Unterlage Nr. 9

g Orientierende Baugrunduntersuchung zur geplanten Ortsumfahrung Lauterbach

im Auftrag

Amt für Straßen- und Verkeh rswesen Vogelsbergstraße 51 63679 Schotten

erstellt von

gbm Gesellschaft für Baugeologie und -meßtechnik mbH Baugrundinstitut Robert-Bosch-Straße 7 65549 Limburg/Lahn

e-7223 Dezember 2006 I März 2007

e-7223 Ortsumfahrung Lauterbach

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Inhaltsverzeichnis

1

Seite Allgemeine Projektdaten 1.1 Veranlassung .................... ... .... ................................... ...... .... .. .............. ............. .... 3 1.2 Bauvorhaben ...................................... ............ ... ....... ............... ................. ............. 3 Verwendete Unterlagen .................................................................. „ .... ............. .. „ 3 1.3 1.4 Durchgeführte Untersuchungen ........ „ „ .... .... „ .............. „ ....„ ..............„ ........ „ ... .. „ 5

2

Allgemeine Geologische und Hydrogeologische Verhältnisse 2.1 Morphologie, Bebauung, Bewuchs des Untersuchungsgebietes ..... „ ........ ...... .... „. 7 2.2 Allgemeine Geologische Verhältnisse ... „ ...... ....................... .. ................................ 8 2.3 Allgemeine Hydrologische Verhältnisse ................. .............................................. 10 2.4 Gesteinsbeschreibung im Bereich der geplanten Trasse ..................................... 11 2.5 Einteilung in Homogenbereiche und Trassenabschnitte„ ..................................... 14

3

Geotechnische Verhältnisse im Trassenverlauf Allgemeine Ausführungen ............................................................................................... 16 3.1 Geotechnische Bewertung der Streckenabschnitte 3.1.1 Abschnitt 1: Station 0+000 - 1+090 ...... „ ............ „ ........... „ ... „ .......................... 22 3.1.2 Abschnitt 2: Station 1+090 - 2+070 ......... ............ ... ...................... ..... „ ............. 32 3.1.3 Abschnitt 3: Station 2+070 - 3+390 .. „„ ...... „.„ ........ ............. „ .......................... 44 3.1.4 Abschnitt 4: Station 3+390 -4+160 .... „.„„ ......... „ .. „.„„ ......... „ ...... ...„ .. „„„ .. „. 57 3. 1.5 Abschnitt 5: Station 4+ 160 - 5+ 315 ............. „ ..„ ..... .............. . „ ......................... 68 3.1.6 Abschnitt 6: Station 5+315 - 6+490 ....... „ .... „ ..... „ ...... ........... „ ......................... 78 3.1.7 Abschnitt 7: Station 6+490 - 7+840 ............... „ ....... „ ......................... „ ... .... „.„. 90 3.1.8 Abschnitt 8: Station 7+840 - 8+585 ................................................................ 101 3.1.9 Abschnitt 9: Station 8+585 - 10+675 ...... „„„ ...... „ „ ... . ... . . . ... ..... . .. . .......... . . . . .... 108 3.1.10 Abschnitt 10: Station 10+675 - 11+110 ........... „ „ . .. „ ... „ „ ... „ ...... „ ......... „ „ ...... 120 3.1.11 Abschnitt 11: Station 11+11 O- 11 +944 ........................................................... 128 3.1.12Abschnitt12: Achse 161Station0+000-0+314,89 .... „„ ................................ 136 3.1.13Abschnitt13: Achse 162 Station 0+000-0+461 ................. „.„ ....................... 144 3.1.14 Abschnitt 14: Achse 264 Station 0+000 - 0+293 ............ „ ....... „ .... „ ................ 152 3.1. 15 Abschnitt 15: Achse 362 Station 0+000 - O+720 ........... ."....................... „........ 161 3.1.16 Abschnitt 16: Achse 461 Station O+ 100 - 0+517 .......... „ .. „ „ ......... „ ........... „ ... 170 3.1.17 Abschnitt 17: Achse 561 Station 0+000 - 0+182 ............................................. 177 3.1.18 Abschnitt 18: Achse 574 Station 0+000 - 0+367 ...... „.„ ............... „ .. „ ....... „ .... 182

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Inhaltsverzeichnis

4

Allgemeine Bautechnische Hinweise und Empfehlungen 4 .1 Allgemeine Hinweise zum Dammbau .. „„„„ „ ... „„„ „„.„„ „„ .. „„„„ „ „„ .... „„ .. „„„. 4.2 Allgemeine Hinweise zu den Einschnitten „.„„„„„„„„.„„„„ „.„„„.„„„.„„„.„„„„ 4.3 Allgemeine Hinweise zu Bauwerkshinterfüllungen „„„„„„„„„„„.„.„„„„„.„„„„„. 4.4 Wiederverwendbarkeit der Aushub- Abtragsmassen „„„ „ „„. „ „ „ „ „. „ „„. „ „ „. „ „ „ 4.4.1 Bodenverbesserung bzw. Bodenverfestigung mit Bindemitteln „ „ „ „„„„„. „ „ „ „. 4.5 Allgemeine Angaben zum Straßenbau .. „„ ....... „„„ ....... „.„ .... „ ......... „„„„„„.„.„. 4 .6 Versickerungsfähigkeit des Untergrundes „„ „ „ „.„„„„„„ „„„ „. „ „.„„. „„„. „ „„ „.„ 4 .7 Maßnahmen in Wasserschutzgebieten „„„„ .... „„.„„„„„.„.„.„„„ ... „ ....... „ .. .. „ .. „. 4 .8 Erdbeben ... „„ .... ... ...... „ ..... „ .. „ ...... „ .... „„ .. „ .... „ ....... „ ...... „ ....... „ ... „„ ..... „„„„„„.

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188 191 192 193 193 197 198 200 201

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Allgemeine Projektdaten

1.1

Veranlassung

Im Rahmen der geplanten Errichtung einer Umgehungsstraße der B 254 für die Ortschaften Maar, Lauterbach, Angersbach und Landenhausen wurde die Gesellschaft für Baugeologie und -meßtechnik mbH (gbm) Limburg vom Amt für Straßen- und Verkehrswesen Schotten mit der Erstellung eines Bohrprogramms sowie mit dem nachfolgenden Geotechnischen Bericht beauftragt.

1.2

Bauvorhaben

Die vorhandene Bundesstraße 254 verbindet die am Nordrand des Vogelsberges an der BAB 5 gelegene Stadt Alsfeld mit der an der BAB 7 gelegenen Stadt Fulda in Osthessen. Die geplante Umgehung dient der verkehrstechnischen Entlastung dieser Bundesstraße und damit auch der Ortschaften Maar, Lauterbach, Angersbach und Landenhausen vom überregionalen Fernverkehr, der die B 254 wegen ihrer günstigen Lage als Abkürzung zwischen den Autobahnen A 5 und A 7 sehr stark nutzt.

1.3

Verwendete Unterlagen

Für die Planung des Bohrprogramms sowie zur Abfassung des geotechnischen Berichtes standen Vorabzüge der Planungsunterlagen des Amtes für Straßen und Verkehrswesen (Schotten) sowie folgende Literatur zur Verfügung (soweit im Text auf die Unterlagen verwiesen wird, geschieht dies unter nachstehenden Ziffern). Planunterlagen [1] AMT FÜR STRASSEN- UND VERKEHRSWESEN SCHOTIEN (2005): ou Lauterbach und Wartenberg - Neubau der B 254n zwischen Lauterbach/Maar u. Großenlüder/Müs.; Unterlage Nr. 7, Blätter Nr. 1 - 6 (Vorabzug Lageplan). [2] AMT FÜR STRASSEN- UND VERKEHRSWESEN SCHOTTEN (2005): ou Lauterbach und Wartenberg - Neubau der B 254n zwischen Lauterbach/Maar u. Großenlüder/Müs. - Achse 1; Unterlage Nr. 8, Blätter 1 - 3 (Vorabzug Höhenplan). [3] AMT FÜR STRASSEN- UND VERKEHRSWESEN MARBURG/LAHN (2005): ou Lauterbach - Wartenberg - Neubau einer Brücke über die· Altefeld. - Unterlage 10.2, Blatt 1/3 (Vorskizze Bauwerk 26). [4] AMT FÜR STRASSEN- UND VERKEHRSWESEN MARBURG/LAHN (2005): ou Lauterbach - Wartenberg - Neubau einer Talbrücke über die DB-Strecke Gießen - Alsfeld - Fulda und die Lauter. -Unterlage 10.2, Blatt 2/3 (Vorskizze Bauwerk 11 ). [5] AMT FÜR STRASSEN- UND VERKEHRSWESEN MARBURG/LAHN (2005): ou Lauterbach - Wartenberg - Neubau einer Talbrücke über die DB-Strecke Gießen -Alsfeld - Fulda, die Lauter und einen Wirtschaftsweg. - Unterlage 10.2, Blatt 3/3 (Vorskizze Bauwerk 18).

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Literatur

(6)

(7]

(8) (9)

(10]

(11] (12]

(13]

(14]

(15)

(16]

BUNDESMINISTERIUM FÜR UMWELT, NATURSCHUTZ UND REAKTORSICHERHEIT [Hrsg.] (2003): Hydrogeologischer Atlas von Deutschland. - 240 S., 47 Kartentafeln (1.-3. Lieferung); Bonn. DIEDERICH, G., FINKENWIRTH , A. , HöLTING, 8., KAUFMANN, E. , RAMBOW, D. , SCHARPF, H.J „ STENGEL-RUTKOWSKI, W . & WIEGANG, K. (1991): Hydrogeologisches Kartenwerk Hessen 1 :300.000. - Geol. Abh . Hessen, 95: 83 S., 3 Abb., 4 Tab. , 5 Kt.; Wiesbaden. DIEHL, 0 . (1935),: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Hessen 1:25.000, Blatt 5223 Lauterbach: 105 S., 1 Taf.; Wiesbaden (Hessische Geologische Landesanstalt). DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E.V . (2005): DIN 4149:2005-04: Bauten in deutschen Erdbebengebieten - Lastannahmen, Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten.- 82 S., 23 Abb., 17 Tab.; Berlin (Beuth Verlag). FRITSCHE, H.-G ., HEMFLER, M„ KÄMMERER, D., LESSMANN, B., MITILEBACH, G., PETERS, A. , PöSCHL, W ., RUMOHR, S. & SCHLÖSSER-KLUGER, 1. (2003): Beschreibung der hydrogeologischen Teilräume von Hessen gemäß EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL). Geol. Jb. Hessen, 130: 5-19, 1 Abb.; Wiesbaden. HESSISCHES LANDESAMT FÜR BODENFORSCHUNG (1989) : Geologische Übersichtskarte 1:300.000 (4., neubearb. Aufl.); W iesbaden. JASMUND, K. & LAGALY, G. (Hrsg.)(1993): Tonminerale und Tone - Struktur, Eigenschaften, Anwendungen und Einsatz in Industrie und Umwelt. - XIV+490 S.; Darmstadt (Steinkopff Verlag) . PRINZ, H. (1997): Abriß der Ingenieurgeologie mit Grundlagen der Boden- und Felsmechanik, des Erd-, Grund- und Tunnelbaus sowie der Abfalldeponien (3., neubearb. Aufl.). -XIV+546 S., 415 Abb., 84 Tab.; Stuttgart (Ferdinand Enke Verlag) . SCHENK, E. (1964) : Die geologischen Erscheinungen der Subfusion des Basalts. - Abh . hess. L. -A. Bodenforsch., 46: 31 S. , 6 Abb., 2 Tab., 16 Taf. ; Wiesbaden. WALTER , R. (1995), mit Beiträgen von P. GIESE, H. W. WALTHER & H. G. DILL: Geologie von Mitteleuropa (6. Aufl.). - IX+566 S., 151 Abb., 12 Tab.; Stuttgart (E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung) . WIMMENAUER, W . (1985): Petrographie der magmatischen und metamorphen Gesteine. XX+382 S., 297 Abb. , 106 Tab.; Stuttgart (Ferdinand Enke Verlag) .

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lngenieurgeologisches Gutachten

g 1.4

Durchgeführte Untersuchungen

Im Zeitraum vom 12.07.2006 bis 21 .09.2006 wurden im Bereich der geplanten Trasse der Ortsumfahrung B 254 neu insgesamt 139 Aufschlussbohrungen niedergebracht, davon fielen 52 Kernbohrungen in den Bereich geplanter Bauwerke, die ihrerseits aus Brücken und Durchlässen bestehen. Drei Bohrungen mussten wegen der noch nicht abgeernteten Feldern auf den Zeitraum vom 23.10.2006 bis 27 .10.2006 verschoben werden. Insgesamt wurden 1420 Bohrmeter ausgeführt. Die Arbeiten wurden durch die Fa. Johannes Schützeichel Gerätebau KG , Neustadt/Wied mit bis zu 4 Bohrgeräten erbracht. Die Bohrungen wurden als Kernbohrungen ausgeführt, die gewonnenen Kerne wurden auf dem Gelände der Straßenmeisterei in Lauterbach zwischengelagert. Von den Aufschlussbohrungen wurden insgesamt 15 Stück zu GW-Messstellen (2-Zoll-Pegel) ausgebaut; eine dieser Messstellen musste vor Abschluss der Bohrarbeiten zurückgebaut werden. Für die weiteren boden- und felsmechanischen Untersuchungen wurden durch die Fa. Schützeichel bzw. gbm vor Ort insgesamt 878 Boden- bzw. Felsproben entnommen:

122 ungestörte Proben bzw. Kernproben 743 gestörte Proben 6 Wasserproben 7 Mischproben für umwelttechnische Untersuchungen im Bereich der geplanten Einschnitte Darüber hinaus wurden in den Bohrungen insgesamt 78 Standard-Tests nach DIN 4014 zur Untersuchung von Konsistenz bzw. Lagerungsdichte der anstehenden Baugrundeinheiten durchgeführt. Nach der geologisch-geotechnischen Bohrkernaufnahme und der photographischen Dokumentation wurden 60 Bohrungen vollständig sowie 6 Bohrungen teilweise von der Straßenmeisterei entsorgt (ca. 510 m). Die verbliebenen Kernkisten (79 vollständige Bohrungen, Teile von 6 weiteren Bohrungen, insgesamt ca. 908 m) wurden als Rückstellproben zur Lagerung zur Baustoff- und Bodenprüfstelle nach Wetzlar transportiert. An den gewonnenen Proben wurden folgende Versuche durchgeführt: • • • • • • • • • •

642 Wassergehaltsbestimmungen nach DIN 18 121 82 Zustandsgrenzen nach DIN 18122 120 Kornverteilungen nach DIN 18 123 59 Dichtebestimmungen nach DIN 18 125 1 Proctorversuch nach DIN 18 127 1 Bestimmung des Glühverlusts nach DIN 18 128 1 Bestimmung des Wasserdurchlässigkeitsbeiwerts nach DIN 18 130 19 Bestimmungen des Wasseraufnahmevermögens nach DIN 18 132 13 Scherversuche an ungestörten Proben nach DIN 18 137 4 Scherversuch an gestörten Proben bei WL nach DIN 18 137

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g • • • • • • •

28 Einaxiale Druckversuche an Felsproben nach DIN EN 1926 5 Wasserlagerungsversuche nach DIN 4022 Teil 1, 10.7 6 Wasserchemische Analysen nach DIN 4030 6 Drucksetzungsversuche nach SCHULTZE/MUHS 5 Quellversuche nach HUDER I AMBERG 3 röntgendiffraktometrische Untersuchungen 12 chemisch-analytische Untersuchung nach LAGA-Boden

Die Ergebnisse der Laborversuche werden in Anlage 5 in der oben genannten Reihenfolge für jede Bohrung zusammengefasst, eine Bewertung wird im Rahmen der Beschreibung der geotechnischen Verhältnisse der Erd- und Kunstbauwerke vorgenommen (Kapitel 3).

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Allgemeine Geologische und Hydrogeologische Verhältnisse

2.1

Morphologie, Bebauung, Bewuchs des Untersuchungsgebietes

Das Untersuchungsgebiet liegt am Nordostrar:id des Vogelsberges, dem mit ca. 2.500 km 2 größten zusammenhängenden Vulkangebiet Mitteleuropas, sowie zum Teil im Osthessischen Bergland. Ein sehr kleinerer Teil (ca. 250 m der geplanten knapp 12 km) der Untersuchungstrasse liegt dabei auf Blatt 5325 Schlitz, der größte Teil liegt auf Blatt 5223 Lauterbach der topographischen Karte 1:25.000. Die geplante Umgehungsstraße soll die Ortschaften Maar, Lauterbach, Angersbach und Landenhausen an der stark befahrenen B 254, einer Verbindung zwischen der BAB 5 bei Alsfeld und der BAB 7 bei Fulda, verkehrstechnisch entlasten. Die B 254 durchfährt das Untersuchungsgebiet von Nordwest nach Südost, darüber hinaus wird es verkehrstechnisch durch die von Süden (aus Richtung Gedern) kommende B 275, wenige nachgeordnete Landes- und Kreisstraßen sowie die Eisenbahnlinie Fulda -Alsfeld - Gießen („Vogelsbergbahn") erschlossen. Hauptvorfluter im untersuchten Geländeabschnitt ist die Lauter, die in der Südwest-Ecke des Kartenblattes TK 25 Blatt Lauterbach in das Gebiet eintritt, Lauterbach durchfließt und sich am nordöstlichen Stadtrand mit der Brenderwasser vereinigt. Ab hier fließt sie in West-Ost-Richtung und verlässt das Blatt bei Bad Salzschlirf. Dort vereinigt sie sich mit dem Altfeldbach zur Schlitz. Diese mündet in ihrem weiteren Verlauf bei Hutzdorf in die Fulda. Das gesamte Gebiet des Blattes Lauterbach liegt im Einzugsgebiet der Weser. Die mittlere Geländehöhe auf Blatt Lauterbach liegt bei ca. 330 bis 360 mNN. Vom Tal der Lauter, das am Ostrand des Kartenblattes bis auf ein Niveau von ca. 240 mNN eingeschnitten ist, steigt das Gelände sowohl nach Norden als auch nach Süden bis auf über 400 mNN an. Die höchste Erhebung ist mit einer Höhe von 485, 7 m über NN der Steinberg, ca. 4,5 km nordöstlich von Lauterbach gelegen. Das gesamte Untersuchungsgebiet ist im Hinblick auf die durchgeführte Untersuchungskampagne und die verkehrstechnische Erschließung als gut zugänglich zu bezeichnen. Das Gelände im Trassenverlauf wird weitgehend landwirtschaftlich genutzt, wobei auf dem größten Teil der Flächen Feldfrüchte (Getreide, Mais, Raps) angebaut werden . Nur ein geringer Teil wird als Grünland oder Weidefläche genutzt. Das Gebiet wird von zahlreichen Feldwegen durchzogen, über die die einzelnen Bohransatzpunkte gut zu erreichen waren. Natürliche Aufschlüsse im direkten Umfeld der Trasse sind selten bzw. fehlen gänzlich . Festgesteinsaufschlüsse sind auf wenige aufgelassene, trassenfernere Steinbrüche (überwiegend verfüllt und zugewachsen), Sandgruben oder weitgehend überwachsene Weg- bzw. Bahneinschnitte beschränkt.

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g 2.2

Allgemeine Geologische Verhältnisse, Lagerungsverhältnisse und Tektonik

Das untersuchte Trassengelände und sein näheres Umfeld werden im Wesentlichen durch zwei geologisch/-tektonische Großeinheiten geprägt: • •

Hessische Senke Vogelsberg

Hessische Senke Bei der Hessischen Senke handelt es sich um einen Teil des Germanischen Beckens. Sie verläuft in nordsüdlicher Richtung und wird im Westen vom Rheinischen Schiefergebirge und der Münsterländer Kreidemulde, im Osten vom Harz, der Thüringer Senke und Ausläufern des Thüringer Waldes begrenzt. Heute tritt die Hessische Senke als Bergland in Erscheinung. Im Rotliegenden bestand im Norden ein an das Norddeutsche Becken angeschlossenes Sedimentationsgebiet, im südlichen Teil bestand mit dem Hessischen Trog Anschluss an den Saar-NaheTrog. In diesem wurden bis zu 1000 m Rotliegend-Sedimente abgelagert. Während des Zechsteins erfolgte über die Weser-Senke eine weiträumige Transgression. bis in das Gebiet des heutigen Oberrheingrabens. Es kam in Teilen zur Abscheidung vollständiger Salinar-Abfolgen. Im Verlauf der Trias erfolgte die endgültige Verbindung der Sedimentationsgebiete im Süden und im Norden. Über dem Zechstein wurden die Gesteine der Trias, des Jura sowie der Kreide abgelagert. Bereits w.ährend des Jura begann im Zuge tektonischer Prozesse die Abtragung der älteren Abfolgen, sodass diese teilweise nur lückenhaft überliefert sind. Dieser Prozess setzte sich bis ins Tertiär bei gleichzeitiger Sedimentation fort, sodass heute im Bereich der Hessischen Senke überwiegend die Abfolgen des Buntsandsteins an der Oberfläche aufgeschlossen sind. Muschelkalk und Keuper sind in einigen Mulden sowie in den Grabenzonen aufgeschlossen. Reste des Jura sind nur in wenigen der meist sehr schmalen Grabenzonen erhalten. Im Untersuchungsgebiet ist dies im Lauter.bacher Graben der Fall, einem Teil eines sich vom Vogelsberg bis zur Rhön erstreckenden herzynisch streichenden Grabensystems. Ältere Gesteine als Buntsandstein stehen auch im Untersuchungsgebiet nicht an. Bei Hof Sassen, nördlich von Lauterbach, geht eine Bohrung durch rund 361 m Buntsandstein in darunter liegenden, ebenfalls wenigstens 100 m mächtigen Zechstein. Auf dem benachbarten Kartenblatt Schlitz wurden nahe der Stadt Schlitz in einer Bohrung unter ca. 11 m Pleistozän und insgesamt ca. 346 m Buntsandstein ca. 182 m Zechstein sowie ca. 18 m Rotliegendes erbohrt. Während des Mitteljuras erfolgte die Schließung der Hessischen Senke, sie unterlag der Hebung, in deren Verlauf es zur Ausbildung der heute sichtbaren tektonischen Bruchzonen kam . In Verbindung mit halokinetischen Prozessen entlang alter Bruchlinien unterlag das Gebiet einer ausgeprägten Bruchschollentektonik.

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gm Ab dem oberen Alttertiär (Oligozän) kam es erneut zu einer Absenkung , es entstand eine Meeresverbindung zwischen der Nordsee und dem Oberrheingebiet. Während des Miozäns sorgten intensive tektonische Bewegungen für erhebliche Fazieswechsel bei den Ablagerungen. Diese Bewegungen waren von einem intensiven Vulkanismus in Nordhessen begleitet. Die Hessische Senke wird in eine Vielzahl tektonischer Strukturen untergliedert, die im Untersuchungsgebiet aufgeschlossenen Mesozoischen Abfolgen werden dem Werra-Becken und der Fuldaer Grabenzone zugerechnet, zu der der von der geplanten Trasse durchfahrene Lauterbacher Graben zugerechnet wird.

Vogelsberg Ca. 50% des Kartenblattes Lauterbach werden von den basaltischen Gesteinen bedeckt, die geologisch gesehen dem Vogelsberg zuzurechnen sind. Der Beginn der vulkanischen Tätigkeit wir.d ins obere Miozän gestellt. Sie setzte mit gewaltigem Ascheregen ein und formte die südwestliche Hälfte des Blattgebietes aus Strömen, Decken und Durchbrüchen, die den verschiedenen Arten der Basaltreihe angehören. Für die Ergüsse der Basaltströme lassen sich drei Hauptphasen voneinander unterscheiden, die ihrerseits aus mehreren Einzelströmen bestehen. Die nach reichlichem Aschefall erfolgte erste Phase hat durchweg Ströme von basischem Basalt gefördert, denen bisweilen eine Lage feuerroter Aschentuffe zwischengeschaltet ist. Die zweite Ergussphase wird wiederum durch eine intensive Ausschüttung von Aschen- und Lapillituffen vorbereitet. Es folgen jetzt aber durchweg saure Basalte, wobei hierbei mehrere Ströme übereinander zu beobachten sind. Saure Basalte herrschen insgesamt in der Südwestecke des Kartenblattes vor und bilden in diesem Bereich bis an den Nordausgang von Lauterbach fast durchweg die Oberfläche. Sehr oft liegt die dritte Ergussphase in Gestalt harter, basischer Basalte von dunkler Farbe den sauren Strömen der zweiten Phase unmittelbar auf. Gelegentlich sind Tuffe zwischengeschaltet. Bemerkenswert ist das auffallend häufige Vorkommen von Basaltdurchbrüchen, die alle den basischen Basalten zuzurechnen sind. Das Maximum der vulkanischen Aktivitäten lag zwischen 17,5 und 15 Millionen Jahren. Die Laven und oberflächennahen Intrusionen überlagern nur am südlichen und westlichen Rand des Vogelsberges paläozoische, ansonsten mesozoische Gesteine. Nach [16] wurden die Basalte in mehrmaligem zeitlichem Wechsel ohne erkennbare Regel gefördert. Die Entwicklung wird in engem Zusammenhang mit der Öffnung des Oberrheingrabens gesehen, in dessen nördlicher Verlängerung der Vogelsberg liegt. Der teilweise subeffusive/intrusive Charakter einzelner Basalt-Lagen ist z. B. durch Apophysen und kontaktmetamorphe Überprägungen belegt (vgl. [8] und (14]).

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g

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Abb. 1 A.G. = Altmorschener Grabenzone, EG. = Falkenhagener Graben, EN.G. = Fritzlar-Naumburger Grabenzone, Fu.G. = Fuldaer Graben, K.G. = Kasseler Grabenzone, W .S. = Warburger Störungszone, W.V.S. Wolfhagen-Volkmarsener Störungszone.

=

Lagerungsverhältnisse und Tektonik Lauterbacher Graben: Der nördliche Grabenrand geht um den stark gestörten Kalkberg bei Landenhausen herum, tritt am Südwesthang des Söderbergs und des Birkigklotzes deutlich hervor, überschreitet das tektonisch vorgezeichnete Lautertal und umgreift den gut aufgeschlossenen Keuper nördlich von Angersbach. Dann geht im Bereich des Kugelbergs die Störung an einem markanten Röt-Muschelkalkstreifen entlang, und trennt später messerscharf Muschelkalk und Keuper bei Maar von mittlerem Buntsandstein. Der südliche Grabenrand ist durch Basaltbedeckung auf große Erstreckung verdeckt. Nur südöstlich und südlich von Angersbach ist der Verlauf des Grabenrandes zu erkennen. Weiter westlich verschwindet die Randstörung unter den Basalten des Hainigs, ohne wieder oberflächlich in Erscheinung zu treten.

