09.1_Baugrundgutachten.pdf

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GEOTECHNISCHES

PROF. DR.-ING. H. DÜLLMANN

BÜRO

GMBH Erd-/Grundbau Fels-/Spezialtiefbau Ing.-/Hydrogeolo- Agiletl asten/Depo- n ien info@gbduellmann.de www.gbduellmann.de

Kläranlage Buchenhofen

Neubau Medienübergabestation und WSW-Überga-

bestation

Baugrunderkundung und Gründungsberatung

Aachen, September 2024

53332 Bornheim Geschäftsführer Amtsgericht Aachen Ballenpfad 18 Dr.-Ing. M. Nendza HRB 13065 Tel. (022 27) 92 92 33 - 0 Prof. Dr. I. Obernosterer Steuer-Nr. 201/5961/3379 Fax (022 27) 92 92 33 - 10 USt.-IdNr. DE242696552

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Inhaltsverzeichnis

1 Vorgang, Bauvorhaben ............................................................................................... 6 1.1 Veranlassung ....................................................................................................... 6 1.2 Aufgabenstellung .................................................................................................. 6 1.3 Lage des Projektgebiets ....................................................................................... 7 1.4 Morphologie des Projektgebiets ............................................................................ 8 1.5 Planungsstand der Bauwerke ............................................................................... 9

2 Durchgeführte Untersuchungen .............................................................................. 14 2.1 Außenarbeiten .................................................................................................... 14 2.2 Geotechnische Laboruntersuchungen ................................................................ 14 2.3 Chemische Analytik ............................................................................................ 14

3 Ergebnisse ................................................................................................................. 15 3.1 Standorthistorie .................................................................................................. 15 3.2 Geologischer Rahmen ........................................................................................ 16 3.3 Erdbeben ............................................................................................................ 17 3.4 Lokaler Schichtenaufbau .................................................................................... 17 3.5 Bodenfestigkeit, Tragfähigkeit............................................................................. 26 3.6 Bodenklassifizierung, Wasser- und Frostempfindlichkeit .................................... 27 3.7 Bodenkennwerte................................................................................................. 28 3.8 Einstufung in Homogenbereiche ......................................................................... 30 3.9 Bohr- und Rammbarkeit ...................................................................................... 30

4 Grundwasser ............................................................................................................. 31 4.1 Geohydraulische Kennwerte ............................................................................... 31 4.2 Beschreibung des Aquifersystems ...................................................................... 34 4.4 Grundwasserstände ........................................................................................... 36

5 Betonaggressivität .................................................................................................... 39

6 Rückbau des Heizöllagers ........................................................................................ 42

7 Gründungsempfehlungen......................................................................................... 43 7.1 Gründungstiefe ................................................................................................... 43 7.1.1 Medienübergabestation ........................................................................ 43 7.1.2 WSW-Übergabestation ........................................................................ 44 7.2 Gründungsboden ................................................................................................ 45 7.2.1 Medienübergabestation ........................................................................ 45 7.2.2 WSW-Übergabestation ........................................................................ 46 7.3 Gründungsart, zulässige Bodenpressung ........................................................... 47 7.3.1 Medienübergabestation ........................................................................ 47 7.3.2 WSW-Übergabestation ........................................................................ 48 7.3.3 Anforderungen an den Einbau von Ausgleichs- / Polsterschichten ....... 48

8 Verdichtbarkeit und Wiederverwendbarkeit des Aushubmaterials ....................... 49

9 Empfehlungen für die Bauausführung .................................................................... 50 9.1 Baugrubenböschungen....................................................................................... 50 9.1.1 Medienübergabestation ........................................................................ 50 9.1.1.1 Empfehlungen zum Baugrubenverbau / Wasserhaltung ......... 50 9.1.1.2 Bohrpfähle nach DIN EN 1536, Baugrubensicherung ............. 53

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9.1.2 WSW-Übergabestation ........................................................................ 55 9.2 Baugrubensohle ................................................................................................. 55 9.3 Abdichtung / Dränung ......................................................................................... 56 9.4 Baugrubenabnahme ........................................................................................... 56

10 Leitungstrassen ........................................................................................................ 56

11 Allgemeine Hinweise................................................................................................. 59

12 Verwendete Unterlagen ............................................................................................ 60

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Anlagenverzeichnis

Anlage 1: Lagepläne, i.M. 1:500

Anlage 2: Schnitte durch den Baugrund Anlage 2.1 Schnitte A-A und B-B, Maßstab der Höhe 1:100, Maßstab der Länge 1:100 Anlage 2.2 Schnitte C-C und D-D, Maßstab der Höhe 1:100, Maßstab der Länge 1:100 Anlage 2.3 Schnitt E-E, Maßstab der Höhe 1:100, Maßstab der Länge 1:100 Anlage 2.4 Schnitt R1-R1, Maßstab der Höhe 1:100, Maßstab der Länge 1:500

Anlage 3: Baugrundaufschlüsse Anlage 3.1 Bohrprofile Anlage 3.2 Schichtenverzeichnisse

Anlage 4: Bodenphysikalische Laboruntersuchungen Anlage 4.1 Bestimmung der Kornverteilungen - Prüfberichte Anlage 4.2 Bestimmung nat. Wassergehalt – Prüfberichte Anlage 4.3 Bestimmung Zustandsgrenzen - Prüfberichte Anlage 4.4 Bestimmung Glühverlust – Prüfberichte

Anlage 5: Homogenbereiche

Anlage 6: Grundwasser

Anlage 7: Einteilung in Expositionsklassen

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1 Vorgang, Bauvorhaben

1.1 Veranlassung

Als Betreiber der Kläranlage Buchenhofen in Wuppertal plant der Wupperverband den Neubau

einer Klärschlammverbrennungsanlage (KVA). Der Neubau der Anlage soll auf dem Grundstück

der Kläranlage Buchenhofen in Wuppertal unmittelbar angrenzend zu der bestehenden Ver-

brennungsanlage erfolgen. Für die Anbindung der KVA an die vorhandene Ver- und Entsor-

gungsinfrastruktur der Kläranlage wird eine Medienübergabestation errichtet. Die Maßnahme

beinhaltet den Neubau einer Medienübergabestation, einer Übergabestation der Wuppertaler

Stadtwerke (WSW-Übergabestation) sowie von Kabel- und Rohrleitungstrassen zum Zulauf der

Kläranlage. Die Errichtung der Übergabestationen ist nordöstlich des Baufelds der neuen KVA

geplant. Die zu den Übergabestationen führenden Kabel- und Rohrleitungstrassen sollen im

Bereich der nördlichen Grenze des Betriebsgeländes angeordnet werden.

Angrenzend an den o.g. Projektbereich wurden im Zuge der Planung der neuen KVA durch das

Geotechnische Büro bereits Baugrunderkundungen durchgeführt und die Ergebnisse in geo-

technischen Gutachten vorgelegt [7], [9].

Gegenstand des vorliegenden Gutachtens ist die geotechnische Bewertung der durch den Auf-

traggeber vorgelegten Planung der o.g. Bauwerke [11] auf Grundlage einer Baugrunderkun-

dung.

1.2 Aufgabenstellung

Das Geotechnische Büro wurde beauftragt, ein Gutachten über die Baugrundverhältnisse im

Bereich der geplanten Bauwerke zu erstellen sowie Hinweise zum Gründungskonzept zu be-

nennen. Folgende Punkte wurden im Rahmen des vorliegenden Gutachtens bearbeitet:

• Baugrundbeurteilung (Gruppierung nach DIN 18196, Einteilung in Homogenbereiche

nach DIN 18300),

• Angabe der bodenmechanischen Kennwerte (Rechenwerte),

• Angaben zur Erdbebenzone,

• Abschätzung der Grundwasserstände und des Schwankungsbereiches,

• Allgemeine Empfehlung zu möglichen Gründungskonzepten,

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• Hinweise zur Herstellung Baugruben / Verbau,

• Orientierende Untersuchung von PFAS / PFOS Belastung,

• Orientierende chemische Analytik nach den Parameterpaketen der Ersatzbaustoffver-

ordnung und der Deponieverordnung,

• Hinweise für die Bauausführung.

1.3 Lage des Projektgebiets

Das Projektgebiet befindet sich innerhalb des Betriebsgeländes der Kläranlage Buchenhofen in

Wuppertal. Die Medienübergabestationen sollen nordöstlich der neuen Klärschlammverbren-

nungsanlage am Fuß der Talflanke des Wuppertals angeordnet werden. (Abb. 1, Abb. 2).

Abb. 1: Projektgebiet: Neubau Übergabestationen und Leitungstrassen, Google Earth [12]

Abb. 2: Projektgebiet: Neubau Übergabestationen und Leitungstrassen, ALKIS [13]

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1.4 Morphologie des Projektgebiets

Das Projektgebiet befindet sich innerhalb einer ehemaligen Wupperschlinge. Infolge des

Kläranlagenbetriebs wurde die Geländemorphologie innerhalb des letzten Jahrhunderts stark

anthropogen überprägt (Kapitel 3.1). Durch den Durchstich eines Bergrückens der Evertsaue

wurde die Wupper begradigt und die trockengelegte Wupperschlinge u.a. zur Ablagerung von

Klärschlämmen und Klärschlammverbrennungsaschen genutzt [10].

Das Projektgebiet befindet sich im nördlichen Randbereich der ehemaligen Wupperschlinge und

grenzt unmittelbar an den Fuß des Hanges des Wuppertals an. Die Höhendifferenz zwischen

Talsohle und Hangoberkante beträgt in etwa 70 m [13]. Die mittleren Geländeneigungen

schwanken zwischen etwa 20 und 40°. In Abb. 3 wird die Morphologie des Projektgebiets durch

Geländestufen abgebildet.

Die Geländeoberkante liegt im Bereich der geplanten Übergabebauwerke bei etwa 127 m NHN.

Die Höhenlage der Geländeoberkante im Bereich der geplanten Leitungstrassen variiert

zwischen etwa 127 m NHN bei den geplanten Übergabestationen und bis zu etwa 136 m NHN

im Nordosten.

Abb. 3: Projektgebiet: Morphologie [13]

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1.5 Planungsstand der Bauwerke

Die erstellt im Auftrag des Wupperverbands die Vorplanung des

Neubaus der Übergabestationen und der zugehörigen Leitungstrassen. [11].

Die Anordnung der geplanten Übergabestationen ist Abb. 4 zu entnehmen. Sie sollen am

Standort des heutigen Heizöllagers errichtet werden.

Abb. 4: Lage der geplanten Übergabestationen

Der Bau der Medienübergabestation ist nach Abriss des Heizöllagers unmittelbar westlich

des Heizöllagers und nördlich der Verkehrsflächen der neuen KVA vorgesehen. Die WSW-

Übergabestation soll unmittelbar nördlich des bestehenden Heizöllagers angeordnet werden.

Beide Bauwerke werden teilweise im Bereich der Aufstandsfläche des Heizöllagers gegründet.

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Das noch abzubrechende Bauwerk des Heizöllagers ist etwa 5,0 m unterhalb der

Geländeoberkante (GOK etwa 127 m NHN) gegründet [11]. Es soll gemäß des aktuellen

Planungsstands vollständig rückgebaut werden. Die dabei entstehende Baugrube soll wieder

verfüllt werden.

Die im Rahmen der Vorplanung angesetzten Höhenlagen der Grundrissebenen der

Medienübergabestation bei -3,3 und -7,0 m unterhalb des Bezugsniveaus von 127 m NHN

sind in Abb. 5 dargestellt.

Abb. 5: Medienübergabestation: Grundriss [11]

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In Abb. 6 sind die Bauwerksschnitte der Medienübergabestation dargestellt. An den

planungsseits festgelegten Schnittspuren orientieren sich die Schnitte der Baugrunderkundung

(Anlage 2).

Abb. 6: Medienübergabestation: Bauwerksschnitte [11]

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Die WSW-Übergabestation soll in etwa 1,0 m unterhalb des Bezugsniveaus (127 m NHN)

gegründet werden. Der Bauwerksgrundriss und die maßgebende Schnittführung sind in Abb. 7

abgebildet.

Abb. 7: WSW-Übergabestation – Grundriss und Querschnitt [11]

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Gemäß der vorliegenden Planungsunterlagen [6] sollen auf einer Länge von etwa 380 m eine

Rohrleitungstrasse sowie ein MS-Kabel verlegt werden. Die Rohrleitungstrasse soll in einer

Tiefe von 2,5 m unterhalb der GOK angeordnet werden. Die Verlegung des MS-Kabels ist auf

einem Niveau von 1,0 m unterhalb der GOK vorgesehen. Für die Rohrleitungstrasse ist eine

Breite von 2,6 m vorgesehen. Für das MS-Kabel eine Breite von 0,6 m.

