Entwurfs- und Genehmigungsplanung Heft 4.3: Gutachten zur ......Unter dem Elbingstalteich wurden...

HOCHWASSERRÜCKHALTEBECKEN

STRAßBERG/SELKE

Entwurfs- und Genehmigungsplanung

Heft 4.3:

Gutachten zur Standsicherheit des Dammes am Elbingstalteich

Erläuterungsbericht

September 2013

SAl/AG/05219.20

- I -

Inhaltsverzeichnis

Heft 4.3: Gutachten zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Dammes am Elbingstalteich Seite

1 Auftrag und Zusammenfassung 1

2 Vorhabens-/Untersuchungsgebiet 3

2.1 Untersuchungsgebiet 3

2.2 Regional-geologische Situation und Hydrogeologie 4

2.3 Altbergbau 5

2.4 Erdbebenlasten 5

3 Wertung vorhandener Unterlagen 6

4 Auswerten und Darstellen der Baugrunderkundungen 8

4.1 Art und Umfang der Erkundung 8

4.2 Bohrsondierungen und Sondierungen mit der Rammsonde 8

4.3 Grundwasser/Spiegellinie im Damm 9

4.4 Versuchsauswertungen 9 4.4.1 Kornverteilung (DIN 18 123-5/6/7) 9 4.4.2 Wassergehalte (DIN 18 121) 10 4.4.3 Zustandsgrenzen (DIN 18 122) und Wasseraufnahmevermögen

(DIN 18 132) 10 4.4.4 Kalkgehalte (DIN 18 129) 10 4.4.5 Korndichte 10

4.5 Festlegung der Bodenkennwerte 10

5 Beurteilung der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit auf Basis der vorhandenen Unterlagen und der Vorerkundung 12

5.1 Standsicherheit der Böschungen 12

5.2 Grundbruchsicherheit 15

5.3 Setzungen 15

5.4 Einfluss des Frostes 16

5.5 Erosion und Suffosion 16

5.6 Leitungen 17

6 Schlussbemerkung 18

- II -

Abbildungsverzeichnis Seite Abbildung 1: Lage des Elbingstalteiches 3

Abbildung 2: Sanierungsmaßnahme 1972 (Grundablass und Hochwasserentlastung) 6

Abbildung 3: Sanierungsmaßnahme 1972 (Wasserseitige Dammböschung) 7

Abbildung 4: Dammaufbau und Lage der Spiegellinie bei gering durchlässigem Festgestein 12

Abbildung 5: Dammaufbau und Lage der Spiegellinie bei durchlässigem, stark geklüftetem Festgestein 13

Abbildung 6: Luftseitige Böschung 14

Abbildung 7: Steilere Abschnitte der luftseitigen Felsböschung 14

Abbildung 8: Auflastfilter luftseitige Böschung 15

Abbildung 9: Auflastfilter luftseitige Böschung mit Flächenfilter 15

Abbildung 10: Abwasserdruckleitung in der Dammkrone 17

Tabellenverzeichnis Seite Tabelle 1: Kenndaten des Dammbauwerkes 4

Tabelle 2: Art und Umfang der Laborversuche am Elbingstalteich 8

Tabelle 3: Bodenkennwerte 11

Anlagen Reihe A A-4.3-1 Schichtenverzeichnis A-4.3-2 Bohrprofile A-4.3-3 Fotodokumentation A-4.3-4 Wassergehalte (DIN 18 121) A-4.3-5 Kornverteilungen (DIN 18 123-5/6/7) A-4.3-6 Zustandsgrenzen (DIN 18 122) A-4.3-7 Bestimmung des Wasseraufnahmevermögens (DIN 18 132) A-4.3-8 Bestimmung des Kalkgehaltes (DIN 18 129) A-4.3-9 Bestimmung der Korndichte (DIN 18 124) A-4.3-10 Abschätzung der Durchlässigkeitsbeiwerte nach BEYER A-4.3-11 Geometrische Suffosionsstabilität nach BUSCH/LUCKNER A-4.3-12 Potentialtheoretische Berechnungen und Böschungsstandsicherheit

- III -

Lose beigefügte Pläne Maßstab B-4.3-1 Übersichtslageplan 1 : 7.500 B-4.3-2 Lageplan Voruntersuchung 1 : 1.000 B-4.3-3.1 Schnitt A, BS 17.a, 17b, 17c und RS 17a, 17c 1 : 50 B-4.3-3.2 Schnitt B, RS 19a, 19b und BS 19a, 19b 1 : 50

- IV -

Verwendete Unterlagen [1] VEB Projektierung Wasserwirtschaft

Erläuterungsbericht zur Instandsetzung Elbingstalteich für Dauerstaubetrieb mit Planunterlagen

