Schutz vor gravitativen Naturgefahren mit innovativer Erdbau-Technologie, CH-Weggis

Kurzfassung (Abstract)

Um Anwohner im Wohngebiet Laugneri vor Blockschlag und Hangmuren zu schützen, hat die Gemeinde Weggis, im Rahmen des Masterplans Naturgefahren, eine neuartige Schutzbaute in steilem Gelände realisiert. Mögliche dynamische Einwirkungen werden im Schutzdamm aus bewehrter Erde aufgefangen und zusammen mit dem Eigengewicht des Dammkörpers in den stabilen Felsuntergrund transferiert. Dabei überträgt ein bewehrtes Lastgründungspolster die flächigen Lasten auf die in den anstehenden Fels abgeteuften Bohrpfähle. Die neuste Geogittergeneration ermöglichte es, dieses zentrale Konstruktionselement wirtschaftlich zu gestalten, weil, trotz des weiten Pfahlrasters, der Abstand von hochzugfesten Längs- und Querbewehrungslagen auf einem vernünftigen Mass gehalten werden konnte.

1. Einführung

In der Zentralschweiz, zwischen dem Zuger-, Lauerzer- und Vierwaldstättersee, erhebt sich die 1’798m hohe Rigi, die den Alpen vorgelagert ist und aus Decken der Subalpinen Molasse besteht. Die Gemeinde Weggis liegt zwischen dem Seeufer und dem steilen Südwest-Abhang der Rigi, in der tektonisch von Überschiebungen und verschiedenen Bruchsystemen geprägten Region. Im Nordosten liegt die alpine Hauptüberschiebungszone. Aufgrund der morphologischen und geologischen Disposition sind verschiedene Siedlungsgebiete in Seenähe einer erheblichen Gefahr durch gravitative Naturgefahrenprozesse ausgesetzt. Gemäss dem nationalen Konzept des Integralen Risikomanagements wurden für jedes gefährdete Gebiet in Weggis verschiedene abgestimmte Massnahmenkonzepte ausgearbeitet und evaluiert, um eine fundierte Entscheidungsgrundlage bereitzustellen.

Ursprung der Gefährdung durch Sturzprozesse sind in vielen Fällen die typischen Felsbänder aus sogenannter «Nagelfluh». Diese grobkörnigen, kontinental-fluvialen Konglomerate haben paläogenes Alter und liegen in Wechsellagerung mit

Sandsteinen und verwitterungsanfälligen Mergeln der Unteren Süsswassermolasse (USM). In einer späten Phase der Alpenbildung wurden diese Sedimentdecken auf jüngere Ablagerungen aufgeschoben und aus der ursprünglich horizontalen Lagerung verkippt. Das dabei entstandene S-SE gerichtete Einfallen des Deckenstapels der Subalpinen Molasse begünstigt Gleitprozesse und Blockschlag, was mehrfach zu Schäden führte. Dabei spielen verwitterungsanfällige Mergellagen, die den grobkörnigeren Felsbändern zwischengelagert sind, oft die entscheidende Rolle.

Für das Siedlungsgebiet Laugneri ergab sich ein zu hohes Risiko, primär wegen Felssturz, Stein- und Blockschlag, aber auch wegen potentieller Hangmuren. Prävention durch technische Massnahmen in Form eines Schutzdammes mit aufgesetzter Steinschlagschutznetzanlage auf der Krone waren für dieses Gebiet eine nachhaltige und kosteneffiziente Lösung. Die Aufgabenteilung in der Planung ermöglichte es, das Schutzmassnahmenkonzept zu konkretisieren sowie die Bauwerke effizient zu planen und zu realisieren. Dabei ist der Schutzdamm ein Teil des gesamtheitlichen Schutzkonzeptes für die Gemeinde Weggis zum Schutz vor Naturgefahren.

2. Bewehrter Erddamm gegen Blockschlag und Hangmuren

Der Damm befindet sich in einem Hang mit Neigung von 35° – 40°. Da der Projektperimeter des Dammes Laugneri II im Ursprungszustand keine Standfläche zur Positionierung des nötigen Schüttkörpers und des Rückhalteraumes bot, war eine Anpassung der Geländeoberfläche oberhalb und im Dammbereich erforderlich. Durch die Wahl eines schlanken, mit Geogittern bewehrten Dammes wurde es möglich, den aufwendigen Geländeeinschnitt zu reduzieren. Ausserdem bewirkt der Abtrag eine geringere Sprunghöhe der erwarteten Sturzkörper, weil die neu erstellte Oberfläche relativ glatt gestaltet ist. Dank der Möglichkeit, auf der Krone des Dammes ein Steinschlagschutznetz zu platzieren und dieses mittels Mikropfählen im erdbewehrten Stützsystem zu verankern, können Überroller und Steinsplitter effizient zurückgehalten werden.

3. Ausbildung der Konstruktion

Über dem standfesten Mergel liegt eine mittel- bis tiefgründige Schicht aus Gehängeschutt. Geotechnisch ist die Aufnahme von zusätzlichen statischen Auflasten und dynamischen Einwirkungen in dieser Lockergesteinsschicht in steiler Hanglage nicht möglich, ohne ein Versagen des Untergrundes zu riskieren. Die vertikalen und horizontalen Lasten werden deshalb über Bohrpfahlscheiben und ein aufgelöstes Bohrpfahlraster in den in unterschiedlichen Tiefen anstehenden Felsuntergrund eingeleitet.

