Schuppener, Bernd

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Conference Paper, Published VersionSchuppener, BerndBauwerksmessungen zur Beurteilung der Standsicherheitder Alten Schleuse in Kiel HoltenauVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/102361Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Schuppener, Bernd (1991): Bauwerksmessungen zur Beurteilung der Standsicherheit derAlten Schleuse in Kiel Holtenau. In: Bundesanstalt für Wasserbau (Hg.): Vorträge. "Johann-Ohde-Kolloquium" der Bundesanstalt für Wasserbau und der Technischen UniversitätDresden am 7. November 1991 in Berlin. Karlsruhe: Bundesanstalt für Wasserbau. S. 52-61.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. 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Schuppener, Bundesansta1t für Wasserbau, Außenste11eBer1in1 EieTeätu?gDie A1ten Sch1eusen in KieW-HoTtenau 1iegen am Ausgang des Nord—Ostsee+Kana1s zur Ostsee (siehe Bi1d 1), Die Konstruktion unddie abmessungen der im Jahre 1894 eröffnete Doppe1sch1euse istim Bi1d 2 dargeste11t.OstseeBi1d 1: Lagep1an der Sch1eusen in Kie1—Ho1tenaua s s s ? s wtsi ss äsishswhs% s ßrwxw1 c isuss? "H3 sies s sn sss sNord-Ostsee—Kanals1 w„ 25,00m ———————w——ew+M* 9,00m engT.‘ NN+2,77nnfi NN—S, 80m „s9:0o.l kh c- C,5€:'t {2;1‘C‘t' t2,b 20:1:‚#CJ- (w. {htt-”gigig- (Drift??‘f'cxc ‘30}:_‘g:iPffcC‘c= (‘2ci“°‘e°oruii4zswiiwooie 1 xi?:o«Eäfn ?‘n.. i. Lt‚2'; t t t t t .HOF? . _Biid 2: Querschnitt der Aiten Sch1euse im Bereich der Tor—nischenEine statische Neubewertung der Aiten Schieusen zeigte, daß dieStandsicherheit der Schieusenkammerwände unzureichend ist, wenndie Schieusenkammer geieert und ais Trockendock benutzt wird. Indiesem Faii wird die Kammerwand einseitig durch Erd— undwasserdrücke beiastet (siehe Biid 3).1-— : v— r/Ahh-JI ’w‘IX‘W‘I;g_ Biid 3:HBe1astung der Kammer"4 wand und Spannungen in4 der Wand?- _w.+\N4=He UVasser_ Erd—druck druck, ,.“ . v -w -'m*- , Wa|1;\‚"--c --:=.'.' -—r4 -„Je. 'gf-fo.o.”‚I ""91.|41-}:'C*5: 2.::1[?t-HTD:“c‘t—{C#0};san—i «.1014-(3h C 6' "‚ '.:‘ -kuc t-E Eä:I.H/E"(j;-.C250(3292‘3! '4w 5 ." an: M0_r l' t ‘i; ’ .-. I: °-.PH? ttC‘-'-‘nibfg":72°”gcmutet-C NN 142‘73m:‚‚_ 404,‘f . 2451330“f5? ‚am:‘E‘ t1“:_‘J. . ‚4:9„0.1‚. C ‘ ‚< ‚f:tot(t‘.————_.—...—‚_„—..___‚._..‚__‚__‚...___.....—..‚—.__‚..‚...__I„t‚_‚_‚_‚.‚.._u‚‘t‘i1eusenkWas r u„ ‚ _ „man ' nuw‘r*r_Ujh— iw iiwinl“4ggNach DIN 19702, Entwurf 1988 (Sicherheit von Massivbauwerken imWasserbau) ist beim Standsicherheitsnachweis neben diesenäußeren Belastungen noch ein Poren— oder Spaltwasserdruck in derWand anzusetzen. Die Größe dieses Wasserdrucks entspricht demhydrostatischen Wasserdruck des Grundwassers in dieser Tiefe. Erwird als konstant angesetzt in dem Bereich des Querschnitte, indem sich rechnerisch keine Druckspannungen o ergeben. ZurmLuftseite der Wand nimmt der Wasserdruck dann linear auf Nullab. Besonders bei hohen Stützwänden mit hochliegendemGrundwasserspiegel ergeben die Porenwasserdrücke in der Wand eingroßes zusätzliches Moment. Bei der Naohreohnung derSchleusenkammerwände zeigte sich, da8 das Gesamtmoment