LBGR | P o s t f a c h 10 09 33 | 0 3 0 0 9 C o t t b u s Gemeinsame Landesplanungsabteilung der Länder Berlin und Brandenburg Referat GL 4 Gulbener Straße 24 03046 Cottbus Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe IBAN: DE 43 3005 0000 7110 4017 47 BIC-Swift: WELADEDDXXX Überweisungen an: Landesbank Hessen-Thüringen Kontoinhaber: Landeshauptkasse Potsdam Konto-Nr.: 711 040 174 7 Bankleitzahl: 300 500 00 Inselstraße 26 03046 Cottbus Bearb.: Herr Dr. Obst Gesch.-Z.: 14.9-1-48 Telefon: 0355 48 64 0 - 200 Telefax: 0355 48 64 0 - 510 Internet: www.lbgr.brandenburg.de Cottbus, 02 . Dezember 2013 Braunkohleplanverfahren Welzow-Süd, TA II, Gutachten Dr. Krupp Sehr geehrter Herr Weymanns, Herr Dr. Krupp führt im erneuten Gutachten vom 27.08.1013 seine bereits getroffenen Aussagen weiter, stellt geohydraulische und ge- otechnische Berechnungen/2D-Modellierungen in mehreren Szena- rien an, in deren Ergebnis er die Einstellung des Braunkohlenplan- verfahren Welzow-Süd fordert. Im Zusammenhang mit der hier zu prüfenden Problematik hat sich das LBGR entschieden, sich zusätzlich eines externen Sachver- ständigen (siehe Sachverständigengutachten vom 28.11.2013 in der Anlage) zu bedienen. Der beauftrage Sachverständige, Herr Dipl.-Ing. Matthias Götz ist von der IHK zu Leipzig öffentlich bestellter und vereidigter Sachver- ständiger für Baugrundbeurteilung, Böschungen und Gründungen im Lockergestein und gleichzeitig vom Sächsischen Oberbergamt anerkannter Sachverständiger für Geotechnik. Letztere Anerken- nung ist auch in Brandenburg Voraussetzung, um als Sachverstän- diger zu Fragen der Geotechnik und Standsicherheit von Böschun- gen im Braunkohlebergbau gehört zu werden.
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Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe · - 2 - Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe Im Ergebnis des von Herrn Götz vorgelegten Sachverständigengut-achtens ist
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LBGR | P o s t f a c h 10 09 33 | 0 3 0 0 9 C o t t b u s
Gemeinsame Landesplanungsabteilung
der Länder Berlin und Brandenburg
Referat GL 4
Gulbener Straße 24
03046 Cottbus
Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe
IBAN: DE 43 3005 0000 7110 4017 47 BIC-Swift: WELADEDDXXX
Dipl.-Ing. Matthia Go z Vom Sächsischen Oberbergamt anerkannter Sachverständige für Geotechnik (SächsBergVO)/ Von der IHK zu L ipzig öffentlich bestellter und "'t~(.11 i\O'o,"-
vereidigter Sachv ständiger für Baugrund, Böschungen b~stel/t und 'leI
und Gründungen im Lockergestein (§36 GewO)
Oipl .-Ino. Matthias GülZ
I Wirtschaftsmediator (lHK)
www.manhias-goetz.com
Von der Industrie- und Handelskammer zu leipzig
öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Baugrundbeurtei lung, Böschungen und Gründungen im lockergestein (§36 GewO)
Vom Sächsischen Oberbergamt
I anerkannter Sachverständiger für Geotechnik (SächsBergVO)
2 VeranlassungundAufgabenstellung 2.1 GrundlagenDas LBGR Landesamt für Bergbau Geologie und Rohstoffe Brandenburg ist alszuständige Fachbehörde imRahmendesBraunkohlenplanverfahrens für denTagebauWelzow‐Süd – räumlicher Teilabschnitt II (TA II) – in die fachliche Prüfung vonStellungnahmenundEinwändeneinbezogen.EinThemenkomplexbefasstsichmitdenFragen zur hydromechanischen und erdstatischen Stabilität des Erdkörpers(Sicherheitspfeiler)zwischenderDichtwandunddenTagebauböschungen.DieDichtwanderhältdieFunktioneinesSchutzschirmsfürdieUmgebungaußerhalbdesTagebaues gegenüberGrundwasserentzug durch die bergbaulichenWasser‐haltungen.Die vom Bergbauunternehmen VEM eingebrachte Achse der geplanten DichtwandverläuftsüdlichdesKohlefeldesWelzow‐Süd.ImVerlaufdesBraunkohlenplanverfahrenshatdieGreenpeacee.V.Hamburg, in ihrenStellungnahmen wiederholt Besorgnisse hinsichtlich der Standfestigkeit undhydromechanischen Stabilität des Systems aus Dichtwand und bergbaulichemSicherheitspfeilergeäußert.DazuliegteinKurzgutachtenvonDr.habil.Krupp[U2]vor.Seitens des Landesamtes LBGR ist 2012 [U3] in einer ersten Stellungnahme auf dieangesprochenenFragenvonGreenpeacereagiertworden.Im Zuge dieses Klärungsprozesses sind durch Greenpeace mit dem Gutachten: ZurSicherheit des Erddammes zwischen Sedlitzer See und dem geplantenBraunkohlentagebauWelzow‐SüdII,Datum:27.08.2013[U4],weiteregeohydraulischeundbodenmechanischeDetailsindiefachlicheDiskussioneingebrachtworden.Das Landesamt LBGR entschied nach Übergabe des Gutachtens [U4] durch dieRaumordnungsbehörde, die von Greenpeace aufgeworfenen Fragen einem externenSachverständigenzurfachlichenBewertungvorzulegen.DazufandzwischendemLBGRund dem unterzeichnenden Sachverständigen am 18. 09. 2013 eine Anlaufberatungstatt.Im Rahmen der Auftragserteilung [U1] hat das LBGR dem Unterzeichner eineHandlungsvollmacht zur selbstständigen Auswahl und Einsicht von Unterlagen beimBergbauunternehmenVEMerteilt.Der Termin zur Unterlageneinsicht bei VEM fand am 23. 10. 2013 in Cottbus statt.SeitensdesUnterzeichnerssindineinerVorinformationanVEMfolgendeSchwerpunktebereitzustellenderUnterlagenbenanntworden:
FestigkeitundDurchlässigkeit.PlanunterlagenDas Bergbauunternehmen VEM hat dazu im Verlauf des laufendenBraunkohlenplanverfahrens die ausführungsrelevanten Unterlagen zur Stabilität desDichtwandschlitzes, zur Qualitätssicherung und zur sicheren Einbindung desDichtwandfußes, in Form einer planerischen Mitteilung vom 31. 08. 2012 [U5.3] derRaumordnungsbehördeunddemLBGRzurVerfügunggestelltwordensind.
