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Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen. Teil C1: Planung und Bau

Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK

Sektion Aufsicht Talsperren

Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen Teil C1 : Planung und Bau

Hinweis: Dieses Dokument ist ein Vorabdruck des Teils C1 der Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen, Revision 2014 – 2016.

Die letzte Fassung ersetzt die früheren Fassungen Version Abänderung Datum

2.0 Totalrevision der BWG Richtlinie 2002 15.1.2017

2.1 Korrektur der Formel in Abschnitt 4.6.6.3 28.8.2017

Impressum

Herausgeber Bundesamt für Energie, Sektion Aufsicht Talsperren, 3003 Bern

Erarbeitung Arbeitsgruppe Revision Richtlinie Teil C1: M. Conrad AF Consult, Schweizerisches Talsperrenkomitee STK G. R. Darbre Bundesamt für Energie BFE A. Fankhauser Kraftwerke Oberhasli AG, KWO J. M. Fasel Norbert S.A. R. M. Gunn Bundesamt für Energie BFE M. Hoonakker Bureau d’Etude Technique et de Contrôle des Grands Barrages, BETCGB, France R. Panduri Bundesamt für Energie BFE F. Vuilleumier BG Ingénieurs Conseils S.A.

Abnahme Kerngruppe Revision Richtlinie: A. Baumer Schweizerisches Talsperrenkomitee STK R. Boes ETH Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie VAW G. Darbre Bundesamt für Energie BFE S. Gerber Bundesamt für Energie BFE H. Meusburger Konferenz der kantonalen Bau-, Planungs- und Umweltdirektoren BPUK T. Oswald Bundesamt für Energie BFE B. Otto Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband SWV R. Panduri Bundesamt für Energie BFE M. Perraudin Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmungen VSE A. Schleiss EPF Lausanne, Labor für Wasserbau LCH A. Truffer Konferenz der kantonalen Energiedirektoren EnDK

Durch die Geschäftsleitung des BFE am 13. Dezember 2016 verabschiedet.

Datum Ersterscheinung (Version 2.0) : 15. Januar 2017

1 Einleitung

Der vorliegende Teil C1 der Richtlinie behandelt alle Belange der konstruktiven Sicherheit der Stauanlagen (Artikel 5 und 6 StAG sowie Kapitel 2 Abschnitt 1 StAV) mit Ausnahme der speziellen Lastfälle betreffend Hochwasser und Entlastungsorgane (vgl. Teil C2 der Richtlinie) sowie Erdbebensicherheit (vgl. Teil C3 der Richtlinie). Teil C1 gilt für alle Stauanlagentypen unabhängig von ihren Abmessungen, ihrem Zweck und ihrem Betreiber im Rahmen

  • der Ausarbeitung eines neuen Projektes und des Baus einer neuen Stauanlage;

  • des Umbaus einer bestehenden Stauanlage;

  • der Sicherheitsüberprüfung einer bestehenden Stauanlage.

Die Umsetzung der in diesem Teil der Richtlinie gegebenen Hinweise muss innerhalb der gesetzlichen Vorgaben des StAG und der StAV den Besonderheiten der betrachteten Stauanlage Rechnung tragen.

2 Vorgehensweise

2.1 Plangenehmigung (Art. 6 StAG)

Der Bau einer neuen Stauanlage, der Umbau einer bestehenden und die Ausführung von Revisionsarbeiten1 benötigen eine vorgängige Genehmigung durch die Aufsichtsbehörde für die sicherheitsrelevanten Aspekte. Die vom Gesuchsteller einzureichenden sicherheitsrelevanten Unterlagen werden im Kapitel 3.3 erläutert.

Wenn eine Genehmigung nach einem anderen Gesetz als dem StAG erforderlich ist (zum Beispiel kantonales Baubewilligungsverfahren), ist im Sinne einer Verfahrenskoordination die eigentliche Genehmigung („Plangenehmigung“) durch die zuständige kantonale oder eidgenössische Behörde zu erteilen. Der Gesuchsteller fügt alle zur technischen Sicherheitsbeurteilung notwendigen Unterlagen seinem Gesuch an die Genehmigungsbehörde2 bei. Es liegt in der Verantwortung der Genehmigungsbehörde, von der Aufsichtsbehörde eine Stellungnahme zu den sicherheitsrelevanten Aspekten zu verlangen und in ihrer globalen Verfügung („Plangenehmigung“) die von der Aufsichtsbehörde gezogenen Schlussfolgerungen und die sich daraus ergebenden Auflagen einzubauen.

Falls keine weitere Genehmigung aufgrund einer anderen Gesetzgebung ausser dem StAG erforderlich ist, übermittelt der Gesuchsteller seinen Antrag direkt der Aufsichtsbehörde, welche, nach Prüfung der Unterlagen, die Plangenehmigung direkt erteilt, sofern die technischen Sicherheitsanforderungen erfüllt sind.

Kapitel 6.1 des Teils D der Richtlinie spezifiziert die betroffenen Revisionsarbeiten. Es wird unterschieden zwischen der „Aufsichtsbehörde“, welche einzig für die Einhaltung der Sicherheitsanforderungen gemäss StAG und StAV zuständig ist, und der „Genehmigungsbehörde“, die eine Baubewilligung erteilt („Plangenehmigung“), welche alle dabei zu berücksichtigenden Bereiche behandelt (zum Beispiel auch Umweltbelange); das Ergebnis der sicherheitstechnischen Prüfung durch die Aufsichtsbehörde gehört dazu.

Es empfiehlt sich für den Gesuchsteller, bereits in einem frühzeitigen Projektstadium mit der Aufsichtsbehörde Kontakt aufzunehmen, um mit ihr die Grundanforderungen für das Projekt festzulegen, sowie eine Planung mit direkter Einreichung der technischen Unterlagen zur Prüfung durchzuführen, was eine rasche Bearbeitung des Gesuches ermöglicht, sobald ein formelles Genehmigungsgesuch eingereicht worden ist.