2.3

Allgemeine hydrogeologische Verhältnisse

Das Untersuchungsgebiet wird nach [7] den hydrogeologischen Einheiten „Vogelsberg" sowie „Osthessisches Buntsandstein-Gebiet" zugerechnet. Die Ergiebigkeit von Bohrungen im Hauptgrundwasserstockwerk liegen im Bereich des Lauterbacher Grabens bei < 2 l/s, in den angrenzen-

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g den Bereichen mit Oberem Buntsandstein bei 5-151/s (Poren- und Kluftgrundwasser) und in den Basalten bei 15-30 l/s (Kluftgrundwasser). Die Gesamthärte beträgt im Bereich des Lauterbacher Grabens 18° bis 24° dH, im sonstigen Untersuchungsgebiet 4° bis 8° dH. Nach [6] liegt der Lösungsinhalt der erdalkalisch-carbonatisch und carbonatischen, dabei mit Ausnahme des Buntsandsteins schwach sulfatischen Grundwässer im Bereich des Lauterbacher Grabens bei 500-700 mg/I und im Bereich der Vulkanite bei 50-200 mg/I. Im Bereich des Buntsandsteins können die Gehalte zwischen 200 und 700 mg/I schwanken. Probleme mit erhöhten Chlorid-, Sulfat- oder Eisen-/ Mangan-Gehalten sind nicht zu erwarten.

2.4

Gesteinsbeschreibung im Bereich der geplanten Trasse

Im Bereich der geplanten Trasse stehen in bauwerksrelevanter Tiefe Gesteine des Buntsandstein, des Muschelkalk, des Keuper sowie des Tertiär an. Diese Gesteine werden von quartären Deckschichten überlagert. Nachfolgend werden die Gesteine der genannten Serien kurz dargestellt, eine detaillierte Beschreibung erfolgt in den nachfolgenden Kapiteln 2.5 (Einteilung in Homogenbereiche) sowie 3 (Geotechnische Verhältnisse im Trassenverlauf). Die Lage der nachfolgend genannten Bohrpunkte ist den Lageplänen (Anlagen 2.1.1 - 2.1.6) zu entnehmen. Buntsandstein Der im Untersuchungsgebiet großflächig anstehende Mittlere Buntsandstein wird in Hessen wie in Norddeutschland, in Thüringen und in Teilen Süddeutschlands in vier Folgen untergliedert: Volpriehausen-, Detfurth-, Hardegsen- und Solling-Folge. Die früher verwendete Unterteilung in Eichsfeld-, Rhön-, Spessart- und Solling-Folge kommt nicht mehr zum tragen. Mittlerer Buntsandstein Im Bereich zwischen 9en Bauwerken BW 13 und BW 16 (Bohrungen BW 13/2 bis BK 38) stehen Sandsteine des Mittleren Buntsandstein an. Es handelt sich um mäßig harte bis mittelharte, rote und violettrote feinkörnige Sandsteine, die vielfach kleine Toneinschaltungen ("Tongallen") enthalten und die teilweise unregelmäßig oder lagenweise entfärbt sind. Innerhalb der Sandsteinlagen erkennt man eine ausgeprägte Schrägschichtung mit wechselnden Einfallsrichtungen und -Winkeln der Schrägschichtungskörper. Das Gestein zerbricht teilweise an senkrechten Klüften und/oder an Schichtfugen in kurze Kernstücke, vereinzelt konnten Kernstücke bis 75 cm Länge gewonnen werden, was jedoch eher als Ausnahme anzusehen ist. Zwischengeschaltet sind den Sandsteinen Ton!Tonstein-Lagen geringer Mächtigkeit und Festigkeit sowie einzelne glimmerreiche dunkelrote Feinsand-/Schlufflagen. In wenigen Bohrungen wurden vereinzelt kavernöse Zonen erbohrt. Im Bereich der Bohrungen BK 65 bis BK 69 stehen mäßig harte bis harte, fein- bis mittelkörnige Sandsteine an. Das Farbspektrum dieser Sandsteine reicht von rot über rotviolett zu rostrot, teilweise ist der Sandstein unregelmäßig entfärbt. Die Gesteine weisen in aller Regel eine Schrägschichtung auf. In unterschiedlicher Mächtigkeit sind Tonstein!Ton-Lagen zwischengeschaltet, darüber hinaus wurden geringmächtige sehr glimmerreiche Feinsand/Schluff-Lagen erbohrt.

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g In Bohrung BK 68 wurden im verwitterten Sandstein konglomeratische Einschaltungen mit kantengerundeten Gesteinsfragmenten und Milchquarzen erbohrt. In diesem Bereich zwischen den Bohrungen BK 70 bis BW 26/1 stehen feinkörnige mürbe bis mäßig harte Sand- und Schluffsteine in einer Wechselfolge mit Tonen und Tonsteinen an. Vielfach zeigen sich Übergänge zu dicht gelagerten Sanden und Schluffen und halbfesten bis festen Tonen. Das Farbspektrum reicht von rot über rotgelb, ockerfarben bis weißgrau. Oberer Buntsandstein Im Bereich zwischen den Bohrungen BK 26 und BW 13/1 stehen meist rote bis violettrote und rotbraune, teilweise auch grüngraue Ton- und Schluffsteine mit zwischengeschalteten Sandsteinlagen an. Die Gesteine sind mäßig hart bis mürbe, sie zeigen zum Teil Übergänge zu dicht gelagerten Lockergesteinen. In einzelnen Lagen treten feinste Glimmer oder auch fein verteilter Pyrit bzw. kleine Pyrit-Konkretionen auf. Muschelkalk Muschelkalk ist auf Blatt 5322 Lauterbach in drei kleineren Aufbrüchen nordöstlich von Maar und östlich bzw. südlich von Angersbach aufgeschlossen. Hierbei handelt es sich um kleinere Schollen, die entlang der Randstörungen des Lauterbacher Grabens erhalten sind. Bei dem in der Bohrung BK 63 erbohrten fossilführenden Kalkstein handelt es sich vermutlich um ein solches lokales Vorkommen des Oberen Muschelkalks. Es handelt sich hier um graue, harte bis sehr harte, dichte Kalk- und Dolomitsteine mit geringmächtigen Mergelstein-Zwischenlagen. Die Kalksteine führen Schalen- und Crinoidenbruchstücke. Keuper Der flächenmäßig größte Teil des Lauterbacher Grabens wird von Gesteinen des Keupers eingenommen. Diese sind jedoch zum Teil durch die Talsedimente der Lauter verdeckt. Überwiegend handelt es sich um dunkle, grau bis schwarzbraune feinstgeschichtete Ton- und Schluffsteine von geringer bis mittlerer Härte. Tertiär Etwa zu einem Drittel durchfährt die geplante Trasse vulkanische Gesteine des Vogelsberges. Es handelt sich um eine Basaltassoziation mit Laven und Tuffen aus Trachyten, Phonolithen, AlkaliOlivinbasalten und Tholeiitbasalten (siehe [16]). Hinzu kommen Sonderentwicklungen wie Basanite, Limburgite, Hornblendebasalte und Nephelinite. Nicht selten treten im Vogelsberg die sog. „Sonnenbrenner-Basalte" auf. Bedingt durch das Vorkommen von Analcim in den lntergranularräumen weisen diese eine geringe Verwitterungsbeständigkeit auf. Basalte Im Untersuchungsgebiet wurde· Basalt im Anstehenden vom westlichen Trassenbeginn bis einschließlich Bohrung BK 25, Station 4+080, erbohrt. Größtenteils handelt es sich um dunkelgraue bis schwarzgraue und braungraue harte bis sehr harte Basalte. Selten kann ein Lagengefüge erkannt werden. Vielfach treten diffus im Gestein verteilt schwarze, bräunliche oder grünliche Einsprenglinge (Olivin, Pyroxen) auf. Bereichsweise treten violettgrau, blasige bis hohlraumreiche

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g Basalte auf, die Blasenhohlräume (max. ca. 30 mm Durchmesser) können mit weichen Mineralaggregaten gefüllt sein, teilweise sind die Wandungen mit einer Mineralkruste überzogen. Die Basalte sind unterschiedlich stark angewittert bzw. verwittert. Das im Bereich des geplanten Einschnitts am Vaitsberg (Stat. 3+670 - 4+160) erbohrte Gestein scheint über die gesamte untersuchte Tiefe frischer ausgebildet zu sein (abgesehen von der von Klüften und Rissen ausgehenden Verwitterung). In einzelnen Bohrungen wurden geringmächtige Lagen / Einschaltungen einer "Basaltbreccie" erbohrt. Es handelt sich hierbei um stark zerbrochene schlacke- bis bimsartige Basalte, die vielfach von feinsten verheilten Rissen durchzogen sind. Diese „Basaltbreccie" wurde überwiegend im liegenden der Tuffe erbohrt. Es handelt sich dabei möglicherweise um ein pyroklastisches Vorläuferprodukt der Tuffe. Die Basalte sind meist eng- bis mittelständig geklüftet, überwiegend jedoch unregelmäßig bis stark. Die Lage und Verteilung der Klüfte ist dabei uneinheitlich. Das Kluftinventar ist geprägt durch: • mehr oder weniger ebene Klüfte , aushaltend über mehrer Dezimeter, steilstehend bis senkrecht, vielfach mit tonigen Letten gefüllt; • kaum bis gering geöffnete Klüfte, flach bis horizontal; • Kluftzonen mit zerbrochenem I zerbohrtem Basalt, in schluffig/toniger Matrix; • kugelschalige Ablösungsflächen im angewitterten Basalt. Auffällig ist die teilweise intensive Rotfärbung sowohl der verwitterten Basalte als auch der Tuffe. Hierbei könnte es sich um Anzeichen einer nach dem Abklingen der Förderung der Basalte und Tuffe einsetzende Rotverwitterung handeln. Tuffe In unregelmäßiger Verteilung und mit stark schwankenden Mächtigkeiten sind den Basalten einzelne Tuffe zwischengeschaltet, bei denen jedoch keine klar erkennbare Horizontbeständigkeit festzustellen war. Es handelt sich um graue, teilweise violett- und gelblichgraue, mehr oder weniger stark verwitterte und umgewandelte Aschen- und Lapillituffe ohne erkennbare Schichtung. Die Gesteine sind mürbe bis entfestigte und zeigen alle Übergänge zu ausgeprägt plastischen Lockergesteinen (Tone). Vereinzelt findet man Schlacke- und Bimslagen in einer tonigen Matrix. Pyroklastische Gesteine bilden zum einen Zwischenlagen von geringer Mächtigkeit zwischen den Basaltdecken sowie das Grenzlager der Basalte gegen die tertiären Sedimente. In den Bohrungen BK 24 und BK 25 wurde im Übergangsbereich zwischen Tuffen und dem hangenden Basalt eine geringmächtige Lage aus schwarzbraunen Tonen mit inkohlten Pflanzenresten angetroffen. Sedimentäres Tertiär Offensichtlich tertiäre Sedimente wurden in den Bohrungen BK 24 und BK 25 im liegenden der Tuffe in Form von halbfesten bis festen bunten Tonen und untergeordnet Schluff/Feinsand erbohrt. Quartär Quartäre Ablagerungen bilden beim Großteil der ausgeführten Bohrungen die oberste Deckschicht über den anstehenden mesozoischen Sedimentgesteinen oder den vulkanischen Förderprodukten.

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g In der Südost-Ecke des Kartenblattes Lauterbach ist ggf. mit kalkhaltigem Löß in geringer Mächtigkeit zu rechnen.

2.5

Einteilung in geotechnische Homogenbereiche und Trassenabschnitte

Für die geotechnische Beurteilung des Untergrundes und seine Wechselwirkungen mit der geplanten Baumaßnahme wurden basierend auf den Ergebnissen der Labor- und Feldversuche sowie der. Feldansprache einzelne geotechnische Homogenbereiche festgelegt. In diesen Homogenbereichen werden Gesteinseinheiten zusammengefasst, die annähernd gleiche petrographische sowie bodenbzw. felsmechanische Eigenschaften aufweisen. Weiterhin dient diese Vorgehensweise zu einer vereinheitlichten Betrachtung der erkundeten Baugrundeinheiten über den gesamten Trassenabschnitt und stellt für den späteren Planer eine Vereinfachung im Hinblick auf die Beurteilung der geotechnischen Randbedingungen dar. Jedem Homogenbereich wurden charakteristische Rechenkennwerte (s. Kapitel 3) zugewiesen , die sich an den Versuchs- und Erkundungsergebnissen des jeweiligen Erd- bzw. Kunstbauwerkes orientieren. Bezüglich der weitergehenden bautechnisch relevanten Angaben zu den einzelnen Homogenbereichen wie z. B. Bodenarten nach DIN 18 196, Frostempfindlichkeit, Wiederverwendbarkeit usw. wird ebenfalls auf die detaillierten Ausführungen in Kapitel 3 und 4 verwiesen . Neben den quartären Lockergesteinen wurden im Trassenverlauf an Festgesteinen im Wesentlichen Basalte, Ton-/Schluffsteine, sowie Sandsteine erkundet. Durch den Einfluss der Atmosphärilien sind diese Festgesteine oberflächennah bis in unterschiedliche Tiefe verwittert und damit einhergehend entfestigt. Im Allgemeinen nimmt der Verwitterungsgrad mit zunehmender Tiefe hin ab. Im Bereich von Kluftzonen jedoch kann der Verwitterungsgrad auch in größerer Tiefe bereichsweise zunehmen. Der wechselnde Verwitterungsgrad und die sich damit verbindenden unterschiedliche Steifigkeiten und Festigkeiten wurden als Abgrenzungskriterium zwischen den einzelnen Homogenbereichen herangezogen. Die Übergänge zwischen den Homogenbereichen eines Ausgangsgesteins (etwa Homogenbereich 4 - 6) sind z. T. fließend . Die eingeteilten Homogenbereiche sind der nachfolgenden Tabelle 2.5.1 zu entnehmen und in den ingenieurgeologischen Schnitten entsprechend dargestellt.

Seite 15

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g Homogenbereich

Material

L L-S Q 0

Decklehm Gemisch aus Decklehm /Deckschutt Fluviatiler Kies Tuff vollständig zu Ton zersetzter Tuff 1 zersetzter bis stark verwitterte Basalt 2 angewitterter bis stark verwitterter Basalt 2' bims-/schlackeartiger, blasig-poröser Basalt frischer, dichter, sehr harter massiger Basalt 3 4 Ton- bis Schluffsteinzersatz (Lockergesteinseioenschaften) stark verwitterter Ton- bis Schluffstein 5 6 angewitterter Ton- bis Schluffstein 7 Sandsteinzersatz (Lockergesteinseiqenschaften) 8 stark verwitterter Sandstein angewitterter, mineralisch fest gebundener Sandstein 9 10 Kalkstein Tab. 2.5.1 Homogenbereiche

o·

Neben der oben dargestellten Unterteilung in geotechnische Homogenbereiche wurde die untersuchte Trasse (Achse 1) selbst nochmals in einzelne Bearbeitungsabschnitte untergliedert, in denen möglichst gleichartige Erdbauwerke zusammengefasst wurden. Diese Bearbeitungsabschnitte sind in den nachfolgenden Kapiteln 3.1.1 - 3.1.11 detailliert beschrieben. Die dahingehende Unterteilung lässt sich über die Trassenstationierung wie folgt darstellen: Bearbeitungsabschnitt

Station von

Länge[m] bis

1 0+000 1+090 1+090 2+070 2 2+070 3+390 3 4 3+390 4+160 5 4+160 5+315 6 5+315 6+490 7 6+490 7+840 8 7+840 8+585 9 8+585 10+675 10 10+675 11+110 11 11+110 11+944 Tab. 2.5.2 Einteilung der Bearbeitungsabschnitte in Achse 1

1.090 980 1.320 770 1.155 1.175 1.350 745 2.090 435 834

Zusätzlich werden für die einzelnen Seitenachsen (Zubringer) die Baugrundverhältnisse separat beschrieben (s. Kap. 3.1.12 - 3.1.18).

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gm 3

Geotechnische Verhältnisse im Trassenverlauf

Allgemeine Ausführungen Der Untergrund im Untersuchungsgebiet wird wie in Kapitel 2.2 beschrieben von den Vulkaniten des Vogelsberges sowie ·von Sedimentgesteinen der Hessischen Senke gebildet. Oie geplante Trasse durchfährt auf den ersten ca. 4,1 km in den Bearbeitungsabschnitten 1 - 4 (s. Kapitel 2.5) den nordöstlichen Rand des vulkanischen Vogelsberges. Ab ca . Station 4+160 durchfährt die Trasse in den Bearbeitungsabschnitten 5 - 11 triassische Sedimentgesteine innerhalb des Lauterbacher Grabens. Nachfolgend werden die Baugrundverhältnisse sowie die grundlegenden Eigenschaften bezüglich der gewählten Homogenbereiche (s. Kapitel 2.5) zusammengefasst für die Abschnitte 1 bis 4 sowie die Abschnitte 5 bis 11 kurz dargelegt. Auf Abweichungen und Besonderheiten wird bei der Beschreibung der jeweiligen Erdbauwerke hingewiesen.

Baugrundverhältnisse Abschnitte 1 bis 4 (Station 0+000 -4+160) Im untersuchten Bereich bilden unterschiedlich stark verwitterte Festgesteine im liegenden einer quartären Lockergesteinsdecke den Untergrund der geplanten Straßentrasse. Es handelt sich überwiegend um Basalte sowie um Tuffe bzw. zu Tonen zersetzte Tuffe. Unter ca. 0, 1 bis stellenweise 0,5 m humosem Oberboden folgt eine unterschiedlich mächtige Decke aus dunkel- bis mittelbraunen, selten grüngrauen Schluffen und Tonen mit wechselnden Sandund Kiesanteilen. Bodenmechanisch werden sie als leichtplastische Schluffe (UL) und mittelplastische Tone (TM) eingestuft. Oie im Labor ermittelten Konsistenzen liegen im steifen bis halbfesten Bereich. In Bereichen mit künstlicher Auffüllung oder in Geländetiefpunkten liegen diese Böden lagenweise weich bis breiig vor. Die umgelagerten quartären Deckschichten werden zum Homogenbereich L zusammengefasst. Diese Deckschichten werden von weitgehend bis vollständige zersetzten Gesteinen der vulkanischen Abfolge unterlagert. Hierbei handelt es sich je nach Verwitterungsgrad um Kies-Schluff- oder Sand-Schluff-Gemische (GU, SU*) von graubrauner bis olivbrauner Farbe. Versuche zur Bestimmung der Konsistenz wurden nicht durchgeführt, das Material wurde in seinen bindigen Anteilen (UL, TL-TM) im Gelände überwiegend als steif - halbfest, in den eher sandigen Bereichen als mitteldicht gelagert angesprochen. Diese oberste Lage der verwitterten Basalte wird als Homogenbereich 1 zusammengefasst. Darunter geht das Material mit zunehmender Teufe in stark bis kaum verwitterte Basalte unterschiedlicher Ausbildung oder in Tuffe unterschiedlicher Zersetzungsgrade über. Innerhalb der Basalte können im Wesentlichen die nachfolgend aufgeführten Varietäten unterschieden werden : • angewitterte bis stark verwitterte Basalte, mittelhart bis hart, grob bis stark zerbrochen und/oder zerbohrt (Homogenbereich 2); • schlackeartige, teilweise blasige bis bimsartige Basalte, mäßig hart bis mittelhart, braungrau bis grau, stellenweise grob bis stark zerbrochen und/oder zerbohrt (Homogenbereich 2').

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g •

Teilweise ist das Gestein deutlich zerbrochen und von feinsten mineralisierten Rissen durchzogen. dichte, harte bis sehr harte, selten mittelharte Basalte, braungrau bis schwarzgrau, angewittert bis selten mäßig verwittert (Homogenbereich 3). Das Gestein ist unterschiedlich stark geklüftet, die Kluftflächen sind mit braunen Bestegen überzogen, teilweise sind die Klüfte mit dunkelbraunen tonig/schluffigen Letten gefüllt.

In unterschiedlicher Teufenlage bezogen auf GOK wurden in allen Abschnitten pyroklastische Gesteine erbohrt. Es handelt sich um Tuffe, die teilweise stark bis vollständig zu Tonen zersetzt sind. Sie werden zum Homogenbereich 0 zusammengefasst. Dabei erfolgt in den ingenieurgeologischen Längsschnitten wenn möglich eine Unterscheidung in weitgehend bis vollständig in Tone umgewandelte Tuffe (Homogenbereich O') und wenig bis stark zersetzte/umgewandelte Tuffe (Homogenbereich 0). Aufgrund der Feinkörnigkeit des Materials sind diese Tuffe als Aschetuffe anzusprechen, teilweise wurden in geringem Umfang Lapilli oder kleine „Bomben" erbohrt. Entsprechend dem Zersetzungsgrad liegen diese Tuffe als ausgeprägt plastische Schluffe und Tone vor (UA-TA), sehr selten wurden im Laborversuch die Bodengruppen UM und TM ermittelt. Weniger stark zersetztes Material sowie Tuffe im Übergangsbereich zu den schlacke-/bimsartigen Basalten liegen gemischtkörnige Böden der Bodengruppen GU* und SU* vor. Die unterschiedliche Bohrkernan~prache dieser Homogenbereiche spiegelt sich teilweise auch in den im Labor ermittelten bodenmechanischen Kennwerten wieder. Diese sind nachfolgend aufgeführt. Bodenkennwerte

Homogenbereich 0 min.

max.

Mittel

Homogenbereich O' min.

45,8 28,1 65,3 80,1 92,9 48,0 36,7 14,8 59,6 1,270 Konsistenzzahl lc 3,415 0,622 22,6 Kornverteiluna IT in %1 39 20 Kornverteilun.g [U in %] 47,0 25 73 Kornverteilung [S in %] 19,4 0 29 3 1,74 Feuchtdichte p fa/cm 1 2,19 1,68 3 Trockendichte pd fa/cm 1 1,56 1,19 1,17 1,294 Porenzahl e 1,817 0 ,867 Porenanteil n [%1 55,16 64,5 46,4 Wasseraufnahmevermögen[%] 167 117,4 106 0 Reibungswinkel ungestört [ ] 27,9 12,8 0 Reibungswinkel bei W 1 r 1 27,3 12,6 2 48,4 286,0 43,0 Kohäsion unaestört fkN/m 1 Kohäsion bei wL[kN/m 2] 22,7 18,3 Bodenmechanische Kennwerte Homogenbereich 0 / O' Tab. 3.1 : Wassergehalt wn fo/ol Fließgrenze W L [%1 Plastizitätszahl lp [%]

26,8 63,1 17,6 0,665 11 25 10 1,55 0,94 0,706 41,4 81 20,4

max.

Mittel

61 ,8 105,2 64,8 1,404 73 69 11 1,90 1,42 1,262 55,7 248 22,2 17,4 56,4 23,6

43,7 79,4 38,3 0,982 38,2 56,1 3,9 1,79 1,28 1,075 51,52 160,0

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g Die angeführte Übersicht der in den Tuffgesteinen ausgeführten bodenmechanischen Laborversuche weist direkt auf die erdbautechnische Problematik dieser Baugrundeinheiten hin. Auffallend sind die extrem hohen natürlichen Wassergehalte, sowie die auffallenden Werte in der Wasseraufnahmefähigkeit nach ENSLIN I NEFF. Diese Ergebnisse deuten auf Materialien mit hohen Anteilen an 3-Schicht Tonmineralen mit innerkristalliner Quellfähigkeit hin. Folglich wurden diese Versuchsergebnisse durch weitergehende mineralogische Untersuchungen abgesichert, die im Institut für Mineralogie der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz durch Prof. Hofmeister vorgenommen wurden. Da dahingehenden röntgendiffral Z2-Material zugelassenen Deponie angeliefert werden. Zur Deklarationsanalytik sind, in Abhängigkeit der ausgewählten Deponie, gegebenenfalls noch ergänzende Parameterbestimmungen notwendig. Sollten bei den Bauarbeiten organoleptische Auffälligkeiten festgestellt werden, empfehlen wir die Arbeiten gutachterlich begleiten und dokumentieren zu lassen.

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g 3.1.2

Abschnitt 2: Station 1+090 bis 2+070 Achse 1 Bauwerk 3 Bauwerk 4

Station 1+090 bis 2+070 Brücke Achse 162 über die B 254n Durchlass eines Wassergrabens

Der Untersuchungsabschnitt schließt direkt an den Abschnitt 1 an. Über die Achsen 161 und 162 erfolgt der Anschluss an die bestehende B 254. In diesem Abschnitt wird das Gelände auf einem niedrigen Damm überquert und in zwei Einschnitten durchfahren: Erdbauwerk

Station von

Einschnitt 2.1 1+090 Damm 2.1 1+590 Einschnitt 2.2 1+700 Tab. A2.1 Erdbauwerke Abschnitt 2

Station bis

max. Höhe I Tiefe rca. ml

1+590 1+700 2+070

4,5 1,4 4,5

Die Achsen 161 (Anschluss an die B 254 Richtung Lauterbach) und 162 (Anschluss an die B 254 Richtung Maar) sowie die Bauwerke 3 (Überführung der Achse 162) und 4 (Durchlass eines Wassergrabens) werden gesondert betrachtet (siehe Kapitel 3.1.12 und 3.1.13 sowie Kapitel 3.2.3 und 3.2.4), die Ergebnisse der Bauwerksbohrungen fließen in die nachfolgende Beurteilung ein. Örtliche Gegebenheiten Die geplante Trasse durchschneidet in einem Einschnitt die bestehende B 254 unter einem Winkel von ca . 50°. Bei Station 1+310 zweigt die Achse 161 ab, dies.e bindet in einem Kreisverkehr an die bestehende B 254, Richtung Lauterbach, an. Etwa bei Station 1+565 zweigt die Achse 162 ab, diese bindet in spitzem Winkel an die bestehende B 254, Richtung Maar, an. Bei Station 1+410 kreuzt die Achse 162 die Trasse (Bauwerk 3), bei Station 1+640 wird ein kleiner Wassergraben gekreuzt. Da~ Gelände ist flach geneigt, es fällt mit steigender Stationierung leicht ab .

.Aufschlüsse

Im Rahmen der Erkundungsarbeiten im Sommer 2006 wurden im Abschnitt 2 einschließlich der Bauwerke und abzweigenden Achsen insgesamt 11 Kernbohrungen abgeteuft. Natürliche Aufschlüsse sind nicht vorhanden. Eine Zusammenstellung der bauwerksrelevanten Kernbohrungen wird in der nachfolgenden Tabelle gegeben. Die zu Abschnitt 1 (Station 0+000 - 1+090) gerechnete Bohrung BK 7 wird für die· Baugrundbeurteilung mit einbezogen, da sie im Grenzbereich der beiden Abschnitte abgeteuft wurde. Die Koordinaten ·der Ansatzpunkte wurden aus den vom ASV übergebenen Planunterlagen entnommen, bzw. durch den Vermesser des ASV Schotten zur Verfügung gestellt.

