Fährhafen Sassnitz Bodenverbesserung Offshore Terminal Fläche Süd

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1 Fährhafen Sassnitz Bodenverbesserung Offshore Terminal Fläche Süd Dipl.- Ing. H. Chamier - BAUGRUND STRALSUND Ingenieurgesellschaft mbh, Stralsund Dipl.-Ing. J.F. Kirstein und Dipl.-Ing. S. Vogel - BVT DYNIV GmbH, Seevetal Dipl.-Ing. M. Kock - Zerna Baumanagement, Hamburg B. Potschka und H. Sievers - Fährhafen Sassnitz, Rügen Der Fährhafen Sassnitz auf Rügen wird zur Lagerung, Montage und Umschlag von bis zu 300 t schweren Komponenten für die Offshore Windenergie um m² erweitert. Die AR- GE Hafenerweiterung Süd der Firmen Claus Wieben, Colcrete-von Essen und BVT DYNIV wurden dazu von der Fährhafen Sassnitz GmbH beauftragt. Im bis zu 15 m mächtigen Spülfeld war eine tiefreichende Bodenverbesserung erforderlich. Die Umschlagbereiche wurden bis 15 m hinter die rückverankerte Spundwand unter messtechnischer Dauerüberwachung als Rütteldruckverdichtung ausgeführt, um 7,50 m tief mit Drucksondierungen einen Spitzenwiderstand q c = MN/m 2 nachzuweisen. Die Dynamische Intensivverdichtung (DYNIV ) der Hafenerweiterungsfläche erfolgte mit 25 t aus 20 m Höhe. In schluffigen Böden wurden nach Voraushub bzw. als nasse Rüttelstopfverdichtung Säulen mit gröberem Zugabematerial gestopft. Die hohen Qualitätsanforderungen wurden über Kalibrierungsfelder sichergestellt. Die Nachweise erfolgten mit Drucksondierungen und Ménard Pressiometrie nach DIN Der flächendeckende Verdichtungserfolg konnte vertragsgerecht mit einem mittleren Steifemodul E s 50 MN/m 2 dokumentiert werden. Die 3,6 MW Anlagen für den Offshore-Windpark EnBW Baltic 2 können nun sicher umgeschlagen werden. 1. Einleitung [1] Auf der Nord-Ost-Seite der Insel Rügen liegt der Fährhafen Sassnitz, Deutschlands größter Eisenbahnfährhafen. Mit einem Umschlagvolumen von rund 5 Millionen Tonnen pro Jahr zählt der Standort Sassnitz-Mukran zu den fünf größten Häfen an der deutschen Ostseeküste. Seine seegeografische Lage im Nordosten Deutschlands bietet einen schnellen und damit kostensparenden Zugang zu einer Anzahl geplanter und teils im Bau befindlicher Windparks in der südlichen Ostsee. 1

2 2. Konzept und Nutzung der Flächenerweiterung Um den Hafen für den Umschlag und die Montage von Offshore-Windanlagen für Unternehmer weiterhin attraktiv zu gestalten und somit konkurrenzfähig zu bleiben, wurde die ca m² große Hafenerweiterungsfläche Süd zwischen den Liegeplätzen 2 und 4 im Zeitraum von April 2012 bis Juli 2013 ausgebaut. Auf diesem Wege entstanden die Liegeplätze 3 und 3a [1] [1] Abb. 1: Luftbild der Flächenerweiterung 3. Bauablauf Die Erweiterung der Hafenerweiterungsfläche Süd erfolgte in 2 Bauabschnitten: 1. Bauabschnitt: Im Zuge des 1. BA wurde im Jahr 2010 eine ca. 32 m tiefe einfach rückverankerte kombinierte Spundwand hergestellt. Die insgesamt ca. 410 m lange Spundwand fasst eine Fläche von rund m² ein. Diese Hafenerweiterungsfläche wurde im Zuge des 1. BA durch Baggergut unterschiedlichster Kornzusammensetzungen zunächst von der Firmengruppe Rhode Nielsen A/S teilverfüllt. 2

