Planfeststellungsverfahren
für den
Ersatz der beiden Kleinen Schleusenkammern und Anpassung der Vorhäfen in Kiel-Holtenau
VORHABENTRÄGER:
WASSERSTRASSEN- UND SCHIFFFAHRTSAMT KIEL-HOLTENAU SCHLEUSENINSEL 2
24159 KIEL-HOLTENAU
6.1
Machbarkeitsstudie
Grundinstandsetzung Alte Schleuse Kiel - Holtenau
Machbarkeitsstudie
(Version 3.0) – Stand 29.02.2016
INHALTSVERZEICHNIS
1 Einleitung und Veranlassung ... 6 Vorgeschichte und Ist-Situation ... 6 1.1
Veranlassung ... 6 1.2
2 Aufgabenstellung ... 7 3 Baulicher Bestand ... 9 Lage und örtliche Gegebenheiten ... 9 3.1
Schleusenanlage - Bestand ... 10 3.1.1
Infrastruktur ... 12 3.1.2
Leitungstrassen und neuer Versorgungsdüker ... 12 3.1.3
Gebäude / Bauwerke ... 13 3.1.4
Zustand der Kleinen (Alten) Schleuse ... 14 3.2
Betrachtung des Massivbaus ... 14 3.2.1
Betrachtung des Stahlwasserbaus und der Maschinen- und Elektrotechnik ... 17 3.2.2
4 Planungsgrundlagen ... 19 Allgemeines ... 19 4.1
Wasserstände ... 19 4.2
Baugrund ... 20 4.3
Grundwasser ... 20 4.4
Bemessungsgrundlagen ... 21 4.5
Schiffsverkehr, Schiffsabmessungen ... 21 4.6
Vorgaben aus der Nautik ... 22 4.7
Anforderungen an die Wegeplanung ... 23 4.8
Hochwasserschutz ... 23 4.9
Betriebliche Planungsanforderungen ... 24 4.10
Schleusungszeiten ... 24 4.11
Weitere Planungsrandbedingungen ... 24 4.12
Sicherheit der Gesamtanlage ... 24 4.12.1
Schutz benachbarter Bauwerke ... 25 4.12.2
5 Lage und Hauptabmessungen Der Schleuse ... 25 Lage der Schleuse ... 25 5.1
Hauptabmessungen der Schleuse ... 26 5.2
6 Grundinstandsetzung des Massivbaus... 28 Massivbau der Häupter ... 28 6.1
Baugrube der Häupter ... 32 6.2
Schleusenkammer ... 35 6.3
Schleusenkammer mit Bohrpfahlwand (Variante K2) ... 36 6.3.1
Schleusenkammer mit Stahlbetonrahmen (Variante K5) ... 41 6.3.2
Abbrucharbeiten ... 43 6.4
Ausrüstung der Schleuse ... 43
6.5 7 Grundinstandsetzung des Stahlwasserbaus ... 48
Allgemeines ... 48
7.1 Variantenuntersuchung Verschlüsse ... 48
7.2 Planungsgrundlagen ... 48
7.2.1 Verschlussvarianten ... 49
7.2.2 7.2.2.1 Variante 1 - Einfach kehrendes Stemmtor ... 49
7.2.2.2 Variante 2 - Inverses Stemmtor ... 51
7.2.2.3 Variante 3 - Drehsegmenttor mit vertikaler Achse ... 52
7.2.2.4 Variante 4 - Klapptor ... 53
7.2.2.5 Bewertung der Varianten ... 54
Zielvariante Verschlüsse ... 57
7.3 Untersuchungen zu den Torbelastungen / Anordnung der Tore ... 57
7.3.1 Untersuchungen zur Torstruktur und den Einbauteilen ... 61
7.3.2 Untersuchung Füll- und Entleerungsverschlüsse ... 65
7.3.3 7.3.3.1 Allgemeines ... 65
7.3.3.2 Füll- und Entleerungsorgane ... 65
Untersuchungen zur Montage (Einbau, Schwimmkrane) ... 71
7.3.4 Zusammenfassende Beschreibung der Zielvariante ... 73
7.3.5 Untersuchung zur Weiternutzung der vorh. Revisionsverschlüsse ... 75
7.4 Untersuchung zur Stoßschutzeinrichtung... 77
7.5 Konzeption Korrosionsschutz... 82
7.6 8 Erneuerung der Technischen Ausrüstung ... 83
Erneuerung der Maschinen- und Antriebstechnik ... 83
8.1 Antriebe der Verschlüsse ... 83
8.1.1 8.1.1.1 Allgemeines ... 83
8.1.1.2 Antriebssysteme ... 84
8.1.1.3 Hydraulische Antriebe (stationäre Systeme) ... 84
8.1.1.4 Elektromechanische Antriebe (Elektrohubzylinder, EHZ) ... 86
8.1.1.5 Technische Bewertung ... 88
8.1.1.6 Beurteilung und Empfehlung zur Antriebswahl ... 89
Eis- und Geschwemmselfreihaltungsanlagen... 91
8.1.2 Erneuerung der Elektro- und Steuerungstechnik... 92
8.2 Veranlassung ... 92
8.2.1 Zielsetzung ... 92
8.2.2 Planung und Realisierung ... 93
8.2.3 Voraussetzungen für die Instandsetzung bzw. Neuinstallation der 8.2.4 elektrotechnischen Ausrüstung ... 93
Beschreibung der vorhandenen Kabeltrassen... 93
8.2.5 Demontage Elektroinstallation ... 94
8.2.6 8.2.6.1 Kabeltrassen... 94
8.2.6.2 Außenbeleuchtungsanlage ... 94
8.2.6.3 Steckdosenbetonstation ... 94
8.2.6.4 Geotechnische Messstationen ... 94
8.2.6.5 Sprechstellenanlage... 94
8.2.6.6 Maschinenkammern ... 95
8.2.6.7 Steuerstand ... 95
8.2.6.8 Ortssteueranlage (OSA) ... 95
8.2.6.9 ISPS und Einbruch-/Brandmeldeanlage ... 95
8.2.6.10 Pegelmessung ... 95
Bauliche Voraussetzungen für die Neuinstallation der elektrotechnischen Anlagen95 8.2.7 8.2.7.1 Geotechnische Messstationen ... 96
8.2.7.2 Querströmungssignal ... 96
Energieversorgung ... 96
8.2.8 8.2.8.1 Niederspannungsschaltanlagen ... 96
8.2.8.2 Maschinenkammern Nord und Süd ... 97
8.2.8.3 Maschinenkammern Mittelmauer ... 97
8.2.8.4 Leitstand Kleine Schleusen NSUV ... 97
8.2.8.5 Kleine Schleusen Kabelverlege- und Kabeltragsysteme ... 98
8.2.8.6 Schleuse Kiel Holtenau Nord Erdung und Blitzschutz ... 98
Beleuchtungsanlage ... 98
8.2.9 8.2.9.1 Innenbeleuchtungsanlage ... 98
8.2.9.2 Sicherheitsbeleuchtung ... 99
8.2.9.3 Außenbeleuchtung ... 99
Steuerungen ... 99
8.2.10 8.2.10.1 Steuerung Kleine Schleusen... 100
8.2.10.2 Pegelanlage ... 100
8.2.10.3 Energietechnik Steuerung ... 101
8.2.10.4 Steuerung Ortssteueranlage OSA... 101
Leitstand ... 102
