Projekt 06939/01

Spannungs-Verformungs-Verhalten des Untergrundes von Haldendeponien

Projektträger

Technische Universität BraunschweigInstitut für Grundbau und Bodenmechanik
Gaußstr. 2
38106 Braunschweig
Telefon: 0531/391-2730

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zum Schutz der Umwelt werden u. a. für die Deponiebasis Mindestabstände zum Grundwasserspiegel und ausreichende Gefälle der Sickerwasserdränungen sowie geringe Verformungsdifferenzen gefordert, um Schäden am Basisabdichtungssystem zu vermeiden. Der Genauigkeit von Verformungsprognosen für die Deponiebasis wurde bisher jedoch kaum Bedeutung beigemessen. Vergleichsweise einfache, für die Bemessung von Gebäudefundamenten entwickelte und nicht für Deponiebauwerke verifizierte Berechnungsmethoden sind praxisüblich. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher für den Untergrund von norddeutschen Deponien in der Praxis handhabbare, einheitliche Vorgehensweisen und zutreffende Verformungsprognosen (Berechnungsmodelle) sowie erforderliche Kontrollmechanismen vorgeschlagen und diskutiert werden, um künftig sicher und wirtschaftlich Deponien zu bauen bzw. zu betreiben.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür das Vorhaben wurde nach Deponiestandorten von Haldendeponien mit fortlaufenden Meßkampagnen an der Basis recherchiert. Der mit dem Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung abgestimmte Fragenkatalog wurde als Grundlage für die Datenerhebung herangezogen. Wegen der Detailprobleme bei der Berechnung und Messung von Basisverformungen (z. B. Auswertung von fehlerbehafteten Messungen) wurden speziellen Auswertestrategien entwickelt. Die Daten hierfür wurden in eigens dazu entwickelten Dateiformaten archiviert und die Ergebnisse der Auswertungen gespeichert oder katalogisiert. Die gemessenen Verformungen wurden für reelle Deponiestandorte auf der Grundlage von umfangreichen Parameterstudien insbesondere zur Steifigkeit, Durchlässigkeit und zum Ansatz von Grenztiefen soweit möglich zur Kalibrierung projektbezogener Berechnungen und Studien herangezogen. Es wurden verschieden Berechnungsverfahren untersucht. Grundlagen der Berechnungen waren dabei die zuvor gesammelten Kennwerte der Deponiebauwerke und deren Untergrundkennwerte sowie Forschungsergebnisse und eigene Überlegungen zu relevanten Detailproblemen (Konsolidation, sukzessive Verfüllung der Deponien etc.). Zusätzlich wurden ergänzende Laborversuche zum Spannungs-Verformungs-Verhalten von Böden durchgeführt.


Ergebnisse und Diskussion

Für Setzungsberechnungen des Untergrunds von Haldendeponien konnten auf der Grundlage der Rückrechnung aus Abfallangaben erstmals differenzierte und verifizierte Kennwerte zur Auflast aus dem Deponiekörper in Parameterstudien zum Untergrundverhalten eingearbeitet werden.
Es hat sich gezeigt, daß die Spannungsausbreitung im Deponiekörper z. B. über eine Verlagerung des Lastschwerpunktes zu berücksichtigen ist. Mit den herkömmlichen Setzungsberechnungen nach DIN 4019 ergeben sich häufig zu flach ausgeprägte mittlere Längsgefälle bei rechnerisch zu hohen Setzungen in Deponiemitte. Z. T. wird dies mit dem Ansatz einer Volumenkonstanz im elastisch isotropen Halbraum begründet. Setzungsmulden im Randbereich werden bei den Berechnungen i. d. R. nicht erfaßt.
Anhand von umfangreichen Recherchen sowie Analysen von Verformungsmessungen zur Kalibrierung der Berechnungen konnten für verschiedene Spannungszustände und damit Belastungssituationen herkömmliche Modell- und Rechenansätze adaptiert werden. Es hat sich gezeigt, daß mit diesen angepaßten und hier in groben Zügen vorgestellten einfachen Berechnungsverfahren, die u. a. eine Überkonsolidation der in Niedersachsen typischen Böden über die Steifemoduln und Grenztiefen berücksichtigen, das Setzungsverhalten des Untergrunds von Haldendeponien noch mit vertretbaren Genauigkeiten dargestellt werden kann, soweit wesentliche geometrische, zeitliche und stoffliche Ansätze berücksichtigt werden.
Letztendlich ergibt sich in Anlehnung an die praxisüblichen Verfahren ein einfaches Schema für künftige Setzungsberechnungen (Gl. 1) bei Haldendeponien:
(Gl. 1) sges = s0 + s1 + s2 + sGw Schwank. + sSpreiz
Mit: sges = Gesamtsetzungen
s0 = Sofortsetzungen
s1 = Anteil Konsolidationssetzungen
s2 = Anteil Kriechsetzungen
sGw Schwank = Anteil Setzungen aus Schwankungen des Grundwasserspiegels (+ / -)
sSpreiz = Anteil Setzungen aus Spreizspannungen (+ / -)
Alle Setzungen für den Zeitraum Dt.
Randgefälle müssen mit Detailuntersuchungen bestimmt werden.
Die Erfordernis der Berechnung einzelner Zeitabschnitte ist in Abhängigkeit der Durchlässigkeit des Untergrunds und der Veränderung der Abfallwichten in situ, sowie der sich in den Lastphasen ändernden Steifigkeiten des Untergrunds festzulegen.
Die Ergebnisse aus den Erkundungen des Baugrunds sind für den Ansatz der Steifigkeiten, der Durchlässigkeiten sowie der Grenztiefe und ggf. der anzusetzenden Querdehnung nur nach sorgfältiger Prüfung der Untersuchungsmethoden und der Spannungszustände in situ sowie im Versuch zu verwenden.
Für geotechnische Messungen werden Empfehlungen abgegeben.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bereits vor Genehmigung des Forschungsvorhabens waren Kontakte zu einigen niedersächsischen Deponiebetreibern hergestellt worden (Deponien Peine, Salzgitter etc.). Unmittelbar nach Genehmigung wurden aus dem regionalen Umfeld in Niedersachsen zunächst weitere Deponiebetreiber (i. w. Landkreise, Zweckverbände) und Aufsichtsbehörden per Rundschreiben oder fernmündlich von dem Vorhaben in Kenntnis gesetzt und befragt. Die Recherche wurde mit wichtigen Fachinstitutionen abgestimmt. Das Forschungsprojekt wurde auf einem Treffen der niedersächsischen Deponiebetreiber in Lüneburg am 21. März 1996 vorgestellt. Im März 1998 wurden die Ergebnisse auf einem workshop im Rahmen eines Fachsymposiums am Institut für Grundbau und Bodenmechanik der TU Braunschweig präsentiert.


Fazit

Die Untersuchungen haben gezeigt, daß es künftig unbedingt erforderlich ist,
- Erkundungsergebnisse
- den Herstellungs- und Verfüllvorgang
- Verformungsmessungen als Anwendung der Beobachtungsmethode
für die Berechnung endgültiger Setzungen genauer zu analysieren. Darüber hinaus sollten weiterführende Untersuchungsprogramme zur Verifikation und Kalibrierung bislang mit bodenmechanischen Modellen nur grob abschätzbarer Einflüsse, wie der Porenwasserdruckentwicklung, durchgeführt werden.