SPARSCHLEUSE ROTHENSEE

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1 SPARSCHLEUSE ROTHENSEE ARGE Schleusenanlage Rothensee DILLINGER STAHLBAU GMBH

2 SPARSCHLEUSE Auftrags-Daten: Submission: 15. Januar 1997 Angebote: 11 Bietergruppen Beauftragung: 14. April 1997 Auftragssumme: brutto 160 Mio DM Bauzeit: ca. 43 Monate Ende 2000 Einleitung Die Schleusenanlage Rothensee gehört zum Wasserstraßenkreuz Magdeburg, das als Bestandteil des Verkehrsprojektes Deutsche Einheit Nr. 17 den Ausbau der Wasserstraßenverbindung Hannover- Magdeburg-Berlin zum Inhalt hat. Das Wasserstraßenkreuz besteht neben der Schleusenanlage Rothensee aus der Kanalbrücke über die Elbe, der Doppelsparschleuse Hohenwarthe sowie den verbindenden Kanalstrecken. Die Anbindung des Mittellandkanals an die Magdeburger Häfen und an die Elbe erfolgt bisher über das Schiffshebewerk Rothensee und den in südlicher Richtung führenden Rothenseer Verbindungskanal. Um diese Anbindung künftig auch für den Verkehr mit Großmotorgüterschiffen und Schubverbänden zu ermöglichen, wird westlich des bestehenden Schiffshebewerkes die neue Schleuse Rothensee errichtet. Die mit Sparbecken versehene Schleuse hat eine maximale Hubhöhe von rund 18 m. Am Unterhaupt ist wegen der stark wechselnden Wasserstände der Elbe ein rund 22 m hohes Stemmtor vorgesehen. Auf dem Steuerstand wird eine überdachte Aussichtsplattform, die für den Besucherverkehr freigegeben wird, errichtet. Diese ist über eine außenliegende Stahltreppenkonstruktion zu erreichen. Beauftragung An der Submission zum Neubau der Schleuse Rothensee am 15. Januar 1997 beteiligten sich 11 Bietergruppen. Die später beauftragte Bietergemeinschaft bestand aus den Firmen Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft (Magdeburg), DSD Dillinger Stahlbau GmbH (Saarlouis), Joh. Wacht GmbH & Co (Konz-Könen) und Hydro Wasser- u. Tiefbau GmbH (Emmerich) und belegte bei der Submission den ersten Platz. Sie legte 36 Sondervorschläge, Alternativen und Varianten vor, die größtenteils auch untereinander zu kombinieren waren. Nach sorgfältiger Prüfung der Angebote beauftragte das Wasserstraßen-Neubauamt am davon 1 Sondervorschlag, 8 Alternativen und 5 Varianten. Die beauftragte Bauleistung beläuft sich auf brutto 160 Mio DM. Die technische und kaufmännische Federführung liegt in den Händen von Bilfinger + Berger. Mit den Bauarbeiten wurde am begonnen, das Bauende ist für Ende 2000 geplant. Die Inbetriebnahme der Gesamtanlage und die Verkehrsfreigabe wird im Frühjahr 2001 sein. Eine funktionsfähige Hochwasserentlastung muß nach 39 Monaten zur Verfügung gestellt werden, damit im Zuge der Baumaßnahme»Kanalbrücke«das alte Widerlager West abgebrochen werden kann. Wasserstraßenkreuz nach dem Ausbau Querschnitt Schleusenmitte Schleuse Niegripp vorhandene GOK Schleusenkammer Sparbecken Mittellandkanal Schleuse Rothensee Kanalbrücke Elbe Elbe-Havel-Kanal Doppelschleuse Hohenwarthe 43,00 m I II III Magdeburg Geschiebemergel 56,00 m NN Mittellandkanal Schnittdarstellung Kanalbrücke Doppelschleuse 900 m Hohenwarthe 37,45 m NN Septarienton Elbe Elbe-Havel-Kanal Pumpkanal Herstellung eines Ortbetonrammpfahles Querschnitt Zulaufbauwerk vorhandene GOK Schleusenkammer Sparbecken 43,00 m I II III Geschiebemergel Septarienton 2 Pumpkanal

3 ROTHENSEE Sondervorschläge Gründung der Sparbecken Östlich der Schleusenkammer sind 3 Sparbecken angeordnet, die in ihrer Höhe versetzt sind. Sie sind jeweils 171 m lang, 15,5 m breit und in der Mitte durch eine Tauchwand unterteilt. Für die Herstellung der Becken war ein umfangreicher Bodenaustausch, die Anordnung von Spornen sowie eine Bodenverbesserung durch Tiefenverdichtung vorgesehen, da das anstehende Auelehm-Paket keine ausreichende Tragfähigkeit besitzt. Durch die Gründung der Sparbecken auf Ortbetonrammpfählen kann auf all diese Maßnahmen verzichtet werden Bodenmanagement Folgende Änderungen wurden beauftragt: - Durch ein Querschott am Ende des unteren Vorhafens konnten die Arbeiten dort vollständig im Trockenen ausgeführt werden. - Statt eines Verbaus zur Herstellung der Kammersohlen und der Häupter wurden diese in einer geböschten Baugrube errichtet. - Durch Einsatz eines besonders starken Rüttlers für die Tiefenverdichtung unter dem Pumpkanal und unter dem oberen Einfahrtsbereich wurde das Raster von 4 m 2 auf 9 m 2 vergrößert. - Auf ein Zwischenlager außerhalb des Baufeldes konnte verzichtet werden. Das gesamte Baufeld zur Herstellung der Kammerschleuse wird mit einer m langen und 12 bis 16 m tiefen umschlossen. Die Stärke der beträgt 60 cm. Sie bindet 3,0 m in den Geschiebemergel oder 1,5 m in den Septarienton ein. Bauzeitverkürzung Durch entsprechenden Schalungs-, Geräte- und Personaleinsatz im Bereich der Erd- und Betonarbeiten konnte dem Wasserstraßen-Neubauamt eine um 17 Monate kürzere Bauzeit als ausgeschrieben angeboten werden. Die hiermit verbundene Fertigstellung der Hochwasserentlastung nach 39 Monaten fand bereits ihren Niederschlag in der Ausschreibung für die Kanalbrücke. Betontechnologie In der Ausschreibung wird die Verwendung des Zementes CEM III / B 32,5 NW HS (HOZ-Zement) für massige Bauteile gefordert. Bei anderen Schleusen im Bundesgebiet (z.b. Schleuse Berching) wurden gute Erfahrungen gemacht mit dem Zement CEM I 32,5 R (Portlandzement). In Verbindung mit einer wärmedämmenden Nachbehandlung der Betonoberfläche kommt dieser Zement für die Kammerwände zum Einsatz Auftrags-Daten: Amtsentwurf kombiniert mit - 1 Sondervorschlag - 8 Alternativen - 5 Varianten Betroffene Bereiche: - Gründung - Bodenmanagement - Bauzeit - - Stahlwasserbau - Betontechnologie - Verbau Baustelle Mai 1999 Grundriß Schleuse Spundwand im unteren Vorhafen Betonarbeiten Kammerwand Baustelle Mai 1999 Silos zur Herstellung der 3