Beide Leitungstrassen beginnen an der Medienübergabestation im Westen (Anlage 1). Von dort

aus sollen sie entlang der nördlichen Grenze des Betriebsgeländes in Richtung Osten verlegt

werden. Die Rohrleitungstrasse besitzt eine Länge von etwa 380 m, das MS-Kabel eine Länge

von etwa 400 m. Beide Trassen verlaufen auf einer Länge von etwa 320 m parallel (Abstand

1,0 m).

Im Westen sollen beide Trassen auf einer Länge von etwa 100 m im Bereich der

Verkehrsflächen des Betriebsgeländes angeordnet werden. Für die Rohrleitungstrasse ist in

den östlich anschließenden Bereichen der Einbau im Bereich einer Böschung vorgesehen. Das

MS-Kabel verläuft im Westen erneut auf einer Verkehrsfläche.

Abb. 8: Lage der Leitungstrassen (türkis) [11]

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2 Durchgeführte Untersuchungen

2.1 Außenarbeiten

Die Baugrunderkundung wurde am 27.06. und 28.06.2024 durch die „GTS Geotechnischer Ser-

vice GmbH“ durchgeführt. Es wurde folgende Untersuchungen durchgeführt:

• 10 Kleinrammbohrungen (KRB, ø 35 - 50 mm) mit Aufschlusstiefen zwischen 1,1 m und

9 m (Σ 47,6 m),

• 10 Schwere Rammsondierungen (DPH, Fallmasse 50 kg, Spitzenquerschnitt 15 cm²,

Fallhöhe 0,5 m) mit Eindringtiefen zwischen 1,2 m und 7,6 m ( 51,0 m),

• Einmessen der Sondieransatzpunkte mittels GPS in UTM-Koordinaten.

Die Lage der Aufschlusspunkte ist in Anlage 1 dokumentiert. Die Ergebnisse der Kleinrammboh-

rungen sind als Schnitte durch den Baugrund in Anlage 2 und die Schichtenverzeichnisse als

Anlage 3 wiedergegeben.

2.2 Geotechnische Laboruntersuchungen

An den im Rahmen der Feldarbeiten gewonnenen Bodenproben wurden im Labor der Geotech-

nischen Prüfstelle folgende Laboruntersuchungen durchgeführt:

• 1 Stück Bestimmung der Korngrößenverteilung mittels Siebanalyse nach DIN EN ISO

17892-4,

• 9 Stück Bestimmung der Korngrößenverteilung mittels kombinierter Sieb- / Schlämm-

analyse nach DIN EN ISO 17892-4,

• 6 Stück Bestimmung der Zustandsgrenzen nach DIN EN ISO 17892-12,

• 2 Stück Bestimmung des Glühverlusts nach DIN EN ISO 17685-1,

• 6 Stück Bestimmung des Wassergehalts nach DIN EN ISO 17892-1.

2.3 Chemische Analytik

Die Ergebnisse der orientierenden Untersuchungen nach PFAS und der Ersatzbaustoff-

verordnung bzw. der Deponieverordnung sind im vorliegenden Gutachten noch nicht enthalten.

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3 Ergebnisse

3.1 Standorthistorie

In Abb. 9 ist die Standorthistorie in Form von Orthofotos abgebildet.

Abb. 9: Luftbildaufnahmen: Projektgebiet (1956 bis 2021) [13]

Im Jahr 1956 verlief die Wupper in ihrem natürlichen Bett. Im nördlich des ehemaligen

Wupperbetts liegenden Bereich wurden zu diesem Zeitpunkt bereits Klärschlämme eingelagert.

Die geplanten Standorte der Übergabebauwerke liegen im nördlichen Randbereich dieser

Gebiete.

Im Jahr 1975 wurden die Bauarbeiten der bestehenden Klärschlammverbrennungsanlage

ausgeführt. Entlang des Fußes der Wuppertalflanke wurde beim Bau anfallendes

Aushubmaterial (u.a. Wupperschotter, Auensande / -lehme und Felsbruch) als bauzeitlicher

Betriebsweg abgelagert. Die WSW-Übergabestation befindet sich teilweise auf einem Abschnitt

dieses Weges.

Nach 1973 wurde das Heizöllager errichtet. Bis zum Jahr 2024 blieb die Morphologie des

Projektgebiets nahezu unverändert. Im Frühjahr 2024 wurde die Aschehalde im westlichen

Projektbereich abgetragen. Die Medienübergabestation liegt an der westlichen Gebäudeecke

im Bereich der ehemaligen Böschung der abgetragenen Aschehalde.

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Im östlichen Projektgebiet änderte sich die Geländemorphologie in den letzten Jahrzehnten

nicht. Dort liegt die Rohrleitungstrasse zu einem großen Teil in anthropogen unvorbelastetem

Gelände.

Eine detaillierte Darstellung der Standorthistorie ist in zu finden.

3.2 Geologischer Rahmen

Geologisch ist der Standort dem Niederrheinischen Bergland zuzuordnen. Das Grundgebirge

besteht aus den mitteldevonischen Brandenberg-Schichten (Lenneschiefer) sowie einer Wech-

selfolge aus Tonschiefern, Sandsteinen und Grauwacken (Abb. 10). Die mehrere hundert Meter

mächtigen Schichten streichen WSW-ENE und fallen generell nach NW ein. Das Grundgebirge

wird von mehreren Quer- und Längsstörungen durchzogen. Es ist oberflächennah verwittert.

Darüber folgen in der Talaue fluviatile Sedimente in Form von Wupperschotter. Der Wupper-

schotter wird im anthropogen nicht-vorgeprägtem Zustand von ca. 1 m mächtigen Auensedi-

menten aus tonigen und feinsandigen Schluffen überlagert.

Abb. 10: Hydrogeologische Karte Wuppertal-Elberfeld [7]

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3.3 Erdbeben

Nach DIN EN 1998-1 (12/2012) befindet sich das Projektgebiet außerhalb einer Erdbebenzone.

In statischen Berechnungen ist der Lastfall „Erdbeben“ nicht zu berücksichtigen.

3.4 Lokaler Schichtenaufbau

Der lokale Schichtenaufbau wurde aus den Ergebnissen der im Juni 2024 ausgeführten Son-

dierungen und Bohrungen abgeleitet. Die Ergebnisse der Erkundungen aus [9] wurden weiterhin

herangezogen. Das gesamte Gebiet ist anthropogen überprägt. Aufgrund des inhomogenen

Baugrundaufbaus stehen die nachfolgend beschriebenen Schichten nicht im gesamten Unter-

suchungsgebiet an.

Nach der Materialansprache in den Kleinrammbohrungen und Maschinenbohrungen (Erkun-

dung aus [9]), der Auswertung der Ergebnisse der Rammsondierungen und den bodenmecha-

nischen Laboruntersuchungen setzt sich der Baugrundaufbau von oben nach unten wie folgt

zusammen:

Schicht 1: Oberboden

Schicht 2: Auffüllungen: umgelagerter Boden

Schicht 3: Auffüllungen: Klärschlammverbrennungsaschen

Schicht 4: Auffüllungen: Klärschlamm

Schicht 5: Auensande / -lehme

Schicht 6: Wupperschotter

Schicht 7: Verwitterungslehm, Fels (Brandenberg Schichten)

Schicht 1: Oberboden

An der Geländeoberkante steht an allen Punkten außer bei KRB Ü4 und Ü5 eine etwa 0,1 bis

0,4 m mächtige Oberbodenschicht an. Sie besteht aus humosen, schwach feinsandigen Schluf-

fen (OU, OH, SU*, SU GU, SU* gem. DIN 18196).

Schicht 2: Auffüllungen: umgelagerter Boden

Im westlichen Projektgebiet wurden bei den Sondierungen KRB Ü1 bis KRB Ü7 umgelagerte

Böden angetroffen. Die Mächtigkeiten der Auffüllungen variieren zwischen 0,7 m (KRB Ü7) und

5,8 m (KRB Ü3). Bedingt durch die Standorthistorie (Kapitel 3.1) erfolgte die Ablagerung der

Auffüllungen zu verschiedenen Zeitpunkten, sodass ihre granulometrischen Eigenschaften sehr

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breit gefächert sind und sowohl bindige als auch nicht bindige Schichtenglieder anstehen. Da

die Ablagerung der Auffüllungen u.a. während des Baus der bestehenden Klärschlammverbren-

nungslage in den 1970er Jahren erfolgte, ist der umgelagerte Boden bereichsweise mit Bau-

schutt (Ziegelreste, etc., KRB F1A) durchsetzt. Während des Baus fielen als Aushubmaterial

Wupperschotter und abgetragener Fels der Brandenbergschichten an. Diese Aushubmateria-

lien wurden bereichsweise im Projektgebiet eingelagert. Bei den Sondierungen KRB Ü3, Ü4 und

Ü6 wurde umgelagerter Wupperschotter erkundet, bei den Sondierungen KRB Ü1, Ü2, Ü3, Ü4,

Ü5, Ü6, Ü7 Sandsteinreste. Überwiegend bindige Schichtenglieder umgelagerten Bodens ste-

hen bei den Sondierungen U2 mit 2,8 m Mächtigkeit und U5 mit 1,8 m Mächtigkeit an. Hierbei

kann es sich um umgelagerte Auensande / -lehme handeln. Bei lokal mit Sandsteinbruchstü-

cken durchsetzten bindigen Schichtengliedern handelt es sich um umgelagerten Verwitterungs-

lehm.

Gemäß DIN 18196 sind die nichtbindigen Böden den Bodengruppen GW, GU, SW und SU zu-

zuordnen, die bindigen Böden den Gruppen SU*, UL, TM.

Die Gewichtsanteile der Kornfraktionen und die Kennzahlen der untersuchten Proben sind in

der folgenden Tab. 1 zusammengefasst.

Tab. 1: Kenngrößen und Gewichtsanteile der enthaltenen Kornfraktionen, Schicht 2 (umgel. Boden)

In Abb. 11 sind die Kornverteilungslinien des umgelagerten Bodens sowie das zugehörige

Körnungsband dargestellt. Die Körnungslinien je Probe sind in Anl. 4 beigefügt.

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Abb. 11: Körnungslinien Schicht 2 (umgel. Boden)

Schicht 3: Auffüllungen: Klärschlammverbrennungsaschen

Die Aschen aus der Klärschlammverbrennung wurden oberflächennah im westlichen

Projektbereich bei den Ansatzpunkten Ü1, Ü2 und Ü3 angetroffen. Es handelt sich um den

Fußbereich der im Frühjahr 2024 abgetragenen Aschehalde. Sie stehen mit geringen

Mächtigkeiten von 0,2 bis 0,5 m an. Sie setzen sich granulometrisch hauptsächlich aus Schluff

und Feinsand zusammen (SU*, UL gem. DIN 18196). Die Erkundungen in [9] zeigten, dass sie

über das Projektgebiet verteilt recht homogen aufgebaut sind. Sieb-/ Schlämmanalysen in [9]

ergaben ein enggestuftes Körnungsband.

Schicht 4: Auffüllungen: Klärschlamm

Klärschlamm wurde im westlichen Projektbereich bei den Ansatzpunkten Ü1 und Ü5 erkundet.

Die Schlämme stehen in einer Tiefenlage zwischen 2,5 und 3,8 m an und besitzen mit

0,5 m – 0,6 m eine geringe Mächtigkeit. Bedingt durch die Standorthistorie (Kapitel 3.1) ist es

nicht auszuschließen, dass insbesondere an den Standorten der geplanten Übergabestationen

lokal mächtigere Klärschlammablagerungen anstehen.

Die Gewichtsanteile der Kornfraktionen und die Kennzahlen der untersuchten Proben sind in

der folgenden Tab. 2 zusammengefasst.

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Tab. 2: Kenngrößen und Gewichtsanteile der enthaltenen Kornfraktionen, Schicht 4 (Klärschlamm)

Die Körnungslinien je Probe sind in Anl. 4 beigefügt. In Abb. 12 werden die Körnungslinien und

das Körnungsband des Klärschlamms dargestellt.

