BAWGeschäftsbericht 2011 - Bundesanstalt für Wasserbau
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BAWGeschäftsbericht 2011
BAWGeschäftsbericht 2011
Karlsruhe . Juli 2012
I
Impressum Herausgeber (im Eigenverlag): Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) Kußmaulstraße 17, 76187 Karlsruhe Postfach 21 02 53, 76152 Karlsruhe Telefon: 0721 9726-0 Telefax: 0721 9726-4540 E-Mail: info@baw.de, www.baw.de Übersetzung, Nachdruck oder sonstige Vervielfältigung – auch auszugs- weise – ist nur mit Genehmigung des Herausgebers gestattet ISSN 2190-9156 © BAW 2012 Titelbild: Schlauchwehr Bannetze an der Aller II
BAWGeschäftsbericht 2011
Inhalt
Jahresrückblick in Bildern 7
Bautechnik 17
Geotechnik 23
Wasserbau im Binnenbereich 31
Wasserbau im Küstenbereich/Schiffstechnik 41
Daten & Fakten 49
Anhänge
1 Veranstaltungen 2011 53
2 Veröffentlichungen und Vorträge 55
3 Mitarbeit in Ausschüssen 69
4 Lehraufträge 79
5 Forschung und Entwicklung 81
6 Organisation und Standorte 85
III
IV
BAWGeschäftsbericht 2011
Als technisch-wissenschaftlicher Berater und Gutachter
der WSV-Dienststellen ist die Bundesanstalt für Was-
serbau (BAW) für dieses Szenario gut gerüstet: Instand-
setzungskonzeptionen werden entwickelt, die unter
Beachtung der Bausubstanz und der wasserbaulichen Ex-
position spezielle Baustoffe und Bauverfahren beinhalten.
Instandsetzungsarbeiten müssen künftig vermehrt unter
laufendem Schiffsbetrieb erfolgen, da Wasserstraßen
nicht über längere Zeit für den Verkehr gesperrt werden
können. Ein wichtiges Instrument für die Priorisierung von
Instandsetzungsmaßnahmen ist das von der BAW ent-
wickelte Erhaltungsmanagementsystem, kurz EMS-WSV.
Auf Basis der Ergebnisse der Bauwerksinspektion liefert
EMS-WSV Kennzahlen, mit deren Hilfe künftig Instand-
setzungsmaßnahmen für einzelne Wasserstraßen oder
für das gesamte Wasserstraßennetz priorisiert werden
Prof. Dr.-Ing. Christoph Heinzelmann können.
Leiter der Bundesanstalt für Wasserbau
Und noch ein Trend zeichnet sich deutlich ab: Die Um-
weltaspekte bei Bau, Betrieb und Unterhaltung der Bun-
deswasserstraßen spielen eine immer wichtigere Rolle.
Klare Vorgaben hierfür macht die EU-Wasserrahmenricht-
Liebe Leserin, lieber Leser, linie. Ein Beispiel ist die Wiederherstellung der ökolo-
gischen Durchgängigkeit an staugeregelten Wasserstra-
der kürzlich veröffentlichte 5. Bericht des Bundesministe- ßen. Seit 1. März 2010 obliegt dem Bund als hoheitliche
riums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) an Aufgabe, die Durchgängigkeit an den von der WSV
den Deutschen Bundestag zur Reform der Wasser- und errichteten und betriebenen Stauanlagen zu erhalten und
Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) bringt es auf wiederherzustellen. Dieses Ziel soll vom Grundsatz her
den Punkt: Dem Aufgabenschwerpunkt Erhaltung und bis zum Jahr 2015 erreicht werden. Verlängerungsmög-
Instandsetzung des Bundeswasserstraßennetzes kommt lichkeiten gibt es bis 2021 und 2027. Selbst bis zum Jahr
bei der Ressourcensteuerung in Zukunft die höchste 2027 ist dieses Ziel äußerst ambitioniert. Eine Bestands-
Priorität zu. Dagegen werden Ausbaumaßnahmen vor aufnahme hat ergeben, dass an ca. 250 Stauanlagen der
dem Hintergrund der in den nächsten Jahren zu erwar- WSV Defizite bezüglich des Fischaufstiegs existieren. Ent-
tenden knappen Ressourcen im Wesentlichen nur noch weder fehlen die Anlagen gänzlich, oder sie funktionieren
bei Wasserstraßen mit hohem Verkehrsaufkommen reali- nicht zufriedenstellend. Allein für die Beseitigung dieser
siert werden können. Defizite sind geschätzte Baukosten von ca. 700 Mio. €
5
BAWGeschäftsbericht 2011
aufzuwenden, eine riesige Herausforderung für die WSV Der vorliegende Geschäftsbericht beschreibt herausra-
und ihre Oberbehörden BAW und BfG. gende verkehrswasserbauliche Projekte im Berichtsjahr
2011. Dies gibt mir Gelegenheit, allen Mitarbeiterinnen
Erhaltungsmanagement und Fischdurchgängigkeit sind und Mitarbeitern der BAW für ihre hoch qualifizierte und
beispielhaft zwei aktuelle Themenschwerpunkte aus dem engagierte Arbeit zu danken. Ebenso danke ich den
weiten Aufgabenspektrum des Verkehrswasserbaus im Kolleginnen und Kollegen des BMVBS und der WSV und
Binnen- und Küstenbereich, mit denen sich die BAW im allen weiteren Partnern der BAW für die gute Zusammen-
Jahr 2011 intensiv beschäftigt hat. In das Berichtsjahr fällt arbeit.
auch die deutliche Erhöhung des Forschungsbudgets der
BAW für den Zeitraum von 2011 bis 2014. Erstmals ist es
möglich, das Budget anteilig für befristete Personalein- Ihr
stellungen einzusetzen, was den Forschungsaktivitäten
der BAW sowie den Kooperationen mit Universitäten
einen deutlichen Schub verliehen hat. Für die kontinu-
ierliche externe Qualitätssicherung ihrer Forschung und Christoph Heinzelmann
Entwicklung steht der BAW seit Ende 2011 ein hochkarä-
tig besetzter wissenschaftlicher Beirat zur Seite. Karlsruhe, im Juli 2012
Der Jahreswechsel 2011/2012 bedeutet eine Zäsur in der
Entwicklung der BAW: Zu diesem Zeitpunkt wurde das
bisherige Dienstleistungszentrum Informationstechnik
im Geschäftsbereich des BMVBS mit Sitz in Ilmenau aus
der BAW ausgegliedert und mit Organisationseinheiten
des Deutschen Wetterdienstes zu einer eigenständigen
Bundesanstalt für IT-Dienstleistungen verschmolzen.
Mit dieser neuen Behörde an den Standorten Ilmenau,
Offenbach und Potsdam sollen bestehende IT-Aufgaben
organisatorisch zusammengefasst und strategisch neu
ausgerichtet werden. Bis zuletzt war die Dienststelle Ilme-
nau ein wesentlicher Bestandteil der BAW. Insbesondere
der enge fachliche Verbund zwischen der technischen
Informationstechnik in Ilmenau und den verkehrswasser-
baulichen Aufgaben in Karlsruhe und Hamburg hat viele
hervorragende Lösungen für die WSV hervorgebracht.
Die Ausgliederung hat aber auch Vorteile: Der inhaltliche
Fokus der BAW liegt ab sofort allein auf ihren verkehrs-
wasserbaulichen Aufgaben.
