Statische Ertüchtigung von drei Konsolidierungssperren durch

Statische Ertüchtigung von drei Konsolidierungssperren durch rückverankerte Ortbetonlisenen
am Maigraben in schwierigem Gelände, Gemeinde Flintsbach, Landkreis Rosenheim
Renovation of consolidation dams – example for a modern technical solution
Der Maigraben liegt im Mangfallgebirge, Landkreis Rosenheim, und ist ein orographisch linkes Seitengewässer zum Inn.
Sein langgestrecktes Einzugsgebiet ist bis zur Ortschaft Flintsbach ca. 1,8 km² groß. Der höchste Punkt des Einzugsgebietes ist der
Rehleitenkopf mit einer maximalen Höhe von 1324 müNN. Die Höhendifferenz bis zur Mündung in den Gießenbach beträgt ca. 880 m.
Das mittlere Gerinnegefälle beträgt 47%. Der Maigraben liegt im Hochbajuwarikum inmitten der Lechtal-Decke, die von harten und
widerstandsfähigen Kalksteinserien im Wechsel mit leichtverwitterbaren Ton- und Mergelgesteinen aufgebaut ist. Nach dem
Gletscherrückgang bildeten sich Block-, Hang- und Verwitterungsschuttfelder die in den Talungen als Bachterrassen, Mur- und
Schuttkegel um- und abgelagert wurden. Der Wildbach verläuft in weiten Bereichen in Lockergesteinen und wechsellagernden
Festgesteinen und kann damit erhebliche Geschiebemengen erodieren und talwärts transportieren.
Der Jahresniederschlag liegt für dieses Einzugsgebiet bei ca. 1800 mm. Bei einem hundertjährlichen Regenereignis wird von
maximalen Niederschlagshöhen bis zu 140 mm in 24 h ausgegangen. Der durch ein N-A-Modell ermittelte Abfluss beträgt dann
inklusive Geschiebezuschlag 11 m³/s. Das Gefahrenpotential des Maigrabens ist wegen der Kombination aus großem Gefälle, hohem
Feststoff- und Wildholzpotential und seiner teilweise massiven Murfähigkeit sowie der Lage der Ortschaft Flintsbach auf dem
Schwemmkegel als hoch einzustufen.
Der Maigraben ist bereits um 1900 bis in die obersten Gerinneabschnitte verbaut worden. Die Verbauung wurde mehrmals, in der
Folge von Hochwasser- und Murereignissen saniert und angepasst. Derzeit befinden sich im Maigraben eine Geschieberückhaltesperre
direkt oberhalb des Ortes Flintsbach sowie 24 Konsolidierungssperren und zwei längere Pflastergerinnestrecken. Neben der üblichen
Abnutzung hat insbesondere das letzte große Hochwasser 2009 starke Schäden im Ober- und Mittellauf verursacht. Bei einigen
Konsolidierungssperren war die Folge der Verlust ihrer Standsicherheit.
Das Wasserwirtschaftsamt Rosenheim begann 2011 mit den Planungen zur Sanierung der Bauwerke. Schnell wurde klar, dass vor
allem die sehr stark beschädigten Sperren im Schluchtlauf zwischen 895 müNN und 1020 müNN mit heutigen Baugeräten aufgrund
sehr langer, steiler und teilweise nicht mehr vorhandener Erschließungswege nicht mehr wirtschaftlich zu erreichen sind. Die
Sanierungsarbeiten mussten sich deshalb auf eine gerade noch erreichbare Staffel von 5 Konsolidierungssperren am Ausgang des
Schluchtlaufes beschränken. Diese Sperrenstaffel ist aufgrund ihrer konsolidierenden Wirkung auf die oberstromig abgelagerten
Schuttmassen als Schlüsselbauwerk anzusehen. Parallel zu den Sanierungsarbeiten wurde ein geotechnisches Büro mit einer
integralen Beurteilung zur Auflassung von Bauwerken (unerreichbare Sperren im Schluchtlauf) beauftragt. Die Ergebnisse dieser Studie
fließen in die zukünftige Bewirtschaftung des Einzugsgebietes ein.