1972 [2] Björnsen Beratende Ingenieure GmbH

Hochwasserrückhaltebecken Straßberg, Geotechnisches Gutachten Heft 4 Nov. 2007 (Auftraggeber: Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt) [3] DIN 1055-2:

Einwirkungen auf Tragwerke (Bodenkenngrößen) Entwurf 2003

Normenausschuss Bauwesen im DIN Deutsches Institut für Normung e. V. [4] Wasserwirtschaftsdirektion Mittl. Elbe-Sude-Elde (Blankenburg)

Bergbauliche Stellungnahme

1972 [5] MSD

Merkblatt Standsicherheit von Dämmen an Bundeswasserstraßen Bundesanstalt für Wasserbau 2005

[6] Busch, K.F., Luckner, L, Tiemer, K.

Geohydraulik, Band 3 , ISBN 3 443 01004 0 1993

[7] DIN 19700-10/11/12

Stauanlagen Teil 10-12, Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DIN

Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt Hochwasserrückhaltebecken Straßberg, Entwurfs- und Genehmigungsplanung Heft 4.3: Gutachten zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Elbingstalteiches Erläuterungsbericht 1

P:\0521920\doc\ber\GP_September_2013\Heft 4.3\Heft 4.3_20120412.doc Björnsen Beratende Ingenieure Erfurt GmbH

1 Auftrag und Zusammenfassung

Das Hochwasserereignis 1994 führte entlang der Selke zu Schäden. Der Landesbetrieb für

Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt (LHW) ließ daraufhin einen Hoch-

wasseraktionsplan Selke erstellen, der im Jahr 2002 fertig gestellt wurde. Als ein Bestandteil

des Hochwasseraktionsplanes wurde u. a. der Bau eines ökologisch durchgängigen Hoch-

wasserrückhaltebeckens im Selketal bei Straßberg empfohlen. In der Stauwurzel des geplan-

ten Rückhaltebeckens befindet sich in einem linken Seitental der Damm des Elbingstalteiches.

Der Teich ist dauerhaft eingestaut und wird im Falle eines seltenen Hochwasserereignisses

nach dem Bau des geplanten Hochwasserrückhaltebeckens auch luftseits eingestaut.

In dem vorliegenden Heft werden in Ergänzung zu Heft 3.2, auf Basis einer geotechnischen

Voruntersuchung aus dem Jahr 2007 und unter Berücksichtigung der veränderten luftseitigen

Einstauverhältnisse der Baugrund, die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Sperr-

bauwerks am Elbingstalteich beurteilt.

Die Leistungen werden ergänzend zu dem bestehenden Ingenieurvertrag vom

15.12.2005/16.01.2006 erbracht.

Zusammenfassend ist festzustellen:

1. Bei dem Umbau des Elbingstalteiches für den Dauerstaubetrieb 1972 und der Instandset-

zung des eingestürzten Grundablasses wurden im Abschnitt der Dammlückenschließung

Dichtungslehme aus der Grube Nordhausen auf einer Breite von rd. 3,7 m eingebaut. Die

wasserseitige Böschung wurde durch eine Lage gröberen Haldenmaterials und einer

25 cm mächtigen Schotterüberdeckung mit einer Neigung von 1 : 2,3 geschützt.

2. Im Jahr 2007 wurden in zwei Dammquerschnitten seitlich der Sanierung, in der Dammkro-

ne und der luftseitigen Böschung Kleinbohrungen (Rammkernsondierungen) nieder ge-

bracht. In der Dammachse wurden im Wesentlichen sandig-kiesige, teils tonige Schluffe

erkundet, die von Gesteinszersatz bzw. verwittertem Festgestein unterlagert werden. Auf

der Luftseite wurde Felszersatz bzw. Felsschutt in der Korngröße von schwach schluffig-

sandigen Kiesen, zum Teil mit eingelagerten Schluffschichten, erkundet. Die Schlagzahlen

der mittelschweren Rammsonde (DPM) weisen oberflächenah auf dichte, im Dammkörper

im Wesentlichen auf mitteldichte Lagerung rolliger Böden und auf weiche bis steife, bindi-

ge Böden hin. Bodenmechanisch sind die Dichtungsmaterialien der Bodengruppe GU* und

TL/TM sowie der Bodengruppe SU* zuzuordnen.

3. Auf der luftseitigen Böschung sowie am luftseitigen Böschungsfuß sind keine Wasseraus-

tritte zu beobachten, trotz des langjährigen Dauereinstaus kann von einer weitgehend un-

durchlässigen Dammdichtung ausgegangen werden.



4. Die luftseitige Böschung besteht im Wesentlichen aus Tonschiefer, der oberflächennah

stark verwittert ansteht. Die Höhe des natürlich anstehenden Felsens in der luftseitigen

Böschung ist nicht bekannt. Voraussichtlich dient sie der wasserseitigen, dichtenden

Dammschüttung als Widerlager.