6
BAWGeschäftsbericht 2011 Jahresrückblick in Bildern
Jahresrückblick
in Bildern
Neubau des Schiffshebewerks in Niederfinow
7BAWGeschäftsbericht 2011 Jahresrückblick in Bildern Betonuntersuchungen der Wehrpfeiler an der Mainschleuse Viereth 8
BAWGeschäftsbericht 2011 Jahresrückblick in Bildern
Bauberatung an der zweiten Moselschleuse Fankel
9BAWGeschäftsbericht 2011 Modellversuch zum fahrdynamischen Verhalten großer Containerschiffe (1 : 40) 10
BAWGeschäftsbericht 2011
Modellversuch zur Auffindbarkeit der Fischaufstiegsanlage Lauffen am Neckar (1 : 10)
11BAWGeschäftsbericht 2011 Jahresrückblick in Bildern Einbau einer technisch-biologischen Ufersicherung am Rhein bei Worms 12
BAWGeschäftsbericht 2011 Jahresrückblick in Bildern
Baugrube für die neue Schleuse Minden
13BAWGeschäftsbericht 2011 Jahresrückblick in Bildern Grundsatzuntersuchungen zum Schwingungsverhalten von Schlauchwehren 14
BAWGeschäftsbericht 2011 Jahresrückblick in Bildern
Grundsatzuntersuchung zur Wirkung von Buhnen auf die Gewässersohle
15BAWGeschäftsbericht 2011 Jahresrückblick in Bildern 16
BAWGeschäftsbericht 2011 Bautechnik
Im Rahmen einer bautechnischen Studie war die statische
Machbarkeit einer nahezu frei stehenden Schiffsschleu-
se in Stahlbetonbauweise mit ca. 250 m Länge und 38 m
Hubhöhe zu untersuchen. Die Schleuse soll zur Unterstüt-
zung des seit 1976 in Betrieb gestellten Schiffshebewerks
Scharnebeck und damit zur Verbesserung der gegenwär-
tigen Verkehrssituation am Elbe-Seiten-Kanal beitragen.
1 Bautechnik Für ein Wasserbauwerk dieser gewaltigen Größenord-
nung mit gleichzeitig integrierten Sparbecken gibt es welt-
The Department of Structural Engineering presents two weit keine vergleichbare Ausführung.
projects illustrating its work in 2011 which also included
various projects dealing with maintenance strategies for 1.1.2 Randbedingungen
hydraulic waterway structures and bridges and those Boundary conditions
dealing with new hydraulic structures and the quality as-
surance of construction materials. The first project pre- Der Neubau unterliegt durch die Nähe zum vorhandenen
sented here involved developing new structural concepts Schiffshebewerk strengen Randbedingungen (Bild 1.1). Da
for the design and operation of a projected new high-lift das bestehende Schiffshebewerk nur sehr geringe Verfor-
lock at Scharnebeck (Elbe Lateral Canal) which is to be mungen toleriert, darf die neue Schleuse sowohl beim Bau,
constructed parallel to the existing ship lift. The second als auch während ihres Betriebs keine großen Hebungen,
project involved using novel non-destructive methods to Setzungen oder Schiefstellungen erzeugen. Ein zu weites
inspect the anchoring of weir emergency gates on the Abrücken vom Schiffshebewerk ist wegen des zusätzlich
River Weser and subsequently evaluating the methods in erforderlichen Grunderwerbs und Erdarbeiten für die Vor-
terms of the required bearing capacity. häfen nicht mehr wirtschaftlich. Daher müssen zur Redu-
zierung der Aushubsmenge und des Eigengewichts der
1.1 Untersuchungen zur statischen neuen Schleusenkonstruktion die Baugrubentiefe sowie
Machbarkeit einer neuen Schiffs- -breite und damit die Querschnittsdicken von Sohle und
schleuse Scharnebeck Kammerwänden möglichst schlank ausgeführt werden.
Investigations concerning the feasi- Große Änderungen der Sohlpressungen beim späteren
bility of a new Scharnebeck high-lift Schleusungsbetrieb müssen vermieden werden. Der par-
lock allele Betrieb des Schiffshebewerks setzt die Vermeidung
von Sunk- und Schwallerscheinungen bei Restfüllung und
1.1.1 Einführung -entleerung voraus. Dies wird erreicht, indem Ausgleichs-
Introduction becken oben und unten angeordnet werden und aus
den unteren Becken kontinuierlich Wasser in die oberen
Durch die Zunahme größerer Einzelfahrer sowie von Becken gepumpt wird. Da kein Wasser aus dem oberen
Schubverbänden auf dem Elbe-Seiten-Kanal lässt sich Vorhafen entnommen und kein Wasser in den unteren
über kurz oder lang ein wirtschaftlicher Schleusungs- Vorhafen abgegeben werden muss, können Einlauf- und
betrieb mit dem derzeit vorhandenen Schiffshebewerk Auslaufbauwerk entfallen. Die zusätzlich erforderlichen
Scharnebeck, das nur Nutzlängen von 105 m zulässt, nicht Becken sollen in das Bauwerk integriert werden, liegen
mehr bewerkstelligen. Eine Vorstudie des Neubauamtes geometrisch jedoch in Bereichen hoher Auslastung und
Hannover für den Ausbau des Mittellandkanals erbrachte stellen den Tragwerksplaner vor zusätzliche Aufgaben.
eine hohe Wirtschaftlichkeit für ein paralleles Abstiegs- Besonderheiten sind auch das Fehlen einer stützenden
bauwerk als Schleuse. Einbettung der Kammerwände in den Baugrund sowie die
sehr hohen, zyklischen Belastungen der Konstruktion.
17BAWGeschäftsbericht 2011 Bautechnik
Neue Schleuse Schiffshebewerk
Obere
Zugelemente
Ausgleichbecken
Sparbecken
Kammer
61 m
Untere
Ausgleichbecken
Sohle Druckkammer
63 m 36 m 66 m
Bild 1.1: Erste Überlegungen zu einer neuen Schleuse neben dem bestehenden Schiffhebewerk
Figure 1.1: Initial considerations for a planned new lock to be constructed next to the existing ship lift
1.1.3 Tragwerkskonzepte mer bzw. Sparbecken) in der Bodenpressungsverteilung
Structural design concepts vergleichmäßigt. Die infolge des veränderlichen Wasser-
standes in der Kammer hervorgerufene Schwellbeanspru-
Auf Grundlage erster Vorüberlegungen des Neubau- chung des Bodens reduziert sich.
amtes Hannover sollten Tragwerkskonzepte, die die-
ser anspruchsvollen Ingenieuraufgabe gerecht werden, Auf Grund des dreiecksförmigen Kraftverlaufs des Wasser-
entwickelt und wesentliche Voraussetzungen und Emp- drucks und der großen Steifigkeitsunterschiede zwischen
fehlungen für eine Entwurfsaufstellung erarbeitet wer- den oberen Zugelementen und der Sohle bleibt der Kraft-
den. Erste Untersuchungen zeigten, dass die Beanspru- anteil der Zugglieder, die den U-Rahmen an seiner Obersei-
chungen aus den erheblichen Wasserdrücken dieser te schließen, noch verhältnismäßig klein und der sohlnahe
Fallhöhe mit einem offenen U-Rahmen nicht mehr be- Bereich der Kammerwände sowie die Sohle selbst erhalten
herrschbar sind, da sehr hohe Biegebeanspruchungen in große Beanspruchungen. Ziel der Tragwerksgestaltung
den Rahmenecken entstehen und dadurch ungleichmä- muss es daher sein, dass der Kurzschluss der Horizontal-
ßige Sohlpressungen erzeugt werden. Grundgedanke der kräfte mit einer möglichst geringen Biege- und Querkraft-
Tragwerkskonzeption ist daher die Ausführung des Kam- beanspruchung in den Kammerwänden erfolgt, sodass die
merquerschnitts als geschlossener U-Rahmen, der die Querschnitte schlank bleiben können. Hierfür wird ein Ring
gleichgerichteten Horizontalkräfte aus Wasserdruck durch um das Bauwerk gelegt, der, ähnlich wie ein vertikal ste-
die Sohle und durch zusätzliche Zugelemente an seiner hender Fassring möglichst nur Membrankräfte erhält. Die
Oberseite kurzschließt. Das Gesamtsystem muss lediglich hohen Zugkräfte der Sohle werden nach oben geleitet
vertikal gelagert werden und bewirkt gleichmäßigere Bo- und mit den oberen Zugelementen verbunden. Dadurch
denpressungen. Durch die in die Kammerwände integrier- gelingt es, die Konstruktionselemente ausgewogener zu
ten Sparbecken und durch die gemeinsame Gründung auf beanspruchen, maximal erforderliche Bewehrungsmengen
einer Sohlplatte wird das Wasser im Querschnitt gehalten kritischer Bereiche zu reduzieren und die oberen Zugele-
und die wechselnden Angriffspunkte der Wasserlast (Kam- mente stärker an der Lastabtragung zu beteiligen.
