Bericht zum Spundwandseminar am in der TU Berlin Bedeutung für die Sanierung des Landwehrkanals

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1 Bericht zum Spundwandseminar am in der TU Berlin Bedeutung für die Sanierung des Landwehrkanals Im Auftrag der: Kooperations- und Beratungsstelle für Umweltfragen (kubus) Zentraleinrichtung Kooperation, Technische Universität Berlin

2 Im Rahmen der Sanierung der Ufermauer des Berliner Landwehrkanals wurde im Verlauf des 2007 eingerichteten Mediationsverfahrens vereinbart, dass die Sanierung auch ökologischen und denkmalschützerischen Anforderungen entsprechen soll ( Dabei geht es der Bürgerinitiative und dem Verein Bäume am Landwehrkanal vor allem auch um eine Sanierungsvariante, bei der die zahlreichen ufernahen Altbäume am 11km langen Kanalufer geschützt werden. Viele Bäume haben aufgrund ihres phototropen Wachstums einen Kronenüberhang über dem Kanalwasser. Dem entgegen stehen die Anforderungen des Wasser- und Schifffahrts amtes Berlin, das eine Sanierungsvariante fordert, welche die Leichtigkeit und Sicher heit des Ausflugsschiffsverkehrs berücksichtigt. Hierbei wurde eine (temporäre) Spund wandeinfassung der Ufermauern als eine Lösungsvariante bevorzugt. Der Spundwandverbau mit Stahlspundbohlen ist ein übliches Bauverfahren bei Bau gruben, Schleusen, Schiffshebewerken, Häfen und künstlichen Fließgewässern mit motorisiertem Schiffsverkehr. In den meisten Fällen sind Spundwände aber ökologisch ungünstig, weil sie die als Biotop wertvolle Uferwechselzone abtrennen. Andererseits ist Stahl im Wasserbau wiederverwendbar und nicht toxisch. Für den Schutz der am Landwehrkanal akut einsturzgefährdeten Mauerabschnitte und der benachbarten Bäume wurde im Mediationsverfahren im Sommer 2008 vereinbart, dass die ersten Sanierungsarbeiten den bestmöglichen Baumschutz am Landwehrkanal gewährleisten sollen. Daraufhin begannen im November 2008 die Arbeiten zur Ufer sicherung an 6 Abschnitten in Mitte und Kreuzberg; dabei wurden 12m lange Stahl- Spundbohlen in einem Abstand von 1,25-1,30m von der Unterkante der jeweiligen Ufer mauer in die Kanalsohle eingepresst. Hinter der so errichteten Stahl-Spundwandband wird ein Sand-Kies-Gemisch vor der Ufermauer eingefüllt, um diese mechanisch zu stabilisieren. Diese Arbeiten verzögerten sich aber, weil sich in der Kanalsohle teilweise feste Mergelschichten befinden, die mit den vorhandenen Arbeitsverfahren der beauf tragten Wasserbaufirma nicht ausreichend durchdrungen werden konnten. Daraufhin wurde nach dem relativ erschütterungsfreien und lärmarmen Pressverfahren (s. Titel bilder) ergänzend das erschütterungsreiche sowie lärm- und abgasintensive Rammver fahren eingesetzt. Hierbei wird das Umfeld (Büro- und Wohngebäude) relativ stark insbesondere von Lärmimmissionen belästigt. 2

3 Bisher gelang die richtige Positionierung der Spundwände erst an zwei Sanierungsab schnitten mit Baumbestand. Ende Mai 2009 soll noch der Standort am Herkulesufer in Nähe des Bauhaus-Archivs fertig gesichert werden. Insgesamt konnten bisher nur wenige Bäume, die zusätzlich mit einer Betonblock-Stahl-Holz-Konstruktion aufwändig gesichert worden waren, nach Fertigstellung einzelner Spundwandabschnitte von dieser Korsett- Sicherung befreit werden. Zum Baumschutz wurden mit der Stückelung von Spund wänden und mit dem teilweisen Einsatz von Hebekränen und Rammeinrichtungen mit geringerer Reichweite Lösungsvarianten gefunden, die einen weitgehenden Erhalt der Baumkronen garantierten. Durch eine seilgestützte Wegbindung von Ästen während der Baumaßnahmen bzw. durch fachgerechte Rückschnitte konnten an den Sanierungsab schnitten bisher alle Bäume weitgehend erhalten bleiben. Weil das Kanalufer im nächsten Jahrzehnt auf mindestens 10km Länge komplett saniert werden muss und bisher keine Alternativen zu einer Sanierung mit Spundwänden auf gezeigt wurden, hatten die bisherigen Arbeiten einen Pilotcharakter. Wegen der sehr lärmintensiven Rammarbeiten und wegen der Notwendigkeit des verrohrten Vorbohrens zur Spundwandeinbringung am Abschnitt Corneliusufer stellte sich die Frage, ob die bisher angewandten Arbeitstechniken den Umweltzielen der möglichst geringen Lärmund Abgasemissionen genügen, und ob der sehr zeit- und arbeitsintensive Baumschutz durch modifizierte Technologien verbessert werden kann. Beim Spundwandseminar in der TU Berlin am (Veranstalter: TU Berlin, Fachgebiet Grundbau und Boden mechanik) wurden die neuesten Technologien und Erkenntnisse zum Spundwandbau vorgestellt. An dieser Stelle wird über die für die Landwehrkanal-Sanierung relevanten Vorträge berichtet. 3

