HydroGeoGutachten_EÜ_VenloerStr.pdf

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Hydrogeologischer Bericht

Erneuerung EÜ Venloer Straße Köln

P-K000882P

Strecke 2630, Bahn-km 1,131

DB InfraGO AG

Brügelmannstraße 16-18, 50679 Köln

DB Engineering & Consulting GmbH

Umwelt- & Geo-Services (FD.TV-W-U-S 1)

Königsberger Allee 28

47058 Duisburg

24.03.2026

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Inhaltsverzeichnis Seite

1 Einleitung ............................................................................................... 5

1.1 Unterlagen ...................................................................................... 5

1.2 Vorgang / Aufgabenstellung .......................................................... 6

2 Standortbeschreibung ........................................................................... 6

2.1 Beschreibung der örtlichen Verhältnisse ....................................... 6

2.2 Allgemeine geologische und hydrogeologische Situation.............. 7

2.3 Überblick Baugrundverhältnisse .................................................... 9

3 Beschreibung des Vorhabens .............................................................. 10

4 Bestimmung Aufstau / Absenkung des Grundwassers ....................... 12

4.1 Ableitung der Randbedingungen.................................................. 14

4.2 Ergebnisse .................................................................................... 15

5 Zusammenfassung ............................................................................... 16

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Abbildungen Seite

Abbildung 1: Lage des Untersuchungsgebietes in Köln-West (rote Raute) /U1/. 6

Abbildung 2: Auszug der geologischen Karte im Bereich des Untersuchungsgebietes (rote Raute) /U10/. .................................... 7

Abbildung 3: Geologischer Schnitt im Bereich des Untersuchungsgebietes (rotes Rechteck) /U10/. ............................................................................. 8

Abbildung 4: Auszug der hydrologischen Karte im Bereich des Untersuchungsgebietes (rote Raute) /U11/. .................................... 8

Abbildung 5: Grundwassergleichen aus dem Jahr 1988 im Untersuchungsgebiet (rote Raute) /U12/. ......................................................................... 9

Abbildung 6: Grundriss des geplanten Bauvorhabens EÜ Venloer Straße /U6/. 10

Abbildung 7: Querschnitt des geplanten Bauwerkes EÜ Venloer Straße /U7/. .. 11

Abbildung 8: Schichtenverzeichnis der Bohrung BK 2 mit Darstellung der Einbindetiefe der Bohrpfähle (rot) /U4/. ....................................... 15

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1 Einleitung

1.1 Unterlagen

Neben den gegenwärtig gültigen Normen, Richtlinien und Vorschriften für Erd- und Grundbau standen für die Erstellung dieses Geotechnischen Berichtes folgende Unterlagen zur Verfügung:

/U1/ Topographisches Informationsmanagement (Internetportal Tim-Online), Bezirksregierung Köln, Abteilung Geobasis NRW, Internetseite: https://www.tim-online.nrw.de/tim-online2/, abgerufen am 17.03.2026.

/U2/ Fachinformationssystem ELWAS, MUNV NRW, Internetseite: https://www.elwasweb.nrw.de/elwas-web/index.xhtml, abgerufen am 17.03.2026.

/U3/ Kartenanwendung NRW Umweltdaten vor Ort (UvO), Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen, Internetseite: https://www.uvo.nrw.de/uvo.html?lang=de, abgerufen: 17.02.2026.

/U4/ Baugrund- und Gründungsgutachten – Ersatzneubau EÜ Venloer Straße in Köln, IBES Baugrundinstitut GmbH, Duisburg, 27.05.2011.

/U5/ Erläuterungsbericht – Erneuerung EÜ Venloer Str. / EÜ Vogelsanger Str. in Köln, DB Engineering & Consulting GmbH, Köln, 18.02.2026.

/U6/ Bauwerksplan Grundriß – Erneuerung EÜ Venloer Str. Köln, DB Engineering & Consulting GmbH, Köln, Juni 2025.

/U7/ Bauwerksplan Schnitte und Ansicht West – Erneuerung EÜ Venloer Str. Köln, DB Engineering & Consulting GmbH, Köln, Juni 2025.

/U8/ Erneuerung EÜ Venloer Str. und EÜ Vogelsanger Str. in Köln – Baustelleneinrichtungs- und Bereitstellungsflächenplan 2, Köln, DB Engineering & Consulting GmbH, August 2025.

/U9/ Stellungnahme – Erneuerung der EÜ Venloer Straße in Köln – Gründung der neuen Widerlager im Einflussbereich des U-Bahntunnels, Dipl.-Ing. Uwe Hopp, Köln, 23.12.2025.

