 An der Sdkste Norwegens zwischen den Stdten Grimstad und Kristiansand befindet sich der knapp 40 km lange Abschnitt der Autobahn E18, die im Rahmen des bis heute grten PPPInfrastrukturprojekts des Landes gebaut wurde (Abbildung 1). Die Autobahn E18, die die Hauptstadt Oslo mit der sdlich liegenden Stadt Kristiansand verbindet, ist eine der wichtigsten Verkehrsverbindung Norwegens zum europischen Festland. Bedingt durch die wechselhafte Topographie, die durch enge Tler mit steilen Felsen, tiefen Wasserflchen und moorigen Talsenken charakterisiert ist, umfasste das Vorhaben die Errichtung von 61 Brcken mit Bauwerkslngen zwischen 15 m und 380 m und Einzelspannweiten bis 57 m sowie den Bau von sieben Tunnelbauten mit einer Gesamtlnge von rd. 5,8 km. Weiterhin wurden fr den Straenbau bis zu 25 m hohe Dammbauwerke und tiefe Einschnitte erforderlich. Mit der Planung und dem Bau des Autobahnabschnitts wurde das Construction Joint Venture CJV E18, ein Konsortium aus Bilfinger Berger SE und Pihl & Son AS aus Dnemark, beauftragt. Auftraggeber war der norwegische Staat, vertreten durch Statens Vegvesen, die norwegische Straenbaubehrde. Generalplaner fr die Angebots- und Ausfhrungsplanung war ein Planungskonsortium bestehend aus dem technischen Bro der Bilfinger Berger Ingenieurbau GmbH und dem norwegischen Bro Ramboll Norge AS, wobei die geotechnische Planung von letzterem Partner bernommen wurde. Der Streckenabschnit Grimstad - Kristiansand wurde planmig im August 2009, drei Jahre nach Baubeginn, von Knig Harald V eingeweiht. ber einen Zeitraum

Abbildung 1: Europa-Autobahn E18 und Teilstck Grimstad Kristiansand, 1.6.

von 25 Jahren soll eine Betreibergesellschaft, bei der neben Bilfinger Berger SE auch Bilfinger Berger Project Investments mageblich beteilig ist, nun gegen ein vom norwegischen Staat zu zahlendes Entgelt die Autobahn betreiben und instandhalten, 1.6. Autobahnanschluss Timenes Rund 5 km nordstlich von Kristiansand, bei Hnes, befindet sich die Autobahnanschlussstelle Timenes. Sie besteht aus einem Kreisel, der die Straen 534 und 535 mit der Autobahn E18 verbindet, und einer Fugngerbrcke. Im Bereich des Kreisels wurde die Trasse der bereits existierenden Strae 535, dem Zubringer zum benachbarten internationalen Flughafen, in westliche Richtung verschoben. Die nrdlich des Kreisels liegende Nebenstrae 534 musste auf einem Damm errichtet werden. Die Fugngerbrcke kreuzt die Strae 535 westlich des Kreisels und nhert sich an die Nebenstrae 534 an, bis beide Trassen parallel verlaufen. In der Flche zwischen den Straen 534 und 535 war ein Sedimentationsbecken vorgesehen, dessen Sohle rd. 1 m unter der Gelndeoberkante liegen sollte. Abbildung 2 und Abbildung 3 stellen ein Luftbild und ein Draufsicht der Anschlussstelle Timenes dar.

