Klengel, K.J.

Richter, H.-Ch.

German

Hydraulic Engineering Repository

Article, Published VersionRichter, H.-Ch.; Klengel, K.J.Möglichkeiten erdbautechnischer Maßnahmen an Steilufernzur Einschränkung terrestrischer AbtragungsfaktorenMitteilungen der Forschungsanstalt für Schiffahrt, Wasser- und Grundbau; SchriftenreiheWasser- und GrundbauVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/106256Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Richter, H.-Ch.; Klengel, K.J. (1989): Möglichkeiten erdbautechnischer Maßnahmen anSteilufern zur Einschränkung terrestrischer Abtragungsfaktoren. In: Mitteilungen derForschungsanstalt für Schiffahrt, Wasser- und Grundbau; Schriftenreihe Wasser- undGrundbau 54. Berlin: Forschungsanstalt für Schiffahrt, Wasser- und Grundbau. S. 186-195.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. 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Einführung Ziel jeder Küstenschutzmaßnahme ist die Verhinderung oder Reduzierung des KüstenrUckganges und damit der Schutz ausgewählter, hinsichtlich ihrer Be-deutung exponierter Küstenabschnitte bzw. der im unmittelbaren Küstenbe-reich gelegenen Bauwerke vor Zerstörung für einen überschaubaren, durch die Nutzungsdauer des zu schützenden Objektes bestimmten Zeitraum. Ihre Wirkung beruht im wesentlichen auf dem Schutz des Kliffußes vor der marinen Belastung, also vor Abrasion und Materialtransport . Wesentlicher Unterschied zwischen der Dynamik an einem Geländesprung auf dem Festland (Hang oder Böschung) einerseits und der Dynamik an einem Geländesprung an der Küste (Steilufer, Kliff) andererseits ist die ständig oder episodisch mit unterschiedlicher Intensität wirkende Abrasion des Kliffußes durch das anbrandende Meer. Alle anderen Abtragungsfaktoren, die von "innen" oder "außen", jeden Geländesprung aus Lockergestein auf dem Festland oder an der Küste bean-spruchen, sind - vergleichbare geologische, klimatische und morphologische Bedingungen vorausgesetzt - identisch. Im einzelnen handelt es sich dabei um : Äußere Faktoren Niederschläge Oberflächenwasser Unterirdisches Wasser Frost Wind Schwerkraft Brandung Innere Faktoren Art und Eigenschaften der anstehenden Lok-kergesteine Lagerungsverhältnisse Trennflächengefüge hydrostatische und Strömungsdrücke Auftriebswirkung 186 Potentielle Folgen für das Kliff Auslösung von Initialbe-wegungen Schwellen, Konsistenzände-rung Verlust von Reibung, echter und scheinbarer Kohäsion Hangausgleichsbewegungen Abrasion und Abtrag ~ CXl --J 'V Atx'asion des I/. . r~/~-I: GW-Andrang zum Kliff Kliffhaldenmaterials ( I1 ~ r' 1/'1 Ausbildung ,on kritischen / // I ~ostotisChen Drücken und Eiscl-ücken ~ . ----- .....--______ -J1 ~ / - ~ Geschiebemergel, strukturgestÖl't, schwe!IfÖhi g. reduzierter Abrasionswider stand Bild 1 Kliffzerstörung durch Grundwasserandrang Den vorliegenden Ausführungen liegt der Gedanke zugrunde, mit Hilfe bau-technischer Maßnahmen "vom Land her" - die Wirkung derjenigen terrestrischen Faktoren auf die Steiluferabschnit-te auszuschalten, die den Abrasionswiderstand des anstehenden Lockerma-terials herabsetzen, bzw. - die Eigenfestigkeit und damit den Abrasionswiderstand des an den Steil-ufern anstehenden Lockermaterials zu erhöhen. In beiden Fällen geht es nicht um die Ausschaltung oder die Herabsetzung der marinen Belastung der Kliffs, sondern um eine Reduzierung ihrer Wirkung und damit um eine Reduzierung des Kliffrückganges. 