8.2.11 Automatisierung und Fernsteuerung ... 103
8.2.12 IT-Versorgungsnetze / Bürokommunikation ... 103
8.3 Kleinen Schleusen Kommunikation (KOM) Schränke ... 103
8.3.1 Kleine Schleuse Sprechanlage ... 105
8.3.2 Kleine Schleusen Brandmeldeanlage ... 105
8.3.3 Risikobeurteilung Kleine Schleuse (KS) ... 106
8.4 Risikobeurteilung Ortssignalanlage (OSA) ... 106
8.5 ISPS Anlage ... 106
8.6 Sonstiges ... 106
8.7 Kostenschätzung... 106
8.7.1 9 Beschreibung weiterer Bauteile ... 106
Ufersicherung ostseeseitig (BT7) und NOK-seitig (BT8) ... 106
9.1 Hochbau (BT11) ... 107
9.2 Leitwerke (BT12) ... 107
9.3 Wege und Flächen (BT13) ... 108
9.4 Ver- und Entsorgungstrassen (BT14) ... 108
9.5 10 Beschreibung der Bauausführung ... 109
Baustelleneinrichtungsflächen und Zuwegungen ... 109 10.1
Bauablauf ... 110 10.2
Bauphase 0 ... 110 10.2.1
Bauphase 1 ... 110 10.2.2
Bauphase 2 ... 111 10.2.3
Bauphase 3 ... 111 10.2.4
Bauphase 4 ... 112 10.2.5
Bauphase 5 ... 112 10.2.6
Bauphase 6 ... 112 10.2.7
Bauphase 7 ... 113 10.2.8
Bauphase 8 ... 114 10.2.9
Bauphase 9 ... 114 10.2.10
Bauzeit ... 114 10.3
11 Kostenschätzung ... 115 12 Sonderthemen und Weiterer Untersuchungsbedarf ... 116 Sicherheitsbetrachtungen für den Schleusenbetrieb ... 116 12.1
Ein- und Ausfahrt der Schiffe ... 117 12.1.1
Schleusung der Berufsschifffahrt ... 117 12.1.2
Schleusung der Sportschifffahrt ... 118 12.1.3
Fußgängerverkehr im Schleusenbereich... 120 12.1.4
Brandschutz, Sicherheitskonzept ... 122 12.2
Arbeitsschutz ... 124 12.3
Sicherheits- und Überwachungskonzept ... 124 12.4
Weiterer Untersuchungsbedarf ... 124 12.5
13 Zusammenfassung und Empfehlung ... 126
1 EINLEITUNG UND VERANLASSUNG Vorgeschichte und Ist-Situation 1.1
Der Nord-Ostsee-Kanal (NOK) dient seit über 100 Jahren der nationalen und inter- nationalen Schifffahrt als Schifffahrtstraße und ist das zweite Tor zur Ostsee. Er steht dabei in direkter Konkurrenz zur Skagenroute und ist ein wettbewerbsfähiger und umweltfreundlicher Transportweg, um die wachsenden Handelsströme in Euro- pa zukünftig mit dem verstärkten Einsatz küstenparalleler Kurzstreckenseeverkehre zu bewältigen. Der NOK bringt insbesondere für die deutschen Nordseehäfen einen wichtigen Standortvorteil durch kurze Fahrtzeiten und eine je nach Ziel- und Quell- hafen variierende Wegersparnis im Wettbewerb mit den Konkurrenten im Skandi- navien- und Osteuropaverkehr.
Für den Betrieb und die Unterhaltung des Nord-Ostsee-Kanals und der Schleusen ist die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes zuständig. Für den Bereich der Schleusenanlage Kiel-Holtenau hat das Wasser- und Schifffahrtsamt Kiel- Holtenau die unmittelbare Zuständigkeit.
Im Jahr 2011 wurden ca. 26.000 Schiffspassagen in der Berufsschifffahrt und 15.000 Schiffspassagen in der Sportschifffahrt geschleust. Die Schleusenanlage läuft an 365 Tagen im Jahr im 24 Stunden Betrieb.
Veranlassung 1.2
Die Großen (Neuen) Schleusen des Nord-Ostsee-Kanals in Kiel-Holtenau sind, zu- sammen mit den Kleinen (Alten) Schleusen, Schwerpunkt des Betriebsgeschehens und des Verkehrsablaufes.
Zu den wichtigsten Teilen dieser Schleusengruppe gehören der Massivbau, der Stahlwasserbau und die technische Ausrüstung der Großen Schleusen (Fertigstel- lung 1914) und der Kleinen Schleusen (Fertigstellung 1895).
Der Bauwerkszustand der Schleusenanlage ist dem Alter entsprechend stark sanie- rungsbedürftig. Gemäß [2] wurden umfangreiche Bauwerksinspektionen durchge- führt, die den schlechten baulichen Zustand nahezu aller Bauwerke und Bauteile aufzeigen. Es besteht zudem das prinzipielle Erfordernis nach der Modernisierung der Schleusenanlage Kiel- Holtenau auf Grund veralteter Technik und ungenügen- der Bausubstanz. Dies zeigen zunehmende Schleusenausfälle.
Aufgrund massiver Schäden ist die Kleine (Alte) Schleuse derzeitig für die Schiff- fahrt gesperrt und wurde zwischen den Häuptern vor unbefugtem Zutritt gesichert.
Die Häupter sind begehbar. Derzeitig läuft der gesamte Schiffsverkehr über die Großen (Neuen) Schleusen, die ebenfalls dringend einer Grundinstandsetzung be- dürfen. Es ist geplant, zunächst die Kleinen (Alten) Schleuse instand zu setzen,
damit diese dann als Bypass-Schleuse für die Grundinstandsetzung der Großen (Neuen) Schleusen zur Verfügung stehen.
Die Sanierung der Kleinen (Alten) Schleuse soll in zwei Stufen erfolgen.
• Teil A: Sicherungsmaßnahmen an den Alten Schleusen
• Teil B: Grundinstandsetzung der Alten Schleusen
Für die Sicherungsmaßnahmen (Teil A) liegt eine Entwurfsplanung vor. Es ist vor- gesehen, die Kammer und Häupter der Kleinen (Alten) Schleuse mit einer Sandver- füllung zu sichern und bis zur Grundinstandsetzung zu verwahren. Die verfüllte Schleuse stellt den Ausgangszustand für die nachfolgende Grundinstandsetzung (Teil B) dar.
Diese Unterlage umfasst die Machbarkeitsuntersuchung für die Grundinstandset- zung der Kleinen (Alten) Schleuse.