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g Bezeichnung

Rechtswert

Hochwert

Aufschluss

Ansatzhöhe

Endteufe

Endtiefe

(m NNl

[m1

[m NN]

4 ,0 8,0 10,0 16,0 5,8 8,0 10,0 10,0 8,0 8,0 8,0 8,0

307,98 303, 12 308,12 307,65 306,43 298,04 299,30 297,66 295,47 291,54 295,71 293,18

BK 7 (Abschn. 1) 311,98 3527 095,72 5613 023,56 BK8 3527 273,25 5612 935,07 311,12 5612 739,96 318,12 BK 161/1 3527 301 ,70 BK 161/2 3527 251,61 5612831,10 323,65 5612 787,97 312,23 BK 162/1 3527 425,86 306,04 BK 162/2 3527 502,59 5612 990,05 5612 876,56 309,30 BW3/1 3527 391,33 307,66 BW3/2 3527 404,51 5612 923,51 5512 873·,88 BK9a 3527 536,45 303,47 5612 842,44 299,54 BW4/1 3527621,13 303,71 BK 11 3527 814,42 5612 791,03 BK12 3527 930,37 5612760,18 301, 18 Tab. A2.2: Zusammenstellung der durchgeführten Kernbohrungen

Die detaillierten Schichtenverzeichnisse sind den Anlage 4 zu entnehmen, die Fotodokumentation der Bohrkerne ist in Anlage 8 wiedergegeben. Labor- und Feldversuche Aus allen Bohrungen wurden in den für diesen Abschnitt relevanten Baugrundeinheiten Sonderproben zur Untersuchung der boden- und felsmechanischen Eigenschaften entnommen. Folgende Untersuchungen wurden durchgeführt: • • • • • • • • • •

59 Wassergehaltsbestimmungen DIN 18 121 6 Kornverteilungen DIN 18 123 9 Zustandsgrenzen DIN 18 122 10 Dichtebestimmungen DIN 18 125 6 Bestimmungen der Wasseraufnahmefähigkeit DIN 18 132 3 Scherversuche an ungestörten Proben DIN 18 137 1 Quellversuche nach HUDER/AMBERG 1 Drucksetzungsversuch nach SCHULTZE/MUHS 1 Einaxialer Druckversuch an Felsproben nach DIN EN 1926 2 chemisch-analytische Untersuchung nach LAGA-Boden

Im Rahmen der Bohrarbeiten wurden weiterhin zur Untersuchung der Baugrundsteifigkeiten bzw. Baugrundfestigkeiten Feldversuche im Bohrloch vorgenommen ; es handelte sich hierbei um insgesamt • 6 Standard-Penetration-Tests nach DIN 4014

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g Die Versuchsergebnisse werden in Anlage 5 zusammengefasst, die Ergebnisse der SPT-Versuche in den Schichtenverzeichnissen der Anlage 8.

Geologische I Hydrogeologische Verhältnisse Die Untergrundverhältnisse sind im ingenieurgeologischen Längsschnitt M 1:2.000/100 (Anlage 3.1.1 und 3.1.2) dargestellt, sie lassen sich wie folgt skizzieren: Zuoberst stehen quartäre Deckschichten an, diese werden von Basalten und Tuffen der vulkanischen Abfolge des Vogelsberges unterlagert. Für diesen Bereich wurde die Bohrung BK 161/2 zu einer GW-Messstelle ausgebaut. Darüber hinaus liegen nur wenige Angaben zum maßgebenden Grundwasserspiegel im Zuge der Bohrarbeiten vor. Unter Berücksichtigung der Beobachtung aus den anschließenden Abschnitten 1 und 3 wird ein im Verlauf der Trasse leicht abfallender GW-Spiegel angenommen. Nachfolgend sind die in den Bohrungen angetroffenen Grundwasserstände sowie der in der verpegelten Bohrungen BK 161/2 letztmalig am 15.11.2006 gemessene Wasserstand aufgeführt. Mit einem gewissen Sicherheitszuschlag werden in der letzten Spalte die empfohlenen Bemessungswasserstände aufgeführt. Es wird für die weitl~rgehende Planung empfohlen, in regelmäßigen Abständen Pegelmessungen durchzuführen, um jahreszeitliche Schwankungen des Grundwasser realistisch abschätzen zu können. Bohrung

BK7 BK8 BK 161/1 BK 161/2 (2"} BK 162/1 BK 162/2 BW3/1 BW3/2 BK9a BW4/1 BK 11 BK12

Grundwasserstand Erkundung (m u. GOK)

k. A. k. A. k. A. trocken k. A. k. A. k. A. k. A. k. A. 6,40 ~ 4,60 *) k. A. 0,90 (Spülung?}

Empfohlener Bemessungswasserstand (m u. GOK)

0,50 3,50 -/-/ -/5,00 5,50 4,00 2,50 2,00 2,50 0,50

*) GW angebohrt, Anstieg auf Ruhewasserstand (ggf. durch Spülung verfälscht)

Tab. A2.3 GW-Stände im Trassenabschnitt 2 In den Einschnitten muss in den zersetzten oder wenig bis stark verwitterten, teilweise stark geklüfteten Basalten mit dem Zutritt von Oberflächenwasser gerechnet werden . Dies ist bei der weiteren

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gm Planung sowohl für die Bauzeit als auch bei der Ausgestaltung der Einschnittböschungen zu berücksichtigen . Bezogen auf die Einschnitte ergeben sich die nachfolgenden Abstände Gradiente - Bemessungswasserstand: Einschnitt Nr.

2.1 2.2

Station bezogen

Abstand Gradiente - OK Bemessungs- GW-Messstelle

auf Achse 1

wasserstand [m]

1+090 - 1+590 1+700 - 2+070

-1 ,50 - +0,50 *) -1 ,50 -0+2,50

-/-/-

*) + Wasserstand oberhalb Gradiente

Tab. A2.4 Abstand Bemessungswasserstand - Gradiente in den Einschnitten

Baugrundverhältnisse Die in den Vorbemerkungen zu Kapitel 3 beschriebenen Baugrundverhältnisse im Bereich der untersuchten Trasse können für diesen Abschnitt ohne Einschränkung übernommen werden. Die Baugrundverhältnisse stellen sich wie folgt dar.

Unter ca. 0, 1 - 0,3 m humosem Oberboden folgen die bis zu 2,8 m mächtigen umgelagerten quartären Deckschichten des Homogenbereichs L. In diesem Abschnitt handelt es sich um leicht- bis mittelplastische Schluffe und Tone von überwiegend steifplastischer bis halbfester Konsistenz. Im Bereich der Bauwerksbohrungen wurden vernässte Bereiche von weicher Konsistenz vorgefunden. Darunter stehen teilweise unter Basaltzersatz (Homogenbereich 1) Tuffe und Tone des Homogenbereichs 0 oder stark geklüftete Basalte (Homgenbereich 3) an, teilweise werden die Decklehme unmittelbar von stark bis kaum verwitterten Basalten (Homogenbereich 3) unterlagert. In allen Bohrungen wurden pyroklastische Gesteine des Homogenbereichs 0 erbohrt. Auffällig ist eine teilweise intensive Rotfärbung in einigen Bohrungen.

Einschnitt 2. 1 Station 1+090 - 1+590 Nach den vorliegenden Bohrergebissen stehen in diesem Einschnitt oberflächlich leicht bis mittelplastischen Böden von überwiegend steifer bis halbfester Konsistenz (TL, TM) mit wechselnden Sand- und Kiesanteilen an. Bereichsweise wurde auch breiiges bis weiches Material angetroffen, insbesondere im Bereich der Bauwerksbohrung BW 3/2. Die Mächtigkeit der Decklehme beträgt zwischen 1,0 m und 2,8 m. Die Decklehme werden von 0,5 bis 3,0 m mächtigem Basaltzersatz des Homogenbereichs 1 unterlagert. Das Material liegt als mitteldicht bis teilweise dicht gelagerter gemischtkörniger Boden vor. Teilweise zeigen sich Übergänge zu stark verwittertem Basalt des Homogenbereichs 2. In Bohrung BK 9a wurde in einer Teufe von 3,0 m bis 5,9 m harter bis sehr harter, angewitterter stark geklüfteter Basalt erbohrt, darunter folgt der teilweise vollständig zu Ton zersetzte Tuff des Homogenbereichs 0. . Teilweise bis vollständig zersetzte Tuffe wurden in den Bohrungen BK 8, BW 3/1 und BW 3/2 im Liegenden des zersetzten Basalts erbohrt. Bodenmechanisch gesehen handelt es sich um ausge-

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lngenieurgeologisches Gutachten

g prägt plastische Schluffe (UA), die in steifer bis halbfester, teilweise aber auch weicher Konsistenz vorliegen. Die Gradiente der geplanten Trasse wird diese Tuffe mit geringmächtiger Überdeckung überfahren, im Bereich der Bauwerksbohrungen BW 3/1 und BW 3/2 wird das Material am Böschungsfuß angeschnitten. Damm 2.1 Station 1+590 - 1+700 Im Bereich dieses Dammes stehen unter 3,0 m mächtigen steifen bis teilweise weichen Decklehmen weiche zersetzte Tuffe des Homogenbereichs 0 bis in eine Tiefe von mindestens 8,0 m an (Endteufe BW 8/2). Einschnitt 2. 2 Station 1+700 - 2+070 Im Einschnitt 2.2 wurde unter einer geringmächtigen Decklehmschicht (leicht bis mittelplastische Schluffe mit wechselnden Sand- und Kiesanteilen, steif bis halbfest) stark bis wenig verwitterter, teilweise stark geklüfteter Basalt erbohrt. In Bohrung BK 11 wurde darüber hinaus eine geringmächtige Lage zersetzter Basalt nachgewiesen.

Der Basalt wird unterlagert von ca. 4,0 m mächtigen Tuffen bzw. zersetzten Tuffen des Homogenbereichs 0. Das Material liegt teilweise als ausgeprägt plastischer Schluff von halbfester, zum Teil aber auch weicher Konsistenz vor, teilweise sind die primären Gesteinsstrukturen noch zu erkennen. Der Tuff ist als Asche- bis Lapilli-Tuff einzustufen.

Laborversuche Im Rahmen des Erkundungsprogramms wurden zur Bestimmung der bodenmechanischen Parameter Labor- und Feldversuche durchgeführt, die nachfolgend zusammenfassend wiedergegeben werden. Natürlicher Wassergehalt nach DIN 18 121 Die natürlichen Wassergehalte nach DIN 18 121 werden hier nur in ihrem registrierten Schwankungsbereich für die in den Erdbauwerken relevanten Homogenbereichen dargestellt, die einzelnen Versuchsprotokolle aller Versuche sind Anlage 5 ersichtlich zu entnehmen. Homogenbereich

Wn m1n.

L

22,7% 41320

0

2

BK 162/2

-

25,8% BK 162/1

41592

40,3% BK 161/1

38,4% BK 162/1

5,3% 41594

41420

65,3%

5,0% 41422

Wn mittel

31 ,0% BK9a

10,2% 41598

1

Wn max.

41492

19,3% BK8

12,2% BK 162/2

41590

7,6% BK 161/1

3 Tab. A2.5 Natürliche Wassergehalte der anstehenden Bodenarten

-

Seite 37

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 An den nachfolgenden Proben wurden die Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 bestimmt: Bohrung Nr.

Labor Nr.

Entnahmetiefe

Homogen-

[m u. GOK]

bereich

Plastizi-

Konsis-

Boden-

tätszahl lp

tenzzahl lc

art

16,7

2,108

UA

33,8

14,8

0,959

UM

Wassergehalt

[%] 33,0

BK 162/2 41599

6,9-7,0

O' O'

BW3/2

41479

2,0 -2,3

L

26,0

12,8

0,352

TL

BW 3/2

41472

4,9-5,0

O'

46,1

27,8

1,345

UA

BK 9a

41322

7,2-7,3

0

51,4

17,6

0,665

UA

BW 4/1

40848

2,9 -3,0

L

25,6

11 ,5

0,843

TM

BW4/1

40851

5,9-6,0

57,6

24,9

40877

3,9-4,0

35,2

36,1

0,622 1,194

UA

BK 11

O' O'

BK 11

40878

4,9 - 5,0

0

57,2

37,1

0,671

UA

BK8

41489

5,35-5,45

UA

Tab. A2 .6 Zustandsgrenzen nach DIN 18 122

Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 An den nachfolgenden Proben wurde eine Korngrößenanalyse nach DIN 18 123 mittels Sieb-/ Schlämmanalyse vorgenommen. Hierbei sind die Massenprozente der jeweiligen Kornfraktion (Ton, Schluff, Sand, Kies) , sowie die sich hieraus ergebende Bodenart dargestellt: Bohrung

Labor

Nr.

Nr.

Entnahmetiefe [m u. GOK]

Homogenbereich

T [%]

. u

s

G [%]

[%]

[%]

Bodenart

41487

3,9-4,0

1

4

19

31

46

GU*

BK 16111 41589

1,9-2,0

0

23

40

21

16

UL-UA

BW3/2

41479

2,0 -2,3

L

10

60

30

0

TL-TM

BK 9a

41320

1,9-2,0

20

68

6

6

TL-TM

BW4/1

40851

5,9 -6,0

L O'

20

69

11

0

UA

K 11

40878

4,9-5,0

O'

17

73

10

0

UA

BK8

Tab. A2.7 Kornverteilung nach DIN 18 123

Bestimmung der Dichte nach DIN 18 125 An 10 ungestörten Proben sowie 1 Kernprobe aus diesem Abschnitt wurden Dichtebestimmungen nach DIN 18 125 durchgeführt:

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Bohrung

Labor

Homogen-

Dichte

Dichte

Poren-

Poren-

Nr.

Entnahmetiefe [m u. GOK]

Nr.

bereich

feucht

trocken

anteil

zahl

BK8

41492

1,7-2,0

1

1,82

1,32

50,3

1,012

BK8

41493

5,8-6,1

0

1,57

1,05

60,5

1,533

-

BK 161/1 41592

1,5-1 ,8

0

1,55

0,94

64,5

1,817

-

BK 161/1 41922

5,0-5,4

2'-3

2,21

-

-

-

BW 3/1

41317

1,6-1 ,9

L'

2,00

1,63

38,6

0,629

-

BW 3/1

41318

6,4-6,6

0

1,77

1,21

54,2

1,185

-

BW3/2

41479

2,0-2,3

1,87

1,48

44,1

0,789

TL-TM

BW3/2

41480

5,5-5,8

L 0

1,58

1,04

60,7

1,544

-

BW4/1

40850

4,9- 5,0

O'

1,88

1,36

48,7

0,948

-

BK 11

40883

3,1 - 3,4

1,73

1,17

55,7

1,258

-

BK12

40903

7,1 - 7,4

o· o·

1,90

1,42

46,4

0,867

-

Bodenart

Tabelle A2.8 Dichte nach DIN 18 125

Wasseraufnahmevermögen nach DIN 18 132 An zwei Proben aus dem Homogenbereichen 0 bzw. O' wurde die Wasseraufnahmefähigkeit nach DIN 18 132 bestimmt: Bohrung

Entnahmetiefe [m u. GOK]

Homogen-

Nr.

Labor Nr.

BK8

41489

BK8

bereich

Wassergehalt [%]

Wasseraufnahmevermögen [%]

Bodenart

5,35-5,45

O'

33,0

106

UA

41493

5,8-6,1

0

50,5

118

-

BW3/1

41311

409-5,0

47,1

126

-

BW 3/2

41472

4,9-5,0

O' O'

46,1

168

UA

BW3/2

41473

5,9-6,0

0

55,5

123

-

BK 11

40878

4,9-5,0

o·

57,2

152

UA

Tab. A2.9 Wasseraufnahmefähigkeit nach DIN 18 132

Bestimmung der Scherfestigkeit nach DIN 18 137 Sowohl an Proben des Homogenbereichs 1 als auch an Proben der Homogenbereiche 0 bzw. O' wurden Versuche zur Bestimmung der Scherfestigkeit nach DIN 18 138 durchgeführt. Bohrung

Homogen-

Wasser-

Reibungs-

Nr.

Labor Nr. Entnahmetiefe [m u. GOK]

bereich

gehalt [%1

Winkel

BW 3/1

41317

1,6-1 ,9

L

23,1

28,6

26,5

BW 3/2

41480

5,5 -5,8

0

51 ,9

20,4

286

BK 11

40883

3,1 - 3,4

O'

47,8

22,2

43,0

Tab. A2.10 Scherfestigkeit nach DIN 18137

Q)

rJ

Kohäsion [kN/m 21

Seite 39

e-7223 0rtsumfahrung Lauterbach

lngenieurgeologisches Gutachten

g Quellversuch nach HUDER/AMBERG A ufgrund der teilweise sehr hohen Wassergehalte sowie der hohen bis sehr hohen Wasseraufnahmefähigkeit einzelner Proben aus dem Homogenbereich 0 wurden von einigen dieser Proben Quellversuche nach dem Verfahren von HUDERIAMBERG durchgeführt. Dabei wird das Probenmaterial mit dem natürlichen Wassergehalt eingebaut und entsprechend der Vorbelastung schnell konsolidiert, anschließend wieder entlastet und erneut bis zur Vorbelastung belastet. Nach Abklingen der Setzung wird die Probe unter Wasser gesetzt und bis zum Ausklingen des Quellens in dieser Laststufe belassen. Anschließend wird die Probe stufenweise bis zur versuchstechnisch erforderlichen Anfangsspannung (25 kN/m 2 ) jeweils bis zum Abklingen des Quellens entlastet. In der nachfolgenden Tabelle werden die Quellverformung bei der höchsten Laststufe sowie bei weitgehender Entlastung aufgelistet. Für eine bessere Einschätzung sind hier die Ergebnisse der Versuche aus den Abschnitten 3 und 4 (Bohrungen BK 18a, BK 264/1 und BK 21) mit aufgeführt. In einem ersten Schritt waren zwei dieser Proben (BW 8/1 und BK 21) mit einer deutlich höheren Spannung als der Vorbelastung beaufschlagt und zum Quellen gebracht worden. Anschließend wurden Bodenproben des Homogenbereichs 0 entsprechend ihrer Vorbelastung eingebaut. Bei der Bewertung der Versuchsergebnisse ist zu berücksichtigen, dass der Großteil der Bohrungen auch in diesen Tufflagen mit Wasserspülung erfolgte (Beobachtung vor Ort während der Bohrarbeiten, die Schichtenverzeichnisse liefern hier keine Angaben) . Dies kann bereits vor und während der Probenahme zu einem Quellen in unbekanntem Umfang geführt haben. Bohrung

Labor

Entnahme-

Homogen-

Nr.

Nr.

tiefe

bereich

Wasser-

Quellverformung/

Quellverformung/ vollst. Entlastung

geh alt

Vorbelastung

(%1

(% I kN/M 1

BK8

41489

5,35 - 5,45

O'

33,0

1,30/150

25 kN/m 21 2,50

BK 18a

40882

8,5- 8,6

O'

49,7

1, 101250

4,79

BK 26411 40822

3,8- 4,0

0

40,7

0,75 1 100

0,39

BW8/1

41070

2,0-2,3

46,8

0,61/400 *)

2,86

BK21

40933

3, 15- 3,45

O' O'

37,3

0, 77 / 400 *)

3,75

(m u. GOKJ

2

(% I

2

*) Proben wurden mit 400 kN/m vorbelastet

Tab. A2.11 Quellversuch nach HUDER/AMBERG (Proben aus Abschnitt 3 & 4 kursiv)

Drucksetzungsversuch nach SCHULTZE/MUHS An zwei Proben des Homogenbereichs 0 wurden drainierte Kompressionsversuche nach SCHULTZE/MUHS durchgeführt:

halt [%]

1. Bel. 50 - 100 Es [MN/m 2]

1. Bel. 100 - 200 Es [MN/m2]

1. Bel. 200-400 Es [MN/m2]

50-100 Es [MN/m2]

Bohrung

Labor

Entnahme-

Homo-

Was-

Nr.

Nr.

tiefe

genbe-

serge-

fm u. GOKl

reich

2. Bel.

BW 3/1

41318

6,40-6,60

0

46,3

9,1

14,7

19,0

33,3

BK 11

40878

4,90 -5,00

0

57,2

6,8

9,2

10,7

25,0

Tab. A2. 12 Drucksetzungsverhalten nach SCHULTZEIMUHS

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g Festigkeitsuntersuchungen an Felsproben Zur Ermittlung der Einaxialen Druckfestigkeit an Felsproben wurde im Bereich des geplanten Brückenbauwerkes 1 Kernprobe untersucht. Der Versuch wurde durch die Baustoffprüfstelle Schaaf aus 56414 Dreikirchen ausgeführt. Die detaillierten Versuchsergebnisse sind in Anlage 5, Ordner 3/3 ersichtlich. Der Einaxiale Druckversuch dient zur Ermittlung des Festigkeits- und Verformungsverhaltens von Gesteinen. Die Versuchsdurchführung erfolgte entsprechend den Empfehlungen der DGGT bzw. nach DIN EN 1926. Der Probendurchmesser betrug hierbei ca. 100 mm. In der nachstehenden Tabelle sind die Bruchfestigkeiten cru der beprobten Bohrkerne zusammengefasst. Aufgrund des Einflusses der Endflächenreibung werden für Probenkörper mit einem Verhältnis von Höhe/Durchmesser< 2 zu hohe Festigkeitswerte (crversuch) ermittelt. Aus diesem Grund werden die Versuchsergebnisse der betroffenen Proben entsprechend der TP BF-StB Teil C1 abgemindert. Die so errechneten Festigkeitsparameter werden als abgeminderte Einaxiale Druckfestigkeit cru bezeichnet. Bohrung Nr.

Labor Nr.

BK 161/1 41922 Tab. A2.13

Entnahmetiefe [m u.GOK]

Homogenbereich

Abmessung

Cfversuch [MN/m 2]

au

H/D

5,0- 5,4

2'-3

1,86

35,8

35,5

[MN/m21

Druckfestigkeit von Naturstein nach DIN EN 1926 (Ausgabe 05/99)

Zusammenstellung der bodenmechanischen Kennwerte Für die erdstatischen Berechnung können aus den ermittelten Werten in Verbindung mit ähnlich gelagerten Untersuchungsergebnissen die nachfolgend aufgelisteten Werte angesetzt werden .

Homogenbereich L Quartärer Decklehm Bodengruppe: TM, TL, UM, UL nach DIN 18196 Feuchtwichte 'Y 19- 20 [kN/m 3] Wichte unter Auftrieb y' =9 - 10 [kN/m3] Reibungswinkel cp 25,0-27,5° Kohäsion c 5 - 1O [kN/m 2J Steifemodul Es = 6,0 - 10,0 [MN/m 2] Es = 1,0 - 5,0 [MN/m 2 ] weiche - breiige Konsistenz

= = =

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Homogenbereich 0 Tuff und zu Ton zersetzter Tuff Bodengruppe: UA, UM, TA, TM, TL nach DIN 18196 Feuchtwichte y 15 - 20 [kN/m 3] Wichte unter Auftrieb y' = 5 - 10 [kN/m3] Reibungswinkel q> = 15,0 - 22,5° = 10,0 -40,0 [kN/m2] Kohäsion c Restscherfestigkeit q> = 8 - 12° Quelldehnung 0,4 - 4,8% Steifemodul Es = 5,0 - 10,0 [MN/m 2] steife Konsistenz Es = 1,0 - 3,0 [MN/m 2] nach Wasseraufnahme

=

Homogenbereich 1 zersetzter Basalt (weitgehend Lockergesteinscharakter) Bodengruppe: TL, TM, UA, UL, GU, GU*, SU* nach DIN 18196 Feuchtwichte y = 19 - 22 [kN/m3] y' = 9 - 12 [kN/m3] Wichte unter Auftrieb q> = 20,0 - 25,0° Reibungswinkel Kohäsion c = 10,0-20,0 [kN/m2] Es 20,0 -40,0 [MN/m2] mitteldichte Lagerung Steifemodul Es = 40,0 -60,0 [MN/m 2] dichte Lagerung Steifemodul

=

Homogenbereich 2 verwitterter bis stark verwitterter dichter Feuchtwichte y Wichte unter Auftrieb y' Reibungswinkel q> Kohäsion c Es Steifemodul Einaxiale Druckfestigkeit cru Homogenbereich 3 frischer bis angewitterter Basalt Feuchtwichte Wichte unter Auftrieb Reibungswinkel (Gebirge) Kohäsion (Gebirge) Steifemodul Einaxiale Druckfestigkeit

y y' q>G cG Es CJu

Basalt, blasig/schlackeartiger Basalt = 20 - 22 [~N/m3] = 10 - 12 [kN/m3] 30,0 - 32,5° 50,0 - 100,0 [kN/m2] = 100,0 - 200,0 [MN/m2] 10,0 - 30,0 [MN/m 2]

= = =

= 23 - 28 [kN/m3] = 13 - 18 [kN/m3] = 32,5 - 37,5°

=500,0 - 1500,0 [kN/m2] =500,0- 1000,0 [MN/m2] =30,0 - 200 [MN/m 2

)

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g Bautechnische Angaben Einschnitt 2. 1 Station 1+090 - 1+590

Der geplante Einschnitt schneidet mit der Gradiente in den Bohrungen BW 3/1 und BW 3/2 stark bis vollständig zersetzte Tuffe im Bereich der Gradiente an. Diese bodenmechanisch als ausgeprägt plastische Schluffe und Tone (UA) klassifizierten Böden sind im Allgemeinen sehr wasserund verwitterungsempfindlich. Aufgrund der in der Einleitung zu Kapitel 3 geschilderten Problematik hinsichtlich der Standsicherheit von Böschungen in diesem Material sind bei der Herstellung dieses Einschnittes besondere konstruktive Sicherungen vorzusehen, die die Ausbildung von Gleitflächen innerhalb des Homogenbereiches 0 verhindern. Da auch bei angenommenem tiefen Bemessungswasserstand sowohl während der Bauausführung als auch nach Fertigstellung der Straße mit Oberflächenwasserzutritten gerechnet werden muss, ist hier die Ausbildung von Böschungsinstabilitäten dauerhaft zu unterbinden. Ab ca. Station 1+270, Bohrung BK 8 werden die Tuffe bei der Herstellung des frostsicheren Straßenunterbaus angeschnitten. Diese Schicht wurde bei der Bohrung nicht durchteuft, die Mächtigkeit beträgt hier mindestens 3,5 m. Da im Gegensatz zu Einschnitt 1.1 (siehe Kapitel 3.1.1) das Vorkommen nicht lokal begrenzt zu sein scheint, halten wir hier einen kompletten Bodenaustausch in einer ausreichenden Mächtigkeit über die gesamte Länge des Einschnitts (ca. im Bereich Station 1+250 - Station 1+500) für nicht praktikabel. Um dem zu erwartenden Quelldruck entgegenzuwirken empfehlen wir einen Austausch der oberen ca. 1,5 m (vollständig zu Ton zersetzter Tuff, Homogenbereich O'). Aufgrund der in den einleitenden Bemerkungen geschilderten Problematik hinsichtlich der Standsicherheit von Böschungen in diesem Material sind darüber hinaus bei der Herstellung dieses Einschnittes besondere konstruktive Sicherungen im Hinblick auf die Einschnittböschung vorzusehen. Wir empfehlen als eine denkbare Sicherungsvariante, beim Auffahren des Einschnitts mit Erreichen der Tufflage das Material abschnittsweise in böschungsparallelen Schlitzen auszutauschen und etwa durch eine Betonknagge zu ersetzten. Hierdurch wird der oberflächenhafte Wasserzutritt in die Tufflagen minimiert und so ein Ausfließen nach Wasseraufnahme unterbunden. Durch eine solche Maßnahme wird ein Ausbrechen von den im Hangenden der Tufflage anstehenden basaltischen Festgesteine durch eine quasi „Fußstützung" vermieden. Diese Betonstützkeile sind ggf. zusätzlich durch kurze Felsnägel rückzuverhängen. Diese mögliche Sicherungsvariante ist im Rahmen der Ausführungsplanung weitergehend zu untersuchen; die Durchführbarkeit weiterer konstruktiver Stützelemente ist im Hinblich auf bautechnische Ausführbarkeit und wirtschaftliche Belange hin zu untersuchen.