2.2 Einfluss von Untertagebauten

Ein Untertagebau (insbesondere ein Tunnel) im Untergrund einer bestehenden Stauanlage kann durch den Drainageeffekt Verformungen der Widerlager erzeugen, welche ihrerseits innere Spannungen in der Sperre bewirken. Dadurch kann die Sicherheit der Stauanlage gefährdet werden, je nach vorherrschender Situation (Art der Untertagebaute, hydrogeologische Bedingungen, Sperrentyp).

Bevor eine Behörde über eine solche Untertagebaute entscheidet, muss sie die Aufsichtsbehörde konsultieren (Art. 9 StAG). Diese muss von Fall zu Fall darüber entscheiden, ob die Beeinflussung der Sicherheit der betroffenen Stauanlage durch die vorgesehene Untertagebaute zu untersuchen ist, sowie ob es nötig ist, Massnahmen zur Verhinderung eines unkontrollierten Wasserabflusses aus der Stauanlage zu ergreifen. Das Vorgehen gemäss Beilage 1 dient als Leitlinie dafür.

2.3 Sicherheitsüberprüfung einer bestehenden Stauanlage

Die Betreiberin hat eine technische Sicherheitsüberprüfung durchzuführen von Teilen oder der gesamten Stauanlage (Sperre und ihre Fundation, Stauraum, sicherheitsrelevante Nebenanlagen), insbesondere:

  • um Änderungen des Stands von Wissenschaft und Technik in diesem Bereich Rechnung zu tragen;

  • um Änderungen bei den Annahmen einer früheren Sicherheitsüberprüfung Rechnung zu tragen, ebenfalls bei Nutzungsänderungen der Stauhaltung;

  • auf Anordnung der Aufsichtsbehörde3.

Die erfahrene Fachperson und die Experten machen in ihren Sicherheitsberichten einen Hinweis, wenn sie der Ansicht sind, dass eine der oben erwähnten Bedingungen erfüllt und eine entsprechende Sicherheitsüberprüfung notwendig ist.

Die nach dem Basisdokument Konstruktive Sicherheit 2002 und dem entsprechenden Teil der Richtlinien 2002 erfolgreich durchgeführten Sicherheitsüberprüfungen bleiben gültig; sie müssen aufgrund der Herausgabe der vorliegenden Revision nicht wiederholt werden.

Die Betreiberin, welche die Anordnungen oder Schlussfolgerungen der Aufsichtsbehörde bestreitet, kann einen begründeten Entscheid unter Angabe der Rechtsmittel verlangen.

3 Nutzungsvereinbarung, Projektbasis und Plangenehmigungsgesuch

3.1 Nutzungsvereinbarung

Die Nutzungsvereinbarung beschreibt die von der Bauherrschaft vorgegebenen Nutzungsziele, sowie die Bedingungen, Anforderungen und grundlegenden Vorschriften bezüglich der Projektierung, des Baus und der Nutzung der Stauanlage. Die für das Verständnis der Ziele und Betriebsbedingungen der Stauanlage notwendigen Elemente, sowie diejenigen, welche in die Sicherheitsüberprüfung eingehen, sind der Aufsichtsbehörde zur Kenntnis zu bringen. Die Nutzungsvereinbarung sowie ihre Aktualisierungen sind Teil der Aktensammlung, die von der Betreiberin spätestens bis zur Inbetriebnahme der Stauanlage zu erstellen ist (Art. 22, Abs. 2, Bst. b StAV). Für bestehende Stauanlagen können diese Elemente in andere technische Unterlagen eingefügt werden (zum Beispiel in die Stauanlagenmonographie).

Es handelt sich insbesondere um folgende Elemente:

  • die Zweckbestimmung der Stauanlage (Hauptnutzung und Nebennutzung mit betrieblichen Zielen4);

  • den Standort (auf Situationsplänen und mit Beschreibung: Sperre und Nebenanlagen, Stauraum, Einzugsgebiet);

  • die Standortbedingungen (Gegebenheiten bezüglich Topographie, Geologie, Hydrologie, Naturgefahren);

  • die Auslegungsgrundlagen (Typ und Abmessungen der Sperre);

  • die besonderen gesetzlichen Anforderungen und technischen Grundlagendokumente (insbesondere die Anforderungen gemäss der Gesetzgebung über die Stauanlagen und der erteilten Konzession).

3.2 Projektbasis

Die Projektbasis legt die spezifischen technischen Daten für die Stauanlage fest. Sie ist die technische Beschreibung für die Umsetzung der Nutzungsvereinbarung mit speziellem Bezug auf die betreffende Stauanlage. Die Elemente, welche für die technische Sicherheit von Bedeutung sind, sind als integrierender Teil der Pläne, statischen und hydraulischen Berechnungen und weiteren Sicherheitskontrollen in das der Aufsichtsbehörde zuzustellende Plangenehmigungsdossiers aufzunehmen. Es wird empfohlen, dass der Gesuchsteller diese Elemente von der Aufsichtsbehörde bestätigen lässt, bevor die detaillierten Pläne und Sicherheitsuntersuchungen ausgearbeitet werden. Es handelt sich dabei insbesondere um:

  • die hydrologischen Grundlagen und die Methodologie für den Nachweis der Hochwassersicherheit;

  • die Erdbebengefährdung und die Methodologie für den Nachweis der Erdbebensicherheit;

  • spezielle, auf den Standort und die Stauanlage bezogene Sicherheitsuntersuchungen.

Zum Beispiel Wiederkehrperiode von Naturgefahren, gegen die die Stauanlage zum Schutz der Bevölkerung ausgelegt ist, oder Nutzwassermenge und installierte Leistung eines Wasserkraftwerks.