Die gemauerten bis zu 5 m hohen Sperren wiesen Schadensbilder wie Zerreißungen durch kippende, umbaute Felsköpfe sowie
Ausbauchungen und Verschiebungen auf. In der Regel werden solche Schäden vom Wasserwirtschaftsamt Rosenheim mittels
Vorsetzen eines neuen Sperrenkörpers (Wasserbausteine vor bewehrter Betonscheibe) behoben. Aufgrund des damit verbundenen
hohen Logistikaufwandes wurde nach einer alternativen Bauweise gesucht. Hier bot sich eine Rückverankerung der Sperren mit
Ortbetonlisenen und Injektionsbohrankern in den anstehenden Hangschutt zur Wiederherstellung der Standsicherheit an. Der
Materialbedarf und -transport sowie der Arbeitsaufwand konnten deutlich reduziert werden.
Die geführten Standsicherheitsnachweise erfolgten auf Grundlage des Teilsicherheitskonzeptes nach EC 7 und den ergänzenden
deutschen Regelungen gem. DIN 1054.
Für die konventionelle Bauweise als auch für die beschriebene Rückverankerung müssen für das Bauwerk dieselben Sicherheiten
(Gleitsicherheit >1,00 / Kippsicherheit >b/6 / Grundbruchsicherheit > 1,00) eingehalten werden. Legt man diesen Standard einer
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zugrunde, ist im Falle der hier beschriebenen Rückverankerung mit einer Kostenersparnis von ca. 30 %
gegenüber der konventionellen Bauweise durch Vorsetzten zu rechen. Eine detaillierte Variantenuntersuchung bezüglich der
Wirtschaftlichkeit wurde aber in diesem Fall nicht durchgeführt.
Für die Bemessung der Anker und der Betonlisenen wurden der Erddruck voll und der Wasserdruck bis zur halben Sperrenhöhe
angesetzt. Der Einwirkbereich wurde bei jeder Lisene mit 3,50 m angesetzt. Ein Nachweis bezüglich Gleitsicherheit, Kippsicherheit und
Grundbruchsicherheit wurde geführt. Die Sanierungsarbeiten wurden von der Flussmeisterstelle Rosenheim durchgeführt. Die
vorbereitenden Meißelarbeiten (Vorbehandlung des Felskopfes) sowie die Ankerbohrungen führte ein Schreitbagger mit Bohrlafette
durch. Nach dem Verpressen der Anker (DN 40/20, 3 Ankerlagen, 15°Neigung, Länge etwa 7 m) wurde auf eine Sauberkeitsschicht
die Bewehrung sowie die einseitige Schalung für die Betonlisenen gesetzt und an der Bestandssperre verankert. Nach dem
Ausbetonieren und Ausschalen sind die Tosbecken sowie die Böschungen unterhalb der Sperren mit Wasserbausteinen in bewährter
Weise gesichert worden. Das Wasserwirtschaftsamt Rosenheim hat die beschriebene Sanierungsvariante erstmalig ausgeführt.
Insgesamt erwies sich das Vorgehen als sehr praktikabel und wirtschaftlich. Erhöhter Arbeitsaufwand entstand lediglich durch die
aufwendige Anpassung der Schalung an die Bestandssperre. Die sanierten Sperren passen sich gut in das Landschaftsbild ein.
Situated in the Mangfall Mountains in the rural district of Rosenheim, the Maigraben represents an orographic left tributary of the Inn
river. Its long, narrow catchment area covers about 1.8 square kilometers up to the village of Flintsbach. The highest point within the
catchment area is the Rehleitenkopf Mountain with a maximum height of 1324 meters above sea level. The height difference to the river
mouth into the Gießenbach is about 880 meters. The mean channel slope is 47%. Geologically, the Maigraben is situated in the
Hochbajuwarikum within the Lechtal-nappe. The Lechtal-nappe is built up of hard and resistant limestone alternating with easily
weathering clay and marlstone.
After deglaciation, weathered material, slope deposits and scree accumulated and were redeposited in valleys and alluvial terraces. The
torrent runs largely in erodible sediments and interbedded rock formations. Consequently, it is able to erode and transport a large
amount of bed load into the valley.