5. Die luftseitigen Felsböschungen, die als Teil des Staudammes anzusehen sind, sind stark

geklüftet und weisen Bewuchs mit hohen Bäumen auf, so dass eine starke Durchwurze-

lung des Trennflächengefüges vorliegt.

6. Unmittelbar am luftseitigen Dammfuß verläuft die Selke. Das Bachbett der Selke ist ero-

diert, so dass sie unmittelbar im oberflächennah anstehenden Festgesteinshorizont einge-

bettet ist.

7. Nach Bau des Hochwasserrückhaltebeckens Straßberg wird die luftseitige Böschung bei

einem 50-jährlichen Hochwasserereignis zu rd. 1,8 m über dem luftseitigen Böschungsfuß

eingestaut. Für ein 100-jährliches Ereignis liegt die Einstauhöhe bei 5,2 m und erreicht bei

einer Jährlichkeit von 10.000 Jahren eine maximale Einstauhöhe von 5,8 m. Der Einstau

stellt eine relevante zusätzliche Belastung für den vorhandenen Damm dar, die bislang

nicht nachgewiesen wurde.

8. Der starke luftseitige Bewuchs auf der Böschung hat über die Jahrzehnte zu einer starken

Auflockerung des Festgesteingefüges sowie zu Erosionserscheinungen und tief reichen-

der Verwitterung geführt. Da der Bewuchs auf luftseitigen Böschungen von Talsperren

nicht zulässig ist, wird er auch unter Berücksichtigung o.g. Aspekte entfernt. Anschließend

sind die Auslassbauwerke von der Dammkrone aus wieder sichtbar, so dass eine sichere

Abflusssteuerung gewährleistet wird.

9. Aus geotechnischer Sicht können erforderliche Maßnahmen für den zusätzlichen Belas-

tungsfall des luftseitigen Einstaus auf die Luftseite des Dammbauwerkes beschränkt wer-

den. Zum Schutz der verwitterten Felsböschung und zur Gewährleistung der Standsicher-

heit im Lastfall luftseitiger Einstau und schnelle Spiegelabsenkung wird die luftseitige Bö-

schung durch eine Steinschüttung (Neigung 1 : 2,5) aus verwitterungsarmen Hartgestein

abgeflacht.

Durch den so hergestellten Auflastfilter wird die wirksame Spannung am Dammfuß erhöht

und damit die Standsicherheit der Böschung auch bei Einstau vom HRB her gewährleistet.

10. Die Selke wird zur Herstellung des Auflastfilters um maximal rd. 40 m vom Böschungsfuß

des Dammes in Talrichtung verlegt. Zusätzlich werden durch die Verlegung die Kontrolle

der luftseitigen Böschung, die Kontrolle des Böschungsfußes und auch der Böschungsun-

terhalt von der Luftseite her sichergestellt.



2 Vorhabens-/Untersuchungsgebiet

2.1 Untersuchungsgebiet

Die Lage des Elbingstalteiches ist in Abbildung 1 dargestellt. Das Dammbauwerk liegt unmit-

telbar an der Selke, rd. 2 km nördlich der geplanten Sperrstelle des HRB Straßberg.

Abbildung 1: Lage des Elbingstalteiches

Das Becken ist dauerhaft eingestaut und wird als Angelgewässer und zur Naherholung ge-

nutzt. Funktionen des Hochwasserschutzes übernimmt das Becken derzeit nicht. Die wesent-

lichen Kenndaten der Sperrstelle sind nachfolgend in Tabelle 1 zusammengefasst.



Tabelle 1: Kenndaten des Dammbauwerkes

Höhe luftseitiger Dammfuß 380,25 m

Höhe wasserseitiger Dammfuß rd. 381,4 m

Höhe Dammkrone 387,67 m

Höhe Dammbauwerk Wasserseite rd. 6,2 m

Höhe Dammbauwerk Luftseite rd. 7,4 m

Neigung wasserseitige Böschung rd. 1 : 2,3

Neigung luftseitige Böschungen 1 : 0,7 bis 1 : 2,5

Wasserspiegel Elbingstalteich (2007) 386,41

Einstauhöhe HQ50 382,08



Höhenbezug DHHN92

2.2 Regional-geologische Situation und Hydrogeologie

Der Elbingstalteich liegt in der geologischen Großstruktur des Harzes. Nach geologischem

Aufbau hinsichtlich Alter, Art und Deformation der Gesteine wird der Harz in drei Großbereiche

des Oberharzes, des Mittelharzes sowie des Unterharzes eingeteilt. Der Elbingstalteich liegt

im Unterharz und hier in der Harzgeröder Faltenzone. Charakteristische Gesteine sind Schie-

fer sowie Grauwacken vom silurischen bis unterkarbonischen Alter. Die exakte stratigraphi-

sche und strukturelle Zuordnung der einzelnen Schichten ist schwierig, da die Lagerungsver-

hältnisse durch die Ausbildung als submarine Gleitmassen zum Teil kompliziert sind.