Hinweis: Die Bezeichnungen „Kleine Schleuse“ und „Alte Schleuse“ werden in di- versen Bestandsunterlagen, Gutachten und auch in dieser Unterlage parallel ver- wendet. Beide Begriffe bezeichnen die gleiche Schleuse.
2 AUFGABENSTELLUNG
Für das Kammersystem der Alten Schleuse sollen Grundinstandsetzungsmöglich- keiten definiert werden und auf ihre Machbarkeit hin überprüft werden.
Es werden hierbei die Belange des Massivbaus, des Stahlwasserbaus, der Schleu- senausrüstung, der elektrischen und maschinentechnischen Anlagen, der Signal- einrichtungen und der Baubehelfe im Rahmen der Objektplanung, der Tragwerks- planung und der technischen Ausrüstung beleuchtet.
Der Massivbau ist hinsichtlich Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaf- tigkeit für eine Nutzungsdauer von mindestens 100 Jahren zu planen. Die geforder- te Nutzungsdauer der Maschinen- und Antriebstechnik beträgt mindestens 35 Jah- re.
In der Aufgabenstellung zur Machbarkeitsstudie [1] wurden die nachfolgenden Pla- nungsgrundsätze aufgestellt. Diese wurden im Zuge der Planung auf ihre Realisier- barkeit hin untersucht und, sofern machbar, umgesetzt.
Allgemein
• Während der Instandsetzungsmaßnahme sollte eine Schleusenkammer in Betrieb bleiben. Der Schleusenbetrieb sollte möglichst wenig beeinträchtigt werden
• Kurze Bauzeit, um so früh wie möglich mit der Grundinstandsetzung der Großen Schleusen zu beginnen
• Gewährleistung des Hochwasserschutzes auch während der Bauzeit
• Mindestens Erhalt der vorhandenen lichten nutzbaren Schleusenabmessun- gen
• Geringe Flächeninanspruchnahme, damit strategisch eine möglichst große Flächenverfügbarkeit innerhalb der Schleusenanlage bestehen bleibt
• Die Grundsätze der Wirtschaftlichkeit und Sparsamkeit sind bei der Planung zu beachten
• Fußgänger (Betriebspersonal und Dritte sowie Baustellenpersonal) sollen den Baustellenbereich unbeschadet zu jeder Zeit queren können
Massivbau
• Die Lenzbarkeit der Häupter ist sicherzustellen. Auf die Lenzbarkeit der Kammer kann verzichtet werden.
• Die Decksbereiche sollen niveaugleich ausgebildet sein. Rampen und Trep- pen sind zu vermeiden.
• Vorhandene Kabel- und Leitungsgänge sowie Hohlräume sollen verschlos- sen und durch Zugschächte ersetzt werden.
Stahlwasserbau
• Die Schleusentore sollen überfahrbar ausgeführt werden
• Weiternutzung der vorhandenen Revisionsverschlüsse
• Das Stemmtorkonzept ist grundsätzlich zu erhalten
• Die Schleusenverschlussorgane sollen in ihrer Zahl verringert werden
• Die Füll- und Entleerorgane sollen in den Schleusenverschlussorganen inte- griert werden
Technische Ausrüstung
• Robuste, umweltfreundliche, unterhaltungsarme maschinentechnische Aus- stattung
• Die maschinentechnische Ausrüstung soll verkleinert und konzentriert wer- den.
• Versorgungstechnische Anbindung an den Nordschacht der neuen Düker- schachtanlage
• Die Steuerungstechnik ist so auszulegen, dass der Betrieb der Alten und Neuen Schleusen über eine gemeinsame Leitzentrale möglich ist
3 BAULICHER BESTAND
Lage und örtliche Gegebenheiten 3.1
Die Schleusenanlage befindet sich in der Stadt Kiel im Ortsteil Kiel-Holtenau. Sie liegt am Nord-Ostsee-Kanal (NOK) bei Kanalkilometer 98,0 und verbindet den NOK mit der Kieler Förde und der Ostsee.
Die Schleusenanlage besteht aus zwei Doppelkammerschleusen, der Kleinen Schleuse im Norden und der Großen Schleuse im Süden.
Der Nord-Ostsee-Kanal und die Schleusenkammern verlaufen in west-östlicher Richtung. Von Norden nach Süden betrachtet gliedert sich die Gesamtanlage wie folgt:
• Nördliches Förde-Ufer im Ortsteil Kiel-Holtenau
• Entwässerungskanal mit Betriebshafen des WSA
• Nördliche Schleuseninsel mit Verwaltungs- und Betriebsgebäuden des WSA
• Kleine (Alte) Schleuse
• Südliche Schleuseninsel (Mittelinsel) mit dem Bauhof des WSA
• Große (Neue) Schleuse
• Südliches –Förde-Ufer im Ortsteil Kiel-Wik
Abbildung 1: Gesamtanlage
Die Grundinstandsetzung der Schleusenanlage beginnt an der Kleinen (Alten) Schleuse.
Schleusenanlage - Bestand 3.1.1
Bei der Kleinen Schleuse handelt es sich um eine Doppelschleusenanlage mit Stemmtoren. Die beiden Schleusenkammern sind durch eine Mittelmauer getrennt.
Im Außen- und Binnenhaupt sind die Stemmtorpaare jeweils als Ebb- und Fluttor- paare angeordnet. Die Befüllung und Entleerung der Schleuse erfolgt über Längs- und Stichkanäle.
Die Mittelhäupter, die ursprünglich jede Kammer mit einem weiteren Stemmtorpaar unterteilten, werden heute nicht mehr als Häupter genutzt. Die Stemmtore in den Mittelhäuptern sind ausgebaut.
Die Schleuse wurde in Schwergewichtsbauweise monolithisch gebaut und ist flach gegründet. Die Schleusenwände bestehen aus Wasserbauklinkern, Füllmauerwerk und Sparbetonkammern Bei den Sparbetonkammern handelt es sich um Kammern im Mauerwerk, die teils mit geringfestem Magerbeton aufgefüllt wurden. Örtlich wurde bei Bohrungen nur Sand vorgefunden. Die Sohle besteht aus Stampfbeton.
Tabelle 1: Bauwerksmaße der bestehenden Kleinen Schleuse Kleine Schleuse
Fertigstellung 1895
Gesamtlänge 217 m
Gesamtbreite 85 m
Kammerbreite 25 m
Nutzlänge / Nutzbreite 125 m / 22 m
Drempeltiefe NHN - 9,80 m
Höhe der Schleusendecks - Häupter / Kammer NHN +4,30 / NHN + 2,80 m
Anzahl der Schleusenkammern 2
Bei der Großen Schleuse handelt es sich um eine Doppelschleusenanlage mit Schiebetoren. Die beiden Schleusenkammern sind durch eine Mittelmauer getrennt.
Im Außen- und Binnenhaupt sind die Schiebetore angeordnet. Die Befüllung und Entleerung der Schleuse erfolgt über längslaufende Umlaufkanäle in den Häuptern und den Kammerwänden. Die Schleuse wurde in Schwergewichtsbauweise gebaut und ist flach gegründet.
