Düser, Olaf

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Conference Paper, Published VersionDüser, OlafHangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einemFließgewässerDresdner Wasserbauliche MitteilungenZur Verfügung gestellt in Kooperation mit/Provided in Cooperation with:Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technischeHydromechanikVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/103397Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Düser, Olaf (2015): Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einemFließgewässer. In: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technischeHydromechanik (Hg.): Messen und Überwachen im Wasserbau und am Gewässer. DresdnerWasserbauliche Mitteilungen 53. Dresden: Technische Universität Dresden, Institut fürWasserbau und technische Hydromechanik. S. 385-394.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.Technische Universität Dresden – Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik 38. Dresdner Wasserbaukolloquium 2015 „Messen und Überwachen im Wasserbau und am Gewässer“    Block D1 Saal 5 Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einem Fließgewässer Olaf Düser  Eine flach geneigte Hangböschung in einer Ortslage an dem Fließgewässer Schus-sen, Bodenseekreis, ist in Bewegung. Zunächst wurde vermutet, dass Kanalbau-maßnahmen, die vor einigen Jahren am Fuß der Hangböschung im Nahbereich zum Fließgewässer ausgeführt wurden, verantwortlich für die Böschungsbewe-gungen sind. Zur Feststellung der Schadensursache wurden Baugrunderkundun-gen ausgeführt. Im Hang wurden zwei Inklinometer-Messstellen eingerichtet, um Bewegungsvorgänge auch zur Tiefe hin im Untergrund erfassen zu können. Die Messmethode ist vergleichsweise präzise und kann Verformungen bereits im 1/10 Millimeterbereich feststellen. Es zeigte sich letztlich, dass ein Zusammenspiel von artesisch gespannten Grund-wasserverhältnissen, im Untergrund anstehenden Feinsanden/Beckenschluffen und des Fehlens einer filterstabil aufgebauten Sohlsicherung im Gewässerbett für die Hangbewegung verantwortlich ist. Der Kanalbau konnte als Ursache für die Hangbewegung ausgeschlossen werden. 1 Veranlassung  In einem Prallhangbereich des Fließgewässers Schussen werden seit vielen Jah-ren Hangbewegungen beobachtet. Durch Anschüttungen im oberen Hangbereich wurde versucht, das Geländeniveau möglichst konstant zu halten. Die Uferbö-schung zum Fließgewässer ist mit Wasserbausteinen gesichert. Besondere Maß-nahmen zum filterstabilen Aufbau der Wasserbausteinsicherung gegen das Erd-reich am Ufer wurden bislang nicht ergriffen. Im ufernahen Hangbereich wurde vor einigen Jahren ein Abwasserkanal neu verlegt. Der alte Kanalbestand hatte Lageveränderungen in horizontaler und ver-tikaler Richtung erfahren und war nur noch mit erheblichem Unterhaltungsauf-wand in Betrieb zu halten gewesen. Inzwischen zeigt der Kanalneubau bereits wieder Lageveränderungen. Es sollte zunächst die Ursache für die anhaltenden Böschungsbewegungen er-mittelt werden. Abbildung 1 zeigt den in Bewegung befindlichen Hangabschnitt. 386 Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einem Fließgewässer     Abbildung 1: Blick auf den in Bewegung befindlichen Hangabschnitt entgegen der Fließ-richtung der Schussen. Die obere Abbruchkante ist mit Pfeilen markiert. 2 Baugrund Im betreffenden Hangabschnitt wurden zunächst im Bereich der sichtbar größten Böschungsverformungen Baugrunduntersuchungen in Form von Schweren Rammsondierungen und Bohrungen ausgeführt. In Abbildung 2 ist die Lage der Aufschlüsse wiedergegeben. Abbildung 3 enthält das festgestellte Baugrundpro-fil in Böschungsfallrichtung in einer Prinzipskizze. