Böschungsgrundbruch an der Autobahn A4 bei Magdala

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Im Sommer 2010 wurde im Zuge der Autobahnverlegung A4 nördlich des Jagdbergtunnels bei Magdala ein durch Verformungen und Risse gekennzeichneter Böschungsgrundbruch bei Bau-km 4+100 des neu errichteten Autobahndammes festgestellt. Durch die DEGES wurde in Abstimmung mit der Bauoberleitung und der geotechnischen Baubegleitung festgelegt, kurzfristig Erkundungsmaßnahmen durchzuführen. Zielstellung war neben der Feststellung der Schadensursache die Schaffung einer sicheren und hinreichend genauen Planungsgrundlage für die nachfolgende Sanierung. Die Vorgehensweise und Resultate der Baugrunderkundung wurden in einem Fachbeitrag zum 20. Felsmechanik-Symposium 2012 in Stuttgart veröffentlicht.

Baugrundmodell im Rutschungsbereich bei Bau-km 4+100

Bruchmechanismus und Standsicherheitsuntersuchungen

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Im Ergebnis der durchgeführten Erkundungen und Untersuchungen wurde ein plausibles geologisch-geomechanisches Bruchkörpermodell erstellt. Anhand des Modells konnte belegt werden, dass eine unmittelbar unter der Dammflanke verlaufende Störungszone mit ungünstig einfallenden Schichten ursächlich für das Bruchversagen war. Begünstigt wurde die Rutschung dadurch, dass an der unterhalb des Böschungsfußes verlaufenden Störung die als potentielle Gleitfläche wirkende Glaukonitbank (mo CG) abgeschert und verworfen ist. Die Gleitfläche lässt sich als polygonal zusammengesetzter Bruchkörper beschreiben, die sich aus einer gekrümmte Gleitfläche innerhalb des Dammes und zwei nahezu geradlinigen Gleitflächen mit Neigungen von ca. 22° und 12° zusammensetzt.

Mit Hilfe des aufgestellten Bruchkörpermodells und einer inversen Parameterbestimmung wurde die Bruchscherfestigkeit innerhalb der durch die Erkundungs- und Messergebnisse nachgewiesenen Gleitfläche im Grenzgleichgewicht ermittelt. Damit war es möglich, die zur Bemessung der Dübelpfähle notwendige Defizitkraft zur Erreichung eines DIN-konformen Standsicherhietsniveaus zu bestimmen.

Bruchkörpermodell für Standsicherheitsnachweise im Rutschungsbereich bei km 4+100

Sicherungskonzept "Hangverdübelung"

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Die Verdübelung von Rutschhängen ist eine vielfach bewährte Methode zur Böschungsstabilisierung. Das Wirkungsprinzip beruht auf der Aufnahme der zur Erreichung des Hanggleichgewichtes erforderlichen Defizitkraft in der potentiellen Gleitfläche durch stabartige oder scheibenförmige Sicherungselemente. Diese werden in der Regel raster- oder reihenförmig angeordnet. Das Trag- und Verformungsverhalten von Dübeln ist dabei vorwiegend von der Schlankheit bzw. Steifigkeit der Dübel sowie der Tiefenlage der Gleitfläche abhängig.

Darstellung der 3-reihigen Dübelanordnung im Querprofil km 4+100 mit Bewehrungsdetail

Bemessungansatz zur Dübeldimensionierung

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Das von uns vorgesehene Sicherungskonzept einer Hangverdübelung mittels Großbohrpfählen basiert auf der Theorie eines beidseitig ober- und unterhalb der Gleitfläche eingespannten Dübelpfahles in Anlehnung an die Dübeltheorie nach Prof. Y. El-Mossallamy, Kairo. Die (Teil-)Einspannung wird über einen linearen Bettungsmodulansatz vorgegeben, wobei je nach dessen Größe und Verteilung in Abhängigkeit der Dübelverformung unterschiedliche Relativverformungen zwischen Dübelschaft und dem umgebenden Baugrund auftreten. Die resultierenden Bettungsspannungen entsprechen dem Belastungsbild welches der Schnittkraftermittlung zur Bemessung des Dübelpfahles zugrunde liegt. Je nach angesetzter horizontaler Bettung kann dieses Modell sowohl einen beidseits voll eingespannten Dübel bis hin zum Dalbenmodell ohne Haltekräfte oberhalb der Gleitfuge abbilden.

Last- und Bemessungsansatz für Hangverdübelungen nach der Dübeltheorie

Anordnung der Dübelpfähle

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Die erforderliche Dübelanzahl wurde an mehreren Berechnungsquerschnitten mit einem jeweils angepassten Gleitflächenverlauf ermittelt. Der Rasterabstand und die Anzahl der Pfahlreihen wurden dabei sowohl nach erdstatischen als auch nach wirtschaftlichen und baubetrieblichen Aspekten gewählt. Zwischen den Berechnungsquerschnitten wird bei unterschiedlicher Reihenanzahl eine konstruktive Staffelung vorgenommen.

Darstellung der reihenweise gestaffelten Dübelanordnung

Bauausführung im Mai 2011

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Im Mai 2011 wurden insgesamt 72 Stck. Großbohrpfähle mit einem Dübeldurchmesser von 150 cm und einer Länge von 20 m hergestellt. Der um ein halbes Rastermaß versetzte Pfahlabstand beträgt 5 m. Die eingesetzt Betongüte beträgt C35/45 bei einer durch das sulfathaltige Dammbaumaterial bedingten, chemisch stark angreifenden Umgebung (XA3). Durch die Verdübelungsmaßnahme konnte der gebrochene Dammabschnitt erfolgreich saniert werden und das Standsicherheitsniveau normgerecht wiederhergestellt werden.

Herstellung der Dübelbohrpfähle