4 SPARSCHLEUSE Aushubmassen: m 3 Verfüllmassen: m 3 Oberboden: m 3 Sohldichtung: m 2 Deckwerk: m 2 Rüttelstopfverdichtung: m 3 Bodenmanagement Im Zuge der Baumaßnahme mußten insgesamt 2,0 Mio m 3 Erde bewegt werden. Etwa ein Drittel wurde im Baufeld im Bereich der Schleusenbaugrube und des unteren Vorhafens ausgehoben. Dieser Aushub sollte getrennt nach Bodenarten (Lehm, Sand und Mergel) als Dichtung, Hinterfüllung oder Auffüllung wieder eingebaut werden. Durch eine detaillierte Bauablaufplanung ist es gelungen, diese Arbeiten ohne Zwischenlagerungen des Bodens durchzuführen. Für den anzuliefernden Boden wurde der Wasserweg gewählt, da die anzulegenden Baustraßen durch den Antransport anderer Baustoffe (Beton, Steine, usw.) weitestgehend ausgelastet waren. Den Wassertransport führte die Deutsche Binnenreederei mit ihren Schubeinheiten aus. Der Umschlag Wasser/Land erfolgte im Bereich des oberen Vorhafens auf der Südseite des vorhandenen MLK-Dammes. Hierbei war die Standsicherheit des Dammes und der Schutz der vorhandenen Sohldichtung zu gewährleisten. Entsprechende Maßnahmen im Bereich der Böschung und Sohle, sowie der Einsatz eines Pontons waren erforderlich. Bedingt durch den Höhenunterschied von bis zu 16 m zwischen dem Wasserspiegel des Mittellandkanals und dem Baufeld der Schleuse, mußte das Gelände unterhalb des oberen Vorhafens um ca. 10 m aufgebaut werden. Um den geplanten Baufortschritt zu erreichen, wurden bis zu to Boden pro Tag geladen, über Wasser transportiert, umgeschlagen und lagenweise wieder eingebaut. Anschließend erfolgte der Einbau der Sohldichtung bestehend aus einer Tondichtung, Schutzschicht, Geo-Textil und Wasserbausteinen. Im Bereich der Schleusenbaugrube und des unteren Vorhafens der Schleuse konnte durch die Umschließung der Baugrube mit einer bzw. Einbau einer als Querschott am Ende des unteren Vorhafens der Aushub im Trockenen hergestellt werden. Die Nassbaggerarbeiten im Übergangsbereich zwischen dem unteren Vorhafen und dem Elbe-Abstiegskanal wurden mit Stelzenpontons durchgeführt. Die mit Unterwassersichtgerät ausgerüsteten Hydraulikbagger gewährleisten ein ebenes Planum zum Ausbau der Sohle. Die Arbeiten wurden von der ARGE Erdbau Sparschleuse Rothensee bestehend aus den Firmen Joh. Wacht GmbH & Co (Konz-Könen) und HYDRO Wasser- und Tiefbau GmbH (Emmerich) ausgeführt. Unter dem oberen Einfahrtsbereich sowie unter dem westlich der Schleusenkammer verlaufenden Pumpkanal wurde eine Rüttelstopfverdichtung ausgeführt. Hierbei kam ein besonders intensiver Rüttler zum Einsatz. Das Raster der Rüttelsäulen konnte mit 9 m 2 gegenüber der Ausschreibung vergrößert werden. Die Vorgaben der Ausschreibung wurden an jeder Stelle eingehalten. Anschluß des unteren Vorhafens an den Elbe-Abstiegskanal, Mai 1999 Erdarbeiten im oberen Vorhafen Erdarbeiten im oberen Vorhafen 4