Die Standsicherheitsverhältnisse des bergbaulichen Sicherheitspfeilers zwischen demTagebauböschungssystem und der wasserdruckbeanspruchten Dichtwand, sind in[U5.3]hinsichtlichGesamtstandsicherheitbetrachtetworden.DieinsgesamtvonVEMzudenFragenkomplexena)undb)übergebenenDatensindalsUnterlagenU5undU6zusammengefasst.2.2 GeologischeVerhältnisseDiebesonderengeologischenVerhältnissedurchdie Strukturder ´BahnsdorferRinne´an der Landverbindung zwischen dem Sedlitzer See und dem geplantenTagebauaufschluss Welzow‐Süd II, sind u.a. in den von Greenpeace eingereichtenGutachten [U2] und [U4] ausführlich beschrieben und erläutert worden. ErneuteGrundlagenbewertungen der geologischen Verhältnisse sind daher nicht GegenstanddiesesGutachtens.2.3 HinweiseGreenpeaceDie Bearbeitungen von Dr. habil. Krupp ([U2], [U4]) setzen sich intensiv mit derHerstellung und Funktion der Dichtwand im Bereich der besonderen geologischenStruktur der ´Bahnsdorfer Rinne´ auseinander. Aus diesen Bearbeitungen leiten sichfolgendeFragekomplexeab:Fragenkomplex1SinddieEinbindehorizontedesDichtwandfußes(B1‐Horizont(Schlüsselnummer4710)bzw. Obere Schluffe der Spremberger Formation (Schlüsselnummer 5110)) alshydraulischstabileGrundwassergeringleitergeeignet?Fragenkomplex2An der Kontaktfläche der Dichtwandstützflüssigkeit zum anstehenden Gebirgskörperbildet sich ein sog. Filterkuchen (auch Tonkruste) aus. Hier wird die Frage nachFehlstellen an diesem Filterkuchen aufgeworfen, die durch technologische Prozesse,durch Probenahmen imRahmenderQualitätskontrolle oder durch denAusbruch vongrößerenSteinen(Findlinge)entstehenkönnten.
Fragenkomplex3Bestehen Gefährdungen in der Stabilität des Sicherheitspfeilers zwischen derwasserdruckaufnehmendenDichtwandunddenTagebauböschungendurchhydraulischverursachteVersagen (Suffosion,Erosion,hydraulischerGrundbruchbzw.Piping)undkannsicheinDurchbruchdesSedlitzerSeesindenTagebauhineinergeben?Führen die hydraulisch verursachten Einwirkungen in der nachbergbaulichenFlutungsphasedesWelzowerSeeszuungünstigerenStandsicherheitsverhältnissenamSicherheitspfeiler?Fragenkomplex4Liegen unzureichende Standsicherheitsverhältnisse des Sicherheitspfeilers gegenüberAbgleitendurchgeologischvorgegebeneGleitfugen(Harnischflächen)vor?Sind bei den Stabilitätsbetrachtungen die hydraulischen Einwirkungen ausreichendberücksichtigt?Fragenkomplex5Wiewirken sich evtl. Leckagen inderDichtwandhinsichtlich eines inGangkommensvonSuffosions‐undErosionsprozessenaus?
3 Modellschnitte1bis3 Zur Bewertung der Fragenkomplexe hat der unterzeichnende Sachverständige dreiModellschnitte herausgearbeitet, um maßgebende geohydraulische und erdstatischeProzessebetrachtenzukönnen(Abbildungen1bis3).3.1 Modellschnitt1Dieser Modellschnitt geht auf der Grundlage des bodenmechanischen SchnittesBM_TAII_Profil_7_2012[U6]vonfolgendenRandbedingungenaus: Die seitliche Einspannung der Dichtwand besteht aus wasserdurchlässigen Böden
3.2 Modellschnitt2Der Modellschnitt 2 wird – gegenüber dem Modellschnitt 1 – um eine bindigeZwischenschicht der Elsterkaltzeitlichen Nachschüttung (Horizont 2733) – erweitert.DiesebindigeSchichtweistanderBasiseinegeologischvorgegebeneGleitflächeauf.Abbildung2:Modellschnitt2(alleHöhenkotein[mNHN])
3.3 Modellschnitt3DerModellschnitt3wird–gegenüberdemModellschnitt2–umdas2.LausitzerFlöz(2.LF) – erweitert. Für den bindigen Flözbegleiter an der Basis des 2. LF wird einegeologischvorgegebeneGleitflächeangenommen.Abbildung3:Modellschnitt3(alleHöhenkotein[mNHN])
3.5 GeohydraulischeModellkenngrößenFürdiegeohydraulischenBerechnungenzurAusbildungvonStrömungsfeldernanundumdieDichtwand,sinddieKorngrößenverteilungenderBohrung1008/85[U5.10]undDurchlässigkeitsversuche [U5.6]) bewertet worden. Die daraus abgeleiteten AnsätzesindinTabelle3und4zusammengestellt.Tabelle3:AnsatzgeohydraulischerKenngrößen(Mittelwerte)Schicht Bezeichnung kf‐Wert Durchlässigkeit(1 neff[‐]
4 Bearbeitungssystematik Die Bearbeitungssystematik zur gutachterlichen Bewertung der Fragestellungen wirddurchfolgendesSchema(Abbildung4)verdeutlicht.