2. Bautechnische Maßnahmen an Geschiebemergelkliffs Der Schutz eines Geschiebemergelkliffs "vom Land her" ist dort sinnvoll, wo ein starker Grundwasserzustrom existiert (Bild 1). Er muß sich auf die Re-duzierung bzw. die Verhinderung des Zuflusses unterirdischen Wassers in den kliffnahen Bereich und damit auf das Ausschalten von hydrostatischen Drük-ken und Eisdrücken richten. Damit können die Initialbewegungen im intakten Kliff, die das Schwellen und die Konsistenzänderung des Geschiebemergels im Bereich potentieller Gleitflächen und damit das Herausbrechen von Bö-schungspartien aus dem intakten Verband zur Folge hätten, verhindert werden. Die günstigen Eigenschaften, die der Geschiebemergel im Verband besitzt und die auf seinen erhöhten Konsolidierungsgrad zurückgehen, wie z. B. hohe Kohäsion und Zugfestigkeit, würden damit erhalten bleiben und dem Geschiebe-mergelkliff eine höhere Abrasionsbeständigkeit verleihen. Entwässerungsmaßnahmen, wie sie an Böschungen des Festlandes üblich sind, d. h. Fassung von Wasseraustrittsstellen, Herstellung von Kieskeilen, das Anbringen von Vorschüttungen zur flächenhaften Entwässerung oder Horizontal-bohrungen, eignen sich am Kliff nicht, da sie nur dem Fassen und der kon-trollierten Ableitung des Wassers und dem Schutz vor Erosion der Kliffober-fläche dienen. Sie tragen weder der potentiellen marinen Belastung Rechnung, noch wird durch sie der Hauptgrund der Kliffdestabilisierung ausgeschaltet. Eine Entwässerung der für die Standsicherheit der Kliffs relevanten Par-tien durch Entwässerung des Porenraumes ist technisch (auch durch Elektro-osmose) nicht möglich, aber auch nicht nötig, weil der Geschiebemergel einerseits mit einern Durchlässigkeitsbeiwert kf = 10-8 m/s im Prinzip un-durchlässig ist und der Porenraum als Transportweg für das unterirdische 188 Wasser nicht in Frage kommt. Andererseits liegen die na~ürlichen Wasserge-halte meistens niedriger als der Wassel'gehalt an der Plastizitätsgrenze wp oder im Bereich von wp ' so daß der Geschiebemergel im Verband stets in halbfester oder in steifplastischer Konsistenz vorliegt. Die praktische Voraussetzung für den landwärtigen Schutz der Kliffs ist die Entwässerung des Kluftraumvolumens und der Feinsand-Schluff-Linsen als -4 -5 Hauptwasserleiter (kf ~ 10 bis 10 m/s). Da eine Lokalisierung der wasserführenden flächenhaften Elemente nur in den seltensten Fällen durch eine Baugrunduntersuchung möglich ist, kann die Anwendung von einzelnen Filterbrunnen oder Brunnengalerien sowie von Ver-tikaldräns als punktförmige Entwässerungsmaßnahmen, auch infolge ihres Un-terhaltungsaufwandes, keine Lösung darstellen. Eine Unterbindung des Wasserzuflusses aus dem Hinterland zum Kliff ist nur durch flächenhaft wirkende Abdichtungs- und Entwässerungsmaßnarunen, durch die alle wasserführenden Trennflächen oder Einlagerungen geschnitten werden, sinnvoll. Als bautechnisch lösbare Verfahren sind dafür Schlitzwände und Injek-tionswände zu nennen. Herkömmliche Schlitzwand Ihr Wirkungsprinzip besteht darin, daß sie als dichtendes Element zu einem kliffseitigen Absinken des Grundwasserspiegels führt und damit