3 2. Bauabschnitt: Die Auftragserteilung an die Zerna Baumanagement GmbH ehemals Zerna Ingenieure (Leistungsphasen 1 bis 9 HOAI sowie örtliche Bauüberwachung und SiGeKo) durch den Fährhafen Sassnitz erfolgte im April Die Arbeiten des 2. BA wurden in insgesamt 3 LOSE aufgeteilt und im April 2012 durch die beauftragten Firmen aufgenommen: Arbeiten ARGE LOS 1: Erdarbeiten, Bodenverbesserung, Herstellung Kaianlage und Verlegung Medienleitungen Claus Wieben: Herstellung Kaianlage und Verlegung Medienleitungen Colcrete v. Essen: Erdarbeiten Dyniv: Baugrundverbesserung (DYNIV sowie Rütteldruck- und Rüttelstopfverdichtung) Arbeiten LOS 2 Fa. SAW: Oberflächenbefestigung, Schottertragschichten und Fahrbahnbeton Arbeiten LOS 3 Fa. EAB: Elektroinstallation und Telekommunikation Besonderheit: Bauablauf: Im ersten Schritt wurde das für die Bodenverbesserungen notwendige Arbeitsplanum hergestellt. Hierbei erfolgte ein lagenweiser Einbau von Frostschutzmaterial bis auf vertraglich vereinbarter Höhe oberhalb des im Vorwege eingebrachten Schüttgutes. Bedingt durch die Inhomogenität und die unzureichende Lagerungsdichte des vorhandenen Spülmaterials wurde zum Erreichen der Planungsziele eine Baugrundverbesserung erforderlich (s. Kapitel 4ff, S. 5 Bodenverbesserungstechniken und Qualitätssicherung ). Die im 1. BA errichtete Spundwand erhielt im Laufe des 2. Bauabschnittes einen Stahlbetonkopfbalken. Dieser hat entlang der Liegeplätze 3 eine Gesamtlänge von ca. 410 m und wurde in fugenloser Bauweise in insgesamt 8 Betonierabschnitten hergestellt. Die Zerna Baumanagement GmbH hat unter anderem den Auftrag auch wegen des technischen Vorschlags zur Herstellung eines fugenlosen Betonholms bekommen. 3

4 Vorteil der fugenlosen Bauweise, besonders in Küstengebieten, ist die besondere Widerstandsfähigkeit des Bauwerkes gegenüber äußeren Einflüssen z.b. durch die Chlorideinträge (z.b. salziges Meerwasser). Um die auftretenden Kräfte innerhalb des Betonholmes ohne Rissbildung abbauen zu können, muss der Bewehrungsanteil eines solchen Bauteiles dementsprechend erhöht werden. Der Bewehrungsanteil pro Betonierblock betrug ca. 350 kg/m³. Abb. 2: Stahlbewehrung Eckbauwerk LP3/ LP3a (5. Betonierabschnitt) Im direkten Anschluss an die Betonierarbeiten erfolgte in den betonierten Abschnitten die Verlegung der Medientrasse (Trink- und Schmutzwasser, Elektroinstallation und Telekommunikation) als Ringleitung entlang des Kaiholmes. Anschließend wurde der Kaiholm mit allen notwendigen Ausstattungselementen ausgerüstet (u.a. Pollern, Steigleitern und Fendern). Parallel zu den Arbeiten des LOSES 1 erfolgten, soweit es der jeweils aktuelle Baufortschritt zuließ, die Arbeiten der LOSE 2 und 3. So wurde direkt nach Abschluss der Bodenverbesserungsarbeiten und dem Erreichen der hierbei vertraglich geforderten Spitzenwiderstände und der Herstellung des in LOS 1 geschuldeten Oberflächenplanums der weitere Einbau von frostsicherem Material durch das LOS 2 bis auf die geforderte Endhöhe durchgeführt. 4