3.3 Unterlagen für die Plangenehmigung eines Bau- oder Umbauprojektes

Die für die Plangenehmigung eines Bau- oder Umbauprojektes bei der Aufsichtsbehörde einzureichenden Unterlagen müssen alle technischen Angaben aufweisen, die belegen, dass die vorgesehene Anlage nach dem Stand von Wissenschaft und Technik so bemessen und gebaut wird, dass seine Sicherheit für alle vorhersehbaren Last- und Betriebsfälle gewährleistet ist. Alle nachträglichen, sicherheitsrelevanten Änderungen des genehmigten Projektes müssen von der Aufsichtsbehörde bzw. der Genehmigungsbehörde genehmigt werden.

Die vom Gesuchsteller im Allgemeinen vorzulegenden Angaben folgen aus den Elementen in Tabelle 3-1, mit Anpassung an die Besonderheiten und die Grösse des eingereichten Projektes:

1 Technischer Bericht (Elemente der Nutzungsvereinbarung und der Projektbasis)

1.1 Grundelemente

1.1.1 Beschreibung des Bau- oder Umbauprojektes (Absperrbauwerk, Stauraum, Nebenanlagen)

1.1.2 Ziel (Zweck und Art der Nutzung, vorgesehene Nutzungsdauer)

1.2 Lage und Rahmenbedingungen

1.2.1 Bauwerke und bestehende Infrastruktur

1.2.2 Topographie, geomorphologischer Rahmen

1.2.3 Untergrundverhältnisse (Fundation, Stauraum): Geologie, Tektonik, Geotechnik, Hydrogeologie

1.2.4 Allgemeine Seismizität des Standortes

1.2.5 Naturgefahren (insbesondere Rutschungen, Bergstürze, Murgänge, Lawinen, Eisabbrüche, Ausbruch

von Gletscherseen, Sedimenteintrag, Risiko von Bodensenkung in Karstgebieten)

1.2.6 Hydrologie (Einzugsgebiete, Wasserfassungen, Niederschlagsintensitäten, Abflüsse)

1.2.7 Füllkurve des Stausees, Stauzielkote, Stauhöhe, Stauraumvolumen

1.2.8 Geschiebe, Konzept der Sedimentbewirtschaftung, sofern die Sicherheit der Stauanlage dadurch

beeinträchtigt wird

1.2.9 Probeentnahmen (Materialentnahmen und Steinbrüche, Materialeigenschaften)

1.2.10 Weitere projektbezogenen Anforderungen und Einschränkungen (zum Beispiel nahegelegene Bauwerke, auch solche im Untergrund)

2 Strukturanalyse und Sicherheitsüberprüfung

2.1 Elemente des Tragsystems

2.1.1 Tragsystem (einschliesslich Aspekte der Fundation, der Nebenanlagen und der Ränder): Typ, Abmessungen, wichtige konstruktive Details

2.1.2 Konstruktive Gestaltung (Fugen, Kontakt Beton-Fels) *)

2.1.3 Materialeigenschaften der Sperre (Versuchsergebnisse, einschliesslich Eigenschaften, die in die Nachweise einfliessen *))

2.1.4 Materialeigenschaften der Fundation, vorgesehene Injektionen, Drainagen

2.1.5 Bauweise

2.1.6 Sicherheitsrelevante Nebenanlagen

2.2 Nachweise der konstruktiven Sicherheit

2.2.1 Berechnungsgrundlagen; individuelle Einwirkungen, kombinierte Einwirkungen

2.2.2 Modellierung, Berechnungen

2.2.3 Statische Nachweise der Stauanlage (Gesamtstabilität und innere Tragfähigkeit, einschliesslich Fundation)

2.2.4 Uferstabilität, Impulswellen *)

2.2.5 Erdbebensicherheit (Sperre, Stauraum, Nebenanlagen)

2.3 Nachweis der Hochwassersicherheit und der Sicherheit der Entlastungs- und Ablassorgane

2.3.1 Hydrograph der Zuflüsse und Abflüsse (Retention), Festlegung des Bemessungs- und des Sicherheitshochwassers

2.3.2 Bemessung der Entlastungs- und Ablassorgane (Kapazität, Freibord, Hydraulik), Gefahrenkote

2.3.3 Festlegung des Hochwassers für Revisions- und Bauzustände

2.4 Notfallplanung

2.4.1 Flutwellenkarte im Falle des Bruchs der Sperre

2.4.2 Elemente des Alarmierungssystems

2.5 Instrumentierung, Überwachungskonzept, Kontrollen

2.5.1 Instrumentierung und Überwachungskonzept während des Betriebs der Stauanlage *) und während den

Bauarbeiten (Beschreibung, Schemas)

2.5.2 Programm für die Materialkontrollen während der Bauarbeiten

3 Zusätzliche Elemente für den besonderen Fall des Umbaus einer Stauanlage

3.1 Verbindung mit der bestehenden Baustruktur, konstruktive Massnahmen im Kontaktbereich „alt-neu“

3.2 Überwachung der bestehenden Stauanlage während der Bauarbeiten

3.3 Hochwassersicherheit während der Bauarbeiten

3.4 Betriebseinschränkungen während der Bauarbeiten

4 Pläne und Bauprogramm

4.1 Situation, Grundriss, Ansichten, Schnitte, konstruktive Details

4.2 Vorgesehenes Bauprogramm

*) Die Aufsichtsbehörde kann im Allgemeinen akzeptieren, dass ihr die Angaben aus diesen Elementen nach erteilter Genehmigung zugestellt werden, jedoch vor dem Beginn der Bauarbeiten.