Baugrundbedingungen 1.1 Allgemein Die Baugrundverhltnisse im Projektgebiet sind typisch fr die Kstenregionen Skandinaviens. Das metamorphische Grundgebirge ist stellenweise von wenigen Dezimetern Oberboden, in Talsenken mit sehr weichen, typischerweise 15 m bis 20 m mchtigen Auffllungen berdeckt. Der anstehende Fels besteht berwiegend aus Gneissen, Amphiboliten, Quarziten, Migmatiten und Pegmatiten sowie mchtigen granitischen Intrusionskrpern. Der Fels zeichnet sich durch eine groe Hrte aus und ist im Allgemeinen wenig verwittert (1.6, 1.6). Die Talfllungen bestehen aus Torfen, breiigen bis steifen Schluffen und Tonen meist marinen Ursprungs sowie dem hoch sensitivem Quick Clay, und werden vom Fels oder von dichten bindigen und nichtbindigen Mornen unterlagert. Das Grundwasser steht oberflchennah an. Gespanntes Grundwasser kann bereichsweise in den Talsenken vorliegen. 1.2 Quick Clay Quick Clays sind extrem strukturempfindliche weiche Bden, bei denen schon relativ kleine Scherdeformationen unter undrnierten Bedingungen zum deutlichen Abfall des Scherwiderstands (Entfestigung) und im Extremfall zum Zerfall des Bodengefges (Verflssigung) fhren knnen. Die systematische Erforschung dieser Bden und die Entwicklung baupraktischer Lsungen begann in der Mitte des letzten Jahrhunderts in den skandinavischen Lndern, wo Quick Clay gerade in den sehr stark bevlkerten Kstenregionen sehr oft vorkommt (1.6, 1.6, 1.6, 1.6, 1.6 und 1.6). Quick Clays entstanden in den nrdlichen Regionen der Erde, in der in den quartren Eiszeiten das Gebirge unter dem Gewicht mchtiger Eismassen mehrere hundert Meter unter den Meeresspiegel sank. Nach dem Abtauen dieser Eislast setzten Hebungen ein, die noch heute anhalten. Als sich die Eismassen zurckzogen, brachten Flsse aus Schmelzwasser groe Feinsedimentmengen (Feinsande, Schluffe und Tone) ber die Fjorde an die vordere Front der Eismassen. Da aufgrund der Absenkung des Gebirges der Ozean mit den Senken direkt verbunden war, flossen diese Sedimente ins Salzwasser. Plattenfrmige Tonpartikel wurden elektrisch geladen und bildeten Flocken, die genauso schnell wie die Schluff- und die Feinsandkrner sedimentierten. Der daraus resultierende Boden besteht aus Klumpen von diesen Sedimenten mit einer sehr offenen, sogenannten Kartenhausstruktur. Es handelt sich um relativ homogene leicht plastische marine Sedimente, die das mechanische Verhalten breiiger bis sehr weicher normalkonsolidierter toniger Bden zeigen. Als aufgrund der fortsetzenden Hebung des Gebirges die Verbindung der Seen mit dem Meer verschwand, begann Swasser das Salzwasser von den Poren der

Abbildung 2: Luftbild der Anschlussstelle Timenes, Mai 2008.

Abbildung 3: Anschlussstelle Timenes.

marinen Sedimente allmhlich zu verdrngen. Die daraus resultierende Reduktion der Anziehungskrfte zwischen den Partikeln bei unvernderter Struktur fhrte letztendlich zur Entstehung des Quick Clays. Die Entsalzung des Porenwassers bewirkt auch eine Reduktion des Wassergehalts an der Fliegrenze, die an gestrten Bodenproben ermittelt wird. Aus diesem Grund liegt der natrliche Wassergehalt von Quick Clay, im Gegensatz zu dem von ursprnglichen weichen Bden, deutlich ber der Fliegrenze. Der Kollaps der Kartenhausstruktur, die dadurch entstandenen Porenwasserberdrcke und der damit verbundene Abfall der effektiven Spannungen sind fr die starke Entfestigung und im Extremfall fr den Zerfall des Korngerstes bei undrnierter Scherung verantwortlich. Die Strukturempfindlichkeit weicher Bden kann mit Hilfe der Sensitivitt St = cu,u/cu,g beurteilt werden, die das Verhltnis der undrnierten Scherfestigkeit im ungestrten (cu,u) und gestrten (cu,g) Zustand darstellt. cu,u und cu,g sind der Peakwert und der Restwert des undrnierten Scherwiderstands und knnen beispielweise mittels Triaxialversuch oder Flgelsondierung ermittelt werden. In Norwegen 1.6 werden Bden mit St > 30 als hochempfindlich eingestuft. Erst mit St 50 werden Bden als Quick Clay bezeichnet. Die undrnierte Scherfestigkeit cu,u von Quick Clay liegt blicherweise unter 15 kPa bis 20 kPa. Im Projektgebiet weisen die angetroffenen strukturempfindlichen Tone durchschnittliche undrnierte Scherfestigkeiten von cu,u 10 kPa bis 15 kPa auf. Neben der niedrigen Scherfestigkeit besitzen Quick Clays weitere aus bautechnischer Sicht bedeutend ungnstige Eigenschaften:

