Setzungen der Strompfeiler der Kanalbrücke über …- Setzungen entsprechend DIN 4019 auf 66%...

1

Setzungen der Strompfeiler derKanalbrücke über die Elbe bei Magdeburg

Dipl.-Ing. N. Kunz

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe •••• Hamburg •••• Ilmenau

2Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe •••• Hamburg •••• Ilmenau

3

106,20 57,10

+70,00+70,00

58,45

Elbsohle 34,50

17 18 19 20 Widerlager OstE L B E

Richtung Berlin

5,65

227,40

Achse Achse Achse Achse

MW 39,18

Ansicht Strombrücke

4

Pfeilergründung

MW NN +39,18

ElbsohleNN + 34,50

1,50

2,50

12,00/22,00

Knaggen

NN +32,00

NN +28,00

5

NN + m+30.00

+25.00

+20.00

+15.00

+10.00

+5.00

+0.00

- 5.00

-10.00

MW NN + 39,18

Elbsohle NN + 34,50

magerer Geschiebemergel

fetter Geschiebemergel

Schmelzwassersande

Septarienton

Grünsand

Bodenschicht Steifemodul[MN/m²]

MagererGeschiebe-

mergel

óV [kN/m²] Es 0-200: 25200-400: 38400-800: 60

FetterGeschiebe-

mergel

óV [kN/m²] Es 0-200: 17200-400: 25400-800: 35

Schmelzwas-sersande

100

Septarienton óV [kN/m²] Es

400-550: 15

Baugrundaufbau

Mit dem Nachweis der Überkonsolidation des Baugrundes:- Ansatz der Wiederbelastungsmoduln aus den Oedometerversuchen- Abminderung der rechnerischen Setzungen auf 66% nach DIN 4017

6

Belastungsregime Strompfeiler

Lastfall 1: PfeilereigengewichtLastfall 2: LF 1 + Eigengewicht Überbau + Ausbau

Lastfall 3: LF 2 + Wasserfüllung

+ Wind + Verkehr + Setzungsdiff.

LF 1 = 127 kN/m²

LF 2 = LF1 + 91 kN/m²

LF 3 = LF 2 + 342 kN/m²

127

218

560

Sohlspannung [kN/m²]

7

Setzungsberechnung in der Statik




LF 1 = 127 kN/m²

LF 2 = LF1 + 91 kN/m²

LF 3 = LF 2 + 342 kN/m²

127

218

560

Sohlspannung [kN/m²]

Ansätze:- nach DIN 4019, Teil 1

- Setzungseinflussfaktoren nach KANY �Berechnung von Flächengründungen�

- Grenztiefe z

8




LF 1 = 127 kN/m²

LF 2 = LF1 + 91 kN/m²

LF 3 = LF 2 + 342 kN/m²

127 27 18

218 49 32

560 120 79

SetzungSohlspannung [mm] [kN/m²] cal. 66%


Ansätze:- nach DIN 4019, Teil 1

- Setzungseinflussfaktoren nach KANY �Berechnung von Flächengründungen�

- Grenztiefe z

9




LF 1 = 127 kN/m²

LF 2 = LF1 + 91 kN/m²

LF 3 = LF 2 + 342 kN/m²

127 27 18

218 49 32

560 120 79

SetzungSohlspannung [mm] [kN/m²] cal. 66%

- Gewährleistung der Gebrauchstauglichkeit- Setzungsprognose für Wasserfüllung der Strombrücke

!!!! Ziele der geotechnischen Bauwerksüberwachung:

Die Lager der Strombrücke müssen vor der Wasserfüllung eingebaut werden und sindaufgrund ihrer für eine Lastabtragung von 13 500 t erforderlichen Größe (dLager = 2,20 m,Gewicht 30 ... 40 t) nachträglich nur unter äußerst hohem Aufwand nachzustellen.


10

Setzungsmessungen

11

MLK

-km

322

+168

,468

Elbe

Einschub

339.7

339.6

17 18 19 20

Strombrücke

Datei:Lagepl1a.ppt/Lie

1-fach - Extensometer

5-fach - Extensometer

Porenwasserdruck-Aufnehmer

Lageplan - Strombrücke

12

- Spundwandkasten einseitig offen- Einbau während Hochwasser- Wasserspiegelschwankungen bis 0,5 m / 12 h- Bohrung von einem Stelzenponton- Ansatzpunkt 10 m unter Wasserspiegel- Materialtransport nur per Kran- Arbeiten mit Taucherunterstützung

Einbau der Extensometer

13

- Glasfaserstangenextensometer GKSE 16 der Fa. GLÖTZL- max. Länge ca. 35 m- Wegaufnehmer mit 200 mm Meßweg- Extensometerkopf druckwasserdicht und wasserdicht vergossen- Datenlogger mit Kabelreserve