Tabelle 3-1: Für die technische Sicherheit relevante Elemente, die im Allgemeinen dem Plangenehmigungsgesuch beizulegen sind

3.4 Aufgaben der Aufsichtsbehörde im Rahmen der Genehmigung eines Bau- oder

Umbauprojektes

Die Aufsichtsbehörde prüft die ihr vorgelegten Unterlagen hinsichtlich der technischen Sicherheit (Vermeidung eines unkontrollierten Wasserabflusses sowie Management des Restrisikos) unter Ausschluss aller anderen Aspekte5. Sie prüft insbesondere dass:

  • das eingereichte Dossier alle Unterlagen und Angaben enthält, die sie für die Prüfung der technischen Sicherheit benötigt. Sie kann sich dazu auf Kapitel 3.3 beziehen;

  • die notwendigen konstruktiven Massnahmen zur Gewährleistung der technischen Sicherheit vorgesehen sind, insbesondere o die Ausrüstung mit einem Grundablass oder einer Tiefschütze von genügender Abflusskapazität (vgl. Richtlinie Teil C2; o die Schutzmassnahmen gegen Sabotageakte (vgl. Kapitel 6);

  • die Dimensionierung, die Sicherheitsanalysen und die vorgesehene Bauweise dem Stand von Wissenschaft und Technik entsprechen (sie kann sich dabei auf die verschiedenen Teile der vorliegenden Richtlinie beziehen). Zu diesem Zweck überprüft sie insbesondere o die Zweckmässigkeit des gewählten Untersuchungsansatzes; o die Richtigkeit der Grundannahmen; o die Plausibilität der erhaltenen Resultate;

  • die Anordnung der Instrumentierung (inklusive des geodätischen Netzes) geeignet ist;

  • der Einbau eines Wasseralarmsystems geplant ist (sofern erforderlich);

  • die Abgabe zusätzlicher, vor Baubeginn bzw. während der Bauarbeiten einzureichender Unterlagen eingeplant ist.

Die Aufsichtsbehörde muss das Projekt gemäss Kapitel 2.1 genehmigen, wenn die Unterlagen vollständig und die technischen Sicherheitsanforderungen erfüllt sind.

Falls hinsichtlich der technischen Sicherheit erforderlich, formuliert die Aufsichtsbehörde in ihrer Plangenehmigung die vom Gesuchsteller zu erfüllenden Bedingungen („Auflagen“). Sie betreffen typischerweise die in Beilage 2 aufgeführten Elemente.

Ferner sei daran erinnert, dass (vgl. Teil D der Richtlinie):

  • die Plangenehmigung keine Bewilligung zu Inbetriebnahme und Betrieb darstellt;

  • die Betreiberin ein Inbetriebnahmeprogramm, ein Wehrreglement und ein Notfallreglement vorlegen muss, welche von der Aufsichtsbehörde zu genehmigen sind. Diese Genehmigungen sind Grundvoraussetzung für die Erteilung der Inbetriebnahmebewilligung;

  • ein von der Betreiberin erstelltes und von der Aufsichtsbehörde genehmigtes Überwachungsreglement Grundvoraussetzung für den Betrieb ist.

Fragen, insbesondere bezüglich der Wahl von Varianten des Bauprojektes (insofern diese Varianten den Sicherheitsanforderungen genügen), der Umwelt, der Rest- und Dotierwassermengen, des Betriebs des Kraftwerkes und der Arbeitssicherheit gehören nicht in den Zuständigkeitsbereich der Aufsichtsbehörde.

3.5 Abnahme der Bauarbeiten durch die Aufsichtsbehörde (Art. 9 Abs. 3 StAV)

Nach Abschluss der Bauarbeiten prüft die Aufsichtsbehörde, ob

  • der Gesuchsteller ihr alle die technische Sicherheit betreffenden Unterlagen abgegeben hat, welche in der Plangenehmigung festgelegt worden sind bzw. die vor, während oder nach der Bauausführung verlangt wurden;

  • alle angeordneten sicherheitsrelevanten Anforderungen („Auflagen“) erfüllt sind;

  • die Bauarbeiten gemäss den genehmigten Plänen oder allenfalls den genehmigten Projektänderungen ausgeführt worden sind 6.

Die Aufsichtsbehörde hält den Befund ihrer Kontrolle in einem Abnahmeprotokoll fest. Dies ist eine Voraussetzung für die Erteilung der Inbetriebnahmebewilligung (vgl. Kapitel 2.2 des Teiles D der Richtlinie).

Falls die ausgeführten Bauarbeiten nicht den genehmigten Plänen (bzw. den genehmigten Projektänderungen) entsprechen, entscheidet die Aufsichtsbehörde über die Eröffnung eines nachträglichen Genehmigungsverfahrens zu den Unstimmigkeiten. In diesem Falle, wie auch bei fehlenden Unterlagen oder nichterfüllten Auflagen, kann die Aufsichtsbehörde die Erstellung des Abnahmeprotokolls aufschieben, bis die Lage bereinigt ist, oder sie kann im Protokoll Termine für die Abgabe der fehlenden Unterlagen setzen.

4 Konstruktive Sicherheit

4.1 Gegenstand der konstruktiven Sicherheit

Gegenstand der konstruktiven Sicherheit ist es sicherzustellen, dass die Stauanlage für alle voraussehbaren Last- und Betriebsfälle standsicher ist, mit dem Ziel, einen unkontrollierten und schadenverursachenden Ausfluss von grossen Wassermassen zu verhindern. Es liegt in der Verantwortung von Gesuchsteller und Betreiber, hierfür die konstruktiven Massnahmen zu ergreifen und die notwendigen Nachweise zu erstellen. Diese bestehen im Allgemeinen im Nachweis der folgenden Elemente:

a) Ableitung der Hochwasser und ausreichende Abflusskapazität der Entlastungs- und Ablassorgane; b) Strukturelle Integrität der Sperre, der sicherheitsrelevanten Nebenanlagen und deren Fundationen, sowie des Stauraumes während des normalen Betriebs und nach einem ausserordentlichen oder extremen Ereignis (Erdbeben, etc.).