Auftrag der CJV E18 ausgefhrt. Die Erkundungen bestanden aus Totalsondierungen, Drucksondierungen, Flgelsondierungen, Bohrungen mit Entnahme hochqualitativer Bodenproben und Laborversuchen. Der Baugrund unterhalb des herzustellenden Straendamms besteht aus einer 2 m bis 3 m mchtigen organischen Schicht, berwiegend Torf, die von einer bis 20 m mchtigen Quick Clay-Schicht unterlegen wird. Zwischen dem Quick Clay und dem darunterliegenden Fels wird eine ca. 1 m bis 2 3 m mchtige, dicht gelagerte Morne angetroffen. Ein vereinfachtes Bodenprofil ist beispielhaft fr Achse 70 in Abbildung 4 gezeigt.

Abbildung 4: Vereinfachtes Bodenprofil fr Achse 70. Die Mchtigkeit des Quick Clays steigt von Sd-Ost nach Nord-West an. Im Bereich der Einfahrtstrasse zur E18 liegt der Felshorizont ca. 3 m unter der Oberflche. Westlich der Strae 534, zwischen den Achsen A60 und A80 (s. Abbildung 5), erreicht der Quick Clay seine grte Mchtigkeit. Die oberflchennahe organische Bodenschicht weist einen Wassergehalt zwischen 90% und 780%, eine Sttigungswichte von 10 kN/m3 bis 11 kN/m3 und eine undrnierten Scherfestigkeit zwischen 5 kPa und 15 kPa auf. Der Wassergehalt des Quick Clays variiert zwischen 60% und 110% und weist im ungestrten Zustand eine undrnierte Scherfestigkeit von 5 kPa bis 20 kPa auf. Aus den Feldflgelsondierungen wurden Sensitivittwerte St des Quick Clays von bis zu 200 ermittelt. Der Grundwasserspiegel liegt an der Gelndeoberflche. Tabelle 1 stellt die fr das ursprngliche geotechnischen Design festgelegten charakteristischen Boden-kennwerte dar. Die undrnierte Scherfestigkeit cu des Quik Clays gilt fr den ungestrten Zustand. Tabelle 1: Charakteristische Bodenkenwerte im ursprnglichen geotechnischen Design.Material Quick Clay Kalk-ZementSulen Oberflchennahe Weichschicht Wichte [kN/m3] 16 16 10-11 Undrnierte ReibungsKohsion Scherfestigkeit winkel c [kPa] cu [kPa] [] 10 100 5-15 -

Hohe Empfindlichkeit gegen Erschtterungen, die z.B. infolge der Bauaktivitten auftreten knnen. Sprdes Versagen, d.h. das Versagen tritt ruckartig ohne vorherige Ankndigung durch Verformungen auf, anders als bei gering sensitiven weichen Bden. Somit ist eine geotechnische Messberwachung nur bedingt ntzlich, um den Beginn eines Versagens rechtzeitig zu erkennen. Aufgrund des starken Verlustes der Scherfestigkeit des Quick Clays kann es nach Strungen schon bei geringen Neigungen des Gelndes zu unkontrollierbaren groflchigen Erdbewegungen kommen. 3.2 Anschlussstelle Timenes Bis zum Zeitpunkt der Erstellung des ursprnglichen geotechnischen Designs, fanden im Bereich der Anschlussstelle Timenes zwei Baugrunderkundungskampagnen statt. Die erste Kampagne wurde zwischen 1996 und 1997 vom Auftraggerber ausgefhrt. Die zweite Kampagne wurde nach Projektvergabe zwischen 2006 und 2007 im