4 Grundlagen (Vortrag von Prof. Jürgen Grabe, Dipl.-Ing. Christoph Schallück, Dipl.-Ing. Steffen Kinzler, Inst. f. Geotechnik u. Baubetrieb, TU Hamburg-Harburg) Spundwände werden im wesentlichen auf Biegung infolge einer Belastung durch Erdund Wasserdrücke beansprucht. Beim Spundwandbau, der seit über 100 Jahren prak tiziert wird, muss die komplexe Boden-Bauwerk-Interaktion berücksichtigt werden: dabei werden zum Nachweis von Erddruckkraft und Mantelreibung sowie des Spitzen widerstands verschiedene modellhafte Berechnungen verwendet. Das Tragverhalten von Spundwänden ist abhängig von der Art der Einbringung (vibriert, gerammt, gedrückt oder mit Spülhilfe). Insgesamt müssen Spundbohlen re lativ tief in der Gewässersohle verankert sein, um statisch sicher zu werden. Bei der Schlagrammung (wie am Landwehrkanal, s.o.) wird der Boden geschert und ver dichtet. Beim Eindrücken per Rohr entstehen sehr hohe Spannungen, beim Ein vibrieren deutlich geringere Spannungen. Die Struktur der Bohlen ist zu berück sichtigen: so haben sog. U-Bohlen ein besseres Rammverhalten. In seinem anschließenden Beitrag zum Nachweis der inneren Sicherheit eines Fangedamms (Dipl.-Ing. Jürgen Grabe et al.) wurde ergänzt, dass neben der hydrostatischen Wasserdruckkraft beim Spundwandbau im Gewässer auch der Schiffsdruck als veränderliche Last berücksichtigt werden muss, der mit immerhin 20kN/m angesetzt werden muss: je stärker also die Motorisierung und die Schiffs dimension sind, umso höher sind die Anforderungen an die Spundwandstatik. Anwendung Vortrag von Dipl.-Ing. G. Rautenberg, ThyssenKrupp Bautechnik Die Vibrationstechnik ist heute kombiniert mit hydraulischen Baggern und erlaubt das Einvibrieren von großen Rammgütern. Zusatz: Diese Technik des für die Umwelt und das Rammgut positiven Einrüttelns wird aber wegen der Schwin gungsausbreitung und der mechanischen Belastung der Kanalmauer sowie umgebender Bauwerke am Landwehrkanal (u.a. U-Bahn) derzeit nicht favorisiert. Allerdings sind elektronisch kontrollierte Verfahren entwickelt worden, die nach den Angaben von Dipl.-Ing. Rautenberg (KruppThyssen) durch Synchronisierungsver fahren die Schwingungsausbreitung limitieren und auch in Kombination mit Rohren bei schwierigsten Bodenverhältnissen angewandt werden können (so im Hoch wasserschutz für Venedig). So sei auch ein Einsatz in schwingungssensiblen Bereichen bei geringer Geräuschemission möglich. Als kritischer Punkt ist nach der Vortragsdiskussion zu dieser Technik eine mögliche Materialverlagerung zu beach ten. 4