Damm2.1 Station 1+590 - 1+700 Aufgrund der teilweise eingeschränkten Tragfähigkeit der quartären Deckschichten sind die oberflächlich angetroffenen weichen bis breiigen Böden im Bereich der Aufstandsfläche des Dammes ggf. auszubauen oder zu vergüten, um eine Mindesttragfähigkeit sicherzustellen. Die unterhalb der

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g quartären Deckschichten anstehenden zersetzten Tuffe wurden bis in eine Tiefe von 4,5 m in weicher Konsistenz angetroffen. Sie zeigen mäßige bis schlechte Trageigenschaften. Einschnitt 2.2 Station 1+700 - 2+070 Der geplante Einschnitt schneidet mit der Gradiente in der Bohrung BK 11 stark bis vollständig zersetzte Tuffe im Bereich des Böschungsfußes an. Die Mächtigkeit der Tuffe beträgt ca . 4,0 m. Trotz des lokal begrenzten Vorkommens halten wir hier einen kompletten Bodenaustausch für nicht praktikabel. Um dem zu erwartenden Quelldruck entgegenzuwirken empfehlen wir nach momentaner Abschätzung einen Austausch der oberen ca. 1,0 - 1,5 m (vollständig zu Ton zersetzter Tuff, Homogenbereich O'). Da übe~ eine Länge von ca. 60 m Tuffe am Böschungsfuß im Übergang zur Einschnittsflanke ausstreichen, sind hier analog die für Einschnitt 2.1 beschriebenen konstruktiven Sicherungsmaßnahmen zu planen.

Umwelttechnische Untersuchung

Für eine Beurteilung der im Zuge der Auskofferung der Einschnitte anfallenden Massen hinsichtlich ihrer Weiterverwendung wurde aus dem Homogenbereich L (Einschnitt 2. 1) eine Mischprobe zusammengestellt und einer chemisch-analytischen Untersuchung nach LAGA-Boden unterzogen. Das Material der Bodenmischprobe gbm42286 (Schluff) übersteigt für die Parameter Chrom. ges. im Feststoff mit 64 mg/kg und Nickel im Feststoff mit 58 mg/kg geogen bedingt den ZOZuordnungswert der LAGA- Boden. Das Material der Bodenmischprobe gbm42286 kann unter dem Abfallschlüssel 17 05 04 „Boden und Steine mit Ausnahme derjenigen, die unter 17 05 03 fallen" als Z1 .1-Material im eingeschränkten offenen Einbau wiederverwertet werden.

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g 3.1.3

Abschnitt 3: Station 2+070 bis 3+390 Achse 1 Bauwerk 5 Bauwerk 6 Bauwerk 7 Bauwerk 8

Station 2+070 bis 3+390 Durchlass Bach Maar Überführung eines Wirtschaftsweges Überführung eines Wirtschaftsweges Überführung der Achse 264 (L 3140 Lauterbach - Schlitz) über die B 254n

Der Untersuchungsabschnitt schließt direkt an den Abschnitt 2 an. Über die Achse 264 erfolgt der Anschluss an die L 3140 Lauterbach - Schlitz. In diesem Abschnitt wird das Gelände auf einem kurzen niedrigen Damm überquert sowie in zwei Einschnitten durchfahren: Erdbauwerk

Station von

Damm 3.1 Einschnitt 3.1 Einschnitt 3.2 Tab. A3.1 Erdbauwerke

2+070 2+130 2+930 in Abschnitt 3

Station bis

max. Höhe I Tiefe [ca. m]

2+130 2+930 3+390

1,4 13,0 10,0

Die Achse 264 (Anschluss an die L 31.40 Lauterbach - Schlitz) sowie die Bauwerke 5 (Durchlass), 6 (Überführung Wirtschaftsweg), 7 (Überführung Wirtschaftsweg) und 8 (Überführung der L 3140) werden gesondert betrachtet (siehe Kapitel 3.1.14 sowie Kapitel 3.2.5 - 3.2.8), die Ergebnisse der Bauwerksbohrungen fließen in die nachfolgende Beurteilung ein.

Örtliche Gegebenheiten Die geplante Trasse umfährt Lauterbach im Nordosten, sie durchschneidet das Gelände in zwei bis zu 13 m tiefen Einschnitten. Bei Station 3+100 zweigt die Achse 264 ab, diese bindet die L 3140 an die neue Trasse an. Bei Station 2+092 wird der Bach Maar gekreuzt, bei den Stationierungen 2+230 bzw. 2+800 werden zwei Wirtschaftswege über die neue Trasse geführt. Etwa bei Station 3+210 überquert die L 3140 die Trasse. Das Gelände wird durch zwei sich von NE nach SW abflachende Geländerücken geprägt.

Aufschlüsse Im Rahmen der Erkundungsarbeiten im Sommer 2006 wurden im Abschnitt 3 einschließlich der Bauwerke und abzweigenden Achse 264 insgesamt 15 Kernbohrungen abgeteuft. Natürliche Aufschlüsse sind nicht vorhanden. Eine Zusammenstellung der bauwerksrelevanten Kernbohrungen wird in der nachfolgenden Tab. A3.2 gegeben. Die Koordinaten der Ansatzpunkte wurden aus den vom ASV übergebenen Planunterlagen entnommen, bzw. durch den Vermesser des ASV Schotten zur Verfügung gestellt.

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g Bezeichnung

Rechtswert

Hochwert

Ansatzhöhe

Endteufe

(m NN1

(m]

(m NN]

3528 055,43 3528 155,99 3528 200,94 3528 323,54 3528 415,49 3528 510,19 3528 703,42 3528 743,27 3528 819,38 3528 932,90 3529 028,64 3529 083,42 3529105,25 3529152,55 3529 227,32

5612 737,83 5612 753,23 5612688,11 5612 661 ,52 5612631 ,10 5612 605,85 5612 554,31 5612 565,70 5612 523,38 5612 493,43 5612 456,38 5612 581 ,17 5612 384,17 5612 428,61 5612 361 ,87

296,23 301 ,76 303,60 309,27 305,03 302,82 301,65 301,72 301 ,98 307,47 309,84 k. A.*) 308,17 308,05 306,42

4 ,0 8,0 10,0 16,0 5,0 8,0 10,0 10,0 8,0 8,0 8,0 80 12,0 12,0 7,0

292,23 293,76 293,60 283,27 300,03 294,82 291 ,65 291 ,72 293,98 299,47 301 ,84

Aufschluss

BW5/1 BW6/1 BK 13 BK.14 BK14a BK15 BK 16 BW7/1 BK 17 BK 18 BK 18a BK 264/1 BW8/1 BW8/2 BK20

Endtiefe

296, 17 296,05 299,42

„) aktuelle Höhe nicht eingemessen

Tab. A3.2: Zusammenstellung der durchgeführten Kernbohrungen Die detaillierten Schichtenverzeichnisse sind der Anlage 4 zu entnehmen, die Fotodokumentation der Bohrkerne ist in Anlage 8 wiedergegeben.

Labor- und Feldversuche Aus allen Bohrungen wurden in den für diesen Abschnitt relevanten Baugrundeinheiten Sonderproben zur Untersuchung der boden- und felsmechanischen Eigenschaften entnommen. Felgende Untersuchungen wurden durchgeführt: 72 Wassergehaltsbestimmungen DIN 18 121 • • 12 Kornverteilungen DIN 18 123 12 Zustandsgrenzen DIN 18 122 • • 6 Dichtebestimmungen DIN 18 125 10 Bestimmungen der Wasseraufnahmefähigkeit DIN 18 132 • • 3 Scherversuche an ungestörten Proben DIN 18 137 • 3 Scherversuche an gestörten Proben bei WL DIN 18 137 • 3 Quellversuche nach HUDER I AMBERG • 1 Drucksetzungsversuch nach SCHULTZEIMUHS • 4 Einaxiale Druckversuche an Felsproben nach DIN EN 1926 (1 Probe war nicht prüfbar) • 2 chemisch-analytische Untersuchungen nach LAGA-Boden Im Rahmen der Bohrarbeiten wurden weiterhin zur Untersuchung der Baugrundsteifigkeiten bzw. Baugrundfestigkeiten Feldversuche im Bohrloch vorgenommen ; es handelte sich hierbei um insgesamt

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g • 6 Standard-Penetration-Tests nach DIN 4014 Die Versuchsergebnisse werden in Anlage 5 zusammengefasst, die Ergebnisse der SPT-Versuche in den Schichtenverzeichnissen der Anlage 8.

Geologische I Hydrogeologische Verhältnisse Die Untergrundverhältnisse sind im ingenieurgeologischen Längsschnitt M 1:2.000/100 (Anlage 3.1.2) dargestellt, sie lassen sich wie folgt skizzieren:

Zuoberst stehen quartäre Deckschichten an, diese werden von Basalten und Tuffen der vulkanischen Abfolge des Vogelsberges unterlagert. In diesem Abschnitt wurden zwei Bohrungen (BK 14 und BK 18a) zu GW-Messstellen ausgebaut. Die durchgeführten GW-Messungen sowie die Beobachtungen im Zuge der Bohrarbeiten lassen eine zu den Geländetiefpunkten bei BW 5/1 bzw. BK 17 (Vorfluter) leicht abfallenden GW-Spiegel erwarten. Bei Bohrung BW 5/1 ist der Boden ab einer Tiefe von 2,4 m vernässt. Nachfolgend sind die in den Bohrungen angetroffenen Grundwasserstände sowie der in der verpegelten Bohrung BK 14 letztmalig am 15.11 .2006 gemessene Wasserstand aufgeführt. Mit einem gewissen Sicherheitszuschlag werden in der letzten Spalte die empfohlenen Bemessungswasserstände aufgeführt. Es wird für die weitergehende Planung empfohlen, in regelmäßigen Abständen Pegelmessungen durchzuführen, um jahreszeitliche Schwankungen des Grundwasser realistisch abschätzen zu können. Bohrung Nr.

BW5/1 BW6/1 BK13 BK 14 (2") BK 14a BK15 BK16 BW7/1 BK17 BK18 BK 18a BK264/1 BW 8/1 BW8/2

Grundwasserstand Erkundung

Empfohlener Bemessungswasserstand

(m u. GOK)

(m u. GOK)

2,40 (Spülung?) 1,80 1,95 (Spüluno?) 8,79 1,75 (Spülung?) k. A. 3,00 (Spülung?) 4,00 k. A. 8,60 12,76 6 1o (Spüluno ?) 3,20 (Spüluno ?) 8,00 (Spüluno ?)

0,50 1,00 1,00 5,50 1,50 1,00 1,00 1,20 2,50 7,50 10,00 7,50 7,00 7,00

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lngenieurgeologisches Gutachten

gm Bohrung Nr.

BK20 Tab. A3.3

Grundwasserstand Erkundung (m u. GOK)

Empfohlener Bemessungswasserstand {m u. GOK)

4,60 (Soülung ?) GW-Stände im Trassenabschnitt 3

3,50

Bezogen auf die Einschnitte ergeben sich die nachfolgenden Abstände Gradiente - Bemessungswasserstand:

Einschnitt- Station bezogen Abstand Gradiente - OK Bemessungs- GW-Messauf Achse 1 wasserstand [m] stelle Nr. 3.1 3.2

2+130- 2+940 2+940 - 3+390

±0,00 - +8,50 *) -1, 50 - +1,00

BK14 BK 18a

*) +Wasserstand oberhalb Gradiente

Tab. A3.4

Abstand Bemessungswasserstand - Gradiente in den Einschnitten

Ba ug ru ndverhältn isse Unter ca. 0,1 - 0,3 m humosem Oberboden folgt eine bis zu 2,0 m mächtige Decke aus dunkel- bis mittelbraunen, selten grüngrauen Schluffen und Tonen mit wechselnden Sand- und Kiesanteilen. Bodenmechanisch werden sie als leichtplastische Schluffe (UL) und mittelplastische Tone (TM) eingestuft. Die Konsistenz liegt im steifen bis halbfesten Bereich, in Geländetiefpunkten teilweise auch im weichen Bereich. Die umgelagerten quartären Deckschichten werden zum Homogenbereich L zusammengefasst. Unterlagert werden die Deckschichten von vollständig verwitterten Basalten, stark bis wenig verwitterten Basalten sowie zwischengeschalteten Tuffen bzw. zersetzten Tuffen. Nachfolgend werden die Verhältnisse für die Erdbauwerke (siehe oben) getrennt betrachtet. Damm 3.1 Station 2+070- 2+130 Nach den vorliegenden Bohrergebnissen sind im Bereich des Dammes unter 1, 1 m mächtigen Decklehmen (Homogenbereich L) leicht bis mittelplastische Tone und Schluffe (TL-UM) von steifer bis teilweise weicher oder halbfester Konsistenz und wechselnden Anteilen Sand und Kies zu erwarten. Diese werden dem Homogenbereich 0 zugeordnet. Einschnitt 3. 1 Station 2+ 130 - 2+930 Unter den in diesem Bereich bis max. 3,0 m mächtigen Decklehmen folgen im nördlichen Teil bis etwa Station 2+360 unmittelbar stark verwitterte Basalte in einer Mächtigkeit bis zu 3,5 m (Homogenbereich 2, teilweise 2-3). Diese werden unterlagert von überwiegend stark geklüftetem Basalt des Homogenbereichs 3. Ab etwa Station 2-+'360 werden die Decklehme von stark bis vollständig zersetztem Basalt des Homogenbereichs 1 unterlagert. Hierbei handelt es sich überwiegend um leicht- bis mittelplastische Tone und Schluffe von steifer bis halbfester Konsistenz (TUUL-TM), teilweise auch um gemischtkörnige Böden der Bodengruppen SU und SU*. Die Grenzen zu den weniger stark verwitterten Ba-

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Seite 48

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g salten sind teilweise fließend. In der Bohrung BK 15 wurde im Bereich der geplanten Gradiente eine ca. 35 cm mächtige tuffitische Lage erbohrt. In der Bohrung BK 14 wurde in einer Teufe von 13,8 m stark zersetzter Tuff in Form eines ausgeprägt plastischen Schluffes (UA) von halbfester Konsistenz erbohrt. Dieses Material wurde bis zur Endteufe nicht durchbohrt, es ist zu erwarten, dass es im Zuge der Auskofferung für den Straßenunterbau angeschnitten wird. In der Bohrung BK 17 wurde unter der ca . 1,0 m mächtigen Decklehmauflage von 1,00 - 5,50 m u. GOK stark bis vollständig zersetzter Tuff angetroffen. Bodenmechanisch werden die bindigen Anteile als halbfester, ausgeprägt plastischer Schluff (UA) eingestuft. Das Material zeigt Übergänge zu einem vollständig zersetzten schlacke-/bimsartigen Basalt, bodenmechanisch wird es wegen des großen Anteils an noch verfestigtem Tuff dann als Kies-SchluffGemisch (GU*) ·eingestuft. Dieser Bereich wird jedoch insgesamt als Tuff in den Homogenbereich 0 gestellt. Es ist zu erwarten, dass der Tuff im Bereich zwischen den Bohrungen BW 7/1 und BK 17 bis zum Ende des Einschnitts ausstreicht (ca. Station 2+840 - Station 2+930). Unterlagert wird der Tuff von 5,50 - 8,00 m u. GOK von hartem bis sehr hartem, teilweise stark bis total zerbrochenem Basalt (Homogenbereich 3).

Einschnitt 3.2 Station 2+930- 3+390 Unter 0,8 m bis max. 1,6 m mächtigen Decklehmen steht in diesem Einschnitt Basalt mit einer zwischengeschalteten Tufflage von ca. 2,5 m - 3,4 m Mächtigkeit an. Bezogen auf die Gradiente streicht der Tuff bzw. der teilweise vollständig zu Ton zersetzte Tuff auf einer Länge von ca. 270 m im unteren Drittel der Einschnittböschung aus. Über- und unterlagert wird dieser Horizont von mäßig bis stark verwitterten Basalten der Homogenbereiche 2 und 3. Diese sind im liegenden der Tuffe teilweise blasig/schlackeartig ausgebildet. Der zersetzte Tuff ist bodenmechanisch als ausgeprägt plastischer Schluff und Ton von steifer bis halbfester, selten weicher Konsistenz anzusprechen. Der Tonanteil beträgt in diesem Material bis zu 73%, bei einem Montmorillonit-Gehalt von teilweise bis zu 90% (siehe hierzu auch Kapitel 3.1) Während in den Bohrungen BK 18 und BK 18a oberhalb der Tuffe mäßig bis stark geklüfteter Basalt des Homogenbereichs 3 erbohrt wurde, fehlt dieser in den Bohrungen BW 8/1 , BW 8/23 sowie BK 20. In Bohrung BW 8/2 wurde der Tuff unmittelbar unter den Decklehmen angetroffen, Basalt fehlt hier. Das Fehlen von Tuff oder zersetztem Tuff in den Bohrungen BW 8/2 und BK 20 ist möglicherweise durch eine Störung in diesem Bereich zu erklären.

Laborversuche

Im Rahmen des Erkundungsprogramms wurden zur Bestimmung der bodenmechanischen Parameter Labor- und Feldversuche durchgeführt, die nachfolgend zusammenfassend wiedergegeben werden.

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g NatürlicherWassergehalt nach DIN 18 121 Die natürlichen Wassergehalte nach DIN 18 121 werden hier nur in ihrem registrierten Schwankungsbereich für die in den Erdbauwerken relevanten Homogenbereichen dargestellt, die einzelnen Versuchsprotokolle aller Versuche sind Anlage 5 zu entnehmen. Homogenbereich

L

Wnmin.

8,5% 40915 BK14 16,7% 40897 BW5/1 5,7% 42470 BW6/1 3,4% 40774 BK 18a 1 Versuch

0 1 2 3

Wn max.

Wn mittel

37,1% 41022 BK17 59,0% 40776 BK 18a 33,5% 40937 BW8/2 21 ,2% 40998 BK15 1 Versuch

24,1% 40,5% 20,7% 12,3% 1,4% 40818 BK 18

Tab. A3.5 Natürliche Wassergehalte

Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 An den nachfolgenden Proben wurden die Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 bestimmt Bohrung

Labor Nr.

Nr.

BK14 BK 16 BW7/1 BK 17 BK18 BK 18 BK 18a BK 18a BK 264/1 BK 264/1 BW 8/1 BK20

40918 40949 40964 41029 40819 40820 40776 40777 40821 40822 41066 40923

Entnahmetiefe

Homogen-

[m u. GOK]

bereich

14,5-14,6 2,9-3,0 9,9-10,0 3,5 -3,6 4,9 -5,0 5,9 -6,0 7,9- 8,0 8,9-9,0 2,4-2,5 3,8-4,0 1,9-2,0 2,0-2, 1

O'

Tab. A3.6 Zustandsgrenzen nach DIN 18 122

1

O' O' O' O' O' O' O' 0

O' 1

Wasser-

Konsistenzzahl

[%]

Plastizitätszahl lp

37,2 23,5 32,5 31 ,3 44,4 43,1 59,0 49,9 46,1 40,7 45,8 24,2

20,8 8,5 24,5 28,7 21 ,4 54,0 44,4 64,8 45,0 15,9 63,6 20,8

14,08 1, 153 1,304 1,530 0,939 0,798 0,784 0,853 0,916 3,415 0,726 1,043

gehalt

Boden-

art

lc

UA UL UA UA UA TA UA TA UA UA TA TM

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g Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 An den nachfolgenden Proben wurde eine Korngrößenanalyse nach DIN 18 123 mittels Sieb-/ Schlämmanalyse vorgenommen. Hierbei sind die Massenprozente der jeweiligen Kornfraktion (Ton, Schluff, Sand, Kies), sowie die sich hieraus ergebende Bodenart dargestellt: Bohrung

Labor Nr.

Entnahmetiefe [m u. GOK]

Homogen-

T

u

s

G

bereich

[%]

[%]

[%]

[%]

40898 42481 40916 40918 41029 40820 40776 40882 40777 40821 40843 40931

3,5 -3,6 2,9-3,0 1,9 - 2,0 14,5-14,6 3,5-3,6 5,9-6,0 7,9 -8,0 8,5 -8,6 8,9 - 9,0 2,4 - 2,5 3,4- 3,5 1,7-2

O'

13 1 0 31 3 40 38 41 73 36 20 26

42 3 48 53 39 47 60 58 25 58 77 58

28 90 52 2 11 3 2 1 2 6 2 14

1 6 0 0 40 0 0 0 0 0 0 2

Nr.

BW5/1 BK13 BK14 BK14 BK17 BK18 BK 18a BK 18a BK 18a BK 264/1 BK 264/1 BK20

2 1

O' O' O' O' O' O' 0

O' 1

Bodenart

UL-UM

su UL-UM UA GU* TA UA TA TA UA TM TL-TM

Tab. A3.7 Kornverteilung nach DIN 18 123

Bestimmung der Dichte nach DIN 18 125 An 6 ungestörten Proben sowie an 4 Kernproben aus diesem Abschnitt wurden Dichtebestimmungen nach DIN 18 125 durchgeführt: Bohrung Nr.

Labor Nr.

Entnahmetiefe [m u. GOKl

Homogenbereich

Dichte

Dichte

Porenzahl

Boden-

trocken

Porenanteil

feucht

BK 14a

41923

6,5- 7,0

3

2,80

-

-

-

-

BK16

40954

1,7-2,0

1

2,25

1,81

31 ,6

0,463

-

BW7/1

40965

9,1 -9,3

O'

1,80

1,36

48,7

0,948

-

BK18

41925

9,4-9,8

3

2,31

-

BK 18a

41926

6,0-6,25

3

2,75

-

-

-

-

BK 264/1

40822

3,8-4,0

0

2,19

1,55

41,4

0,706

UA

BW8/1

41070

2,0-2,3

o·

1,72

1,17

55,8

1,262

BW8/1

41071

4,2 -4,5

1,84

1,42

46,3

0,862

BW8/2

41927

2,4-2,8

0 2'-3

-

1,89

-

-

-

-

BK20

40931

1,7-2,0

1

1,98

1,54

41 ,7

0,716

TM-TL

Tab. A3.8 Dichte nach DIN 18 125

art

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g Wasseraufnahmevermögen nach DIN 18 132 An 10 Proben aus den Homogenbereichen 0 bzw. O' wurde die Wasseraufnahmefähigkeit nach DIN 18 132 bestimmt: Bohrung Nr.

Labor Nr.

BK14

40918

BK15

Entnahme-

Homogenbereich

Wassergehalt [%]

Wasseraufnahmevermögen[%]

Bodenart

14,5-14,6

O'

37,2

130

UA

40996

3,4-3,5

0

49,6

85

-

BK15

41000

6,6-6,7

0

54,2

90

BK17

41024

2,9-3,0

22,0

84

BK18

40819

4,9-5,0

44,4

117

UA

BK 18a

40776

7,9-8,0

59,0

248

UA

BK 18a

40777

8,9-9,0

O' O' O' O'

-

49,9

225

TA

BK 264/1

40822

3,8-4,0

0

40,7

167

UA

BW8/1

41070

2,0-2,3

o·

46,7

126

BW 8/1

41068

3,9-4,0

0

33,7

81

-

tiefe (m u. GOK1

'

Tab A3.9 Wasseraufnahmevermögen nach DIN 18 132

Bestimmung der Scherfestigkeit nach DIN 18 137 An ungestörten Proben der Homogenbereiche 0 bzw. O' wurden Versuche zur Bestimmung der Scherfestigkeit nach DIN 18 138 durchgeführt. Dabei wurde an einer Probe aus dem Homogenbereich 0 ein Scherversuch im Bereich der Fließgrenze (aufbereitete gestörte Probe) durchgeführt. Dieser Versuch liefert Anhaltspunkte für das Verhalten der stark wasserempfindlichen verwitterten Tuffe nach Wasseraufnahme, was insbesondere in den aufzufahrenden Einschnitten von Bedeutung ist. Bohrung Nr.

Labor Nr.

Entnahmetiefe [m u. GOK]

Homogen-

Wasser-

BK16

gehalt [%]

Scherwinkel q>[°]

Kohäsion [kN/m 21

bereich

40954

1,7-2,0

1

24,2

21,3

22,5

BK 264/1

40822

3,8-4,0

0

40,7

27,9

48,4

BW 8/1

41070

2,0-2,3

O'

46,8

12,8

56,4

s cherversuche an der FI'1e ß>arenze BK 18a

40777

8,9-9,0

O'

WL = 105,2

17,4

18,3

BK 18a

40777

8,9 -9,0

O'

WL = 105,2

9,9

23,4

BK 264/1

40822

3,8-4,0

0

WL =66,0

27,3

22,7

Tab. A3.10 Scherfestigkeit nach DIN 18 137

Seite 52

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g Quellversuch nach HUDER/AMBERG Aufgrund der teilweise sehr hohen Wassergehalte sowie der hohen bis sehr hohen Wasseraufnahmefähigkeit einzelner Proben aus dem Homogenbereich 0 wurden von einigen dieser Proben Quellversuche nach dem Verfahren von HUDERIAMBERG durchgeführt. Eine Beschreibung der durchgeführten Versuche kann Kapitel 3.1.2 (Erdbauwerke Abschnitt 2) entnommen werden . Bohrung Nr.

Labor Nr.