Dammmaterial

19

0

-

42

Ursprngliches geotechnisches Konzept geotechnisches Design des Straendammes

und

Der Damm fr die Nebenstrae 534 hat eine Lnge von ca. 80 m (Achse A30 bis A110 in Abbildung 5) und erreicht seine maximale Hhe von 6 m in den Achsen A100 und A110. Aufgrund der extrem niedrigen Scherfestigkeit des Quick Clays wurde in dem geotechnischen Design vorgesehen, den weichen Boden mit Kalk-Zement-Sulen zu verbessern. Zur Herstellung der Sulen wurde das in Norwegen und Schweden entwickelte Soil-Mixing-Verfahren LCC (Lime-Cement-Column) vorgeschlagen, bei dem das Bindemittel mittels Druckluft trocken in den Boden einzubringen ist (1.6). Zur Bestimmung des erforderlichen Sulenrasters wurden Standsicherheitsuntersuchungen des Dammes durchgefhrt, bei denen fr den Quick Clay und die Kalk-Zement-Sulen die in Tabelle 1 angegebenen Scherfestigkeiten angesetzt wurden. Die Bschungsneigung des Dammes war mit 1:2 (V:H) vorgegeben. Die Berechnungen wurden basierend auf dem Teilsicherheitskonzept nach 1.6 ausgefhrt. Danach wird der Teilsicherheitsbeiwert auf das Material zu M=1,4 gewhlt, wenn die erwarteten Konsequenzen eines Schadens gering sind, zu M=1,5, wenn ernstere Schadenskonsequenzen auftreten knnen und zu M=1,6, wenn ein Schaden sehr ernste Konsequenzen haben kann. Den Berechnungen wurde ein Sicherheitsfaktor von M=1,4 zugrunde gelegt. Auf der Dammkrone wurde nach 1.6 eine Verkehrslast von 10 kPa angesetzt, die mit einem Teilsicherheitsbeiwert von f=1,3 beaufschlagt wurde. Es ergab sich, dass zur Einhaltung der geforderten Sicherheit eine verschmierte undrnierte Scherfestigkeit des verbesserten Bodens von cu = 50 kPa erreicht werden musste. Dies bedeutete eine Verbesserung von ca. 50% des ursprnglichen Bodenvolumens. Um diese Anforderungen zu erfllen, mussten insgesamt 2500 Kalk-Zement-Sulen hergestellt werden. Im Bereich der Dammkrone wurden im Viereckraster Sulen mit einem Durchmesser von 600 mm und einem Rasterabstand von 750 mm installiert. Im Bereich der Bschungen wurden die Sulen berschnitten mit einem Achsabstand von 500 mm und in Abstnden von 1.2 m in Trassenrichtung hergestellt, so dass sie Wandscheiben senkrecht zur Trassenrichtung bilden, s. Abbildung 6. Die Sulen reichen von der Unterkante der organischen Deckschicht bis zur Morne bzw. dem Fels und haben eine mittlere Lnge von rund 8 m. Die Deckschicht wurde nach der Installation der Sulen abgetragen, die neue Gelndeoberkante eingeebnet und

mit einem Geotextil bedeckt. Der darauf aufgeschttete Damm besteht aus Steinen, die aus dem gesprengten Fels gebrochen wurden. Im geotechnischen Design sind keine konkreten Hinweise zur Herstellung der Kalk-Zement-Sulen und zum Umgang mit dem Quick Clay zu finden. Es wurde lediglich empfohlen, die Scherfestigkeit des verbesserten Bodens zu berprfen. Hierfr sollten 14 Tage nach Herstellung an mindestens 1,5% der Sulen (=35 Sulen) sogenannte Kalkpelesondering, ein in Skandinavien gebruchliches Drucksondierverfahren fr die Messung der Scherfestigkeit von Kalk-ZementSulen (1.6, 1.6) ausgefhrt werden. Auerdem wurde auf die Notwendigkeit eines Messprogramms zur berwachung der Dammsetzungen hingewiesen.