Tabelle 2: Bauwerksmaße der bestehenden Großen Schleuse Große Schleuse
Fertigstellung 1914
Gesamtlänge 382 m
Gesamtbreite 220 m
Kammerbreite 45 m
Nutzlänge / Nutzbreite 330 m / 42 m
Drempeltiefe NHN - 14,00 m
Höhe der Schleusendecks NHN + 3,90 m
Anzahl der Schleusenkammern 2
Die Schleusen werden parallel von der Berufsschifffahrt und der Sport- und Frei- zeitschifffahrt genutzt. Die zu schleusenden Schiffe fahren bei ihrer Ankunft in Kiel- Holtenau in die zugewiesene Schleusenkammer ein. Planmäßig werden die Leinen an das Festmacherpersonal übergeben und anschließend am vorgesehenen Lie- geplatz in der Schleuse an Pollern festgemacht. In der Regel werden die größeren Schiffe während eines Schleusungsvorgangs nur auf einer Schleusenkammerseite festgemacht. Die Sport- und Freizeitschiffe machen selbstständig an den Schwimm- fendern in der Schleuse fest.
Infrastruktur 3.1.2
Die Schleusenanlage Kiel Holtenau liegt an öffentlichen Verkehrswegen. Die Zu- fahrt zur Kleinen Schleuse erfolgt von Norden her über die Kanalstraße und eine Brücke (SLW 30 mit mittiger Überfahrt für LKW mit Schrittgeschwindigkeit) über den Entwässerungskanal zur Straße „Schleuseninsel“. Dort befinden sich auch die Ver- waltungsgebäude des WSA Kiel-Holtenau. Die Große Schleuse kann von der Süd- seite unmittelbar mit LKW aus Kiel-Wik erreicht werden.
Die Schleusenanlage ist auf dem Wasserweg über den NOK von Brunsbüttel aus westlicher Richtung und über die Kieler Förde bzw. Ostsee aus östlicher Richtung erreichbar. Der NOK ist für Schiffe und schwimmende Geräte mit einem Tiefgang bis 9,50 m zugelassen.
Schiffe können fördeseitig an Anlegestellen nördlich der Kleinen Schleuse festma- chen. NOK-seitig stehen Anlegestellen im nördlichen Einfahrtsbereich der Kleinen Schleuse zur Verfügung.
Die Schleuseninsel zwischen der Kleinen und der Großen Schleuse ist NOK-seitig über einen festen Fähranleger erreichbar. Der Anleger wurde für Baustellentrans- porte für den Neubau des Versorgungsdükers errichtet und steht auch nach der Bauzeit dauerhaft zur Verfügung. Das Gegenstück des Anlegers auf der Mittelinsel wird zu Beginn der Schleusenbaumaßnahme im Bereich südwestlich der Großen Schleuse geschaffen. Die bestehenden Wege auf der Schleuseninsel sind überwie- gend befestigt.
Ohne Nutzung der Fähre kann die Schleuseninsel vom Süden her zu Fuß und mit kleineren Fahrzeugen wie Radladern oder Elektrokarren über die Übergänge der Schiebetore der Großen Schleuse und von der Nordseite her über die Übergänge der Stemmtore der Kleinen Schleuse erreicht werden. Die Schleusentore sind nicht mit großen Fahrzeugen befahrbar.
Derzeit kann die Schleuseninsel zwischen Alter und Neuer Schleuse von Rettungs- kräften nur zu Fuß oder per Fähre erreicht werden, so dass entsprechende Verzö- gerungen beim Einsatz in Kauf genommen werden müssen. Als Landeplatz für Ret- tungshubschrauber stehen Freiflächen auf der Mittelinsel zur Verfügung.
Leitungstrassen und neuer Versorgungsdüker 3.1.3
Zurzeit wird ein neuer Versorgungdüker erstellt, der die gesamte Schleusenanlage von Norden nach Süden queren wird. Der Nordschacht des Versorgungsdükers wird in unmittelbarer Nähe zur Alten Schleuse, d.h. ca. 20 m hinter der Nordkam- merwand errichtet.
Im gesamten Baufeld liegen diverse schleusenspezifische und übergeordnete Lei- tungen. Die Leitungsquerung der Alten Schleuse erfolgt zurzeit durch drei Düker, die sich innerhalb der Schleusenwände und -sohle in Dükern befinden. Die Düker müssen auf Grund ihres ungenügenden Bauwerkszustands und mangelhafter Ar-
beitssicherheit stillgelegt werden. Zukünftig ist geplant, die übergeordneten Leitun- gen in dem neuen Versorgungsdüker anzuordnen.
Abbildung 2: Kleine Schleuse und neuer Versorgungsdüker
Gebäude / Bauwerke 3.1.4
Auf der Schleusenanlage befinden sich diverse Gebäude unterschiedlicher Nutzer.
Auf der nördlichen Schleuseninsel befinden sich die Verwaltungs- und Betriebsge- bäude des WSA Kiel-Holtenau.
Auf der Mittelwand der Kleinen Schleuse befindet sich der Leitstand für die Kleine Schleuse.
Auf der südlichen Schleuseninsel (Mittelinsel) befinden sich der Pegelturm und, ne- ben der Großen Schleuse, die Dienstgebäude der Festmacher, Bundespolizei und Nautik.
Die Gebäude in unmittelbarer Schleusennähe (Ausstellungsgebäude, Pegelturm und Altbau des Amtsgebäudes) stehen unter Denkmalschutz.
Zustand der Kleinen (Alten) Schleuse 3.2
Für die Kleinen Schleusen (Fertigstellungsjahr 1895) wurde in den 1960’er und 1970´er Jahren eine Grundinstandsetzung ausgeführt, wobei diese sich nicht über alle Bauteile erstreckte.
Bei der turnusgemäß in 2012 begonnenen Bauwerksinspektion der Alten Schleusen wurden massive Schäden im Mauerwerksbereich vorgefunden. Zunächst wurde die kleine Südkammer vollständig gelenzt. Im Anschluss wurden in den Kammerwän- den und Häuptern ca. 50 horizontale Kernbohrungen mit Tiefen von 1,50 m im Kammer- und Häupterbereich und 4,0 m im Bereich der Mittelhäupter ausgeführt und endoskopiert. Die Befahrungen haben ergeben, dass nahezu an allen Kernboh- rungen ab ca. 30 cm hinter der Schleusenwand Klüfte in einer Mächtigkeit von bis zu 40–50 mm vorliegen. In größerer Tiefe wurden weitere Vertikalrisse geringerer Mächtigkeit angetroffen. Das festgestellte Schadensbild ist dahin zu interpretieren, dass sich großflächig Mauerwerksschalen abgelöst haben und auf einer Höhe von bis ca. 10 m quasi frei stehen. Kammer- und Häupterbereiche sind gleichermaßen betroffen.