Der Nachweis der Hochwassersicherheit und die Anforderungen an die Abflusskapazität der Entlastungs- und Grundablassorgane sind Gegenstand des Teiles C2 der Richtlinie und werden in diesem Teil C1 der Richtlinie nicht behandelt

Die Aufsichtsbehörde beschränkt sich auf eine grobe Beurteilung ohne Detailkontrollen (zum Beispiel ohne genaue Nachmessungen)

4.2 Nachweis der strukturellen Integrität

Der Nachweis der strukturellen Integrität ist im Allgemeinen für die Grenzzustände der Tragfähigkeit vorzunehmen, in Übereinstimmung mit dem Stand von Wissenschaft und Technik7:

  • Gesamtstabilität des ganzen oder von Teilen der Sperre oder von sicherheitsrelevanten Nebenanlagen (vgl. Kapitel 4.6.6);

  • Tragwiderstand der ganzen oder von Teilen der Sperre oder von sicherheitsrelevanten Nebenanlagen (innere Tragfähigkeit; vgl. Kapitel 4.6.7);

  • Tragwiderstand des Fundamentbereichs (innere Tragfähigkeit; vgl. Kapitel 4.6.8);

  • Stabilität der Hänge im Bereich des Stauraumes (vgl. Kapitel 4.6.9).

Für bestehende Anlagen sind die Umstände, welche die Sicherheit der Stauanlage tangieren, bei diesen Nachweisen zu berücksichtigen (Setzungen, Risse, Kolmatierung von Drainagen, etc.), im Allgemeinen in Form von Anfangsbedingungen für den Nachweis der strukturellen Integrität der Anlage.

4.3 Lastfälle

Die nachstehend einzeln aufgeführten Lastfälle sind im Allgemeinen beim Nachweis der strukturellen Integrität einer Stauanlage zu berücksichtigen, sofern sie massgebend für die Anlage und den untersuchten Standort sind. Sie müssen so kombiniert werden, dass sich die ungünstigste Beanspruchung ergibt. Wenn weitere Einwirkungen die Stabilität einer Anlage in nicht zu vernachlässigender Weise beanspruchen können, oder andere Lastfälle zu ungünstigeren Ergebnissen im Nachweis der konstruktiven Sicherheit führen, sind diese nach den gleichen Grundsätzen zu berücksichtigen.

Die Lastfalltypen werden gemäss den nachstehenden Tabellen klassifiziert und definiert:

Normal Betrifft Einwirkungen, welche die Anlage regelmässig beanspruchen. (Typ 1) Ausseror- Betrifft die Einwirkungen, welche auftreten können, jedoch nicht unbedingt dentlich während der Lebensdauer der Anlage. In solchen Fällen können leichte (Typ 2) Schäden toleriert werden. Die Entlastungsorgane (insbesondere die Hochwasserentlastung und Ablässe) müssen operationell bleiben. Extrem Betrifft die ungünstigsten Einwirkungen, für welche die konstruktive Sicher- (Typ 3) heit gewährleistet sein muss (wobei angenommen wird, dass weder 2 einzelne extreme Einwirkungen gleichzeitig noch eine einzelne extreme zusammen mit einer ausserordentlichen auftreten). In diesen Fällen können Schäden auftreten, die jedoch keinen unkontrollierten und schadenverursachenden Wasserabfluss aus dem Stausee verursachen dürfen (es sind hingegen im Allgemeinen vertiefte Kontrollen und konstruktive Eingriffe nötig, damit ein angemessenes Sicherheitsniveau wieder hergestellt wird). Tabelle 4-1: Lastfalltypen

Für die Definition: vgl. Teil A der Richtlinie.

Lastfälle für Gewichtsmauern (Beton und Mauerwerk), Wehre und Bogenmauern, inklusive Widerlager und Fundation

Extreme Lastfälle Normale Lastfälle Ausserordentliche Lastfälle (Typ 3) Einzeleinwirkungen (Typ 1) (Typ 2) Statisch Dynamisch

Bemessungs- Lawine oder Sicherheits- Erdbebenein- See leer See voll Eis hochwasser Murgang hochwasser wirkung

Eigengewicht ii) X X X X X X X

Wasserdruck, See bei Stauziel i) X X (X) X

Wasserdruck X X entsprechend Hochwasserkote

Wasserdruck luftseitig (eventuell) v) (X) (X) (X) (X) (X) (X) (X)

Sedimentbelastung wasserseitig (X) (X) (X) (X) (X) (X) (X) (eventuell)

Erdduck luftseitig (eventuell) (X) (X) (X) (X) (X) (X) (X)

Erdbebenbeanspruchung X

Eisdruck X (X)

Druck aus Lawine oder Murgang X

Weitere Einwirkungen, die bei Gewichtsmauern (Beton und Mauerwerk) und Wehren zu berücksichtigen sind iii)

Auftrieb, See auf Stauzielniveau iii) X X (X) X

Auftrieb, See auf Hochwasser-ni- X X veau iii)

Weitere Einwirkungen, die bei Bogenmauernzu berücksichtigen sind iv)

Temperaturänderungen iv) X X X X X X X

Bemerkungen i) Stauziel: maximaler Betriebswasserstand bei Stauanlagen mit aktiver Bewirtschaftung, bei den anderen Anlagen massgebende Kote für die Bestimmung der Stauhöhe gemäss Teil A der Richtlinie. Ein zwischenliegender Seestand ist ebenfalls zu berücksichtigen, sofern dieser zu höheren Beanspruchungen führt. ii) Eigengewicht: bei Bogenmauern sind die Bauetappen und der Fugenschluss in angemessener Weise zu berücksichtigen. iii) Die Auftriebsdrücke können beim Nachweis der Gesamtstabilität von Bogenmauern im Allgemeinen vernachlässigt werden. Wenn dies nicht der Fall ist, sind sie analog zu den Gewichtsmauern zu berücksichtigen. iv) Die Temperaturänderungen können allgemein beim Stabilitätsnachweis von Gewichtsmauern vernachlässigt werden wegen fehlender Überbestimmung des globalen statischen Systems; im gegenteiligen Fall ist wie für Bogenmauern zu verfahren. Die thermischen Effekte können ausserdem Spannungen zweiten Grades hervorrufen, insbesondere bei Stollenwänden sowie in der Nähe des Kontaktes Beton-Fels. v) Der luftseitige Wasserdruck ist in ungünstigster Weise mit dem wasserseitigen Wasserdruck zu kombinieren. X Einzeleinwirkung, die beim Lastfall zu berücksichtigen ist. (X) Gegebenenfalls zu berücksichtigen. Hinweis a) Die weiteren Einzeleinwirkungen (vgl. Kapitel 0) sind nach Bedarf in ungünstigster Weise zu berücksichtigen.