Abbildung 5: Draufsicht des mit Kalk-Zement-Sulen verbesserten Flche. Achsen A30 bis A110 und KalkZement-Sulen-Blcke I-IX.

Abbildung 6: Ausschnitt aus Abbildung 5: Anordnung der Kalk-Zement-Sulen Dammherstellung und Schadensereignisse Die Kalk-Zement-Sulen wurden zwischen Januar und Februar 2008 in neun Blcken hergestellt (Abbildung 5). Die Sulenherstellung wurde anhand von Herstellungsprotokollen dokumentiert, bei dem die eingebrachte Bindemittelmenge kontinuierlich erfasst wurde. Die Qualitt der Sulen wurde anhand von 12 FOPS-Tests (inverted column penetration tests)

berprft, bei denen eine spezielle Flgelsonde in die Sulen whrend der Installation der Sulen eingebaut und deren Herausziehwiderstand nach Erhrten der Sulen gemessen wird (1.6, 1.6). Dieser wird mit der undrnierten Scherfestigkeit des Sulenmaterials korreliert (Error: Reference source not found,Error: Reference source not found). Es ergaben sich Werte von cu = von 100 kPa bis 500 kPa Der Bau des Damms begann erst im darauffolgenden September, so dass zu diesem Zeitpunkt von einer ausreichenden Erhrtung der Sulen ausgegangen werden kann. 5.1 Erstes Schadensereignis Das erste Versagensereignis fand am 01. Oktober 2008 kurz nach Beginn der Dammaufschttung statt, s. Abbildung 7. Ein Gelndebruch trat zwischen den Achsen A40 und A60 auf, vgl. Abbildung 5. Schematisch ist dieser Schadensfall in Abbildung 8 dargestellt. Auf den Abbildungen ist zu erkennen, dass die Hhe des zu diesem Zeitpunkt aufgeschtteten Dammes knapp 2 m betrug. Trotz dieser geringen Hhe wurde in einer etwa 20 m breiten Zone vor dem Dammfu flssiger Quick Clay an die Gelndeoberflche geschwemmt, s. Abbildung 9. An der Oberflche wurden Stcke von Kalk-ZementSulen beobachtet, wobei im Nachhinein nicht mehr eindeutig festzustellen ist, ob diese Stcke von den neuen Kalk-Zement-Sulen oder von einer unter der alten Strae 535 bereits existierenden Bodenverbesserung mit Sulen stammen. Die Versagenszone wird westlich von Achse A40 vom Kalk-Zement-Sulen-Block der ehemaligen Trassenfhrung der Strae 535 begrenzt, s. Abbildung 3. Als Sanierungsmanahme wurde von der Baustelle entschieden, den verflssigten Quick Clay im Bereich des Dammes durch kontrolliertes Aufbringen einer Steinschttung zu verdrngen. Mit diesem Bodenaustausch gelangt es, die Stabilitt des Dammes wiederherzustellen, so dass mit den Dammarbeiten fortgefahren werden konnte.

Abbildung 8: Schematische Darstellung Gelndebruches beim ersten Schadensfall.