18BAWGeschäftsbericht 2011 Bautechnik
Indem die Form des Zugrings nicht kreisförmig ausgeführt, se müssten die Verschlussblöcke sehr lange ausgeführt
sondern an den Biegemomentenverlauf der Kammerwand werden, um die erforderlichen Kippnachweise führen zu
angenähert wird, kann eine weitere, positive Beeinflus- können. Die große Fallhöhe des Bauwerks würde jedoch
sung des Tragwerksverhaltens bewirkt werden. Mit der immer zu Kippbewegungen der Häupter führen, die die
dadurch erreichten Weinglasform liegen im Bereich ho- Fugenbänder nicht aufnehmen könnten. Ohnehin sind kei-
her Beanspruchungen große Krümmungen vor, die eine ne Fugenbänder für diese Wasserdrücke auf dem Markt
Lastabtragung über Zugkräfte bei reduzierter Biegebean- verfügbar. Durch das hohe, hydraulische Gefälle würden
spruchung erlauben. In Kombination mit einer Vorspan- gerissene Fugenbänder zu massiven Ausspülungen im
nung kann eine über die Bauwerkshöhe ausgewogene Untergrund sowie Bodenumlagerungen führen.
und wirtschaftlichere Querschnittsauslastung erzielt wer-
den, indem die Kraftaufteilung wichtiger Tragglieder vor- Schließlich müssen im Hinblick auf einen geringen Unter-
eingestellt und eine Angleichung der beiden Extremzu- haltungsaufwand Möglichkeiten zum Austausch hoch be-
stände (Ober– bzw. Unterwasserstand) erfolgen kann (Bild anspruchter Tragelemente bestehen: Die oberen Zugele-
1.2). Die Biege- und Ermüdungsbeanspruchung der Kon- mente werden durch die Spannglieder verankert, sind bei
struktion wird stark reduziert und durch die Verhinderung Unterwasserstand oder Trockenlegung kräftefrei und kön-
von Rissbildung bleibt die volle Steifigkeit erhalten. nen dadurch leicht ausgebaut werden. Durch die Wahl ei-
ner Vorspannung ohne Verbund können die Spannglieder
In der Realität muss allerdings aus konstruktiven Gründen nachgespannt oder ausgetauscht werden.
weiter von der „Optimalform“ abgewichen werden. Aller-
dings können von den modellhaften Vorstellungen dieser 1.1.4 Ausblick
Studie Tragmechanismen für eine optimierte Tragwerks- Outlook
form gefunden werden.
Mit Hilfe der ausgearbeiteten Möglichkeiten zur Trag-
werksgestaltung besteht ein Optimierungspotenzial für
die Entwurfsaufstellung, mit dem nach dem derzeitigen
Kenntnisstand davon ausgegangen werden kann, dass
eine Schleuse in den vorliegenden Dimensionen aus sta-
tischer Sicht realisierbar ist.
1.2 Überprüfung der Tragsicherheit von
Revisionsverschlussverankerungen
Verification of the bearing capacity
of anchorages of emergency gates
Bild 1.2: Studie zur Optimierung des Kammerquerschnitts der
neuen Schleuse
Figure 1.2: Animation for the optimization of the chamber 1.2.1 Problemstellung
section of the planned lock
Objective
Neben der geometrischen Formfindung sind weitere Kon-
struktionsmerkmale für eine statische Machbarkeit be- Revisionsverschlüsse sind integraler Bestandteil zur Si-
deutsam: Wesentlich ist die Ausführung des Bauwerks in cherstellung der vollen Zugänglichkeit von Schleusen-
fugenloser Bauweise und der sich dadurch einstellenden, und Wehranlagen, da sie eine Trockenlegung der nor-
dreidimensionalen Tragwirkung. Mit ihr lassen sich z. B. malerweise unter Wasser liegenden Bauteile z. B. zum
die Häupter statisch an die Kammer anbinden. Damit kön- Zweck der Bauwerksinspektion oder Instandsetzung er-
nen auch die hohen, horizontalen Wasserlasten in Schleu- möglichen. Dabei handelt es sich in der Regel um hoch-
senlängsrichtung auf die Häupter über die Kammerwände beanspruchte Bauteile, deren Integrität unbedingt zu ge-
kurzgeschlossen werden. Bei fugenbehafteter Bauwei- währleisten ist. In dieser Hinsicht waren die zugseitigen
19BAWGeschäftsbericht 2011 Bautechnik
Sohlverankerungen an den Mittelweserwehren nach Stützböcke wurde hierbei vorausgesetzt, dass die vor-
langjähriger Überbeanspruchung zu überprüfen. In Bild handenen Sohlverankerungen die in der Statik ausgewie-
1.3a ist eine zugseitige Sohlverankerung beispielhaft dar- senen Lagerkräfte aufnehmen können. Die Bundesanstalt
gestellt und die wesentlichen Tragelemente benannt. Die für Wasserbau (BAW) wurde daher im Jahr 2010 mit der
hier vorgefundene Bauart der zugseitigen Sohlveranke- Überprüfung der Tragsicherheit der Revisionsverschluss-
rungen stellt eine Möglichkeit zur Verankerung des in Bild verankerungen beauftragt, da festgestellt wurde, dass
1.3b dargestellten Systems - bestehend aus Stützböcken, statische Berechnungen für die zugseitigen Sohlveranke-
Nadellehne und Nadeln - dar. Andere Lösungen sind z. B. rungen nicht vorliegen.
Sohlhaken, die einen Bolzen verankern, oder Bolzen mit
einer Gussschale (sog. Schön’sches System), in die ein Ha- 1.2.2 Statische Analyse und Vorgehen
kenelement des Stützbocks eingreift. Die im Wesentlichen Structural analysis and procedure
aus dem Wasserdruck resultierende Lagerzugkraft des
Stützbocks wird dabei über einen Haken in die Sohlveran- Zunächst wurde eine statische Nachrechnung durchge-
kerung eingeleitet. Die Kraftweiterleitung zwischen Haken führt. Bei der Bestimmung der Tragwiderstände wird zwi-
und Verstärkungselement erfolgt über Kontaktpressungen schen der Tragfähigkeit der Sohlverankerung im gesamt-
im Bereich der Verstärkung, die Kraftweiterleitung im Bau- en, im Folgenden „globale Tragfähigkeit Rd,glob“ genannt,
teil über entsprechende Verbindungsmittel. Zugelement und der Tragfähigkeit infolge Hertz’scher Pressungen für
und Querriegel verankern die einwirkende Zugkraft mit- die Kraftweiterleitung zwischen Haken und Bügel, im Fol-
tels Verbundspannungen zwischen Stahl und Beton bzw. genden „lokale Tragfähigkeit Rd,Hertz“ genannt, unterschie-
über Betonpressungen. den. Während die lokale Tragfähigkeit im Wesentlichen
vom Hakenradius und der Streckgrenze der Sohlveranke-
Im vorliegenden Fall wurde mit dem Ziel eines weitest- rung abhängen, setzt sich die globale Tragfähigkeit aus
gehend standardisierten Stützbocksystems im Jahr 1994 verschiedenen Traganteilen der gesamten Sohlveran-
der Neubau der Stützböcke für jeweils zwei Stauhöhen- kerung zusammen. Das Minimum aus beiden Tragfähig-
kategorien realisiert. In den statischen Berechnungen der keiten ist der maßgebende Tragwiderstand. Im Ergebnis
Bild 1.3: Beispielhafte Darstellung des untersuchten Revisionsverschlusssystems: a) Zugseitige Sohlverankerung (Detail A)
b) Querschnitt
Figure 1.3: Diagrams of the investigated emergency gate system: a) anchorage on the bottom, detail A, where subjected to
tension: b) cross-section
20BAWGeschäftsbericht 2011 Bautechnik
Fehlende statische Unterlagen
Nachrechnung
Ausreichende Tragsicherheit?