5 ROTHENSEE Die umschließt das gesamte Baufeld für die Kammerschleuse vom oberen Einfahrtsbereich bis hinter die Auslaufblöcke. Die schließt die Baugrube nach außen ab, sodaß im Zuge der Grundwasserabsenkung innerhalb der Baugrube keine Wasserentnahme aus dem Barleber See oder dem Elbe-Abstiegskanal erfolgt. Bei einer geforderten Abwicklung von ca m und einer erforderlichen Tiefe von 12 bis 23 m hätten gemäß Ausschreibung m 2 mit einer Stärke von d = 80 cm hergestellt werden müssen. Die Unterkante der sollte an jeder Stelle mindestens 1,5 m in den Septarienton einbinden, um eine Unterströmung des Grundwassers zu verhindern. Die Durchlässigkeit des Septarientons war mit k f 1 x bis k f 6 x m/sec angegeben. Die Anforderungen an die nach 28 bzw. 56 Tagen waren mit k f 1 x 10 9 bzw. k f 1 x m/sec definiert. Bereichsweise, insbesondere im nördlichen Teil der Baugrube, steht ein Geschiebemergel an, der seinerseits eine Durchlässigkeit von k f 1 x m/sec aufweist. Hier ist allerdings mit Rinnen aus Sand und Kies mit einer Stärke von bis zu 1,5 m zu rechnen. Die stärke wurde auf 60 cm reduziert und gleichzeitig der Geschiebemergel als untere dichtende Schicht herangezogen. Hiermit war eine auf 3,0 m erhöhte Einbindung der in den Geschiebemergel verbunden, um eventuelle Rinnen von bis zu 1,50 m Stärke abzudecken. Mit diesen Maßnahmen konnte die fläche und das insgesamt hergestellte volumen erheblich reduziert werden. Die Aushubtiefe verringerte sich auf 16 m. Die wurde mittels Schlitzwandgreifer im Pilgerschrittverfahren hergestellt. Für die Herstellgenauigkeit der jeweiligen Aushublamellen brachte der verwendete Greifer mit einer Bauhöhe von 10 m und einem Gewicht von 16 to erhebliche Vorteile. Jede Lamelle wurde mittels elektronischer Vermessung genau dokumentiert. Die verwendete Einphasenmasse wurde als Fertigprodukt auf die Baustelle geliefert und mit der von Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft entwickelten vollautomatisch arbeitenden Wiegemischanlage zur masse aufgeschlossen. Das verwendete Fertigprodukt besteht im wesentlichen aus hydraulischen Bindemitteln, Bentonit und Wasser. Die Anforderungen an die masse mit k f 1 x m/sec und einer einaxialen Druckfestigkeit von q U 300 kn/m 2 wurden auf der gesamten Wandfläche eingehalten. Ausführung: Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft Spezialtiefbau Essen Gesamtlänge: m fläche: ca m 2 Querschott UVH: 930 m 2 Maximale Aushubtiefe: 16 m Baufeld Mitte 1997 Geotechnischer Längsschnitt, Schleusenachse (überhöht) Silos zur Herstellung der Oberer Vorhafen Schleusenkammer Oberhaupt Unterhaupt Unterer Vorhafen Geschiebemergel Septarienton Geotechnischer Querschnitt, Sparbeckenzulauf Nord (überhöht) Raupenbagger im Einsatz Gelände nachher Gelände vorher I II III Geschiebemergel Septarienton 5

6 SPARSCHLEUSE Ausführung: F+Z Baugesellschaft Hamburg (Tochterunternehmen von Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft) System: VIBRO Durchmesser der Pfähle: 58 cm Anzahl der Pfähle: 739 Stück Gesamtlänge der Pfähle: m Bewehrungsgehalt: ca. 30 bis 35 kg/m Stahlrammpfähle: PSp 600 und PSp 900 ca. 530 m 28 Stück Ortbetonrammpfähle Die Sparbecken I bis III und die zugehörigen Zuläufe sind auf Ortbetonrammpfählen im Sinne der DIN 4026, 2.4 (Spezialpfahl) gegründet. Der Pfahl kann in allen Lockergesteinen, auch bei Überlagerungen von bindigen, weichen bis festen Böden oder Bauschutt oder ähnlichen Auffüllungen hergestellt werden. Als Trägergeräte werden Raupenbagger eingesetzt (z. B. Liebherr 872 HD). Diese Geräte haben hydraulische Rammeinrichtungen, die aus bis zu 45 m langen Mäklern, Verschiebebühnen, Rammbären und Offshore-Rammbären mit Energiestationen bestehen. Es können Pfähle bis zu einer Neigung von 4:1 in allen Richtungen hergestellt werden. Die maximale Pfahllänge beträgt 30 m. Der Ortbetonrammpfahl sollte mindestens 3,0 m tief in den ausreichend tragfähigen Baugrund einbinden. Als tragfähiger Baugrund im Sinne der DIN-Normen für Pfahlgründungen sind mindestens mitteldicht gelagerte Sande ab ca. 10 MN/m 2 und bindige Bodenschichten in annähernd halbfester Konsistenz zu betrachten. Die äußere Tragfähigkeit ist wie bei anderen Pfählen auch von den speziellen Baugrundverhältnissen in der Gründungstiefe abhängig. Sie erhöht sich dadurch, daß beim Herstellungsvorgang der Boden des Gründungsbereiches seitlich verdrängt wird. Die endgültige Pfahllänge für die sichere Ableitung einer äußeren Last ergibt sich durch Einhaltung objektbezogener Rammkriterien (Einbindelänge, Schlagzahl, Eindringtiefe pro Endhitze). Diese Rammkriterien werden in Zusammenarbeit mit dem Bodengutachter erstellt und nach den ersten Proberammungen ggf. angepaßt. Wird zu Beginn der Rammarbeiten eine Probebelastung durchgeführt, so werden aus den Meßwerten Traglast, Rammenergie und Absetztiefe des Probepfahles die Kriterien für die folgenden Pfähle entwickelt und festgelegt. Aufgrund von ausgeführten Probebelastungen wurde eine Tragfähigkeit von 2,0 bis 2,5 MN je Pfahl ermittelt. Die innere Tragfähigkeit wird nach DIN 1045 ohne Knickgefahr nachgewiesen. Zusätzlich zu senkrechten und geneigten Ortbetonrammpfählen kamen im Bereich der Zuläufe einige geneigte Stahlrammpfähle zur Ausführung. Diese bestanden aus Profilen PSp 600 und PSp 900. Sie leiten die auftretenden Horizontalkräfte sicher in den Boden ein. Innere Tragfähigkeit Herstellung eines Ortbetonrammpfahles Herstellphasen eines Ortbetonrammpfahles ➀ Fußplatte auf Maß verlegen, Vortreibrohr ansetzten. ➁ Einrammen des Vortreibrohres mittels Kopframmung auf erf. Tiefe. ➂ Einbau des Bewehrungskorbes. Füllen des Vortreibrohres mit Beton bis OK. Rohr. ➃ Einhaken der Ziehseile am Rohrkopf. Ziehen des Rohres bei leichten kontinuierlichem Schlagen. ➄ Herstellen des Unterbetons. Kappen des Pfahlkopfes. Herrichten der Anschlußbewehrung. Herstellung eines geneigten Pfahles Beurteilung der Pfahl-Tragfähigkeit 6