Entnahmetiefe [m u. GOK]

Homogenbereich

Quellverformung/

Wassergehalt [%]

Quellverformung/ ·Vorbelastung [% I kN/M 1

vollst. Entlastung [% I 25 kN/m 21

33,0

1,301150

2,50

49,7

1,10 / 250

4,79

2

BKB

41489

5,35-5,45

BK 18a

40882

8,5-8,6

O' O'

BK 264/1

40822

3,8- 4,0

0

40,7

0,75 / 100

0,39

BW8/1

41070

2,0-2,3

46,8

0,61/400 *

2,86

BK21

40933

3, 15-3,45

O' O'

37,3

0, 77 / 400 *)

3,75

2

") Proben wurden mit 400 kN/m vorbelastet

Tab. A3.11 Quellversuch nach HUDERIAMBERG (Proben aus Abschnitt 2 & 4 kursiv)

Drucksetzungsversuch nach SCHULTZE/MUHS An einer Probe des Homogenbereichs 0 wurde ein drainierter Kompressionsversuch nach SCHULTzEIMUHS durchgeführt: Bohrung Labor Nr. Nr. BK 264/1 40822

Entnahmetiefe fm u. GOKl

Homogenbereich

Wassergehalt r /o]

3,8- 4,0

0

40,7

1. Bel. 1. Bel. 50- 100 100- 200 2 Es fMN/m 1 Es [MN/m 2] 4,7

3,8

1. Bel. 200-400 2 Es [MN/m ]

2. Bel. 50 - 100 Es [MN/m21

10, 1

13,5

Tab. A3.12 Drucksetzungsverhalten nach SCHULTZEIMUHS

Festigkeitsuntersuchungen an Felsproben Zur Erm ittlung der Einaxialen Druckfestigkeit an Felsproben wurden im Bereich des geplanten Brückenbauwerkes 4 Kernproben untersucht. Eine weitere Probe war nicht prüfbar. Die Versuche wurden durch die Baustoffprüfstelle Schaaf aus 56414 Dreikirchen ausgeführt. Die detaillierten Versuchsergebnisse sind in Anlage 5, Ordner 3/3 ersichtlich. · Der Einaxiale Druckversuch dient zur Ermittlung des Festigkeits- und Verformungsverhaltens von Gesteinen. Die Versuchsdurchführung erfolgte entsprechend den Empfehlungen der DGGT bzw. nach DIN EN 1926. Der Probendurchmesser betrug hierbei ca . 100 mm. In der nachstehenden Tabelle sind die Bruchfestigkeiten cru der beprobten Bohrkerne zusammengefasst. Aufgrund des Einflusses der Endflächenreibung werden für Probenkörper mit einem Ver-

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1ngenieurgeologisches Gutachten

hältnis von Höhe/Durchmesser< 2 zu hohe Festigkeitswerte (crversuch) ermittelt. Aus diesem Grund werden die Versuchsergebnisse der betroffenen Proben entsprechend der TP BF-StB Teil C1 abgemindert. Die so errechneten Festigkeitsparameter werden als abgeminderte Einaxiale Druckfestigkeit cru bezeichnet. Bohrung Nr.

Labor EntnahmeNr. tiefe [mu.GOK]

Homogenbereich

BK 14a

41923

6,5- 7,0

BW7/1

41924

6,4-6,65

BK18

41925

9,4- 9,8

3

BK 18a

41926

6,0-6,25

BW8/2

41927

2,4-2,8

Abmessung H/D

3

1,96

erversuch [MN/m2]

O'u

[MN/m 2]

118,6

118,3

1,94

13, 1

13, 1

3

1,48

212,5

203,6

2

1,77

18,5

18,2

n. p. *)

"*) nicht prüfbar

Tab. A3.13 Druckfestigkeit von Naturstein nach DIN EN 1926 (Ausgabe 05/99)

Zusammenstellung der bodenmechanischen Kennwerte Für die erdstatischen Berechnung können aus den ermittelten Werten in Verbindung mit ähnlich gelagerten Untersuchungsergebnissen die nachfolgend aufgelisteten Werte angesetzt werden , wobei für den jeweiligen Nachweis die ungünstigeren Werte maßgebend sind. Homogenbereich L Quartärer Decklehm Bodengruppe: TM, TL, UM, UL nach DIN 18196 3 Feuchtwichte y = 19 - 20 [kN/m ) Wichte unter Auftrieb y' = 9 - 10 [kN/m3] Reibungswinkel cp =25,0 - 27 ,5° Kohäsion c 5 - 10 [kN/m 2] Steifemodul Es = 6,0 -10,0 [MN/m 2 ] Es = 1,0 - 5,0 [MN/m 2] weiche - breiige Konsistenz

=

Homogenbereich 0 Tuff und zu Ton zersetzter Tuff Bodengruppe: UA, UM, TA, TM, TL nach DIN 18196 Feuchtwichte y 15 - 20 [kN/m3) Wichte unter Auftrieb y' = 5 - 1O [kN/m3] Reibungswinkel = 25,0- 27,5° Kohäsion c = 5 - 10 [kN/m 2) Steifemodul Es= 3,0 - 8,0 [MN/m 2] 2 Mantelreibung (Bruchwert) •mt = 0,02 - 0,04 [MN/m ] steifplastisch Homogenbereich 4 zersetzter Ton-Schluffstein (weitgehend Lockergesteinscharakter) Bodengruppe: TL, TM, TA, UM, GU, GU*, SU* nach DIN 18196 Feuchtwichte y = 20 - 21 [kN/m3] Wichte unter Auftrieb y' = 10 - 11 [kN/m 3]

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g Reibungswinkel Kohäsion Steifemodul Einaxiale Druckfestigkeit Mantelreibung (Bruchwert) Pfahlspitzendruck (Bruchwert)

= 30- 35° Reibungswinkel c = 0,0 - 2,0[kN/m2] Kohäsion Es = 25,0 - 40,0 [MN/m 2] mitteldichte Lagerung Steifemodul Es = 40,0 - 60,0 [MN/m 2] dichte Lagerung Mantelreibung (Bruchwert) 'tmf 0,08- 0,12 [MN/m 2]

=

=

Homogenbereich 8 verwitterter Sandstein Feuchtwichte Wichte unter Auftrieb

y = 21 - 23 [kN/m3] y' = 11 - 13 [kN/m3]

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g Reibungswinkel Kohäsion Steifemodul .

c = 10,0 - 30,0[kN/m2] Es = 50,0 - 100,0 [MN/m 2 ]

Homogenbereich 9 angewitterter Sandstein Feuchtwichte Wichte unter Auftrieb Reibungswinkel Kohäsion Steifemodul Einaxiale Druckfestigkeit Mantelreibung (Bruchwert) Pfahlspitzendruck (Bruchwert)

y = 22 - 25 [kN/m3] y' = 12 -15 [kN/m3] cp = 25,0 - 30,0° c = 80,0 - 400,0 [kN/m 2] Es = 100,0 - 300,0 [MN/m 2] cru = 5,0 - 30,0 [MN/m 2] 2 tm1 = 0,2 - 0,5 [MN/m ] 2 20,0·- 25,0° Kohäsion c 10,0 - 50,0 [kN/m 2 ] Steifemodul Es = 10,0 - 20,0 [MN/m 2] 2 Einaxiale Druckfestigkeit cru = 0, 10- 0,30 [MN/m ] 2 Mantelreibung (Bruchwert) •mt = 0,06 - 0,08 [MN/m ]

= = =

=

Homogenbereich 5 verwitterter - stark verwitterter Ton-Schluffstein 3 Feuchtwichte y = 20 - 22 [kN/m ] Wichte unter Auftrieb y' 1O- 12 [kN/m 3] Reibungswinkel q> = 20,0 - 25,0° Kohäsion c 30,Ö- 80,0 (kN/m2] Steifemodul Es= 30,0- 70,0 [MN/m 2 ] Einaxiale Druckfestigkeit u = 0,20 - 0,50 [MN/m 2 ] 2 Mantelreibung (Bruchwert) , 'tmt 0,06 - 0,08 [MN/m ]

= =

=

Homogenbereich 6 angewitterter -Ton-Schluffstein Feuchtwichte Wichte unter Auftrieb Reibungswinkel Kohäsion

y = 22 - 25 [kN/m3] y' = 12 - 15 [kN/m 3] q> = 25,0 - 30,0° c = 50,0 - 150,0 [kN/m 2]

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g Steifemodul Einaxiale Druckfestigkeit Mantelreibung (Bruchwert) Pfahlspitzendruck (Bruchwert)

Es = 50,0 - 200,0 [MN/m 2] 2 cru = 0,50 - 20,0 [MN/m ] 2 tmr = 0, 15 - 0,4 [MN/m ] 2 crs = 1,5 - 4,0 [MN/m ]

Bautechnische Angaben

Einschnitt 8.1 Station 7+840- 8+585 Dieser Einschnitt wird über die gesamte Länge in zersetzten Ton-/Schluffsteinen, teilweise in verwitterten bis stark verwitterten Ton-/Schluffsteinen aufgefahren. Standsicherheitsmindernd wirkt sich hier ggf. das Trennflächengefüge sowie die prinzipielle Verwitterungsanfälligkeit dieser Gesteine aus. Nach der geologischen Karte Blatt 5322 Lauterbach ist mit einem flachen nordöstlich gerichteten Schichteinfallen zu rechnen (0 - 20°). Hiervon abweichend wurde in den Bohrungen BK 52 und BK 53 teilweise ein Schichteinfallen von bis zu 50° ermittelt. Größtenteils sind die Ton/Schluffsteine stark geklüftet. Die Ausführung der Böschung soll gern. den Vorgaben der Straßenbauverwaltung (siehe Kapitel 4.2) mit einer Neigung von max. 1 : 1,5 erfolgen. Aufgrund des Trennflächengefüges sowie der Verwitterungsanfälligkeit sollten die anstehenden Lockergesteine sowie die überlagernden Decklehme ggf. etwas stärker abgeflacht werden . Um Erosionsschäden in diesen Bereichen (Homogenbereiche L und 4) zu vermeiden sind bereits bauzeitlich geeignete biologische Sicherungsmaßnahmen o. ä. einzuplanen. Das Trennflächengefüge sollte bauzeitlich ingenieurgeologisch erfasst werden, um hier zusätzlich erforderliche Sicherungsmaßnahmen rechtzeitig festlegen zu können . Das gern. Bemessungswasserstand zu erwartende Schichtwasser ist durch geeignete Maßnahmen zu fassen und abzuleiten. Die ggf. erforderlichen Sicherungsmittel sind im Zuge der Ausschreibung als Eventualpositionen abzufragen.

Umwelttechnische Untersuchung Für eine Beurteilung der im Zuge der Auskofferung der Einschnitte anfallenden Massen hinsichtlich ihrer Weiterverwendung wurde aus dem Einschnitt 8.1 aus drei Bohrungen eine Mischprobe zusammengestellt und ebenso wie eine Mischprobe aus der Bohrung BK 53 einer chemischanalytischen Untersuchung nach LAGA-Boden unterzogen. In der Bodenmischprobe gbm41522 (Tonstein) wird für keinen Parameter der ZO-Zuordnungswert der LAGA-Boden überschritten. Der pH-Wert im Eluat ist mit pH 9, 1 geringfügig erhöht, was auf die Materialzusammensetzung (kalkhaltig) zurückzuführen ist. Das Material der Bodenmischprobe gbm41522 (52 / 2,9-3,0) kann unter dem Abfallschlüssel 17 05 04 "Boden und Steine mit Ausnahme derjenigen, die unter 17 05 03 fallen" als ZO-Material im uneingeschränkten offenen Einbau wiederverwertet werden. In der Bodenmischprobe gbm42369 (Tonstein / Schluffstein) wird für keinen Parameter der ZOZuordnungswert der LAGA-Boden überschritten. Das Material der Bodenmischprobe gbm42369 kann unter dem Abfallschlüssel 17 05 04 „Boden und Steine mit Ausnahme derjenigen, die unter 17 05 03 fallen" als ZO-Material im uneingeschränkten offenen Einbau wiederverwertet werden.

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lngenieurgeologisches Gutachten

g 3.1.9

Abschnitt 9: Station 8+585 bis 10+675 Achse 1 Bauwerk 22 Bauwerk 23 Bauwerk 24

Station 8+585 bis 10+675 Überführung des Steinwegs Brücke über die L 3142 Landenhausen - Bad Salzschlirf Durchlass eines Baches

Der Untersuchungsabschnitt schließt direkt an den Abschnitt 8 an. Über die Achsen 561 und 574 erfolgt der Anschluss an die L 3142 im Nordosten von Landenhausen. In diesem Abschnitt wird das Gelände auf drei Dämmen überfahren, die L 3142 wird auf einer einfeldrigen Brücke überquert. Erdbauwerk

Station von

Station bis

max. Höhe I Tiefe [ca. m]

Damm 9.1 Damm 9.2 Damm 9.3

8+585 9+390 10+350

9+360 10+320 10+665

2,9 14,5 16,5

Tab. A9.1 Streckendaten Zwischen den Dämmen 9.1 und 9.2 wird über eine Länge von ca. 30,0 m das Gelände nach den vorliegenden Unterlagen in einer Tiefe von ca. 0,3 m angeschnitten. Wegen dieser geringen Tiefe wird dies nicht als separater Einschnitt gewertet. Die Achsen 561 und 574 sowie die Bauwerke 22 (Überführung des Steinweges), 23 (Brücke über die L 3142) und 24 (Durchlass) werden gesondert betrachtet (siehe Kapitel 3.1.17 und 3.1.18 sowie Kapitel 3.2.22 bis 3.2.24), die Ergebnisse der Bauwerksbohrungen fließen teilweise in die nachfolgende Beurteilung ein.

Örtliche Gegebenheiten Die geplante Trasse verläuft in gerader Richtung von WNW nach ESE, etwa ab Station 10+000 schwenkt sie in einer Rechtskurve in NW-SE-Richtung. Sie überfährt das flach bis kaum abfallende Gelände auf einem niedrigen Damm. Bei Station 9+360 wird das Gelände kaum merklich eingeschnitten, ab Station 9+390 wird es auf einem zunächst bis zu 4,9 m hohen Damm überquert. Etwa bei Station 9+550 wird ein Wirtschaftsweg über den Damm geführt (Bauwerk 22, siehe Kapitel 3.2.22}, ab Station 10+120 gewinnt der Damm wegen des tief eingeschnittenen Tals des Hainbachs rasch an Höhe, er schließt mit dem Nordwest-Widerlager des Bauwerks 23 (siehe Kapitel 3.2.23} ab. Im Anschluss an das südöstliche Widerlager des Bauwerks 23 überquert die Trasse einen flachen Geländerücken zwischen dem Hainbach und dem Erlenbach, etwa bei Station 10+525 erreicht er seine größte Höhe, hier muss er über letzteren geführt werden (Durchlass Bauwerk 24, siehe Kapitel 3.2.24).

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tngenieurgeologisches Gutachten

g Aufschlüsse Im Rahmen der Erkundungsarbeiten im Sommer 2006 wurden im Abschnitt 9 einschließlich der Bauwerksbohrungen sowie der Bohrungen der Achsen 574 und 561 23 Kernbohrungen abgeteuft. Da die im Abschnitt 1O niedergebrachte Bohrung BK 70 nur knapp jenseits der Abschnittsgrenze liegt, wird sie hier ebenfalls berücksichtigt. Eine Zusammenstellung der für diesen Abschnitt relevanten Kernbohrungen wird in der nachfolgenden Tabelle gegeben. Die Koordinaten der Ansatzpunkte wurden aus den vom ASV übergebenen Planunterlage'n entnommen, bzw. durch den Vermesser des ASV Schotten zur Verfügung gestellt. Bezeichnung Aufschluss

Rechtswert

Hochwert

Ansatzhöhe [m NNJ

BK57 3533 374,40 5609 436,86 281 ,67 BK58 3533 483,88 5609 387,75 277,45 BK59 3533 625,32 5609 324,31 274,80 BK60 3533 812,35 5609 240,40 272,07 BK 61 3533 994,85 5609158,56 270,28 BW 22/1 3534 139,22 5609 033,01 268,85 BW 22/2 3534 215,36 5609 073,59 270,17 BK62 3534 177,32 5609 076,70 270,83 BK63 3534 342,73 5609 001,62 268,73 BK64 3534 432,63 5608 961 ,25 ·268,51 BK65 3534 613,62 5608 877,06 268,99 BK66 3534 742,61 5608 799,21 270,74 BK67 3534 818,97 5608 728,08 258,26 BK67a 3534 875,92 5608 732,48 255,89 BK 574/1 3534 945,02 5608 738,52 258,70 BK 574/2 3534 823,09 5608 892,82 271 ,84 BW 23/1 3534 849,83 5608 689,98 258,92 BW23/2 3534 890,16 5608 650,26 265,44 BK 561/1 3534 802 26 5608 606,76 268,80 BK68 3534 927,68 5608 600,87 262,07 BK68a 3534 990,17 5608 581 ,08 253,78 BK69 3534 984,46 5608 509,17 253,71 BW 24/1 3534 965,94 5608 486,76 254,38 BK70 3535 045,01 5608 372,10 269,45 Tab.A9.2 Zusammenstellung der berücksichtigten Kernbohrungen

Endteufe [m]

6,0 7,0 60 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 7,0 8,0 7,0 8,0 18,0 15,0 8,0 6,0 12,0 10,0 6,0 10,0 10,0 20,0 10,0 6,0

Endtiefe [m NN) 275,67 270,45 268,80 266,07 264,28 262,85 264,17 264,83 261 ,73 260,51 261,99 262,74 240,26 240,89 250,70 265,84 246,92 255,44 262,80 252,07 253,78 233,71 244,38 263,45

Die detaillierten Schichtenverzeichnisse sind den Anlage 4 zu entnehmen, die Fotodokumentation der Bohrkerne ist in Anlage 8 wiedergegeben .

e-7223 Ortsumfahrung Lauterbach

Seite 110

lngenieurgeologisches Gutachten

g Labor- und Feldversuche Aus allen Bohrungen wurden in den für diesen Abschnitt relevanten Baugrundeinheiten Sonderproben zur Untersuchung der boden- und felsmechanischen Eigenschaften entnommen.

Folgende Untersuchungen wurden durchgeführt (inkl. Bohrung BK 70): • 83 Wassergehaltsbestimmungen DIN 18 121 • 12 Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 • 16 Kornverteilungen DIN 18 123 • 3 Dichtebestimmungen DIN 18 125 • 1 Einaxialer Druckversuch an Felsproben nach DIN EN 1926 (zwei weitere Probe waren nicht prüfbar) Im Rahmen der Bohrarbeiten wurden weiterhin zur Untersuchung der Baugrundsteifigkeiten bzw. Baugrundfestigkeiten Feldversuche im Bohrloch vorgenommen; es handelte sich hierbei um insgesamt •

5 Standard-Penetration-Tests nach DIN 4014

Die Versuchsergebnisse werden in Anlage 5 zusammengefasst, die Ergebnisse der SPT-Versuche in den Schichtenverzeichnissen der Anlage 8.

Geologische I Hydrogeologische Verhältnisse Die Untergrundverhältnisse sind im ingenieurgeologischen Längsschnitt M 1:2.000/100 (Anlage 3.1.5 und 3.1.6) dargestellt, sie lassen sich wie folgt skizzieren: Die geplante Trasse liegt geologisch gesehen am nordöstlichen Rand des Lauterbacher Grabens. Nach der vorliegenden geologischen Karte Blatt 5322 Lauterbach verläuft der erste Abschnitt bis etwa Station 9+600 in Ton- und Schluffsteinen des Keupers. Zwischen den Bohrungen BW 62 und BW 63 wird laut geol. Karte eine Störung überquert, an welcher der Mittlere Buntsandstein gegen Oberen Muschelkalk und Unteren Keuper versetzt werden . Nach den vorliegenden Untersuchungsergebnissen erfolgt zwischen den Bohrungen BK 64 (Station 9+810) und BK 65 (Station 10+000) ein deutlicher Wechsel der Lithologie (Ton-/Schluffsteine ~ Sandstein). In Bohrung BK 65 wurden oberflächennah Kalk- und Mergelsteine erbohrt, die wahrscheinlich dem Oberen Muschelkalk zuzurechnen sind. Dies deutet auf eine breiter angelegte Störungszone mit dem Versatz einzelner Schollen hin. Das Untersuchungsgebiet wird oberflächenhaft zum Teil von Lößlehmen, Hangschuttmassen (Buntsandstein) sowie den Auenablagerungen von Hainbach und Rothebach eingenommen. Zum Zeitpunkt der Erkundung im Sommer 2006 wurde in 19 von 24 Bohrungen Wasser angetroffen, es wird jedoch nur bei 10 dieser Bohrungen vermerkt, dass Grundwasser angebohrt wurde. Bei den übrigen Bohrungen handelt es sich möglicherweise um Bohrspülung. Nachfolgend sind die in den Bohrungen angetroffenen Grundwasserstände aufgeführt. Mit einem gewissen Sicherheitszuschlag werden in der letzten Spalte die empfohlenen Bemessungswasserstände aufgeführt.

Seite 111

e-72.2 3 Ortsumfahrung Lauterbach

lngenieurgeologisches Gutachten

g Es wird für die weitergehende Planung empfohlen, in regelmäßigen Abständen Pegelmessungen durchzuführen, um jahreszeitliche Schwankungen des Grundwasser realistisch abschätzen zu können. Bohrung

Grundwasserstand Erkundung

Empfohlener Bemessungs-

[m u. GOK]

wasserstand [m u. GOKJ

BK57

3,20 (Spülung?)

2,20

BK58

2,70 (Spülung?)

1 70

BK59

3,90 & 4,20

2,90

BK60

5,00 7 4 ,80 *)

3,80

BK61

4,00 7 3,80

2,80

BW 22/1

3,50 7 3,40

2,00

BW 22/2

4,20 7 3,90

2 30

BK62

4,30 7 4,10

2,40

BK63

2, 1O (Spüluna?)

1, 10

BK64

440 7 4,20

3 20

BK65

2,30 (Spülung?)

1,30

BK66

k. A.

6,30

BK67

2 60 (Spülung?)

1,60

BK67a

2, 10 (Spülung?)

1,10

BK 574/1

1,20 (Spüluna?)

0,50

BK 574/2

k.A.

BW 23/1

k. A.

3 50

BW 23/2

k. A.

8,50

BK 561/1

0,90 (Spülung?)

0 50

BK68

2,90 (Spüluna?)

6,00

BK68a

4 ,00 7 3,1O (Soüluna?)

2,10

BK69

1,60 7 0,90 (Spülung?)

GOK

BW 24/1

1, 10 7 0,90 (SpOIUn!'.m

GOK

BK70

k. A.

-/-

*) GW angebohrt, Anstieg auf Ruhewasserstand (ggf. durch Spülung verfälscht)

Tab. A9.3 GW-Stände im Trassenabschnitt 9

Baugrundverhältnisse

Die in den Vorbemerkungen zu Kapitel 3 beschriebenen Baugrundverhältnisse im Bereich der untersuchten Trasse können für diesen Abschnitt ohne Einschränkung übernommen werden . Die Baugrundverhältnisse stellen sich wie folgt dar. Die Mächtigkeit des humosen Oberbodens wurde in diesem Abschnitt mit 0, 1 - 0,3 m ermittelt, die Mächtigkeit der quartären Deckschichten des Homogenbereichs L beträgt im allgemeinen zwischen 0,2 m bis max. 3,3 m, die Decklehme können jedoch auch vollständig fehlen. Die quartären Deck-

e-7223 Ortsumfahrung Lauterbach

Seite 112

lngenieurgeologisches Gutachten

g schichten werden von Festgesteinen unterschiedlicher Verwitterungsgrade der Homogenbereiche 4 bis 12 unterlagert.

Damm 9.1 Station 8+585 - 9+360 Der Damm überfährt morphologisch nur wenig gegliedertes, leicht nach SE abfallendes Gelände. Unterhalb des Oberbodens stehen quartäre Decklehme mit einer Mächtigkeit bis zu 2,3 m an. Es handelt sich hier um tonige Schluffe bis schluffige Tone mit wechselnden Sandanteilen. Bodenmechanisch werden sie als mittelplastische Tone und Schluffe (TM-UM) von meist halbfester, selten steifer oder weicher Konsistenz angesprochen. In allen Bohrungen wurden unter den quartären Decklehmen stark verwitterte bis zersetzte, „bunte" Ton- und Schluffsteine des Homogenbereiches 4 erbohrt. Diese werden in den Bohrungen BK 57 und BK 58 von stark verwitterten Ton- und Schluffsteinen des Homogenbereichs 5 unterlagert. Sowohl die zersetzten Gesteine des Homogenbereichs 4 als auch die weniger stark verwitterten Gesteine des Homogenbereichs 5 sind überwiegend stark geklüftet.

Damm 9.2 Station 9+390- 10+320 Nachfolgend an einen ca. 30 m langen Abschnitt, in dem das Gelände nur geringmächtig angeschnitten wird, schließt sich weitgehend flaches Gelände an. Die Mächtigkeit der Decklehmauflage nimmt von ca. 2,0 m bei Station 9+390 bis auf wenige dm bei Station 10+000 (BK 65) ab. Es handelt sich um tonige Schluffe bzw. schluffige Tone, die bodenmechanisch als mittelplastische Tone (TM) mit Übergängen Sand/Ton bzw. Sand/Schluff-Gemische nach DIN 18 196 einzustufen sind. Mit Ausnahme von Bohrung BK 63 werden die bindigen Decklehme bis einschließlich Bohrung BK 64 von stark verwitterten bis weitgehend zersetzten „bunten" Ton- und Schluffsteinen (Homogenbereich 4) unterlagert. In Bohrung BK 63 wurden unter 0,3 m Auffüllung und 0,7 m Decklehm fossilführende, teilweise stark geklüftete Kalk- und Mergelsteine erbohrt. Diese harten bis sehr harten, teilweise dolomitischen Festgesteine werden zusammenfassend in den Homogenbereich 1O gestellt. Bis Station 10+320 stehen unter einer nur geringmächtigen bis nicht vorhandenen Decklehmauflage vollständig verwitterte Sandsteine des Homogenbereichs 7 sowie kaum bis stark verwitterte Sandsteine der Homogenbereich 8 und 9 an. Den südöstlichen. Abschluss wird das Widerlager des Bauwerks 23 bilden (BW 23/1). In der Bohrung 23/1 wurde unterhalb des Decklehms (bis ca. 1,6 m u. GOK) bis in eine Teufe von etwa 3,5 m u. GOK stark sandiger Schluff bis stark schluffiger Sand (TM-TL bzw. SU* nach DIN 18 196) erbohrt. Ein SP-Test wies hier lediglich weichplastische Konsistenzen aus, was als Hinweis auf die beschränkten Baugrundtragfähigkeiten dieses Baugrundabschnittes gewertet werden kann (siehe Kapitel 3.2.23). Dieser weitgehend bindige Horizont kann in den Homogenbereich 4 (zersetzter Tonstein) bzw. 7 (zersetzter Sandstein) gestellt werden.