aus demErd— und Wasserdruck und dem Porenwasserdruck in der Wand sogroß ist, daß die rechnerische resultierende Kraft außerhalb desQuerschnitte liegt. Die Schleusenkammerwände waren somitrechnerisch nicht standsicher.Auf der anderen Seite waren die beiden Schleusen jedoch fürmehrere Jahrzehnte als Trockendooks benutzt worden. Dabeihatten sich weder größere Schäden noch Verformungen gezeigt, dieauf eine Überbelastung der Wand zurückzuführen waren. Es wardaher zu erwarten, daß die tatsächlichen Lasten erheblichgeringer sind, als man zunächst in der Statik annehmen mußte.Zur Ermittlung cmer Bauwerksbelastungen wurde cehi Meßprogrammausgearbeitet, mit dem die rechnerischen Annahmen überprüft unddie Belastungen genauer ermittelt werden konnten.2 Meßpregramm und MeßverfahrenDas Meßprogramm bestand aus einer sohrittWeisen Probeabsenkungdes Wasserstandes in der Schleusenkammer. Parallel dazu wurden— die Höhe des Grundwasserspiegels in der Hinterfüllung,scc cc- der Porenwasserdruck in der Schieusenkammerwand und— die Verformungen der Schieusekontinuieriich gemessen und aufgezeichnet.Zur Beobachtung ckns Grundwasserspiege1s ir1 der Hinterfüiiungwurden die Bohriöcher verwendet, die zunächst zur Erkundung desBaugrunds abgeteuft worden waren (siehe Biid 4). Sie wurden zuGrundwasserbeobachtungsmeßste1ien ausgebaut.....................‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘Xi : DruckaufnehmerWS : WasserseiteES : Erdseite\1°Ü"\D” “f(90.-:clüp o“.0?oh ‘ i0 -0-00 “000000‘[GOECGG?ci Biid 4:Anordnung der MeßwF1-aufnehmerZur Feststeiiung des Zustandes und der Materiaikennwerte desMauerwerks und des Sohibetons wurden Kernbohrungen mit einemDoppeikernrohr in den Kammerwänden abgeteuft. Sie zeigten, daßdas Mauerwerk voiikommen intakt ist, wogegen der Betonsteiienweise sehr porös und durchiässig ist. Dies Biid wurdebestätigt bei einer Untersuchung der Bohr1öcher mit einerVideokamera und durch WD—Tests (SCHUPPENER + SIEBENBORN, 1991).Für die Probeabsenkung wurden die Bohriöcher mit Druckaufnehmernausgerüstet, die den Porenwasserdruck in der SchieusenkammerwandrspiegeiES...iIF[lva-f.Ql':I:]"""‘ i1_. 'lri„56mmessen. Der Anordnung der Meßquerschnitte und der Meßaufnehmer1agen foigende Gesichtspunkte zugrunde:„ Das Meßprogramm mußte der Tatsache Rechnung tragen, daßdie Schieusenkammerwände Bereiche mit unterschiediichemQuerschnitt haben. Daher wurden in der südiichen und inder nördiichen Kammerwand jeweiis vier Querschnitte mitWasserdruckaufnehmern ausgerüstet.— Neben der Höhe des Wasserdrucks in Abhängigkeit vomAbsenkzustand soiiten die Messungen auch Informationenüber die Wasserdruckverteiiung im Querschnitt derKammerwand geben.I- Bei den WD—Tests und den Videoaufnahmen hatte sich dasMauerwerk ais verhäitnismäßig undurchiässig und derBeton dagegen ais verhältnismäßig durchiäSsigherausgesteiit. lhn beide Extreme 2m: erfassen, wurdeversucht, in jedem Bohrioch sowohi im Mauerwerk ais auchim Beton Wasserdruckmessungen durchzuführen.