7 ROTHENSEE Spundwände Die Spundwand- und Verankerungsarbeiten wurden von der Firma Maagh Leitungsbau GmbH aus Bonn (Tochterunternehmen der Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft) ausgeführt. In den oberen, nicht bindigen Schichten wurden die Spundbohlen mittels Vibration eingebracht. Bei Erreichen des in ca. 15 m Tiefe anstehenden Septarientons wurde das Einbringverfahren auf schlagendes Rammen umgestellt. Im oberen Vorhafen wurden als Sickerwegverlängerung unter der Stahlbeton-Winkelstützwand Profile LX12 D mit einer Länge von 5,00 m sowie als Uferwand Profile 20W D in Längen von 13,25 m eingebracht. Der untere Vorhafen hat als Uferspundwand Profile 20W D in Längen von 17,80 m und als Ankerwände Profile LX25 D in Längen von 3,00 bis 5,00 m. Insgesamt wurden to oder m 2 Spundwand des Herstellers British Steel eingebaut. Die Spundwand ist im oberen Vorhafen als einfach abgestützte Wand ausgebildet, wobei die Reaktionskräfte über Gurte aus Doppel-U-Profilen und MV-Pfähle (Mantel-Verpreß-Pfähle) in den Boden abgeleitet werden. Im unteren Vorhafen ist die Spundwand wegen des höheren zu überbrückenden Geländesprunges zweifach abgestützt. Die Stützkräfte werden über Gurte aus Doppel-U-Profilen und Rundstahlanker in Ankerwände eingeleitet. Insgesamt wurden im oberen und unteren Vorhafen m Gurte und m Rundstahlanker DN 70 bis DN 110 mm eingebaut. Im oberen Vorhafen mußte ein statisches System gewählt werden, das die Reaktionskräfte der Spundwand bei den zu erwartenden sehr unterschiedlichen Bodenverhältnissen sicher in den Boden ableitet. Außerdem mußten die vorgefertigten Pfähle innerhalb einer kurzen Sperrpause zuverlässig eingebaut werden können. Daher wurden MV-Pfähle vorgesehen, die unter 30 0 geneigt eingebracht wurden. Hierfür kam ein eigens für dieses Bauverfahren konstruierter Schwingmäkler und ein Schnellschlagbär SB 270 zum Einsatz. Durch Variation der Verpreßmenge erfolgte die Anpassung an die unterschiedlichen Bodenverhältnisse. Insgesamt wurden 110 Stück MV-Pfähle aus HEB 300 mit einer Länge von 13,30 m eingebaut, um die Horizontallasten aus der Spundwand sicher in den Boden einzuleiten. Spundwand im unteren Vorhafen Ausführung: Maagh Leitungsbau, Bonn (Tochterunternehmen von Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft) Spundwandmenge: to m 2 Rundstahlanker: m d = 70 bis 110 mm MV-Pfähle: 110 Stück HEB 300 Länge 13,30 m Oberer Vorhafen Trägergerät Herstellunt eines MV-Pfahles 57,60 m BWu MLK = 55,90 m Rammverpressanker 51,90 m Sohlsicherung Stahlspundwand mit Schloßdichtung UK Spundwand 44,30 m Unterer Vorhafen Spundwand im unteren Vorhafen Mole mit Verankerung 46,05 m BWo = 45,05 m Rundstahlanker Auffüllung BWu = 39,80 m 35,60 m Sohle mit Kolkschutz Stahlspundwand UK Spundwand 28,20 m 7

8 SPARSCHLEUSE Baubeginn: Bauende: Ende 2000 Technische Federführung: Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft Kaufmännische Federführung: Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft Bauabwicklung Im April 1997, unmittelbar nach der Auftragserteilung, wurde mit der sehr umfangreichen technischen Bearbeitung aller für die Gesamtmaßnahme erforderlichen Bauwerke begonnen. Der Baustelleneinrichtung und der Grundvermessung folgten die ersten Erdarbeiten wie Oberbodenabtrag, Abtrag der Halden und Wiedereinbau der Erdmassen als Auffüllung für die Sparbecken sowie Auelehmabtrag und Zwischenlagerung auf einer Deponie im Baufeld. Am 19. Juni 1997 erfolgte der offizielle Startschuß für die Sparschleuse Rothensee und für das Wasserstraßenkreuz in Form eines»ersten Spatenstiches«unter Beteiligung des Bundesverkehrsministers. Im Anschluß an die vorlaufenden Erdarbeiten wurde die 60 cm starke als Baugrubenumschließung für das gesamte Schleusenbauwerk hergestellt. Sie erstreckt sich über eine Länge von m. Es wurden Lamellenlängen von bis zu 14 m bei einer Lamellentiefe von bis zu 16 m ausgeführt. Zwei Wochen nach Fertigstellung der wurde der Grundwasserspiegel mittels Pumpen abgesenkt. Die erwies sich als so dicht, daß nach der Grundwasserabsenkung zur Wasserhaltung der Baugrube nur noch eine Pumpe zum Abführen von Tagwasser erforderlich war. Im Bereich des Pumpkanals und des Einlaufbauwerkes wurde zur Bodenverbesserung eine Tiefenverdichtung mit Tiefenrüttlern ausgeführt. Durch den Einsatz eines neu entwickelten stärkeren Rüttlertyps war es möglich, die Rasterfläche der Rüttelsäulen von 4 m 2 auf 9 m 2 zu erhöhen. Nach Fertigstellung der mit Grundwasserabsenkung und der Tiefenverdichtung wurde mit dem Baugrubenaushub für das Schleusenbauwerk begonnen. Der Erdaushub wurde als Auffüllung in den Bereichen des oberen Vorhafens und der Sparbecken wieder eingebaut. Parallel zu diesen Arbeiten wurden die Spundwände des oberen und unteren Vorhafens gerammt und verankert. In den Vorhäfen bilden die Spundwände die sichtbar bleibende Uferwand. Weitere Spundwände übernehmen die Aufgabe einer zusätzlichen Sickerwegverlängerung unterhalb der Betonbauwerke wie Pumpwerk und Winkelstützwand. Im Gegensatz zur Ausschreibung, in der eine teilgeböschte Baugrube mit einem Baugrubenverbau im Bereich der 5 m starken Kammersohle vorgesehen war, wurde von der Arbeitsgemeinschaft eine komplett geböschten Baugrube ohne Baugrubenverbau realisiert. Betonarbeiten im oberen Vorhafen Schalung Winkelstützwand Querschnitt Oberer Vorhafen Winkelstützwand Dammschüttung 57,60 m Sohlsicherung BWu = 55,90 m 51,90 m 49,50 m 44,40 m Dammfussfilter Aushubebene Auelehm Dichtkörper Sickerwegverlängerung Spundwand, L = 5,00 m Unterstützungskonstruktion Betonage Unterhauptsohle Mai 1998 Bewehrung Unterhauptwände 8