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 53 – 38. Dresdner Wasserbaukolloquium 2015 „Messen und Überwachen im Wasserbau und am Gewässer“ 387    Block D1 Saal 5   Abbildung 2: Lage der geotechnischen Aufschlusspunkte  Abbildung 3: Vereinfachtes Baugrundprofil im Schnitt. Die teilweise mächtigen Auffüllungen aus den früheren Geländemodellierungen wurden bis in Tiefen um 4 m festgestellt. Nahe der Schussen sind keine künstli-chen Auffüllungen mehr vorhanden, sondern es stehen aus Hochwasserereignis-sen stammende Aueablagerungen an. 388 Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einem Fließgewässer    Grundwasser wurde im Zeitraum der Erkundungen nur in vereinzelten Auf-schlüssen festgestellt. Die Bohrungen BK1/14 und BK2/14 wurden komplett bis in den Tiefenbereich um 10÷12 m zu Verformungsmessstellen ausgebaut. In der im Uferbereich der Schussen gelegenen Messstelle BK2/14 wurden über den Beobachtungszeitraum von Februar bis August 2014 Wasserstände über Gelän-deniveau festgestellt. Damit ist ein Hinweis auf artesisch gespannte Grundwas-serverhältnisse gegeben. 3 Eingesetztes Messsystem Zur Beobachtung vorwiegend horizontaler Deformationen von Hangböschungen mit Feststellung des Gleithorizonts im Untergrund werden unter anderem mobile Vertikalinklinometer eingesetzt. Das System besteht aus einem mobilen Nei-gungsmessgerät (Neigungsmesssonde, Datenerfassung, Messkabel) und einem im Baugrund installierten Messkanal. In Abbildung 4 ist als Beispiel eine Mess-einheit zu sehen. Angaben zur Installation und Bedienung der Messeinrichtung, zur Messunsicherheit und zur Auswertung können z.B. Blümel et al. 1991, Dü-ser et al. 1994 sowie DIN 4107-3 entnommen werden. Die Messunsicherheit je Messschritt liegt im Bereich von 0,1÷0,15 mm.   1: Messwerterfassung 2: Kabel mit Markierungen 3: Inklinometersonde 4: Messrohre mit Nuten Abbildung 4: Inklinometer-Messeinrichtung. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 53 – 38. Dresdner Wasserbaukolloquium 2015 „Messen und Überwachen im Wasserbau und am Gewässer“ 389    Block D1 Saal 5 Der Messkanal ist mit um 90° versetzt angeordneten Führungsnuten versehen, in denen die Richtungsführung der Inklinometersonde erfolgt. Der Messkanal wird so ausgerichtet, dass eine Nutachse in der zu erwartenden Hauptverschiebungs-richtung liegt. Diese Achse wird häufig mit A-A bezeichnet. Senkrecht dazu be-findet sich ein weiteres Nutenpaar, welches als Messachse B-B bezeichnet wird. Die Tiefenpositionierung der Sonde erfolgt über Markierungen am Messkabel. Im Sondenkörper ist ein Neigungsaufnehmer in Richtung A-A und ggf. ein wei-terer Aufnehmer in der Achsenrichtung B-B positioniert. Bei zwei installierten Neigungsaufnehmern können je Tiefenposition beide Messrichtungen A-A und B-B erfasst werden.                    Abbildung 5: Messsystem und Auswerteprinzip, DIN 4107-2.  390 Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einem Fließgewässer    Nach Installation des Messkanals wird zunächst seine Ausgangslage bestimmt (sogenannte Nullmessung). Folgemessungen werden im zeitlichen Abstand zur Nullmessung ausgeführt. Die Zeitintervalle können je nach Verformungscharak-teristik sehr stark variieren. Für jede Messebene werden die Neigungsdifferen-zen zwischen Null- und Folgemessung berechnet. Die Differenzen werden in Polygonzügen aufsummiert und stellen die Verformungslinien dar. In Abbildung 5 sind das Messsystem und das Auswerteprinzip skizziert. Parallelverschiebungen des Messsystems sind entweder über geodätische Ein-messung des Kanalkopfs oder über die Positionierung des Fußpunkts des Mess-kanals in einem unverschieblichen Tiefenbereich zu erfassen. Über Differenz-bildung einer Folge- und der Nullmessung werden die zwischenzeitlich entstan-denen Verformungen bestimmt. 4 Messergebnisse In den Abbildungen 6 und 7 sind die Horizontalverformungen in Böschungsfall-richtung der Messkanäle BK1/14 und BK2/14 im Zeitraum von 02.2014 bis 08.2014 zusammengestellt. Sehr deutlich ist der Gleithorizont der Hangbewe-gung zu sehen.  