Global, ja nein, lokal
Wirbelstromprüfung
Schädigung?
nein ja, akzeptabel?
ja nein
Experimentelle
Austausch
Tragsicherheitsbewertung
Fertig Nachbearbeitung Hakengeometrie
Bild 1.4: Ablaufschema für das Vorgehen
Figure 1.4: Flow chart for the procedure
kann gezeigt werden, dass Maßnahmen zum Erreichen 1.2.3 Einsatz des Wirbelstromverfahrens
der geforderten Tragsicherheit auf lokaler Ebene erfor- Application of eddy current method
derlich sind, da die Hertz’schen Pressungen um ein Viel-
faches überschritten werden. Im Rahmen der Überlegungen, wie die Verankerungs-
elemente im Bereich des Hakenangriffs zerstörungsfrei zu
Ursächlich für die Nichteinhaltung der geforderten Trag- prüfen sind, fiel die Entscheidung auf das Wirbelstromver-
sicherheit ist die im Jahr 1994 veränderte Hakengeome- fahren. Die Wirbelstromprüfung erfüllt folgende Anforde-
trie anzusehen. Da anzunehmen ist, dass beim bishe- rungen, die im vorliegenden Fall von Bedeutung sind:
rigen Einsatz der Nadelböcke Tragreserven des Systems
unplanmäßig in Anspruch genommen wurden, sollen die • Unter Wasser einsetzbar
Sohlverankerungen vor allem auf plastische Eindellungen • Beschichtungstauglich bzw. keine Oberflächenvorberei-
und eventuelle Risse untersucht werden. Bei festgestell- tung erforderlich
ter Schädigung sind weitere Maßnahmen ggf. bis hin zu • Detektion von Schäden auch unter der Oberfläche mög-
einem Austausch der Verankerungselemente zu ergreifen. lich.
Bild 1.4 zeigt das Ablaufschema des projektspezifischen
Vorgehens. Das Wirbelstromverfahren wird bereits seit langer Zeit
in verschiedenen Industriebereichen zur zerstörungs-
freien Prüfung elektrisch leitfähiger Werkstoffe einge-
setzt. Es ist ein universelles Prüfverfahren, das jedoch
auf die jeweiligen Randbedingungen angepasst werden
muss. Insbesondere unter Berücksichtigung der schwie-
21BAWGeschäftsbericht 2011 Bautechnik
rigen Zugänglichkeit unter Wasser war eine geeignete
Prüftechnik zu entwickeln. Hierfür wurde das Institut für
Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover, beauftragt,
auf die Bauteilgeometrie angepasste Messsensoren zu
entwickeln. Dabei handelt es sich um einen gekapselten,
miniaturisierten 2-Kanal-Sensorkopf mit Rollenführungen
zur Flächenprüfung (Bild 1.5) und einen Drehsensor zur In-
nenradienprüfung mit jeweils 30 m Messkabel. Die Mess-
sensoren wurden zunächst anhand eines Referenz- und
Justierprüfkörpers auf Funktionalität und Handhabbarkeit
überprüft. Bei den Messungen vor Ort wurde dann mittels
Kameraeinsatz eine visuelle Überprüfung des Veranke-
Bild 1.6: Datenerfassung
rungselements durchgeführt, ehe der Messsensor durch Figure 1.6: Data acquisition
einen Taucher entlang des Verankerungselements ge-
führt wurde. Um das Abfahren des Bauteils nach vorgege- 1.2.4 Ausblick
benem Muster zu erleichtern, wurde zwischen Oberfläche Outlook
und Messsensor eine austenitische Zwischenfolie gelegt.
Während der Datenerfassung bestand Funkkontakt zum Aus den Untersuchungen zur Beurteilung der Tragfähig-
Taucher, sodass bei Uneindeutigkeit einer Messung die- keit war abzuleiten, dass Maßnahmen zum Erreichen der
se umgehend wiederholt werden konnte. Aus den Auf- geforderten Tragsicherheit auf lokaler Ebene erforderlich
zeichnungen der Phasenverschiebung und der Ampli- sind. Eine Analyse von unterschiedlichen Maßnahmenop-
tude konnte am Oszilloskop in guter Näherung bereits tionen zeigte, dass nach erfolgreicher Prüfung der Ver-
abgelesen werden, ob es sich bei Auffälligkeiten um eine ankerungselemente im Hinblick auf Realisierbarkeit und
Fehlstelle oder lediglich um eine fehlerhafte Handhabung Effektivität die Maßnahme „Modifikation der Hakengeo-
des Messsensors handelt (Bild 1.6). Die eigentliche Mess- metrie“ ergriffen werden sollte. Für die Nachbearbeitung
auswertung und Dokumentation erfolgte im Nachgang. der Hakengeometrie wurden entsprechende Empfeh-
lungen ausgearbeitet.
Wie bei der Beurteilung anderer bestehender Konstrukti-
on zeigte sich auch hier, dass oftmals die Krafteinleitungs-
punkte kritische Nachweisstellen sind. Die Überbeanspru-
chung der Verankerungselemente hatte den Einsatz der
Wirbelstromprüfung als eine Möglichkeit der zerstörungs-
freien Prüfung zur Folge. Ein solch erhöhter Prüfaufwand
kann in Betracht gezogen werden, wenn ein begründeter
Verdacht auf eine Bauteilschädigung vorliegt. Es stellt je-
doch nicht das Standardverfahren im Rahmen der Bau-
werksprüfung dar.
Bild 1.5: Messsensor zur Wirbelstromprüfung
Figure 1.5: Measuring sensor device for the eddy current
testing
22BAWGeschäftsbericht 2011 Geotechnik
2.1 Deckwerke an der Küste und im
Binnenbereich
Coastal and inland revetments
2.1.1 Deckwerkssanierung auf der Westseite
der Insel Wangerooge
Repair of revetments on the west coast of
2 Geotechnik Wangerooge Island
The coastal revetments on Wangerooge Island are in Auf der Westseite der Insel Wangerooge soll das beste-
need of repair. To obtain design data, pore water pressure hende dichte Asphaltdeckwerk saniert werden. Diese
measurements were carried out below the revetment. The Maßnahme ist erforderlich, da altersbedingte Deckwerks-
resulting design is a permeable armour layer of partially schäden vorhanden sind, nach Sturmfluten örtlich unzurei-
grouted riprap to avoid excess pore water pressure. On chende rechnerische Auftriebssicherheiten bestehen und
some inland waterways, minimization of armouring has zur Vermeidung von Wellenüberläufen eine Erhöhung der
been discussed with the aim of leaving the bank in as Deichkrone geplant ist.
natural a condition as possible. Extensive investigations
were conducted on the bank protection on the Lower Dafür wurde eine Erkundung der Baugrundverhältnisse
Havel Waterway (UHW). und in drei maßgebenden Querschnitten eine Messung
New locks are under construction on the Dortmund-Ems- der Grundwasserstände und Porenwasserdrücke unter
Canal (DEK) and the River Weser. Due to the extensive use dem bestehenden Deckwerk sowie im Vorstrandbereich
of anchored sheet pile walls for the DEK locks (for the lock geplant (Bilder 2.1 und 2.2).
itself as well as for construction pits), pile driving tests and
Nordwestlängswerk
sheet pile loading tests were performed. For the construc-
MQ
Westdeckwerk
tion of the Dörverden lock, the bored piled walls of the buil-
3
ding pit support are also being used, for the first time, as the
M
lock walls (an impervious concrete lining is being added).
Q
2
The rather sensitive weathered rock below the Neckar
lock of Besigheim is a challenge to any geotechnical
laboratory.
A great deal of effort went into the revision of the “Code
of Practice – Stability of Embankment Dams at German
Inland Waterways (MSD)” which had become necessary
1
Südwest-
Q
due to European harmonization of the standards concer-
M
deckwerk
ning the safety of hydraulic structures. Bild 2.1: Lage der Messquerschnitte
Figure 2.1: Location of monitored cross sections
Zur Erkundung der Festigkeiten der nichtbindigen Böden
und zur Feststellung der Schichtgrenzen wurden entlang
der Deichkrone 15 Drucksondierungen mit Porenwasser-
druckmessungen (CPTU) ausgeführt. In den drei Mess-
querschnitten erfolgte jeweils eine Schlüsselbohrung auf
der Deichkrone. In diese Bohrung (BP) und in zwei weitere
im unteren Drittel der seeseitigen Deichböschung wurden
jeweils Porenwasserdruckaufnehmer eingebaut (Bild 2.2).