Abb. 12: Körnungslinien Schicht 4 (Klärschlamm)

In Tab. 3 sind der natürliche Wassergehalt, die Fließ- und Ausrollgrenze sowie die Plastizitäts-

und die Konsistenzzahl für die untersuchten Proben des Klärschlamms dargestellt. Um den or-

ganischen Anteil des Klärschlamms zu untersuchen, wurde außerdem an 2 Proben des Klär-

schlamms der Glühverlust V (Ofenglühen) gemäß DIN 18128 bestimmt. Die Versuchsauswer- gl

tungen können Anl. 4 entnommen werden.

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Tab. 3: Zusammenstellung der Konsistenzgrenzen; Schicht 4 (Klärschlamm)

Eine detaillierte Analyse der Klärschlammeigenschaften ist in [9] zu finden.

Schicht 5: Auensande / -lehme

Die Auensande / -lehme stehen im Talboden an. Entsprechend wurden sie bei den Sondierun-

gen KRB Ü7, Ü8, Ü8A und Ü9 nicht erkundet, da diese Orte auf einem höheren Niveau im

Bereich der Talflanke des Wuppertals liegen. Am Punkt Ü3 wurde Schicht 5 ebenfalls nicht

angetroffen. Der Ansatzpunkt liegt im ehemaligen Arbeitsraum des bestehenden Heizöllagers,

sodass die Hochflutlehmschicht durch umgelagerte Böden ersetzt wurde. Die erkundeten Au-

ensande/ -lehme setzen sich aus Schluffen mit tonigen und schwach feinsandigen Nebenbe-

standteilen zusammen (SU*, UL, TM, gem. DIN 18196). Die Kennzahlen und die Gewichtsan-

teile der Kornfraktionen der untersuchten Proben sind in Tab. 4 dargestellt.

Tab. 4: Kenngrößen und Gewichtsanteile der enthaltenen Kornfraktionen, Schicht 5 (Auensande/ -lehme)

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Die Körnungslinien je Probe sind in Anl. 4 beigefügt. In Abb. 13 werden die Körnungslinien und

das Körnungsband dargestellt.

Abb. 13: Körnungslinien Schicht 5 (Auensande / -lehme)

In Tab. 5 sind der natürliche Wassergehalt, die Fließ- und Ausrollgrenze sowie die Plastizitäts-

und die Konsistenzzahl für die untersuchten Proben dargestellt. Die Versuchsauswertungen

können der Anl. 3 entnommen werden.

Tab. 5: Zusammenstellung der Konsistenzgrenzen; Auensande/ -lehme

Schicht 6: Wupperschotter

Im Bereich des Talbodens steht unterhalb des Auensands / -lehms der Wupperschotter an. Bei

den im Bereich der unteren Böschung der Talflanke des Wuppertals befindlichen Ansatzpunkten

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der KRB Ü7, Ü8, Ü8A und Ü9 wurde kein Wupperschotter erkundet, da dort bereits

oberflächennah verwitterter Fels ansteht (Schicht 7).

Im westlichen Projektbereich (Standort der geplanten Übergabestationen) nimmt die

Mächtigkeit des Wupperschotters mit zunehmendem Abstand zum Fuß der Böschung der

Talflanke des Wuppertals zu (Schnitt B-B, Anlage 2). Während bei den Sondierungen KRB F1A

und Ü2 unterhalb der Auensande / -lehme bereits verwitterter Fels und kein Wupperschotter

ansteht, wurde bei der KRB Ü3 eine 2,8 m mächtige Wupperschotterschicht erkundet.

Entsprechend läuft die Schicht des Wupperschotters orthogonal zu den Höhenlinien des

Böschungsfußes keilförmig aus.

Beim erkundeten Wupperschotter handelt es sich überwiegend um schluffige Kiese (GU, SU

gem. DIN 18196).

Die Gewichtsanteile der Kornfraktionen und die Kennzahlen der untersuchten Probe P8 sind in

der folgenden Tab. 6 zusammengefasst. Die einzelnen Kornverteilungslinien können der Anl. 3

entnommen werden.

Tab. 6: Kenngrößen und Gewichtsanteile der enthaltenen Kornfraktionen, Wupperschotter

In Abb. 14 ist die Körnungslinie der Probe P8 abgebildet. Weiterhin wird das Körnungsband des

Wupperschotters aus [9] dargestellt. Es basiert auf 11 Siebanalysen. Die dort untersuchten

Proben wurden aus dem Wupperschotter im Gebiet der geplanten KVA entnommen.

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Abb. 14: Kornverteilungen Wupperschotter (Schicht 6)

Schicht 7: Verwitterungslehm, Fels (Brandenberg Schichten)

Wie die Erkundung mit Maschinenbohrungen in [9] zeigen, ist die OK des Felses der Branden-

bergschichten (tonige Schluffsteine, schluffige Sandsteine, Tonsteine) südlich des Projektge-

biets (am Standort der geplanten KVA) stark reliefiert ausgebildet. An der Oberfläche des Fest-

gesteins ist örtlich ein steiniger Verwitterungslehm ausgebildet. Bei den Erkundungen in [9]

wurde er mit Mächtigkeiten von wenigen Dezimetern bis zu ca. 1 m angetroffen. Insbesondere

am Übergang des Verwitterungslehms zum Festgestein steht das Festgestein bereichsweise

aufgelockert an, erkennbar an Gesteinsbruchstücken im Bohrgut bzw. kleinen Kernstücklängen.

Die Ergebnisse aus [9] lassen sich aufgrund der unmittelbaren Nähe auf das Projektgebiet über-

tragen. Am geplanten Standort der Übergabestationen kann die OK der Brandenberg Schich-

ten durch punktuelle Sondierungen nicht exakt erfasst werden. Es kann davon ausgegangen

werden, dass die OK der Brandenbergschichten in etwa in NNW-SSO-Richtung einfällt (Anl. 2,

Schnitt B-B). Aufgrund der Sondierungen mit Kleinrammbohrungen (KRB) wurden nur die obe-

ren Dezimeter des Verwitterungslehms bzw. des Felses erkundet. Schlussfolgerungen über die

Schichtenmächtigkeiten von potentiell anstehenden Verwitterungslehmen lassen sich somit

nicht ziehen. Verwitterungslehm wurde bei KRB Ü3 angetroffen. Er setzt sich im Projektgebiet

allgemein aus Kiesen mit schluffigen, schwach tonigen, schwach feinsandigen und schwach

kiesigen Nebenbestandteilen zusammen. Gemäß DIN 18196 sind diese Böden den Bodengrup-

pen GU, GU* zuzuordnen. Im Verwitterungslehm sind örtliche Felsrippen nicht auszuschließen.

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Das östliche Projektgebiet (Sondierungen KRB Ü7, Ü8, Ü8A, Ü9) liegt im Bereich der Tal-

flanke des Wuppertals, wodurch der Fels der Brandenbergschichten und lokal der Verwitte-

rungslehm bereits unterhalb des Oberbodens (Schicht 1) anstehen. Die Sondierungen mittels

Kleinrammbohrung konnten mehrere Meter tief in den verwitterten Fels eindringen (KRB Ü9:

etwa 3,5 m). Es kann davon ausgegangen werden, dass der Fels in etwa in den ersten 1 bis 4

m unterhalb der GOK in stark verwitterter und in aufgelockerter Form ansteht. Verwitterungs-

lehm wurde bei KRB Ü8A in Tiefen zwischen 0,4 und 0,9 m u. GOK angetroffen, bei KRB Ü9 in

Tiefen zwischen 0,8 m und 1,7 m u. GOK.

Die Gewichtsanteile der Kornfraktionen und die Kennzahlen der untersuchten Probe sind in Tab.

7 zusammengefasst.

Tab. 7: Kenngrößen und Gewichtsanteile der enthaltenen Kornfraktionen, Verwitterungslehm

In Abb. 15 ist die Körnungslinie der Probe P13 abgebildet.

Abb. 15: Körnungslinien Verwitterungslehm (Schicht 7)

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3.5 Bodenfestigkeit, Tragfähigkeit

Nach den Ergebnissen der durchgeführten Schweren Rammsondierungen, der Bodenanspra-

che und Erfahrungswerten wird die aufgeschlossene Schichtenfolge wie folgt beurteilt:

Schicht 1: Oberboden

Im Bereich des Oberbodens belegen die Schlagzahlen der Schweren Rammsonde (DPH) mit

im Mittel N < 1 - 2 Schlägen je 10 cm Eindringung der Sondenspitze nur eine geringe Tragfä- 10

higkeit. Dementsprechend wurde die Oberbodenschicht in lockerer Lagerung, bei überwiegend

bindigen Komponenten in weicher Konsistenz angesprochen.

Schicht 2: Auffüllungen: umgelagerter Boden

Die Schlagzahlen der Auffüllungen des umgelagerten Bodens (DPH Ü1, Ü2, Ü3, Ü4, Ü5)

bewegen sich zwischen 0 und 11 Schlägen je 10 cm Eindringtiefe der schweren Rammsonde.

Im Mittel liegt das Schlagzahlniveau etwa bei 3 bis 5 Schlägen je Dezimeter Eindringung. Aus-

nahme bilden die oberen 0,5 bis 1,0 m der DPH Ü4 und Ü5. Die dort anstehenden Tragschichten

weisen im Mittel ein Schlagzahlniveau von 14 Schlägen je 10 cm Eindringtiefe auf.

Die nicht bindigen Auffüllungen sind entsprechend locker bis mitteldicht gelagert. Die bindigen

Auffüllungen sind gemäß den erkundeten Schlagzahlniveaus als steif bis halbfest zu bewerten.

Die Tragfähigkeit der Auffüllungen ist somit als gering, örtlich als sehr gering, einzustufen.

Schicht 3: Auffüllungen: Klärschlammverbrennungsaschen

Die Verbrennungsaschen sind mit durchgehend niedrigen Schlagzahlen N < 5 meistens locker 10

gelagert und weisen eine geringe Tragfähigkeit auf.

Schicht 4: Auffüllungen: Klärschlamm

Das Schlagzahlniveau des bei den Sondierungen DPH Ü1 und DPH Ü5 anstehenden Klär-

schlamms (Mächtigkeiten 0,5 -0,6 m) liegt deutlich unterhalb von 5 Schlägen je 10 cm Eindring-

tiefe.

Klärschlamm kann aufgrund seiner Zusammensetzung und insbesondere wegen seines hohen

Anteils organischer Bestandteile nicht vollständig mit den üblichen bodenmechanischen Krite-

rien bewertet werden. Es kann aber sicher festgestellt werden, dass der Klärschlamm sehr kom-

pressibel und zur systemverträglichen Abtragung von Bauwerkslasten als ungeeignet zu bewer-

ten ist.

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Schicht 5: Auensande / -lehme

Die Auensande/-lehme (DPH Ü1, Ü2, Ü4, Ü5) besitzen ein geringes Schlagzahlniveau

(1 ≤ N ≤ 4 Schläge je Dezimeter Eindringtiefe). Die Auensande stehen somit in einer lockeren 10

Lagerung an. Überwiegt der Lehmanteil, liegt eine weiche Konsistenz vor. Die Tragfähigkeit

dieses Schichtglieds wird für eine Bauwerksgründung als gering bewertet.

Schicht 6: Wupperschotter

Im Bereich des Wupperschotters steigen die Schlagzahlen innerhalb weniger Dezimeter ein-

heitlich auf N >> 10 und bestätigen damit die dichte Lagerung (DPH Ü2, Ü3, Ü4, Ü5). Das 10

Schlagzahlniveau liegt im Mittel bei 10 bis 18 Schlägen je 10 cm Eindringtiefe. Sowohl bei DPH

Ü4 als auch bei DPH Ü5 erhöht sich das Schlagzahlniveau im letzten Sondierungsmeter auf

Werte >>50. Der Wupperschotter verfügt somit über eine hohe Tragfähigkeit und ist für den

Abtrag von Bauwerkslasten als geeignet einzustufen.

Schicht 7: Verwitterungslehm, Fels (Brandenberg Schichten)

Bedingt durch die den Verwitterungslehm bzw. die den Fels der Brandenberg Schichten über-

lagernden dicht gelagerten Wupperschotter, konnten die Verwitterungslehme und der Fels im

westlichen Projektbereich am Standort der geplanten Übergabebauwerke nicht über schwere

Rammsondierungen aufgeschlossen werden.

Im östlichen Bereich der geplanten Leitungstrasse beträgt das Schlagzahlniveau innerhalb des

Verwitterungslehms an den Sondierungen DPH Ü8A und Ü9 zwischen 1 und 5 Schlägen je

10 cm Eindringtiefe. Im Mittel liegt es bei Werten von 1 bis 2. Hieraus lässt sich eine geringe bis

sehr geringe Tragfähigkeit des Verwitterungslehms ableiten.