Abbildung4:Bearbeitungssystematik
5 Fragenkomplex1‐Einbindehorizont 5.1 DatengrundlageDie bodenphysikalischen Daten zur Beschreibung von Eigenschaften der Einbinde‐horizonte (Bohrung 10427) sind [U5.6] entnommen. Maßgebende Kenngrößen fasstTabelle5zusammen.Tabelle5:BeschaffenheitderEinbindehorizonteHorizont Korngrößenverteilung kf‐Wert(1 Zuordnung
DiegeologischenDaten zudenVerbreitungsgrenzendes2.LausitzerFlöz zurAchsederDichtwandtrasseinTAII zurLagederEinbindehorizonte4710und5110,sindindendigitalenUnterlagen[U6]beschrieben.5.2 HinweiseGreenpeaceIn [U4] werden folgende Punkte benannt, die weiteren fachlichen Bewertungen zuunterziehensind:5.2.1 DieEinbindehorizontederDichtwanderzielennichtdieerforderlicheEigenschafteinesGrundwassergeringleitersmiteinemDurchlässigkeitsbeiwertvonkf≤10‐9m/s.Dazuwirdaufdaskomplexe IneinandergreifenderhydraulischverursachtenProzessevon Suffosion, Erosion und den stabilitätsmindernden Prozessen, wie Erdfall,BrückenbildungsowieBöschungsbruchhingewiesen.5.2.2Für die hydraulische Stabilität an der Dichtwand gegenüber einem hydraulischenErosionsgrundbruch werden Berechnungen und Analysen als erforderlich erachtet.BesonderskritischwirddiehydraulischeStabilitätinderPhasedesnachbergbaulichenGrundwasserwiederanstiegsgesehen.5.3 AuswertungenFachliteraturundRegelnderBautechnik5.3.1 HydromechanischeStabilitätvonErdstoffenDie allgemeinen Ansätze zur Bewertung der hydromechanischen Stabilität vonErdstoffen,sindindenRegelwerkendesBergbaus[L5]unddesWasserbaus(u.a. [L4],[L9])herausgearbeitetworden.DeraktuelleWissensstandwirdu.a.in[L14]und[L18]beschrieben.Die möglichen Verformungsprozesse an Erdstoffen, also ein in Bewegung setzen vonTeilenderKornfraktionoderderKornfraktion insgesamt,beschreibtAbbildung5(aus[L14]).
Die Fachliteratur (u.a. [L4]) hebt deutlich die betroffenen Erdstoffe dieserVerformungsprozessehervor: Suffosion führt zu Lageveränderungen von feineren Teilen im Kornskelett. Das
tragende Kornskelett bleibt erhalten. Von Suffosion werden nichtbindige,weitgestufte Erdstoffe betroffen. Suffosionsprozesse erhöhen dieWasserdurchlässigkeitundreduzierendasRaumgewicht.
Suffosionsprozessekönnen zueinem inGangkommenvonErosionsprozessenundzum Kollaps des Kornskeletts führen. Der Kollaps des Kornskeletts mündet inhydraulischverursachteVersagen.
DasinGangsetzenvonSuffosionundErosioniststetsandiegemeinsameErfüllungvonRandbedingungen gebunden: Ein suffosionsempfindlicher Erdstoff, der nicht densuffosionsauslösendenSchleppkräftendesWassersausgesetzt ist,wirdnichtandiesenProzessen teilnehmen. Gleiches gilt bei suffosionsauslösenden Schleppkräften insuffosionsunempfindlichenErdstoffen(sieheAbbildung6).Hinweis:Die äußere Erosion als Prozess des oberflächennahenAbtrages von Erdstoffendurch die Schleppkräfte des Oberflächenwassers (sog. Flusserosion) tritt bei den zubewertendenBeanspruchungsartennichtauf.
Die Nachweise zur geometrischen Verformungsbeständigkeit nichtbindiger undbindigerErdstoffegegenüberSuffosionsindVerfahrenaufderGrundlagetheoretischerÜberlegungen und empirischer Ansätze, deren Anwendungen an eng eingegrenzteRandbedingungengeknüpftsind.Die Nachweise zur Erfüllung des hydraulischen Kriteriums werden übergeohydraulische Berechnungen zur Ausbildung von Strömungsnetzen undPotentialverteilungengeführt.5.3.2 GeometrischesSuffosionsverhaltennichtbindigerErdstoffeFür die Bewertungen der geometrischen Verformungsbeständigkeit nichtbindiger,weitgestufterErdstoffewerdendieKriterienvonKenney&Lau[L2],inVerbindungmitden Kriterien vonBurenkova, herangezogen. Diese Kriterien werden in der aktuellenFachliteratur (u.a. [L18]) als geeignet angesehen. Diese Verfahren von Kenney& LausetzendieÜberlegungum, dass den feinerenKornfraktionenmitdemDurchmesserdstets ein ausreichender Anteil eines Korndurchmessers von 4d entgegenstehenmuss,umeineMaterialwanderungzuunterbinden.5.3.3 SuffosionsverhaltenbindigerErdstoffeIn den Regelwerken des Wasserbaus (u.a. [L14]) wird darauf hingewiesen, dass fürbindigeErdstoffemiteinemKorndurchmesserd10≤0,002mmimAllgemeinennichtmitMaterialtransportzurechnenist(WirkungderHaftfestigkeit).Hinweis:ZurUnterlageneinsichtam23.10.2013hatVEMerläutert,dasszurHerstellungderDichtwandkeinedispersenTonezumEinsatzkommen.