Seite 113

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lngenieurgeologisches Gutachten

gm Station 10+350- 10+665 Damm 9.3 Im Anschluss an das südöstliche Widerlager des Bauwerks 23 (BW 23/2) überquert der Damm die zwischen einem flachen Geländerücken und dem Höhenrücken (Kalkberg I Hammels-Berg) eingeschnittene Talaue des Erlenbachs. Die unter dem Oberboden anstehende Decklehmauflage erreicht im Berech des Dammes eine Mächtigkeit bis zu 3,3 m. Sie wird aus tonigen Schluffen, teilweise auch aus Schluff-/Sand-Abfolgen gebildet, die bodenmechanisch als leicht- bis mittelplastische Tone und Schluffe (TL-TM, UL-UM) anzusprechen sind. Ihre Konsistenz liegt überwiegend im steifplastischen bis halbfesten Bereich, es wurden jedoch auch weichplastische bis breiige Partien angetroffen. In Bohrung BW 23/2 folgt bis in eine Teufe von ca . 2,6 m u. GOK ein zersetzter Tonstein des Homogenbereiches 4, der Lockergesteinseigenschaften in Form eines weitgehend mittelplastischen Tones aufweist. Dieser Ton bzw. die Decklehme werden von verwitterten Sandsteinen roter Farbe von insgesamt recht guten Tragfähigkeiten des Homogenbereichs 7 (mit Übergängen hin Z!J Homogenbereich 8, verwitterter Sandstein) unterlagert. Darunter folgen Sandsteine von mäßiger bis hoher Festigkeit. In diese sind vielfach Tonsteinlagen eingeschaltet, teilweise liegen Sandstein-Tonstein-Wechselfolgen vor.

Laborversuche Im Rahmen des Erkundungsprogramms wurden zur Bestimmung der bodenmechanischen Parameter Labor- und Feldversuche durchgeführt, die nachfolgend zusammenfassend wiedergegeben werden . . Natürlicher Wassergehalt nach DIN 18 121 Die natürlichen Wassergehalte nach DIN 18 121 werden hier nur in ihrem registrierten Schwankungsbereich für die in den Erdbauwerken relevanten Homogenbereiche dargestellt, die einzelnen Versuchsprotokolle aller Versuche sind Anlage 5 zu entnehmen. Homoaenbereich L

41551

BW 24/1

41798

BK60 13,8% BK69

31 ,6% BK64

1 Versuch

41542

Wn mittel 16,8%

18,1%

9,8% 41574

5

BK63

12,1% 41785

4

25,5%

8,6% 41568

G (quartär)

Wn max.

Wnm1n.

21,1% BK 58

1 Versuch

14,0% 41503

6

-/-

-!-

-!-

7

4,6%

18,8%

11 ,3%

8

3,9%

41809 41727

BK 561/1

41637

BW 23/1

11 ,2% BK 574/2

41662

7,4% BK67

BW 22/2

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Homogenbereich

Wnmin_

Wn mittel

Wn max.

-/-

9

-/-

11

8,0%

-/-

8,1%

41569

BK63

41570

8,05% BK63

Tab. A9.4 ·Natürliche Wassergehalte der anstehenden Bodenarten Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 An den nachfolgenden Proben wurden die Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 bestimmt: Bohrung

Labor Nr.

Nr.

Entnahmetiefe

Homogen-

Wasser-

Plastizi-

Konsis-

Boden-

[m u. GOK]

bereich

gehalt [%]

tätszahl lp

tenzzahl

art

lc

BK 58

41540

0.9-1 ,0

L

11 ,2

17,4

1, 161

TL

BK59

41544

0,9-1 ,0

L

13,0

27,3

1,200

TM

BK59

41545

1,9-2,0

L

22,5

21 ,6

0,700

TM

BK60

41551

1,9-2,0

L

25,5

24,0

0,821

TM

BK62

41562

0,9-1 ,0

L

11 ,6

6,3

1,651

ST/SU

BK67a

41663

0,9 -1 ,0

L

17,4

19,4

1,300

TM

BW 23/1

41637

2,9- 3,0

7

18,8

12,3

0,600

TL

BK68a

41676

1,9-2,0

L

19,7

11, 1

0,400

TL

1

BK69

41794

0,9 -1,0

L

20,0

15,7

1,089

TM

BK69

41798

4,4-4,5

G (quartär)

18, 1

18,1

1, 122

TM

BK 70

41583

1,9 -2,0

4

30,9

32,3

1,350

UA

BK 70

41585

3,9-4,0

4

29,6

22,5

0,262

TM

Tab. A9.5 Zustandsgrenzen nach DIN 18 122

Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 An den nachfolgenden Proben wurde eine Korngrößenanalyse nach DIN 18 123 mittels Sieb-/ Schlämmanalyse vorgenommen. Hierbei sind die Massenprozente der jeweiligen Kornfraktion (Ton, Schluff, Sand, Kies) , sowie die sich hieraus ergebende Bodenart dargestellt: Labor

Entnahmetiefe

Homogen-

T

u

s

G

Boden-

Nr.

Nr.

[m u. GOK]

bereich

[%]

[%1

[%1

[%1

art

BK57

41539

2,0-2,1

4

40

54

6

0

TM-TA

BK 58

41541

1,9-2,0

L

25

51

12

12

UM-TM

BK62

41563

1,9- 2,0

4

13

8

79

0

su

BK66

41659

0,9'-1,0

7

19

12

64

5

ST*

BK67

41661

1,9-2,0

7

14

13

66

7

ST*

BW 23/1

41636

1,9-2,0

4

13

34

43

10

(SU)-TM

Bohrung

Seite 115

e-7223 Ortsumfahrung Lauterbach

lngenieurgeologisches Gutachten

g Bohrung Nr.

Labor Nr.

Entnahmetiefe Im u. GOK]

Homogenberelch

T

u

s

G

Boden-

[%]

[%]

1%]

1%]

art

BW 23/1

41637

2,9-3,0

7

7

44

43

6

TL

BW23/2

41639

0,9-1,0

L

24

34

41

1

TL-TM

BW23/2

41640

1,9-2,0

4

48

51

1

0

TM

BK68

41669

1,9-2,0

L

16

47

28

9

UM

BK68a

41676

1,9- 2,0

L

12

62

26

0

TL

BK68a

41677

2,9-3,0

7

12

18

30

40

GU*

BK69

41795

1,9-2,0 .

L

4

14

55

27

SU*

BK 70

41581

2,9- 3,0

4

15

13

70

2

SU*

BK70

41585

3,9-4,0

4

27

21

50

2

TM

BK70

41586

4,9-5,0

7

17

19

64

0

SU*

Tab. A9.6 Kornverteilung nach DIN 18 123

Bestimmung der Dichte nach DIN 18 125 An den nachfolgend aufgelisteten Proben aus diesem Abschnitt wurden Dichtebestimmungen nach DIN 18 125 bestimmt: Bohrung Nr.

Labor Nr.

Entnahmetiefe

BW 22/1

41500

fm u. GOKl 1,7-2,0

Homogenbereich

Dichte

Dichte

Poren-

trocken

anteil

Porenzahl

Boden-

feucht

4

2,16

1,79

32,9

0,491

BK64

41581

4,0 -4,3

1,97

1,55

41, 1

0,705

-

4

BK67a

41666

2,0 - 2,3

7

2,12

1,85

30,1

0,430

BW 23/1

41942

4,0-4,4

9

2,31

-

-

-

art

-

Tab. A9.7 Dichte nach DIN 18 125

Festigkeitsuntersuchungen an Felsproben Zur Ermittlung der Einaxialen Druckfestigkeit an Felsproben wurden im Bereich des geplanten Brückenbauwerkes 3 Kernproben untersucht. 2 dieser Proben erwiesen sich als nicht prüfbar. Der Versuch wurden durch die Baustoffprüfstelle Schaaf aus 56414 Dreikirchen ausgeführt. Die detaillierten Versuchsergebnisse sind in Anlage 5, Ordner 3/3 ersichtlich. Der Einaxiale Druckversuch dient zur Ermittlung des Festigkeits- und Verformungsverhaltens von Gesteinen. Die Versuchsdurchführung erfolgte entsprechend den Empfehlungen der DGGT bzw. nach DIN EN 1926. Der Probendurchmesser betrug hierbei ca. 100 mm. In der nachstehenden Tabelle sind die Bruchfestigkeiten cru der beprobten Bohrkerne zusammengefasst. Aufgrund des Einflusses der Endflächenreibung werden für Probenkörper mit einem Verhältnis von Höhe/Durchmesser< 2 zu hohe Festigkeitswerte (crversuch) ermittelt. Aus diesem Grund

Seite 116

e-7223 Ortsumfahrung Lauterbach

lngenieurgeologisches Gutachten

g werden die Versuchsergebnisse der betroffenen Proben entsprechend der TP BF-StB Teil C1 abgemindert. Die so errechneten Festigkeitsparameter werden als abgeminderte Einaxiale Druckfestigkeit cru bezeichnet.

Bohrung

Labor

Entnahmetiefe

Homogen-

Nr.

Nr.

[m u. GOK]

bereich

Abmessung

BK65

41941

4,6-48

9

n. p. *)

-

-

BW 23/1

41942

4,0-4,4

9

1,95

76,6

76,4

BK68

41943

7,2- 7,4

9

n. p. *)

-

-

H/D

Cfversuch 2 [MN/m ]

Cfu

[MN/m 2]

*) nicht prüfbar, Probe zerbrochen

Tab. A9.8 Druckfestigkeit von Naturstein nach DIN EN 1926 (Ausgabe 05/99)

Zusammenstellung der bodenmechanischen Kennwerte Für die erdstatischen Berechnung können aus den ermittelten Werten in Verbindung mit ähnlich gelagerten Untersuchungsergebnissen die nachfolgend aufgelisteten Werte angesetzt werden, wobei für den jeweiligen Nachweis die ungünstigeren Werte maßgebend sind. Homogenbereich L Quartärer Decklehm Bodengruppe: TM, TL, UM, UL nach DIN 18196 y =19 - 20 [kN/m3] Feuchtwichte Wichte unter Auftrieb y' =9 - 10 [kN/m3] Reibungswinkel cp =25,0 - 27,5° Kohäsion c =5 - 10 [kN/m 2] Steifemodul Es =3,0- 8,0 [MN/m 2] 2 Mantelreibung (Bruchwert) tmt =0,02 - 0,04 [MN/m ] steifplastisch Homogenbereich 4 zersetzter Ton-Schluffstein (weitgehend Lockergesteinscharakter) Bodengruppe: TL, TM, TA, UM, GU, GU*, SU* nach DIN 18196 3 Feuchtwichte y = 20 - 21 [kN/m ] Wichte unter Auftrieb y' = 1O- 11 [kN/m3] Reibungswinkel cp 20,0 - 25,0° Kohäsion c = 10,0 - 50,0 [kN/m 2 ] Steifemodul Es =10,0 - 30,0· [MN/m 2] mindestens steifplastisch Es =2,0 - 5,0 [MN/m2] weichplastisch Einaxiale Druckfestigkeit = 25,0 - 30,0°

c = 80,0 - 400,0 [kN/m 2] Es = 200,0 - 800,0 [MN/m 2] C>u 10,0 - 75,0 [MN/m 2 ] 2 'tmt = 0.4 - 0,5 [MN/m ] e>s 8,0- 10,0 [MN/m 2]

=

=

y y'

=22 - 25 [kN/m3] =12-15 [kN/m3]

=25,0 -

30,0° c = 80,0 -400,0 [kN/m 2] Es = 200,0 - 800,0 [MN/m 2] q>

Bautechnische Angaben Aufgrund der ·teilweise eingeschränkten Tragfähigkeit der quartären Deckschichten sind die oberflächlich angetroffenen weichen Böden im Bereich der Aufstandsfläche der Dämme ggf. auszubauen und durch geeignetes, nicht bindiges, verdichtbares Material (Verdichtbarkeitsklasse V1) zu ersetzen oder zu vergüten , um eine Mindesttragfähigkeit sicherzustellen. Die unterhalb der quartären Deckschichten anstehenden Lockergesteinsböden und Festgesteine verfügen im allgemeine über ausreichende Trageigenschaften. Detaillierte Unterlagen zu den Dämmen liegen nicht vor, Aussagen über das Maß der quer zur Achse geneigten Geländeoberfläche und der sich daraus gern. Kapitel 4.1 erforderlichen Maßnahmen können keine getroffen werden. Ebenso liegen zum jetzigen Zeitpunkt keine Unterlagen darüber vor, welches Material für den geplanten Dammbau verwendet werden soll. Die nachfolgenden Angaben dienen daher lediglich der Orientierung, sie sind im Rahmen der Ausführungsplanung fortzuschreiben.

Station 10+350- 10+665 Damm9.3 Die größte Mächtigkeit mit ca. 16,5 m erreicht dieser Damm im Bereich der Bohrung BK 69. Die maßgebenden·Kennwerte sowie der Schichtaufbau wurden auf Grundlage der vorliegenden Lagepläne und Längsschnitte (Anlagen 2.1.6, 3.1.6) im Bereich dieser Bohrung ermittelt und wie folgt angesetzt:

• •

• •

größte Höhe max. Kronenbreite Dammneigung Wichte Dammschüttmaterial

16,5 m 11 ,0 m 1:2 (27°) 3 y 20 kN/m

=

e-7223 Ortsumfahrung Lauterbach

Seite 119

lngenieurgeologisches Gutachten

g Setzung: Bezüglich der abzutragenden Lasten und der damit zu erwartenden Setzungsbeträge wurde eine überschlägige Berechnung durchgeführt. Die Setzungen im Bereich der größten Mächtigkeit betragen bis zu 20 cm. Dieser Betrag setzt sich zusammen aus der Setzung der maßgebenden Schicht (quartärer Decklehm, Homogenbereich L) sowie der unterlagernden Schichten (Homogenbereich 7, 7-Q):

Durch einen Bodenaustausch (D = 1,0 m, Es= 100 MN/m2 ) lässt sich hier eine merkliche Verringerung sowohl der Gesamtsetzung als auch der Setzung der maßgebenden Schicht erreichen: Es kann hier von einer gesamt Untergrundsetzung in einer Größenordnung von s 15 cm ausgegangen werden

=

(2) Diese Angaben sind daher im Zuge der weiteren Ausführungsplanung zu überprüfen und fortzuschreiben Liegezeit Unter Ansatz einer von uns angenommenen zulässigen Restsetzung von 1 cm können aus den angenommenen Parametern und den überschlägigen Setzungsbeträgen Liegezeiten des Dammes im Bereich der größten Höhe von ca. 3 Monaten (ohne Bodenaustausch) prognostiziert werden.

Seite 120

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lngenieurgeologisches Gutachten

g 3.1.10

Abschnitt 10: Station 10+675 bis 11+110 Achse 1 Bauwerk 25

Station 10+675 bis 10+110 Überführung eines Wirtschaftsweges

Der Untersuchungsabschnitt schließt direkt an den Abschnitt 10 an. In diesem Abschnitt wird das Gelände in einem bis zu 12,0 m tiefen Einschnitt durchfahren. Erdbauwerk

Station von

Station bis

Einschnitt 10.1

10+675

11+110

max. Höhe I Tiefe [ca. m] 12,0

Tab. A 10.1 Streckendaten Das Bauwerk 25 (Überführung eines W irtschaftsweges) wird gesondert betrachtet (siehe Kapitel 3.2.25), die Ergebnisse der Bauwerksbohrung fließen in die nachfolgende Beurteilung ein.

Örtliche Gegebenheiten Die geplante Trasse verläuft in nahezu gerader Richtung von NW nach SE. Sie durchfährt den östlich der Ortschaft Landenhausen gelegenen Höhenrücken (Kalkberg I Hammels-Berg) zwischen Rothebach und Altefeldbach in einem tiefen Einschnitt. Etwa bei Station 10+800 soll ein Wirtschaftsweg den Einschnitt überqueren (Bauwerk 25, siehe Kapitel 3.2.25).

Aufschlüsse Im Rahmen der Erkundungsarbeiten im Sommer 2006 wurden im Abschnitt 10 einschließlich der Bauwerksbohrungen 5 Kernbohrungen abgeteuft. Eine Zusammenstellung der für diesen Abschnitt relevanten Kernbohrungen wird in der nachfolgenden Tabelle gegeben. Die Koordinaten der Ansatzpunkte wurden aus den vom ASV übergebenen Planunterlagen entnommen, bzw. durch den Vermesser des ASV Schotten zur Verfügung gestellt. Bezeichnung

Rechtswert

Aufschluss

BK70 3535 045,01 BW 25/1 3535 113,44 BK71 3535 086,45 BK71a 3535121 t12 BK72 3535149,18 Tab. A 10.2 Zusammenstellung

Hochwert

Ansatzhöhe [m NN]

Endteufe [m]

5608 372,10 269,45 6,0 5608 282,51 277,08 12,0 5608 259,42 277,39 14,0 5608 165,44 277,56 15,0 5608 082,32 273,52 11 ,0 der berücksichtigten Kernbohrungen

Endtiefe [m NN]

263,45 265,08 263,39 262,56 262,52

Die detaillierten Schichtenverzeichnisse sind den Anlage 4 zu entnehmen, die Fotodokumentation der Bohrkerne ist in Anlage 8 wiedergegeben.

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Seite 121

lngenieurgeologisches Gutachten

g Labor- und Feldversuche Aus allen Bohrungen wurden in den für diesen Abschnitt relevanten Baugrundeinheiten Sonderproben zur Untersuchung der boden- und felsmechanischen Eigenschaften entnommen.

Felgende Untersuchungen wurden durchgeführt: • 47 Wassergehaltsbestimmungen DIN 18 121 • 16 Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 • 27 Kornverteilungen DIN 18 123 • 5 Dichtebestimmungen DIN 18 125 • 1 chemisch-analytische Untersuchung nach LAGA-Boden Im Rahmen der Bohrarbeiten wurden weiterhin zur Untersuchung der Baugrundsteifigkeiten bzw. Baugrundfestigkeiten Feldversuche im Bohrloch vorgenommen; es handelte sich hierbei um insgesamt • 1 Standard-Penetration-Test nach DIN 4014 Die Versuchsergebnisse werden in Anlage 5 zusammengefasst, die Ergebnisse der SPT-Versuche in den Schichtenverzeichnissen der Anlage 8.

Geologische I Hydrogeologische Verhältnisse Die Untergrundverhältnisse sind im ingenieurgeologischen Längsschnitt M 1:2.000/100 (3.1 .6) dargestellt, sie lassen sich wie folgt skizzieren:

Die geplante Trasse liegt am nordöstlichen Rand des Lauterbacher Grabens. Aufgrund der Nähe zu den Grabenrandstörungen muss mit einer teilweisen Al.lflockerung der anstehenden Gesteine gerechnet werden. Nach der vorliegenden geologischen Karte Blatt 5322 Lauterbach wird das Untersuchungsgebiet oberflächennah von quartärem Hanglehm sowie vereinzelt von pliozänen Lockergesteinen eingenommen. Im tieferen Untergrund des Untersuchungsraumes stehen Festgesteine des Mittleren Buntsandsteins an, bei diesen handelt es sich weitgehend um Sandsteine mit zwischengelagerten Tonen bzw. Tonsteinen. Die Sandsteine sind teilweise grobkörnige ausgebildet und geröllführend. Zum Zeitpunkt der Erkundung im Sommer 2006 wurde in keiner Bohrung Wasser angetroffen. Die Bohrung BK 72 wurde zu einer GW-Messstelle ausgebaut. Für die Bauausführung sollte davon ausgegangen werden, dass insbesondere in den zersetzten Sandsteinen des Homogenbereiches 7 mit einem gewissen Anteil an Hangwasser gerechnet werden kann, der dann vermutlich deutlich mit den vorangegangenen Niederschlagsereignissen korrelieren wird . Nachfolgend sind die in den Bohrung~n angetroffenen Grundwasserstände sowie der in der verpegelten Bohrung BK 72 letztmalig am 15.11.2006 gemessene Wasserstand aufgeführt. Mit einem gewissen Sicherheitszuschlag werden in der letzten Spalte die empfohlenen Bemessungswasserstände aufgeführt.

Seite 122

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Es wird für die weitergehende Planung empfohlen, in regelmäßigen Abständen Pegelmessungen durchzuführen, um jahreszeitliche Schwankungen des Grundwasser realistisch abschätzen zu können. Bohrung

Grundwasserstand Erkundung

Empfohlener Bemessungs-

rm u. GOK1

Wasserstand rm u. GOK1

-/-

BW 25/1

k. A. k. A.

BK71

k. A.

-/-

BK 70

-/-

BK 71a

k.A. BK 72 k. A. Tab. A10.3 GW-Stände im Trassenabschnitt 10

-/-/-

Bezogen auf die Einschnitte ergeben sich die nachfolgenden Abstände Gradiente - Bemessungswasserstand: Einschnitt-

Station bezogen auf

Nummer

10.1

GW-Messstelle

Achse 1

Abstand Gradiente - OK Bemessungswasserstand (m]

10+675 - 11+110

-/-

BK72

Tab. A10.4 Abstand Bemessungswasserstand .... Gradiente in den Einschnitten

Ba ug rundverhältn isse Die in den Vorbemerkungen zu Kapitel 3 beschriebenen Baugrundverhältnisse im Bereich der untersuchten Trasse können für diesen Abschnitt übernommen werden. Oie Baugrundverhältnisse stellen sich wie folgt dar. Einschnitt 10. 1 Station 10+675- 11+110 Die Mächtigkeit des humosen Oberbodens wurde in diesem Abschnitt mit 0,2 - 0,4 m ermittelt. Diese werden von quartärem Decklehm/-schutt unterlagert, dessen Mächtigkeit im zentralen Teil des Einschnitts bis zu 2,7 m betragen kann. Zu den Enden des Einschnitts nimmt die Mächtigkeit bis ca. 1,0 - 1,3 m ab. Er wird als toniger, feinsandiger bis stark feinsandiger, z.T. kiesiger Schluff von steifplastischer Konsistenz angesprochen. Unterhalb der Decklehm-/Schuttauflage wurde in einer Teufe zwischen 0,80 - 8,4 m u. GOK stark bis vollständig zersetzter Ton- und Sehluftstein rotbrauner Farbe vorgefunden, der durch den hohen Verwitterungsgrad weitgehend Lockergesteinsqualitäten aufweist. Alle Bohrungen in diesem Abschnitt konnten über die gesamte Bohrteufe hinweg mit einen Rammkernrohr ausgeführt werden. Die primären Gefügestrukturen sind in diesem Homogenbereich 4 im Regelfall kaum bzw. nur andeutungsweise noch zu erkennen. Ein SP-Test in BW 25/1zwischen4,50-4,95 m u. GOK wies jedoch auf weitgehend feste Konsistenzen bzw. mitteldichte - dichte Lagerungsverhältnisse hin. Die überwiegend bindigen Zonen sind bodenmechanisch den Bodenarten UA, TL, TM, TA, OT

Seite 123

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lngenieurgeologisches Gutachten

g nach DIN 18 196 zuzurechnen, in den sandigeren Zwischenzonen kann dann auch untergeordnet mit den Bodenarten SU* bis GU* gerechnet werden . Auffallend in den überwiegend bindigen Abschnitten sind die teilweise sehr hohen natürlichen Wassergehalte nach DIN 18 121 , bei denen Mittelwerte von wn > 26% ermittelt wurden, bei gleichzeitig jedoch festgestellten hohen Konsistenzzahlen lc (siehe Abschnitt Laborversuche). Bei dem Ausgangsgestein handelte es sich vermutlich um eine Wechsellagerung zwischen Ton und Sehluftsteinen und in der Häufigkeit zurücktretenden Sandsteinzwischenlagen. Der Teufenbereich zwischen 0,8 - 8,4 m wird in den Homogenbereich 4 gestellt. Bis zur Endteufe von 12,00 m u. GOK war dann eine merkliche Zunahme im Sandanteil der Baugrundeinheit feststellbar, was gleichzeitig mit einem deutlichen Rückgang im natürlichen Wassergehalt einherging. Es handelt sich hierbei um einen zersetzten Sandstein, der Lockergesteinseigenschaften aufweist und als stark schluffiger Sand bis stark sandiger Schluff angesprochen wurde. In diese Einheit eingeschaltet waren immer wieder bindige Zonen des Homogenbereichs 4 zu beobachten.

Laborversuche Im Rahmen des Erkundungsprogramms wurden zur Bestimmung der bodenmechanischen Parameter Labor- und Feldversuche durchgeführt, die nachfolgend zusammenfassend wiedergegeben werden. NatürlicherWassergehalt nach DIN 18 121 Die natürlichen Wassergehalte nach DIN 18 121 werden hier nur in ihrem registrierten Schwankungsbereich für die in den Erdbauwerken relevanten Homogenbereiche dargestellt, die einzelnen Versuchsprotokolle aller Versuche sind Anlage 5 zu entnehmen. Homogenbereich L

Wnm1n. 7,1% 41680 41690

BK 71

41 516

41582

BK 70 26,6%

37,6% BK 71

41519

BW 25/1 15,6%

29,9%

6,5%

7

13,0%

16,0%

4,2%

4

Wn~11tat

Wn max.

BW 25/1

41698

BK 71a

Tab. A10.5 Natürliche Wassergehalte der anstehenden Bodenarten

Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 An den nachfolgenden Proben wurden die Zustandsgrenzen nach DIN 18 122 bestimmt: Bohrung

Labor

Entnahmetiefe

Homogen-

Wasser-

Plastizi-

Konsis-

Boden-

Nr.

Nr.

[m u. GOK]

bereich

gehalt

tätszahl

tenzzahl

art

[%]

lp

lc

BK70

41583

1,9-2,0

4

30,9

32,3

1,350

UA

BK70

41585

3,9 - 4,0

4

29,6

22,5

0,262

TM

Seite 124

e-7223 Ortsumfahrung Lauterbach

lngenieurgeologisches Gutachten

g Labor Nr.

Entnahmetiefe [m u. GOK]

Homogenbereich

Wassergehalt [%]

Plastizltätszahl lp

Konsistenzzahl lc

Bodenart

BW 25/1

41518

3,0- 3,3

4

36,4

31 ,8

1,057

UA

BW 25/1

41512

5,9-6,0

4

35,4

22,2

1,209

UA/OT

BK 71

41681

2,9 - 3,0

4

30,9

20,9

0,775

TM

BK 71

41682

3,9 -4,0

4

29,6

24,5

1,451

UA/OT

BK 71

41683

4,9 - 5,0

4

32,6

34,9

0,991

TA

BK 71a

41697

5,9 -6,0

4

36,9

36,0

1,033

UA

BK 71a

41699

7,9 - 8,0

4

20,6

21 ,3

1,047

TM/SU*

BK 71a

41703

10,9-11 ,0

4

21 ,3

15,2

1,204

TM

BK 71a

41583

11 ,9-12,0

4

18,9

19,7

1,294

TM

BK 72

41709

0,9-1 ,0

L

13,3

15,9

1,755

TM-UM

BK 72

41710

1,9-2,0

4

20,8

17,8

1,337

TM-UM

BK 72

41720

2,1-2,4

4

21,0

18,9

0,804

TM

BK72

41712

3,9 -4,0

4

18,5

14,3

0,867

TL

BK 72

41713

4,9 -5,0

4

20,1

7,0

1,400

UL

Bohrung Nr.

Tab. A10.6 Zustandsgrenzen nach DIN 18 122

Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 An den nachfolgenden Proben wurde eine Korngrößenanalyse nach DIN 18 123 mittels Sieb-/ Schlämmanalyse vorgenommen. Hierbei sind die Massenprozente der jeweiligen Kornfraktion (Ton. Schluff, Sand, Kies), sowie die sich hieraus ergebende Bodenart dargestellt: Bohrung Nr.