des

Abbildung 9: Erster Schadensfall. Verflssigter Quick Clay und an die Oberflche gesplte Stcke von KalkZement-Sulen. 5.2 Zweites Schadensergeignis Der zweite Schadensfall ereignete sich Ende Oktober 2008, einen Tag nach Fertigstellung des Straenbelags, diesmal zwischen den Achsen A60 und A90 (Abbildung 5). Der Schaden uerte sich zunchst als Bschungsbruch, s. Abbildung 10. Dass es sich dabei um einen neuen Gelndebruch handelte, wurde durch eine Hebung der Gelndeoberflche im Dezimeterbereich deutlich, die sich allmhlich bis ca. 5 m vom Bschungsfu ausbreitete, s. Abbildung 11. Anders als beim ersten Schadensfall trat direkt nach dem zweiten Schadensfall zunchst kein verflssigter Quick Clay an der Oberflche der Bruchzone auf, da er offensichtlich von der Decksicht unterdrckt wurde. Um den Dammbau schnell beenden zu knnen, wurde versucht, eine Stabilisierung durch Verdrngung des weichen Bodens mittels Aufschttung von Dammmaterial am Bschungsfu wie beim ersten Schadensfall zu erzielen. Aufgrund der wesentlich greren Mchtigkeit des Quick Clays fhrte diese Manahme nicht zum Erfolg, sondern im Gegenteil zu einer deutlichen Verschlechterung der Lage. Die Hebungszone am Dammfu breitete sich weiter aus und umfasste am Ende einen Bereich von etwa 20 m. Der verflssigter Quick Clay durchbrach die Decksicht und trat an die

Abbildung 7: Erster Schadensfall

Gelndeoberflche, ein Hinweis dafr, dass das metastabile Gefge des Quick Clays durch die nachtrgliche Aufschttung weitestgehend zerstrt wurde. Zu diesem Zeitpunkt wurde die geotechnische Abteilung des technischen Bros der Bilfinger Berger Ingenieurbau GmbH eingeschaltet. Offensichtlich wurde die Ausbreitung des Bruchkrpers in Nord-West-Richtung vom KalkZement-Sulen-Block der alten Strae 535 aufgehalten. Seitlich ist die Bruchzone von zwei Pfeilern der Fugngerbrcke begrenzt, weshalb angenommen werden musste, dass sich die rutschenden Bodenmassen unplanmig auf der Brckengrndung absttzten. Da die Brckenpfeiler auf sog. Steel Core Piles Micropfhle mit Auendurchmessern von 210 mm, Stahlkernen von 150 mm und einer Zementmrtelverpressung des Ringraums gegrndet sind, die planmig keine Horizontallasten abtragen knnen, wurde als Sofortmanahme gefordert, den Damm zwischen den Achsen A40 und A90 abzutragen, um einer Beschdigung der Pfhle vorzubeugen.

Abbildung 12: Schematische Darstellung des Gelndebruches beim zweiten Schadensfall. Vermutete Bruchzonen vor und nach Aufschttung des Dammfues 5.3 Ursachen des zweiten Schadensfalls Wie schon bei dem ersten Schadensfall handelt es sich bei dem zweiten Dammversagen um einen klassischen Gelndebruch, wie er in weichen Bden unter undrnierten Bedingungen vorkommt. Das Baugrundversagen trat auf, weil die Scherfestigkeit des verbesserten bzw. des natrlichen Bodens anders als im Design angenommen nicht ausreichte, um die aufgebrachten Dammlasten aufzunehmen. Dies kann folgende Grnde gehabt haben: (1) Die tatschliche undrnierte Scherfestigkeit des Quick Clays war niedriger als im Design angenommen. (2) Die undrnierte Scherfestigkeit des Quick Clays wurde durch baubedingte Erschtterungen (Installation der Sulen, Dammbau und Verdichtung) herabgesetzt. (3) Die Kalk-Zement-Sulen wurden sachgem hergestellt, doch die tatschliche Druckfestigkeit des Sulenmaterials war generell geringer als im Design angenommen. (4) Die Kalk-Zement-Sulen weisen Fehlstellen auf. Grund (1) ist eher unwahrscheinlich, weil die fr den Quick Clay angesetzte undrnierte Scherfestigkeit schon auf der sicheren Seite lag und auf den Ergebnissen von Feld- und Laborversuchen basiert. Zwar kann die Ursache (3) nicht vllig ausgeschlossen werden, aber die durchgefhrten Qualittskontrollen FOPS-Tests deuten auf eine ausreichende Festigkeit des Sulenmaterials hin. Gleichwohl lassen die Fakten und vorhandenen Informationen ber die Sulenherstellung vermuten, dass der Quick Clay whrend der Installation der Sulen stark gestrt wurde. Baustellenberichten Den Herstellungsprotokollen zufolge wurde das Gestnge mit den dem Mischpaddeln Mischwerkzeug mit 150 rpm gedreht, und in den Baugrund in einer Minute eingedrckt und aus den Baugrundin den Baugrund mit rd. 25 mm/Umdrehung herausgezogen.eingedrckt, Beim Ziehen wurden um

Abbildung 10: Dammversagens.