/U10/ Geologische Karte von Nordrhein-Westfalen 1:100.000 - Blatt C 5106 Köln, Geologischer Dienst Nordrhein-Westfalen, Krefeld, 1986.

/U11/ Hydrologische Karte von Nordrhein-Westfalen 1:25000 – Blatt 5007 Köln, Landesanstalt für Wasser und Abfall NW, Essen, 1981.

/U12/ Grundwassergleichen in Nordrhein-Westfalen, Stand April 1988, Maßstab 1:50.000, Herausgeber: Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfallen, 1995.

/U13/ Schneider, G. (1983): Grundwasseraufstau vor Bauwerken bei gleichzeitiger Unter- und Umströmungsmöglichkeit. Die Bautechnik, Heft 11, S.391-394

/U14/ Schneider, G. (1983): Beeinflussung des Grundwasserstromes durch Baumaßnahmen mit Grundwasserdurchleitungen bei gleichzeitiger Umströmungsmöglichkeit. Die Bautechnik, Heft 6, S.189-196. DB Engineering & Consulting GmbH Stand: 27.03.2026 Seite 5 von 16

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1.2 Vorgang / Aufgabenstellung

Zum Erhalt der Streckenverfügbarkeit im Bereich des Bahnhofes Köln-West, ist u.a. die Erneuerung der Eisenbahnüberführung Venloer Straße der Strecke 2630, Bahn- Kilometer 1,131 in Köln geplant.

Für die Widerlager des Brückenbauwerks ist eine Tiefgründung vorgesehen. Hierfür ist die dauerhafte Einbringung von Bohrpfählen notwendig. Es erfolgt ein Eingriff in das Grundwasser.

Die DB Engineering & Consulting GmbH, Abteilung Umwelt- & Geo-Services wurde mit der Erstellung eines hydrogeologischen Berichts beauftragt. Der Bericht beinhaltet die Berechnung des Aufstaus nach Schneider.

2 Standortbeschreibung

2.1 Beschreibung der örtlichen Verhältnisse

Das Brückenbauwerk EÜ Venloer Straße, Strecke 2630, km 1,131, befindet sich unmittelbar im Bahnhof Köln-West. Die Strecke verläuft in diesem Abschnitt in Dammlage. Westlich der Bahnstrecke befindet sich der Innere Grüngürtel. Im Osten des Bauvorhabens liegt der Stadtgarten. Das Bauvorhaben befindet sich etwa 2,0 km westlich des Rheins.

N

Abbildung 1: Lage des Untersuchungsgebietes in Köln-West (rote Raute) /U1/.

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Schutzgebiete

Das Vorhaben grenzt im Westen unmittelbar an das Landschaftsschutzgebiet „LSG Innerer Grüngürtel“ (LSG-5007-0003).

Wasserrechtliche Schutzgebiete sind durch das Vorhaben nicht betroffen.

Die geplante Baumaßnahme befindet sich in keinem vorläufig gesicherten oder festgesetzten Überschwemmungsgebiet. Auch eine Lage in einem Hochwasserrisikogebiet ist nicht gegeben.

2.2 Allgemeine geologische und hydrogeologische Situation

Geologie

Das Bauvorhaben befindet sich regionalgeologisch in der Niederrheinischen Bucht. Die geologische Situation kann der Abbildung 2 entnommen werden. Im Bereich des Untersuchungsgebietes liegen hauptsächlich oberpleistozäne Flussablagerungen der Niederterrasse vor (N). Diese werden im Westen überlagert von Löss bzw. Lösslehm.

Abbildung 2: Auszug der geologischen Karte im Bereich des Untersuchungsgebietes (rote Raute) /U10/.

Im Liegenden sind die Schichten des Oligozäns anzutreffen. Diese bestehen aus Sand, Schluff und Ton, untergeordnet treten Braunkohleflöze auf. Darunter ist der Massenkalk und Plattenkalk des Oberdevon anzutreffen.

Der geologische Schichtenaufbau des Untergrundes ist in Abbildung 3 dargestellt.

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Abbildung 3: Geologischer Schnitt im Bereich des Untersuchungsgebietes (rotes Rechteck) /U10/.

Hydrogeologie

Die hydrogeologischen Verhältnisse im Untersuchungsgebiet sind vom Aufbau des Sedimentationsraumes mit einer charakteristischen Wechselfolge von gut durchlässigen sandig-kiesigen und wenig bis gering durchlässigen tonig-schluffigen Sedimenten geprägt.