5.3.4 KontakterosionundFilterstabilitätbindigerErdstoffeDie Stabilität hinsichtlich Kontaktsuffosion und –erosion besteht in der Klärung vonFragen zum Vermögen eines möglichen Transports von feinen Bodenpartikeln ausbindigen Bodenschichten (Einbindehorizonte der Dichtwand) in den umgebendennichtbindigenBoden.Zur Bewertung finden zum Ersten die Eigenschaften bindiger Erdstoffe mit einemKorndurchmesser d10 ≤ 0,002 mm Berücksichtigung, wonach aufgrund des danngegebenen Haftfestigkeitsanteils ein Materialtransport aus den bindigen Böden nichtstattfindet. Luckner [L4] weist darauf hin, dass Suffosionsprozesse in bindigenErdstoffenmitd10≤0,002mmnichtauftreten.Zum Zweiten wird auf Untersuchungen von Foster & Fell, 2001 (zitiert in [L12])verwiesen. Für dieKriteriennachTabelle6wird von einerErosionsbeständigkeit derbindigenErdstoffe (Basis, kurz:B)aneinerSchichtgrenzezunichtbindigenErdstoffen(Filter,kurz:F)ausgegangen:Tabelle6:KriteriennachFoster&Fell(aus[L12])
35%‐85% dmax=4,75 DF15≤0,5mm DF15=0,7mm–1,7mm5.3.5 KriteriumnachTerzaghiDie in [U4] zur Bewertung der Empfindlichkeit des Systems ´bindige Dichtwand /nichtbindiger Boden´ herangezogene Kriterium nach Terzaghi ist für diesehydromechanischenProzessenichtzutreffend.BegründungDasKriteriumzurmechanischenFilterwirksamkeitnachTerzaghi 4
gilt exakt zur Klärung der geometrischen Erosionssicherheit enggestufter Sande fürkorngestufteFilterankünstlichenErdbauwerkendesWasserbaus(wiez.B.DeicheundDämme). Das gegenüber Erosion zu schützende Basismaterial (Index: B) und derFiltererdstoff(Index:F)sindbeidiesemKriteriumstetsnichtbindigeBöden.FazitDie Prüfung einer hydromechanischen Gefährdung des Systems ´bindige Dichtwand /nichtbindigerBoden´istnachTerzaghinichtmöglich.
5.3.6 FugenerosionlängsanSchichtgrenzenDer Verformungsprozess einer Fugenerosion längs an der Schichtgrenze zwischenmassiven Bauteilen und den anstehenden Erdstoffen, ist für die zu bewertendenSachständederDichtwandnichtzutreffend.Längs an der Schichtgrenze zwischen nichtbindigem und bindigem Boden (sieheAbbildung 5) können Verformungsprozesse durch Fugenerosion in der nichtbindigenTeilschichteintreten.EineausreichendeSicherheitistnachTschugaevbeihydraulischenGradientenvonIk,zul=0,12(Feinsand)bis0,33(Kiessand)gegeben(u.a.[L16]).Die Ausbildung einer Fugenerosion an Schichtgrenzen zwischen zwei bindigen Bödenkönnte ggf. durch Austrocknungsprozesse und Schwundrisse begünstigt werden, wasfür die hydromechanische Stabilität der Dichtwandfußeinbindung durch denvorliegenden hohen Überlagerungsdruck und Lage unterhalb der Grundwasser‐oberflächejedochausgeschlossenwerdenkann.5.4 Vergleichsanalysen5.4.1 VerformungsbeständigkeitgegenüberSuffosionEine Zusammenstellung von laborativ bestimmten Korngrößenverteilungen derumgebenden Erdstoffe an der Dichtwand (Bohrung: 1008/85) zeigt Anlage 2. DiemaßgebendenParameterdieserAnalysensindinTabelle7zusammengefasst.Tabelle7:EigenschaftenvonErdstoffenanderDichtwandBohrung Proben Entnahmetiefen FKAd0,063mm U kf‐Wert(1
Die Bewertungen der Verformungsbeständigkeit nichtbindiger Erdstoffe gegenüberSuffosion nach Kenney & Lau, in Verbindung mit Burenkova, führt zu folgendenErgebnissen(Tabelle8).Tabelle8:BewertungzurVerformungsbeständigkeitgegenüberSuffosionBohrung Probe Bohrtiefe StabilgegenüberSuffosion Ergebnisse
GutachterlicheBewertung Für die umgebenden nichtbindigen Erdstoffe der Dichtwand ergeben sich keine
Hinweise einer geometrischen Suffosionsempfindlichkeit des Korngerüsts. DamitkönnenauchdieProzessevonSuffosion, innererErosionundPipingnicht inGangkommen.
Durch die bergbaulichen Grundwasserhaltungen können Prozesse der
rückschreitendenErosionunterbundenwerden. Entgegen den Besorgnissen von Greenpeace zur Ausbildung von Erosionskanälen,
einer Schwächung des Sicherheitspfeilers durch Erosion und letztlich zumDurchbruch der Wasserführungen des Sedlitzer Sees in den Tagebau Welzow II,bestehteinenachweisbarehydromechanischeStabilitätderErdstoffe.
