Bebauung einer Tagebaukippe mit einer Reststoff-Verwertungsanlage
# 28.01.2002
Nachfolgend wird über die Baugrundverbesserung und die Ergebnisse von Setzungsmessungen berichtet, die nach Inbetriebnahme der Anlage gemessen worden sind.
1 Einleitung
Zusammen mit dem Braunkohlenkraftwerk Lippendorf bei Leipzig wurde im Gelände des zur MIBRAG mbH Theißen gehörenden Tagebaues Peres durch die MUEG - Mitteldeutsche Umwelt- und Entsorgung GmbH Braunsbedra - eine Reststoff-Verwertungsanlage für Kraftwerksrückstände errichtet. Teile dieser Anlage (Bandanlage, Nachmischung und Verladung) stehen über der verkippten Randböschung. Dazu gehört die sogenannte Nachmischung mit einem Grundriß von 22 m x 34 m und einer Höhe bis 24 m.
Als Generalauftragnehmer fungierte die Firma Koch, Transporttechnik Leipzig GmbH. Die bautechnische Planung erfolgte durch ACERPLAN Halle. BAUGEO erstellte das Baugrundgutachten und begleitete die notwendige Baugrundverbesserung als Bauüberwacher, die von der Firma BAUER Spezialtiefbau GmbH Schrobenhausen ausgeführt wurde.
Nachfolgend wird über die Baugrundverbesserung und die Ergebnisse von Setzungsmessungen berichtet, die nach Inbetriebnahme der Anlage gemessen worden sind.
(Bild 1) ermittelt einen Eindruck von der Größe des Bauwerkes.
2 Baugrund- und Gründungsverhältnisse
Der Standort der Nachmischung befindet sich auf einer Anschüttung (Tagebaukippe) über dem nördlichen Randböschungssystem des Tagebaues Peres (siehe Bild 2).
Der gewachsene Baugrund besteht aus einer pleistozänen Schichtenfolge (Geschiebemergel über Sand und Kies) über Tertiärton/-sand mit Braunkohleschichten.
Die Tagebaukippe besteht aus einem Mischboden, der infolge von Schluff- und Tonanteilen bei Wasserzutritt überwiegend einen bindigen Charakter besitzt. Von oberflächennahen Vernässungen abgesehen ist die Bodenanschüttung derzeit noch grundwasserfrei. Dieser Zustand soll durch das Betreiben einer Brunnengalerie im Grundwasserleiter am Tagebaurand aufrecht erhalten werden.
Solange diese Wasserfreiheit besteht, ist die Tagebaukippe eine Bodenanschüttung, die sich durch sehr lockere Lagerung wie ein gestörter nichtbindiger Boden auszeichnet. Dies wird verständlich, wenn angenommen wird, daß die bindigen Bodenanteile in Form von Pseudokörnern (klumpenförmig) im nichtbindigen Boden "schwimmen".
Das Verformungsverhalten derartiger Kippenböden wird zweckmäßig durch Drucksondierungen (CPT nach DIN 4094) erkundet. Am Bauwerksstandort wurde im Mittel ein Spitzendruck von qc ≈= 3 MPa gemessen. Daraus folgt erfahrungsgemäß bei Kippe eine Steifezahl Es ≈= 10 MPa.
Die Gründung der Nachmischung erfolgte ca. 5 m unterhalb der OF der Tagebaukippe (bei + 115 m NN) auf einer Bodenplatte. Die aus der Belastung vorhandene mittlere Sohlspannung in der Gründungssohle wurde vom Planer mit σo ≈ 100 kN/m² (0,1 MPa) angegeben. Die Gründung des Bauwerkes auf der unverbesserten Tagebaukippe wurde wegen der zu erwartenden großen Setzungen abgelehnt. Als Baugrundverbesserung wurde vorgeschlagen, das Verfahren der Rüttelstopfverdichtung mit Materialzugabe einzusetzen.
3 Baugrundverbesserung
Die Firma BAUER Spezialtiefbau GmbH bot diese Baugrundverbesserung unter der Eigenbezeichnung "Rütteldruckverdichtung" mit Kies 16 - 32 mm an. Dabei wurden auf einer Teilfläche von A1 = 2,2 m x 1,9 m = 2,1 m² 3 Kiessäulen mit 0,6 m Durchmesser AS = 0,62 × π/4 = 0,3 m² eingebracht.
Insgesamt wurden auf einer Gesamtfläche von ca. 1 000 m² ab der Gründungssohle ca. 220 Kiessäulen auf der Tagebauseite 10,5 m tief und auf der Straßenseite 7,0 m tief hergestellt.
Bei zwischenzeitlichen Verdichtungskontrollen mittels CPT wurde festgestellt, daß im Teufenbereich bis 6 m eine Dichtezunahme des Kippenbodens nicht nachweisbar war. Deshalb wurde das vorhandene Dreiecksraster mit weiteren 216 Kiessäulen bis 6 m Tiefe überlagert.
Für die Baugrundverbesserung wurden insgesamt nach Angaben der Firma BAUER 1 425 t Kies oder bei einem Raumgewicht von 1,7 t/m³ 840 m³ eingebaut.
Die Höhenkontrolle des Arbeitsplanums ergab am Ende der Baugrundverbesserung eine Zunahme gegenüber Verbesserungsbeginn von 0,06 m oder ca. 60 m³, so daß die Baugrundverbesserung den Porengehalt des Kippenbodens um 780 m³ verringert hat. Das entspricht bei einem angenommenen Ausgangsporenvolumen der Kippe von no = 0,5 einem Porenvolumen der verbesserten Kippe von nv = 0,4.
4 Setzungskontrollen
Die Baugrundverbesserung erfolgte im Februar 1999, daran schloß sich unmittelbar die Baudurchführung an. Nach Betriebsaufnahme im November 1999 erfolgten an ausgewählten Punkten des Bauwerkes erste Höhenmessungen (Nullmessung). Die Wiederholungsmessungen erfolgten monatlich. Hier wird über die Kontrolle des Hauptgebäudes, der Nachmischung, berichtet.
Reduziert man die Meßergebnisse auf mittlere Setzungsgeschwindigkeiten in mm pro Jahr, so ergibt sich für die Nachmischung folgendes: (Bild 3)
Aus den Höhenkontrollen wird auf bisherige Gesamtsetzungen der Nachmischung von 13 mm geschlossen. Dazu ist anzumerken, daß, wie eingangs erwähnt, der Grundwasserstand in der Kippe durch Brunnen künstlich etwa gleichbleibend gehalten wird.
Die Höhenkontrollen bestätigen die Wirksamkeit der Baugrundverbesserung durch Rütteldruckverdichtung.
5 Zusammenfassung
Tagebaukippen stellen einen unsicher beurteilbaren Baugrund (Risikobaugrund) dar, da die Tragfähigkeit allgemein als gering und die Verformbarkeit als groß eingeschätzt werden. Wegen der großen Verformbarkeit werden häufig Standorte, bei denen die Mächtigkeit der Kippe stark wechselt, als für eine Bebauung ungeeignet abgelehnt.
Wie das vorgestellte Beispiel zeigt, ist es möglich, durch Rütteldruckverdichtung den Baugrund so zu verbessern, daß auch dieser hier technologisch günstige Standort bebaut werden konnte.
