Beobachtung von Setzungen und Sackungen locker gelagerter Schüttungen während des Grundwasseranstiegs am Beispiel einer Kippe des Lausitzer Braunkohlentagebaus (Teilprojekt 14)

Zusammenfassung

Locker gelagerte Aufschüttungen (z. B. Tagebaukippen in der Niederlausitz) sind bei Änderung der hydraulischen Verhältnisse (z. B. bei Grundwasseranstieg) in ihrer bodenmechanischen Stabilität durch Setzungsfließen und Sackungen gefährdet. Für eine Nachnutzung von ehemaligen Kippenflächen ist die Gewährleistung ihrer Standsicherheit unabdingbar. Dies macht eine Prognose über die Langzeitstabilität dieser Gebiete erforderlich. Grundlegend für eine zuverlässige Prognose von Sackungsvorgängen ist die Ermittlung wesentlicher Einflussparameter bei einem Grundwasseranstieg.

Ziel des Projektes war es, exemplarisch die Sackungen während des Grundwasseranstiegs an einer Tagebaukippe zu erfassen und eine Prognose zur Oberflächenverformung von Kippenmassiven infolge Setzungen und Sackungen zu erarbeiten. Auf der Innenkippe des stillgelegten Tagebaus Gräbendorf wurden Langzeitmessungen zur Beobachtung des Verformungsverhaltens von verkipptem Material während des Grundwasseranstiegs durchgeführt. Bis zum Grundwasserstand zu Projektende (ca. 50 % der Kippenhöhe) konnten nur geringe Sackungen in den durchfluteten Bereichen der Kippe gemessen werden. Ursache hierfür ist die relativ hohe Lagerungsdichte in größerer Kippenteufe. Anhand von Erkenntnissen aus experimentellen Sackungsversuchen kann für den oberen ungesättigten Kippenbereich ein mögliches Sackungsmaß von 2–4 % nach der Wassersättigung prognostiziert werden. Nach Abschluss der Flutung in situ ist für die Kippe mit einer Oberflächensetzung von mehr als 50 cm zu rechnen.

Eine wesentliche Einflussgröße für die Stabilität der Kippen vor der Flutung ist eine im Laufe der Zeit sich bildende Verfestigung des Korngerüstes. Eine derartige Verfestigung des ungestörten Korngerüstes durch sogenannte Phasenkontakte konnte experimentell nachgewiesen. Diese im Laufe der Zeit sich bildende Verfestigung äußerte sich in der Zunahme der Druck- und Zugfestigkeit. Die Zementierung kann bis zum 1,5-fachen der Festigkeit eines nicht-verfestigten Bodens betragen. Unter dem Rasterelektronenmikroskop konnten Verkittungen und Brückenbildungen innerhalb des Korngerüstes gezeigt werden. Die Zerstörung der Bindungen infolge des Grundwasseranstiegs ermöglicht eine Kornumlagerung (Sackung). Auslöser (Initial) für die Kornumlagerung kann schon eine geringfügige Änderung des Wassergehaltes sein.

Sackungen eines verfestigten (ungestörten) Kippenbodens können bis zu doppelt so hoch ausfallen wie diejenigen eines nicht-verfestigten (gestörten) Bodens. Bei Untersuchungen von Kippenböden im Labor muss dieser Tatsache Rechnung getragen werden, da hier i. d. R. nur gestörtes Material zur Verfügung steht.