5.4.2 GrundwasserströmungsnetzeDas Grundwasserströmungsnetz ist stellvertretend für den Modellschnitt 1 übergeohydraulischeBerechnungennachTabelle9ermitteltworden.Tabelle9:NumerischeBerechnungenzumGrundwasserströmungsnetz
System Numerik Zeitabhängigkeit Elemente Knotenvertikal‐eben Finite‐Elemente stationäreZustände 22142 11427Zur Erzeugung der geohydraulischen Strömungsnetze ist die Dichtwand u.a. alshydraulischundurchlässigesElement(Anlage3.2)modelliertworden.Die Berechnungsstudien bestätigen dabei die bisher getroffenen Aussagen, dass derPotentialabbau aus dem Druckhöhenunterschied von 63 m hauptsächlich über dieLiegendeinbindung der Dichtwand vollzogen wird. Der hydraulische Gradient imBereich der Dichtwandeinbindung ermittelt sich bei einer Einbindetiefe von 2 m(SickerwegslängeimEinbindebereich:≥5m)zui≤12,6.Hinweis: Die geohydraulische Modellierung ist mit der Bearbeitungstiefe einer Studieausgeführt. Genauere Betrachtungen über die Lage der Modellränder und definitiveNachweisführungen obligen dem Bergbaubetrieb im Rahmen bergbaulicherBetriebsplanverfahren.
mit N=HydraulischeGrundbruchsicherheitvonSchichtN G´i=EigengewichtderSchichtiunterAuftrieb SN=Strömungskraft.Für diese Nachweisewerden Grundwasserstände von +101m NHN (Hinterland) und+38 m NHN (tagebauseitig) angesetzt. Die Berechnungsergebnisse für die einzelnenModellschnittesindinTabelle10zusammengefasstundalsAnlage4dokumentiert.Tabelle10:StandsicherheitengegenüberhydraulischemGrundbruchModellschnitt Bemerkung Standsicherheitsquotient
Zum Nachweis einer ausreichenden Stabilität des Systems der Dichtwandeinbindungwird ein Standsicherheitsquotient von erf. ≥ 1,5 als erforderlich erachtet (globalesSicherheitskonzept;SicherheitsquotientanalogwiefürBaugruben).Hinweis: Die weitergehenden Standsicherheitsbetrachtungen bei tagebauseitigemGrundwasseranstieg im Sinne einer Sensitivitätsanalyse ergaben keinenweiteren AbfallderStandsicherheitsgradegegenüberTabelle10.Bewertungen ImBereichderDichtwandisteineausreichendeStabilitätgegenüberhydraulischem
Grundbruch erzielbar. Der erforderliche Sicherheitsquotient von erf. ≥ 1,5 kannnachgewiesenwerden.
DieStandsicherheitsentwicklungbeinachbergbaulichemGrundwasserwiederanstiegist durch die gestaffelte Reduzierung der bergbaulichenWasserhaltung durch denBergbaubetrieb gut steuerbar, so dass kritische Stabilitätszustände kontrolliertausgeschlossenwerdenkönnen.
Sensitivitätsstudien zur Entwicklung eines ggf. möglichen hydraulischenGrundbruchs für ansteigende Wasserstände zwischen Dichtwand und Tagebau,ergeben keine Hinweise auf eine unzulässige Reduzierung dieser Stabilität fürflutungszeitlicheZustände.
Bei der theoretischen Betrachtung eines Totalausfalls des bindigen
Einbindehorizonts,alsoeinerFußumströmungderDichtwandausschließlichdurchnichtbindige Böden, wird gleichfalls die Stabilität gegenüber einem hydraulischenGrundbruchgewährleistet(Anlage4.1).
StabilitätdesSystemsgegenüberhydraulischemGrundbruchversagen.5.4.4 EignungdesEinbindehorizontsderDichtwand5.4.4.1 AbdichtendeWirkungNach den Messungen der hydraulischen Durchlässigkeitsbeiwerte an Proben desEinbindehorizontsvonkf<10‐9m/s[PrüflaborGMB;U5.6],werdendiealserforderlichangesehenen Durchlässigkeiten von kf,erf. ≤ 10‐9 m/s nachgewiesen. Dieses Ergebnisstehtauch inÜbereinstimmungmitdenMessungenanderamtlichenProbedesLBGR[U3].5.4.4.2 GeometrischeStabilitätgegenüberKontaktsuffosionHinsichtlich der geometrischen Stabilität der bindigen Erdstoffe im Bereich derDichtwandeinbindung (Schichten 4771 und 5110) gegenüber Suffosionsprozessen,kommt dasKriteriumd10 ≤ 0,002mm zur Anwendung,wonach diese Böden an einerKontaktsuffosion nicht teilnehmen. Aus den Daten von Korngrößenverteilungen vonProbenausdenEinbindehorizonten[U5.6]ergebensichzudiesemKriteriumfolgendeZahlenwerteundBewertungen(Tabelle11):Tabelle11:PrüfungKriteriumd10≤0,002mmandenEinbindehorizontenBohrung KGV(1 Horizont4710 Horizont5110
Die ergänzende Bewertung eines in [L12] zitierten Systemansatzes von Foster& FellüberdasinGangkommeneinerKontakterosionzwischendenbindigenErdstoffenderEinbindehorizonte4710und5110unddernichtbindigenUmgebung,zeigtTabelle12.Tabelle12:BewertungnachSystemansatzFoster&Fell(aus[L12])
Nach [L12] werden die Einschätzungen zur Erosionsentwicklung nach Tabelle 12 infolgendenAbstufungencharakterisiert: keineErosion:DerFilterbodenlässtkeinEindringenvonFeinteilenderBasiszu wenigErosion:VerschlussdesFilters gegendasEintretenvonErosionnachetwas
6 Fragenkomplex2‐Filterkuchen6.1 ErfahrungenVEMDieErfahrungenvonVEMzurAusbildungdes Filterkuchens sind vonFahle et.al. [L8]erläutert. Danach setzt die Bildung des Filterkuchens bereits innerhalb von wenigenMinutennachFreischneidendesjeweiligenDichtwandschlitzesein.NacheinerZeitvon2bis3StundenistdieseKrustenbildungan frischhergestelltenDichtwandabschnittenabgeschlossen.Durch die Herstellung der Dichtwand mit einer hydraulisch nicht abbindendenSuspension, werden Leckstellen an dieser Kruste während der Herstellungs‐ undBetriebszeit ausgeschlossen. Die dauerplastische Ausbildung der DichtwandverfüllungkannFehlstellenimFilterkuchenauchinnerhalbderNutzungszeitbeheben.Die Dichtwand besteht aus einer Systemabfolge gemäß Abbildung 7. DieKorngrößenverteilungdesBodengemischsderDichtwandschlitzverfüllungzeigtAnlage5.Abbildung7:SystemabfolgedesDichtwandaufbaus
6.2 HinweiseGreenpeaceDie Befürchtungen von Greenpeace bestehen in der Besorgnis einer hydraulischwirksamen Beschädigung des Filterkuchens im Zuge von technologischen Prozessen(EinbauAbschottungselemente derDichtwand; Probenahmen zurQualitätssicherung).DerartigeBeschädigungenwerden als Initial vonhydraulischenFensterbildungenundErosionskanalbildungenangesehen.