5 Vortrag von Dipl.-Ing. M. Schönit (Inst. f. Technologie u. Management im Baubetrieb, Universität Karlsruhe und Dr.-Ing. Dirk Reusch, Kybernetik Reusch) Die Rammtechnik ist ein Verfahren, bei der aus großer Höhe Energie auf einen Rammgutkopf übertragen wird. Beim schlagenden Rammen wird eine Fallmasse auf das Rammgut (Spundbohle) übertragen, bei jedem Stoß mit dem dieselbetriebenen sog. Ramm- oder Freifallbär wird die Schlagenergie unter Ausnutzung der Erdbe schleunigung erzeugt. Nach Laborversuchen wird bei der schlagenden Nachrammung (wie bisher am Landwehrkanal) der Boden weniger verdichtet bzw. stärker aufgelockert als durchdie Vibrationsrammung. Vortrag von Dr.-Ing. N. Al-Arja (Fa. Giken Europe B.V.) Das erschütterungsfreie und lärmarme hydraulische Einpressen ist das scho nendste Verfahren beim Einbringen von Spundbohlen. Dabei wird (wie von einer englischen Firma am Landwehrkanal) eine selbstschreitende Spundwandpresse (Silent Piler) verwendet, die von Spundbohle zu Spundbohle vorrückt. Die Fa. GIKEN kann nach dem Vortrag ein System anbieten, bei dem nicht nur die Presse, sondern auch das Antriebsaggregat, der Kran und der Bohlentransporter auf der Spundwand verankert sind: dies würde ein platzsparendes Bauverfahren ohne temporäre Arbeitsplattformen ermöglichen, bei dem zeitsparend auch bei laufendem Schiffsverkehr in beengten Wasserbauabschnitten gearbeitet werden könnte. Die längs orientierte Arbeitsplattform rahmt dabei den Spundwandabschnitt ein. Dabei können U- und Z-Bohlen verwendet sowie auch Rohre eingepresst werden. Aller dings wird hier als Standard auch ein hoher Kran zum Einschwenken der Spund bohlen eingesetzt, der mit dem Baumkronenüberhang in Konflikt geraten könnte. Hierzu müsste ein genaues Einsatzkonzept erarbeitet werden. 5

6 Es soll auch möglich sein, Ecken und Krümmungen beim Spundwandbau mit der GIKEN-Technologie einzufügen, was insbesondere beim Lichtraumprofil im Bereich von Baumästen von Bedeutung sein könnte. Als Einpresshilfe in schwierigen Böden ist eine Spülhilfe (Jet Reel) möglich. Beim Einpressen einer Spundwand entsteht an der unteren Spitze der Stahlbohle ein Druckpilz und sowohl an der Bodenoberfläche als auch in den Bohlenschlössern 6

7 kann sich Boden festsetzen. Beim Tieferpressen der Spundbohle kann durch diese beiden Faktoren ein starker Widerstand entstehen, der eine große Einpresskraft erfordert, was wie am Landwehrkanal zu einem Produktivitätsverlust führen kann. Durch unter Hochdruck eingestrahltes Wasser wird der Druckpilz durch eine örtliche Lockerung körniger bzw. eine Aufweichung bindiger Böden reduziert. Die Befeuchtung der Spundbohlenoberfläche und der Innenfläche der Führungshalte rung reduziert die Reibung und die Tendenz zur Pfropfenbildung. So soll die Fa. GIKEN nach ihren Angaben durch diese modifizierte Technik ein lärmintensives Nachrammen von eingepressten Spundbohlen beim Hochwasserschutz in Wohnort nähe im Raum Köln am Rhein (bei schwierigen Bodenverhältnissen) erfolgreich vermieden haben. Durch eine bedarfsgerechte Wasserdruckregelung des Jet Reels soll die Bildung von Hohlräumen weitgehend vermieden werden. Beim Bohr-Press-System, dem sogenannten Crush Piler, wird mit einem integrierten Bohrgerät zum verrohrten Spundbohleneintrag gearbeitet eine Methode, die bei schwierigen Bodenverhältnissen am Corneliusufer angewandt werden könnte, wo das Nachrammen nicht erfolgreich war. Durch das gleichzeitige Bohren und Pressen soll das sonst übliche Vorbohren (z.t. mit Boden-Materialaustausch) entfallen können. Es würde ein relativ kleiner Durchmesser genügen, bei dem weniger Erdreich entfernt und wieder aufgefüllt werden müsse als beim Vorbohren. Beim Mediations-Arbeitskreis Sanierung des Landwehrkanals wurde von Vertretern des Wasser- und Schifffahrtsamtes Berlin bzw. der Bundesanstalt für Wasserbau (Hamburg) behauptet, dass insbesondere die Materialverlagerung ein problema tischer Aspekt sei, der beim crush piling zu einer Instabilität des Ufermauerfunda ments führen könnte. Zur näheren Abklärung wurde eine Diskussionsveranstaltung mit der Fa. GIKEN vereinbart. 7

8 4. Literaturnachweis Dr. Michael Barsig im Auftrag von k u b u s - der Wissenschaftsladen der TU Berlin Franklinstr. 28/29, Berlin (T , kubus@zek.tu-berlin.de 8