kritische hydrostatische und Eisdrücke im kliffnahen Bereich stark einschränkt. Ein ausreichender Abstand vom aktiven Kliff und eine ausreichende Standsicher-heit der Schlitzwand müssen gewährleistet sein (Bild 2). Kiesschlitzwand (Sickerschlitzwand) Die Ausfüllung des Schlitzes erfolgt nicht mit Beton, sondern mit Filter-material, in welchem sich das unterirdische Wasser sammeln kann. Damit wird ein Absinken des Grundwasserspiegels bis in den landwärtigen Bereich hinter der Schlitzwand erreicht. Das vom Hinterland zuströmende Wasser sammelt sich im Filtermaterial. Die Entwässerung des Kiesschlitzes erfolgt durch Pumpen-leistung oder selbsttätig durch Dräns (Bild 3). Infolge der genannten Maßnahmen würden durch die "Trockenlegung" der kliff-nahen Partien - Destabilisierungsvorgänge verhindert, die Entstehung von aufgelockertem Kliffhaldenmaterial auf ein Minimum reduziert und 189 .... \D o reduzierte Abrasions VI i rk u n 9 am anstehenden Geschiebemerget nicht strukturgestörter; nicht schwelltähiger Geschiebemergel Bild 2 Unterbindung des Grundwasserzuflusses zum Kliff durch eine Schlitzwand 0'0 , 0 ~ 0' ,0 ~ " O· ., ,0 o' , , "\7 GW .0 reduzierte "trockenes • O' , , ~ ,0 , /.p Abrasionswirkung O· b Kliff .0 00 Um unsteherden o • , /. .0 .... 0 /. ~ '0 /. GeSchiebemergel :0, / \ -<I /' Entwässerung ./ ./ Bild 3 Grundwasserabsenkung durch einen Kiesschlitz die Abrasion auf den relativabrasionsbeständigen, im Zwang befindlichen Geschiebemergel beschränkt. Es käme zur Ausbildung eines steil geböschten Kliffs mit reduzierter Strand~ breite, da der Abtrag im Schorrebereich durch landwärtige Schutzmaßnahmen nicht berührt wird. Ein beschränktes Angebot an Material fUr den kUsten-parallelen Transport bleibt erhalten. Eine weitere Möglichkeit der erdbautechnischen Sicherung von Geschiebe-mergelsteilufern besteht in der injektionstechnischen Stabilisierung des Kliffußes. Sie dient der künstlichen Erhöhung des Abrasionswiderstandes des an-stehenden Geschiebemergels. Die in den nichtstabilisierten Hangendbereichen der Kliffs ablaufenden und durch terrestrische Faktoren ausgelösten kliff-dynamischen Prozesse würden, da ein Abtrag des Kliffhaldenmaterials nicht mehr erfolgen kann, zur relativ raschen Ausbildung des natürlichen Bö-schungswinkels führen. Es würden Klifftypen entstehen, die den inaktiven, durch höher gelegenen Kliffuß oder durch Deckwerke geschützten Kliffabschnitten entsprechen (Bild 4). 3. Bautechnische Maßnahmen an Sandkliffs Obwohl die "Sande" der Steiluferabschnitte häufig beträchtliche Feinkorn-anteile <0,063 mm besitzen und deshalb nach TGL 11 460102 als SF, SU oder U eingestuft werden ·mUssen, ist eine echte Kohäsion laborativ nicht nachweisbar und mit Sicherheit nur in sehr geringem Maße vorhanden. Ihr Zusammenhalt beruht deshalb im wesentlichen auf Reibung und scheinbarer Kohäsion. Eine Kliffdestabilisierung durch terrestrische Faktoren beschränkt sich deshalb auf äußere Erosion durch oberflächlich abfließendes Wasser und Verlust der scheinbaren Kohäsion durch Austrocknung im oberflächennahen Bereich, wodurch jedoch die Standfestigkeit des gesamten Kliffs nur un-wesentlich beeinflußt wird. Entscheidend macht sich bei ihnen jedoch der marine Einfluß bemerkbar. Durch die Auftriebswirkung der Brandungswelle wird die reibungsinduzieren-de Gewichtskraft aufgehoben bzw. stark reduziert. Durch den Strömungsdruck werden die Sandkörnchen aus dem Verband gelöst, verlagert und abtranspor-tiert. 