Bau der 5. Schleusenkammer Brunsbüttel

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Detlef Rothbauer
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1 Christian Puscher, BAW Hamburg Hilmar Müller, BAW Karlsruhe Andreas Beutel-Scholz, WSA Brunsbüttel Bau der 5. Schleusenkammer Brunsbüttel BAWKolloquium Geotechnische Aspekte bei Schleusenbauwerken Hamburg,

2 Nord-Ostsee-Kanal Verbindung zwischen Elbe (Nordsee) und Kieler Förde (Ostsee) Ostsee Länge: 98,7 km Kanalprofil (Strecke) Wasserspiegelbreite (mind.): 162 m Sohlenbreite: ca. 90 m Sohlentiefe: ca. 11 m Nordsee Schleusen Brunsbüttel Seite 2

(Strecke) Wasserspiegelbreite (mind.): 162 m Sohlenbreite: ca.

3 Schleusenanlage Brunsbüttel NOK Große Schleusen (1914) Kleine Schleusen (1895) Schleuseninsel Elbe Seite 3

4 Warum eine neue Schleusenkammer? Probleme mit der Betriebssicherheit der vorhandenen (im Grunde originalen) Antriebssysteme bei Sperrung von Schleusenkammern erhebliche Wartezeiten nach Neubau 5. Kammer Grundinstandsetzung mit Betrieb von zwei großen Schleusenkammern möglich Anzeige der Schleusen-Verfügbarkeit und Wartezeiten (WSA Brunsbüttel) Seite 4

bei Sperrung von Schleusenkammern erhebliche Wartezeiten nach Neubau 5.

5 Lage der neuen Schleusenkammer 5. Schleusenkammer Seite 5

6 Lage der neuen Schleusenkammer Seite 6

7 5. Schleusenkammer Längsschnitt + Draufsicht Kammergröße 360 m x 45 m Seite 7

8 Querschnitt Kammer 5. Schleusenkammer Große Schleuse Seite 8

9 Außenhaupt Seite 9

10 Außenhaupt Seite 10

11 Baugrunderkundung 45 neue Bohrungen mit BDP 6 neue Drucksondierungen 3 GW-Messstellen 9 PWD-Messtellen Seite 11

12 Baugrund Nordseite Klei Schlick Sande mit Kies Geschiebemergel Beckenschluff/ -ton Seite 12

13 Baugrund Südseite Klei Schlick Sande mit Kies Beckenschluff/ -ton Geschiebemergel Seite 13

14 Geologie mnhn jung Auffüllung Schlick Klei, sandig Klei, tonig Torf Schluff Sand, Kies Geschiebemergel Beckenschluff, -ton Steine alt Seite 14

15 Geologie Saale-Eiszeit vor ca Jahren Größte Gletscherverbreitung Saaleeiszeit Brunsbüttel Brunsbüttel Kartengrundlage: Schmidtke, Seite 15

16 Geologie vor ca Jahren Geschiebemergel während der Vergletscherung nachdem das Eis abgeschmolzen ist Foto: A. Heeling Seite 16

17 Geologie vor ca Jahren Schmelzwassersedimente Schmelzwasserrinnen Sander Foto: A. Heeling Seite 17

18 Geologie Beckensedimente vor ca Jahren Foto: A. Heeling Seite 18

19 Geologie Erosionshorizont Sandsturm! Geschiebemergel vor ca Jahren (noch ohne Straße) Foto: A. Heeling Foto: A. Heeling Seite 19

20 Geologie vor ca Jahren Eiszeitliche Böden Sand und Kies Geschiebemergel Beckenschluff und -ton Sand und Kies Geschiebemergel Auffüllung Schlick Klei, sandig Klei, tonig Torf Schluff Sand, Kies Geschiebemergel Beckenschluff, -ton Steine Seite 20

21 Geologie in den letzten ca Jahren Klei Marsch, Flussniederungen Östliches Hügelland regelmäßige Überflutungen Kartengrundlage: Schmidtke, 1995 Hohe Geest Niedere Geest Seite 21