6.3 BewertungenAusderSichtungvonFachliteraturzurHerstellungundzurNutzungvonDichtwänden([L6], L11] und [L13]) ergeben sich keine Hinweise, die den von VEM [L8]zusammengestelltenErfahrungenundBeobachtungenentgegenstehen.AufgrunddiesesKenntnisstandeswerdenfolgendeBewertungenvorgenommen: Eine hydraulisch wirksame Beschädigung des Filterkuchens in der Herstellungs‐
phase(EinbauAbschottung)kannnichtauftreten,dazwischenderHerstellungdesSchlitzes, dem Einbau der Abschottungselemente und der Verfüllung desDichtwandschlitzes, jeweilsmehrereTage liegenundder Filterkuchen sich bereitsnachmehrerenStundenwiederaufgebauthat.
Gleiches gilt bei der Zerstörung evtl. Findlinge in der Herstellungsphase desDichtwandschlitzes.
Das System der Dichtwand besteht aus bindigen Erdstoffen,welche das Kriterium
einer suffosionsstabilen Körnung mit d10 ≤ 0,002 mm erfüllen. Das System derDichtwandausdenbeidseitigvomFilterkucheneingespanntenVerfüllmassen(sieheAbbildung7)bestätigtdiehydromechanischeStabilitätgegenüberdendargelegtenÜberlegungsansätzen.
Der u.a. in [L11] beschriebene Erosionsversuch für hydraulisch abgebundeneDichtwandmassennachÖNORMB4452,wirdfürdiehierzumEinsatzkommenden,dauerplastischenDichtwandmassenalsungeeignetangesehen.
Entsprechend der Fachliteratur widerstehen bindige Böden mit d10 ≤ 0,002 mm
hydraulischen Gradienten bis zu i = 100 ([L15]), obwohl zu definitiven Grenz‐gradienteninbindigenBödennochkeinea.a.R.d.Bautechnikverfügbarsind.
7 Fragenkomplex3–Bruchzustände7.1 BerechnungenVEMIm Rahmen des Verfahrens hat VEM exemplarische Nachweisführungen [U5.3] zurStabilitätdesStützkörperszwischenDichtwandundTagebauböschungaufgestellt.DasBerechnungsmodellzeigtAbbildung8.
Das Modell trifft folgende Vereinfachungen, die als verborgene Sicherheitsreservenanzusehensind: AnsatzderKohäsionsanteilegleichNull Ansatz einer durchgehend wirksamen Gleitfuge im Bereich der Tagebausohle mit
einerRestscherfestigkeit,ebenerAusbildungundunbegrenzterAusdehnung.Als Versagensmechanismen werden erzwungene Gleitflächen einer kreiszylindrischenFormundgeologischvorgeprägteGleitflächeneinergeradlinigenFormberechnet.7.2 BerechnungenGreenpeaceDie Fragestellung von Greenpeace zielt auf Bedenken hinsichtlich der Stabilität desSicherheitspfeilers zwischen der wasserdruckaufnehmenden Dichtwand und denTagebauböschungen durch hydraulisch verursachte (Erosion, hydraulischerGrundbruch, Piping bzw. Suffosion) und erdstatische Versagen (Verlust derGesamtstandsicherheit)ab.Dazu sind in [U4] erdstatische Berechnungen zur Stabilität des bergbaulichenSicherheitspfeilers gegenüber Abgleiten auf einer geologisch vorgegebenenGleitflächeangeführtworden.Hinweis: Diese Berechnungen berücksichtigen Wasserdruck auf die Dichtwand alsEinwirkungundReibungskraftaufderGleitfugealsWiderstand.Dergleichfallserdstatischwirksame aktive Erddruck auf den Sicherheitspfeiler wird außer Acht gelassen. DieBerechnungensinddamitnichtverwertbar.
7.3 ErgänzendeStandsicherheitsberechnungenDurch den unterzeichnenden Sachverständigen werden folgende Berechnungen zurGesamtstandsicherheit des Sicherheitspfeilers aufgestellt. Dabei kommt im Rahmendieser Studie ein vereinfachtes Verfahren zum Kräftevergleich horizontalerEinwirkungenundhorizontalerWiderständezurAnwendung(charakteristischeWerte).EsgiltdasglobaleSicherheitskonzept.7.3.1 BerechnungsmodellDasBerechnungsmodellmitAnsatzderwirkendenKräftezeigtAbbildung9.Abbildung9:Modellschnitt2fürStabilitätsbetrachtung
AnsatzzurBerechnungderKräfte:Schubwiderstand: ⋅ tan ´ ,mit´R=12°[U5.3]undas=150m[U6]Wasserdruck: ⋅ ⋅ ,mithw=71m
7.3.3 StandsicherheitsgradDie exemplarisch ermittelte Gesamtstandsicherheit des Erdblocks zwischen derDichtwandundderTagebauböschungbeträgtfürdiegenanntenRandbedingungen ETA=2,0.DieserStandsicherheitsgradliegtdeutlichübererforderlichenWerten(z.B.ETAerf.=1,3).7.4 BewertungenDie exemplarische Standsicherheitsbewertung in [U5.3] wird als eine exakteNachweisführung für die bodenmechanische Untersuchungstiefe im Rahmen deslaufendenBraunkohlenplanverfahrensgutachterlichbestätigt.Begründungen DerhinterlandseitigwirkendeWasserdruckansatzbis zurGelände‐OK liegtaufder
durch die bergbauliche Wasserhaltung entwässerten Bodenkörper die erdfeuchteWichteangenommenwerden.EinAufstauvonWasserüberdieTagebausohlehinauswirddurchdieWasserhaltungunterbunden.