„ Die Beanspruchungen der Kammerwände sind im Anschnitt andie Sohie, d. h. bei etwa NN -10 m, am größten. Da hierauch die Grenze zwischen dem Mauerwerk und dem Betonliiegt‚ konnten sowohi die Meßaufnehmer im Mauerwerk aisauch im Beton im am stärksten beanspruchten Bereich derKammerwand instaiiiert werden.Zur Durchführung der Messungen wurden in die Bohriöchergiasfaserverstärkte Kunststoffrohre (GFKeRohre) einzementiert(siehe Biid 5). Die GFK—Rohre sind an ihrem unteren Ende miteiner Bodenkappe verschiossen. Einige Zentimeter 'darüberwurden 8 Fiitersteine in Bohrungen eingekiebt. Sie steiien dieVerbindung zwischen dem Druckaufnehmer und der Kiespackung dar,die nach oben mit Zementmörtei abgedichtet ist.JaHa„ 57 mZement—mörtelPackerBiid 5:Druck_aunmhmer Druckaufnehmer mitPacker in demFilterSChicht Standr'Ohf‘Filtersteine"StandrohrZement-niörtelZur Messung der Wasserdrucke wurden Aufnehmer der Fa.TRANSAMERICA verwendet. Über dem Wasserdruckaufnehmer befindetsich ein Packer, der das Standrohr nach oben druckdicht ab—sohiießt. Damit wird siehergeste11t‚ daß die zu Druckmessungenerfordsriiohe Voiumenänderung des Wassers so kiein b1eibt, daßdurch die Messung die Größe des Wasserdruoks nicht beeinf1ußtwird (KÖHLER + FEDDERSEN, 1991).Sämtiiche Meßkabe] wurden in einem auf der Mitteimauer aufge-steiiten Meßoontainer zusammengeführt. In diesem Containerbefanden sich a11e Verstärker, Plotter und Rechner, die sowoh]eine kontinuieriiohe Beobachtung jeder einzelnen Meßgröße inihrer echten physikaiischen Dimension ais auch eine fortiaufendeSpeicherung der Meßergebnisse auf einem eiektronischenDatenspeicher eriaubten.3 Meßergehni eeeDie nörd1iche Sehieuse wurde in zwei Schritten so weit1eergepumpt, daß nur noch 0,5 m Wasser in der Sohieuse stand.cc c t i ,e 1u enc i ficcsc(1Die Ergebnisse der Wasserdruckmessungen des Meßquerschnittes 2sind ais Druckhöhen im Biid 6 dargesteiit. Sie zeigen diefo1genden charakteristischen Ergebnisse:Biid 6:Die Porenwasserdrücke im Mauerwerk der Sch1eusen—kammerwand werden nicht von der Absenkung des Schieu—senwasserstandes beeinfiußt. Das ist darauf zurückzu—führen, daß das Mauerwerk praktisch undurchiässig ist.Im Gegensatz zum Mauerwerk wurde im Beton der Sohie einAbfaii des Porenwasserdrucks festgesteiit, der etwa70 % der Verminderung der Druckhöhe in der Schieuseentspricht. Dies ist zurückzuführen auf die Perösitätund Durchiässigkeit des Betons sowie der Risse undSpaiten in der Kiinkerschaie, die den Boden derKammerwand abdeckt. Diese Risse machten sich bemerkbar,ais nur noch 0,5 n1 Wasser h1 der Kammer stand undzahireiche stark wasserführenden Queiien auf der Sohiezu sehen waren.200Mauerwerk (ES)1'. —-* ‘H--‚-...._.._ . „_„._‚_‚_...‚.- '--.._.‚_|_..—--‘-—v -—--.—...—‘KMauersserk (W'c‘?H""M-"'j:_ __ __ „_L-2OO ..Wasser—dmck(cm NN)„des _«4500 _4300--1000‚53. es. 13: es. 9e. 1&3. 1L&DalumErgebnisse von Meßquerschnitt 21inkers...„_.._1T._..._„ ..‚ -—- ‘- --..„ ‚..._. ._. _ _o „ „.„i' “” e:„_„ „..„s‚ .„__„rei 9Ä ““M' .. .