Durch die BAW Karlsruhe wurde ein Zustandsgutachten für die Schleusenkammern der Alten Schleusen erstellt [2]. Das Gutachten kommt zu dem Ergebnis, dass bei- de Schleusenkammern erhebliche Sicherheitsdefizite aufweisen, die einem Weiter- betrieb widersprechen. Die BAW empfiehlt in [2], die Alte Schleuse außer Betrieb zu nehmen und Sicherungsmaßnahmen vorzusehen, die eine Gefährdung für Men- schen auf dem Gelände der Schleusenanlage ausschließen. Die Alte Schleuse ist in 2014 außer Betrieb genommen worden.
Abbildung 3: Querschnitt durch die bestehende Schleusenkammer
Betrachtung des Massivbaus 3.2.1
In beiden Schleusenkammern zeigt sich ein vergleichbares Schadensbild. Die fest- gestellten Klüfte und Risse im Mauerwerk sind in der Südkammer aber stärker aus- geprägt als in der Nordkammer. Dies wird im Wesentlichen darauf zurückgeführt, dass die Südkammer über einen langen Zeitraum als Trockendock genutzt wurde und dabei höheren Beanspruchungen ausgesetzt war.
Der Zustand der Alten Schleuse ist umfänglich in [2] beschrieben. Die wesentlichen Erkenntnisse sind nachfolgend zusammengefasst:
Tabelle 3: Zustand der Alten Schleuse Bauteil Zustand
Untersu- chungs- umfang
• Bohrlochtiefe 1,5 m in AH, Kammer, BH bzw. 4,0 m im MH, dahinter keine Aufschlüsse
• Durchgeführte Prüfungen an Vorsatzschale und Hinterfüllmauerwerk: Zie- geldruck- und Spaltzugfestigkeit, Mauerwerksdruckfestigkeit, Verfor- mungsmodul Mauerwerk, Haftzugfestigkeit Mörtel
SK, Südwand • Trockengelegt: Bohrungen zwischen NHN-0,20 bis -6,90 m
• Klüfte in Tiefe 30-40 cm, dahinter verzweigte Risse und schmale Klüfte
• Schalenförmige Ablösung über den Stichkanälen bis zur Planie auf einer Höhe von bis zu ca. 10 m
• Riss im erdseitigen First des Längslaufs, Versatz in der kammerseitigen Längslaufwand
• Vertikale Risse an den Torstegen SK, Nordwand
(Mittelwand)
• Trockengelegt: Bohrungen zwischen NHN-0,20 bis -6,90 m
• Klüfte in Tiefe 30-40 cm, dahinter verzweigte Risse und schmale Klüfte
• Schalenförmige Ablösung über den Stichkanälen bis zur Planie auf einer Höhe von bis zu ca. 10 m
• Riss im erdseitigen First des Längslaufs, Versatz in der kammerseitigen Längslaufwand
• Vertikale Risse an den Torstegen
• AK/BK: Instandgesetzte Bereiche: kein Verbund zw. Vorsatzschale und Füllbeton/Altmauerwerk. Zustand der Verankerung der Vorsatzschale (Verbund/Korrosion) unbekannt⇒ Ein Anker wurde freigelegt, dort keine Korrosion
SK, Sohle • Schäden und Ausbrüche an gemauerter Oberfläche
• GW-Entlastungsöffnung funktionsfähig
• Festigkeit teils geringer als Beton B5 einzustufen
NK, Nordwand • Wasserstand nur bis -5,0 m abgesenkt. Bohrungen liegen bei NHN-0,2 und -2,60 m. Keine Bohrungen unterhalb NHN-2,60 m vorhanden!
• Risse bis 1 cm, breite Risse vorrangig in AH, BH
• MH, zwischen Beton und Außenmauerwerk kein Verbund
• Laut [1] BAW S.25 wird in Unterlage [S2] über gleichartige Schäden wie in Südkammer berichtet (Riss/Versatz im Längskanal)
NK, Südwand (Mittelwand)
• Wasserstand nur bis -5,0 m abgesenkt. Bohrungen liegen bei -0,2 und -2,60 m
• Risse bis 1 cm; breite und tiefreichende Risse vorrangig in AH, BH
• MH, in Tornische hat sich Füllbeton vom Altmauerwerk gelöst
• Vertikale Risse an den Torstegen NK, Sohle • Keine Aussage
Abkürzungen: Südkammer (SK), Nordkammer (NK), Außenhaupt (AH), Außenkammer (AK), Mittel- haupt (MH), Binnenkammer (BK), Binnenhaupt (BH)
Gesicherte Kenntnisse insbesondere über die folgenden Bereiche bleiben offen:
• Zustand des Füllmauerwerks bei den Seitenwänden und der Mittelwand hin- ter der erkundeten Bohrtiefe von 1,5 bzw. 4,0 m. Es ist nicht auszuschlie- ßen, dass sich die Schädigungen und Risse auch im Bauteilinnern fortset- zen.
• Zustand der Wände in der Nordkammer unterhalb NHN -2,60 m (nicht be- probt). Es ist nicht auszuschließen, dass Schädigungen und Risse auch un- terhalb NHN -2,60 m vorhanden sind.
• Zustand der Verankerung der instandgesetzten Vorsatzschalen (Korrosion, Verbund)
• Zustand der Sparbetonkammern. Lt. [2] S.5-28ff wird der Ansatz als B5 für die Nachrechnung als günstig bezeichnet. Im schlechtesten Fall ist anzu- nehmen, dass die Sparbetonkammern „Sand oder Hohlräume“ aufweisen.
• Zustand der Sohle (Festigkeit, Durchlässigkeit)
Um die Tragfähigkeit der Schleuse einschätzen zu können, wurden im Rahmen des BAW-Gutachtens Vergleichsberechnungen mit zweidimensionalen FE-Modellen durchgeführt. Es wird in [2] darauf hingewiesen, dass diese keine Bestandsstatik darstellen und das Ziel der nichtlinearen Analyse u.a. darin lag, eine Begründung für die 120-jährige Standzeit des Bauwerks zu ermitteln. Laut S. 23 des Gutachtens mussten Annahmen getroffen werden, die durch die Materialuntersuchungen nicht überprüfbar sind und ingenieurmäßig festgelegt wurden. Neben dem klaffenden Riss parallel zur Kammerinnenseite wurden weitere Schädigungen, wie z.B. die bei der Videoskopie-Untersuchung festgestellten, weiteren Risse im Innern des Mauer- werks, im Modell nicht berücksichtigt.
Eine Zusammenfassung des Schadensbildes im Hinblick auf die statischen Belange ist in [3] (Anlage 3, Vorstatik: Kap. „Allgemeines“) beigefügt und kommt zu folgen- den Schlussfolgerungen:
• Querschnitt der Häupter und Kammerwände kann nicht als monolithisch an- genommen werden.
• Wände können nicht als Schwergewichtswand nachgewiesen werden.
• Schubübertragung in Längsrissen ist nicht gewährleistet.
• Lokal ist ein Schubversagen bereits in mehreren Ebenen eingetreten.
• Rahmentragwirkung über dem Längskanal ist nicht gegeben.