WiedieStudiezurErmittlungdesStrömungsnetzeszeigt(Anlage3),wirkenaufdenBodenkörper über der Tagebausohle keine Einwirkungen ausSickerwasserströmungsdruckundAuftrieb.
Der Ansatz zur Lage einer durchgehend wirksamen Gleitfuge im Niveau der
Tagebausohle führt für die erkundete Geologie am TA II zu maßgebendenStandsicherheitsgradengegenüberdiesemVersagensfall.
ExemplarischeVergleichsbetrachtungenbestätigendieHerangehensweisein[U5.3].FüreinenAbstandderDichtwandachsezurOberkantedesTagebauesvonas=150mwird in der Vergleichsbetrachtung des Unterzeichners eine GesamtstandsicherheitvonETA=2ausgewiesen.
wurde im Textpunkt 5 ausführlich kommentiert und bewertet. Die BefürchtungenvonGreenpeace zurEntfaltungderartiger Prozesse als auslösendeEinwirkung zurErzeugung eines erdstatischen Versagens des Sicherheitspfeilers, werden nachfachlicherBewertungnichtbestätigt.
von Betriebsplänen, anhand der detaillierten Beschaffenheit der Bodenschichtungenaufgestellt. Die nachzuweisenden geotechnischen Grenzzustände legt die zuständigeBergbehördefest.
Die detaillierten erdstatischen Berechnungen müssen dann konkret die ggf.
gemessenen Restwasserführungen und die im Detail erkundete Raumlage undBeschaffenheitvonGleitflächen,berücksichtigen.
Auf der Grundlage der detaillierten erdstatischen Berechnungen können jegliche
Gefährdungen für zu schützende Objekte und für die öffentliche Sicherheitausgeschlossenwerden.
8 Fragenkomplex4‐Gleitrutschungen8.1 PlanunterlagenDie Scherfestigkeit von geologisch vorgegebenen Gleitfugen wird in denStandsicherheitsberechnungen von VEM [U5.3] mit folgenden Kennwertansätzenberücksichtigt(sieheauchTabelle2):Restreibungswinkel: ‘R=12°; Restkohäsionsanteil: c‘R=0.
8.2 HinweiseGreenpeaceDieGutachtenvonGreenpeace ([U2], [U4])arbeitenHinweiseaufeinenichtgegebeneStandsicherheit gegenüber dem Abgleiten des Sicherheitspfeilers zwischen derwasserdruckaufnehmendenDichtwandunddenTagebauböschungendurch geologischvorgegebene Gleitfugen (u.a. Harnischflächen) heraus. Dabei wird auch die FragebezüglicheinerausreichendenBerücksichtigunghydraulischerEinwirkungengestellt.8.3 Bewertungen8.3.1 RestscherfestigkeitenDer Kennwertansatz in den Planunterlagen [U5.3] gilt für die Restscherfestigkeit desLiegendschluffs des 2. Lausitzer Flözes. Ein Vergleich des Parameteransatzesmit denErfahrungswertennach[L10]ergibtÜbereinstimmung.Über die Ergebnisse von Restscherfestigkeiten an geologischen Gleitflächen imAbbaufeld Welzow‐Süd liegen mit [U5.1] statistische Analysen vor. DieRestscherfestigkeiten liegen für die in der ´Bahnsdorfer Rinne´ relevanten QuartärenSedimentationen bei ´R 11° und c´R 5 kN/m² und damit in vergleichbarenGrößenordnungenzu[U5.3].Die Standsicherheitsuntersuchungen im Rahmen des laufendenBraunkohlenplanverfahrens[U5.3]berücksichtigendamitdieStabilitätsverhältnissedesSicherheitspfeilers gegenüber Abgleiten auf geologisch vorgegebenen Gleitflächenausreichend.GeohydraulischeEinwirkungen aus demWasserdruck auf dieDichtwandsindumfassendeingerechnet.Hinweis:DervomLBGR [U3]genannteunwahrscheinlicheRestreibungswinkelvon5° isteintheoretischerWert,dernachSichtungderPlanunterlagennichtrelevantist.8.3.2 AuftriebswirkungausRestwasserführungenRestwasserführungen aus Leckagen der Dichtwand werden aufgrund des dauerhaftwirksamen Abdichtungsvermögens des Dichtwandaufbaus nicht erwartet, so dassDurchnässungen im Sicherheitspfeiler ausschließlich durch versickerndesNiederschlagswasser im Rückstau über bindigen Quartären Schichten denkbar sind(Abbildung10).
DerbindigeBodenüberderGleitfugesteht–beiRestwasserführungenimnichtbindigenHangendendieserSchicht(Abbildung10)–nichtunterAuftrieb.Erdstatischerhöhtdiedurchnässte Bodenkubatur die Normalspannung (N) auf die Gleitfuge durch dieEinwirkung der gesättigten Bodenwichte. Erhöhungen der Bodenwichte führen nachdemBruchkriteriumvonMohr‐Coulomb =Ntan´R+c´R,zur Erhöhung des Schubwiderstandes () und zur Erhöhung der Stabilität gegenüberAbgleitenaufeinergeologischenGleitflächeanderBasisderbindigenSchicht.Bewertungen In den von Greenpeace bewerteten negativen Auswirkungen von Rest‐
wasserführungen auf die Stabilität des Sicherheitspfeilers gegenüberAbgleiten aufderGleitfugeLiegendschluffFlöz2[U4],werdendieexaktenProzessenichterfasst.