Tabelle 4-2: Lastfälle für Betonsperren

Lastfälle für Dämme, inklusive Widerlager und Fundation

Extreme Lastfälle Normale Lastfälle Ausserordentliche Lastfälle (Typ 3) Einzeleinwirkungen (Typ 1) (Typ 2) Statisch Dynamisch

See leer Bemes- Sicher- See leer Rasche Lawine Bauende sungs- heits- Erdbeben- (drainierte See voll Absen- oder hochwas- hoch- einwirkung Schüttung) kung Murgang ser wasser

Eigengewicht X X X X X X X X

Wasserdruck, X (X) X See bei Stauziel i)

Porenwasserdrücke, See bei X X iv) (X) X iii) Stauziel i) Wasserdruck, entsprechend Hochwasser- X X kote Porenwasserdrücke entspre- X ii) X ii) chend Hochwasserkote ii)

Porenwasserdrücke (X) X vor Konsolidation

Erdbebeneinwirkung X

Druck aus Lawine oder Mur- X gang Bemerkungen i) Stauziel: maximaler Betriebswasserstand bei Stauanlagen mit aktiver Bewirtschaftung, bei den anderen Anlagen massgebende Kote für die Bestimmung der Stauhöhe gemäss Teil A der Richtlinie. Ein zwischenliegender Seestand ist ebenfalls zu berücksichtigen, sofern dieser zu höheren Beanspruchungen führt.

ii) Porenwasserdrücke im Hochwasserfall: Eine Anpassung ist möglich entsprechend der Dauer des Hochwassers und der Wiksamkeit der Drainagen. iii) Porenwasserdrücke im Erdbebenfall: beziehungsweise nach den Angaben in Teil C3 der Richtlinie. iv) Porenwasserdrücke bei rascher Absenkung: Eine Abminderung der Porenwasserdrücke ist zulässig für Schüttungen aus gut drainierendem Material. X Einzeleinwirkung, die beim Lastfall zu berücksichtigen ist. (X) Gegebenenfalls zu berücksichtigen.

Hinweise a) Die Lastfälle hängen auch vom Dammtyp ab. b) Der Eisdruck spielt im Allgemeinen keine Rolle für den Stabilitätsnachweis bei Schüttdämmen. c) Die weiteren Einzeleinwirkungen (vgl. Kaptel 0) sind nach Bedarf in ungünstigster Weise zu berücksichtigen.

Tabelle 4-3: Lastfälle für Dämme (inklusive Widerlager und Fundation)

Ausserdem sind für die Ufer und Hänge des Stauraumes die nachstehenden Lastfälle zu berücksichtigen, sofern eine Instabilität nicht ausgeschlossen werden kann (im Allgemeinen durch einen Geologen zu identifizieren).

  • Normale Lastfälle : Eigengewicht und (Typ 1) Wasserdruck (See voll), Auftriebsdruck (auf die Gleitflächen, Klüfte, Verwerfungen, etc. wirkend) sowie die entsprechenden Porenwasserdrücke für die unter Wasser liegenden Bereiche (Beibehaltung des Porenwasserdruckes bei Abwesenheit des äusseren Wasserdruckes im Falle von raschem Wasserstandswechsel).

  • Ausserordentliche : Eigengewicht und Lastfälle Wasserdruck (Seeniveau bei Bemessungshochwasser), Auf- (Typ 2) triebsdruck (auf die Gleitflächen, Klüfte, Verwerfungen, etc. wirkend) sowie die entsprechenden Porenwasserdrücke für die unter Wasser liegenden Bereiche (Beibehaltung des Porenwasserdruckes bei Abwesenheit des äusseren Wasserdruckes im Falle von raschem Wasserstandswechsel).

- Extreme Lastfälle : Eigengewicht und (Typ 3) (a) Wasserdruck (See voll), Auftriebsdruck (auf die Gleitflächen, Klüfte, Verwerfungen, etc. wirkend) sowie die entsprechenden Porenwasserdrücke, Erdbebenbeanspruchung, oder (b) Wasserdruck (Seeniveau bei Sicherheitshochwasser), Auftriebsdruck (auf die Gleitflächen, Klüfte, Verwerfungen, etc. wirkend) sowie die entsprechenden Porenwasserdrücke.

4.4 Beschreibung der Einzeleinwirkungen

4.4.1 Eigengewicht

Die Mittelwerte des mit Laborversuchen ermittelten Raumgewichtes sind für die Bestimmung des Eigengewichtes der Materialien zu berücksichtigen. Bei Fehlen von Laborversuchen können im Allgemeinen Standardwerte aus der Literatur angenommen werden.

4.4.2 Wasserdruck

Der Wasserdruck wird mit einem spezifischen Gewicht von 10 kN/m3 berücksichtigt.

4.4.3 Auftrieb

Die Auftriebsdrücke gehen in den Stabilitätsnachweis von Gewichtsmauern sowie von Felskeilen ein.