Im Untersuchungsgebiet wird das oberste Grundwasserstockwerk aus den Schichten der Niederterrasse und der Unteren Mittelterrasse des Rheins gebildet. Der Aquifer besteht aus Mittel- und Grobkies mit Grobsand, Feinkies und Mittelsand. Bedingt durch ihre Ausbildung als lagenweise abgelagertes fluviatiles Sediment schwankt die Durchlässigkeit in weiten Grenzen. Allgemein wird die Durchlässigkeit als sehr hoch eingestuft. Die Mächtigkeit des Grundwasserleiters liegt bei 10 bis 15 m.

N

Abbildung 4: Auszug der hydrologischen Karte im Bereich des Untersuchungsgebietes (rote Raute) /U11/.

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N

Abbildung 5: Grundwassergleichen aus dem Jahr 1988 im Untersuchungsgebiet (rote Raute) /U12/.

Die Grundwassergleichen sind im Bereich des Untersuchungsgebietes hauptsächlich nach Süden gerichtet und liegen bei rund 40 m NHN (siehe Abbildung 5). Die Hydroisohypsen werden durch den Rhein stark beeinflusst.

2.3 Überblick Baugrundverhältnisse

Zur Feststellung der Baugrundverhältnisse wurden im Zeitraum von November 2010 bis Januar 2011 geotechnische Untersuchungen in Form von Bohrungen durchgeführt.

Die Ergebnisse der Bohrungen können wie folgt herangezogen werden Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.:

Der in den Bohrungen angetroffene Schichtenaufbau entspricht Kapitel 2.2. Dabei sind unterhalb der Auffüllungen des Bahndammes ausschließlich Sande und Kiese aufgefunden worden. Es handelt sich hierbei um die Ablagerungen der Niederterrasse.

Der Grundwasserspiegel wurde im Rahmen der Baugrunderkundung in einer Tiefe von 38,92 m NHN – 38,17 m NHN angetroffen. Gemäß geotechnischen Gutachten ist ein Anstieg des Grundwasserspiegels über 40,0 m NHN nicht zu erwarten.

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3 Beschreibung des Vorhabens

Die EÜ Venloer Straße soll vollständig erneuert werden. Aufgrund der Variantenuntersuchung in der Vorplanung ergibt sich für das neue Bauwerk eine abweichende Konstruktionsart im Vergleich zum Bestand. Die geänderte Überbauform von einem Bogentragwerk auf flachen Überbauten führt zu einer Änderung in der Lastverteilung und Bodenpressung unter den Widerlagerfundamenten. Daher ist eine Tiefgründung der Widerlager notwendig.

Die Tiefgründung der Widerlager erfolgt mit Bohrpfählen, die senkrecht hergestellt und entlang der Widerlager in drei Reihen angeordnet werden. Die Länge der für die Gründung in den Untergrund eingebrachten Bohrpfähle beträgt 14,0 m. Der Durchmesser der Bohrpfähle beträgt 0,90 m. Die jeweils drei Bohrpfahlreihen werden in einem Abstand von 1,79 m zueinander in den Untergrund eingebracht. Der Abstand der Bohrpfähle innerhalb einer Reihe variiert zwischen 0,89 m bis 1,45 m. Die Bohrpfähle binden in einer Tiefe von 32,6 m NHN in den Untergrund ein.

Gemäß Planung liegt die Gründungsebene bei 46,60 m NHN. Der Bauwasserstand liegt bei 40,00 m NHN.

Abbildung 6: Grundriss des geplanten Bauvorhabens EÜ Venloer Straße /U6/.

Um Mitnahmesetzungen zu vermeiden, die sich negativ auf das darunterliegende Tunnelbauwerk auswirken können, werden die Bohrpfähle in etwa 12,0 m langen Mantelrohren hergestellt. Für die Mantelrohre ist, nach aktuellem Planungsstand, eine dauerhafte reibungsmindernde Beschichtung aus PE/PP-, Bitumen- oder Wachsschicht vorgesehen.

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Abbildung 7: Querschnitt des geplanten Bauwerkes EÜ Venloer Straße /U7/.

Entwässerung im Endzustand

Im Endzustand erfolgt die Entwässerung des Brückenbauwerkes, wie im Bestand, über Entwässerungsleitungen an den Mischwasserkanal im Bereich der Straße. Das anfallende Niederschlagswasser wird über ein Freispiegelgefälle zu den Widerlagern geführt und dort über Filtersteine und ein teilporöses Grundrohr der Entwässerungsleitung zugeführt.