192 \D W Kliff vor bautechnischer Sicherung I -----, { , , , , , __ -I I I ~----. , , . Angriff der Brandung am stabilisierten Kliffuß /' "-____ 11_11 ___________ _ ,- - JI h I' J jl :: 11 / " ",: Ii 11 '. " " U 11 " I' 1I ,~ I I, " I I, I :1 I, I I h " " ./'1 I " ....... ', "./:' I, 1,/ ,: \, '11 ,..,,-;, ~1'7\ 11 J Einstellung des --natürlichen Böschungswinkels Kluftinjektionsk crper bei Gesch iebe mergel Pore ninjektionskä-per bei Sanden Bild 4 Injektionstechnische Stabilisierung des Kliffusses ~ \D .,. Angriff der Brandung an geotex tilgeschützten Sandlagen d( y . ---Bild 5 Geotextilgeschutzte Düne kultivierte Düne \ •• '. • lagenweiser :3. " .. ' .' .. :" Sandeinbau ~ ' ••••• , •••• ' ,', im • .; •• # • , •••• '. • • r ..... .' . · 00· • • • • • • • • • nenkern ' ., . , . .' . . . -, '. . . ... / ..... , Geotextilbahnen " Die Aufgabe einer erdbautechnischen Sicherungsmaßnahme an Sandkliffs muß deshalb darin bestehen, den Kornzusammenhalt des ungestört anstehenden Lockermaterials im zu schützenden Ufer- bzw. auch Schorrebereich künstlich in situ durch dauerhafte Bindemittel zu verfestigen und die Porenräume durch Verschluß hydraulisch unwirksam zu machen. Hierzu bietet sich die Poreninjektion an, durch die wie beim Geschiebe-mergel ein kolksicherer, abrasionsstabiler Kliffuß hergestellt werden kann, über dem das Kliff durch Einwirkung der terrestrischen Faktoren den dem anstehenden Lockergestein entsprechenden natürlichen Böschungswinkel ein-nimmt. Ein großer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß Gründungs-probleme ausgeschaltet und Kriterien der ästhetischen Landschaftsgestaltung nicht verletzt werden. Der Einsatz von Geotextilien könnte sinnvoll bei der Kultivierung von DUnen für den Küstenschutz im Sinne textilbewehrter steiler Böschungen er-folgen. Das Geotextil hätte hierbei weniger die Funktion, Erdruckkräfte und Zugkräfte auf das anstehende DUnenmaterial zu übertragen. Es geht hier vielmehr um die Erzielung eines "Sandsackeffektes", bei dem das Geotextil die Umlagerung und den Abtransport des DUnensandes aus dem DUnenkern über ein kritisches Maß hinweg verhindert (Bild 5). 4. Zusammenfassung Durch bautechnische Maßnahmen "vom Land her" ist es möglich, den Einfluß des unterirdischen Wassers als wichtigstem destruktiven terrestrischen Faktor auf die Geschiebemergelkliffs auf ein Minimum zu reduzieren und damit einen Abbau der Abrasionsbeständigkeit des Geschiebe-mergels bereits vor dem Einwirken der marinen Kräfte zu verhindern. Außer-dem kann die Abrasionsbeständigkeit von Geschiebemergeln und Sanden künstlich erhöht werden. Das in situ verfestigte Lockermaterial kann somit selbst eine Schutzfunktion gegenüber dem Kliff ausüben. 195 

Möglichkeiten erdbautechnischer Maßnahmen an Steilufern zur Einschränkung terrestrischer Abtragungsfaktoren

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/106256/1/Schriftenreihe_Wasser-Grundbau_Heft-54_A_17._Richter.pdf

Möglichkeiten erdbautechnischer Maßnahmen an Steilufern zur Einschränkung terrestrischer Abtragungsfaktoren

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