Der Fels der Brandenberg Schichten ist im Bereich der Sondierungen DPH Ü8, Ü8A, Ü9 in den

ersten 2 bis 3,5 m unterhalb der GOK bei Schlagzahlen zwischen 1 bis 20 (im Mittel etwa 5 – 8)

als locker bis mitteldicht gelagert und gering bis mittel tragfähig einzuordnen. Erst in Tiefen

größer 2 bis 3,5 m u. GOK steigt das Schlagzahlniveau auf Werte > 100 an. Dort besitzt der

Baugrund eine sehr hohe Tragfähigkeit.

3.6 Bodenklassifizierung, Wasser- und Frostempfindlichkeit

Im Untersuchungsbereich ist mit den in der Tab. 8 angegebenen Bodengruppen nach

DIN 18196 zu rechnen. Ferner werden die Bodenschichten nach ihrer Frostempfindlichkeit

(ZTVE-StB 17) beurteilt.

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Tab. 8: Bodengruppen, Bodenklassen und Frostempfindlichkeit

3.7 Bodenkennwerte

Die Bodenkennwerte werden nach den Ergebnissen der Material- und Konsistenzansprache in

den Kleinrammbohrungen, dem Bohrwiderstand, den Ergebnissen der Rammsondierungen,

den bodenmechanischen Laboruntersuchungen und nach Erfahrungswerten abgeschätzt. Den

Bodenschichten können folgende charakteristische Kennwerte zugeordnet werden:

Schicht 1 (Oberboden):

Keine Angabe, da für die geplante Maßnahme nicht relevant.

Schicht 2: Auffüllungen (umgelagerter Boden) Wichte des feuchten Bodens  = 17 – 20 kN/m3, i.M. 18 kN/m3

Auftriebswichte ‘ = i.M. 10 kN/m³

Reibungswinkel ' = 27,5° – 35°, i.M. 30°

Kohäsion c' = 0 – 5 kN/m², i.M. 1 kN/m²

Steifemodul E = 4 – 25 MN/m², i.M. 12 MN/m² s

Schicht 3: Auffüllungen: Asche Wichte des feuchten Bodens  = 16 – 19 kN/m3, i.M. 17 kN/m3

Auftriebswichte ‘ = i.M. 7 kN/m³

Reibungswinkel ' = 25° – 32,5°, i.M. 27,5°

Kohäsion c' = 2 – 6 kN/m², i.M. 3 kN/m²

Steifemodul E = 3 – 10 MN/m², i.M. 7 MN/m² s

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Schicht 4: Auffüllungen: Klärschlamm Wichte des feuchten Bodens  = 16 – 18 kN/m3, i.M. 17 kN/m3

Auftriebswichte ‘ = i.M. 7 kN/m³

Reibungswinkel ' = 20° – 27,5°, i.M. 22,5°

Kohäsion c' = 2 – 8 kN/m², i.M. 5 kN/m²

Steifemodul E = 2 – 5 MN/m², i.M. 3 MN/m² s

Schicht 5: Auensande/ -lehme Wichte des feuchten Bodens  = 17 – 20 kN/m3, i.M. 18,5 kN/m3

Auftriebswichte ‘ = i.M. 8,5 kN/m³

Reibungswinkel ' = 27,5° – 35°, i.M. 30°

Kohäsion c' = 0 – 5 kN/m², i.M. 3 kN/m²

Steifemodul E = 2 – 10 MN/m², i.M. 7 MN/m² s

Schicht 6: Wupperschotter Wichte des feuchten Bodens  = 18 – 20 kN/m3, i.M. 19 kN/m3

Auftriebswichte ‘ = i.M. 11 kN/m³

Reibungswinkel ' = 32,5° – 37,5°, i.M. 35°

Kohäsion c' = 0 – 2 kN/m², i.M. 0 kN/m²

Steifemodul E = 40 – 100 MN/m², i.M. 80 MN/m² s

Schicht 7:

Verwitterungslehm der Brandenberg-Schichten Wichte des feuchten Bodens  = 19,5 – 20,5 kN/m3, i.M. 20 kN/m3

Auftriebswichte ‘ = i.M. 10 kN/m³

Reibungswinkel ' = i.M. 25°

Kohäsion c' = 0 – 10 kN/m², i.M. 5 kN/m²

Steifemodul E = 5 – 25 MN/m², i.M. 15 MN/m² s

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Fels (Brandenberg-Schichten, Devon) Wichte des feuchten Bodens  = i.M. 25 kN/m3

Auftriebswichte ‘ = i.M. 15 kN/m³ Reibungswinkel ' = i.M. 45°1 bzw. 35°2 bzw. 25°3

Steifemodul E = 150 (Tonstein); Es > 300 (Schluffstein, Sand- s

stein)

1Ersatzreibungswinkel des Gebirges 2Ersatzreibungswinkel auf Trennflächen 3Ersatzreibungswinkel auf verlehmten Trennflächen

Die Kennwerte der Schicht 8 beruhen auf den Ergebnissen der Baugrunderkundung in [9].

3.8 Einstufung in Homogenbereiche

Für den Bau der Übergabestationen (Geotechnische Kategorie GK 2) gelten die in Tab. 9

aufgeführten Homogenbereiche. Die Einstufung des anstehenden Baugrundes in

Homogenbereiche erfolgt nach VOB/C für die auszuführenden Erdarbeiten (Lösen und Einbau)

nach DIN 18300, für Bohrarbeiten (Bohrpfähle) nach DIN 18301 und für Rammarbeiten im

Rahmen der Spundwandherstellung des Grabenverbaus nach DIN 18304.

3.9 Bohr- und Rammbarkeit

Die Bohrbarkeit ist in den erkundeten Bodenschichten gegeben. Die Bohrbarkeit der

Festgesteinshorizonte ist mit erhöhten Aufwendungen möglich. Die Rammbarkeit ist in den

Schichten 1 bis 7a grundsätzlich gegeben. Im Wupperschotter (Schicht 6) können die

Rammwiderstände aufgrund seiner dichten Lagerung stark ansteigen. Hier sind ggf.

Lockerungs- oder Austauschbohrungen erforderlich. Es ist zu beachten, dass in den

Verwitterungslehmen (Schicht 7a) örtliche Felsrippen nicht auszuschließen sind. Das

Festgestein (Schicht 7b) ist nicht rammbar.

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Tab. 9: Einteilung in Homogenbereiche nach VOB/C

Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Einteilung der Homogenbereiche mit fort-

schreitender Planung, insbesondere unter Berücksichtigung des vorgesehenen

Geräteeinsatzes sowie von Bauzuständen und Bauphasen, zu überprüfen und ggf.

fortzuschreiben ist.

Die Kennwerte und Eigenschaften sowie deren mittlere Bandbreite für die o.g.

Homogenbereiche unter Berücksichtigung der einzelnen Gewerke (Erdbauarbeiten gemäß DIN

1830. sind der Anlage 5 zu entnehmen.

Die Angaben zu möglichen umweltrelevanten Stoffen in den genannten Baugrundschichten

bzw. in den Erdstoffen bzw. zur abfalltechnischen Voreinstufung der Erdstoffe wurden bei der

Festlegung der Homogenbereiche gemäß der VOB/C nicht berücksichtigt.

4 Grundwasser

4.1 Geohydraulische Kennwerte

Gebirgsdurchlässigkeiten

Die Gebirgsdurchlässigkeiten der Wupperschotter (Niederterrasse; Quartär) wurden auf der

Grundlage von Auswertungen von in 2013 und im Rahmen der Grundwasserbeprobung 2022

in den drei Grundwassermessstellen GWM B4, GWM D4 und GWM G3 ausgeführten Kurz-

pumpversuchen sowie von Auffüllversuchen bestimmt. Eine Berechnung anhand von

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Kenngrößen der Körnungslinien ist aufgrund des Überschreitens der jeweiligen Gültigkeitsbe-

reiche weder nach BEYER noch nach SEILER möglich.

Von den bindigen Schichtgliedern und vom Festgestein wurden die Durchlässigkeiten anhand

der Bodenansprache bzw. nach Erfahrungswerten abgeschätzt.

Den Durchlässigkeiten der bindigen Schichtglieder der Talablagerungen sind nach der Boden- ansprache Werte von K = 1 * 10-8 bis K ≤ 1 * 10-6 m/s zuzuordnen.

Tab. 10: Ergebnisse der Durchlässigkeitsbestimmungen aus Pump- und Auffüllversuchen [9]

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Für die Wupperschotter (Niederterrasse der Wupper) wurden in den insgesamt 21 Kurzpump-

versuchen (in 7 GWM wurde die instationäre Phase nach COOPER & JACOB, in 14 GWM

behelfsweise die stationäre Phase nach LOGAN ausgewertet) stark streuende Gebirgsdurch- lässigkeiten zwischen K =1,3 * 10-5 m/s und 2,1 * 10-3 m/s, i.M. K = 2,2 * 10-4 m/s, ermittelt (Tab.

10). In den drei Auffüllversuchen in den im Bereich des BV abgeteuften GWM liegen die K- Werte mit Werten zwischen K = 1,6 * 10-6 m/s und 6,0 * 10-5 m/s niedriger. Das geometrische Mittel aus allen Versuchen beträgt K = 1,5 * 10-4 m/s, das arithmetische Mittel K = 4,0 * 10-4 m/s, ohne die Werte der Auffüllversuche K = 4,4 * 10-4 m/s. Für hydraulische Betrachtungen kann ein Wert von K = 2 * 10-4 m/s, für Berechnungen von Grundwasserhaltungen vorsorglich ein Wert von K = 5 * 10-4 m/s angesetzt werden.

Für die Gebirgsdurchlässigkeit der Sand- und Tonsteine (Brandenberg-Schichten, Devon) wurde in einem Kurzpumpversuch in GWM 16u ein Wert von K = 1,7 * 10-4 m/s ermittelt (Tab. 10) Vom Erdbaulabor Borchert & Lange (1998) werden Werte zwischen K = 6 * 10-8 und 2* 10- 6 m/s zitiert (WD-Tests in GWM 11 und Pumpversuch in GWM 5). Nach Literaturangaben und

eigenen Erfahrungswerten können die Gebirgsdurchlässigkeiten in der oberflächennahen auf- gelockerten Zone bei K = 1 * 10-6 bis 1 * 10-4 m/s liegen. Gemäß der HyK 25 liegen die Durch- lässigkeiten in der Auflockerungszone der Brandenberg-Schichten im Bereich K = 1 * 106 – 1 * 10-5 m/s. Zur Tiefe hin, i.d.R. unterhalb von 30 m bis 50 m, werden die klastischen Festgesteine

bei rasch abnehmender Klüftigkeit allgemein als gering durchlässig eingestuft.

Dem an der Devonoberfläche nur örtlich vorhandenen Verwitterungslehm können Durchläs- sigkeiten von K  1 * 10-8 - 1 * 10-6 m/s zugeordnet werden.

Mächtigkeiten Grundwasserleiter

Die Mächtigkeiten der Wupperschotter betragen im Flussbett der ehemaligen Wupperschleife

bis zu etwa 8 m, zu den Rinnenrändern gehen sie auf Null zurück. In den mehrere 100 m

mächtigen Ton- und Sandsteinen der Brandenberg-Schichten beträgt die vergleichsweise

durchlässige Auflockerungszone nach Literatur- und Erfahrungswerten etwa 30 m bis 50 m.

Speichernutzbares Poren- bzw. Kluftvolumen

Für das speichernutzbare Porenvolumen n in den Wupperschottern kann nach den Kornvertei- o

lungskurven ein Wert von etwa n = 15 - 20 % angesetzt werden. 0

In den devonischen Sand- und Tonsteinen liegt das speichernutzbare Kluftvolumen in der aufge-

lockerten Zone nach Erfahrungswerten bei 0,5 % bis 2 %.

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Abstandsgeschwindigkeit

Die natürliche Abstandsgeschwindigkeit in den Wupperschottern beträgt ca. 160 m/a (mit K =

2,0 * 10-4 m/s, hydraulischer Gradient i = 0,005, n = 20 %). 0

4.2 Beschreibung des Aquifersystems

Die Wupperschotter (Niederterrasse der Wupper; Quartär) bilden einen Porengrundwasserlei-

ter aus. Die Verbreitung der Wupperschotter ist als Rinnenfüllung auf den Nahbereich der ehem.