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4 Bestimmung Aufstau / Absenkung des Grundwassers

SCHNEIDER beschäftigte sich in zahlreichen Veröffentlichungen mit dem Aufstau von Grundwasser bedingt durch grundwassersperrende Bauwerke /U13//U14/ abgeleitet wurden die Gleichungen zu den Berechnungen der Aufstauhöhe mit Hilfe der Theorie der konformen Abbildung. Durch die Aufteilung des räumlichen Strömungsvorganges in die beiden Teile Unter- bzw. Umströmung und der letztlichen Überlagerung dieser beiden Komponenten ist es SCHNEIDER möglich, verschiedene Berechnungsansätze für beide Strömungsvorgänge anzusetzen.

Mit Hilfe der Eingangsparameter (hydraulischer Gradient, Anströmungswinkel, Bauwerksbreite, hydraulische Durchlässigkeit, wassererfüllte Aquifermächtigkeit und Unterströmungsmächtigkeit) kann nach SCHNEIDER die Wasserspiegeländerung vor einer Spundwand berechnet werden. Diese setzt sich aus den beiden Komponenten Umströmung und Unterströmung zusammen und wird im Einzelnen berechnet. Für die reine Umströmung folgt:

𝑖 ∗ cos𝜗∗ √2 ∆ℎ = ∗ √√(𝑥2 − 𝑦2 +𝑡2)2 +4∗ 𝑥2 ∗ 𝑦2 +𝑥2 − 𝑦2 + 𝑡2 −𝑖 𝑢𝑚 2 ∗𝑥∗ cos𝜗

mit,

i = hydraulischer Gradient [-],

ϑ = Anströmungswinkel des Grundwassers [°],

t = halbe Bauwerksbreite [m],

y = Koordinate [m].

Die Komponente Unterströmung wird wie folgt berechnet:

𝑖 ∗cos𝜗∗2∗𝐻 ∗ 𝑘 𝜋 ∗𝑎 𝑓 ∆ℎ = ± ∗ln[𝑠𝑖𝑛[ ]]+ ∆ℎ 𝑢𝑛𝑡𝑒𝑟𝑠𝑡𝑟 𝜋∗ 𝑘 2∗(𝐻+ ∆ℎ + ∆ℎ 𝐵 0 0,𝐵 𝐵

mit,

k = Durchlässigkeitsbeiwert GWL horizontal [m/s], f

k = Durchlässigkeitsbeiwert GWL vertikal [m/s], 0

a = Restmächtigkeit des Aquifers unter Bauwerk [m],

H = Wassererfüllte Mächtigkeit des Aquifers [m].

Der Druckhöhenverlust (∆ ) und die Wasserspiegelanhebung (∆h ) können hierbei wie hB 0,B folgt bestimmt werden.

𝐻 ∗𝑘 𝐵 𝑓 ∆ℎ = 𝑖 ∗cos𝜗∗[ −1]∗ 𝐵 𝑎∗ 𝑘 2 𝐵

mit,

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B = Bauwerklänge in Fließrichtung [m],

k = Durchlässigkeitsbeiwert unter Bauwerk [m/s]. B

Für Wasserspiegelanhebung wird in einem ersten Schritt ∆h gleich 0 gesetzt und das 0,B Ergebnis ermittelt. In einem nächsten Schritt wird iterativ mit den Ergebnissen weiter gerechnet, bis ∆h konvergiert. 0,B

𝜋∗𝑎 1+cos 𝑖 ∗cos𝜗∗2∗𝐻 ∗𝑎 2∗ (𝐻 + ∆ℎ + ∆ℎ ) 0,𝐵 𝐵 ∆ℎ = ± ∗ln 0,𝐵 𝜋∗ 𝑘 𝜋∗𝑎 0 sin 2∗ (𝐻 + ∆ℎ + ∆ℎ ) 0,𝐵 𝐵

Mit den beiden bestimmten Stauhöhen aus Umströmung und Unterströmung ist es möglich, eine Grundwasserspiegeländerung für das gesamte Objekt zu berechnen. Die beiden Stauhöhen können, ähnlich einem elektrischen System, mit zwei parallel geschalteten Widerständen, behandelt werden und es folgt:

1 1 1 = + ∆ℎ ∆ℎ ∆ℎ 𝑢𝑚𝑠𝑡𝑟 𝑢𝑛𝑡𝑒𝑟𝑠𝑡𝑟

Zur Simulation komplizierterer Strömungen in realen Aquiferen sind analytische Modelle im Allgemeinen nicht geeignet. Hierzu werden numerische Modelle benötigt.

