Das neue BAW-Merkblatt zu Kornfiltern (MAK) · PDF fileBundesanstalt für Wasserbau...

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  • Bundesanstalt fr Wasserbau BAW-Kolloquium Filter und hydraulische Transportvorgnge im Boden

    am 28. Januar 2014 im HCC, Hannover

    Das neue BAW-Merkblatt zu Kornfiltern (MAK) 1

    Das neue BAW-Merkblatt zu Kornfiltern (MAK)

    Jan Kayser, Bundesanstalt fr Wasserbau, Karlsruhe

    Einfhrung

    Bereits in den 1980er Jahren wurden von der Bundesanstalt fr Wasserbau (BAW) im Merkblatt

    Anwendung von Kornfiltern an Bundeswasserstraen (BAW, 1989) Standardverfahren zur

    Dimensionierung von Kornfiltern fr die Randbedingungen des Verkehrswasserbaus festgelegt.

    Schwerpunkt des Merkblattes war die Verwendung von Kornfiltern in Deckwerken. Die

    notwendige Erweiterung der Anwendung von Kornfiltern insbesondere im Hinblick auf die

    Standsicherheitserhhung von Dmmen nach dem BAW-Merkblatt Standsicherheit von

    Dmmen an Bundeswasserstraen (MSD) (BAW 2011), die Erkenntnisse aus 25 Jahren

    Forschung und auch die Anpassung an europische Produktnormen fr Gesteinskrnungen

    und Wasserbausteine machten eine grundlegende berarbeitung des MAK erforderlich. Die

    berarbeitete Fassung liegt nunmehr vor (BAW, 2013a).

    Bei der berarbeitung des MAK wurden die in der alten Fassung beinhaltenen Nachweise fr

    Kontakterosion und Suffosion aus dem Merkblatt ausgegliedert und sind daher nicht mehr in der

    neuen Fassung des MAK enthalten. Nachweise fr Materialtransport sind nun in einem

    eigenstndigen, neuen Merkblatt der BAW zu Materialtransport im Boden (MMB) (BAW, 2013b)

    zu finden.

    Im Regelwerk der BAW sind die Merkbltter MAK und MMB in Zusammenhang mit dem

    Merkblatt fr Regelbauweisen von Bschungs- und Sohlensicherungen MAR (BAW, 2008) und

    dem MSD zu sehen. Whrend das MMB die Grundlagen der Nachweisfhrung fr die

    verschiedenen Arten des Materialtransports enthlt, sind im Anwendungsmerkblatt MAK die auf

    Kornfilter abgestimmten Randbedingungen fr die Anwendung des MMB aufgefhrt. Mit dessen

    anstehender berarbeitung werden auch ins MSD Randbedingungen fr die Nachweisfhrung

    nach MMB bei der Beurteilung der Standsicherheit von Dmmen aufgenommen. Das MAR

    bezieht sich nicht direkt auf das MMB, jedoch bestehen indirekte Bezge ber das MAK. Bild 1

    zeigt diese Zusammenhnge in grafischer Form.

  • Bundesanstalt fr Wasserbau BAW-Kolloquium Filter und hydraulische Transportvorgnge im Boden

    am 28. Januar 2014 im HCC, Hannover

    2 Das neue BAW-Merkblatt zu Kornfiltern (MAK)

    Bild 1: Bezge zwischen den BAW-Merkblttern untereinander

    Kornfilter in Deckwerken an Wasserstraen

    Ein Kornfilter in einem Deckwerk hat die Aufgabe, einen Bodenaustrag in die Deckschicht

    hinein bzw. durch die Deckschicht hindurch zu verhindern. Er muss gegen den anstehenden

    Boden und gegen die Deckschicht filterstabil sein. Schnelle Wasserspiegelnderungen im

    Gewsser (z. B. infolge Schiffsvorbeifahrt) knnen groe innere hydraulische Beanspruchungen

    in Form hoher hydraulischer Gradienten erzeugen und dadurch hydrodynamische

    Bodenverlagerungen bewirken. Dies gilt sowohl fr den Boden unterhalb des Filters als auch fr

    den Filter selbst. Eine Beschdigung des Filters infolge hydrodynamischer Bodenverlagerung

    wird durch eine ausreichende Auflast der Deckschicht verhindert. Die Deckschicht schtzt den

    Filter auch gegen Erosion infolge uerer hydraulischer Beanspruchungen wie z. B.