22 Geologie in den letzten ca Jahren Klei Klei das Sediment der Marschen toniger Klei marin geprägt: helle Sandlagen (Sturmflutereignisse) terrestrisch geprägt: humose Lagen, Torf-Linsen Auffüllung Schlick Klei, sandig Klei, tonig Torf Schluff Sand, Kies Geschiebemergel Beckenschluff, -ton Steine Seite 22

23 Geologie heute Auffüllung, Schlick Verfüllung Baugrubenseitenraum Große Schleuse Brunsbüttel Auffüllung Schlick Klei, sandig Klei, tonig Torf Schluff Sand, Kies Geschiebemergel Beckenschluff, -ton Steine Seite 23

24 Porenwasserdruck PWD Klei PWD PWD PWD PWD PWD Sande mit Kies PWD Seite 24

25 Porenwasserdruck Große Schleuse Porenwasserdrücke durch Schleusungen Kleine Schleuse Klei Sande mit Kies Seite 25

26 Grundwassereigenschaften Grundwasser betonangreifend (Ammoniumangriff) Messwert Grenzwert Messungen zu unterschiedlichen Zeiten wg. Thw/Tnw Seite 26

27 Bau der Bestandsschleusen Kleine Schleusen: Baugrundaufschlüsse Seite 27

28 Bau der Bestandsschleusen Kleine Schleusen: Nutzlänge 125 m, Nutzbreite 22 m Seite 28

29 Bau der Bestandsschleusen Große Schleusen: Nutzlänge 310 m, Nutzbreite 42 m, Lage im bebauten Gebiet Seite 29

30 Bau der Bestandsschleusen Große Schleusen: Torbereich Seite 30

31 Bau der Bestandsschleusen Große Schleusen: Kammerbereich Seite 31

32 Bau der Bestandsschleusen Bau der Großen Schleusen: Wasserhaltung, offene Baugrube Seite 32

33 Bau der Bestandsschleusen Bau der Großen Schleusen: Baufeld, Pfahlgründung Seite 33

34 Bau der Bestandsschleusen Bau der Großen Schleusen, Wände Seite 34

35 Bau der Bestandsschleusen Bau der Großen Schleusen: Wände, Sohle Seite 35

36 Bestand und Planung im Querschnitt Große Schleuse 5. Schleusenkammer Kleine Schleuse Seite 36

37 Randbedingungen für den Neubau Bestandsbauwerke -> erschütterungsarm Bauen Quelle: Planungsgemeinschaft Brunsbütteler Schleuse -> GW-Absenkung nicht möglich beengte Platzverhältnisse, Insellage Hochwasserschutz Seite 37

38 Randbedingungen für den Neubau Ammoniumangriff Seite 38

39 Randbedingungen für den Neubau Ammoniumangriff: lösender Angriff durch austauschfähiges Salz Oberflächliche Umwandlung von schwerlöslichen in leichtlösliche Verbindungen Abtrag von leichtlöslichen Verbindungen Austauschfähiges Salz: NH 4+ W Ca 2+ 2 NH 4 Cl + Ca(OH) 2 CaCl NH 3 +2H 2 O löslich [2 NH 4 Cl + CaCO 3 (NH 4 ) 2 CO 3 + CaCl 2 ] löslich löslich Seite 39

40 Rückverankerung Wandverankerung: kein Platz für Ankertafeln keine Rammung normale Verpressanker/Mikropfähle nicht möglich (stärkeres Tragglied erforderlich + lösender Angriff auf Verpresskörper) Sohlverankerung: normale Verpressanker/Mikropfähle nicht möglich (lösender Angriff auf Verpresskörper) Seite 40