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4.1 Ableitung der Randbedingungen

Aus dem Baugrundgutachten kann abgeleitet werden, dass ein Anstieg des Grundwassers über 40,00 m NHN nicht anzunehmen ist. Aus den Hydroisohypsen aus dem Jahr 1988 gehen für das Untersuchungsgebiet ebenfalls Grundwasserdruckhöhen von etwa 40,00 m NHN hervor (vgl. Abbildung 5) /U12/.

Damit wird ein Grundwasserspiegel von 40,00 m NHN auf der sicheren Seite liegend auch für die Berechnungen verwendet.

Der hydraulische Gradient wurde anhand von Hydroisohypsen im Untersuchungsgebiet (siehe Abbildung 5) abgeleitet und beträgt 0,0004 [-].

Nach aktueller Planung ist eine Maßnahme zu betrachten, die zu einem Aufstau bzw. einer Absenkung des Grundwassers führen kann. Dabei handelt es sich um die für die Tiefgründung eingebrachten Bohrpfähle.

Konservativ wird für die Betrachtung eine Strömung senkrecht zu den Bohrpfählen angenommen (worst-case Betrachtung). Weiter wird angenommen, dass die eingebrachten Spundwände auf ihrer gesamten Länge eine undurchlässige Wand darstellen, die nicht durch das Grundwasser durchströmt werden kann.

Die Berechnung des Aufstaus bzw. der Absenkung erfolgt für die dauerhaft im Untergrund verbleibenden Bohrpfähle anhand des Grundwasserspiegels von 40,00 m NHN.

Die k-Werte und Wasserstände zur Bemessung des Aufstaus wurden Bestandsunterlagen f (/U4/) sowie weitergehender Literatur entnommen.

Da sich der Grundwasseraufstau hauptsächlich in dem Bereich der oberpleistozänen Sedimente befindet, wird als Durchlässigkeitsbeiwert ein Literaturwert von 1,0*10-4 m/s gewählt. Die horizontale hydraulische Durchlässigkeit wurde, aus gutachterlicher Sicht, um den Faktor 10 gemindert.

k = 1,0*10-4 [m/s] f, verti.

k = 1,0*10-5 [m/s] f, horiz

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Abbildung 8: Schichtenverzeichnis der Bohrung BK 2 mit Darstellung der Einbindetiefe der Bohrpfähle (rot) /U4/.

4.2 Ergebnisse

Wie oben beschrieben, wird für einen „worst-case“ angenommen, dass die im Untergrund verbleibenden Bauteile eine geschlossene Wand darstellen und über die gesamte Länge senkrecht angeströmt werden.

Die Unterkante der Bohrpfähle wird für die Berechnung, auf Grundlage der Bauwerkspläne bei 32,6 m NHN angenommen und liegt damit in den oberpleistozänen Sedimenten. Der Bemessungswasserstand wurde bei 40,0 m NHN angenommen. Des Weiteren wurde die Mächtigkeit des Aquifers für die Berechnung mit 15,01 m angenommen.

Die Bohrpfähle werden auf einer Länge von 58,78 m in den Untergrund eingebracht. Es handelt sich hierbei um keine überschnittene Bohrpfahlwand und somit eine „worst- case“-Betrachung.

Aus den oben beschriebenen Randbedingungen und Parametern wurde mit Hilfe der in Kapitel 4.1 dargestellten Berechnung der maximale Aufstau des Bauwerks ermittelt. Es ergibt sich für den Aufstau bzw. auf der Seite, welche im Schatten der Grundwasseranströmung liegt, eine Absenkung von 1,14 cm.

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5 Zusammenfassung

Zum Erhalt der Streckenverfügbarkeit im Bereich des Bahnhofes Köln-West, ist u.a. die Erneuerung der Eisenbahnüberführung Venloer Straße der Strecke 2630, Bahn- Kilometer 1,131 in Köln vorgesehen.

Für die Widerlager des Brückenbauwerks ist eine Tiefgründung mit Bohrpfählen vorgesehen.

Die in den Untergrund eingebrachten Bohrpfähle führen zu einem Aufstau bzw. einer Absenkung von 1,14 cm.

Der resultierende Aufstau bzw. Absenkung in Folge der Einbringung des Bauwerkes in den Untergrund ist minimal und liegt deutlich unterhalb der natürlichen Grundwasserschwankung von rund 2 m.

Aufgestellt:

Duisburg, den 24.03.2026 M.Sc. Alexandra Wzietek DB Engineering & Consulting GmbH

Anlagenverzeichnis

Anlage 1 Übersichtskarte (1:10.000) 1 Blatt

Anlage 2 Lageplan (1:5.000) 1 Blatt

Anlage 3 Aufstau nach Schneider 1 Blatt

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