5 Nachfolgend zu den Kanalbauarbeiten entlang des Kaiholmes durch das LOS 1 erfolgten in diesem Bereich fast zeitgleich die Elektroinstallationsarbeiten des LOSES 3 und der Einbau von Fahrbahnbeton auf einer Breite von 2,50 m ab der Kaikante durch das LOS 2. Da in dem Bereich des Fahrbahnbetons der spätere Umschlagbereich des Anlegers sein soll, waren an die spätere Festigkeit des Betons besonders hohe Anforderungen geknüpft, die eine erhöhte Sorgsamkeit und Überwachung beim Einbau erforderlich machten. Bedingt durch die Zeitschiene und die hiermit vielfach parallel laufenden Arbeiten der einzelnen Lose, wurden umfangreiche Koordinierungen notwendig. Dieses beinhaltete fließende Übergaben verschiedener Bautenstände an das jeweilige folgende Los, unter zeitkonformer technischer sowie labortechnischer Prüfungen der zu übergebenden Bauteile. Hierdurch war eine ständige Präsenz der BÜ bzw. der BOL auf der Baustelle erforderlich. 4. Bodenverbesserungstechniken und Qualitätssicherung Für das Bauvorhaben Hafenerweiterung Süd Mukran wurde als Besonderheit eine Baugrundverbesserung des Spülfeldes mit unterschiedlichen Bodenverbesserungstechniken notwendig. Entlang der vorhandenen Spundwand bzw. der Senkkastenkörper wurde als Verfahren der Baugrundverbesserung eine Rütteldruckverdichtung in einem 15,00 m breiten Streifen eingesetzt. Ziel war es, den anstehenden Boden des bis zu 15,00 m tiefen Spülfeldes bis zu einer Teufe von 7,50 m so zu verbessern, dass ein Spitzenwiderstand mittels Drucksondierung von q c = MN/m 2 in diesen Bereichen nachgewiesen wird. Vor Baubeginn wurden Drucksondierungen an markanten Ansatzpunkten entlang der Spundwand ausgeführt. Zum Nachweis des Verfahrens Rütteldruckverdichtung werden weiterhin während und nach den Verbesserungsarbeiten Drucksondierungen in regelmäßigen Abständen durchgeführt. Auf dem Innenfeld der Hafenerweiterungsfläche mit m 2 kam die wirtschaftlichere Dynamische Intensivverdichtung zum Einsatz. Ziel war es, den verklappten und aufgespülten Baugrund so zu verbessern, dass ein mittleres Steifemodul E s 50 MN/m 2 für die zumeist sandige Hinterfüllung erreicht wird. Zum Nachweis sowie zur Kalibrierung des Verfahrens DYNIV werden vor, während und nach den Verbesserungsarbeiten Pressiometermessungen aber auch Drucksondierungen an markanten Ansatzpunkten ausgeführt. 5

6 Anhand dieses Qualitätssicherungskonzeptes konnte ein gleichmäßiger Verdichtungserfolg auf der Gesamtfläche gewährleistet und auf sich ändernde Bodenspezifika bereits in der Produktion reagiert werden. 5. Herstellung der Rüttelduckverdichtung Die Aufgabe der Rütteldruckverdichtung besteht darin, rollige Böden zu verdichten. Unter Einfluss der Schwingungen des Rüttlers erzwingt man eine Umlagerung des Bodens in die gewünschte dichtere Lagerung. Abb. 2: Herstellung der Rütteldruckverdichtung im 15 m Streifen vor der Spundwand Die Herstellung der Rütteldruckverdichtung erfolgt mittels Tiefenrüttler. In Bereichen nahe der Spundwand wurde das Raster der Ansatzpunkte denen der Rückverankerung der Spundwand angepasst, um diese nicht zu beschädigen. 6

7 Der Tiefenrüttler wird mit Wasserspülung auf die Verdichtungstiefe von 7,50 m abgeteuft. Mit Erreichen der Absetztiefe wird die Wasserspülung ausgeschaltet. Die Rütteldruckverdichtung erfolgte unter bestimmten Kriterien, die von den gesammelten Erfahrungen in Kalibrierungsbereichen unterschiedlich wechselnden Baugrundes abhängig sind, d.h. der eigentliche Verdichtungsvorgang wurde an die Erkenntnisse der Probefelder vor Ort angepasst. Abb 4: Detail Tiefenrüttler mit Wasserspülung und Verdichtungstrichter Auf diesem Weg erreichte man einen gleichmäßigen Verdichtungserfolg in den sandigen Schichten der Auffüllung entlang der Spundwand. In schluffigen Formationen wurde mit Materialzugabe im gleichen Verfahren eine nasse Rüttelstopfverdichtung ausgeführt. Die nachgewiesenen Spitzendrücke liegen im Rütteldruckstreifen entlang der Spundwand in dem vertraglich vereinbarten Rahmen von q c = MN/m 2 und beinhalten hier die notwendige Sicherheit für die Errichtung der geplanten Umschlaganlagen. Das Ziel der Rütteldruckverdichtung zur Verbesserung und Homogenisierung der Auffüllung wurde in den verdichtungsfähigen sandigen Bodenformationen somit voll erreicht. 7