    Wellenschlag oder Hochwasserabfluss.

    Bild 2 zeigt den Aufbau eines Deckwerks mit einem Kornfilter auf einer Uferbschung. In

    diesem Beispiel bindet das Deckwerk zur Sicherung des Bschungsfues in die Sohle ein. Der

    fr die Herstellung erforderliche Fugraben ist bis auf die Hhe der Gewssersohle wieder

    verfllt.

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    am 28. Januar 2014 im HCC, Hannover

    Das neue BAW-Merkblatt zu Kornfiltern (MAK) 3

    Bild 2: Kornfilter in einer Bschungssicherung mit einem Deckwerk (BAW, 2013a)

    Bei Deckwerken fr Ufersicherungen kann die erforderliche Filterstabilitt in der Abfolge Boden

    Kornfilter Deckschicht hufig nicht mit einer Filterstufe realisiert werden. In diesem Fall ist

    der Einbau eines Zweistufenfilters zwischen Deckschicht und Boden sinnvoll. Bild 3 zeigt den

    prinzipiellen Aufbau eines Deckwerks mit einem Zweistufenfilter.

    Bild 3: Kornfilter als Zweistufenfilter in einem Deckwerk (BAW, 2013a)

    Als Regelbauweise fr Kornfilter in Deckwerken an Binnenwasserstraen unter einer

    Deckschicht aus Schttsteinen der Klassen CP90/250, LMB5/40 oder LMB10/60 nach DIN EN 13383

    (2002) wird der Standard-Zweistufenfilter verwendet.

    Wenn der Boden homogen und sein Kornanteil d15 0,06 mm ist, sind fr den Standard-

    Zweistufen-filter keine expliziten Filternachweise erforderlich. Bei einem Kornanteil des Bodens

    d15 > 0,06 mm ist der Standard-Zweistufenfilter dann anwendbar, wenn die Durchlssigkeit der

    ersten Filterstufe grer als die Durchlssigkeit des Bodens ist.

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    4 Das neue BAW-Merkblatt zu Kornfiltern (MAK)

    Die Krnungslinien der Filterstufen mssen innerhalb der in Bild 4 festgelegten Grenzen

    verlaufen. Informativ ist zustzlich der typische Bereich fr Wasserbausteine der Klasse LMB5/40

    dargestellt. Der Standard-Zweistufenfilter hat sich im langjhrigen Einsatz bei Bschungs- und

    Sohlensicherungen bewhrt.

    Erfllt der anstehende Boden die oben genannte Forderung nicht bzw. sind andere

    Steinklassen als CP90/250, LMB5/40 oder LMB10/60 fr die Deckschicht vorgesehen, muss eine

    Filterbemessung nach MAK in Verbindung mit dem MMB vorgenommen werden.

    Bild 4: Zulssige Bereiche fr Krnungslinien im Standard-Zweistufenfilter (BAW, 2013a)

    Kornfilter als Auflastdrn am luftseitigen Fu eines Kanaldamms

    Ein Auflastdrn am luftseitigen Dammfu stabilisiert durch sein Eigengewicht die

    Dammbschung und leitet das ihm zustrmende Sickerwasser ab. Er muss gegenber dem

    Dammmaterial und dem Untergrund filterstabil sein.