Aus der in [2] dokumentierten Baugrunderkundung für das geplante HRB Straßberg geht her-

vor, dass die tektonischen Elemente des weitgehend bergfrischen Felsens an den Talhängen

und im Talboden des Selketals durch ein komplexes Gefüge unterschiedlicher Trennflächen,

die tendenziell sowohl talwärts, d. h. dammparallel, als auch bergseitig geneigt sind, gebildet

wird. In den Talhängen sowie im Talboden werden Störzonen vermutet. Zum Teil sind sie

durch die Bohrungen dokumentiert. Die Zone des entfestigten Felsens, fixiert am Geschwin-

digkeitsprofil der geophysikalischen Vorerkundungen am HRB Straßberg (Refraktionstomo-

graphie), erreicht eine Mächtigkeit von bis zu 4,5 m. Es kann davon ausgegangen werden,

dass das Elbingstal einer tektonischen Störung folgt und dass der Damm rechts voraussicht-

lich einen anderen Untergrund als links aufweist. Die Störung ist augenscheinlich jedoch hin-

reichend dicht, da ein Dauerstau möglich ist.



2.3 Altbergbau

Unter dem Elbingstalteich wurden 1966-1971 bergbauliche Arbeiten in Tiefen von 50 und 130

m (Flussspatgewinnung) ausgeführt. Der Bergbau lief 1980 aus, im Anschluss konnte der

Teich voll eingestaut werden [4].

2.4 Erdbebenlasten

Nach DIN 4149 liegt der Elbingstalteich in der Erdbebenzone 0, für das Dammbauwerk wird

der Lastfall Bemessungserdbeben nicht betrachtet.



3 Wertung vorhandener Unterlagen

In [1] sind Instandsetzungsmaßnahmen am Grundablass und der Hochwasserentlastung do-

kumentiert. Aus den Unterlagen geht hervor, dass das Dammbauwerk 1972 mit dem Ziel des

Dauerstaus instand gesetzt wurde. Hierzu wurde der Damm in einem Teilabschnitt neu aufge-

baut. Hinweise zum Dammaufbau in den verbleibenden, nicht sanierten Abschnitten und

Standsicherheitsnachweise liegen nicht vor.

Die Situation ist in Abbildung 2 dargestellt, die in dem Teilabschnitt sanierte wasserseitige

Dammböschung ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 2: Sanierungsmaßnahme 1972 (Grundablass und Hochwasserentlastung)



Abbildung 3: Sanierungsmaßnahme 1972 (Wasserseitige Dammböschung)

Felsböschung/Damm



4 Auswerten und Darstellen der Baugrunderkundungen

4.1 Art und Umfang der Erkundung

Im Dammbauwerk des Elbingstalteiches sowie am luftseitigen Böschungsfuß wurden im Juli

2007 insgesamt vier Bohrsondierungen und vier Rammsondierungen mit der mittelschweren

Rammsonde (DPM) ausgeführt. Die Lage der Aufschlusspunkte ist in der Unterlage B-4.3.-2

dargestellt.

Zur Beurteilung und Klassifizierung der anstehenden Böden sowie zur Abschätzung von Mate-

rialkennwerten im Rahmen der Voruntersuchung wurden bodenmechanische Laborversuche

gemäß Tabelle 2 ausgeführt.

Tabelle 2: Art und Umfang der Laborversuche am Elbingstalteich

Versuch DIN Anzahl Anlage

Wassergehalt DIN 18 121 9 A-4.3.4

Kornverteilung DIN 18 123 6 A-4.3.5

Zustandsgrenzen DIN 18 122 2 A-4.3.6

Wasseraufnahmevermögen DIN 18 132 4 A-4.3.7

Kalkgehalt DIN 18 129 1 A-4.3.8

Korndichte DIN 18 124 1 A-4.3.9

4.2 Bohrsondierungen und Sondierungen mit der Rammsonde

Die Dokumentation der Schichtenverzeichnisse, der Bohrprofile und der Fotodokumentation

erfolgt in den Anlagen A-4.3-1 bis A-4.3-3. Die Ergebnisse sind zusätzlich in den Planunterla-

gen B-4.3-3 und B-4.3-4 in Querprofilen aufgetragen.

