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2017 | Buch

Handbuch der Baugeologie und Geotechnik

verfasst von: Prof. Dr. Wolfgang Dachroth

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Das Handbuch führt in das Erkunden des Untergrunds, das Untersuchen und Bewerten seiner stofflichen Eigenschaften und in die möglichen geogenen Gefahren am Standort ein. Ferner enthält es einen Leitfaden für die Umweltverträglichkeitsprüfung. Für das schnelle und präzise Erkunden von Spannungszuständen im Untergrund wird eine neue Messmethode mit dem Cereskop beschrieben.

Geotechnik als interdisziplinäre Disziplin umfasst die Anwendung handwerklicher und geistiger Kenntnisse unter Beachtung der rechtlichen Vorgaben und angepasst an die geographischen und geologischen Gegebenheiten. Vorrangig ist dabei der Aspekt der Sicherheit und Standfestigkeit nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten durch die Wahl geeigneter Baumethoden, Baustoffe und Baumaschinen sowie durch die Zusammenarbeit qualifizierter Fachleute. Dies betrifft wechselseitig das Planen, Untersuchen, Bauen, Überwachen sowie das Gebrauchen oder Betreiben baulicher Anlagen. Das Handbuch führt in Erdbau, Felsbau, Grundbau, Straßenbau, Tunnelbau, Wasserbau, Deponiebau, Rekultivierungstechniken und in das Nutzen der Erdwärme/Geothermie ein und benennt die zu beachtenden Regelwerke. Es ist sowohl für Bauingenieure als auch für Geologen geschrieben.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Erkunden und Beschreiben des Untergrundes für bautechnische Zwecke

Zusammenfassung

Aufgabe einer Erkundung ist es, Aussagen über den Untergrund für geplante Maßnahmen zu treffen und diesen nach Art, Lage und Zustand von Boden, Gestein und Grundwasser zu beschreiben. Mit dem geotechnischen Untersuchen des Untergrundes im Hinblick auf ein Projekt und dessen beabsichtigte Nutzung soll das geologisch bedingte Risiko eingegrenzt werden. Die Ergebnisse der Untersuchung sollen dazu beitragen, Unsicherheiten bezüglich des Untergrundes zu verringern, Fehlinvestitionen zu vermeiden, Bauschäden vorzubeugen und eine möglichst wirtschaftliche Lösung zu erreichen.

Wolfgang Dachroth, Jiri Brezina

2. Geogene Gefahren

Zusammenfassung

Veränderungen in der Landschaft und die damit verbundenen Gefahren für Menschen und Bauwerke laufen, bezogen auf ein Menschenleben schnell ab. Katastrophal schnell sind Erdbeben, Vulkanausbrüchen, Sturmfluten und Riesenwellen, Hochwasser und auch Rutschungen vom Typ Fallen und Fließen (Bergsturz, Blocksturz, Steinschlag, Erdfall, Lawinen, Muren). Schnell und im Zeitraum von wenigen Jahren oder kürzer laufen Prozesse ab wie Geländeabtrag, Anlanden, Verändern der Wasserstände sowie der Wasser- und Grundwasserwege mit ober- und unterirdischem Materialaustrag (Geländebruch, hydraulischer Grundbruch, Auslaugen löslicher Gesteine mit dem Entstehen und Nachbrechen von Höhlen. Im Laufe von Jahrzehnten bis Jahrhunderten können Gesteine verwittern und ihre Festigkeitseigenschaften verlieren. Das geotechnische Berechnen und Beurteilen von Untergrund, Boden und Gesteinen geht meist von konstanten boden- und felsmechanischen Kennwerten aus. Es ist Aufgaben der Geologie auf die Gefahren der Veränderung aufmerksam zu machen.

Wolfgang Dachroth

3. Umweltverträglichkeitsprüfung – Leitfaden zur Festlegung des geowissenschaftlichen Untersuchungsrahmens

Zusammenfassung

Der Bund-Länder-Ausschuss Bodenforschung hatte im März 1991 auf Empfehlung der Direktoren und Präsidenten der Geologischen Dienste der Länder und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe der Bundesrepublik Deutschland eine Ad-hoc-Arbeitsgruppe „Geowissenschaftliche Grundlagen im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung“ (Adhoc-AG UVP) eingesetzt und diese beauftragt, eine Übersicht zu erarbeiten, welche Felder von den Geowissenschaften bei der UVP abgedeckt werden müssen.