9 ROTHENSEE Nachdem die Baugrube bis auf das Niveau der Kammersohle ausgehoben war, konnte mit der Ausführung der Stahlbetonarbeiten begonnen werden. Die Sohlen der Kammer wurden in Elementschalung erstellt. Bei den bis 4,35 m hohen Wandabschnitten der insgesamt 22 m hohen Kammerblöcke kommt eine Kletterschalung zum Einsatz. Die einzelnen Kammerblöcke werden im Pilgerschrittverfahren hergestellt. Zeitgleich zu den Betonarbeiten in der Kammer wurde die Winkelstützwand im oberen Vorhafen ausgeführt. Sobald die Stützwand fertiggestellt war, konnte der Revisionsverschluß Oberwasser gesetzt werden. Eine 6-wöchige Sperrpause innerhalb eines Teilabschnittes des Mittellandkanals wurde genutzt, um den Anschluß des oberen Vorhafens an den Mittellandkanal im Trockenen herzustellen. Mit der Füllung des leergepumpten Abschnittes des Mittellandkanals wurde auch der obere Vorhafen geflutet. Die Sparbecken einschließlich der Sparbeckenzuläufe werden auf Ortbetonrammpfählen gegründet. Die Pfähle der Einläufe wurden parallel mit den Stahlbetonarbeiten im Kammerbereich hergestellt. Nach Fertigstellung der Betonarbeiten für die Zuläufe und die Maschinenhalle und Wiederverfüllung dieser Bereiche werden die Pfähle unter den Sparbecken gerammt, so daß anschließend die Sparbecken hergestellt werden können. Zu den weiteren zeitgleich laufenden Betonarbeiten zählen das Pumpwerk, der Pumpkanal, die Sparbeckenzulaufkanäle, der untere Vorhafen und das Schleusenbetriebsgebäude. Im Anschluß an die Betonarbeiten werden die Stahlwasserbauteile und die Ausrüstungsteile montiert sowie die Ausbauarbeiten im Schleusensteuerstand durchgeführt. Im Nachgang zu den Betonarbeiten erfolgt die abschnittsweise Hinterfüllung der Bauwerke. Nach Fertigstellung des unteren Einfahrtsbereiches kann die Brücke aus Spannbetonfertigteilen montiert werden. Zum Abschluß folgen die Geländemodellierung und die Wiederandeckung mit Mutterboden, Ansaat und Aufforstung. Die Schleusenkammer mit den Häuptern sowie den Anschlüssen an die Vorhäfen und die Maschinenhalle müssen im August 2000 fertiggestellt sein. Zu diesem Zeitpunkt muß die Hochwasserentlastung des Mittellandkanals über die Schleuse Rothensee in Betrieb gehen, damit das bestehende Entlastungsbauwerk am stumpfen Ende des Mittellandkanals vor der Elbe abgebrochen werden kann. Dieser Termin ist der Zwangspunkt für die Fortführung der Arbeiten an der Kanalbrücke. Nach Abschluß der Bauarbeiten Ende 2000 werden über m 3 Beton mit ca to Bewehrung verarbeitet sein. Beton: m 3 Schalung: m 2 Bewehrung: ca to Bewehrungsgehalte: Oberhaupt: 96,5 kg/m 3 Unterhaupt: 113,5 kg/m 3 Kammer: 127,3 kg/m 3 Sparbecken: 138 kg/m 3 Stützwand OV: 106,2 kg/m 3 Betonage Unterhauptsohle Mai 1998 Schalung Kammerwand Kletterschalung Kammerwände Schalung Kammerwand 5. Takt 4. Takt 3. Takt Betonierfuge 2. Takt Betonierfuge 1. Takt Baustelle im Juli 1999 Unterhaupt und Steuerstand Baustelle im Juli