The annual precipitation in the catchment area is about 1800 millimeters. Maximal precipitation amounts of 140 millimeters in 24 hours
can occur during rainfall events with a return period of 100 years. For these rare events, the discharge including bed load, as calculated
with the precipitation-runoff model, is 11 m³/s. The potential risk arising from the Maigraben is high. The main reasons are the steep
gradient, the high potential for bed-load and woody debris, the danger of mudflows and the position of the village Flintsbach in the
alluvial fan.
In the upper part of the Maigraben torrent control measures were already in place by around 1900. As a result of floods and mud flows
the structures had to be repeatedly repaired and adapted. Currently, there are one bed load retention dam situated just above the village
of Flintsbach, 24 consolidation check dams along the Maigraben and two longer sections with a paved torrent bed. On top of the general
abrasion, the large flood event of 2009 caused a lot of damage in the upper and middle reaches. Some consolidation check dams entirely
lost their stability.
Thomas Brandner
Wasserwirtschaftsamt Rosenheim
Solution
In 2011 the state office for water management in Rosenheim started planning the reconstruction of the structures described above. It
became clear that the reconstruction of the badly damaged dams between 895 meters and 1020 meters above sea level inside the
narrow gorge would not be economical. The existing roads are too long and steep for modern construction equipment. The
reconstruction was therefore limited to a series of five consolidation check dams at the end of the gorge. Because of its consolidating
effect on the debris masses in the upper part of the channel, this series of check dams was identified as the most important key structure
in the Maigraben.
Whilst the renovation work was in progress, a geotechnical consultant was charged with an integral assessment of the existing structures,
including an analysis of whether it would be a viable option to abandon some inaccessible structures. The results of this study will
influence the future management of the catchment area.
The bricked dams subject to renovation reach heights of up to five meters. They showed various signs of damage such as cracks caused by
toppling rocks, bulges or displacements. The state office for water management in Rosenheim usually repairs this kind of damage by
installing a new dam structure quasi as facing formwork (armourstone in front of a reinforced concrete plate). For logistical reasons an
alternative construction method was needed. A possible solution was to back-anchor the dams into the genuine debris with concrete
pilaster strips and drilled hole injection anchors. With these measures it was possible to restore the stability of the constructions. The
consequences of this solution were reduced material requirements, transport costs and a reduction in manual labor.
The stability proofs were done on the basis of the partial factors of Eurocode 7 and the upplementary German regulations by DIN 1054.
For the conventional construction as well as for the described backanchoring the same reliabilities (slip resistance > 1,00 / overturning
resistance > b/6 / base failure resistance > 1,00) have to be assured. An economic efficiency calculation on this basis shows, that the
described backanchoring provides a cost saving of about 30% compared to a conventional construction. A more detailed investigation of
variants regarding cost effectiveness was not done in this case.
For the design of the anchors and pilaster strips, the earth pressure was assumed to be the total, the water pressure half the dam height.
The support width of the pilaster strips was estimated at 3.50 m. The structural analysis covered slip resistance, overturning resistance
and base failure resistance. The restoration work was carried out by the technical construction team of the state office for water
management in Rosenheim. Preparation included chisel work on the belay and the anchor drilling. For both, a walking excavator with a
drilling rig was used. After grouting the anchors (diameter 40/20, 3 layers, 15°inclination, length about 7 m) a layer of blinding concrete
was applied. The reinforcement and the one-sided formwork for the pilaster strips were erected and fixed to the existing dam. Finally,
after concreting and striking, the stilling pools and the adjacent slopes were paved with armourstones in the usual manner.
Conclusion
The described renovation option was implemented by the state office for water management in Rosenheim for the first time. Altogether,
the procedure proved feasible and economical. An increase in labor intensity only arose from complex adjustments to the formwork of
the existing dam. The reconstructed dams also fit well in the landscape.
existing dam, signs of damage
©Bayerische Vermessungsverwaltung 2016
Kartenauszug aus dem
Unterhaltungskonzept
Maigraben
drilling works
formwork
renovated dam