In Dammachse folgen in der Bohrsondierung 19b unter 0,5 m mächtigen mitteldicht bis dicht

gelagerten, grob bis mittelsandigen Kiesen sandige bis schwach tonige Schluffe steifer bis

weicher Konsistenz. In einer Tiefe ab 4,5 m unter der Dammkrone folgen feinsandige, tonige,

feinkiesig bis mittelkiesige Schluffe, die mäßig schwer zu bohren sind. Die Konsistenz der

Schluffe ist im Wesentlichen steif. Ab einer Tiefe von 7,3 m steht vermutlich der Festgesteins-

horizont an. In der schwer zu bohrenden Kleinbohrung wurde Tonschieferzersatz (zerbohrt als

kiesige Sande) erkundet. Die Schlagzahlen der Rammsondierung (DPM) betragen N10 > 30-

50.

Die Bohrsondierung 17c geht von der Dammkrone aus, unmittelbar am Übergang des Damm-

bauwerkes zur linken Talschulter. Bis in einer Tiefe von 1,8 m unter GOK wurden schwach

schluffige, sandige Kiese erkundet. Diese sind im Wesentlichen schiefrig und weisen auf einen



hoch stehenden Festgesteinshorizont hin. Die Schlagzahlen der Rammsonde (DPM) weisen

ab einer Tiefe von 1,4 m Schlagzahlen N10 > 50 auf.

In der luftseitigen Böschung wurde an der linken Talschulter die Bohrung 17b ausgeführt. Bis

in eine Tiefe von 6,5 m stehen kiesige Sande und schluffig-sandige Kiese an, die teils sandig-

kiesige Schlufflagen einschließen. Ab einer Tiefe von 6,5 m stehen schwach tonig, kiesig-

sandige Schluffe an, die nur schwer zu bohren sind (verwittertes Festgestein). Sie weisen auf

den Übergang zum Festgesteinshorizont hin. Am luftseitigen Böschungsfuß ist bis in eine Tie-

fe von rd. 1,5 m Tonschieferzersatz erkundet worden. Darunter steigen die Schlagzahlen der

Rammsonde auf N10 > 50 an. Am Übergang des Dammbauwerkes zur linken Dammschulter

wurde der Festgesteinshorizont in der Bohrsondierung 17a ab einer Tiefe von rd. 3,5 m er-

kundet. Darüber steht im Wesentlichen Gesteinszersatz (schluffig-feinsandige Kiese und san-

dig-kiesige Schluffe) an.

4.3 Grundwasser/Spiegellinie im Damm

Der Grundwasserspiegel konnte in den Bohrsondierungen aufgrund der begrenzten Ruhezeit

in den Bohrlöchern und dem hohen Wasserrückhaltevermögen der bindigen Böden und des

schluffigen Gesteinszersatzes nicht erkundet werden. Es ist von einer Durchströmung des

Dammes auszugehen, obwohl in den vorliegenden Proben keine besonders hohen Wasser-

gehalte erkundet wurden.

In den Hängen liegen die Grundwasserspiegel i.d.R. aufgrund des hohen Verwitterungsgrades

und der Klüftigkeit des Festgesteins mehrere Meter unter der Geländeoberfläche. Im Selketal

kann das Grundwasser witterungsabhängig bis auf Geländehöhe ansteigen.

4.4 Versuchsauswertungen

4.4.1 Kornverteilung (DIN 18 123-5/6/7)

Die in der Dammschüttung vorherrschende Bodenart sind fein- bis mittelsandige, teils

schwach tonige Schluffe (A-4.3-5). Bodenmechanisch sind sie als leicht plastische bzw. mit-

telplastische Tone der Bodengruppe TL/TM einzustufen. Ihre Konsistenz ist in der Regel

weich bis steif, vereinzelt können jedoch auch breiige Abschnitte vorliegen. In Höhe der

Dammaufstandsfläche wurde in den Bohrungen schluffiger Sand und Kies (Übergang zum

Festgestein/verwitterter Tonschiefer) erkundet. Dieser ist der Bodengruppe SU* zuzuordnen.

Auf der luftseitigen Böschung stehen neben dem Fels, insbesondere am Übergang zur linken

Dammschulter, sandige, schluffige Kiese der Bodengruppe GU* an.



4.4.2 Wassergehalte (DIN 18 121)

Die Wassergehalte der untersuchten Bodenproben (Anlage A-4.3.4) liegen in der Dammschüt-

tung zwischen 15 % und 20 %. Die Böden sind nicht gesättigt, so dass von einer tiefliegenden

Spiegellinie ausgegangen werden kann. In größerer Tiefe erhöhen sich die Werte auf 21 % bis

22 %. Die Wassergehalte sind charakteristisch für bindige Böden bzw. Hanglehme. Besonders

hohe Wassergehalte, die auf Durchströmung hinweisen, wurden nicht erkundet. Wassergehal-

te der rolligen Böden auf der luftseitigen Dammböschung (BS 17B) variieren zwischen 12 %

und 13 %. Sie sind typisch für erdfeuchte Sande und Kiese.