Es wird empfohlen, den Auftrieb aufgrund einer Strömungsberechnung zu bestimmen, wobei die Gültigkeit der gewählten Hypothesen durch Vergleich der Berechnungsresultate mit den gemessenen Auftriebswerten überprüft werden kann. Besondere Beachtung ist Situationen zu schenken, wo der Auftrieb durch Wasserzirkulation in den Talflanken beeinflusst werden kann. Sind keine entsprechenden Auftriebsmessungen vorhanden, oder befindet man sich in der Projektierungsphase, können alternativ die nachstehenden Auftriebsverteilungen angenommen werden (siehe Beilage 3):

  • Bei Abwesenheit von Injektionsschirm und Drainagen : Dreiecksverteilung (ohne Wasser auf der Luftseite) oder Trapezverteilung (mit Wasser auf der Luftseite), mit Auftriebsdrücken an der Wasser- und Luftseite entsprechend dem jeweiligen hydrostatischen Druck;

  • Bei Vorhandensein eines wasserseitigen Injektionsschirmes ist eine Abminderung des Auftriebsdruckes im Bereich des Injektionsschirmes nur dann zulässig, wenn dessen Wirksamkeit nachgewiesen wird und wenn dies von der Aufsichtsbehörde vorgängig bestätigt worden ist. Im gegenteiligen Fall darf keine Abminderung berücksichtigt werden;

  • Bei Vorhandensein eines Drainagesystems (Drainagestollen, Drainagebohrungen): eine Abminderung des Auftriebsdrucks bis maximal 50% im Bereich der Drainage [Obernhuber 2014, US Army Corps of Engineers 2000] (für einwandfrei funktionierende Drainagen).

4.4.4 Porenwasserspannungen

Die Intensität und Verteilung der Porenwasserspannungen im Inneren von Schüttdämmen, eventuell auch von Sperren aus Mauerwerk oder aus stärker durchlässigem Beton (Betonierfugen etc.), sind anhand einer Berechnung der Strömungs- und Equipotentiallinien zu bestimmen, unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften der Schüttung (insbesondere der Porosität und der Durchlässigkeit unter Einbezug der Anisotropie). Die Berechnungsannahmen sind bei bestehenden Stauanlagen durch Vergleich der Berechnungsresultate mit den gemessenen Werten zu überprüfen.

4.4.5 Variationen der Betontemperatur

Die Variationen der mittleren Betontemperatur und des Temperaturgradienten im Querschnitt von Bogenmauern sind für die Spannungsanalysen zu berücksichtigen. Zwei Zustände sind im Allgemeinen zu betrachten: ein Zustand « Sommer » und ein Zustand « Winter », jedes Mal als Differenz zum ursprünglichen Temperaturzustand der Sperre beim Fugenschluss8. Die mit diesen Zuständen verbundenen Temperaturen entsprechen im Allgemeinen den langfristigen Mehrjahresmitteln der betrachteten Saison. Entsprechend dem Verhalten der Sperre (zum Beispiel bei einer Freilegung des wasserseitigen Fusses der Sperre in einem sehr kalten Winter oder bei Druck auf die Widerlager in einem sehr heissen Sommer) sind Temperaturen, die von den Mehrjahresmitteln weiter entfernt sind, zu berücksichtigen.

Bei Unkenntnis dieser Angabe für bestehende Sperren kann die in der Sperre vorherrschende mittlere Langzeittemperatur verwendet werden.

4.4.6 Erddruck und talseitige Auffüllungen

Erddrücke, die bei der Analyse zu berücksichtigen sind (aktiv, passiv, Ruhedruck), müssen von Fall zu Fall ermittelt werden.

4.4.7 Sedimentbelastung

Den Auswirkungen einer Sedimentbelastung kann im Allgemeinen unter statischer Belastung durch eine Erhöhung des Raumgewichtes des Wassers um 4 kN/m3 Rechnung getragen werden. Dieser Wert kann aufgrund des Sedimenttyps und der Einwirkungsgeschwindigkeit (dynamische Einwirkung) geändert werden. Die zusätzliche Sedimentbelastung kann im Allgemeinen vernachlässigt werden, wenn die Sedimentmächtigkeit gering ist gegenüber der für die Berechnung massgebenden Höhe der hydrostatischen Belastung.9

4.4.8 Erdbeben

Der Erdbebenfall ist gemäss den Angaben in Teil C3 der Richtlinie zu behandeln, ergänzend zu den Angaben im vorliegenden Teil C1.10

4.4.9 Eisdruck

Die Auswirkungen des Eisdruckes sind für Betonsperren zu berücksichtigen, sofern kein aktives System ein Haften des Eises an der Maueroberfläche verhindert (zum Beispiel durch Luftperlanlagen); starke Wasserspiegelschwankungen (zum Beispiel tägliche Füllzyklen) haben den gleichen Effekt. Der Eisdruck spielt im Allgemeinen für die obere Partie von kleineren Sperren eine erhebliche Rolle, ist jedoch vernachlässigbar bei den grossen Stauanlagen. Der Eisdruck kann für die Sperren mit vertikaler oder leicht geneigter Oberfläche wie folgt abgeschätzt werden [ETH 2003], [Obernhuber 2014]: Anlage. Wenn nach dem Rückbau die Unterstellungskriterien nach Art. 2 StAG nicht mehr erfüllt sind, kann die Betreiberin von der Aufsichtsbehörde die Feststellung dieses Sachverhaltes verlangen. Die Stauanlage fällt dann nicht mehr unter die Bestimmungen des StAG.

Eine Wiederherstellung der Stauanlage, nachdem sie rückgebaut wurde, entspricht dem Bau und der Inbetriebnahme einer neuen Stauanlage mit den damit verbundenen, vorgängig notwendigen Genehmigungen.