Seitliche

Ansicht

des

zweiten

Abbildung 11: Zweites Dammversagen. Bodenhebungen am Dammfu, beobachtet von der Dammkrone.

Cross Section 40 - Existing dam

Sulen in ca. 3 Minuten bei einer Zugabe von im Mittel 30 bis 32 kg/m Kalk-Zement-Pulver dem Boden zugegebenherstellen zu knnen. Diese Werte liegen im Bereich blicher Installationsparameter fr normale weiche Bden in Norwegen (1.6). Offensichtlich wurde die Tatsache, dass es sich beim Baugrund um einen extrem strukturempfindlichen Boden handelt, keine besondere Beachtung gegeben. Es ist anzunehmen, dass insbesondere beim Einbringen, aber mglicherweise auch beim Herausziehen des Mischwerkzeugs, sich den Quick Clay stark entfestigt bzw. verflssigt hat, und dies die Sulenintegritt Die dadurch hervorgerufene Verringerung der Scherfestigkeit bzw. Verflssigung des Quick Clays hat hchstwahrscheinlich die Sulenintegritt beeintrchtigt hat. Somit werden (2) und (4) als wesentliche Ursachen des zweiten Schadensfalls gesehen. Hier kommt die Strung des Quick Clays hinzu, die infolge der nach dem ersten Schadensfall erfolgten Verdrngung des Quick Clays auftrat. Back-Analysis des Gelndebruchs zur Abschtzung der Scherfestigkeit des verbesserten Bodens Um die Scherfestigkeit des verbesserten Bodens zum Zeitpunkt des Gelndebruches abzuschtzen, wurde eine Rckrechnung des Gelndebruches fr die Achsen A40 bis A100 durchgefhrt. Unter Annahme eines kreisfrmigen Bruchmechanismus wurde hierfr die Scherfestigkeit des verbesserten Bodens cu,vB berechnet, die zum Grenzzustand der Tragfhigkeit fhrt (globale Standsicherheit = 1,0). Die undrnierte Scherfestigkeit des Quick Clays auerhalb des verbesserten Bodenbereichs wurde zunchst in Anlehnung an das ursprngliche Design mit cu = 10 kPa angesetzt. Auf Grundlage der Ergebnisse der CPTs wurde auerdem eine Erhhung mit zunehmender Tiefe von 0.5 kPa/m bercksichtigt. Alle Berechnungen wurden mit der Software Slope 1.6 durchgefhrt. Die Ergebnisse der Berechnungen lassen zwei Flle unterscheiden, die in Abbildung 13 und Abbildung 14 beispielhaft fr die Achsen A40 und A60 dargestellt sind: 1. Gleitkreis auerhalb des verbesserten Bereichs (Achsen A40 und A50): Die globale Sicherheit ist < 1,0 unabhngig von cu,vB (Abbildung 13), d.h. die angeordneten Kalk-Zement-Sulen bringen fr den magebenden Bruchmechanismus keinen Beitrag zur Standsicherheit.

15

= 0.79 0.79Crushed Rock Crushed Rock Peat

10

Elevation

? ?

5

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Quick Clay

? ? ?

LCC

Quick Clay

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-15

-10

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5

10

15

20

25

30

35

40

45

Distance

Abbildung 13: Rechnerische Standsicherheit des Straendammes in Achse A40, globale Sicherheit = 0.79. 2. Gleitkreis innerhalb des verbesserten Bereichs (Achsen A60 bis A100): Fr = 1,0 ergeben sich cu,vB-Werte zwischen 25 kPa und 33 kPa, s. Tabelle 2 und Abbildung 14. Da in diesem Bereich der zweite Bschungsbruch auftrat, d.h.