• Lokal eingeleitete Lasten (z.B. Pollerzugkräfte, …) können nicht ohne weite- re Ertüchtigungen abgetragen werden.
• Nordkammer kann aufgrund fehlender Lenzung nicht ganzheitlich bewertet werden.
• Standsicherheit der Tore ist nicht gegeben
Betrachtung des Stahlwasserbaus und der Maschinen- und Elektrotechnik 3.2.2
Im 4. Quartal des Jahres 2013 wurde durch die Fachstelle für Maschinenwesen Nord eine Anlageninspektion der maschinen- und elektrotechnischen Einrichtungen der „Alten Schleusen Kiel-Holtenau“ durchgeführt. Der Prüfbericht [4] weist für die Nordkammer zu diesem Zeitpunkt eine „bedingte“ Betriebssicherheit für die nächs- ten zwei Jahre aus.
Maschinentechnik
Als Ergebnis der Anlageninspektion werden im Bericht folgende Hauptmängel der Maschinentechnik genannt:
• Leckage der Hydraulikaggregate und Leitungen
• Korrosion an Hydraulikleitungen, Schlauchverschraubungen und Druckbe- grenzungsventilen
• Umfangreiche Schäden (Verschleiß/Abnutzung/Korrosion) an der An- triebskinematik und den Getrieben
• Schäden an den Achsen und Führungsrollen der Antriebskinematik Elektrotechnik
Für das Gewerk der Elektrotechnik zeichnet sich ein noch wesentlich größeres Schadensbild ab. Im Bericht zur Anlageninspektion werden folgende Hauptmängel aufgezählt:
• Prüffristen der elektrischen Antriebe (entspr. den Sicherheitsvorschriften) seit mehreren Jahren abgelaufen
• Bedenklicher Zustand der elektrischen Leitungen (Kurzschlussfestigkeit und Leistungskennwerte) aufgrund des hohen Alters (teilweise > 40 Jahre)
• Schäden an den Kabel- und Leitungsummantelungen, Risiko eines Lei- tungsbrandes oder Personenschadens
• Korrodierte Kabelprischen, Einsatz von nicht zugelassenen Befestigungen (z.B. Kabelbinder), die Tragfähigkeit der Befestigungen ist ggf. nicht mehr gegeben
• Eindringen von Tagwasser in die Betriebsräume Stahlwasserbau
Die Stemmtore und Umlaufverschlüsse der „Alten Schleusen Kiel-Holtenau“ wurden im 1./2. Quartal 2014 einer Bauwerksprüfung durch das Ingenieurbüro GRASSL un- terzogen [5],[7].
Stemmtore:
Ergebnis der Überprüfung der Stemmtore ist, dass die Tragfähigkeit und Ge- brauchstauglichkeit von etwa 50 % der geprüften Verschlüsse nur gering beein- trächtigt ist. Der andere Teil der Stemmtore weist ein größeres Schadensbild auf.
Es wurden folgende Hauptmängel bei der Prüfung festgestellt:
• Lokale Beschädigung des Korrosionsschutzes an den Stemmtoren
• Schadhafte Dichthölzer an den Stemmtoren
• Schäden und Verschleiß an Hals- und Spurlagern
• Stemmlage der Tore ist teilweise nicht korrekt
• Lokale Schäden im Bereich der Begehung der Stemmtore Umlaufverschlüsse:
Der Prüfbericht zur Inspektion der Umlaufverschlüsse kommt zum Ergebnis, dass bei etwa 50 % der geprüften Verschlüsse die Tragfähigkeit nur gering beeinträchtigt ist. Der andere Teil der Umlaufverschlüsse weist ein deutlich größeres Schadens- bild auf, teilweise sind die Verschlüsse aufgrund des Alters bereits massiv geschä- digt.
Es wurden folgende Hauptmängel bei der Prüfung festgestellt:
• Lokale Beschädigung des Korrosionsschutzes an den Umlaufverschlüssen
• Verschleiß und Korrosion an den Zahnstangen
• Schäden und Verschleiß an den Führungsrollen der Umlaufverschlüsse
• Fehlen der oberseitigen Rollenkonstruktionen
Zusammenfassende Beurteilung des Zustandes
Die vorhandenen Prüf- und Inspektionsberichte ermöglichen einen ersten Überblick über den Zustand des Stahlwasserbaus, der Antriebstechnik und der Elektrotechnik der Schleusenanlage.
Der Beurteilung des Prüfberichtes der Fachstelle für Maschinenwesen Nord (4.
Quartal 2013), wonach den maschinen- und elektrotechnischen Einrichtungen der Nordkammer noch eine bedingte Betriebssicherheit für die nächsten zwei Jahre be- scheinigt wird, kann nicht gefolgt werden. Aufgrund von gravierenden sicherheits- technischen Mängeln bei den maschinen- und elektrotechnischen Einrichtungen ist die Betriebssicherheit der Nordkammer derzeit nicht gegeben. Hier sind insbeson- dere die Korrosion und Schäden an Hydraulik-Druckbegrenzungsventilen und Schlauchverbindungen (Bericht Anlageninspektion 2013, S.1, Prüfliste Nordkammer S.11-Bild 30,[4]), fehlende sicherheitstechnische Überprüfungen der Antriebe (Be- richt Anlageninspektion 2013, S.2,[4]) sowie Schäden an den Kabel- und Leitungs- ummantelungen der E-Technik (Bericht Anlageninspektion 2013, S.2, Prüfliste Elektrotechnik S.1 – S.5,[4]) zu nennen.
Es muss auch davon ausgegangen werden, dass die Betriebsfähigkeit der Anlage aufgrund der Stillstandszeit aktuell nicht mehr gegeben ist.
4 PLANUNGSGRUNDLAGEN
Allgemeines 4.1
Im Folgenden werden die maßgeblichen Planungsparameter angesprochen.
Wasserstände 4.2
Es werden folgende Wasserstände zugrunde gelegt:
Nord-Ostsee-Kanal:
HKW = NHN +0,50 m
NKW = NHN -0,20 m
NKW - 0,8m Sunkwelle = NHN-0,20 – 0,80 = NHN -1,00 m Kieler Förde / Ostsee:
Normalwasserstand = ca. NHN ±0,00 m Höchstes Hochwasser HHW = NHN +2,97 m Niedrigstes Niedrigwasser NNW = NHN -2,29 m Bemessungswasserstand BHW = NHN +3,47 m
Betriebswasserstände in der Schleuse
Gemäß [5] sind die Betriebswasserstände +/- 1,20m in Bezug auf den NOK- Wasserstand angegeben.
Oberer Betriebswasserstand = NHN +0,50 + 1,20 = NHN +1,70 m Unterer Betriebswasserstand = NHN -0,20 - 1,20 = NHN -1,40 m.
Baugrund 4.3
Angaben zum Baugrund werden aus dem Zustandsgutachten [2] und einer Geo- technischen Stellungnahme der BAW-HH [8] zugrunde gelegt. In [8] werden Be- messungsprofile auf Basis vorliegender Baugrundaufschlüsse angegeben. Für Pla- nungen über die Machbarkeitsstudie hinaus sind laut BAW-HH zusätzliche Bau- grunderkundungen und Bemessungsprofile notwendig.