‚_;„59m— Das bemerkenswerteste Ergebnis ist der große Einf1uß derProbeabsenkung auf den Grundwasserstand in der Hinter"füiiung: Aufgrund der Duroh1ässigkeit des Betons und derHinterfüiiungivirkt die ge1eerte Schieuse wie ein großerBrunnen, durch den der Grundwasserspiegei im angrenzen-den Geiände abgesenkt wird.Das Biid 7 zeigt die Ergebnisse der Grundwassermessungen überder Zeit der Absenkung in der Nordkammer. Dargesteiit sind nichtnur die Ergebnisse der Grundwassermeßsteiien auf der Nordseitesonderri ebenfaiis die Ergebnisse auf’ der Südseite, auf derebenfa11s der Grundwasserstand stark absinkt. Dies ist insofernerstauniioh, a1s bei der Absenkung der nördiiohen Kammer die2000„„200-Grund- ’400 "waSSer—stand(cm NN)e600„„800 ._—10007.3.' a.3.' 9.3.iDatumBiid 7: Grundwasserstände auf der Nordseite (N 1 bis N 6) undSüdseite (S 1 bis S 5) während der Probeabsenkung derNordkammercnfaii..-w„e„„ 85rev—\ s'1""-'-Ä.....x “‘* ...„ N1; 4100 \..............................7' """"\g3ag \'''''3,}............. ’. x S4xx“Es. „4\w __ \x-&\-<1N4 ‘Nsyäh?‘m‘“ ""::"’/Nord Schleuse"| l l ‚. 8 ‘ 10.3 11.3nx„60msüdiiche Kammer gefüiit war. Die Grundwasserabsenkung reichteaiso daher unter der gefüiiten Südkammer hinweg, die sich beider Probeabsenkung ais durchiässig erwiesen hatte. Dieses aufden ersten Biick widersprüchiiche Verhaiten wird durch zweikonstruktive Besonderheiten der Schieuse hervorgerufen:— Eine unter der Bauwerkssohie in Länge“ und Querrichtungveriegte Drainageieitung (siehe Biid 2) ermögiicht einenahezu druckveriustiose Verbindung des Grundwassers derSüdseite zur Nordseite oder umgekehrt.— Die Kiinkerschaie auf der Betonsohie wird bei geriuteterSchieuse'wie eine dichtende Membran auf die Betonsohiegedrückt, so da8 ein Zutritt von Wasser aus dergefiuteten Sohieusenkammer verhindert wird. Hinzu kommt,daß die Schieusensohie immer mit Schlick bedeckt ist,der ebenfaiis die Wirkung einer Dichtungsmembran hat.Wenn sich die Druckverhäitnisse beim Lenzen derSehieusenkammern ändern, öffnet der Sohiwasserdruck dieRisse in der Kiinkerschaie und die Schiickabiagerungenwerden herausgespüit. In diesem Zustand wirkt dieSchieusensohisa wie ein Aufiastfiiter, durch den derGrundwasserspiegei im angrenzenden Geiände abgesenktwird.s Zusammenrassung und SshiußtsigerungenSchon c?ea Materiaiuntersuchungen zeigten, daß c?ea Betonsohieporös und durchiässig ist. Durch die Messungen während einerProbeabsenkung des Schieusenwasserstandes konnte gezeigt werden,daß dadurch der Grundwasserstand und der Porenwasserdruck in denKammerwänden so weit abgesenkt wird, daß die tatsächiichenBeiastungen der Wand erhebiich geringer sind, ais ursprünglichc ‚ice„51mangenommen. Die auf Grund1age der Meßergebnisse durchgeführtenStandsicherheitsberechnungen ergaben dann auch eine ausreichenderechnerische Standsicherheit.5 LiteraturKöh1er, H.*J‚ & Feddersen, I.In situ measurements cf pore water pressure in soi1s andconcrete constructions, Proc. 3. Int. Symp. on Fie1dMeasurements in Geomechanics, 0s1o‚ 1991Schuppener, B. & Siebenborn, G.Measurements to assess the stabi1ity cf the 01d Locke in Kie1,Proc. 3. Int. Symp. on Field Measurements in Geomechanics, 0810,1991

Bauwerksmessungen zur Beurteilung der Standsicherheit der Alten Schleuse in Kiel Holtenau

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