Labor Nr.

Entnahmetiefe [m u. GOK]

Homogenbereich

T

u

s

G

[%]

[%]

[%]

[%]

Bodenart

BK70

41581

2,9 - 3,0

4

15

13

70

2

su·

BK70

41585

3,9-4,0

4

27

21

50

2

TM

BK 70

41586

4,9..:..5,o

7

17

19

64

0

su·

BW 25/1

41508

1,9-2,0

4

46

48

3

3

TM-TA

BW 25/1

41510

3,9-4,0

4

19

26

38

17

TL-TM

BW25/1

41512

5,9-6,0

4

45

50

5

0

UA-OT

BW 25/ 1

41519

6.7 - 7,0

4

7

20

45

28

BW 25/ 1

41514

8,9 - 9,0

7

4

6

86

4

BW 25/1

41515

9,9-10,0

7

3

5

90

2

su· su su

BK71

41681

2,9 - 3,0

4

38

36

22

4

TM

BK71

41682

3,9 -4,0

4

28

24

33

15

UA-OT

BK 71

41683

4,9 - 5,0

4

42

44

14

0

TA

BK 71

4 1684

5,9 -6,0

4

31

41

28

0

TM-UM

Seite 125

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lngenieurgeologisches Gutachten

g s

G

Boden-

[%]

u r101

[%]

[%]

art

4

32

39

17

12

UA-OT

7,9 - 8,0

4

28

38

25

9

TM

41688

9,9-10,0

7

15

14

71

0

su•

BK 71

41689

10,9-11 ,0

7

29

45

25

1

TM-TL

BK 71a

41697

5,9-6,0

4

46

51

1

2

UA

BK71a

41699

7,9-8

4

13

23

63

1

TM/SU*

BK 71a

41703

10,9-11 ,0

4

31

33

36

0

TM

BK 72

41709

0,9-1 ,0

L

25

59

15

1

TM-UM

BK 72

41720

2,1 -2,4

4

31

60

9

0

TM

BK 72

4171 2

3,9-4,0

4

17

77

6

0

TL

BK72

41713

4,9- 5,0

4

18

72

10

0

UL

BK72

41721

6,0-6,3

4

13

44

29

14

TM-TL

BK 72

41715

6,9- 7,0

4

12

46

34

8

TL-TM

BK72

41717

8,9- 9,0

7

13

36

34

17

TL-TM

Bohrung

Labor

Entnahmetiefe

Homogen-

T

Nr.

Nr.

[m u. GOK]

bereich

BK 71

41685

6,9- 7,0

BK 71

41687

BK 71

Tab. A10.7 Kornverteilung nach DIN 18 123

Bestimmung der Dichte nach DIN 18 125 An den nachfolgend aufgelisteten Proben aus diesem Abschnitt wurden Dichtebestimmungen nach DIN 18 125 bestimmt: Bohrung

Labor

Entnahmetiefe

Homogen-

Dichte

Dichte

Poren-

Poren-

Boden-

Nr.

Nr.

[m u. GOKl

bereich

feucht

trocken

an teil

zahl

art

BW 25/1

41518

3,0- 3, 3

4

1,94

1,42

46,3

0,863

UA

BW 25/1

41519

6,7 - 7,0

4

1,93

1,40

47,0

0,889

su·

BK 71a

41708

3,7 - 4,0

4

2,05

1,66

37,2

0,592

-

BK72

41720

2, 1 - 2,4

4

2,12

1,75

34,0

0,514

TM

BK 72

41721

6,0-6,3

4

2,15

1,84

30,6

0,441

TM-TL

Tab. A10.8 Dichte nach DIN 18 125

Zusammenstellung der bodenmechanischen Kennwerte Für die erdstatischen Berechnung können aus den ermittelten Werten in Verbindung mit ähnlich gelagerten Untersuchungsergebnissen die nachfolgend aufgelisteten Werte angesetzt werden, wobei für den jeweiligen Nachweis die ungünstigeren Werte maßgebend sind.

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g Homogenbereich L Quartärer Decklehm Bodengruppe: TM, TL, UM, UL nach DIN 18196 Feuchtwichte y ~ 19 - 20 [kN/m 3] Wichte unter Auftrieb y' 9 - 10 [kN/m3] Reibungswinkel = 25,0 - 27,5° Kohäsion c = 5 - 10 [kN/m2] Steifemodul Es 3,0 - 8,0 [MN/m 2] 2 Mantelreibung (Bruchwert) 'tmt = 0,02 - 0,04 [MN/m ] steifplastisch

=

Homogenbereich 7 n-Q Sandsteinzersatz I Hangschutt Bodengruppe: SU*, SU, ST, ST, GU, GU*, *nach DIN 18196 Feuchtwichte y 20 - 21 (kN/m3] Wichte unter Auftrieb y' = 10 - 11 [kN/m3] Reibungswinkel

c Es cru 'tmt Os

=22 - 25 [kN/m3]

=12 -15 [kN/m =25,0 - 30,0°

3

]

=80,0- 400,0 [kN/m

2

]

=200,0- 800,0 [MN/m2] =10,0 - 75,0 [MN/m 2] =0,4 -

0,5 [MN/m2] 8,0 - 10,0 [MN/m 2]

=

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g Bautechnische Angaben

Damm 18. 1 Station 0+000 - 0+367 Eventuell angetroffene oberflächlich weiche Böden im Bereich der Aufstandsfläche des Dammes (insbesondere im Bereich des Hainbachs) sind ggf. auszubauen und durch geeignetes, nicht bindiges, verdichtbares Material (Verdichtbarkeitsklasse V1) zu ersetzen oder zu vergüten, um eine Mindesttragfähigkeit sicherzustellen. Die im gesamten Dammbereich anstehenden Lockergesteinsböden und Festgesteine verfügen im allgemeine über ausreichende Trageigenschaften. Detaillierte Unterlagen zum Damm liegen nicht vor, Aussagen über das Maß der quer zur Achse geneigten Geländeoberfläche und der sich daraus gern. Kapitel 4.1 erforderlichen Maßnahmen können keine getroffen werden. Ebenso liegen zum jetzigen Zeitpunkt keine Unterlagen darüber vor, welches Material für den geplanten Dammbau verwendet werden soll. Die nachfolgenden Angaben dienen daher lediglich der Orientierung, sie sind im Rahmen der Ausführungsplanung fortzuschreiben . Die größte Mächtigkeit mit ca. 5,1 m erreicht dieser Damm im Bereich der Bohrung BK 574/1 . Die maßgebenden Kennwerte sowie der Schichtaufbau wurden auf Grundlage der vorliegenden Lagepläne und Längsschnitte (Anlagen 2.1.6, 3.2.6) im Bereich dieser Bohrung ermittelt und wie folgt angesetzt:

• • •

•

größte Höhe max. Kronenbreite Dammneigung Wichte Dammschüttmaterial

5,1 m 11,0 m

1:2 (27°) 3 y =20 kN/m

Setzung: Bezüglich der abzutragenden Lasten und der damit zu erwartenden Setzungsbeträge wurde eine überschlägige Berechnung durchgeführt. Die Setzungen im Bereich der größten Mächtigkeit betragen bis zu 10-13 cm . Dieser Betrag setzt sich zusammen aus der Setzung der maßgebenden Schicht (quartärer Decklehm, Homogenbereich L) sowie der unterlagemden Schichten (Homogenbereich 7, 7-Q). Er sollte im Zuge der weiteren Planung fortgeschrieben werden.

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Seite 188

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4 Allgemeine Bautechnische Hinweise und Empfehlungen 4.1

Allgemeine Hinweise Dammbau

Im folgenden Kapitel werden allgemeine Hinweise zum Bau der geplanten Dämme gegeben, wobei neben Erfahrungswerten weitgehend auf die entsprechenden Ausführungen der ZTVE-StB 97, Kapitel 3 verwiesen wird. In der vorliegenden gutachterlichen Stellungnahme werden unter Punkt 3.1 detailliertere Angaben zum jeweiligen Dammbauwerk getroffen. Ausgehend von den gegenwärtig vorliegenden relativ spärlichen Planunterlagen (Vorabzug Höhenpläne Stand August 2005) wurden die größten Dammhöhen ermittelt, um so die auf den Untergrund einwirkenden maximalen Lasten abschätzen zu können. ~ Unter diesen Annahmen wurden Setzungsberechnungen für den jeweiligen Trassenabschnitt vorgenommen, die entsprechend den Bandbreiten für die Steifeziffern in den setzungsrelevanten Homogenbereichen angegeben wurden. Zusätzlich wurden die Dammliegezeiten rechnerisch abgeschätzt, wobei im Rahmen der Ausführungsplanung die erdstatischen Nachweise fortzuschreiben und entsprechend den fortlaufenden Planungen zu verfeinern sind. Bei den erdstatischen Nachweisen wird die Böschungsneigung der Dämme zum derzeitigen Bearbeitungsstand mit 1:1,5 in die Berechnungen eingeführt. Die Dammbaumaterialien sind noch nicht im Einzelnen festgelegt, sie müssen jedoch die gesamten Dammböschungsneigungen mit ausreichender Sicherheit ermöglichen. Für die Berechnung der max. auftretenden Gesamtuntergrundsetzungen wird der Damm abschnittsweise in entsprechende Lastflächen aufgeteilt. Der Untergrund wird über die betrachtete Dammlänge in Homogenbereiche aufgeteilt. Die Setzungsbetrachtung erfolgt nach DIN 4019. Die Belastung aus der Dammschüttung ergibt sich aus der projektierten Dammhöhe und einer angenommenen mittleren Wichte des Schüttgutes von y= 20 kN/m 3 . Für die Steifeziffer für Fremdmaterialien bei Bodenaustauschmaßnahmen wurde ein Es = 100 MN/m2 und ebenfalls eine Wichte von y = 20 kN/m 3 angesetzt. Alternativ kann bindemittelvergüteter bindiger Boden der Gruppen TM und TL als Unterbau eingebaut werden, wenn dieser die o.g. Steifemodule erreicht oder die entsprechenden Setzungsberechnungen sind fortzuschreiben. Die Steifeziffern der im Untergrund anstehenden Baugrundeinheiten sowie die Setzungsabschätzung sind in den Empfehlungen der nachfolgenden Kapitel 3.1.1 ff. zu entnehmen. Die zulässigen Restsetzungen nach Einbau des Oberbaus sollten 1,0 cm - 2,0 cm nicht überschreiten und werden im Rahmen der Betrachtung des Zeitsetzungsverhaltens angenommen. Reduziert man die maximalen Setzungen innerhalb der maßgebenden Konsolidationsschichten um die max. zulässigen Restsetzungen von 1,0 cm - 2,0 cm , so ergeben sich die max. zulässigen Restuntergrundsetzungen , aus denen die Liegezeit des Dammabschnittes vor Einbau des Oberbaus bestimmt wird . Zur Abschätzung des Zeitsetzungsverhaltens bei ungünstigen Untergrundverhältnissen wurde eine entsprechende Berechnung mit folgenden Randbedingungen ausgeführt:

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lngenieurgeologisches Gutachten

• • • •

Eindimensionale Konsolidationstheorie Entwässerungsmöglichkeit einseitig Durchlässigkeit für quartäre Lehme und aufgewitterte Tonstein kf= 1,0 * 10 -9 m/s Konsolidationsbeiwert cv == (kf *Es) I yWasser

Die empfohlenen Liegezeiten und die daraus resultierenden Bodenaustauschmaßnahmen sind den Empfehlungen der nachfolgenden Kapitel 3.1.1 ff. zu entnehmen. Diese angegebenen Liegezeiten im Kapitel 3 wurden für den jeweils ungünstigsten Querschnitt mit entweder größter Dammhöhe bzw. ungünstigsten bodenmechanischen Rechenwerten ermittelt. In diesem Zusammenhang ist weiterhin anzumerken, dass bei den diesbezüglichen Setzungs- und Konsolidationsberechnungen eine abrupte Lastaufbringung modelliert wurde, die in der Realität in dieser Form so nicht auftreten wird . Durch eine baubedingte, stufenweise Lastaufbringung können sich die angegebenen Liegezeiten verändern. Die ermittelten Werte der erforderlichen Liegezeiten können jedoch vorab auf der sicheren Seite liegend ab Ende der Dammschüttung angesetzt werden . Zur abschließenden Ermittlung der Konsolidationsvorgänge im Rahmen der Ausführungsplanung müssen jedoch notwendigerweise die verwendeten Dammbaumaterialien, die ungefähre Bauzeit der entsprechenden Abschnitte und die max. zulässigen Liegezeiten bekannt sein. Zur Verkürzung von Liegezeiten kommen Verfahren in Frage, die der Ertüchtigung des Untergrundes, d. h. der Reduktion der Setzungsanteile sowie der Konsolidationsbeschleunigung dienen (z.B. Vertikaldrainagen, Rüttelstopfverdichtungen, Bodenaustausch, Bodenverbesserung). Die Ausführung einer Überschüttung zur Setzungsvorwegnahme erscheint bei den hohen Setzungsanteilen und Dammhöhen an dieser Stelle nur begrenzt zielführend und nicht wirtschaftlich . Erdbautechnische Empfehlungen: Zu Begfnn der Erdarbeiten ist zunächst der Mutterboden abzuschieben und in Mieten zwischenzulagern. Beim Herstellen der Dammaufstandsfläche sind lokal stark aufgeweichte Zonen, die offensichtlich nicht ausreichend zu verdichten sind, auszutauschen und durch gut zu verdichtendes Material zu ersetzen. Diesbezügliche Mehrleistungen sollten besonders im Einflussbereich von Bachläufen, Entwässerungsgräben oder sonstigen durch hohe Grundwasserstände gekennzeichnete Geländeabschnitten in der Ausschreibung vorgesehen werden. Auf die je nach Witterungsverhältnissen schlechte Befahrbarkeit mit schwerem Baustellengerät im Bereich der Talauen wird hier verwiesen. Ggf. sind hier erhöhte Aufwendungen für die Errichtung von Baustraßen in der Ausschreibung vorzusehen. Je nach zu erwartender maximaler Untergrundsetzung und hiermit einhergehender Konsolidationsdauer des Untergrundes können etwa im Bereich der Aufstandsfläche standsicherheitserhöhende Maßnahmen wie z.B. ein Bodenaustausch innerhalb beschränkt tragfähiger Deckschichten oder eine Bindemittelstabilisierung vorgesehen werden. Weisen die Dammaufstandsflächen Neigungen in einer Größenordnung von mehr als 1:5 auf, so ist der Untergrund treppenförmig mit leicht talwärts geneigten Stufen auszuführen. Dahingehende Maßnahmen sind nach einer detaillierten vermessungstechnischen Aufnahme des Baugeländes im Rahmen der Ausführungsplanung festzulegen.

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Bezüglich der nachzuweisenden Verdichtungsanforderungen wird auf ZTVE-StB 97, Pkt 3.3.2 verwiesen , wonach bei Schüttung von grobkörnigen Böden vom Planum bis 1,0 m T iefe ein Verdichtungsgrad von Dp, 100 %, im Tiefenbereich von 1,0 m unter Planum bis zur Dammsohle ein Wert von Dp, = 98 % nachzuweisen ist. Während der Bauausführung sollten diese Vorgaben auf direktem Wege mittels Raumgewichtsbestimmungen (Dichtebestimmung nach DIN 18 125, T. 2) durchgeführt werden, erst danach können ggf. indirekte Verfahren etwa mittels Lastplattendruckversuchen zum Nachweis des erreichten Verdichtungsgrades herangezogen werden . Die dahingehenden Verdichtungskontrollen sollten in der Ausschreibung entsprechend berücksichtigt werden. Der Dammbaustoff ist lagenweise einzubauen, wobei die Lagendicke 0,3 m im verdichteten Zustand nicht übersteigen sollte. Die Anzahl der Verdichtungsübergänge wird über baubegleitende Verdichtungskontrollen festgelegt. Anhand von Erfahrungswerten sollten jedoch je nach Beschaffenheit des verwendeten Materials 3 - 4 Übergänge (1 Übergang = Hin- und Rückfahrt) ausreichen. Bei Verwendung bindiger Schüttgüter ist die Oberfläche der einzelnen Schüttlagen am Ende eines jeden Arbeitstages bzw. bei längeren Unterbrechungen wie z. B. vor dem Wochenende zum Schutz gegen Witterungseinflüsse glatt abzuwalzen. Hierbei ist eine gewisse Neigung der jeweils obersten Lage vorzuhalten, um anfallendes Oberflächenwasser abzuleiten. Die Dammlagen untereinander sollten eine gewisse Verzahnung aufweisen, was etwa durch das überfahren einer fertiggestellten Schüttlage mit einer Schaffußwalze oder durch das Aufrauhen mittels Raupenketten erfolgen kann.

=

Die Herstellung des Dammes sollte lagenweise durchgängig über die ganze Länge und möglichst nicht abschnittsweise erfolgen. Nach Fertigstellung der Dämme sollten diese mit M~tterboden angedeckt und nachfolgend begrünt werden . Eine Bepflanzung mit Gehölzen ist zu vermeiden. Da zum jetzigen Zeitpunkt noch keinerlei detaillierte Informationen zum jeweiligen Dammbaustoff vorliegen und dies auch erst im Zuge der Baustellenabwicklung genauer angegeben werden kann (wo welche Abtragsmassen wieder eingebaut werden), wird hinsichtlich der vorzusehenden Dammneigungen auf die allgemeinen Empfehlungen der ZTVE-StB 97 verwiesen. Abhängig von verwendeten Baustoff sollten die Neigungen der Dammflanken zwischen 1 :1,5 - 1 :2,0 liegen. Es sind zu einem späteren Zeitpunkt Böschungsbruchberechnungen nach DIN 4084 vorzunehmen. Während der Bauausführung empfehlen wir baubegleitende Vermessungen der Dämme vorzunehmen, um die in den erdstatischen Berechnungen angesetzten geotechnischen Rechenannahmen zu überprüfen bzw. zu kalibrieren. Hierdurch kann eine Liegezeitkontrolle der Dämme gewährleistet werden. Bei Dämmen mit einer Höhe > 10 m sollten ggf. Horizontalinklinometer zur Überwachung der Untergrundsetzungen installiert werden. Nach Erreichen einer Dammhöhe von etwa 3 - 4 m sollte eine Schüttpause eingeplant werden, um ein Abklingen des Porenwasserüberdruckes im Untergrund zu erreichen.

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Über die Notwendigkeit von setzungsbeschleunigenden Maßnahmen, wie z.B. eine vorübergehende Überschüttung der max. Dammhöhen oder der Einsatz von vertikalen oder horizontalen Dränmaßnahmen im Bereich der Dammaufstandsflächen ist ebenfalls erst im Zuge der erdbautechnischen Ausführungsplanung zu entscheiden.

4.2

Allgemeine Hinweise zu den Einschnitten

Im folgenden Kapitel werden allgemeine Hinweise zur Anlage von Einschnitten gegeben, wobei neben Erfahrungswerten weitgehend auf die entsprechenden Ausführungen der ZTVE-StB 97, Kapitel 5, sowie auf die DIN 4124 verwiesen wird. Nach Vorgabe der Straßenbauverwaltung sind für die hier betrachtete Baumaßnahme generell die Neigungen der Einschnittsböschungen nicht steiler als 1 :1 ,5 auszubilden. Der tiefe Einschnitt 4.1 (Stat. 3+670 - 4+160) im westlichen Teil der Trasse soll aus landschaftspflegerischer Sicht heraus nur mit Neigungen von 1:2 angelegt werden . Bei Einschnitten im Festgestein lassen sich die Böschungsneigungen nicht immer in einem stetigen Gefälle anlegen, da sich hier der Einfluss der Gebirgstrennflächen maßgebend auf das Löseverhalten in den Böschungen auswirkt. Dies gilt vor allem in den Basalten, die mitunter ein genetisch bedingtes sehr stark variierendes Trennflächeninventar aufweisen und somit auf kurze Erstreckungen stark streuende Einfallsrichtungen der maßgebende Trennflächen zeigen. Das Lösen von Boden und Fels in den aufzufahrenden Einschnitten hat in der Form zu erfolgen, dass das Gebirge nicht unnötig aufgelockert und entfestigt wird. In einzelnen Abschnitten können für das Lösen des Festgesteins Lockerungssprengungen notwendig werden, die besonders gebirgsschonend auszuführen sind. Bei Böschungsneigungen in den Einschnitten bis max. 1:1,5 sind in den Festgesteinsbereichen überwiegend keine Probleme mit den nachzuweisenden Standsicherheiten zu erwarten. Es kann hier je nach Orientierung der Kluftflächen in Bezug auf die Trassenachse in Verbindung mit stärkerer Gebirgsauflockerung infolge Verwitterung oder einer Störung zu lokalen Kluftkörperinstabilitäten kommen, die entweder durch ein entsprechendes Abtragen von a~gleitgef~hrdetem Material beseitigt werden können oder aber durch einzelne konstruktive Sicherungsmittel, wie z.B. kurze Felsnägel, Spritzbetonknaggen o.ä. gesichert werden können. In der Ausschreibung sollten solche Hilfsmittel entsprechend vorgesehen werden, sind jedoch bis auf die in den Böschungen ausbeißenden Tufflagen zu Beginn der Trasse eher als Ausnahme anzusehen. Auf die Witterungsempfindlichkeit der bindigen Decklehme wird an dieser Stelle hingewiesen. Solche Abschnitt sind möglichst schnell zu begrünen oder auf Neigungen von 1:1,8 - 1:2,O abzuflachen. Wasseraustritte in den Böschungsflanken sind prinzipiell zu fassen und einer anzulegenden Seitenentwässerung zuzuführen, die entsprechend Kommentar zur ZTVE-StB 97, Abschnitt 5, Kap. 8.2 ausgebildet werden kann. Böschungsentwässerungen sollen das .ober- bzw. unterirdisch zuströmende Wasser aufnehmen und schadlos ableiten, da die Stabilität und Standsicherheit der Böschungen und ihrer Oberfläche durch stauendes oder fließendes Wasser nicht gefährdet werden

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1ngenieurgeologisches Gutachten

g darf. Dabei soll zuströmendes Wasser im Anströmbereich vor der Böschung oder auch innerhalb der Böschung gefasst werden, was mit Abfanggräben, Tiefenentwässerungen, Sickersträngen (Sickerschlitzen oder Sickerstützscheiben) und Sickerschichten bewerkstelligt werden kann. Tiefenentwässerungen im Bereich grundwasserbeeinflusster Trassenabschnitten sind ebenfalls ein geeignetes Mittel, um den Hangwasserspiegel bis unter Trassenniveau abzusenken. Hinsichtlich anzulegender Baugrubenböschungen sind die Regelungen der DIN 4124 zu beachten. Sollte in einzelnen Geländeabschnitten ein unverbauter Graben ausgehoben werden, so ist die bauzeitliche Böschungsneigung in den anstehenden Decklehmen mindestens steifplastischer Konsistenz auf max. 60° zu beschränken. Die freigelegten Böschungsflächen sind aufgrund der hohen Wasserempfindlichkeit dieser oberflächennahen Decklehme gegen ein witterungsbedingtes Aufweichen zu schützen. An den Rändern der in dieser Form hergestellten Baugrube ist ein mindestens 1,0 m breiter Schutzstreifen anzuordnen, der aus Standsicherheitsgründen mit Baumaschinen nicht befahren werden sollte und auch von Aushubmaterial oder anderen zusätzlichen Lasten freigehalten werden sollte. Bauzeitliche Böschungen mit einer Höhe > 5,0 m sind generell nach DIN 4084 nachzuweisen. Im Zuge der weiteren Planungen sind weitergehende Böschungsbruchberechnungen auszuführen.

4.3

Allgemeine Hinweise zu Bauwerkshinterfüllungen

Oie geplanten Bauwerke bilden zusammen mit dem hinterfüllten Erdkörper und dem Baugrund ein sich wechselseitig beeinflussendes System. Die Verformungen des Baugrundes sowie des Hinterfüll- und Überschüttkörpers verursachen Bewegungen des Bauwerkes je nach dessen statischem System und konstruktiver Ausbildung. Die Bewegungsfreiheit des Bauwerkes bestimmt sich im Wesentlichen nach den statischen System, der Verformungssteifigkeit der Wand- und Gründungselemente, der Konsolidierung des Baugrundes und den Eigenverformungen der angrenzenden Erdkörper. Aus diesen Einflüssen resultieren die Relativbewegungen zwischen Bauwerk und Erdkörper Im Übergang von Brückenwiderlagern auf die Hinterfüllung sind besondere Maßnahmen vorzusehen, um Setzungsunterschiede zwischen Bauwerk und angrenzender Dammoberkante auf ein verträgliches Maß zu reduzieren. Dies hängt jedoch maßgebend von den geplanten Bauabläufen und den sich hieraus ergebenden zeitlichen Randbedingungen zwischen der Errichtung des Bauwerkes und der Schüttung des Dammes und seiner maximalen Liegezeit ab und ist im Zuge der erdbautechnischen Ausführungsplanung weiter zu untersuchen. Angaben zu Bauwerkssetzungen sowie Setzungen der Dammbauwerke sind auf Grundlage der gegenwärtig bekannten Randbedingungen in Kap. 3.1 und 3.2 angegeben. Hinsichtlich der Hinterfüllung und Überschüttung der geplanten Bauwerke sind die Regelungen der ZTVE-StB 97, Kapitel 9 besonders zu beachten. Bei der Wahl des Hinterfüllmaterials sollte sicherheitshalber auf qualifiziertes witterungsunempfindliches Hartsteinmaterial der Bodengruppen SW,

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lngenieurgeologisches Gutachten

g SI, SE, GW, GI, GE nach DIN 18 196 zurückgegriffen werden. Bauwerksabdichtungen sind vor Beschädigungen beim Verdichtungsvorgang zu schützen. Tiefliegende Hinterfüllbereiche, die nicht ausreichend entwässert werden können, sind so zu hinterfüllen, dass sich kein anströmendes Wasser ansammeln kann und zu einer nachteiligen Veränderung des Baugrundes führt, was etwa durch den Einbau von anstehendem, möglichst mit Bindemitteln verbesserten Material bewerkstelligt werden kann.

=

Der nachzuweisende Verdichtungsgrad sollte bei DPr 100 % liegen und über baubegleitende Verdichtungskontrollen (Dichtebestimmungen nach 18125 T. 2 und entsprechende Proctorversuche) überprüft werden. Auf eine ordnungsgemäße Entwässerung des Hinterfüllbereiches ist besonders zu achten.