Abbildung 6: Verformungen im Bereich von Messstelle BK1/14. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 53 – 38. Dresdner Wasserbaukolloquium 2015 „Messen und Überwachen im Wasserbau und am Gewässer“ 391    Block D1 Saal 5  Abbildung 7: Verformungen im Bereich von Messstelle BK2/14.   Abbildung 8: Baugrundprofil mit idealisiertem Bruchverlauf.   392 Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einem Fließgewässer    Die zeitabhängige Entwicklung der Verformungen im Bereich der Bruchebenen ist in Abbildung 9 wiedergegeben. Eine einfache statistische Auswertung mit linearem Regressionsansatz zeigt Verformungsgeschwindigkeiten im Bereich von 0,25÷0,35 mm/d.  Abbildung 9: Verformungsgeschwindigkeiten in den beobachteten Bruchebenen. 5 Weitere Vorgehensweise Es ist festzustellen, dass die Verformungen sowohl im oberen Hangabschnitt als auch nahe der Uferböschung sehr ähnlich verlaufen. Die zwischen den beiden Messstellen befindlichen Abwasserkanäle liegen deutlich oberhalb der festge-stellten Bruchzone, s. Abbildung 8. Ursächlich für die Hangbewegungen können diese Kanäle somit nicht sein.  Infolge der seit Jahren stattfindenden Hangbewegungen in Richtung Gewässer hätten im Ufer- und Sohlbereich markante Verformungen (Ausbauchung der Ufersicherung, Anhebung der Gewässersohle etc.) zu erkennen sein müssen. Derartige Beobachtungen waren bislang nicht gegeben. Die Uferlinie verläuft weiterhin sehr regelmäßig, s. Abbildung 10. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 53 – 38. Dresdner Wasserbaukolloquium 2015 „Messen und Überwachen im Wasserbau und am Gewässer“ 393    Block D1 Saal 5  Abbildung 10: Blick in Fließrichtung auf die Uferböschung mit dem in Bewegung befindli-chen Hanganschnitt. Die im Untergrund festgestellten Beckenablagerungen sind als stark erosiv ge-genüber Gewässerströmungen einzustufen. Bei den im Gewässer herrschenden Fließgeschwindigkeiten um 1 m/s können die Beckenablagerungen erodiert werden. Es wird davon ausgegangen, dass diese erosiven Erdstoffe im Sohlbe-reich des Gewässers abtransportiert und in der Folge aus dem Hangbereich per-manent nachgeliefert werden. Der Verformungsprozess wird damit aufrecht er-halten, ein neues Gleichgewicht kann sich nicht einstellen. Die festgestellten artesischen Grundwasserverhältnisse begünstigen diesen Verformungsprozess. Zur Bestätigung dieser Annahme werden weitere geotechnische Untersuchungen erforderlich. Erst dann kann ein wirtschaftliches Sanierungskonzept z.B. in Form einer Kombination aus Sohlsicherung im Gewässer, ggf. Reduktion des artesisch gespannten Grundwasserdrucks (negative räumliche Auswirkungen müssen ausgeschlossen sein), Verringerung der Erdauflast im oberen Bö-schungsbereich entwickelt werden. Eine massive Sicherung des Ufers z.B. mit einer rückverankerten Wandkon-struktion kommt bei den gering tragfähigen Baugrundverhältnissen nicht in Be-tracht.  394 Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einem Fließgewässer    6 Literatur BLÜMEL, W., DÜSER, O, CELIS, E. (1991): Auswertung von Inklinometermessungen zur Böschungsüberwachung. Tiefbau – Ingenieurbau – Straßenbau, 07/1991 DÜSER, O., BLÜMEL, W. (1994): Zur Anwendung und zur Messunsicherheit von Inklinometern im Grundbau, Symposium Messen in der Geotechnik, TU-Braunschweig, 05.1994 DIN 4107-3 (03.2011): Geotechnische Messungen, Teil 3, Inklinometer- und Deflektormessungen, Beuth-Verlag, Berlin  Autor:   Dr.-Ing. Olaf Düser  Dr. Ebel & Co. Ingenieurgesellschaft für Geotechnik und Wasserwirtschaft mbH St.-Ulrich-Straße 21 88410 Bad Wurzach  Tel.: +49 7564 9489710 Fax: +49 7564 9489799 E-Mail:  dueser@geotechnik-ebel.de  

Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einem Fließgewässer

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Hangbewegung infolge Seiten- und Tiefenerosion in einem Fließgewässer

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