Baldur Junker

4. Klassifizieren und Bewerten von Boden und Fels für bautechnische Zwecke

Zusammenfassung

Klassifikation ist die bestehende Gruppeneinteilung der Böden

und Felsarten in Klassen für bautechnische Zwecke mit festgelegten

Merkmalen und Kriterien. Klassifizieren ist das Neuaufstellen oder Neuformulieren solcher Gruppen oder Klassen für bautechnische Zwecke. Zuordnen: Es ist Aufgabe des Geotechnikers, den Baugrund/Untergrund als Boden und/oder Fels für den bautechnischen Zweck zu untersuchen, zu benennen und, soweit festgelegt, einer bestimmten fallbezogenen Klasse zuzuordnen.

Wolfgang Dachroth

5. Abtrag von Boden und Fels

Zusammenfassung

Für Bauvorhaben muss in entsprechend tiefen Baugruben, Einschnitten, Gräben oder Anschnitten der Baugrund ausgehoben oder abgetragen werden. Für das Bereitstellen von Baumaterial ist der Aushub oder Abtrag von Boden oder Fels in Sandgruben, Kiesgruben, Tongruben, Lehmgruben, Steinbrüchen und auch in unterirdischen Entnahmestellen erforderlich.

Wolfgang Dachroth

6. Wasserhaltung, Entwässerung und Wasserversickerung

Zusammenfassung

Für Baumaßnahmen in offenen Gewässern (Flüsse, Seen, Meer) können mit Fangdämmen Baugruben oder Kammern von der freien Wasserfläche abgetrennt und leergepumpt werden. Beim Aushub von Erdmassen unterhalb des Wasser- oder Grundwasserspiegels fließt Wasser aus der Umgebung der Baugrube zu. In der Baugrube wird das zufließende Wasser in Gräben und Gruben aufgefangen und abgeleitet. Bei geschlossener Wasserhaltung wird das Grundwasser vor dem Aushub der Baugrube über Bohrbrunnen mit Tiefbrunnen oder Saugbrunnen abgesenkt. Zum Trockenlegen von Tonböden wird mit elektroosmotischen Verfahren entwässert.

Wolfgang Dachroth

7. Standfestigkeit, Sicherung und Verbau von Ein- und Anschnitten im Gelände

Zusammenfassung

Für den Bau von Verkehrswegen werden tiefe Geländeeinschnitte geplant. Bauvorhaben in bewegtem Gelände, Bergland oder Gebirge verlangen in der Regel nach Geländeanschnitten. Hierfür muss der Baugrund in entsprechend tiefen Baugruben, Einschnitten, Gräben oder Anschnitten ausgehoben oder abgetragen werden. Mit dem Aushub ist die Gefahr verbunden, dass benachbartes Gelände untergraben wird. Nicht standfeste Böschungen können in Form von Rutschungen versagen. Durch Geländeabtrag wird der im Geländeeinschnitt oder Geländeanschnitt verbleibende Baugrund durch Schubspannungen aus der Eigenlast des Bodens belastet. Diese müssen über die Scherfestigkeit des angeschnittenen Baugrundes kompensiert werden.

Wolfgang Dachroth

8. Erdbau – Bauen in und mit Erde

Zusammenfassung

Erdbauwerke können bei ausreichend tragfähigem Untergrund direkt über der Aushubsohle aufgetragen werden. Die Anforderungen an den Untergrund von Erdbauwerken sind in den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau“ (ZTV E-StB 09) festgelegt. Erdbau und Grundbau auf wenig tragfähigem und/oder weichem Untergrund verlangen nach besonderen Bauweisen, die das Herstellen standfester Bauwerke gewährleisten. Geringe Lagerungsdichte, hoher Wassergehalt, hohe Anteile an organischer Substanz und ungünstiger Schichtaufbau im Untergrund sind häufige Befunde.

Wolfgang Dachroth

9. Standfestigkeit und Sicherung von Erdbauwerken

Zusammenfassung

Erdbauwerke wie Verkehrsdämme, Rampen, Deiche, Staudämme, Anschüttungen, Aufschüttungen und Halden belasten und verformen den Baugrund. Innerhalb dieser Erdbauwerke stellen sich Sackungen und Verformungen ein. Um schadhaftes Verformen und Zerstörern zu vermeiden sind eingehende Beurteilungen zur Sicherheit gegen Grundbruch, Böschungsbruch, Spreizen und Gleiten sowie allgemein zur Standsicherheit erforderlich. Die zu erwartenden Setzbeträge und Sackungsbeträge sind rechnerisch abzuschätzen. Aussagen sind zu treffen zu möglichen Gefahren welche in der Böschung sowie allgemein im und unter dem Erdbauwerk einwirken können. Dies bezieht sich auf Erosion, Subrosion Suffusion und Auskolken. Böschung und Böschungsschulter sind vor Verwitterung und Erosion zu schützen, Bodenkriechen und Schichtfließen ist auszuschließen.