    Bei einem Auflastdrn erfolgt eine innere hydraulische Beanspruchung durch die Zustrmung

    aus dem Damm. Da die hydraulische Durchlssigkeit des Auflastdrns wesentlich grer ist als

    die des Dammkrpers, beschrnkt sich die Durchstrmung zumeist auf einen teilgesttigten

    bergangsbereich zwischen Dammkrper und Auflastdrn, sowie einen gesttigten Bereich

    geringer Dicke an der Sohle des Auflastdrns. Bild 5 zeigt die Durchstrmungsverhltnisse bei

    Anstrmung eines Auflastdrns am luftseitigen Dammfu. Der hydraulische Gradient der

    wassergesttigten Strmung und damit die Strmungskrfte an der Sohle des Auflastdrns

    sowie im luftseitigen Wasseraustrittsbereich sind gering und daher i. d. R. nicht

    standsicherheitsrelevant. uere hydraulische Beanspruchungen ergeben sich z. B. durch

    Starkniederschlag. Die Oberflche eines Auflastdrns ist deshalb i. d. R. gegen uere Erosion

    zu schtzen, z. B. durch Grasbewuchs (BAW, 2011).

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    Das neue BAW-Merkblatt zu Kornfiltern (MAK) 5

    Bild 5: Durchstrmungsverhltnisse bei Anstrmung eines Auflastdrns am Dammfu (BAW, 2013a)

    Anforderungen an Kornfilter

    Kornfilter mssen spezielle Anforderungen hinsichtlich

    der physikalischen und umweltrelevanten Eigenschaften des Grundmaterials (Gesteinskrnungen),

    der mechanischen Filterwirksamkeit (Bodenrckhaltevermgen), der hydraulischen Filterwirksamkeit (Abfhren der zustrmenden Wassermengen), der inneren Stabilitt (Suffosionssicherheit) und des Einbaus unter oder ber Wasser

    erfllen. Hierzu enthlt das MAK Grenzwerte und Vorgaben zur Nachweisfhrung fr die

    hydraulische und mechanische Filterwirksamkeit.

    Als Entscheidungsgrundlage, welche Verfahren fr den Nachweis der Suffosionssicherheit und

    der Sicherheit gegen Kontakterosion des Kornfilter am besten geeignet sind, wurden

    umfangreiche Vergleichsberechnungen mit unterschiedlichen Nachweisverfahren an

    zahlreichen verschiedenen Krnungslinien durchgefhrt. Bei der Festlegung der zu

    verwendenden Nachweisverfahren wurde darauf geachtet, dass unter einfachen

    Randbedingungen auch einfache Verfahren angewendet werden knnen. Die eigentliche

    Nachweisfhrung und die einzuhaltenden Randbedingungen der festgelegten Verfahren sind im

    MMB erlutert.

    Mit Hilfe der in den Nachweisen ermittelten Kenngren der Kornverteilungen des Kornfilters

    sind nach den Vorgaben des MAK die vertragsrelevanten Eigenschaften der

    Kornverteilungskurven zu definierten und in die Ausschreibung zu bernehmen.

    Diese Vorgehensweise wird im Anhang des MAK anhand umfangreicher praxisnaher Beispiele

    verdeutlicht.

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    6 Das neue BAW-Merkblatt zu Kornfiltern (MAK)

    Literatur

    BAW, 1989: Merkblatt Anwendung von Kornfiltern an Bundeswasserstraen (MAK, Ausgabe

    1989), Bundesanstalt fr Wasserbau, Karlsruhe

    BAW, 2008: Merkblatt Anwendung von Regelbauweisen fr Bschungs- und

    Sohlensicherungen an Binnenwasserstraen (MAR), Bundesanstalt fr Wasserbau,

    Karlsruhe

    BAW, 2011: Merkblatt Standsicherheit von Dmmen an Bundeswasserstraen (MSD),

    Bundesanstalt fr Wasserbau, Karlsruhe

    BAW, 2013a: Merkblatt Anwend