8 Literaturverzeichnis

Arioglu, N., Canan Girin, Z., Arioglu, E. (2006). Evaluation of ratio between splitting tensile strength and compressive strength for concretes up to 120 MPa and its application in strength criterion. ACI Materials Journal 103(1), 18–24. Bergmeister, K., Suda, J., Hübl, J. & Miklau-Rudolf, F., 2009: Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren, Grundlagen, Entwurf und Bemessung, Beispiele. Ernst und Sohn . ETH Zürich, 2003. Einführung in die Physik aquatischer Systeme, Professur für Umweltphysik, Vorlesungsunterlagen Wintersemester 2003/2004. Fok K-L, Chopra A. K Earthquake Analysis and Response of Concrete Arch Dams, Earthquake Engineering research Center, Report N° UCB/EERC-85/07, pp. 20 - 33 July 1985. Gebäudeversicherungsanstalt des Kantons St.Gallen, 1999: Richtlinie Objektschutz gegen Naturgefahren. Heller Valentin, Hager Willi H., Minor Hans-Erwin, 2009: Landslide generated impulse waves in reservoirs, Basics and computation, VAW_4257 EN, February 27th 2009. ICOLD-EC, 2004: ICOLD European Club, Working Group on Sliding Safety of Existing Gravity Dams, Final Report, 2004. Kupfer H. B., Gerstle K. H. Behaviour of Concrete under biaxial Stresses, Journal of the Engineering Mechanics Division, pp. 853-866, August 1973. Obernhuber, Pius, 2014: Internationale Übersicht über die Anforderungen an die Gleit- und Kippsicherheitsnachweise von Gewichtsmauern, BFE, April 2014. Rickenmann, D., 1995: Beurteilung von Murgängen. Schweizer Ingenieur und Architekt, Nr. 48, pp. 1104-1108. Rickenmann, D., 1999: Empirical relationships for debris flows. Natural Hazards, 19(1), 47- 77. Rickenmann, D., 2008: Lastfälle aus Murgangprozessen – Bemessungsgrundlagen. Herbstkurs der Fachleute für Naturgefahren (FAN), Bellinzona, Schweiz, 17.9.2008. Rickenmann, D. 2016: Methods for the quantitative assessment of channel processes in torrents (steep streams). IAHR Monograph Series, CRC Press/Balkema, ISBN: 978-1-138- 02961-3 (Hbk), ISBN: 978-1-4987-7662-2 (eBook PDF). Salm, B., Zarn, B., Bigger, V., 1987: Schnee, Lawinen und Lawinenschutz; Vorlesung, ETHZ. Schleiss Anton J., Pougatsch Henri, 2011: Les Barrages – Du projet à la mise en service, Traité de génie civil de l'École polytechnique fédérale de Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, Vol. 17. SIA, 2013a: Norm 267, Geotechnik. SIA, 2013b: Norm 267/1, Geotechnik – Ergänzende Festlegungen.

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Beilage 1 Vorgehen zur Verhinderung einer nachteiligen Auswirkung auf die Sicherheit einer Stauanlage durch einen Untertagebau in der Nähe

Beilage 2 Typische zu erfüllende Anforderungen ("Auflagen") vor, während und am Ende der Bauarbeiten

Anforderung (Auswahl) Vor Beginn der Bauarbeiten Schriftliche Mitteilung über den Beginn der Bauarbeiten Bestätigung durch Versuche der für die Nachweise angenommenen Materialeigenschaften Während der Bauausführung (siehe auch Art. 6 Abs. 2 StAV) Aktualisierte Planung der Bauarbeiten und jeweiliger Stand des Baufortschritts Begleitung der Bau- und Injektionsarbeiten durch eine Fachperson (z.B. Geologe, Geotechniker) Eventuelle Betriebseinschränkungen (bei Umbau einer bestehenden Stauanlage) Installation eines Wasseralarmsystems Mitteilung der Ergebnisse der Baukontrollen und der Materialuntersuchungen Mitteilung der Ergebnisse der Injektionsarbeiten Mitteilung über besondere Ereignisse Schriftliche Mitteilung über die Beendigung der Bauarbeiten Nach Abschluss der Bauarbeiten (siehe auch Art. 6 Abs. 3 und Art. 9 StAV) Abgabe eines Abschlussberichtes über die Bauarbeiten mit Fotodokumentation Abgabe der Auswertung der Ergebnisse der Kontrollen und der Materialprüfungen Abgabe der Pläne des ausgeführten Bauwerks Abgabe der geologischen Aufnahmen und ihre Auswertung Abgabe der Auswertung der während der Bauausführung durchgeführten Kontrollen Bei Arbeiten an den Entlastungs- und Ablassorganen: Funktionskontrollen (mit Wasserabgabe) Spezifisch bei Umbauten Referenzmessung vor Beginn der Bauarbeiten (inklusive vollständige geodätische Messung) Schutz der vorhandenen Messeinrichtungen während den Bauarbeiten (speziell der geodätischen Messeinrichtungen) Weiterführung des Messprogrammes, eventuell in verstärkter Weise; Mitteilung der Ergebnisse (an wen, mit welcher Frequenz)

Beilage 3 Übliche Formen der Druckverteilung des Auftriebs

Hw γw

hd hw γw

A B

γ wh w pi pj γ w Hw

Legende A Injektionsschirm B Drainageschirm Messpunkt in der Schnittstelle 𝑝𝑗 Druck ohne Drainageeffekt in der Schnittstelle 𝑝𝑖 Druck mit Drainageeffekt in der Schnittstelle : 𝑝𝑖 = 𝑝𝑗 − 𝑘(𝑝𝑗 − 𝑝𝑚 ), wobei 𝑝𝑚 grösster Wert des Druckes zwischen 𝛾𝑤 ℎ𝑤 und 𝛾𝑤 ℎ𝑑 (entsprechend der Stollenkote) k Abminderungskoeffizient (Drainageschirm)

Nota : i) Es ist mit in-situ Versuchen sicherzustellen, dass die Abstände zwischen den Drainagebohrungen sowie den Injektionsbohrungen angemessen sind, um die angestrebten Ziele zu erfüllen. ii) Die obigen Diagramme finden keine Anwendung bei Spezialfällen, wie Pfeilerkopfmauern, Gewichtsmauern mit erweiterten Fugen oder solchen mit Hohlräumen.

Beilage 4 Definition der drei Klassen von Stauanlagen

Stauanlagenklasse I

Stauhöhe [m] Stauanlagenklasse II

Stauanlagenklasse III 0 250’000 500’000 750’000 1’000’000 1’250’000 Stauraumvolumen [m ]