10 SPARSCHLEUSE Auftrags-Daten: Ausführung: GGB Gesellschaft für Geomechanik und Baumeßtechnik mbh Extensometer: 6-fach Extensometer Betondehnungsmessung: Prinzip Schwingsaite (System Maihak) Setzungen Unterhaupt u Bauwerksmessungen Die Überwachungsaufgaben des Wasserstraßen- Neubauamtes umfassen unter anderem Setzungsmessungen mittels Extensometer, Temperaturmessungen während der Beton-Abbindephase und, in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Wasserbau, Betondehnungsmessungen. Der Untergrund ist gekennzeichnet durch mächtige bindige Schichten, die aufgrund des relativ geringen Steifemoduls setzungsempfindlich sind. Er besteht im wesentlichen aus Geschiebemergel- und Septarientonschichten. Durch die gewählte Gründungsart des Bauwerkes auf durch Fugen getrennte Bodenplatten sind Setzungen und gegenseitige Verschiebungen der Bauteile zu erwarten, die infolge der Konsolidierungsvorgänge in den bindigen Schichten zeitlich verzögert auftreten werden. Aus diesem Grund wurden 6-fach-Extensometer mit automatischer Meßwerterfassung an Verankerungspunkten in den Schichtgrenzen instrumentiert. Die Bohrarbeiten fanden während der Aushubphase der Baugrube statt. Später wurden die Meßköpfe in die Schleusensohle integriert. Nach Abschluß der Betonarbeiten erfolgte die Montage der elektrischen Wegaufnehmer zur kontinuierlichen Meßwerterfassung. Die Gerätetechnik stammt aus dem Hause Glötzl Gesellschaft für Baumeßtechnik mbh in Rheinstetten. Die Betondehnungsmessungen im Sohlen- und Kammerbereich erfolgen mit Meßwertaufnehmern nach dem Prinzip der Schwingsaite (System Maihak) und werden ebenfalls von der Fa. Glötzl produziert. Die Meßwerte werden mit einer automatischen Meßanlage MFA 6 erfaßt. Während der Bauphase wird die Meßanlage dem Baufortschritt entsprechend versetzt, um in den meßtechnisch interessanten Abbindephasen des Betons eine kontinuierliche Meßwerterfassung zu gewährleisten. Die Meßanlage erlaubt den Anschluß von ca Sensoren und ist mit einer Notstromversorgung ausgestattet. Sie steht an einer zentralen Stelle, zu den Anschaltkästen der Sensoren führen nur Steuer- und Meßleitungen. Weiterhin erfassen Temperatursensoren den Verlauf der Abbindephase des Betons. Die Meßwerte werden von der gleichen Meßanlage erfaßt und gespeichert. Die Daten werden per Laptop oder optional per Telefonmodem ausgelesen und dem Nutzer zur Verfügung gestellt. Angaben in mm 6-fach Extensometer Betondehnungsmesser in der Sohlebewehrung Anschlußkasten Kontrollmessung 10

11 ROTHENSEE Statische Berechnung Die statische Berechnung wurde aufgrund der Geometrie des Bauwerkes, des Belastungsbildes und des Setzungsverhaltens für die Kammerblöcke an ebenen Systemen und für die Häupter an räumlichen Systemen durchgeführt. Aus der grafischen Darstellung des räumlichen Systems für das Unterhaupt ist ersichtlich, daß aus dem Zusammenwirken von Bauteilen unterschiedlicher Geometrie sowie unsymmetrischer Belastungen nur über die Erfassung des Unterhauptes als räumliches System eine realistische Bemessung möglich ist. Die Schnittkraftermittlung der verschiedenen Bauteile wird durch die Überlagerung von Grundlastfällen (GLF) für den Zeitpunkt T=0 (Bauzustand/Nutzungsbeginn) bzw. T= (Endzustand, Endsetzungen) mit Differenzlastfällen (DLF) und Zusatzlastfällen (ZLF) durchgeführt. Beim Grundlastfall werden auf das statische System die langfristig einwirkenden Lasten (=setzungserzeugende Lasten) angesetzt wie ständige Lasten aus Eigengewicht und Bodenauflast unter Berücksichtigung der Aushubentlastung, aus mittlerem Betriebswasserstand in der Schleusenkammer bei +42,42 mnn sowie aus mittlerem Grundwasserstand bei +41,95 mnn. Kurzfristige Lasten wie Wasserstandsschwankungen bei Schleusungsvorgängen oder Grundwasserschwankungen werden in den DLF erfaßt. Für die Schnittkraftermittlung muß zwischen dem Bauzustand und dem Endzustand unterschieden werden, da sich kurz nach Fertigstellung der Schleuse nur geringe Setzungen eingestellt haben und sich die gesamte Setzungsmulde infolge der bindigen Schichten erst nach ca. 30 Jahren einstellen wird. Daher werden im Grundlastfall für den Bauzustand keine Bodenpressungen aus der Setzungsberechnung angesetzt (Bettungszifferverfahren). Dabei wird die Sohle mit einer harten Bettung (Kurzzeitbettung) ausgestattet. Im Endzustand dagegen kommt durch den Ansatz der Bodenpressungen eine Kombination aus Steifeziffer- und Bettungszifferverfahren zur Anwendung. Trotz des vorhandenen Gleichgewichtes wird zur Stabilisierung des Systems eine weiche Bettung (Langzeitbettung) eingeführt. Die Bemessungsschnittkräfte zur Ermittlung der maßgebenden Bewehrung werden durch Überlagerung bzw. Kombination des Grundlastfalles, der Differenzlastfälle und der Zusatzlastfälle gewonnen. Auftrags-Daten: Ausführung: Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft Technisches Büro der HNL Essen und Service-Center-Technik Mannheim Statisches System Kammer Statisches System Unterhaupt 11