Wupperschleife bzw. der Wupperaue begrenzt. Die Wupperschleife wurde im Zuge der Umver-

legung der Wupper nach Herstellung des östlich gelegenen Wupperdurchstiches in ca. 1965

trockengelegt. Die anschließende Verfüllung erfolgte mit Aushubmassen des Wupperdurchsti-

ches, Bauschutt, Klärschlamm und Asche.

Die Mächtigkeiten der Wupperschotter betragen im Bereich des ehemaligen Wupperbetts bis

zu etwa 8 m. Zu den Rinnenrändern hin keilen sie naturgemäß aus.

Der Wupperschotter wird im natürlichen Zustand i.d.R. von Auenablagerungen (sandige Lehme

und lehmige Sande, örtlich mit Kiesanteilen) überdeckt. Örtlich ist das Grundwasser bei ent-

sprechender Tiefenlage der Schichtgrenze gespannt bzw. halbgespannt.

Im Festgestein (Sandsteine und Tonsteine der Brandenberg-Schichten des Devon) erfolgt die

Wasserbewegung i.w. über Klüfte und die aufgelockerten oberflächennahen Zonen. Die Ge-

steinsdurchlässigkeit selbst ist vernachlässigbar gering. Die Durchlässigkeit in einem solchen

Kluftgrundwasserleiter ist richtungsabhängig. Das im Fels hydraulisch dominierende Trennflä-

chenelement ist die Klüftung, i.d.R. insbesondere die Querklüftung (NW-SE-Verlauf).

Die ehem. Wupper hat sich in das Festgestein eingeschnitten und in diesen Rinnen Flußsedi-

mente abgelagert. Somit werden die mit Wupperschotter gefüllten Rinnen vom Festgestein um-

rahmt.

Der Verwitterungslehm an der Oberfläche des Festgesteines wurde nicht in allen Bohrungen

angetroffen, sodass eine lückenhafte Verbreitung vorliegt. Die beiden Grundwasserleiter stehen

somit örtlich in hydraulischem Kontakt miteinander. Sie sind nur lokal voneinander hydraulisch

getrennt. Dort wo der Verwitterungslehm auf größeren Flächen verbreitet ist, ist das Grundwas-

ser im Festgestein gespannt.

Im Bereich des Bauvorhabens ist in ausgeprägten länger andauernden nassen Wetterphasen

mit höheren Schichtenwasserständen zu rechnen.

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4.3 Grundwasserströmung

In Anl. 6 ist ein Grundwassergleichenplan (Stichtag 25.5.2022) mit Messung aller im Umfeld des

Bauvorhabens vorhandenen Grundwassermessstellen mit Verfilterung in den Wupperschottern

sowie der Pegel der Wupper dargestellt. Zum Messzeitpunkt lagen bezüglich der Grundwasser-

ganglinien 2010 bis 2013 (Abb. 17) im Baubereich rel. hohe, nahe der Wupper mittlere Grund-

wasserstände vor.

Die Grundwasserströmung im oberen Grundwasserleiter erfolgt in südöstliche und südliche Rich-

tung zum Vorfluter, der Wupper, hin.

Im Bereich des Bauvorhabens fallen die Grundwasserstände im Westen (Medienübergabestatio-

nen) von etwa 124,3 m ü. NHN am Talrand auf etwa 123,5 m ü. NHN im Bereich der südlich

angrenzenden Verkehrsflächen ab (Abb. 16, Anl. 6). Im Bereich der östlich der Medienübergabe-

stationen angeordneten geplanten Rohrleitungstrasse ist am Stichtag (25.05.2022) von Wasser-

ständen zwischen 124 und 124,5 m NHN auszugehen (Anl. 6).

Abb. 16: Grundwassergleichenplan Quartär, Stichtag 25.05.2022 [9]

Das von Norden und Westen aus dem Festgestein des Devon anströmende Grundwasser tritt

zum Teil in die höher durchlässigen Wupperschotter über. Ein kleinerer Teil tritt über kleinere

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Quellaustritte am Übergang Hangbereich / Talaue aus. Am 25.5.2022 betrug die Schüttung der

Quelle nahe P 2 rund 0,4 l/min.

Der Grundwasserspiegel korrespondiert mit dem Wasserspiegel der Wupper, der, bedingt durch

das Stauwehr am Wupperdurchstich, bei Niedrigwasser zwischen ca. 117,6 m ü. NHN am Pegel

Buchenhofen und bei ca. 125,3 m ü. NHN am Pegel Rutenbeck liegt. Unmittelbar oberstromig des

Wehres kommt es zu einer Exfiltration von Wupperwasser in den Grundwasserleiter. Da die GW-

Messstellendichte im östlichen Bereich der Kläranlage relativ gering ist, wurde auf eine diesbe-

zügliche, für das Bauvorhaben ohnehin nicht relevante Konstruktion der GW-Gleichen verzichtet.

Im Festgestein liegen die Grundwasserstände der meistens am Talrand abgeteuften GWM rel.

hoch bis ca. 130,85 m ü. NHN (GWM 12). In der einzigen im Talbereich gelegenen GWM 16u

beträgt der Grundwasserstand 123,07 m ü. NHN, nahe des Talrandes, in GWM 15u

124,02 m ü. NHN. Darin zeigt sich, dass im Talbereich ein rascher Druckabbau im Devon stattfin-

det und die Grundwasserstände sich denen in den Wupperschottern annähern. Die Grundwas-

seroberfläche im Devon ist nur örtlich unterhalb des Verwitterungslehms gespannt. Bei lückenhaf-

ter Ausbildung des Verwitterungslehms stehen beide Grundwasservorkommen in hydraulischem

Kontakt. Aufgrund zu geringer Messstellendichte wurde auf die Darstellung der Grundwasserglei-

chen im Festgestein verzichtet.

4.4 Grundwasserstände

Die Grundwasserstände in zehn auf dem Gelände der Kläranlage vorhandenen GWM wurden

von Anfang 2010 bis Mitte 2013 ca. zwei- bis dreimal monatlich gemessen.

Die Grundwasserstände in den Wupperschottern unterliegen einem ausgeprägtem Jahresgang

mit i.d.R. hohen Grundwasserständen im hydrologischen Winterhalbjahr und niedrigen Werten

im hydrologischen Sommerhalbjahr (Abb. 17). Die jahreszeitlichen Grundwasserspiegel-

schwankungen liegen in den bauwerksnahen GWM bei gut 1 m bis 1,5 m, in den wuppernahen

GWM 1,5 m bis über 2 m. Die jahreszeitlichen Schwankungen werden i.d.R. von längerfristigen

Vorratsänderungen im Grundwasser, bedingt durch mehrjährige gleichsinnige überdurchschnitt-

liche Witterungsbedingungen, überlagert. In dem nur rel. kurzen Messzeitraum von ca. 3,5 Jah-

ren sind solche Trends nicht erkennbar, jedoch aufgrund der Vorflutnähe auch nicht zu erwarten.

Die Jahresniederschläge betrugen 2010 bis 2013 82 % bis 97 %, i.M. 92 % vom mittleren Jah-

resniederschlag.

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Die wuppernahen GWM 4, 13 und 14 reagieren kurzfristig auf Hochwasserereignisse der Wup-

per. Die höchsten Wasserstände der Wupper lagen im o.g. Beobachtungszeitraum am Pegel

Buchenhofen bei max. 119,46 m ü. NHN und damit auf Höhe des MHW (119,51 m ü. NHN).

Das HHW der Wupper ist auf der Internetseite des LANUV nicht angegeben; das extreme HW

im Juli 2021 lag bei 120,81 m ü. NHN.

Abb. 17: Grundwasserspiegelganglinien aus den Wupperschottern und Ganglinie Wasserspiegel der

Wupper (Tagesmittelwerte Pegel Buchenhofen)

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Abb. 18: Grundwasserspiegelganglinien aus dem Devon

Im Festgestein des Devon sind die jahreszeitlichen Grundwasserspiegelschwankungen mit

Werten von i.M. ca. 6 m, im Extremfall bis 9 m deutlich höher ausgeprägt als in den Wupper-

schottern (Abb. 18). Ursächlich ist das gegenüber dem speichernutzbaren Porenvolumen in den

Wupperschottern geringere Kluftvolumen im Festgestein.

GWM mit längeren Zeitreihen liegen aus dem näheren und weiteren Untersuchungsraum nicht

vor. Somit lässt sich der höchste Grundwasserstand bzw. Bemessungswasserstand nur

durch Beaufschlagung der vorliegenden Messwerte mit einem Sicherheitszuschlag festlegen.

Bzgl. der hohen Grundwasserstände wird aufgrund des unzureichend langen Beobachtungs-

zeitraumes, der zudem im Jahresmittel auch nur vergleichsweise trockene oder knapp durch-

schnittlich nasse Jahre umfasste, ein rel. hoher Zuschlag von 1,5 m gewählt. Ausgehend von

einem Wert im Baufeld von 124,5 m ü. NHN im Mai 2022 (Abb. 16) beträgt der Bemessungs-

grundwasserstand in den Wupperschottern für das BW 126,0 m ü. NHN.

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Für die Bauphase kann ausgehend von o.g. Ausgangswert und einem Zuschlag von 0,5 m ein

bauzeitlicher Grundwasserstand von 125,0 m ü. NHN angesetzt werden.

Die eingemessenen Grundwasserstände der am 08.04.2022 [9] und am 27. / 28.04.20224

durchgeführten Sondierungen decken sich mit den im Grundwassergleichenplan der Abb. 16

abgebildeten Messwerten (Tab. 11).

Tab. 11: Kleinrammbohrungen - Grundwasserstände in m NHN

5 Betonaggressivität

Um die Dauerhaftigkeit des Betons zu gewährleisten, werden an die Betonrezeptur Anforderun-

gen gestellt, die sich aus Expositionsklassen ergeben. Die Einteilung in Expositionsklassen wird

durch DIN EN 1992-1/NA, DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 (Anwendungsregeln zu DIN EN 206-

1. geregelt.

Für die Beurteilung des Betonangriffs durch chemischen Angriff der Umgebung aus Kontakt des

Betons mit natürlichen Böden und Grundwasser werden drei Expositionsklassen definiert:

XA1: Chemisch schwach angreifende Umgebung,

XA2: Chemisch mäßig angreifende Umgebung und Meeresbauwerke,

XA3: Industrieabwasseranlagen mit chemisch sehr stark angreifenden Abwässern.

Zur Beurteilung des betonangreifenden Charakters eines Bodens genügt gemäß DIN 4030-1,

5.1 im Allgemeinen die Entnahme von Wasserproben. Ist dies aufgrund fehlenden Wasserdar-

gebots nicht möglich, sind Bodenproben zu entnehmen (DIN 4030-2, 4.3, Absatz (1)).

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Eine Entnahme von Wasser- und Bodenproben ist bei wechselnden Grundwasserständen

durchzuführen, da es durch die Wasserstandsschwankungen zur häufigen Durchfeuchtung

bzw. Durchlüftung des Korngerüsts kommt. Hieraus kann ein erhöhter Sulfidgehalt resultieren

(DIN 4030-2, 4.3, Absatz (1)).

Aufschüttungen industrieller Abfallprodukte, Schutt, Müll, Schlacken sowie Asche- und Berghal-

den können genauso wie ihre Sickerwässer betonangreifend sein (DIN 4030-1, 4.2.4). Gleiches

gilt für Klärschlämme, die erhöhte Anteile an Huminsäuren besitzen können. Bei diesen anthro-

pogenen Böden sollten ebenfalls Grundwasser- und Bodenanalysen durchgeführt werden.

DIN 4030-1 gibt in Verbindung mit DIN EN 206-1 die bei Grundwasser- bzw. Bodenproben zu

untersuchenden chemischen Merkmale sowie die zugehörigen Grenzwerte zur Beurteilung des

chemischen Angriffs an (Tab. 12).

Tab. 12: Grenzwerte zur Einstufung in Expositionsklassen XA

In [9] wurden bereits Untersuchungen zur Einteilung des Baugrunds in Expositionsklassen

durchgeführt. Aufgrund der unmittelbaren Nähe beider Projektgebiete können die Untersu-

chungsergebnisse für die weitere Planung herangezogen werden (Anl. 7).

Im vorliegenden Fall befinden sich Bauteile des geplanten Bauwerks im Schwankungsbereich

des Grundwassers. Außerdem stehen anthropogene Materialien (Aschen, Klärschlämme) an.