41 Rückverankerung durch Düsenstrahlpfahl Verankerungswirkung: x - Düskörperkopf - Düskörpermantel Dauerhaftigkeit: Verzahnung über rauhen Düskörpermantel x x Quelle: Kayser, J., Odenwald, B, Oltmanns, W.: Herstellung der Baugrube für Schleuse Uelzen II mit dichtender Düsenstrahlsohle, Tagungsband Johann- Ohde-Kolloquium 2007 Quelle: Krentz, M: Zur guten fachlichen Praxis des Düsenstrahlverfahrens, geotechnik 38 (2015), Heft Seite 41

42 Pfahlsysteme Mikropfahl Düsenstrahlpfahl Klei Mantelfläche ca. 3,4 m²/m Mantelfläche ca. 0,75 m²/m Sand Verpresskörper (Ø ca. 0,25 m) Geschiebemergel Zeichnungsgrundlage: Stump Spezialtiefbau DSV-Körper (Ø ca. 1,1 m) Seite 42

43 Wandverankerung Einbindung in Kopfbalken Tragglied Rundstahlanker Lastabtrag über Düsenstrahlsäule Seite 43

44 Sohlverankerung Einbindung in UW-Betonsohle Tragglied zugelassener Mikropfahl Lastabtrag über Düsenstrahlsäule Seite 44

45 Rückverankerung durch Düsenstrahlpfahl Anforderungen: Kraftschluss mit Tragglied Beständigkeit / Lastabtrag über Lebenszeit (100 Jahre) hohe Verankerungslasten Seite 45

46 Verankerung durch Düsenstrahlpfahl Für die Wandverankerung Zustimmung im Einzelfall durch BMVI, da kein zugelassenes Zugglied (BAW-Bautechnik + BAW-Geotechnik als Sachverständige) Nachweis der generellen Machbarkeit durch Probesäulen im Vorwege der Ausschreibung Seite 46

47 Herstellung Probesäulen, temporäre Verrohrung OK Gelände Klei Pfahlbohrgerät Bohrdurchmesser 244 mm Überlagerungsbohrverfahren OK Düskörper Sand Geschiebemergel Zeichnungsgrundlage: Stump Spezialtiefbau Seite 47

48 Herstellung Probesäulen, DSV-Körper DSV-Bohrung bis UK Düskörper OK Gelände Klei DSV 1. Durchgang mit w/z 0,8 von unten nach oben OK Düskörper UK Düskörper Sand DSV 2. Durchgang mit w/z 0,5 (Festigkeit) von unten nach oben Geschiebemergel Zeichnungsgrundlage: Stump Spezialtiefbau Seite 48

49 Herstellung Probesäulen, Einbau Tragglied OK Gelände Klei Weiterführung der temporären Verrohrung bis UK Düskörper Austausch gegen Suspension w/z 0,45 (Übergang Tragglied) Einbau Tragglied OK Düskörper UK Düskörper Sand Ziehen der temporären Verrohrung Verfüllung mit Bentonit ab OK Düskörper Geschiebemergel Zeichnungsgrundlage: Stump Spezialtiefbau Seite 49

50 Probebelastung Düsenstrahlpfahl (Rundstahlanker Ø 130 / M160 Länge 33 m) Reaktionspfähle Probebelastung in 9 Laststufen bis Prüflast kn Widerlager auf Bohrpfählen gegründet Seite 50

51 Probebelastung Seite 51

52 Probebelastungen Prüflast von kn erreicht einheitliches Last-Hebungs-Verhalten Kriechmaße von 0,7 bis 1,2 mm in max. Laststufen bleibende Hebungen von 12,7 bis 20,3 mm Seite 52

53 Herstellung Probesäulen Seite 53

54 Tastbohrungen/Kernbohrungen Seite 54

55 Neigungsmessung Seite 55

56 Bohrkern Seite 56

57 Baufeld Seite 57

58 Baufeld Seite 58

59 Torkammerarbeiten Seite 59

60 Logistik Seite 60

61 Ausblick Festlegung Herstellungsparameter Herstellung Probepfähle (Schrägpfähle) Probebelastung... Baubeginn Schleusenkammer Wiederholte Probebelastungen nach jeweils mehreren Jahren Seite 61

62 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg

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