4.4.3 Zustandsgrenzen (DIN 18 122) und Wasseraufnahmevermögen (DIN 18 132)

Bei den untersuchten bindigen Böden der Bodengruppe TL/TM wurden Plastizitätszahlen von

Ip = 14 % bis rd. 16 % ermittelt (A-4.3-6). Die Fließgrenze liegt bei 34 % bis 36 %. Die teils

niedrigen Plastizitätszahlen weisen auf Böden hin, deren Eigenschaft (Konsistenz) maßgeb-

lich vom Wassergehalt abhängig ist. Hohe Wassergehalte, z. B. durch lang anhaltende Rege-

nereignisse oder Einstauereignisse, führen meist zu einem Wechsel in der Zustandsform, z. B.

von steif zu weich oder von weich zu breiig.

Aus den Versuchen zur Bestimmung des Wasseraufnahmevermögens werden die Boden-

gruppen UL/TL für bindige Böden bestätigt, z. T. stehen auch Böden der Gruppe UM/TM an.

Die Konsistenz der untersuchten Bodenproben variiert von steif bis halbfest. In der Regel kann

von einer steifen Konsistenz ausgegangen werden. Der Wasserbindegrad (WBG) variiert bei

den untersuchten Proben zwischen rd. 18 % und 33 %, so dass Sand-Schluff- und Sand-Ton-

Gemische, untergeordnet auch Schluffe, die vorherrschende Bodenart der bindigen Böden

sind.

4.4.4 Kalkgehalte (DIN 18 129)

Der in Anlage A-4.3-9 dokumentierte Kalkgehalt von 0,7 % ist unproblematisch gering.

4.4.5 Korndichte

Die Korndichte wurde nach DIN 18 124 (Anlage A-4.3-10) zu 2,74 g/cm³ ermittelt.

4.5 Festlegung der Bodenkennwerte

Die Bodenkennwerte werden nachfolgend, basierend auf den o. g. bodenmechanischen Klas-

sifizierungsversuchen, in Anlehnung an [1] und [2] für den Elbingstalteich festgelegt (Tabelle

3).



Tabelle 3: Bodenkennwerte

Kennwerte Dammschüttung (bindig)

Felszersatz (Tonschieferzersatz)

Bodengruppe nach DIN 18 196 TL/TM, UM/TM GU/GU*, SU*/SU

Bodenklasse DIN 18 300 2, 4 3-4

Korndurchmesser d < 2,0 mm [%] 60 30-50

Korndurchmesser d < 0,063 mm [%] 42 10-25

Korndichte ρs [g/cm³] 2,74 n. b.

nat. Wassergehalt w [%] 15-30 5-25

Konsistenz steif, (z. T. halbfest/ weich)

/

kf [m/s] 10-6-10-9 10-4-10-7

Frostempfindlichkeit [ZTVE StB 94] F 3 F 2-3

Frostempfindlichkeit nach DIN 18 196 groß - sehr groß groß - mittel

Reibungswinkel ϕ’k 22,5-25 32,5-37,5

Kohäsion c’k 10-15 0

γk / γk’ 19/9,5 - 18/8,5 21/11,5

Die Böden liegen teils in Wechsellagerungen vor, so dass sich von o. g. Kennwerten auch

lokale Abweichungen infolge der Bodenzusammensetzung ergeben können.

Nach [1] wurden für den zur Dammlückenschließung (Abbildung 2) eingesetzten Dichtungs-

lehm der Grube Nordhausen nachfolgende Kennwerte angegeben:

Natürlicher Wassergehalt (wn): 21 - 23 %

Fließgrenze (WL): 49 - 53 %

Ausrollgrenze (WP): 19 - 20 %

Korndichte: 2,71 - 2,74 g/cm³

Proctordichte: 1,63 g/cm³

Optimaler Wassergehalt (wopt,proc.): 19 - 20 %

Wasserdurchlässigkeit (kf): 1,6 - 8,3*10-10 m/s

Reibungswinkel (ϕ’): 21 - 24°

Kohäsion (c’): 15 - 25 kN/m² (0,16 - 0,27 kp/cm²)

Für das wasserseitig vorgeschüttete Haldenmaterial werden eine Korndichte von 2,85 g/cm³,

ein wirksamer Reibungswinkel von ϕ’ = 40° und eine Kohäsion von 0 kN/m² sowie eine natürli-

che Feuchtraumwichte von 21 kN/m³ angegeben.



5 Beurteilung der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit auf Basis der vorhandenen Unterlagen und der Vorerkundung

5.1 Standsicherheit der Böschungen

Der Staudamm ist derzeit in Gebrauch und weist keine Durchnässungen bzw. Hangquellen

auf. Der vermutete Dammaufbau seitlich der Sanierungsmaßnahme ist in Abbildung 4 darge-

stellt, für den Fall gering durchlässiger Festgesteine in der luftseitigen Böschung. Für den

wahrscheinlicheren Fall höher durchlässigen Festgesteins ist die Spiegellinie in Abbildung 5

dargestellt.