23BAWGeschäftsbericht 2011 Geotechnik
BP + CPTU
Deckwerks favorisiert. Als Sanierungsvarianten kommen
dafür eine Teilüberbauung des unteren Drittels der Deich-
BKF BP BP
Asphaltdeckwerk böschung oder eine Überbauung der gesamten Böschung
MThw
mit einer bis in den Vorstrand gezogenen Deckwerksvor-
Porenwasser- lage in Betracht (Bild 2.4).
Kiesfilter
druckaufnehmer
Fußspundwand
RWS = NN +5,35 m
Bild 2.2: Repräsentativer Messquerschnitt
Figure 2.2: Representative cross-section
Zur Ermittlung von Porenwasserüberdrücken in den anste-
henden Fein- und Mittelsanden als Grundlage für die Be- RWS = NN +5,35 m
messung offener Deckwerke wurden im Vorstrandbereich
(Bild 2.3) dynamische Messungen während eines Sturme-
Bild 2.4: Sanierung mit Teil- und Gesamtüberbauung
reignisses mit einer hochfrequenten Taktung durchgeführt. Figure 2.4: Partial and complete revetment repair
Im Ergebnis konnten in Tiefenbereichen bis 1 m unter Vor-
Das neue Deckwerk kann als loses Schüttsteindeckwerk
strandniveau keine welleninduzierten Porenwasserüberdrü-
hergestellt werden. Dafür erfolgte eine Bemessung der
cke gemessen werden.
Einzelsteingewichte nach Hudson sowie Vergleichsrech-
nungen mit dem Ansatz nach van der Meer. Die Seegangs-
parameter als hydraulische Eingangsgrößen wurden vom
Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft,
Küsten- und Naturschutz in Hannover unter Berücksichti-
gung zukünftiger klimatischer Veränderungen festgelegt.
Alternativ ist eine Ausführung mit einem durchlässigen
teilvergossenen Schüttsteindeckwerk möglich. Dafür
erfolgte eine empirische Bemessung unter Berücksich-
tigung örtlicher Erfahrungen. Bei beiden Sanierungsvari-
Bild 2.3: Einbau der Porenwasserdruckaufnehmer anten wird zur Verhinderung von Materialtransporten und
Figure 2.3: Installation of pore water pressure gauges zur Vermeidung von Schadstellen infolge von Reibung auf
Die Erfassung der Grund- und Porenwasserdrücke wurde mit dem bestehenden Asphaltdeckwerk die Anordnung einer
einem automatisierten Monitoringsystem realisiert. Die sta- Kombination aus Mineralkornfilter und Geotextil zwischen
tischen Porenwasserdruckmessungen unter dem Deckwerk dem alten und neuen Deckwerk empfohlen.
liefen über den Zeitraum November 2009 bis August 2011.
In dieser Zeit trat zwar kein großes Sturmflutereignis ein, Für die vorgeschlagenen Deckwerksvarianten wurden Stand-
jedoch zeigen die Auswertungen, dass sich bereits bei ver- sicherheitsuntersuchungen durchgeführt. Die Gleitsicherheit
gleichsweise niedrigen Tidehochwasserständen nach Hoch- ist bei den vorhandenen Böschungsneigungen von 1 : 4 bis
wasserereignissen im unteren Drittel der Deichböschungen 1 : 6 und der vorgesehenen Fußvorlage im Vorstrandbereich
nennenswerte Porenwasserüberdrücke entwickeln. gegeben. Für die Auftriebsnachweise wurden die aktuell
gemessenen Porenwasserdrücke mit einem Sicherheitszu-
Zur Vermeidung dieser Porenwasserüberdrücke bieten schlag zu Grunde gelegt. Die Nachweise bestätigen, dass
sich durchlässige Deckwerke an. Um den Bestand der für das bestehende dichte Asphaltdeckwerk die Auftriebs-
vorhandenen Deckwerke für die weitere Nutzung zu er- sicherheit nicht in allen Querschnitten gegeben ist. Mit den
halten und auf einen aufwendigen Rückbau zu verzichten, vorgeschlagenen Sanierungsvarianten kommt es jedoch zu
wurde in Zusammenarbeit mit dem Wasser- und Schiff- einer Auflasterhöhung, sodass dann die rechnerische Auf-
fahrtsamt (WSA) Wilhelmshaven ein Überbauen des alten triebssicherheit in allen Querschnitten vorhanden ist.
24BAWGeschäftsbericht 2011 Geotechnik
2.1.2 Vollausbau oder Belastungsverringerung mehr möglich. Damit stellt sich die Frage, wo bestehende
an Binnenwasserstraßen Ufersicherungen an die Grenzen ihrer Belastbarkeit sto-
Extension of inland waterways or ßen und wie sie ggf. mit möglichst geringem Aufwand er-
reduction in loads tüchtigt werden können.
Für die verbesserte Nutzung des gesamten Wasserstra- Dies wurde z. B. im Verkehrsprojekt 17 Deutsche Einheit
ßennetzes in Deutschland ist es wichtig, auch für große für den Bereich der Flusshavel im Zuge der Unteren-Ha-
Schiffe, d. h. für das Großmotorgüterschiff (GMS) bzw. vel-Wasserstraße (UHW) von der BAW untersucht. Dieser
das übergroße Großmotorgüterschiff (üGMS) mit 11,45 m Streckenabschnitt zeichnet sich durch einen Wechsel zwi-
Breite und 110 m bzw. 135 m Länge, eine möglichst weite schen engen Kanaldurchstichen und weiten Seenstrecken
Erreichbarkeit zu ermöglichen. Dafür wurden in den letz- aus. Nachdem ursprünglich ein Vollausbau geplant wurde,
ten Jahrzehnten entsprechende Bemessungsverfahren fokussierte sich die Aufgabenstellung zunehmend auf die
entwickelt und umfangreiche Ausbaumaßnahmen nach Minimierung des Aufwands für die Ufersicherungen. Dies
dem Standard des Vollausbaus für möglichst geringe war insbesondere unter Beachtung von Restriktionen für
Einschränkungen für die Schifffahrt sowie wirtschaftliche das GMS und der geringen prognostizierten Verkehrsdich-
und unterhaltungsarme Gestaltung der Ufersicherungen te zu bewerten. Zu Klärung dieser Fragestellung wurden
durchgeführt. Für die Erreichbarkeit wichtiger Ziele wie umfangreiche Berechnungen nach den „Grundlagen der
z. B. Seehäfen und Berlin mit dem GMS müssten jedoch Bemessung von Böschungs- und Sohlensicherungen“,
noch einige Wasserstraßenabschnitte ausgebaut werden. die im Jahr 2011 in umfangreich überarbeiteter Fassung
Auf Grund aktueller Verkehrsprognosen erscheint aber ein herausgegeben wurden, mit Hilfe der Software GBBSoft
Vollausbau nicht mehr in allen Fällen wirtschaftlich. Auch durchgeführt. Grundlage hierfür war ein geotechnisches
stehen Ausbaumaßnahmen vermehrt im Konflikt mit erwei- Gutachten der BAW für den Streckenausbau. Im Ergebnis
terten Forderungen aus dem Naturschutz. Daher geht die konnten abschnittsweise in Hektometerschritten Empfeh-
Entwicklung der Binnenwasserstraßen in Deutschland zu- lungen gegeben werden, wo die vorhandenen Ufersiche-
nehmend hin zu einem Ausbau mit verringertem Standard, rungen bestehen bleiben können, wo Ergänzungsmaß-
d. h. im Regelfall mit verringerten Wasserquerschnitten nahmen, i. d. R. in Form von Nachschüttungen, sinnvoll
bei umfangreicher Einschränkung von Überhol- und Be- sind und an welchen Stellen unbedingt eine neue Ufer-
gegnungsvorgängen großer Schiffe. Eingriffe in das Ufer sicherung erforderlich ist. Auf dieser Grundlage kann die
sollen möglichst vermieden oder minimiert werden (Bild Ausführung der Ufersicherungen in einem gegenüber
2.5). Der Bau neuer Ufersicherungen, die entsprechend dem Vollausbau erheblich verringerten Standard geplant
den gültigen Regelwerken dimensioniert sind und den ho- werden.