Gemäß [8] stehen oberflächennah Sandschichten und Auffüllungen an, die von Ge- schiebemergel und Beckenton/-schluff unterlagert werden. Innerhalb dieser Schich- ten befinden sich mächtige Bänder von Schmelzwassersanden und –kiesen sowie Beckensanden. Laut BAW muss im anstehenden Geschiebemergel mit Hindernis- sen gerechnet werden.
Im unmittelbaren Bereich der Dükerzielbaugrube wurden Torflinsen angetroffen.
Unmittelbar hinter den Schleusenwänden stehen keilförmig die Auffüllungen aus der damaligen Bauwerksherstellung an.
Laut einer Deklarationsanalyse für den Neubau des Versorgungsdüker im benach- barten Baufeld für den Nordschacht wurde der Boden in einer Aushubtiefe von 0,5 m unter GOK gemäß LAGA-Boden in die Kategorie Z2 eingestuft.
Grundwasser 4.4
Für die Machbarkeitsstudie wurde eine geohydraulische Untersuchung [9] auf Grundlage der bislang vorliegenden Grundwasserdaten aufgestellt. Die in der Un- tersuchung getroffenen Annahmen sind für die weitere Planung zwingend durch projektbezogene Baugrundaufschlüsse zu verifizieren.
Es wird zwischen einer oberen Sandschicht in einer Tiefe von etwa NHN -10 m und einer unteren Sandschicht bei etwa NHN -20 m unterschieden. In der unteren Sandschicht wurde artesisch gespanntes Grundwasser angetroffen. Während der Bauzeit der alten Schleuse lag der Wasserstand dieser Sandschicht kurzzeitig bei bis zu NHN +3 m. Die Schicht steht in direktem hydraulischem Kontakt zu dem im Bereich der großen Schleuse anstehenden Grundwasserleiter.
Der Bemessungswasserstand für das Grundwasser hinter der Schleuse wird bei NHN +1,70 m angesetzt.
Der mittlere Grundwasserstand ist in Höhe des NOK bzw. Ostseewasserstandes bei etwa NHN ±0,0 m zu erwarten.
In [10] wurde eine Grundwasseranalyse an der Grundwassermessstelle BKF05_2010 durchgeführt, die sich auf der Schleuseninsel zwischen Alter und Neuer Schleuse befindet. Demnach ist das Grundwasser nicht betonangreifend und hat eine sehr geringe Korrosionswahrscheinlichkeit hinsichtlich Loch- und Mulden- korrosion sowie Flächenkorrosion.
Bemessungsgrundlagen 4.5
Die Bemessungsgrundlagen sind im Lastenheft, Anlage 1 angegeben.
Schiffsverkehr, Schiffsabmessungen 4.6
Die Schiffe werden auf dem Nord-Ostsee-Kanal in sechs Verkehrsgruppen einge- teilt, wobei die kleinsten zur Verkehrsgruppe 1 und die größten zur Verkehrsgruppe 6 gehören. Diese Einteilung basiert auf Länge, Breite, Tiefgang und der Art der La- dung des Schiffes.
Im Jahre 2012 wurden rd. 30.000 Schiffsschleusungen an der Schleusenanlage Kiel Holtenau registriert. Die Auswertung der Aufzeichnungen zeigt, dass bei den vorhandenen Nutzabmessungen der Alten Schleuse L x B x T = 125 x 22 x 9,8 m etwa 67% der Schiffe über die Alte Schleuse geschleust werden könnten.
Dabei wurde zugrunde gelegt, dass der Raum zwischen den Schwimmfendern und dem Schiff mind. 0,5 m beträgt und die Kielfreiheit mind. 0,5 m bei einem Wasser- stand von NKW = NHN -0,20 m beträgt. Abhängig von den Nutzabmessungen er- geben sich folgende theoretische Kapazitäten:
Tabelle 4: Schiffsabmessungen
max. Schiffsabmessungen erf. Nutzabmessung Schleuse1) 2) Theoretische Kapazität
125 x 21,5 x 9,1 m 125 x 22 x 9,6 m 67 %
165 x 21,5 x 9,3 m 165 x 22 x 9,8 m 73 %
165 x 22,5 x 9,3 m 165 x 23 x 9,8 m 78 %
165 x 24,5 x 9,3 m 165 x 25 x 9,8 m 90 %
1) Ansatz: NKW = NHN -0,2m; OK Drempel Bestand = NHN -9,8m; OK Drempel geplant = NHN -10m.
2)Nutzbreite ist abhängig von der Kammerbreite und Schwimmfenderbreite
Abbildung 4: Mögliche Kapazität in % aller Schleusungen in Abhängigkeit unterschiedlicher, maximaler Schiffsabmessungen, bezogen auf das Jahr 2012
Die Abbildung zeigt, dass eine Optimierung der Nutzlängen und Nutzbreiten die Kapazität der Schleuse erhöht. Eine Optimierung der Nutzlänge erhöht zudem die Flexibilität, d.h. die Möglichkeit, Schiffe unterschiedlicher Längen in der Schleuse anzuordnen. Eine Erhöhung der Tiefe hat ab einer Nutztiefe von ca. 9 m praktisch keinen Einfluss auf die Kapazität.
Eine Vergrößerung der theoretischen Schleusenabmaße über die Nutzmaße 165 x 23 x 9,8 m hinaus ergibt keinen zusätzlichen Nutzen mehr, da die kleinen Schleu- senkammern theoretisch nicht mehr in der Lage sind, den darüber hinaus mögli- chen Schiffsverkehr zeitlich abzuwickeln.
Dies wurde in der Konzeption zur Schleusenanlage Kiel-Holtenau untersucht und belegt.
Vorgaben aus der Nautik 4.7
Die Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs muss jederzeit gewährleistet sein und darf gegenüber der Bestandssituation nicht verschlechtert werden. Aus nautischen Gründen wurden vom WSA Kiel-Holtenau folgende Festlegungen ge- troffen:
• Keine Drehung der Schleusenachse gegenüber der Bestandsachse
• Geringfügige Verschiebungen der Schleusenachse in Längs- und Querrich- tung sind in nautischer Hinsicht zulässig.
Schiffslänge
Breite
• Eine Verschiebung des Binnenhauptes nach Binnen ist aus nautischen Gründen nicht zulässig.
Anforderungen an die Wegeplanung 4.8
Die Wegeplanung umfasst alle Wege für Fahrzeuge und Fußgänger im Nahbereich der Alten Schleuse. Die Wege werden in der Regel von Fahrzeugen und Fußgän- gern gemeinsam genutzt.
Der Fahrzeugverkehr setzt sich aus PKW, Lieferwagen, kleinen Baugeräten, Elekt- rokarren und LKW (z.B. 3-achsige Rettungsfahrzeuge der Feuerwehr) zusammen.