Wolfgang Dachroth

10. Sicherungsmaßnahmen in durch Rutschung gefährdetem Gelände

Zusammenfassung

Sicherungsarbeiten zu den Rutschungstypen „Kippen“ und „Fallen“ heißen Felssicherungsarbeiten. Sicherungsarbeiten zum Rutschungstyp „Fließen“ fallen unter die Begriffe „Wildbachverbau“, „Einbau von Murrechen“ und „Lawinenschutz“. Sicherungsarbeiten zu den Rutschungstypen „Driften“ und „Gleiten“ fallen unter den Begriff „Stabilisieren von Rutschhängen“.

Wolfgang Dachroth

11. Gründen von Bauwerken

Zusammenfassung

Das Eigengewicht und alle auf ein Bauwerk einwirkenden Lasten und Kräfte werden über Gründungskörper (Fundamente, Platten, Pfähle) auf oder in den Baugrund übertragen. Unter „Baugrund″ versteht man die unter der Aushubsohle nächstgelegene tragfähige Boden- oder Gesteinsschicht im Untergrund. Das Eigengewicht und alle auf das Bauwerk einwirkenden Lasten und Kräfte werden nach den in Eurocode 7 getroffenen sprachlichen Regelungen als „Einwirkungen″ bezeichnet. Bei den Einwirkungen, die vom Bauwerk selbst (Bauwerkslasten) oder von dessen (geplanter) Nutzung (Verkehrslasten) ausgehen, ist zu unterscheiden zwischen ständigen, veränderlichen und dynamischen Einwirkungen.

Wolfgang Dachroth

12. Bau von Verkehrswegen

Zusammenfassung

Das Planen, Anlegen und Bauen von Straßen richtet sich nach Verkehrsbedürfnissen. Danach werden Straßenkategorien und Entwurfsklassen mit bestimmten Entwurfsmerkmalen (z.B. Längsneigung, Kuppenhalbmesser, Böschungsneigung) festgelegt. Geländeabtrag, Dämme und Brücken nehmen mit der Entwurfsklasse an Umfang zu. Es besteht eine Vielzahl an technischen Regelwerken für das Straßenwesen und für die Deutsche Bahn, welche beim Untersuchen, Planen und Bauen von Verkehrswegen zu beachten sind. So richten sich die Dicke von Fahrbahndecken, Tragschichten und Frostschutzschichten nach den Belastungsklasse, festgelegt in den RStO (Richtlinien für …… Oberbau) und das Untersuchen, Planen und Bearbeiten von Boden im Untergrund und Unterbau nach Prüfvorschriften (TP BF-StB) und .... Richtlinien für Erdarbeiten (ZTV E-StB).

Wolfgang Dachroth, Tilo Dachroth

13. Tunnelbau – unterirdischer Hohlraumbau

Zusammenfassung

Der Tunnel- und Stollenbau ist eine technische Wissenschaft, welche sich in ihren Anfängen vom Bergbau ableitet. Heute wird der Tunnelbau vom Ingenieur der Fachrichtung Tunnelbau oder auch Tiefbau betrieben und von den Fachrichtungen Felsmechanik, Baugeologie und Regionalgeologie betreut. Im Tunnelbau achtet man hingegen auf einen gebirgsschonenden Ausbruch und vermeidet nach Möglichkeit jede Art der Gebirgsauflockerung, denn das Gebirge ist statischer Bestandteil der Tunnelkonstruktion. Beim Übertragen von Erfahrungswerten auf neue Tunnelbauvorhaben kommt der Geologie ein hoher Stellenwert zu.

Wolfgang Dachroth

14. Geologie und Wasserbau

Zusammenfassung

Es ist die Aufgabe von Wasserbau und Wasserwirtschaft, die menschlichen Einwirkungen auf das ober- und unterirdische Wasser zu kontrollieren und die vom Wasser ausgehenden Gefahren für Menschen, Landschaft und Umwelt sowie für von Menschenhand geschaffene Bauwerke gering zu halten. Für das Planen und Ausführen einer konstruktiven Wasserbaumaßnahme (z. B. Stauanlage oder Bewässerungskanal) sowie für das Beurteilen der Auswirkungen dieser Baumaßnahme auf die Umwelt ist die Zusammenarbeit mit den Wissenschaftsdisziplinen Geographie, Geomorphologie, Klimatologie, Meteorologie, Hydrologie, Sedimenttologiem, Geologie, Hydrogeologie, Baugeologie, Bodenmechanik, Felsmechanik, Geotechnik, Geophysik, Botanik, Zoologie und Ökologie erforderlich.