Gemäß DIN 4030-1 wurden deswegen sowohl Grundwasser- als auch Bodenproben unter-

sucht. Die vollständige Dokumentation der Grundwasser- und Bodenanalytik ist in Anl. 7 beige-

fügt.

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Im Rahmen der Grundwasseranalytik wurde beim im Wupperschotter anstehenden Grundwas-

serleiter eine Ammoniumbelastung von maximal 25 mg/l festgestellt. Daraus ergibt sich eine

Einstufung in die Expositionsklasse XA1 (Tab. 13).

Die Analytik der Bodenproben wurde für die gewachsenen Bodenschichten des Wupperschot-

ters und Verwitterungslehms sowie für die anthropogenen Asche- und Klärschlammschichten

durchgeführt. Während bei den gewachsenen Bodenschichten eine Einstufung in eine Exposi-

tionsklasse XA nicht gegeben ist, wurden bei den anthropogenen Schichten hohe Sulfatbelas-

tungen (max. 29.300 mg/kg im Klärschlamm) ermittelt. Dem Grenzwertschema nach DIN 4030-

1 entsprechend ist diesen Schichten die Expositionsklasse XA3 zuzuordnen.

Unter Berücksichtigung der Grundwasser- und Bodenanalytik ist für den Beton somit die Expo-

sitionsklasse XA3 als maßgebend anzusetzen.

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Tab. 13: Untersuchungsumfang zur Einstufung in Expositionsklassen XA

6 Rückbau des Heizöllagers

Das bestehende Heizöllager wurde auf einer Höhe von 122 m NHN gegründet (UK Fundament,

Kapitel 1.5). Bei einem geplanten vollständigen Rückbau ist somit bei einer Geländehöhe von

126,3 m NHN mindestens eine Aushubtiefe von 4,3 m vorzusehen. Der bauzeitliche

Bemessungswasserstand ist gemäß Kapitel 4.4 bei 125 m NHN anzusetzen.

Eine geböschte Baugrube wird insbesondere wegen des lokal anstehenden Klärschlamms nicht

empfohlen. Es wird die Herstellung der Baugrube mit Verbauelementen bevorzugt. Eine

Sicherung der Baugrube mittels Spundwandverbau kann wasserdicht ausgeführt werden.

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Allerdings ist die Rammbarkeit in den Brandenbergschichten, welche an der nördlichen

Bauwerksseite unterhalb von etwa 118 bis 122 m NHN anstehen können, nicht gegeben. Ein

Baugrubenverbau mit Bohrpfählen besitzt ebenfalls den Vorteil einer wasserdichten

Ausführbarkeit. Die Bohrpfähle verbleiben jedoch im Boden, was insbesondere für die

nachfolgenden Bauarbeiten im Bereich der geplanten Medienübergabestation und der

Leitungstrassen als nachteilig angesehen wird. Eine Trägerbohlwand kann nur mit

vorauseilender Grundwasserabsenkung eingesetzt werden, da es sich um keinen wasserdicht

ausführbaren Verbau handelt. Sie ist allerdings rückbaubar.

Im Rahmen einer qualifizierten Wiederverfüllung der Baugrube sind verdichtungswillige Böden

einzubauen. Dies gilt insbesondere für die Bereiche, wo nachfolgend die Übergabestationen

gegründet werden sollen (Anlage 1). Auch eine Nutzung des wiederverfüllten Bereichs als

Baustelleneinrichtungsfläche oder Verkehrsfläche setzt eine derart qualifiziert ausgeführte Ver-

füllung voraus, um ungleichmäßige Setzungen zu verhindern. Die Anforderungen an den Einbau

der Baugrubenwiederverfüllung werden in Kapitel 7.3.3 definiert.

7 Gründungsempfehlungen

7.1 Gründungstiefe

7.1.1 Medienübergabestation

Gemäß der vorliegenden Planungsunterlagen [11] weist die geplante Medienübergabestation

zwei Gründungsniveaus auf. Im Westen soll sie auf einem Niveau von 120,7 m NHN (6,3 m

unterhalb des Bezugsniveaus OKFFB EG = 127 m NHN) gegründet werden. Im östlichen

Gebäudebereich soll ein 3,6 m breiter und 10,9 m langer Bereich auf einem höher liegenden

Niveau von 123,4 m NHN (3,6 m unterhalb des Bezugsniveaus OKFFB EG = 127 m NHN)

gegründet werden (Abb. 19).

Die Gründungsebenen der Medienübergabestation liegen somit 1,6 m bzw. 4,3 m unter dem

bauzeitlichen Bemessungswasserstand.

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Abb. 19: Medienübergabestation: Darstellung der zwei Gründungsniveaus (grün) [11]

7.1.2 WSW-Übergabestation

Gemäß der vorliegenden Planungsunterlagen [11] soll die Gründung der 10,32 m x 7,32 m

umfassenden Grundfläche der WSW-Übergabestation auf einem Niveau von 126,05 m NHN

(0,95 m unterhalb des Bezugsniveaus OKFFB EG = 127 m NHN) erfolgen. Der bauzeitliche

Bemessungswasserstand liegt somit unterhalb der Gründungssohle (Abb. 20).

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Abb. 20: Schematische Darstellung des Gründungsniveaus der WSW-Übergabestation

7.2 Gründungsboden

7.2.1 Medienübergabestation

Gemäß dem aktuellen Planungsstand [6] soll die Medienübergabestation auf einer Brachfläche

westlich des derzeit bestehenden Heizöllagers errichtet werden. Der östliche Bauwerksbereich

reicht bis in die Aufstandsfläche des im Vorfeld der Baumaßnahme zurückzubauenden

Heizöllagers.

Das tiefer angeordnete Gründungsniveau von 120,7 m NHN liegt unterhalb des

Gründungsniveaus des Heizöllagers (etwa 122,0 m NHN). Die Gründungssohle schneidet in die

NNW-SSW einfallende Oberkante der Brandenberg-Schichten ein (Anlage 2.1, Schnitt B-B),

welche oberflächennah verwittert bis stark verwittert anstehen. Gemäß KRB/DPH Ü1 und Ü3

befindet sich der südliche Bereich der Gründungsebene im Übergangsbereich zwischen

Auffüllungen und Wupperschotter. Im Liegenden des an der südlichen Bauwerksgrenze bis zu

etwa 2 bis 3 m mächtigen Wupperschotters steht die Oberkante der Brandenberg-Schichten an

(Anlage 2.2, Schnitt C-C). Es ist davon auszugehen, dass die Schichtgrenze zwischen Locker-

und Festgestein stark reliefiert ausgebildet ist. Lokal in den Wupperschotter hineinragende

Felsrippen sind nicht auszuschließen.

Der auf dem Gründungsniveau anstehende gewachsene Boden ist als tragfähig einzustufen.

Eventuell in geringem Umfang anstehenden Auffüllungen sind geringe bis mittlere

Tragfähigkeiten zuzuordnen.

Ein großer Teil des auf einer Höhe von 123,4 m NHN liegenden Gründungsniveaus befindet

sich im Bereich des Untergeschosses des bis auf ein Niveau von etwa 122 m NHN einbindenden

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Heizöllagers. Die restlichen Bereiche der geplanten Gründunsgebene liegen im ehemaligen

Arbeitsraum des Heizöllagers, der in Sondierung KRB/DPH Ü3 erkundet wurde. Die

eingebauten Böden setzen sich aus einer Wechsellagerung von – örtlich schluffigen – Kiesen,

die mit Sandsteinbruchstücken durchsetzt sein können, und tonigen Schluffen zusammen.

Letztere stehen vorwiegend in weicher Konsistenz an. Es ist nicht auszuschließen, dass das

geplante Gründungsniveau im Norden außerhalb des Arbeitsraums in die gewachsenen Böden

einschneidet, wo ggf. auf einem Niveau von 123,4 m NHN bereits die Brandenberg-Schichten

anstehen können.

Die im Bereich des Gründungsniveaus anstehenden Auffüllungen des Arbeitsraums sind als

sehr gering bis mäßig tragfähig einzustufen. Im Bereich des Heizöllagers ist der

Gründungsboden unterhalb des Gründungsniveaus nach dem Rückbau des Heizöllagers

aufzubauen. Hierauf wird in Kapitel 7.3.1 eingegangen.

7.2.2 WSW-Übergabestation

Gemäß dem aktuellen Planungsstand [6] soll der südliche Teil der Grundfläche im Bereich

des vor Baubeginn abzubrechenden Heizöllagers angeordnet werden. Die nördliche

Grundfläche der WSW-Übergabestation soll auf einer Brachfläche zwischen dem bestehenden

Heizöllager und dem Fuß der Talflanke des Wuppertals gegründet werden (Anlage 1).

Im südlichen Bereich der Grundfläche befindet sich das noch abzutragende Heizöllager. Es

bindet bis zu einer Höhe von etwa 122,0 m NHN in den Untergrund ein (Kapitel 1.5). Nach

Rückbau des Bauwerkes ist gemäß Kapitel 6 ein qualifizierter Einbau einer Ausgleichsschicht

vorzusehen.

Im Bereich der nördlichen Grundfläche stehen unterhalb der Gründungsebene bei

126,05 m NHN Auffüllungen von etwa 2,5 bis 3 m Mächtigkeit an. Sie werden von Auenlehmen

/-sanden (Schicht 5) unterlagert. In der Sondierung KRB/DPH Ü4 wurden sie als locker bis

mitteldicht umgelagerter Wupperschotter angesprochen (Schicht 2). Klärschlammvorkommen

(Schicht 4) sind nicht auszuschließen.

Die auf dem Gründungsniveau anstehenden Auffüllungen im Bereich der nördlichen

Grundfläche sind sehr heterogen aufgebaut und als gering tragfähig einzustufen.

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7.3 Gründungsart, zulässige Bodenpressung

7.3.1 Medienübergabestation

Als Gründungsart wird eine Plattengründung empfohlen.

Auf der Grundlage der Kleinrammbohrungen, der Schlagzahlen der schweren Rammsonde und

der bodenmechanischen Laborversuche reicht die Tragfähigkeit der lokal auf dem

Gründungsniveau von 120,7 m NHN anstehenden gewachsenen Böden aus, um die

Bauwerkslasten setzungsarm abzutragen. Da das Gründungsniveau an der Schichtgrenze

zwischen den Brandenberg-Schichten und dem Wupperschotter (bzw. lokal evtl. Auffüllungen)

liegt, wird eine 0,5 m mächtige Ausgleichsschicht zur Vereinheitlichung des Lastabtrags

unterhalb der Gründungsebene / Sauberkeitsschicht empfohlen. Evtl. auf diesem Niveau

anstehende geringmächtige Auffüllungen sollten abgetragen werden, sodass die

Ausgleichsschicht auf dem Wupperschotter aufgebaut wird.

Ein Lastenplan liegt im aktuellen Planungsstadium nicht vor. Im Rahmen der Vorbemessung

kann auf der sicher liegenden Seite für die Vorbemessung ein Bettungsmodul von

ks = 4,5 MN/m³ auf der Oberfläche der Ausgleichsschicht zu Grunde gelegt werden. Dieser

Ansatz ist im Zuge der voranschreitenden Planung zu überprüfen.

Der Rückbau des Heizöllagers erfordert die Herstellung einer Baugrube bis zu einer Tiefenlage

von mindestens 122 m NHN (Gründungsniveau Heizöllager, Kapitel 1.5). Zur Herstellung des

an der Örtlichkeit des Heizöllagers auf einer Höhenlage von 123,4 NHN anzuordnenden

Gründungsniveaus der Medienübergabestation ist folglich der Einbau einer Ausgleichsschicht

erforderlich. Diese muss mindestens mit einer Höhe von 1,4 m (Differenz des östlichen

Gründungsniveaus der Medienübergabestation zur erforderlichen Aushubtiefe beim Abriss des

Heizöllagers) auf der gesamten Fläche des vorgesehenen Gründungsniveaus (123,4 m NHN)

ausgebildet werden. Die Mächtigkeit der Ausgleichsschicht wird maßgebend durch das

gewählte Bauverfahren zur Herstellung der Baugrube bestimmt. Hierauf wird in Kapitel 9.1

eingegangen.

Im Rahmen der Vorbemessung ist ein im späteren Projektstadium zu prüfender

Bettungsmodul von ks = 4,5 MN/m³ auf der Oberfläche der östlichen Ausgleichsschicht (OK

123,4 m NHN) zu Grunde zu legen.