14

BU

ND

ESA

NST

ALT

FÜ

R W

ASS

ERB

AU

Kar

lsru

he H

ambu

rg I

lmen

au

Anker 1

Anker 5Anker 4

Anker 3

Anker 2

Zement

Quellton-Compaktonit

Quarzfilterkies 2.00 - 3.15 mm

magerer Geschiebemergel

fetter Geschiebemergel

Schmelzwassersande

Septarienton

Grünsand

Pfeiler Nr. 18 / Süd5-fach-Extensometer

NN + m+30.00

+25.00

+20.00

+15.00

+10.00

+5.00

+0.00

-5.00

-10.00

MW NN + 39,18

Elbsohle NN + 34,50

15

Messergebnisse Pfeiler 18 S bis November 2001

0

5

10

15

20

25

30

J-99

F-99

M-99

A-99

M-99

J-99

J-99

A-99

S-99

O-99

N-99

D-99

J-00

F-00

M-00

A-00

M-00

J-00

J-00

A-00

S-00

O-00

N-00

D-00

J-01

F-01

M-01

A-01

M-01

J-01

J-01

A-01

S-01

O-01

N-01

Zusa

mm

endr

ücku

ng [m

m]

0

50

100

150

200

250

300

Sohl

span

nung

en [k

N/m

²]

UK Grünsand UK Septarienton UK Schmelzwassersande UK Fetter Gme UK Magerer Gme Sohlspannung

LenzenSpundwand-kasten

Fundamentbeton

Betonage Pfeiler

VorschubStrombrücke

FlutenSohlbeton

VolleinschubStrombrücke

WasserstandsschwankungenElbe

16

0

5

10

15

20

25

30

J-99

F-99

M-99

A-99

M-99

J-99

J-99

A-99

S-99

O-99

N-99

D-99

J-00

F-00

M-00

A-00

M-00

J-00

J-00

A-00

S-00

O-00

N-00

D-00

J-01

F-01

M-01

A-01

M-01

J-01

J-01

A-01

S-01

O-01

N-01

Setz

ung

[mm

]

Pfeiler 18 S Pfeiler 18 N Pfeiler 19 S

Messergebnisse aller Pfeiler bis November 2001

17

Setzungsprognose auf Grundlage der DIN 4019

Grundlagen:

- Flächengründung - Spundwandkasten undurchlässige, steife Begrenzung (für Geschiebemergel gilt so die eindimensionale Konsolidationstheorie)- Spannungsabhängigkeit des Steifemoduls

Diplomarbeit an der Bauhausuniversität Weimar

Es = f(σ´) mit σ´ = f(U(t))

18

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Zeit [d]

s [m

m]

gemessene Setzungentheoretische Setzungen

Ansatz Steifemodulnlt. Baugrundgutachten

Adaption der Steifemoduln

19

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Zeit [d]

s [m

m]

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Zeit [d]

s [m

m]

gemessene Setzungentheoretische Setzungen

Ansatz Steifemodulnlt. Baugrundgutachten

AdaptierteSteifemoduln

Adaption der Steifemoduln

20

0 10 20 30 40 50 60

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Zeit [Jahre]

Zusa

mm

endr

ücku

ng [m

m]

UK Fetter GeschiebemergelUK SchmelzwassersandUK SeptarientonUK Grünsand

Zusammendrückung bis

Bodenschicht Ursprüngl.Steifemodul

[kN/m²]

ModifizierterSteifemodul

[kN/m²]Geschiebemergel 44.000 116.000Schmelzwassersand 100.000 150.000Septarienton 12.000 12.000Grünsand 100.000 100.000

Ergebnisse

21

Setzungsprognose mittels Finite-Element-Berechnung

Ansätze:- radialsymmetrisches Modell

- flächengleich mit Originalgründung

(Spundwandanteil geringer als im Original)

- Spundwandkasten gleiche Durchlässigkeit wie Geschiebemergel (1*10-10 m/s)

- während der Wasserfüllung löst sich der Spundwandkasten vom Fundament

- Steifezahlen laut Baugrundgutachten

- Setzungen entsprechend DIN 4019 auf 66% abgemindert, da überkonsolidierte Böden

22

Ergebnisse

FE-Berechnung[mm]

Messung[mm]

Statik

Magerer GeschiebemergelFetter GeschiebemergelSchmelzwassersandSeptarientonGrünsand ∑∑∑∑ 25,8 22,5"""" 25,8

Setzungen bis November 2001 (Nachrechnung der Messwerte):

"""" Zuschlag von 5 mm für Setzungen aus der Fundamentplatte

23

Ergebnisse

FE-Berechnung[mm]

Messung[mm]

Statik

Magerer Geschiebemergel 7 5,9

Fetter Geschiebemergel 7,7 4,5

Schmelzwassersand 4,7Septarienton 3,9

11,1

Grünsand 2,5 1,0

∑∑∑∑ 25,8 22,5"""" 25,8



24

Ergebnisse

FE-Berechnung[mm]