hen hydraulischen Belastungen standhalten, ist dann nicht
2.2 Schleusenbauwerke
Locks
2.2.1 Dortmund-Ems-Kanal
Dortmund-Ems-Canal
Am Dortmund-Ems-Kanal (DEK) entlang der Nordstrecke
(Mittellandkanal bis Papenburg/Ems) fünf Schleusen neu
gebaut werden. Das Wasserstraßen-Neubauamt Datteln
plant den Bau von zwei Schleusen in Massivbauweise mit
Sparbecken (Bevergern und Gleesen) und drei Spundwand-
Bild 2.5: Altbestand UHW mit seenartiger Aufweitung schleusen (Rodde, Venhaus und Hesselte). Von der BAW
Figure 2.5: UWH original bank conditions in lake-like sections
wird für jeden Schleusenstandort ein geotechnischer Be-
of the river
25BAWGeschäftsbericht 2011 Geotechnik Bild 2.6: Proberammung (Rammbär und Mäkler) Bild 2.7: Bei Proberammung zerstörte Spundbohle Figure 2.6: Driving test (hammer and leader) Figure 2.7: Sheet pile damaged during test driving richt erstellt. Hierfür wurden zusätzlich zu den Maßnahmen auf die Umgebung ermöglicht wurde. Dadurch konnten, bei der Vorerkundung und den bekannten Altbohrungen neben der Erstellung der Erschütterungsgutachten, auch 4,2 km Bohrungen (BKF), 2,7 km Drucksondierungen (CPT) wertvolle Erkenntnisse für die im Referat Baugrunddyna- und 2,6 km schwere Rammsondierungen (DPH) ausgeführt mik bearbeiteten Forschungsthemen gewonnen werden. und werden nun ausgewertet. Spundwände und Veranke- rungen stellen bei dieser Baumaßnahme die maßgeblichen Für die Rückverankerung der späteren Baugrubenwände Gewerke dar, weshalb optimierter Einbau und präzise Be- bzw. für die Auftriebssicherung der Unterwasserbetonsoh- messung wirtschaftlich von großer Bedeutung sind. Deshalb len wurde auch die äußere Tragfähigkeit von Verpressan- wurden an drei Schleusenstandorten umfangreiche Probe- kern und Mikroverpresspfählen anhand von Zugversuchen rammungen und Probebelastungen ausgeführt (Bilder 2.6 ermittelt. Anhand der Ergebnisse sind nun eine sichere und 2.7). Die Rammbarkeit verschiedener Spundwand- und wirtschaftliche Bemessung der Verankerungen und profile wurde mittels schlagender Rammung und Vibrati- die Festlegung der Einbauverfahren für die Spundwände onsrammung an vier Standorten untersucht, wobei außer- möglich. dem verschiedene Einbringhilfen (Lockerungsbohrungen, Hochdruck-Vorschneid-Technik, Niederdruckspülung) zur 2.2.2 Weser Anwendung kamen. Parallel wurden Lärmimmission sowie River Weser Boden- und Bauwerkserschütterungen bei allen Proberam- mungen erfasst, sodass eine Bewertung der Auswirkungen Das Neubauamt in Hannover baut zurzeit zwei neue der untersuchten Rammverfahren in Abhängigkeit von der Schleusen an der Weser. Im Zuge des Ausbaus der Mit- Art der Rammhilfe, der Bohlenlänge und des Bohlentyps telweser für das Großmotorgüterschiff werden die Schleu- 26
BAWGeschäftsbericht 2011 Geotechnik
senanlagen Dörverden und Minden an die gestiegenen der überschnittenen Bohrpfahlwand aus Ortbeton wurde
Anforderungen des Schiffsverkehrs angepasst. Die neuen intensiv begleitet, insbesondere im Kammerbereich, wo
Schleusen werden mit einer nutzbaren Länge von 139 m diese erstmalig als Dauerbauwerk Verwendung finden. Es
und 12,5 m Breite errichtet. Hier soll das Baugrubenkon- wurden in Zusammenarbeit mit der Bautechnik und der
zept der Schleuse Dörverden näher betrachtet werden. Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Cross-
Die neue Schleuse hat bei Normalstau eine Hubhöhe von holemessungen ausgeführt, um die Qualität des Betons
4,60 m. Die Gesamtlänge der Schleuse beträgt 201,00 m. in den Bohrpfählen und die der systembedingten Fugen
Für die Schleusenvorgänge sind wegen des ausrei- zwischen den einzelnen Bohrpfählen schon vor dem Aus-
chenden Wasserdargebotes der Weser keine Sparbecken hub bzw. Lenzen der Baugrube zu bewerten. Für die Be-
erforderlich und eine Hochwasserabfuhr durch die Schleu- messung der Rückverankerungen der Sohle wurden im
se ist nicht vorgesehen. Die Schleusenhäupter werden in Vorfeld der Baumaßnahme Eignungsprüfungen an Mikro-
Massivbauweise erstellt, um die hydraulischen, stahlwas- pfählen durchgeführt, die eine wirtschaftliche Ausführung
serbaulichen und sonstigen betrieblichen Komponenten ermöglichten. Die angesetzten Grenztragfähigkeiten galt
aufzunehmen. Die Schleusenkammer wird aus einer über- es nun stichprobenartig zu überprüfen. Die Bemessungs-
schnittenen Bohrpfahlwand als Haupttragkonstruktion ansätze und das im Rahmen des Baugrundgutachtens
und einer verankerten Stahlbetonsohle errichtet (Bild 2.8). erstellte Baugrundmodell wurden in der Bauausführung
Die überschnittene Bohrpfahlwand bildet das Tragelement umfassend bestätigt.
und wird mithilfe einer sogenannten Totmann-Konstrukti-
on, die aus Stahlbetonplatten und Rundstahlankern be- 2.2.3 Neckar
steht, rückverankert. Die Dichtigkeit der überschnittenen River Neckar
Bohrpfahlwand wird durch eine Stahlbeton-Vorsatzschale
gewährleistet, in der die Ausrüstungselemente in extra Für den Schleusenbau am Neckar stellt die Baugrund-
dafür vorgesehenen Versatzbereichen angeordnet sind. beschreibung die größte Herausforderung dar, da das
Weitere Ausrüstungselemente, wie z. B. Steigeleitern, wer- Grundgebirge an vielen Stellen aus Gesteinen besteht,
den in die Vorsatzschale integriert, sodass äußerlich die die durch Grundwasserströmungen ausgelaugt werden.
Nutzungsqualität einer massiven Schleuse entsteht. Für Ziel jeder höherwertigen geotechnischen Untersuchung
die Baugruben der Häupter kam als temporärer Baugru- ist es, die Kennwerte von Boden und Fels so zu bestim-
benverbau ebenfalls eine überschnittene Bohrpfahlwand men, dass sie von den tatsächlichen Werten in situ nur ge-
mit rückverankerter Unterwasserbetonsohle zur Ausfüh- ring abweichen. Die Herausforderung liegt darin, aus dem
rung. Da eine Rückverankerung hier nicht möglich war, durch Bohrungen gewonnenen Material geeignete Pro-
wurden diese mit Stahlstützen ausgesteift. Die Herstellung benkörper für die Laboruntersuchungen zu präparieren.
Besondere Schwierigkeiten bereitet hierbei veränderlich
festes und stark gestörtes Felsmaterial. Es reagiert in der
Regel sehr empfindlich auf Wassergehaltsänderungen.
Aus diesem Grund wird solches Material direkt nach der
Bodenansprache mit Prafinwachs und dampfdichter Folie
regelrecht versiegelt. Die Bearbeitbarkeit wird an Reststü-
cken getestet, bis ein geeignetes Verfahren für die Pro-
benvorbereitung zur Verfügung steht. Die eigentliche Vor-
bereitung erfolgt dann so schonend wie möglich.
Die Versuche an den Zellenkalken unter der Schleuse Be-
sigheim zeigen deutlich die Grenzen der Bearbeitbarkeit
der Proben sowie die Repräsentativität der ermittelten
Bild 2.8: Baugrube Dörverden nach dem Lenzen Kennwerte. Das Probenmaterial ist kavernös und sehr
Figure 2.8: Dörverden construction pit after water extraction
27BAWGeschäftsbericht 2011 Geotechnik
der Kennwerte dieser Gesteinsformation gelingt daher nur
durch Auswertung aller zur Verfügung stehenden geo-
technischen und geologischen Informationen.