Zusammenfassend bestätigen sich nach fachlichen Bewertungen die Hinweise von
10 Zusammenfassung10.1 ZusammenfassendeBewertungDie im Auftrag von Greenpeace erarbeiteten Gutachten ([U2] und [U4]) schneidenwichtige Fragestellungen zur hydromechanischen und erdstatischen Stabilität vongeotechnischenSicherungselementenfürdenTagebauWelzowIIan.DievertieftenUntersuchungenundStudiendesunterzeichnendenSachverständigenzurBewertung dieser Fragen zeigen, dass die Stabilität der geotechnischenSicherungselemente und die Gebrauchstauglichkeit der Dichtwand erzielbar sind. Mitder Herstellung der Dichtwand zur Sicherung der angrenzenden Ortschaften und desTagebauWelzowII,wirdkeingeotechnischesWagniseingegangen.Die konkreten Nachweisführungen dazu sind durch den Antragsteller im jeweiligenbergrechtlichenBetriebsplanverfahrenauszuarbeiten.10.2 DuktilitätdergeotechnischenSicherungselementeDer zu bemessende Sicherheitspfeiler zwischen der Dichtwand und dem geplantenTagebauisteinduktilesSystem.EineörtlicheÜberlastunginderTragfähigkeiteinzelnerBodenelementelagertsichaufbenachbarteBodenelementeum.Die Spannungsumlagerungen werden dann von benachbarten Bodenelementenvollständig neutralisiert. Eine negative Auswirkung auf die Gesamtstandsicherheitbestehtnicht.Dagegen werden hydraulisch verursachte Einwirkungen, die zu nicht duktilenVersagenszuständen führen könnten (Erosionsgrundbruch), nicht erwartet. Diehydromechanische Stabilität des Systems aus Dichtwand und Sicherheitspfeiler istsichererzielbar.
Sachverständigenbüro Dipl.-Ing. M. GötzSchmiedestraße 29
04416 Markkleeberg
Objekt: Tagebau Welzow-Süd
Bohrungen: H2 Gbez 1008/85, Teil 2
Bericht: GMB GmbH
Proben: 32, 35, 38, 40, 41
KorngrößenverteilungDIN 18 123
Bearbeiter: Götz, M. Datum: 27.10.2013
0 10 20 30 40 50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
H + F = 100 %
H = 1,3 · F
H = 1,0 · F
Übergangsbereich
suffosiv
F = Masse [%] der Körner < D
H =
Ma
sse
[%
] zw
isch
en
D +
4·D
GGU-Filter-Stability / Version 1.12 / 20.02.2013Bohrung 1008/85Probe 2, 17 m - 19 mBewertung Verformungsbeständigkeitgegenüber SuffosionVerfahren: Kenney / LauUgrob >= 3Boden ist nicht suffosiv
Bericht vom 28. 11. 2013, Anlage 2.4
0 10 20 30 40 50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
H + F = 100 %
H = 1,3 · F
H = 1,0 · F
Übergangsbereich
suffosiv
F = Masse [%] der Körner < D
H =
Ma
sse
[%
] zw
isch
en
D +
4·D
GGU-Filter-Stability / Version 1.12 / 20.02.2013Bohrung 1008/85Probe 10, 31 m - 32 mBewertung Verformungsbeständigkeitgegenüber SuffosionVerfahren: Kenney / LauUgrob >= 3Boden ist nicht suffosiv
Bericht vom 28. 11. 2013, Anlage 2.5
0 10 20 30 40 50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
H + F = 100 %
H = 1,3 · F
H = 1,0 · F
Übergangsbereich
suffosiv
F = Masse [%] der Körner < D
H =
Ma
sse
[%
] zw
isch
en
D +
4·D
GGU-Filter-Stability / Version 1.12 / 20.02.2013Bohrung 1008/85Probe 25, 80,8 m - 82,5 mBewertung Verformungsbeständigkeitgegenüber SuffosionVerfahren: Kenney / LauUgrob >= 3Boden ist nicht suffosiv
Bericht vom 28. 11. 2013, Anlage 2.6
0 10 20 30 40 50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
H + F = 100 %
H = 1,3 · F
H = 1,0 · F
Übergangsbereich
suffosiv
F = Masse [%] der Körner < D
H =
Ma
sse
[%
] zw
isch
en
D +
4·D
GGU-Filter-Stability / Version 1.12 / 20.02.2013Bohrung 1008/85Probe 35, 93,5 m - 96 mBewertung Verformungsbeständigkeitgegenüber SuffosionVerfahren: Kenney / LauUgrob >= 3Boden ist nicht suffosiv
Bericht vom 28. 11. 2013, Anlage 2.7
0 10 20 30 40 50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
H + F = 100 %
H = 1,3 · F
H = 1,0 · F
Übergangsbereich
suffosiv
F = Masse [%] der Körner < D
H =
Ma
sse
[%
] zw
isch
en
D +
4·D
1
2
3
4
5
103 5 20 30 50 100
h'' = d90 / d15
h' =
d9
0 /
d6
0
suffosiv
suffosiv
nicht suffosiv
2.7968
29
.01
98
GGU-Filter-Stability / Version 1.12 / 20.02.2013Bohrung 1008/85Probe 41, 103,5 m - 105,4 mBewertung Verformungsbeständigkeitgegenüber SuffosionVerfahren: Kenney / LauUgrob >= 3Kriterium nach Burenkova:Boden ist nicht suffosiv