8 6. Herstellung der DYNIV auf der Hafenerweiterungsfläche des Fährhafen Sassnitz Die Dynamische Intensivverdichtung wurde in Höhe Oberkante Gelände ausgeführt. Während der Ausführung des DYNIV -Kalibrierungsfeldes erschwerten die aufgrund der Auffüll- bzw. Spültechnik oberflächennah teilweise stark verfestigten Bodenformationen, die eingebrachte Schlagenergie gleichmäßig in die Tiefe von 7,00 m bis 7,50 m zu leiten. Abb. 5: DYNIV -Einheit bestehend aus 3 Großgeräten auf der Verdichtungsfläche Das Erreichen des Verdichtungserfolges war nur unter Zuhilfenahme eines nahezu 2,00 m tiefen Voraushubes und der damit verbundenen Umstellung des Verfahrens möglich. Mit dem Abschluss des DYNIV -Kalibrierungsfeldes entschloss man sich einvernehmlich mit dem Fährhafen Sassnitz, die Produktion der Dynamischen Intensivverdichtung mit einem einheitlichen Voraushub jedes Schlagpunktes der DYNIV über die Fläche von m 2 durchzuführen. Das hieß zunächst, nach einem Voraushub den unteren Bereich und dann schließlich auch den wieder verfüllten oberen Bereich zu verdichten. 8

9 So wurde jeweils nach den erforderlichen Schlägen der Tiefenverdichtung der Trichter wieder aufgefüllt und die neue Phase von Schlägen eingebracht. Abb. 6: Detail DYNIV -Fallgewicht im Voraushub Die eigentliche Ausführung der DYNIV über die Fläche von m 2 geschah im 3-Phasen- System. Dabei wurde jeder Schlagpunkt vorab ausgehoben, verdichtet, verfüllt und nachverdichtet. Dies geschah einheitlich über die komplett zu verdichtende Fläche und mit Materialzugabe konnten auch schluffige Bereiche erfolgreich verdichtet werden. Anhand dieses Qualitätssicherungskonzeptes konnte ein gleichmäßiger Verdichtungserfolg entlang der Fläche von m 2 gewährleistet und auf sich ändernde Bodenspezifika bereits in der Produktion reagiert werden. Dazu wurde die Ménard Presssiometrie nach DIN [2] sowohl vor als auch nach Herstellung der DYNIV zur Kalibrierung und zum Nachweis der Bodenverbesserung im Fährhafen Sassnitz durchgeführt. Mit der Pressiometrie werden In-situ-Messungen der Verformungscharakteristiken im Baugrund ermöglicht. Die Pressiometer-Sonde wird in die gewünschte Tiefe mittels einer Bohrung bzw. einer Rammung abgeteuft. 9

10 Im Vergleich zu anderen Sondierungen, die dem Risiko der Probenstörung bei Entnahme, Transport und Einbau in die Versuchseinrichtung im Labor unterliegen, ist mit dem Bohrlochaufweitungsversuch nach Ménard das große Bodenvolumen um die Sonde nahezu ungestört und die Bodenkennwerte zuverlässig vor Ort zu bestimmen. Dabei wird während der Messungen in regelmäßigen Stufen ein sich steigender Druck aufgebracht und die entsprechende Volumenänderung der Messzelle erfasst. Für die Versuche wird das speziell entwickelte Ménard-Pressiometer verwendet. Die Versuche wurden gemäß der Allgemeinen Anweisung Pressiometer D60 nach DIN [2] durchgeführt und ausgewertet. Abb 7: Pressiometereinheit Über den elastischen Bereich ergibt sich der Ménard-Modul E p und anhand des Bruches der Grenzdrucks P l. Aus diesen beiden Werten wird über vom Boden abhängigen Alpha Faktoren das Steifemodul E s berechnet. Die Ergebnisse der Nachuntersuchung mittels Pressiometrie zeigen, dass die vom Baugrundsachverständigen geforderten Steifemoduli von E s = 50 MN/m² in der sandigen Hinterfüllung erreicht, größten Teils sogar deutlich übererfüllt wurden. Das Ziel der Dynamischen Intensivverdichtung zur Verbesserung und Homogenisierung der Auffüllung wurde in den verdichtungsfähigen sandigen Bodenformationen zuverlässig erreicht. 7. Quellen [1] [2] DIN EN : Bohrlochaufweitungsversuche. DIN Deutsches Institut für Normung,