Gemäß [1] weisen die mit 1 : 2,3 ausgebildeten Dammböschungen ausreichende Standsi-

cherheiten auf.

Abbildung 4: Dammaufbau und Lage der Spiegellinie bei gering durchlässigem Fest-

gestein

Luftseite Wasserseite



Abbildung 5: Dammaufbau und Lage der Spiegellinie bei durchlässigem, stark geklüf-

tetem Festgestein

Zusätzliche Belastungen des Dammkörpers im Vergleich zum Ist-Zustand resultieren aus dem

Einstau des HRB Straßberg. Im Lastfall Einstau geraten insbesondere die steilen Dammbö-

schungen auf der Luftseite unter Auftrieb, die wirksamen Spannungen und damit die haltende

Reibungskraft verringern sich. Im Lastfall schnelle Absenkung stellt das zurück bleibende

Wasser eine treibende Kraft dar. Daher ist die Standsicherheit der Luftseite des Dammes zu

überprüfen.

Infolge der starken Durchwurzelung des luftseitigen Dammkörpers (Abbildung 6) und der

Dammkrone ist mit verkürzten Sickerwegen zwischen Wasser- und Luftseite sowie mit deutli-

chen Auflockerungen des Festgesteingefüges zu rechnen. Zur Reduzierung der Windbruchge-

fahr, zur Vermeidung der voranschreitenden Verwitterung des Festgesteins sowie der zuneh-

menden Abplatzungen infolge der Wurzelausbreitung erfolgt die Rodung der Dammkrone und

der luftseitigen Böschung.

Luftseite Wasserseite



Abbildung 6: Luftseitige Böschung

Aufgrund der Standsicherheitsberechnungen gemäß Anlage A-4.3-12 wird die teils

übersteilte luftseitige Böschung (Abbildung 7) mit einem Auflastfilter beschwert. Durch die

Vorschüttung kann der Ausnutzungsgrad gemäß Anlagen A-4.3-11 bis A-4.3-13 auf µmax =

0,89 reduziert werden. Die Standsicherheit der Böschung ist für die neuen Lastfälle damit ge-

geben (µzulässig ≤ 1,00). Unmittelbar am Böschungsfuß des Dammes verläuft die Selke, sie wird

zur Anschüttung der Böschung maximal rd. 40 m in Richtung Talmitte verlegt. Die Maßnahme

ist skizzenhaft in Abbildung 8 dargestellt. Der Grundablass wird entsprechend verlängert. Ne-

ben einem Auflastfilter aus verwitterungsbeständigem Hartgestein kann die Vorschüttung auch

mit Tonschiefer aus der geplanten Materialentnahme für den Bau des HRB Straßberg ge-

schüttet werden (Abbildung 9). Hierzu sind jedoch zusätzlich ein Flächenfilter und ein Kaminfil-

ter zur Dränage unter der Vorschüttung aufzubringen. Als nachteilig wirken sich die erforderli-

chen Übergangsfilterschichten aus, sowie die geringe Festigkeit des Tonschiefers, so dass die

Herstellung aus verwitterungsarmen Hartgestein erfolgt.

Abbildung 7: Steilere Abschnitte der luftseitigen Felsböschung



Abbildung 8: Auflastfilter luftseitige Böschung

Abbildung 9: Auflastfilter luftseitige Böschung mit Flächenfilter

5.2 Grundbruchsicherheit

Der Nachweis zur Sicherheit gegen Grundbruch kann entfallen, da das Dammbauwerk auf

den Festgesteinsuntergrund gegründet ist.

5.3 Setzungen

Die Setzungen des Dammbauwerkes sind aufgrund seines Alters im Wesentlichen abgeklun-

gen. Setzungsbolzen zur regelmäßigen Kontrolle des Dammbauwerkes sind nicht vorhanden,

so dass sich im Zuge einer detaillierten Vermessung anbietet, Messbolzen zu installieren.



5.4 Einfluss des Frostes

Anhaltende Frostperioden im Winter führen zur Frosteindringung, insbesondere im Festge-

stein auf der luftseitigen Böschung. Gefriert das Wasser in den Trennflächen, geht es vom

flüssigen in den festen Aggregatzustand über. Dabei erfährt das Wasser eine Volumenzu-

nahme und kann zu Abplatzungen und Aufsprengungen im Festgestein führen. Eine luftseitige

Vorschüttung wirkt sich positiv auf den Frostschutz aus.