12 SPARSCHLEUSE Lieferung: Betonversorgung Wasserstraßenkreuz Magdeburg GbR bestehend aus den Firmen Rapid Beton GmbH (Tochterunternehmen von Bilfinger + Berger Baustoffe GmbH) und ASB GmbH + Co KG Liefermenge: ca m 3 Beton In Abhängigkeit von der maßgeblichen Belastung werden für die Bauteile Betone (B 25) mit besonderen Eigenschaften gefordert: - Sohle: Wasserundurchlässiger Beton - Kammerwand: Beton mit hohem Frostwiderstand - Wandkrone: Beton mit hohem Frost- und Taumittelwiderstand - Sohle Vorhafen: Wasserundurchlässiger Beton (WU-Beton) - Wände Vorhafen: Beton mit hohem Frostwiderstand. Zur Abschätzung der tatsächlich zu erwartenden Hydratationswärmeentwicklung sowie zur Abschätzung der Rißgefahr infolge abfließender Hydratationswärme war es die Aufgabe im Rahmen der Eignungsprüfungen, die Temperaturentwicklung an Probeblöcken mit den Abmessungen 2,0 m x 2,0 m x 2,0 m festzustellen. Es wurden insgesamt 4 Probeblöcke betoniert, wobei jeweils die Zemente CEM I 32,5 R und CEM III / A 32,5 verglichen wurden. Die Probeblöcke waren bis auf die Unterseite und die Vorderseite wärmegedämmt, um so der späteren Bauteilsituation entsprechende Verhältnisse zu schaffen. Der Nachweis der Wirksamkeit des Abhängens mit einer Wärmedämmfolie bildeten die Grundlage zur Festlegung der Art und Dauer der wärmedämmenden Nachbehandlung für die Bauteile des zu errichtenden Schleusenbauwerkes. Während der Errichtung der Kammerschleuse und des oberen Vorhafens fanden an ausgewählten Bauteilen Temperaturmessungen statt, und zwar an der Winkelstützwand im oberen Vorhafen (Sohle und Wand) sowie auf der Westseite des Unterhauptes (Sohle und Wand). Entsprechend der Leistungsbeschreibung war ein hoher Frostwiderstand für den Beton der Kammerwände und der Sparbecken nach dem CF-Verfahren und für den Beton der Tauchwände in den Sparbecken und der Schleusenplanie nach dem CDF-Verfahren nachzuweisen. Als Prüfkriterium bei dem CF-Verfahren gilt eine mittlere Abwitterung nach 56 Zyklen von max g/m 2 und beim CDF-Verfahren eine mittlere Abwitterung nach 28 Zyklen von max g/m 2. Bei beiden Verfahren gilt als weiteres Kriterium eine Abnahme des dynamischen E-Moduls auf 50 %. Die Ergebnisse der Temperaturmessung und die Nachweise des Frostwiderstandes waren die Grundlage für die Festlegung der Betonsorte 16 a / 1 für die Herstellung der Kammerwände. Betonsorte 14/1 Sohle Temperaturverlauf - Sohle Unterhaupt Temperatur in C T max = 56,1 C 30 Flugasche: 100,00 kg/m 3 Sand: 0 bis 2 mm: 699 kg Zusatzmittel: 1,50 kg/m 3 Kies: 2 bis 8 mm: 221 kg Zement: 250,00 kg/m 3 Splitt: 11 bis 16 mm: 332 kg Wasser: 163,70 kg/m 3 Splitt: 16 bis 22 mm: 588 kg Frischbetongewicht: 2.355,20 kg/m 3 Zement: CEM III / A 32,5 Zuschlag A/B 22: 1.840,00 kg/m 3 W/Z = 0, Kern Lufttemperatur Zeitpunkt Ausschalen Zeit in Tagen Betonsorte 16a/1 Wand Temperaturverlauf - Wand Unterhaupt Temperatur in C T max = 62,9 C Flugasche: 65,00 kg/m 3 Zusatzmittel: 0,95 kg/m 3 Zement: 270,00 kg/m 3 Wasser: 158,10 kg/m 3 Sand: 0 bis 2 mm: 718 kg Kies: 2 bis 8 mm: 198 kg Splitt: 11 bis 16 mm: 324 kg Splitt: 16 bis 22 mm: 555 kg Zeit in Tagen Frischbetongewicht: 2.289,00 kg/m 3 Zement: CEM I / 32,5 R Zuschlag A/B 22: 1.795,00 kg/m 3 W/Z = 0,54 Kern Schalung innen Lufttemperatur Frischbetontemp. i.m.: 24,1 C T max =T max - T fb 38,8 C = 62,9 C - 24,1 C

13 ROTHENSEE Anschluß Oberer Vorhafen Der Anschluß des oberen Vorhafens an den Mittellandkanal war die eigentliche Herausforderung aus der Sicht der Erd- bzw. Wasserbauer. Der Abschnitt des Mittellandkanals im Einfahrtbereich zur neuen Schleuse gehört zur sogenannten»hohen Dammstrecke«. Das Kanalwasser ist dabei mit einer Tondichtung gegen die Dammschüttung abgedichtet. Für den Anschluß an den oberen Vorhafen mußte der südliche Mittellandkanal-Damm und somit auch die Tondichtung beseitigt werden, um die Aufstandfläche des Dammes neu abzudichten. Die Ausschreibung beinhaltet den Anschluß im Nassen, was mit einem hohen Aufwand verbunden ist. Nach Flutung des oberen Vorhafens hätte der alte Damm abschnittsweise beseitigt und die Abdichtung des freigelegten Dammfußes unter Wasser eingebracht und an die bestehende Sohldichtung des Kanals angeschlossen werden müssen. Während der Bauausführung ergab sich durch eine Reparatur des Schiffshebewerkes und durch eine Baumaßnahme im benachbarten Bereich die Möglichkeit, die dadurch verursachte Sperrung der Schifffahrt auszunutzen und den Kanal bereichsweise leerzupumpen, um dann den Anschluß im Trockenen herzustellen. Bedingung für diese Variante war die Durchführung innerhalb einer Sperrzeit von ca. 7 Wochen. Folgende Arbeiten mußten in dieser Zeit durchgeführt werden: m 3 Wasser abpumpen m 3 Aushub to Wasserbausteine einbauen m 2 Schutzschicht einbauen m 2 Geo-Textil einbauen m 2 Tondichtung m 3 Wasser zurückpumpen. Die Durchführung aller Arbeiten innerhalb dieser kurzen Zeit war nur möglich bei einem mehrschichtigen Baubetrieb unter Einbeziehung aller Sonn- und Feiertage. Ca. 50 Großgeräte (Bagger und Raupen) und weit über 100 Bauarbeiter wurden in dieser Zeit eingesetzt. Einige Tage vor dem Ablauf der Sperrzeit konnte der Mittellandkanal wieder geflutet werden und stand der Schifffahrt mit dem neuen oberen Vorhafen zur Verfügung. Ausführung: ARGE Erdbau Sparschleuse Rothensee Joh. Wacht GmbH & Co aus Konz-Könen HYDRO Wasser- und Tiefbau GmbH aus Emmerich Wasser pumpen: m 3 Bodenaushub: m 3 Wasserbausteine: to Schutzschicht: m 2 Tondichtung: m 2 Sohlsicherung im oberen Vorhafen Erdarbeiten im oberen Vorhafen Anschluß des oberen Vorhafens, Mai