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7.3.2 WSW-Übergabestation

Als Gründungsart wird eine Plattengründung empfohlen.

Die nach dem Rückbau des Heizöllagers vorzusehende Ausgleichsschicht ist im Bereich des

südlichen Teils der Grundfläche der WSW-Übergabestation lageweise verdichtet von einem

Höhenniveau von 122 m NHN (Aushubtiefe nach Bauwerksabriss) bis auf ein Niveau von

125,5 m NHN aufzubauen. Hiermit erfolgt eine temporäre Wiederverfüllung über den

bauzeitlichen Bemessungswasserstand von 125 m NHN hinaus.

Aus den Kleinrammbohrungen, den Schlagzahlen der schweren Rammsonde und den

bodenmechanischen Laborversuchen lässt sich ableiten, dass die Tragfähigkeit der im

nördlichen Teil der WSW-Übergabestation auf dem vorgesehenen Gründungsniveau von

126,05 m NHN anstehenden Auffüllungen (Schichten 2 und 4) nicht ausreicht, um die

Bauwerkslasten setzungsarm abzutragen. Infolgedessen wird ein Bodenaustausch

(Polsterschicht) der anstehenden Auffüllungen von mindestens 1,0 m (125 m NHN) unterhalb

der Gründungsebene / Sauberkeitsschicht empfohlen.

Um eine Vergleichmäßigung des Lastabtrags zu erzielen, wird empfohlen, den südlichen, bis

auf 125,5 m NHN profilierten Bereich, auf ein Niveau von 125 m NHN abzutragen, um

anschließend auf der gesamten Fläche der WSW-Übergabestation eine 1 m mächtige

Polsterschicht aufbringen zu können.

Ein Lastenplan liegt im aktuellen Planungsstadium noch nicht vor. Im Rahmen der

Vorbemessung kann auf der sicher liegenden Seite für die Vorbemessung ein Bettungsmodul

von ks = 4,5 MN/m³ auf der Oberfläche der Polsterschicht zu Grunde gelegt werden. Dieser

Ansatz ist im Zuge der voranschreitenden Planung zu überprüfen.

7.3.3 Anforderungen an den Einbau von Ausgleichs- / Polsterschichten

Für den Aufbau der Ausgleichs- und Polsterschichten kommen weitgestufte Sand-Kies-

Gemische, z.B. Kiessande mit einer Körnung 0/32 (U > 7) oder Schotter-Splitt-Sand-Gemische

mit einer Körnung 0/45 (U > 7) bzw. RCL-Material mit entsprechendem Eignungszeugnis und

chemischer Unbedenklichkeit in Betracht. Stahlwerksschlacken und MV-Aschen scheiden

grundsätzlich aus.

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Die Schichten müssen auf mindestens 98 % der einfachen Proctordichte verdichtet werden.

Bei Polsterschichten ist ein seitlicher Überstand des Polsters von b > 15 cm über die

Fundamentkante sowie ein Lastausbreitungswinkel von 45° zu berücksichtigen.

8 Verdichtbarkeit und Wiederverwendbarkeit des Aushubmaterials

Beim Aushub anfallende Wupperschotter sind aus bodenmechanischer Sicht beispielsweise für

die Errichtung von (bauzeitlichen) Verkehrsflächen als Unterbau geeignet. Es ist davon

auszugehen, dass ein ausreichender Verdichtungsgrad von 95 bis 97 % der Proctordichte

erreichbar ist.

Die beim Aushub anfallenden Auffüllungen sind aufgrund ihrer Heterogenität nicht zur

sackungsfreien Verfüllung von Arbeitsräumen geeignet. Insbesondere bei den bindigen

Einschaltungen kann davon ausgegangen werden, dass ein ausreichender Verdichtungsgrad

von 95 bis 97% der Proctordichte nicht erreichbar ist. In begrenztem Umfang kann der

Bodenaushub zur Geländemodellierung oder zur Übererdung des Bauwerkes genutzt werden.

Die bindigen Auffüllungen sowie die Klärschlammeinschaltungen sind stark witterungs- und

bewegungsempfindlich. Erdarbeiten bei Niederschlägen führen entsprechend zu einer

schnellen Verschlechterung der Konsistenz der Böden (breiig-weich), die eine bautechnische

Wiederverwendung ausschließen. Es wird daher empfohlen, Erdarbeiten bevorzugt bei

trockener Witterung durchzuführen und Aushubflächen staunässefrei zu halten.

Im Rahmen der Bodenansprachen waren im Bereich der Medienübergabestation vier

Bodenproben organoleptisch auffällig. Bei der Sondierung KRB Ü3 wurde zwischen 4,2 und 8,6

m u. GOK (Proben G7 - G10) MKW-Geruch festgestellt. Außerdem setzen sich die Auffüllungen

lokal aus anthropogenen Materialien (Klärschlamm, Klärschlammverbrennungsaschen)

zusammen. Klärschlamm wurde bei KRB U1 zwischen 2,5 und 3,1 m unterhalb der GOK

erkundet. Die Verbrennungsaschen stehen oberflächennah bei den Sondierungen KRB Ü1, Ü2

und Ü3 mit geringen Mächtigkeiten (etwa 0,5 m) an.

Im Bereich der WSW-Übergabe wurde eine Bodenprobe als organoleptisch auffällig identifiziert

(KRB/DPH Ü4, G6, 3,5 – 4,8 m). Es wurde MKW-Geruch festgestellt. Bei der in etwa 10 m vom

Bauwerk entfernt liegenden Sondierung KRB/DPH Ü5 wurde ebenfalls in den drei Proben G3

und G4 bzw. G6 (1,0 – 2,8 m, bzw. 3,3 – 4,4 m) MKW-Geruch erfasst.

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9 Empfehlungen für die Bauausführung

9.1 Baugrubenböschungen

9.1.1 Medienübergabestation

9.1.1.1 Empfehlungen zum Baugrubenverbau / Wasserhaltung

Bezüglich des Verfahrens zur Sicherung der Baugrube liegen derzeit planungsseitig keine

Informationen vor. Vor dem Bau der Medienübergabestation ist es geplant, das Heizöllager

vollständig zurückzubauen (Kapitel 6).

Bei einem Gründungsniveau der Medienübergabestation von mindestens 120,7 m NHN und

einer etwa bei 127,0 m NHN liegenden Geländeoberkante, ergibt sich unter Ansatz einer 0,5 m

mächtigen Ausgleichsschicht (Kapitel 7.3.1) eine Baugrubentiefe von mindestens 6,8 m.

Die Herstellung einer geböschten Baugrube wird nicht nur wegen der Baugrubentiefe von

mindestens 6,4 m als nicht zielführend angesehen. Zum einen würden Böschungen einen nicht

unerheblichen Mehraushub darstellen, zum anderen sind die nachfolgend aufgeführten

geotechnischen Randbedingungen für eine Böschungsherstellung als ungünstig zu bewerten,

weswegen eine Herstellung der Baugrube mit Böschungen nicht empfohlen wird:

• Grundwasser und Schichtenwasser im Bereich der Böschung (bauzeitlicher

Bemessungswasserstand: 125 m NHN, Kapitel 4.4),

• niedrige Scherparameter der sich inhomogen aus bindigen und nicht bindigen Böden

sowie Klärschlamm zusammensetzenden Auffüllungen,

• Anordnung der Baugrube im Bereich des Fußes der Flanke des Wuppertals und

daraus resultierende ungünstigere Geometrie.

Bei der Wahl eines für die Herstellung der Baugrube geeigneten Bauverfahrens ist insbesondere

die Lage des Grundwasserstands zu berücksichtigen. Bei den gegebenen Randbedingungen

steht der bauzeitliche Bemessungswasserstand in etwa 4,3 m oberhalb der Gründungssohle

an. Das Bauverfahren ist derart zu wählen, dass die Auftriebssicherheit der Gründungsplatte

während der Bauzeit gewährleistet werden kann. Bei der Dimensionierung des Bauwerkes ist

die Auftriebssicherheit für den Endzustand ebenfalls zu gewährleisten. Aufgrund aktuell nicht

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vorliegender Lastenpläne, ist die Überprüfung der Auftriebssicherheit des Endzustands aktuell

nicht möglich und im weiteren Projektverlauf zu überprüfen.

Als ein mögliches Herstellungsverfahren der Baugrube wird die Errichtung einer

überschnittenen Bohrpfahlwand in Kombination mit einer geschlossenen Wasserhaltung

empfohlen. Bei der Auslegung der Bohrpfahlwand sind die hydrogeologischen

Randbedingungen zu berücksichtigen. Nachfolgend wird ein möglicher Bauablauf beschrieben,

bei dem die Brunnen der eingesetzten offenen Wasserhaltung innerhalb der Baugrube

angeordnet werden. Hierdurch kann die zu fördernde Wassermenge reduziert werden, da das

Abpumpen im Schutz des wasserdichten Verbaus erfolgt und laterale Grundwassereintritte

reduziert werden. Ein Absetzen der Bohrpfähle innerhalb der Brandenberg-Schichten

unterbricht die lateralen Fließwege innerhalb des Wupperschotters, was zu einer weiteren

Minderung des zu fördernden Wassers führt:

1. Nach Rückbau des Heizöllagers:

Das Gelände wird nach dem Rückbau des Heizöllagers auf ein Niveau von etwa

127 m NHN profiliert. Hierbei wird die Baugrube nach dem Rückbau des Heizöllagers

gemäß Kapitel 7.3.1 qualifiziert mit Bodenmaterial verfüllt.

2. Beginn der Baugrubenherstellung der Medienübergabestation:

Herstellung der Gründungsebenen (120,7 m NHN bzw. 123,4 m NHN) im Schutz einer

umlaufenden überschnittenen Bohrpfahlwand.

Abb. 21: Anordnung Bohrpfahlwand

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3. Installation einer geschlossene Wasserhaltung:

Anordnung von Brunnen innerhalb des durch die Bohrpfahlwand eingeschlossenen

Bereichs. Verfilterung der Brunnen über die gesamte Länge (sowohl im Locker- als auch

Festgestein).

4. Absenkung des Grundwasserspiegels:

Bauzeitliche Absenkung des Grundwasserspiegels bis auf das Niveau der

Baugrubensohle, zuzüglich eines Sicherheitsabstands von ca. 1 bis 1,5 m (in

Abhängigkeit des gewählten Konzepts der Grundwasserhaltung festzulegen).

5. Aushub der Baugrube:

Aushub des gesamten durch die Bohrpfahlwand eingeschlossenen Bereichs auf ein

Niveau von 120,2 m NHN (UK Ausgleichsschicht).

6. Einbau Polsterschicht:

Einbau einer Polsterschicht gemäß Kapitel 7.3.1.

7. Einbau der Bodenplatte:

Errichtung der Bodenplatte zur Gründung der Bauwerkskonstruktion. Es ist der

Nachweis der Auftriebssicherheit des Gebäudes im fertiggestellten Zustand für den

Bemessungswasserstand von 126 m NHN zu führen. Falls die Gewichtskraft des

aufliegenden Gebäudes nicht ausreicht um die Auftriebssicherheit zu gewährleisten,

sind ggf. weitere Maßnahmen, wie z.B. eine Rückverankerung der Bodenplatte,

durchzuführen.

8. Herstellung der Konstruktion der Medienübergabestation

Nach dem Einbau der Bodenplatte wird der westliche Bauwerksteil aufgebaut.

Nachfolgend ist der Aufbau der Ausgleichsschicht unterhalb des östlichen

Gründungsniveaus bis auf 123,4 m NHN durchzuführen. Auf dieses Niveau wird im

nächsten Bauschritt der östliche Bauwerkteil errichtet (Abb. 22).

9. Beendigung der Wasserhaltungsmaßnahme / Bau der Medienübergabestation

Nach Fertigstellung der auftriebssicheren Konstruktion kann die Wasserhaltungs-

maßnahme beendet werden. Die Brunnenköpfe sind anschließend druckwasserdicht zu

verschließen.