Über den Pfählen und Pfahlscheiben liegt ein Lastgründungspolster. Damit wird die flächige Auflast des Damms auf die punktförmigen Grossbohrpfähle übertragen. Das Lastgründungspolster ist eine Kiessandschicht, welche mit Geogittern längs und quer bewehrt ist. Dafür kamen die hoch dehnsteifen Geogitter SYTEC NN mit Zugfestigkeiten bis zu 1000 kN/m’ zum Einsatz. Die Bemessung erfolgte, gemäss den «Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrungen aus Geokunststoffen – EBGEO», nach dem Modell für bewehrte Erdkörper auf punkt- oder linienförmigen Traggliedern. Zusätzlich werden über das Lastgründungspolster horizontale Lasten, insbesondere aus Sturzprozessen und Hangmuren, abgetragen. Dazu ist die Querbewehrung des Lastgründungspolsters bergseitig über ein Betonriegel- und Ankersystem permanent in den Felsen rückverankert.

Der 3.0 m hohe Steinschlagschutzdamm ist direkt auf dem Lastgründungspolster fundiert. Er soll ein möglichst geringes Eigengewicht aufweisen und trotzdem den notwendigen Widerstand gegen Steinschlag (bis 2‘000 kJ) und Hangmuren bieten. Diese Anforderungen können mit einem erdbewehrten Stützsystem optimal erfüllt werden. Das erdbewehrte Stützsystem SYTEC TerraMur bietet tal- und bergseitig eine Böschungsneigung von 70° und wird mit lokal gewonnenem aussortierten Bodenmaterial befüllt. Die Bemessung der erdbewehrten Stützkonstruktion basiert auf dem Schweizer Normenwerk und auf der ONR 24810 «Technischer Steinschlagschutz».

4. Ausführung im Blick auf die Geokunststoffe

In der Kunstbaute sind die Geogitter ein zentraler Teil des Tragwerkes. Entsprechend ist der Einsatz der Geogitter detailliert zu planen. Neben der statisch korrekten Ausgestaltung ist der fachgerechten Verlegung der Geogitter ein grosses Augenmerk zu geben. Für das Lastgründungspolster sowie für den erdbewehrten Schutzdamm wurden, in enger Zusammenarbeit zwischen Planer und Systemlieferant, Ausführungs- und Verlegepläne erstellt. Infolge der Dammlänge von 100 m und der leichten Krümmung in der Linienführung des Schutzdammes wurden im Lastgründungspolster zwei Stösse in Kraftrichtung notwendig. Eine dimensionierte Überlappung der Geogitter von mehreren Metern stellt eine kraftschlüssige Verbindung sicher. Solche wichtigen Details sind in den Verlegeplänen darzustellen. Ausserdem wurden der Unternehmer und die Bauleitung durch den Systemlieferanten vor Ort in die spezifischen Eigenheiten des Systemaufbaues eingewiesen, um eine effiziente und qualitativ einwandfreie Umsetzung auf der Baustelle zu gewährleisten.

Das ganze Schutzbauwerk, mit den beschriebenen Lastgründungspolstern sowie dem erdbewehrten Damm, konnte in der geplanten Zeit zu den veranschlagten Kosten erstellt werden. Aufgrund der dauerhaften und robusten Schutzwirkung sowie dem vergleichsweise einfachen Unterhalt eines bewehrten Erddammes, sowohl im Gefährdungsbild Steinschlag aber auch Hangmuren, erwies sich dieses schweizweit einzigartige Schutzbauwerk, trotz der kostspieligen Fundation, als effiziente und wirtschaftliche Lösung. Mit dem innovativen Schutzsystem wurden die technischen und landschaftlichen Ansprüche der Bauherrschaft am besten erfüllt.

Dank:

Für ihr konstruktives Koreferat bedanken wir uns aufrichtig bei C. Zahno, O. Fontana (Fellmann Geotechnik GmbH), A. Käslin (Schubiger AG Bauingenieure) und B. Lottenbach (Einwohnergemeinde Weggis).

Projektbeteiligte:

Bauherrschaft:	Einwohnergemeinde Weggis, Gemeinderat
Oberbauleitung:	Kanton Luzern, Abteilung Naturgefahren, Kriens
Gesamtplanung	Schubiger AG Bauingenieure,
und Bauleitung:	Hergiswil Marty Ingenieure AG, Schwändi
Geologie und	Fellmann Geotechnik GmbH, Luzern
Geotechnik:	Louis Ingenieurgeologie GmbH, Weggis
FachplanerGeokunststoffe:	SYTEC Bausysteme AG, NeueneggBBG Bauberatung Geokunststoffe GmbH & Co. KG, Espelkamp
Baumeisterarbeiten:Lieferant Stützsysteme	ARGE Gasser Felstechnik AG, LungernJosef Küttel AG, Weggis Brun AG, Emmenbrücke
und Begrünung:5. Quellen	SYTEC Bausysteme AG, Neuenegg

GRAF, R. et al. (2016): Risk Management in the municipality of Weggis, 13th Congress INTERPRAEVENT 2016 – Lucerne, Switzerland, Exkursionsführer Weggis,

EX1 Nationale Plattform Naturgefahren PLANAT; www.planat.ch

Abbildungen zum Projekt:

Abb. 1: Aufsicht auf das Lastgründungspolster über dem Betonriegelsystem bzw. den Bohrpfahlköpfen während dessen Einbau (Quelle: SYTEC Bausysteme AG)

Abb. 2: Ansicht bergseitig während des Aufbaus des bewehrten Dammkörpers

(Quelle: SYTEC Bausysteme AG)

Abb. 3: Fertig erstellter Schutzdamm Laugneri II mit gesichertem bergseitigen Geländeeinschnitt, Oktober 2018;

Im Hintergrund der Geschiebesammler mit Auslaufbauwerk und der Schutzdamm Laugneri I (Quelle: SYTEC Bausysteme AG)

Abb. 4: Normalschnitt Schutzdamm Laugneri II (Quelle: SYTEC Bausysteme AG)