4.4

Wiederverwendbarkeit der Aush.ub- Abtragsmassen

Im Bereich des erkundeten Trassenabschnittes fallen als Abtrags- und Aushubmassen locker- und Festgesteine unterschiedlicher Zusammensetzung und bodenphysikalischer Eigenschaften an. Mit Bezug auf die vorliegenden Erkundungs- und Untersuchungsergebnisse handelt es sich dabei oberflächennah um quartäre bindige Decklehme (Homogenbereich L), sowie zersetzte bis stark verwitterte Festgesteine, die sich ihrerseits in feinkörnige Ton- und Schluffsteine, sowie Sandsteine und Basalte aufgliedern. Bezüglich der generell~rr Eignung und Wiederverwertbarkeit dieser Böden sind die Vorgaben der einschlägigen Vorschriften, besonders die ZTVE-StB und ZTVA-StB 97 etc. zu beachten. Die Zuordnung zwischen den vorgefundenen Gesteinseinheiten bzw. der maßgebenden Bodengruppen nach DIN 18 196 und den Verdichtbarkeitsklassen wird wie folgt vorgenommen: Verdichtbarkeitsklasse

V1

Kurzbeschreibung

nicht bindige bis schwach bindige, grobkörnige und gemischtkörnige Böden bindige, gemischtkörnige Böden V2 bindiqe, feinkörniqe Böden V3 Tab. 4.4.1 Verdichtbarkeitsklassen nach ZTVA-StB 97

Bodengruppe nach DIN 18196

GE, GI, GE, SI, SE, GU, GT, SU, ST GU*, GT*, SU*, ST* UL, UM, TL, TM

Ausgehend von der getroffenen Homogenbereichseinteilung der im Baufeld zu erwartenden Gesteinsarten wird nachfolgend eine Zuordnung zu den jeweiligen Verdichtbarkeitsklassen getroffen.

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lngenieurgeologisches Gutachten

g Homogenbereich

L 0 1 4

Bodengruppe

Verdichtbarkeitsklasse

TM, TL, UM, UL UA, UM, TA, TM, TL TL TM, UA, UL, GU, GU*, SU* TL, TM, TA, UM, GU, GU*, SU*

V3 V3 V2-V3 * V2-V3 * s.u. V1 -V2

5

7

SU*, SU, ST, ST, GU, GU*

• Anteile der Bodengruppe UA sind nicht für den Wiedereinbau geeignet

Tab. 4.4.2 Zuordnung Homogenbereiche - Verdichtbarkeitsklassen Der während der Erdarbeiten anfallende Mutterboden sollte zunächst in Mieten zwischengelagert und zum Ende der Baumaßnahmen einer Wiederverwertung etwa zur Andeckung von Dammflanken zugeführt werden. Ausgehobene Erdstoffe des Homogenbereichs L sind in die Verdichtbarkeitsklasse V3 einzustufen und daher aufgrund ihrer Wasserempfindlichkeit für eine Wiederverfüllung ohne eine weitergehenden Behandlung etwa mit Bindemitteln nur bedingt geeignet. Erdstoffe der Homogenbereiche 0 und O' können aufgrund des nachweislich hohen Anteils an quellfähiger Minerale nicht wieder eingebaut werden und sind in· geeigneter Weise zu entsorgen bzw. eventuell wirtschaftlich zu veräußern, da sie nachweislich Qualitäten eine Bentonits aufweisen. Es wäre in diesem Zusammenhang zu erwägen, Probenmaterial aus den Bereichen mit großflächigem Vorkommen (Einschnitt BK 8 bis BW 8/1 sowie Achse 264) zu einer weitergehenden tonmineralogisch I technologischen Untersuchung an einen Verwertungsbetrieb zu übergeben, um das Material hinsichtlich seiner Wiederverwertbarkeit zu untersuchen. Zersetzte Basalte des Homogenbereiches 1 sind ebenfalls eher als problematisch für eine Wiederverwertung anzusehen. Die vorgefundenen Basalte der Homogenbereiche 2 und 3 sind nach einer entsprechenden Aufbereitung mittels Brecheranlagen in die neu zu schüttenden Dämme der geplanten Baumaßnahme einzubauen. Der in einigen Proben im Rahmen von umwelttechnischen Untersuchungen (LAGAUntersuchungen) festgestellte erhöhte Chrom- und Nickel-Gehalt ist nach heutigem Kenntnisstand geogenen Ursprungs und wird als unproblematisch betrachtet. Der Einbau dieses Materials sollte jedoch dokumentiert werden und im Einbaubereich von Trinkwasserschutzgebieten zuvor mit den jeweiligen Genehmigungsbehörden abgestimmt werden (siehe Kap. 5). Homogenbereich 4, 5 - 6: Diese veränderlich festen Felsgesteine weisen entstehungsbedingt große Unterschiede in den Festigkeits- und Verformungseigenschaften mit Übergängen zu Tonen einerseits und den eher festen Felsgesteinen andererseits auf. Der Grund hierfür liegt darin begründet, dass diese tonigen Festgesteine verwitterungsempfindliche Bestandteile aufweisen, die bei Wasseraufnahme in Verbindung auch mit einer mechanischen Beanspruchung aufweichen sowie durch Frost-Tau-Wechsel oder Trocken-/Nasszyklen bis zum Zerfall verwittern (siehe unten). Erfahrungsgemäß sollten diese Gesteine nicht in den geplanten Fahrbahndämmen der Trasse eingebaut werden, sondern eher in untergeordneten Erdbauwerken wie Lärmschutzwälle, Seitenablagerungen o.ä. eingebaut werden .

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Seite 195

lngenieurgeologisches Gutachten

g Homogenbereiche 7, 8 - 9: Die im Untersuchungsgebiet vorgefundenen Sandsteine zeigten insgesamt gute mineralische Kornbindung und relativ hohe Werte in den einaxialen Druckfestigkeiten. Analog zu den o.g. Basalten können die Sandsteine des Homogenbereichs 8 und 9 nach einer entsprechenden Aufbereitung in verwertbaren Korngrößen einer Wiederverwendung etwa im Dammbau zugeführt werden. Es ist im Zuge der Verdichtung jedoch nicht auszuschließen, dass es zu Kornzertrümmerungen und Feinkornanreicherungen kommen kann. Spätestens unmittelbar vor dem geplanten Wiedereinbau sind die dahingehenden Eigenschaften etwa im Zuge von Probeverdichtungen oder durch Anlegen von Versuchsfeldern zu überprüfen. Es wird in diesem Zusammenhang jedoch auch explizit darauf hingewiesen, dass innerhalb der vorgefundenen Sandsteine immer wieder zwischengeschaltete Tonsteinlagen zu beobachten waren , die witterungsempfindliche Eigenschaften aufweisen und als stark frostempfindlich anzusehen sind. Die teilweise starke Anfälligkeit gegen Witterungseinflüsse dieser Einschaltungen zeigen auch die an Proben aus diesen Homogenbereichen durchgeführten Wasserlagerungsversuche nach DIN 4022. Diese sieht vor, die ausgewählten Proben 24 Stur:iden unter Wasser zu lagern. Darüber hinaus wurden die Proben insgesamt 36 Tage unter Wasser gelagert, um über 24 Stunden hinausgehende Veränderungen feststellen zu können . In der nachfolgenden Tabelle sind die durchgeführten Versuche zusammengestellt: Probe

Bohrung Abschnitt I Achse I Bauwerk

42417 42419 42420 42421

BK36a BK38 BK39 BK67

Teufe von bis

Homogenbereich

Bewertung

Ab6 14,40 15,00 9 mäßiQ veränderlich 4,00 8 nicht veränderlich Ab6 3,80 Ab6 5,20 5,90 4 stark veränderlich Ab9 9,10 9,40 9 Tst veränderlich Sst nicht veränderlich BW23 42418 BK67a Ab9 6,45 6,65 9 Tst veränderlich Achse 574 Sst nicht veränderlich Tab. 4.4.3 Ergebnisse Wasserlagerungsversuche nach DIN 4022 {siehe Anlage 5) Daher sind die tonigen Zwischenschichten bei nachweislich größerer Mächtigkeit wenn baupraktisch umsetzbar zu separieren, was jedoch einen zusätzlichen Aufwand beinhaltet und somit in der Ausschreibung entsprechend zu berücksichtigen ist. Grundsätzlich sind die Sandsteine als Dammbaustoff gut geeignet. Auf einen hohlraumarmen Einbau ist zu achten.

4.4.1

Bodenverbesserung bzw. Bodenverfestigung mit Bindemitteln

Die praktisch im gesamten Trassenverlauf anfallenden bindigen Deckschichten sind wie bereits oben ausgeführt aufgrund ihrer Wasserempfindlichkeit in die Verdichtbarkeitsklasse V 3 einzustufen, d.h. diese Erdstoffe sind für eine Wiederverfüllung (abhängig vom entsprechenden Einbauwassergehalt) nur bedingt geeignet. Dieses anfallenden Aushubmaterial könnte jedoch aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus durch eine Vergütung mittels hydraulischer Bindemittel verbessert bzw. stabilisiert werden , sofern der natürliche Wassergehalt des Bodens zum Zeitpunkt

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g der Bauausführung nur geringfügig (Größenordnung ca. 5-7 %) über dem optimalen Wassergehalt (Wp,) nach DIN 18 127 liegt. Die gegenwärtig ermittelten Wassergehalte innerhalb dieser bindigen Baugrundeinheiten lassen erfahrungsgemäß die Möglichkeit einer Bindemittelvergütung zu . Vor Beginn der Baumaßnahme sollte jedoch der aktuelle Wassergehalt ermittelt werden, um in Verbindung mit Proctorversuchen nach DIN 18 127 die exakte Bindemittelzugabemenge festlegen zu können. Eine dahingehende Position für eine im Vorfeld der Bauarbeiten vorzunehmende Eignungsprüfung durch den AN ist in der Ausschreibung aufzunehmen. Ausgehend von Erfahrungswerten kann für die anstehenden Decklehme bei einer geplanten Stabilisierung mittels Weißfeinkalk oder Mischbindern von einer Zugabemenge in einer Größenordnung von etwa 3 - 6 Gew. % bezogen auf die Trockenmasse ausgegangen werden. Dies ergibt überschlägige Zugabemengen von etwa 50 - 90 kg/m 3 zu konditionierendem Bodenmaterial und etwa 15 - 25 kg/m2 bei einer Frästiefe im Baumischverfahren (mixed-in-place) von etwa 30 cm. Diese Angaben sind jedoch zwingend zu Beginn der Maßnahmen über gesonderte Versuche genau festzulegen und auf die tatsächlichen Wassergehalte der Böden zum Zeitpunkt der Ausführung abzustimmen. Der Vorteil einer Bindemittelzugabe besteht neben einer merklichen finanziellen Ersparnis für den AG weiterhin darin, dass das vergütete Bodenmaterial gegenüber Witterungseinflüssen deutlich geschützt ist und somit auch eine Befahrbarkeit mit Baustellengerät während schlechterer Witterungsphasen gegeben ist. Bei einer Bodenverbesserung im Baumischverfahren (mixed-in-place) sind u.a. die nachfolgenden Punkte besonders zu beachten: • • • •

•

bei starken Niederschlägen muss auf das Verteilen von Bindemitteln verzichtet werden, um ein Ausschwemmen des Bindemittels zu vermeiden gefrorener Boden darf nicht verfestigt werden Verteilen und Einfräsen des Bindemittels sollen grundsätzlich direkt hintereinander erfolgen enthält der zu verfestigende Boden Steine von mehr als 63 mm Durchmesser, so sind diese zu entfernen (wenn baupraktisch möglich); eine entsprechende Position ist in der Ausschreibung zu berücksichtigen Unmittelbar nach Beendigung des Durchmischens muss mit der Verdichtung begonnen werden. Eine Bindemittelzugabe ohne ein sofortiges Einbauen des konditionierten Bodens darf nicht vorgenommen werden .

In diesem Zusammenhang wird weiterhin auf die Regelungen und Anweisungen der ZTVE-StB 94 Kap. 11 "Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen mit Bindemitteln" sowie auf das Merkblatt über Bodenverfestigungen und Bobenverbesserungen mit Bindemitteln verwiesen. Weiterhin ist zu beachten, dass veränderlich feste Gesteine wie die im Baufeld zu erwartenden Ton- und Sehluftsteine, unvollständig zersetzte Gesteine, sowie die im westlichen Trassenabschnitt angetroffenen Tuffe nicht mit Bindemitteln konditioniert werden sollten. Eine Bindemittelvergütung ist baupraktisch relativ aufwendig und deshalb mit einem gewissen Risiko verbunden, jedoch bei sachgemäßer Handhabung unter den gegebenen Verhältnissen durch-

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g aus praktikabel. Sollten die Erdbauarbeiten über die Wintermonate ausgeführt werden, so empfehlen wir auf der sicheren Seite liegend die Anfüllmassen mittels Fremdmaterial vorzusehen, um ggf. auch bei schlechter nasser Witterung und bei Frost arbeiten zu können.

4.5

Allgemeine Angaben zum Straßenbau

Für den geplanten Straßenbau wird auf die Empfehlungen und Regelungen der ZTVE-StB 94 und RStO 01 verwiesen. Die im Bereich der geplanten Gradiente anstehenden Bodenarten nach DIN 18 196 bzw. die im jeweiligen Planumsbereich vorgefundenen Festgesteine sind in den entspre·chenden ingenieurgeologischen Längsschnitten der Anlage 3 zu entnehmen. Die Ausgangswerte für die Festlegung der Mindestdicke des Frostsicheren Straßenaufbaus basiert auf der Einstufung der o.g. Bodenarten in die resultierenden Frostempfindlichkeitsklassen. So ist beispielsweise bei einem F3 Boden im Planumsbereich bei einer Bauklasse 11 eine Mindestdicke des Straßenaufbaus von 60 cm vorzusehen . Aufgrund der sich für die Untersuchungslokalität ergebende Frosteinwirkungszone III wird eine zusätzliche Mehrdicke von ca. 15 cm nach o.g. Regelwerken gefordert. Auf dem Erdplanum ist prinzipiell ein Verformungsmodul von Ev2 ~ 45 MN/m2 nachzuweisen, der in solchen Trassenabschnitten, in denen man sich innerhalb der bindigen Deckschichten bewegen wird, je nach Witterung vermutlich nicht nachgewiesen werden kann , so dass hier weitergehende Stabilisierungsmaßnahmen bzw. ein Bodenaustausch vorgenommen werden müssen. Ausgehend von Erfahrungswerten unter vergleichbaren Randbedingungen empfehlen wir Ihnen im Bereich des Erdplanums eine Bindemittelvergütung mit einem Kalk-Zement-Gemisch vorzusehen. Hierzu kämen etwa die Produkte Varilith (Fa. Dyckerhoff), Budfix (Buderus) oder vergleichbare in Frage, wobei analog zu unter Kapitel 4.4.1 ausgeführten Anmerkungen etwa eine Zugabemenge von ca. 3 5 % vorgesehen werden müsste. Auch hier sollte die genaue Zugabemenge im Rahmen einer zu erstellenden Eignungsprüfung zu Beginn der Baumaßnahme ermittelt werden. In diesem Zusammenhang wird auf die Regelungen und Anweisungen der ZTVE-StB 94 Kap. 11 "Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen mit Bindemitteln" verwiesen . Hierdurch wird wie bereits erwähnt auch eine gewisse Unempfindlichkeit gegen Witterungsverhältnisse gewährleistet und auch eine gute Befahrbarkeit mit schwerem Baustellengerät bewerkstelligt. Die Festlegung der einzusetzenden Bindemittel und deren Zugabemenge sollte im Rahmen einer Eignungsprüfung im Vorfeld der Baumaßnahme erfolgen. Alternativ zu einer Vergütung des Straßenplanums mit Bindemitteln kann prinzipiell ein Bodenaustausch mit Fremdmaterial vorgesehen werden, dessen Stärke möglichst zu Beginn der Baumaßnahme durch entsprechende Lastplattendruckversuche nach DIN 18 134 festgelegt werden sollte. Als überschlägiger Wert für die Abfassung der Ausschreibung kann vermutlich in den beschriebenen Trassenabschnitten innerhalb bindiger Deckschichten von einem zusätzlichen Bodenaus-

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g tausch von etwa 20 cm ausgegangen werden, um den geforderten Verformungsmodul von Ev2 ~ 45 MN/m2 auf dem Planum zu erreichen. Als Bodenaustauschmaterial kann zur Reduzierung der hierdurch anfallenden Kosten etwa Steinerde, Krotzen oder vergleichbares Material verwendet werden. In der Ausschreibung sollte weiterhin als zusätzliches Stabilisierungsmittel im Straßenbau ein Trennvlies bzw. Geogitter preislich angefragt werden. Bei den zu errichtenden Straßen handelt es sich vermutlich um die Bauklassen II - 111, wonach bei Bauweisen mit Asphaltdecke entsprechend der RStO 01 (Asphalttragschicht auf Frostschutzschicht) auf der Frostschutzschicht ein Verformungsmodul von Ev2 ~ 120 MN/m2 nachzuweisen ist. Entsprechende Kontrollversuche zur Überprüfung der geforderten Mindesttragfähigkeit sollten in ausreichender Menge in der Ausschreibung vorgesehen werden. Die Herstellung von ggf. notwendig werdenden Baustraßen ist den jeweiligen Untergrundverhältnissen anzupassen. Eventuell sind auch hier im Bereich eingeschränkt tragfähiger Böden Bindemittelkonditionierungen vorzusehen. Der Großteil der geplanten Straßenbaumaßnahme wird sich jedoch innerhalb der eigentlichen zu errichtenden Trasse (Achse 1) abspielen.

4.6

Versickerungsfähigkeit des Untergrundes

Nachfolgend wird in vereinfachter Form auf eventuell vorgesehene Versickerungsmöglichkeiten von Niederschlagswasser eingegangen. Die prinzipielle Durchführbarkeit sollte im Bedarfsfalle im Hinblick auf die Genehmigungsfähigkeit überprüft werde. Die folgenden Ausführungen basieren auf dem ATV Regelwerk, Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 138: Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser, Stand Januar

2002. Im Sinne des Grundwasserschutzes darf schädlich verunreinigtes Niederschlagswasser ohne ausreichende Vorreinigung nicht versickert werden. Als „nicht schädlich verunreinigt" gilt Niederschlagswasser von Dach- und Terrassenflächen von überwiegend zu Wohnzwecken genutzten Grundstücken, Verwaltungsgebäuden und ähnlich genutzten Anwesen (auch im gewerblichen Bereich), sowie auf Flächen des ruhenden und fahrenden Verkehrs, solange derartige Flächen in nicht durch Emissionen bzw. Immissionen besonders beeinflussten Gebieten liegen.

Rechtliche Aspekte: Das natürliche, flächenhafte Versickern von Niederschlagswasser auf Freiflächen unterliegt keinen besonderen Vorschriften und Gesetzen. Wird Niederschlagswasser jedoch gezielt mit besonderen Anlagen oder Einrichtungen versickert, gilt das als Einleitung in ein Gewässer und bedarf der wasserrechtlichen Erlaubnis. Hydrogeologische Voraussetzungen: Für Versickerungsanlagen kommen Lockergesteine in Frage, deren kt -Werte im Bereich von 5 x 10-3 bis 5 x 10-6 m/s liegen; diese Voraussetzungen soll-

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ten für lediglich einige wenige Homogenbereiche, wie etwa zersetzte Sandsteine der Untersuchungslokalität zutreffen. Technische Grundlagen der Versickerung: Es kommen die nachfolgenden Anlagenarten für die dezentrale Versickerung von Niederschlagswasser in Frage.

1. Flächenversickerung 2. Muldenversickerung 3. Rigolen- und Rohrversickerung 4. Mulden-Rigolen-Versickerung 5. Schachtversickerung Hierbei sind im Hinblick auf die Reinigung der eingeleiteten Niederschläge in der ungesättigten Bodenzone die o. g. Anlagen unter Nr. 1 - 4 zu favorisieren ; die Anlagen sind in der Rangfolge entsprechend dem von ihnen ausgehenden Gefährdungspotential für das Grundwasser aufgelistet. Für eine Flächenversickerung sollte der Boden mindestens eine mittlere Durchlässigkeit von kt ~ 2 x 10-5 m/s besitzen. Da die oberflächennah anstehenden Decklehme sowie die toniger Felszersatzschichten nur Durchlässigkeiten in der Größenordnung 10-8 aufweisen, ist diese Form der Versickerung im Einflussbereich der obersten bindigen Deckschichten ungeeignet. Die Muldenversickerung ist eine Flächenversickerung mit zeitweiser Speicherung des Niederschlagswassers. Versickerungsmulden sind so zu bemessen, dass sie nur kurzfristig unter Einstau stehen; Dauereinstau ist in jedem Falle zu vermeiden. Die Mulden müssten daher so tief ausgebildet werden, dass das Muldentiefste in die Nähe von ausreichend wasserdurchlässigen sandig kiesigen Baugrundeinheiten kommt. Bei einer Rigolen- und Rohrversickerung erfolgt die Einleitung des Oberflächenwassers in einen mit Kies gefüllten Graben. Durch zusätzliche perforierte Rohrstränge kann ein zusätzlicher Zwischenspeicher für das anfallende Wasser geschaffen werden. Die Grabensohle ist bis in wasserdurchlässige Zonen (Sande. und Kiese) auszuheben. Nach dem angeführten ATV Arbeitsblatt A 138 kann diese Rigole entweder in offener Bauweise oder aber, um auch den Geländeteil oberhalb des Grabens nutzen zu können, als überdeckte Rigole zur Ausführung kommen. Die Rigolen sind geländemäßig so zu positionieren, dass sie morphologisch gesehen unterhalb (unterstrom) geplanter Bauwerksteile zu liegen kommen. Bei der baulichen Ausführung der Rigolen ist darauf zu achten, dass das Wasser möglichst gleichmäßig über die gesamte Länge des Grabens verteilt eintreten kann. Möglich wäre auch eine Kombination aus Mulden- und Rigolenversickerung. Das MuldenRigolen-System besteht aus einer begrünten Mulde mit einer darunter liegenden Rigole. Es handelt sich hierbei um zwei getrennte Speicher, die von den Abflussraten und der Versickerungsfähigkeit sowohl von der Mulde als auch von der Rigole bestimmt werden . Durch den größeren Speicherraum ist das Mulden-Rigolen-System auch bei geringeren Durchlässigkeiten bis zu k1 ~ 1 x 10-6 m/s einsetzbar. Es ergeben sich im Vergleich zu anderen Versickerungsanlagen dadurch für die Rigole in der Regel länQere Entleerungszeiten.

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g Um einen größeren Einstau der Rigole bei Starkniederschlagsereignissen zu vermeiden , sollte eine Überlaufverrichtung zur Ableitung der überschüssigen Wassermengen in eine etwaige Vorflut oder in die Kanalisation vorgesehen werden, deren Überlaufhöhe etwa 0,60 m u. GOK betragen sollte. Die genaue Vorgehensweise diesbezüglich ist an die vorliegenden Höhenverhältnisse anzupassen. Bei einer Schachtversickerung dienen die Schächte als Zwischenspeicher für das anfallende Oberflächenwasser, das durch die geschlitzten Sehachtringe und Sohle verzögert an den Untergrund abgegeben wird . Der Abstand zwischen Sehachtsohle und maximalem Grundwasserspiegel sollte mindestens 1,50 m betragen. Bei Sehachtgalerien ist ein Mindestabstand von 10 m zwischen den Schächten einzuhalten. Weiterhin ist zu bemerken, dass durch den Bau und den Betrieb der Versickerungsanlagen die Belange Dritter nicht beeinträchtigt werden dürfen. Bei Wasserschutzgebieten ist insbesondere zu beachten, dass nach den DVGW-Richtlinien für Trinkwasserschutzgebiete und den LAWA-Richtlinien für Heilquellenschutzgebiete das Versickern von gesammeltem Niederschlagswasser in den Trinkwasserschutzzonen 1 und II in der Regel nicht möglich ist. Die Versickerungsfähigkeit der vorgefundenen Baugrundeinheiten wird insgesamt als eher problematisch eingestuft, bis auf die Trassenabschnitten, in denen unterschiedlich stark verwitterte Sandsteine angetroffen werden. Falls im Zuge der Ausführungsplanung die Versickerung von Niederschlagswasser weiter verfolgt werden sollte, so empfehlen wir standortspezifische weiterführende Untersuchungen.

4. 7

Maßnahmen in Wasserschutzgebieten

Die Trasse verläuft in Teilen in Trinkwasser- und Heilquellenschutzgebieten der Stadt Lauterbach sowie der Gemeinde Bad Salzschlirf: Station von (ca.)

0+000 9+500 11+270 Tab. 4.7.1

Station bis (ca.)

WSG-Zone

HSG-Zone

WSG-10

Gemeinde

0+775 II & III 535-073 Stadt Lauterbach, OT Maar 111 B 631-017 Gemeinde Bad Salzschlirf 11+270 11+910 / B Gemeinde Bad Salzschlirf Trinkwasser- und Heilquellenschutzgebiete - betroffenen Streckenabschnitte

Die Lage der Schutzgebiete kann der Anlage 1 (1 .3: Karte der Trinkwasser- und Heilquellenschutzgebiete, Stand 01 . Nov. 2004; M 1:10 000) entnommen werden. In der Schutzzone II (engere Schutzzone) wird der Tiefbrunnen Maar unterhalten, der bei einer Tiefe von 58 m Grundwasser in basaltischen Grundwasserleitern erschließt. Für diesen Brunnen wird laut Gutachten vom HLfB vom 3.11 .1972 (Az. 341-87ono Re/Zz) ein Ruhewasserspiegel von 15,45 m u. Gelände angegeben (GOK lt. top. Karte ca. 335,0 mNN).

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g Gemäß Verordnung zum Schutz der Trinkwassergewinnungsanlagen der Stadt Lauterbach vom 05.07.1977 Az.: V 14 - 79 e 04/01 (9876) - M - sowie der Verordnung zum Schutz der Trinkwassergewinnungsanlagen der Gemeinde Bad Salzschlirf vom 30.01 .1970 Az.: 111/5 - 79 b 06/15 waren für die engere Schutzzone II sowie die weiter Schutzzone III Auflagen zu beachten, die insgesamt 36 Bohrungen betrafen und unter anderem ein Abdichten des jeweils obersten und untersten Bohrmeters mit hochwertigem Ton beinhalteten. Im Hinblick auf die oben genan~ten Verordnungen sind die erforderlichen Maßnahmen zum Schutz des Grundwassers mit den Vertretern der zuständigen Behörden abzustimmen.

4.8

Erdbeben

Das Untersuchungsgebiet der geplanten Umgehungsstraße liegt nach DIN 4149: 2005-04: „BAUTEN IN DEUTSCHEN ERDBEBENGEBIETEN - LASTANNAHMEN, BEMESSUNG UND AUSFÜHRUNG ÜBLICHER HOCHBAUTEN" in keiner der 4 Erdbebenzonen Deutschlands. Für die Baugrundbeurteilung und die sich daraus abzuleitenden Empfehlungen ist kein Bemessungswert der Bodenbeschleunigung zu berücksichtigen.

Sachbearbeiter:

Dr. rer. nat. Heinz-Jürgen Matthesius Dipl.-Geologe Wolfgang Paehge

Limburg/Lahn, den 12. März 2007 gbm Gesellschaft für Baugeologie und -meßtechnik mbH • Baugrundinstitut

Prof. Dr.-lng. B. Fröhlich

ppa. Dr. rer. nat. H.-J. Matthesius