5.5 Erosion und Suffosion

Insbesondere nicht bindige Böden weisen ein Korngerüst auf, das aus grobem Stützkorn und

feinem Füllkorn in den Poren besteht. In solchen Korngerüsten können grundsätzlich bei lang-

fristigen Vorgängen Kornumlagerung durch Wasserströmungen auftreten. Der Begriff Suffosi-

on bezeichnet die Umlagerung und Ausspülung von feinem Füllkorn während des Strömungs-

vorganges. Dabei bleibt die Struktur des Bodens erhalten, da das Korngerüst selbst nicht ver-

ändert wird. Es erhöhen sich jedoch die Porosität und die Durchlässigkeit. Wird nicht nur das

suffodierende Korn, sondern auch das Stützkorn durch die Wasserströmung transportiert,

kommt es hingegen zur Erosion. Durch Erosion wird das Stützgerüst des Bodens zerstört,

wodurch Hohlräume und auch Sackungen auftreten können.

Nach [5] wurden die vorhandenen Kornverteilungskurven der Dammschüttung hinsichtlich der

Haftfestigkeit der Bodenteilchen überprüft. Für Böden mit d10 < 0,002 mm ist wegen der Kohä-

sion nicht mit einem Materialaustrag zu rechnen. In den vorliegenden Kornverteilungskurven

ist der Durchmesser d10 i.d.R. größer als 0,002 mm, so dass die Haftfestigkeit nicht ausreicht.

Nach Anlage A-4.3-11 ist davon auszugehen, dass bei den weitgestuften Böden die geometri-

schen Voraussetzungen für einen Korntransport vorliegen. Nach DIN 19712 sind in der Regel

jedoch hydraulische Gradienten von i > 0,25 erforderlich, um einen Feinteilaustrag zu erzielen.

Bei einem Sicherheitsbeiwert von η = 1,5 ergibt sich ein zulässiger Strömungsgradient im

Dammkörper izul < 0,17. Der Potenzialunterschied zwischen Selke und Dauerstau im Becken

beträgt rd. 6,5 m. Unter Berücksichtigung einer luftseitigen, mittleren Böschungsneigung von

1 : 2 und einer wasserseitigen Böschung von 1:2,3 ist der Damm rd. 30 m breit. Der hydrauli-

sche Gradient liegt mit 21,030

5,6==

∆

∆=

l

hi über dem zulässigen Strömungsgradienten, so

dass langfristig die Gefahr von Erosions- und Suffosionserscheinungen bestehen könnte. Auf-

grund des luftseitig anstehenden Festgesteins wird der Stofftransport jedoch unterbunden. Im

Festgestein besteht keine Erosionsgefahr, hier liegen die zulässigen hydraulischen Gradien-

ten deutlich höher.



5.6 Leitungen

Unmittelbar in der Dammkrone verläuft eine Abwasserdruckleitung des Zweckverbandes Ost-

harz (ZVO), die ohne Schutzrohr in Dammlängsrichtung verlegt ist. Da schadhafte Leitungen

zu erheblichen Erosionserscheinungen führen können und damit die Standsicherheit des

Dammes gefährden, wird im Rahmen der Ertüchtigungsmaßnahmen überprüft, ob eine Lei-

tungsführung außerhalb des Dammes möglich ist.

Abbildung 10: Abwasserdruckleitung in der Dammkrone



6 Schlussbemerkung

Der Damm des Elbingstalteiches ist eine Talsperre der Klasse 2 im Sinne der DIN 19700-11.

Er ist seit Jahren eingestaut. Hinweise, die auf Vernässungen und luftseitige Wasseraustritte

deuten, liegen nicht vor.

Die luftseitige Böschung wird nach Bau des HRB Straßberg eingestaut, so dass der Bö-

schungsabschnitt unter Auftrieb gerät. Die erforderlichen Sicherheiten für diesen zusätzlichen

Lastfall und den Lastfall der schnellen Spiegelabsenkung wurden unter Berücksichtigung einer

luftseitigen Vorschüttung nachgewiesen (vergl. Kap. 5).

Aus geotechnischer Sicht ist, basierend auf den Ergebnissen der Voruntersuchung und den

durchgeführten Standsicherheitsberechnungen, eine luftseitige Vorschüttung aus Hartgestein

zur Gewährleistung der Standsicherheit bei luftseitigem Einstau ausreichend. Hierzu sind im

Vorfeld die Böschungen und die Krone des Dammes zu roden und die Selke in Talrichtung zu

verlegen.

Sachbearbeiter: Erfurt, im September 2013

Dr.-Ing. A. Schmitt Björnsen Beratende Ingenieure Erfurt GmbH

Dipl.-Ing. J. Kretzschmar

Kerres

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Entwurfs- und Genehmigungsplanung Heft 4.3: Gutachten zur ......Unter dem Elbingstalteich wurden...

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