Wolfgang Dachroth, Michael Heinrichs

15. Deponietechnik

Zusammenfassung

Als umfassendes Regelwerk besteht die „Verordnung über Deponien und Langzeitlager“. Sie gilt für das

• Anlegen, Betreiben, Stilllegen und die Nachsorge von Deponien,

• Behandeln von Abfällen zum Zwecke des Ablagerns auf Deponien und zu deren Verwenden als Deponieersatzbaustoff,

• Ablagern von Abfällen auf Deponien,

• Einsetzen von Abfällen als Deponieersatzbaustoff oder zum Herstellen von Deponieersatzbaustoffen,

• Anlegen, Betreiben, Stilllegen und die Nachsorge von Langzeitlagern,

• Lagern von Abfällen in Langzeitlagern.

Wolfgang Dachroth

16. Rekultivieren von Halden, Deponien und Tagebauen

Zusammenfassung

Im Braunkohletagebau, in Steinbrüchen, auf Halden und Deponien sowie bei zahlreichen Baumaßnahmen entstehen Flächen, deren Funktionen gestört sind und die aus diesem Grunde rekultiviert werden müssen. Das Bundesberggesetz (BBergG) verpflichtet z. B. Bergbautreibende, devastierte Landflächen durch technische und biologische Maßnahmen zu rekultivieren. Die Begriffsinhalte von Wiedernutzbarmachung und Rekultivierung sind nach Abo-Rady et al. 2000 folgende:

• Wiedernutzbarmachung

Wiedernutzbarmachen ist das ordnungsgemäße Gestalten der vom Bergbau in Anspruch genommenen Oberfläche unter Beachtung des öffentlichen Interesses (§ 4, BBergG 1980)

• technische Rekultivierung

Technisches Rekultivieren (Wiederurbarmachen) ist das Herrichten der vom Bergbau nicht mehr genutzten devastierten Flächen für das biologische Rekultivieren. Hierzu zählen das Neugestalten der Oberflächen mit Neuanlage von Böschungen im sicheren Neigungswinkel sowie das Ertüchtigen zu steil angelegter Altböschungen, soweit diese bestehen bleiben sollen. Weiterhin gehören hierzu die Grundmelioration, das Regulieren der Vorflut, der Bau von Zufahrtswegen und das Gestalten von Tagebaurestlöchern.

• biologische Rekultivierung

Biologisches Rekultivieren ist das Herstellen und Fördern der Bodenfruchtbarkeit auf technisch vorgerichteten Flächen. Dies erfolgt durch Bodenbearbeiten, Anreichern der Humussubstanz im Oberboden, Düngen, Erstbepflanzen und rationelles land- oder forstwirtschaftliches Nutzen in Folge.

Rüdiger Philipps, Wolfgang Dachroth

17. Oberflächennahe Geothermie

Zusammenfassung

Es besteht ein ständiger Wärmestrom vom Erdinneren zur Erdoberfläche. Der Wärmetransport findet dabei sowohl als Wärmeleitung (Konduktion) als auch als Wärmetransport (Konvektion) durch Magmen und Thermalwässer statt. Für den Energieentzug aus diesem Wärmestrom reichen die meisten Wärmequellen bis 100 m tief. Für den Wärmeentzug werden offene und geschlossene Systeme genutzt. Dabei nimmt ein kaltes flüssiges Arbeitsmittel über einen Wärmetauscher Energie aus dem Untergrund auf und gibt diese an einen Heizkreislauf ab. Die unterschiedlichen Formen von Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden, Erdwärmekörben und Erdwärmebrunnen werden beschrieben.

Marco Lichtenberger, Wolfgang Dachroth

18. Schriftenverzeichnis

Zusammenfassung

Die Anwendung der in den verschiedenen Teilen des Buches besprochenen geotechnischen Verfahren müssen die Vorgaben amtlicher Werke beachten. Hierzu gehören die Rechtsvorschriften der Europäischen Union, die Gesetze des Bundes und der Länder, Verordnungen, Richtlinien, Vorschriften, amtliche Erlasse und Bekanntmachungen sowie Gerichtsentscheidungen einschließlich der amtlich verfassten Leitsätze. Durch solche amtliche Werke sind auch die Anforderungen an Untersuchungen, Bewertungen, Maßnahmen sowie Grenzwerte geregelt. Für unterschiedliche Arbeitsbereiche bestehen Richtlinien und Vorschriften.

Wolfgang Dachroth

Erratum zu: Handbuch der Baugeologie und Geotechnik

Wolfgang Dachroth

Backmatter

Titel: Handbuch der Baugeologie und Geotechnik
verfasst von: Prof. Dr. Wolfgang Dachroth
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-46886-9
Print ISBN: 978-3-662-46885-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-46886-9