14 SPARSCHLEUSE Ausführung: DSD Dillinger Stahlbau GmbH Saarlouis Montage: DSD Dillinger Stahlbau GmbH Saarlouis Stahlbau: to Stahlwasserbau Obertor Die Schleuse Rothensee erhält im Oberhaupt ein ölhydraulisch angetriebenes Zugsegmentor (Drehtor) mit Torsionsrohr. Die Abmessungen betragen mm in der lichten Weite und mm in der Höhe. Das Tor hat ein Gesamtgewicht von ca. 40 to. Die Fertigung der gesamten Obertor- Konstruktion erfolgt in den Werken DSD Homburg/SAM. Hierzu gehört auch die Armierung für das Obertor mit einem Gewicht von ca. 2,8 to. Der Antransport erfolgt über die Straße. Untertor Im Unterhaupt der Schleuse Rothensee wird ein Stemmtor eingebaut. Der Antrieb erfolgt ölhydraulisch. Das Tor besteht aus 2 Flügeln mit einem Gesamtgewicht von ca. 200 to. Die Abmessungen betragen mm als lichte Weite und mm als Höhe. Die Torflügel werden ebenfalls im Werk DSD Homburg gefertigt einschl. der Armierungen mit einem Gewicht von ca. 6,4 to. Der Antransport erfolgt über das Wasser, und zwar vom Verladehafen Dillingen / Saar bis zum oberen Vorhafen an der Schleuse Rothensee. Als kammerseitiger Anfahrschutz dient eine Stoßschutzschwinge mit Dämpfungselementen. Das Montagepersonal der Firma MDL AG auf der Baustelle besteht aus insgesamt 15 Mann einschließlich einem Richtmeister und zwei Kolonnenführern. Längskanalverschlüsse Die Längskanalverschlüsse werden als Rollschütze ausgebildet. Es werden vier Verschlüsse zzgl. einem Reserve-Verschluß hergestellt und montiert. Sie dienen zur Restfüllung der Kammer aus dem Oberwasser bzw. zur Restentleerung in das Unterwasser. Sie sind im Bereich der Häupter in den beidseitig angeordneten Längskanälen installiert. Die Abmessungen betragen jeweils mm als lichte Weite und mm als Höhe. Die Gesamtkonstruktion einschl. Zubehör wiegt ca. 58 to. Die Längskanalverschlüsse können durch je zwei Gleitschütze trockengelegt werden. Der Antransport erfolgt über die Straße. Sparbeckenverschlüsse Die Füllung und Entleerung der Schleusenkammer erfolgt aus den bzw. in die drei seitlich angeordneten Sparbecken durch insgesamt sechs als Rollschütz mit ölhydraulischem Antrieb ausgeführte Sparbeckenverschlüsse. Es werden 6 Verschlüsse zzgl. 1 Reserve-Verschluß hergestellt und montiert. Die Abmessungen betragen jeweils mm als lichte Weite und mm als Höhe. Die Gesamtkonstruktion einschl. Zubehör hat ein Gewicht von ca. 81 to. Die Sparbeckenverschlüsse können durch je zwei Gleitschütze trockengelegt werden. Der Antransport erfolgt über die Straße. Herstellung Untertor im Werk DSD Hamburg Übersicht Untertor Querschnitt Zugsegment Obertor (Nichtangetriebene Seite) Längsschnitt Pumpwerk 14

15 ROTHENSEE Schwimmpoller Zur Ausrüstung der Schleusenkammer gehören insgesamt 8 Schwimmpoller als Sicherheitsvorrichtung. Sie werden in 1,50 m tiefen Nischen in der westlichen Wand der Schleusenkammer geführt. Zu diesem Zweck ist die westliche Wand mit 2,60 m in Höhe der Schleusenplanie dicker ausgebildet als die östliche (2,00 m). Das Gesamtgewicht der Schwimmpoller beträgt ca. 14 to. Notverschlüsse Für Revisionsarbeiten an den Toren sind Stützböcke mit Dammtafeln vorgesehen. Am Oberhaupt liegt dieser Verschluß unmittelbar vor dem Tor und am Beginn der Sohlrampe. Am Unterhaupt wird er im Anschluß an das Tosbecken des Längskanalauslaufes angeordnet. Die Verschlüsse bestehen im Oberwasser aus 12 Stützen und im Unterwasser aus 6 Stützen. Insgesamt werden 98 Dammtafeln gefertigt und ausgeliefert. Die Tafeln haben Abmessungen von mm x mm. Das Gesamtgewicht beträgt ca. 142 to. Für das Pumpwerk sind auf der Unterwasserseite zweiteilige Dammtafeln vorgesehen. Der Pumpkanal kann im Oberhaupt durch eine Rolldammtafel abgeschlossen werden. Allgemeines Zum Leistungsumfang des ARGE-Partners DSD Dillinger Stahlbau GmbH aus Saarlouis gehört auch die komplette hydraulische und elektrische Ausrüstung für die schlüsselfertige Erstellung der Sparschleuse Rothensee. Obertor: Zugsegmenttor mit Torsionsrohr Untertor: Stemmtor, 2-flügelig Längskanalverschluß: Rollschütz Sparbeckenverschluß: Rollschütz Revisionsverschluß Oberwasser (Wasserseite) Rollschütz - LKV Revisionsverschluß Oberwasser (Luftseite) OW - Revisionsverschluß - Vorhafen 15

16 Beauftragung Wasserstraßen-Neubauamt Magdeburg Kleiner Werder 5c Magdeburg Telefon: Telefax: ARGE Schleusenanlage Rothensee Klausener Straße Magdeburg Telefon: Telefax: DILLINGER STAHLBAU GMBH Henry - Ford - Straße Saarlouis Telefon: Telefax: Saarburger Straße Konz - Könen Telefon: Telefax: Düsseldorfer Straße Emmerich Telefon: Telefax: Überschrift Kasten Impressum Herausgeber: ARGE Schleusenanlage Rothensee und Wasserstraßen-Neubauamt Magdeburg Gestaltung/Herstellung: B+Kommunikationsdesign, Werbeagentur Druck/Litho: Hoffmann Nienburg Druck GmbH Papier: Recycling Bilderdruck, glänzend, gestrichen, holzfrei Fotos: Hubert Harst (Titel/33); Hermann Maagh (3); Klaus Kohl (3) Grafik: Schriever Design GmbH (14)