2.3 Merkblatt Standsicherheit von
Dämmen an Bundeswasserstraßen
(MSD), Ausgabe 2011
Code of Practice – Stability of Em-
bankment Dams on German Inland
Waterways (MSD), 2011 edition
Das Merkblatt Standsicherheit von Dämmen an Bundes-
wasserstraßen (MSD) regelt die Vorgehensweise bei der
Standsicherheitsuntersuchung von Dämmen und deren
Anschlüssen an Bauwerke unter besonderer Berücksich-
tigung der erhöhten geohydraulischen Beanspruchungen
bei einer Dammdurchströmung. Das erstmals 1998 er-
schienene und für den Geltungsbereich der Wasser- und
Schifffahrtsverwaltung (WSV) eingeführte Merkblatt wurde
bereits einmal überarbeitet. Diese Ausgabe 2005 diente
vor allem als Grundlage für die seit 2003 im Rahmen des
WSV-Projektes „Dammnachsorge“ durchgeführten Unter-
suchungen über die Standsicherheit der Seitendämme
von Kanalhaltungen, Schleusenkanälen und Flussstauhal-
tungen an Bundeswasserstraßen.
Bild 2.9: Bohrkern aus dem Zellenkalk Anlass für die erneute Überarbeitung des MSD war die
Figure.2.9: Cellular dolomite core
europäische Harmonisierung der Grundlagennormen im
brüchig (Bild 2.9). Schon durch die Sägebeanspruchung Bauwesen durch die Eurocodes. Das Merkblatt wurde hin-
können die Proben auseinander fallen. Die Streuweite der sichtlich der Grundlagen, Ansätze und Begriffe für die Si-
ermittelten Kennwerte (hier insbesondere der Druckfestig- cherheitsnachweise an die Systematik und die Nachweis-
keit) korreliert mit dem Anteil der großvolumigen Poren. verfahren des Normenhandbuches (DIN EN 1997-1:2009,
Für die Bestimmung belastbarer Kennwerte ist die zur DIN EN 1997-1/NA:2010 und nationale Ergänzungsnorm
Verfügung stehende Probengröße zu klein. Der Mindest- DIN 1054:2010) angepasst. Dies betrifft insbesondere die
durchmesser der Probe sollte hier bei dem 6- bis 10-fachen Einführung von Bemessungssituationen anstelle von Last-
der größten Pore liegen. Dies entspräche einem Proben- fällen, die Definition der Grenzzustände und die Berück-
durchmesser von 30 cm bis 60 cm. Die Gewinnung solcher sichtigung der den Bemessungssituationen und Grenzzu-
Proben ist in der Regel nur oberflächennah möglich – die ständen zugeordneten Teilsicherheitsbeiwerte. Weiterhin
Zellenkalke stehen am Schleusenstandort Besigheim aber wurden auf Grundlage der Erfahrungen aus den umfang-
in ca. 35 m Tiefe an. Um dennoch die Spannbreite der Fes- reichen Untersuchungen im Rahmen der Dammnachsorge
tigkeiten abschätzen zu können, ist eine große Anzahl an einzelne Vorgaben des Merkblatts überarbeitet sowie er-
Probenkörpern notwendig. Eine Mittelung der Festigkeits- gänzende Regelungen aufgenommen. Das MSD, Ausgabe
werte ist aber nahezu unmöglich, da schon die Proben- 2011, wurde mit Erlass des Bundesministeriums für Verkehr,
auswahl subjektiv ist und die geringfesten Proben schon Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) vom 13. September 2011
durch die Bearbeitung zerstört werden. Die Abschätzung in der WSV eingeführt. Das neue MSD steht auf den Inter-
28BAWGeschäftsbericht 2011 Geotechnik
net-Seiten der BAW unter http://www.baw.de/de/die_baw/
publikationen/merkblaetter/ zum Download bereit. Derzeit
wird eine englische Version des Merkblatts erarbeitet.
Die geotechnischen Nachweise für die Dämme an Bun-
deswasserstraßen nach MSD, Ausgabe 2005, basierten
auf den Regelungen der DIN 1054:2005 mit der Unter-
scheidung in die Lastfälle 1 bis 3. Zusätzlich wurde im MSD
ein Sonderlastfall 4 definiert, durch den nicht vollständig
auszuschließende Kombinationen von Einwirkungen be-
rücksichtigt werden sollten, die zu einem Dammbruch
führen können. Die Einwirkungen aus einer möglichen
Dammdurchströmung sind jedoch nicht nur beim Nach-
weis der Dammstandsicherheit, sondern auch in den Trag-
fähigkeits- und Standsicherheitsnachweisen für im Damm
befindliche Bauwerkesteile (z. B. von Dükern, Durchlässen
oder Kanalüberführungen) zu berücksichtigen. Da in den
entsprechenden bautechnischen und geotechnischen Re-
gelwerken ein Lastfall 4 nicht vorgesehen war, ergab sich
hier ein Schnittstellenproblem. Dadurch wurde insbeson-
dere die Auswahl geeigneter Sanierungsmaßnahmen bei
nicht ausreichender Standsicherheit infolge hydraulischen Bild 2.10: Beispiele für Bauweise mit zwei unabhängig vonein-
ander wirkenden Sicherungselementen (Kanaldich-
Versagens von Dichtungen erschwert. Um diese Schnitt-
tung und Drän)
stellenproblematik zu vermeiden, wurden im MSD, Ausga- Figure 2.10: Construction examples including two independent
safety elements (impervious lining and drain)
be 2011, die bisherigen Lastfälle 1, 2, 3 und 4 nach MSD,
Ausgabe 2005, in die ständige, vorübergehende und au- Weiterhin wurden auf Grundlage der Erfahrungen aus den
ßergewöhnliche Bemessungssituation nach dem Normen- umfangreichen Untersuchungen im Rahmen der Damm-
handbuch überführt. Dabei wird auf den grundsätzlichen nachsorge einzelne Vorgaben des Merkblatts überarbeitet
Ansatz eines gleichzeitigen hydraulischen Versagens von sowie ergänzende Regelungen aufgenommen. So wurden
zwei hydraulischen Sicherungselementen (Bild 2.10) ver- z. B. die Regelungen zum Ansatz des Mindestquerschnitts
zichtet. Vielmehr erfolgt die Berücksichtigung der Wirkung beim vereinfachten Nachweis der Dammstandsicherheit
eines Sicherungselements in Abhängigkeit von dessen und zum Nachweis gegen Piping überarbeitet. Für Dämme
Qualität. Dadurch können z. B. Dränagen als nachträglich mit innenliegender durchwurzelungssicherer Dichtwand
eingebautes zweites Sicherungselement unter bestimm- wurden zusätzliche Regelungen hinsichtlich des Gehölz-
ten Qualitätsanforderungen zur Erhöhung der Standsi- bewuchses aufgenommen. In diesem Fall sind vorhan-
cherheit von Bauwerken in Dämmen verwendet werden. dene Gehölze zulässig, wenn die Dichtwand auf den aus
einem möglichen Windwurf von Bäumen resultierenden
Die Überführung der bisherigen Lastfälle in die Bemes- Geländesprung bemessen ist.
sungssituationen erforderte für hochwasserbelastete
Dämme auch eine neue Festlegung der in den einzelnen Da zwischenzeitlich numerische Verfahren zur Berech-
Bemessungssituationen für die Standsicherheitsunter- nung der Dammdurchströmung standardmäßig als Grund-
suchungen zu Grunde zu legenden Hochwasserstände. lage für die Standsicherheitsberechnungen eingesetzt
Die Regelungen für den Ansatz von Hochwasserständen werden, wurden entsprechende Hinweise im Anhang 1
konnten dabei gegenüber denen des MSD, Ausgabe neu aufgenommen. Darin wird erläutert, dass im Allgemei-
2005, deutlich vereinfacht werden. nen eine numerische Modellierung der Strömung sowohl
29BAWGeschäftsbericht 2011 Geotechnik
im wassergesättigten als auch im teilgesättigten Abschnitt
des Dammquerschnitts erforderlich ist. Für die numerische
Berechnung der wasserungesättigten Strömung wird ein
bodenabhängiger, funktionaler Zusammenhang zwischen
relativer Durchlässigkeit und Saugspannung benötigt. Da-
für wurden vier vereinfachte, bodenphysikalisch begrün-
dete Typkurven für Kies, Sand, Schluff und Ton angege-
ben (Bild 2.11). Die bisher im Anhang 1 für unterschiedliche
Dammbauweisen dargestellten Lastfälle bei Durchströ-
mung entsprechen nicht mehr den aktuellen Regelungen
und wurden als entbehrlich angesehen.