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Abb. 22: Schematische Darstellung der Herstellung der Medienübergabestation

9.1.1.2 Bohrpfähle nach DIN EN 1536, Baugrubensicherung

Für die Ausführung und Bemessung der Bohrpfähle gilt im Allgemeinen die DIN EN 1536. Für die

Ermittlung des Tragverhaltens von Bohrpfählen können auf der Grundlage der durchgeführten

Baugrunderkundung und der Tabellenwerte der EA Pfähle (2. Auflage, 2012) die folgenden cha-

rakteristischen Werten für die Mantelreibung q in den Lockergesteinen in Ansatz gebracht wer- s,k

den:

• Auffüllungen (umgel. Boden, Aschen, Klärschlamm) q = 0 MN/m2 s,k
• Auenlehm, Auensande q = 0,04 MN/m2 s,k
• Wupperschotter q = 0,12 MN/m2 s,k
• Verwitterungslehm q = 0,04 MN/m2 s,k

Für den Fall, dass Pfähle im Wupperschotter abgesetzt werden sollen, werden im Folgenden gem.

EA Pfähle charakteristische Pfahlspitzenwiderstände q für den Wupperschotter angegeben. Sie b,k

sind über die mittleren Schlagzahlen der DPH abgeschätzt worden und können als Richtwerte für

die Vorbemessung (charakteristische Werte ohne Berücksichtigung von Teilsicherheitsbeiwerten)

der Pfahlgründung angesetzt werden.

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Die Einbindetiefe in den tragfähigen Lockergesteinsschichten muss mind. 2,5 m betragen.

Die Vorgaben der EA Pfähle sind einzuhalten

Für den charakteristischen Bruchwert der Pfahlmantelreibung im Fels (schwach verwitterte

Schluff-/Sandsteine oder Kalksteine) kann bei mittleren einaxialen Druckfestigkeiten

q  20 MN/m² nach EA Pfähle folgender Wert angesetzt werden: u,k

• Bruchwert der Pfahlmantelreibung q s,k  0,5 MN/m².

Für den charakteristischen Bruchwert des Spitzendruckes im Fels (s.o.) kann nach EA Pfähle

folgender Wert angesetzt werden:

• Bruchwert des Spitzendruckes q b,k  10,0 MN/m².

Bei einer Einbindung der Bohrpfähle in den Fels sollte die Mantelreibung der überlagernden Lo-

ckergesteinsschichten nicht oder nur abgemindert in Ansatz gebracht werden. Auf Grund der sehr

geringen Pfahlfußverschiebung im Fels reicht die Vertikalverschiebung des Pfahlschaftes nicht

aus, um die Mantelreibung im Lockergestein zu aktivieren.

Pfähle, die am Kopf durch Querkräfte und / oder Biegemomente beansprucht werden, tragen sol-

che Belastungen über die seitliche Bettung ab. Die Bettungsmodule der beteiligten Baugrund-

schichten dürfen nach der Formel

k = E / D s,k s,k s

angesetzt werden.

Hierbei bedeuten:

k = charakteristischer Wert des Bettungsmoduls [kN/m²] s,k

E = charakteristischer Wert des Steifemoduls (Mittelwert nach Kapitel 3.7) s,k

D = Pfahlschaftdurchmesser [m] für D ≤ 1,0 m; bei D ≥ 1,0 m darf mit D = 1,0 m ge- s s s s

rechnet werden.

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Der Anwendungsbereich der o.g. Gleichung ist durch eine rechnerisch maximale charakteristi-

sche Horizontalverschiebung von entweder 2,0 cm oder 0,03 * D begrenzt; der kleinere Wert ist s

maßgebend.

9.1.2 WSW-Übergabestation

Der Einbau einer Polsterschicht gemäß Kapitel 7.3.2 erfordert einen Bodenaushub bis auf etwa

125 m NHN. Bei einer Geländehöhe von etwa 127 m NHN ergibt sich eine Baugrubentiefe von

ca. 2 m. Bei ausreichenden Platzverhältnissen und abseits von Gebäudeeinflüssen können die

Böschungen geböscht hergestellt werden. Da die Böschungen innerhalb von Auffüllungen

hergestellt werden, sollten die Böschungen Neigungen von 1:1,5 nicht überschreiten. Die Bö-

schungsflanken des Baugrubenaushubs sind gegen Niederschläge, Austrocknung und kon-

zentrierte Wasserabläufe zu schützen, z.B. durch Abdecken mit Baufolien und / oder einer klei-

nen Umwallung / Kontergefälle am Böschungskopf.

Baubegleitend wird die Betreuung durch einen geotechnischen Sachverständigen empfohlen.

Der bauzeitliche Wasserstand liegt unterhalb der Gründungssohle. Es wird die Vorhaltung einer

offenen Wasserhaltung (Pumpensumpf) für die Fassung und Ableitung von Tagwasser

empfohlen.

9.2 Baugrubensohle

Der Aushub der Baugruben der Übergabestationen ist rückschreitend so vorzunehmen, dass

das Baugrubenplanum nicht mehr befahren und in seiner Struktur nicht beeinträchtigt wird.

Oberhalb der Endaushubsohle ist zunächst eine Schutzschicht von ca. 0,3 m zu belassen und

erst unmittelbar vor Herstellung des Bodenaustauschs rückschreitend freizulegen. Freigelegte

Flächen sind nach zu verdichten und möglichst umgehend durch das Aufbringen des Boden-

polsters vor Auflockerungen zu schützen.

Die Baugruben sollten erst unmittelbar vor Baubeginn, möglichst bei trockener Witterung, geöff-

net werden.

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9.3 Abdichtung / Dränung

Das Bauwerk der Medienübergabestation befindet sich unterhalb des Grundwassers und ist

gemäß DIN 18195-6 gegen von außen drückendes Wasser zu schützen.

Bei der Bodenplatte der WSW-Übergabestation genügt ein Schutz gegen Bodenfeuchtigkeit

und nicht drückendes Wasser nach DIN 18195.

9.4 Baugrubenabnahme

Die Beschreibung der Baugrubenverhältnisse beruht auf punktuellen Aufschlüssen, zwischen

denen linear interpoliert wurde. Abweichungen zwischen Aufschlüssen sind möglich. Die

Abnahme der Baugrubensohle sowie die Verdichtungskontrollen auf den Polsterschichten / den

Ausgleichsschichten werden empfohlen. Die Stärke der Einbaulagen ist an das Gewicht und

Leistungsvermögen der eingesetzten Verdichtungsgeräte anzupassen. Als eine plausible

Mindeststärke kann ca. 0,3 m angenommen werden. Dabei darf das Größtkorn des

einzubauenden Baustoffs nicht größer als 2/3 der zulässigen Schütthöhe sein. Auf den

einzelnen Einbaulagen sind die folgenden Verdichtungsanforderungen einzuhalten:

E ≥ 70 [MN/m²] V2

E /E ≤ 2,5 [-] V2 v1

Nach dem Freilegen des Planums und vor dem Überbauen mit der Bodenplatte / dem Grün-

dungspolster ist die Übereinstimmung der flächigen Baugrundverhältnisse mit den aus der Bau-

grunderkundung vorausgesetzten Eigenschaften zu überprüfen („Sohlabnahme“ s. DIN EN

1997-1/4.3, DIN EN 1997-2/2.5(2)). Der Verdichtungserfolg ist mit Feldversuchen (z.B. Platten-

druckversuchen) zu überprüfen. Es wird die Durchführung einer Eigen- und Fremdüberwachung

empfohlen.

10 Leitungstrassen

Die Leitungen sollen in einer Tiefe von 2,5 m unterhalb der Geländeoberkante verlegt werden

(Kapitel1.5).

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Hinsichtlich der Höhenlage [in m NHN] sind folgende Bereiche zu unterscheiden:

• Bereich A: Paralleler Leitungsverlauf zwischen Medienübergabestation /

Verkehrsflächen und Beginn der Böschungen an der Grenze des Betriebsgeländes,

• Bereich B: Paralleler Leitungsverlauf im Bereich des Hanges.

Das Sohlniveau der Leitungstrassen beträgt bei Einbautiefen von 2,5 bzw. 1,0 m je Bereich in

etwa (Rohrleitungstrasse / MS-Kabel):

• Bereich A: 124,5 m NHN / 126 m NHN,

• Bereich B: zwischen ca. 124,5 m NHN / 126 m NHN und 133,5 m NHN / 135 m NHN.

Im Westen (Bereich A) queren die Leitungstrassen (Gründungstiefen 2,5 bzw. 1,0 m u. GOK)

die Grundfläche des rückzubauenden Heizöllagers. Dort stehen beim Bau der Trasse auf dem

Sohlniveau entsprechend die Materialien der Ausgleichsschicht an (Kapitel 6). Westlich

angrenzend befindet sich die Gründungssohle innerhalb von Auffüllungen (Schichten 2 und 4).

Diese sind, wie in Kapitel 3.4 beschrieben, sehr heterogen aufgebaut. Weicher umgelagerter

Auenlehm, locker umgelagerter Wupperschotter und Klärschlamm stehen in Wechsellage an

(KRB / DPH Ü5 und Ü6).

Bei den im Bereich des Hanges angeordneten Leitungen (Bereich B) stehen die Brandenberg-

Schichten bereits oberflächennah an. Somit liegt die Gründungssohle der Leitungen dort im

Bereich von mit Gesteinsbruchstücken durchsetzten Verwitterungslehmen sowie teils stark

verwittertem Fels.

Die in der Örtlichkeit des rückzubauenden Heizöllagers anzuordnende Leitungstrasse bindet in

die gemäß Kapitel 6 qualifiziert einzubauende Ausgleichsschicht zur Wiederverfüllung der

Baugrube ein. Es sind entsprechend große Tragfähigkeiten zu unterstellen. Westlich

angrenzend quert die Leitungstrasse im Bereich der Verkehrsflächen gering bis sehr gering

tragfähige Auffüllungen. Im Bereich des Hanges ist von mittleren bis großen Tragfähigkeiten der

Brandenbergschichten auszugehen. Diese können aufgrund der Heterogenität (Wechsel von

verwitterten Fels und mit Sandsteinbruchstücken durchsetzten Verwitterungslehmen)

uneinheitlich ausgebildet sein.

Insbesondere bei den im westlichen Bereich anstehenden Auffüllungen (Bereich A) ist aufgrund

der gering tragfähigen Auffüllungen eine mindestens 0,3 m mächtige Polsterschicht zur

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Vereinheitlichung des Lastabtrags vorzusehen. Darauf aufbauend sind obere und untere

Auflagerschichten gemäß DIN EN 1610 bzw. ATVDVWK A13 aufzubauen.

Aufgrund der schwer entwässerbaren Böden im Bereich der Grabensohle kann eine Stabilisie-

rung der unteren Bettungsschicht erforderlich werden. Die Sohlstabilisierung (Bodenpolster / Er-

satztragschicht) muss filterstabil zum Untergrund und zur Bettung ausgebildet sein. Diese

Schicht ist daher ringsum mit einem Geotextil zu umgeben. Es wird ein Geotextil der Geotex-

tilrobustheitsklasse GRK 3 empfohlen. Die Überlappungslängen sind den Angaben des Herstel-

lers zu entnehmen.

Als Gründungsschicht aus mineralischem Material ist ein Boden der Gruppe G 1 oder G 2 ent-

sprechend der Tabelle 1 der DWA-A 139 einzubauen [16].

Alternativ hierzu ist der Einbau einer Magerbetonschicht möglich. Gemäß der Richtlinie DWA-A

139 soll der Beton für die Rohrbettung mind. die Qualität B 15 aufweisen.

Die Rohrauflager sind gemäß den Anforderungen der DIN EN 1610 herzustellen.

Im Rohrauflagerbereich sollten die Baustoffe für die Bettung nach Abs. 5.3.1 der DIN 1610 keine

Bestandteile (z.B. Überkorn) enthalten, die größer sind als

• 22 mm bei DN ≤ 200 mm / 40 mm bei DN > 200 bis DN ≤ 600 mm.

Bei der Verwendung von gebrochenen Baustoffen im Rohrauflagerbereich dürfen diese nach An-

hang B 3.5 der DIN EN 1610 für die Bettung keine Bestandteile enthalten, die größer sind als

• 11 mm bei DN < 900 mm / 20 mm bei DN ≤ 1000 mm.

Für die Herstellung der Leitungstrassen wird der Einsatz von Grabenverbaugeräten nach

DIN 4124 empfohlen. Diese sind in Abhängigkeit der anstehenden Baugrundverhältnisse im

Einstell- oder Absenkverfahren einzubringen.

Der Ein- und Rückbau des Verbaus muss so erfolgen, dass nachteilige Auswirkungen auf be-

stehende Bauwerke ausgeschlossen sind. Es sind die Vorgaben der DWA-A 139 einzuhalten.

Des Weiteren ist darauf zu achten, dass es hierbei nicht zu Lageveränderungen der eingebau-

ten Leitungstrasse kommt.

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