Messung[mm]

Statik

Magerer Geschiebemergel 7 5,9

Fetter Geschiebemergel 7,7 4,5 19,4

Schmelzwassersand 4,7 6,4

Septarienton 3,911,1

Grünsand 2,5 1,0

∑∑∑∑ 25,8 22,5"""" 25,8



25

FE - Nachrechnung Pfeiler 18 S

0

5

10

15

20

25

30

J-99

F-99

M-99

A-99

M-99

J-99

J-99

A-99

S-99

O-99

N-99

D-99

J-00

F-00

M-00

A-00

M-00

J-00

J-00

A-00

S-00

O-00

N-00

D-00

J-01

F-01

M-01

A-01

M-01

J-01

J-01

A-01

S-01

O-01

N-01

Zusa

mm

endr

ücku

ng [m

m]

0

50

100

150

200

250

300

Sohl

span

nung

en [k

N/m

²]

UK Grünsand UK Septarienton UK Schmelzwassersande UK Fetter GmeUK Magerer Gme Nachrechnung mit Plaxis Sohlspannung

26

Gemessene Setzungen aller Pfeiler und FE-Nachrechnung

0

5

10

15

20

25

30

J-99

F-99

M-99

A-99

M-99

J-99

J-99

A-99

S-99

O-99

N-99

D-99

J-00

F-00

M-00

A-00

M-00

J-00

J-00

A-00

S-00

O-00

N-00

D-00

J-01

F-01

M-01

A-01

M-01

J-01

J-01

A-01

S-01

O-01

N-01

Setz

ung

[mm

]

Pfeiler 18 S Pfeiler 18 N Pfeiler 19 S Plaxis

27

Prognose der Endsetzungen

FE-Berechnung

StatikDIN 4019

(Spw.-kastensteife

Begrenzung)

Platte mitSpundwandverbunden

Platte vonSpundwand

gelöst

Gesamtsetzungen [mm] 79 100 69 106

Setzungsdauer [a] 50 ≈≈≈≈ 20

28

Zeit-Setzungslinie

0 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08-0,20

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

Zeit [s]

Setzung [m]

Fundamentplatte mit Spundwand verbunden

Fundamentplatte von Spundwand getrennt

= 6,3 a = 19 a = 25,4 a

Angegebene Setzungs-größen sind Rechenwerte,müssen auf 66%abgemindert werden!Wasserfüllung

29

- durch Ansatz des Steifemoduls Es ist unter Abminderung

der Ergebnisse auf 66% eine Setzungsprognose über-

konsolidierter Lockergesteine nach DIN 4019 möglich

- Setzungsberechnungen müssen dem statischen System und

dem Baugrund entsprechen

- Wahl eindeutiger statischer Systeme

Schlussfolgerungen

30Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe •••• Hamburg •••• Ilmenau

33

Berechnungsschritte

1. Baugrubenaushub 2. Fundamentplatte 3. 100 Tage Konsolidation 4. Lenzen des Spundwandkastens 5. Teilbetonage Pfeiler 6. 137 Tage Konsolidation 7. Fluten Spundwandkasten 8. Betonage Pfeiler 9. 94 Tage Konsolidation10. Teileinschub Strombrücke11. 114 Tage Konsolidation12. Volleinschub Strombrücke13. 720 Tage Konsolidation 13A. 210 Tage Konsolidation (bis Januar 2001)14. Platte von Kasten lösen15. 100% Wasserfüllung16. Konsolidation bis max. PWÜ = 1 kN/m²

34

Porenwasserdrücke Geschiebemergel

30

35

40

45

Mrz99

Apr99

Mai99

Jun99

Jul 99 Aug99

Sep99

Okt99

Nov99

Dez99

Jan00

Feb00

Mrz00

Apr00

Mai00

Jun00

Jul 00 Aug00

Sep00

Okt00

Nov00

Dez00

Jan01

Feb01

Was

sers

äule

[mN

N]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Sohl

span

nung

en [k

N/m

²]

PWD 18N.2 PWD 18N.4 PWD 18N.5 Sohlspannung

35

0

5

10

15

20

25

30

J99

F99

M99

A99

M99

J99

J99

A99

S99

O99

N99

D99

J00

F00

M00

A00

M00

J00

J00

A00

S00

O00

N00

D00

J01

F01

M01

A01

M01

J01

J01

A01

S01

O01

N01

Setz

unge

n [m

m]

0

50

100

150

200

250

300

Sohl

span

nung

en [k

N/m

²]


Auftr.:

Datum:

Anlage:

LenzenSpundwand-kasten

7.02.10056.01

16.01.02

Kanalbrücke Magdeburg, Strompfeiler1. Auswertung Extensometermessungen

6Pfeiler 18 Süd, Gesamtsetzungen

Fundamentbeton

Betonage Pfeiler

VorschubStrombrücke

FlutenSohlbeton

VolleinschubStrombrücke

WasserstandsschwankungenElbe

36

Auftr.:

Datum:

Anlage:

7.02.10056.01

16.01.02


7Pfeiler 18 Süd, Setzungen der Einzelschichten

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

J99

A99

S99

O99

N99

D99

J00

F00

M00

A00

M00

J00

J00

A00

S00

O00

N00

D00

J01

F01

M01

A01

M01

J01

J01

A01

S01

O01

N01

Schi

chts

etzu

ngen

[mm

]

0

50

100

150

200

250

300

Sohl

span

nung

[kN

/m²]

Grünsand Septarienton Schmelzwassersande Fetter Gme Magerer Gme Sohlspannung

37

Auftr.:

Datum:

Anlage:

7.02.10056.01

16.01.02


8Pfeiler 18 Nord, Gesamtsetzungen

0

5

10

15

20

25

30

A99

M99

J99

J99

A99

S99

O99

N99

D99

J00

F00

M00

A00

M00

J00

J00

A00

S00

O00

N00

D00

J01

F01

M01

A01

M01

J01

J01

A01

S01

O01

N01

Setz

unge

n [m

m]

0

50

100

150

200

250

300

Sohl

span

nung

en [k

N/m

²]

Setzungen Sohlspannung

38

Auftr.:

Datum:

Anlage:

7.02.10056.01

16.01.02


9Pfeiler 18 Nord, Porenwasserdrücke

30

35

40

45

M99

A99

M99

J99

J99

A99

S99

O99

N99

D99

J00

F00

M00

A00

M00

J00

J00

A00

S00

O00

N00

D00

J01

F01

M01

A01

M01

J01

J01

A01

S01

O01

Was

sers

äule

[mNN

]

0

50

100

150

200

250

300

Sohl

span

nung

[kN

/m²]

PWD 18N.2 PWD 18N.4 PWD 18N.5 PWD 18N.3 Sohlspannung

39

Auftr.:

Datum:

Anlage:

7.02.10056.01

16.01.02


10Pfeiler 18 Nord

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

M99

A99

M99

J99

J99

A99

S99

O99

N99

D99

J00

F00

M00

A00

M00

J00

J00

A00

S00

O00

N00

D00

J01

F01

M01

A01

M01

J01

J01

A01

S01

O01

N01

Was

sers

äule

[mNN

]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

Sohl

span

nung

[kN

/m²]

PWD 18N.2 Pegel BK 314A Elbe Sohlspannung

40

Auftr.:

Datum:

Anlage:

7.02.10056.01

16.01.02


11Pfeiler 19 Süd, Setzungen

0

5

10

15

20

25

30

F99

M99

A99

M99

J99

J99

A99

S99

O99

N99

D99

J00

F00

M00

A00

M00

J00

J00

A00

S00

O00

N00

D00

J01

F01

M01

A01

M01

J01

J01

A01

S01

O01

N01

Setz

ung

[mm

]

0

50

100

150

200

250

300

Sohl

span

nung

[kN

/m²]

Setzung Sohlspannung

41

Auftr.:

Datum:

Anlage:

7.02.10056.01

16.01.02


12Pfeiler 19 Süd, Porenwasserdrücke

15

20

25

30

35

40

45

J99

F99

M99

A99

M99

J99

J99

A99

S99

O99

N99

D99

J00

F00

M00

A00

M00

J00

J00

A00

S00

O00

N00

D00

J01

F01

M01

A01

M01

J01

J01

A01

S01

O01

N01

Was

sers

tand

[mNN

]

0

50

100

150

200

250

300

Sohl

span

nung

en [k

N/m

²]

PWD 19S.2 PWD 19S.3 PWD 19S.4 PWD 19S.5 Schmelzwassersande Wsp. Elbe Sohlspannungen

42

Auftr.:

Datum:

Anlage:

7.02.10056.01

16.01.02


13Pfeiler 19 Nord, Setzungen

0

25

50

75

100

125

J 99

J 99

A 99

S 99

O 99

N 99

D 99

J 00

F 00

M 00

A 00

M 00

J 00

J 00

A 00

S 00

O 00

N 00

D 00

J 01

F 01

M 01

A 01

M 01

J 01

J 01

Setz

unge

n [m

m]

0

50

100

150

200

250

Sohl

span

nung

en [k

N/m

²]


Setzungen der Strompfeiler der Kanalbrücke über …- Setzungen entsprechend DIN 4019 auf 66%...

Documents

Transcript of Setzungen der Strompfeiler der Kanalbrücke über …- Setzungen entsprechend DIN 4019 auf 66%...