Bild 2.12: Dammbruch am Main-Donau-Kanal mit freigelegter
Wasserversorgungs-Transportleitung
(Quelle: Jürgen Gebhardt/Stern/Picture Press)
Figure 2.12: Dam failure on the Main Danube canal with ex-
posed water supply pipeline
(photo courtesy of Jürgen Gebhardt/Stern/Picture
Press)
Ein weiterer Beitrag befasst sich mit dem Nachweis gegen
Fugenerosion bei Dämmen mit darin eingebetteten Bau-
werken. Die Grundlagen des auf numerischen Strömungs-
berechnungen basierenden Verfahrens nach MSD werden
erläutert und anhand einer Beispielberechnung die Ergeb-
nisse mit denen anderer Verfahren verglichen und bewer-
tet. Als Ergänzung zum Anhang 1 werden im fünften Beitrag
Bild 2.11: Typkurven für den funktionalen Zusammenhang
zwischen relativer Durchlässigkeit (kr) und Saug- die Grundlagen der numerischen Berechung gesättigt-
spannung (-u) ungesättigter, vertikal-ebener, stationärer Grundwasser-
Figure 2.11: Type curves for the functional relationship between
relative permeability (kr) and capillary pressure (-u) strömungen unter Berücksichtigung der Besonderheiten
bei der Berechnung der Dammdurchströmung detailliert
In den BAWMitteilungen Nr. 94 „Geohydraulische Aspekte erläutert. Weiterhin werden Empfehlungen für die Wahl ge-
bei Bauwerken der WSV“ vom November 2011 werden in eigneter Modellannahmen für unterschiedliche Dammkon-
sechs Beiträgen ergänzende Informationen zum neuen stellationen gegeben. Im letzten Beitrag zum neuen MSD
Merkblatt „Standsicherheit von Dämmen an Bundeswas- wird die Reduzierung des Wasserdrucks auf Bauwerksteile
serstraßen (MSD)“, Ausgabe 2011, gegeben. Im ersten durch nachträglich hergestellte Dränagen untersucht. Un-
Beitrag wird die historische Entwicklung, ausgehend von terschiedliche Dränagetypen werden auf Grundlage nume-
den großen Schadensfällen an Kanaldämmen der WSV in rischer Strömungsberechnungen hinsichtlich Ihrer Wirkung
den 1970er Jahren (Bild 2.12), bis zur Erstellung des MSD beurteilt und es werden Hinweise für die Anordnung und
in der aktuellen Fassung dargestellt. Daran anschließend Ausführung sowie die Bemessung von Dränagen gegeben.
werden die wesentlichen Regelungen des Normenhand-
buches kurz erläutert. Im dritten Beitrag werden dieje- In den anschließenden vier Beiträgen der BAWMit-
nigen Regelungen im neuen MSD, die gegenüber dem teilungen Nr. 94 werden weitere, vom Referat Grund-
MSD, Ausgabe 2005, geändert wurden, im Einzelnen vor- wasser bearbeitete, geohydraulische Aufgabenstel-
gestellt. Im Mittelpunkt stehen dabei die Gründe für die lungen aus der Projektarbeit für die WSV vorgestellt.
vorgenommenen Überarbeitungen und der Bezug zu den Die BAWMitteilungen Nr. 94 stehen ebenfalls auf den
Regelungen in den neuen Grundlagennormen. Internet-Seiten der BAW unter http://www.baw.de/de/
die_baw/publikationen/mitteilungsblaetter/ zum Download
bereit.
30BAWGeschäftsbericht 2011 Wasserbau im Binnenbereich
Eine wichtige Anforderung der Stadt Rees betraf die Auf-
rechterhaltung der touristisch stark frequentierten Fähr-
verbindung zwischen der Stadt und der auf der anderen
Rheinseite gelegenen Reeser Schanz. Da eine Verlegung
der Fährverbindung ausgeschlossen wurde, muss die
Fähre nun den Rhein und die Flutmulde queren, um an
den neuen Anleger an der Reeser Schanz zu gelangen.
3 Wasserbau im Binnenbereich Zwischen Rhein und Flutmulde musste daher für die Fähre
ein kleiner Stichkanal, die Fährschneise, gegraben wer-
During 2011, a study of the flood channel at Rees at the den, der wasserstandsabhängig eine Breite von rd. 25 m
River Rhine was conducted to investigate how conditions - 60 m aufweist.
in the ferry lane with regard to sedimentation could be
improved by structural measures. A hydraulic-morpholo- Schon kurz nach der Fertigstellung der Fährschneise
gical evaluation of the stretch of the River Oder between zeigten sich hydraulische und nautische Probleme, die im
Ratzdorf and Widuchowa was able to identify the potential Vorfeld der Planungen nicht abzusehen waren. Abfluss-
of various control and maintenance options for improving messungen ergaben bei einem Wasserstand von 0,30 m
the depth conditions. Recommendations for minimum cross- über Mittelwasser eine Durchströmung der Fährschneise
sections of the Wesel-Datteln Canal were made on the mit rd. 50 m³/s. Dieser verhältnismäßig hohe Abfluss ver-
basis of ship dynamical analysis. As part of the investiga- ursacht eine Ablösung der Strömung, an die sich eine aus-
tions into the accident of the Waldhof, it was possible to gedehnte Rezirkulationszone anschließt (Bild 3.1). Dadurch
reconstruct the events immediately before the vessel cap- wird das Maximum der Strömungsgeschwindigkeiten auf
sized with the aid of the BAW’s ship handling simulator. die westliche Seite der Fährschneise (linkes Ufer im Bild
3.1) verlagert. Diese ungleichförmige Strömung erschwert
3.1 Die Fährschneise an der Flutmulde nicht nur die Navigation durch die Fährschneise, sondern
Rees führt im Bereich der Rezirkulationszone auch zu erheb-
The ferry lane at the flood channel lichen Sedimentablagerungen, die bereits mehrfach be-
near Rees, River Rhine seitigt werden mussten.
Nahe der am rechten Ufer des Rheins gelegenen Stadt
Rees wird das seit langem größte wasserbauliche Projekt
am Niederrhein realisiert. Die Wasser- und Schifffahrtsver-
waltung des Bundes hat hier am Reeser Rheinbogen mit
dem Bau einer Flutmulde begonnen, die wesentlich zur
Verminderung der erheblichen Sohlerosion vor den Mau-
ern der Stadt beitragen und darüber hinaus zu einer Absen-
kung des Hochwasserspiegels von rd. einem Dezimeter
führen wird. Die Flutmulde wird nach ihrer Fertigstellung
im Jahre 2014 eine Breite von 150 – 180 m haben und den
Bild 3.1: Fährschneise mit Blick in Richtung Stadt Rees
Reeser Rheinbogen auf einer Länge von rund 3 km durch- Figure 3.1: View from ferry lane towards Rees
schneiden. Ab einem Wasserstand, der etwa 80 cm über
Mittelwasserstand liegt, wird die Flutmulde durchströmt Die BAW erhielt den Auftrag, flussbauliche Maßnahmen zu
und der Hauptstrom des Rheins entlastet. Abhängig von entwickeln, die zu günstigeren Strömungsverhältnissen in
der Wasserführung des Rheins erreicht der Abfluss durch der Fährschneise führen, so dass einerseits die Sediment-
die Flutmulde bei mittlerem Hochwasser (5.900 m³/s) ein ablagerungen minimiert und andererseits die Sicherheit
Maximum von rd. 18 % und beträgt bei höchstem Hoch- und Leichtigkeit des Fährbetriebs gewährleistet werden.
wasser (12.200 m³/s) rd. 15 % des Gesamtabflusses.
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