Der Fußgängerverkehr besteht neben dem Betriebspersonal der Schleuse unter anderem auch aus Mitarbeitern des Zolls sowie der Bundes- und Wasserschutzpo- lizei, Lotsen und Kanalsteuerern und Landgängern.
Die Querung des Schleusengeländes zu Fuß sowie mit kleinen Baugeräten und Elektrokarren muss während der gesamten Baumaßnahme gewährleistet sein.
Die Schleusentore sollen zukünftig für den Dienstbetrieb, für die Schiffsausrüster und für Geräte des WSA Kiel-Holtenau überfahrbar sein. Es wird eine Flächenlast von 5kN/m² für die Fahrbahn angesetzt. Die Fahrbahnbreite soll eine Breite von 2,0 m nicht überschreiten. Es sind folgende Fahrzeuge (Bemessungsfahrzeuge) zu- grunde zu legen:
• Fahrzeug Gabelstapler RX 70-50, Fa. Still
• Fahrzeug Elektrozug R08-20 mit max. Anhängelast, Fa. Still Hochwasserschutz
4.9
Die Schleusenanlage Kiel Holtenau liegt an der Ostsee bei Küstenkilometer km 150. Bei der Schleusenanlage und der angrenzenden Küstenlinie handelt es sich nicht um einen Landesschutzdeich. Dennoch kommt der Schleuse hinsichtlich des Hochwasserschutzes als Verbindungsbauwerk zum NOK eine besondere Be- deutung zu. Im Falle einer Ostseesturmflut muss durch die Schleuse und deren Verschlüsse sichergestellt werden, dass es nicht zu einer Flutung des NOK kom- men kann.
Der Hochwasserschutz ist für die Bauzeit und für den Endzustand sicherzustellen.
Die doppelte Deichsicherheit ist für die beweglichen Verschlüsse zu gewährleisten.
Für die Planung der Schleuse wird ein Bemessungswasserstand von NHN +3,47 m zugrunde gelegt (vgl. Kap. 4.2).
Es ist geplant, die Häupter mit einer Planiehöhe von NHN +4,30 m und die Tore mit einer Stauwandhöhe von NHN +3,55 m auszuführen.
Das Ausreichen dieser Stauhöhe wird im Moment in einem Gutachten der BfG Kob- lenz belegt. Es wird davon ausgegangen, dass diese Höhe ausreichend ist. Ergeb-
nisse liegen im Frühjahr 2016 hierzu vor und werden bei möglichen geringen Ab- weichungen in den folgenden Planungsphasen berücksichtigt.
Betriebliche Planungsanforderungen 4.10
Es ist vorgesehen, dass Sportboote zukünftig ausschließlich an den Seitenwänden festmachen dürfen und die Mittelwand den größeren Schiffen der Berufsschifffahrt vorbehalten bleibt.
Für die Sportschifffahrt werden an den Seitenwänden begehbare Schwimmfender mit einer Breite von 1,50 m entsprechend dem Bestand vorgesehen. An der Mittel- wand kann die Schwimmfenderbreite auf 0,5 m verringert werden, da diese nicht begehbar ausgebildet werden müssen.
Die Planiehöhe auf der Mittelmauer soll in der Kammer und den Häuptern einheit- lich auf NHN +4,30 m geplant werden. Da die Sportboote in der Regel ein geringe- res Freibord haben, wird die Planiehöhe auf der Seitenmauer in der Kammer auf NHN+2,80 m abgesenkt.
Für die Nutzlänge und die Sicherheitsabstände zwischen Tor und Schiff wurden vom WSA folgende Festlegungen getroffen:
• Die Nutzlängenmarkierung befindet sich jeweils 10 m vor der Wendesäule der Tore
• Am Bug ist ein Sicherheitsabstand von 10 m zur Schlagsäule ausreichend.
Die Einhaltung dieses Abstands wird durch zusätzliche Markierungen ent- lang der Schleusenkammer sichergestellt
• Am Heck ist ein Sicherheitsabstand von 10 m zur Wendesäule einzuhalten Schleusungszeiten
4.11
Die Schleusungszeiten betrugen im außer Betrieb gesetzten Altsystem abhängig von den Wasserspiegeldifferenzen, die hauptsächlich gering ausfallen, teilweise weniger als 25 Minuten pro Schleusung mit einem Schiff in der Schleuse. Diese Werte werden mit dem neuen System nicht überschritten.
Weitere Planungsrandbedingungen 4.12
Sicherheit der Gesamtanlage 4.12.1
Während der gesamten Bauzeit muss die Sicherheit der Schleusenanlage Kiel Hol- tenau nach Maßgabe der Verpflichtungen des ISPS-Codes gewährleistet sein, so dass die Absicherungsmaßnahmen baulich anzupassen sind.
Schutz benachbarter Bauwerke 4.12.2
Benachbarte Bauwerke wie Gebäude und der Versorgungsdüker dürfen durch die Baumaßnahme nicht beschädigt werden.
Laut Stellungnahme der BAW zu Auswirkungen von Erschütterungen aus Ramm- und Bauarbeiten [11] werden für die Gebäude des WSA, den Bauhof und den Ver- sorgungsdüker keine Einschränkungen hinsichtlich des Rammverfahrens vorgege- ben. Es wird ein Sicherheitsabstand zwischen Spundbohlen und Düker von ca. 2 m empfohlen.
Per Email vom 27.05.2015 nimmt die BAW-HH im Hinblick auf mögliche Verfor- mungen des Dükers aus der Grundinstandsetzung, insbesondere unter Beachtung einer Verfüllung der bestehenden Schleusenkammer, wie folgt Stellung:
„ … Unter der Voraussetzung einer fachgerechten Dükerherstellung kann u. E. da- von ausgegangen werden, dass im Bereich der Dükertrasse infolge der Grundin- standsetzung der Alten Schleuse nur mit geringen, für das Dükerbauwerk verträgli- chen Verformungen zu rechnen ist...“
In das Dükerrohr wird derzeit eine Inklinometermessanlage integriert, um bei evtl.
auftretenden Verformungen geeignet reagieren zu können.
5 LAGE UND HAUPTABMESSUNGEN DER SCHLEUSE Lage der Schleuse
5.1
Die Lage der alten Schleuse soll im Wesentlichen bestehen bleiben. Gewisse Spiel- räume können im Rahmen der Grundinstandsetzung ausgenutzt werden, wenn die- se aus technischen, betrieblichen oder wirtschaftlichen Gründen vertretbar sind. Es ist zu beachten, dass eine möglichst geringe Flächeninanspruchnahme auf der Südseite der Schleuse erfolgen soll, damit strategisch eine möglichst große Flä- chenverfügbarkeit innerhalb der Schleusenanlage bestehen bleibt. Folgende Rand- bedingungen werden zugrunde gelegt:
• Eine Drehung der Schleuse und eine Verschiebung des Binnenhauptes in Richtung NOK sind aus nautischen Gründen nicht zulässig
• Geringfügige Verschiebungen der Schleusenachse in Längs- und Querrich- tung sind in nautischer Hinsicht zulässig
• Hauptkriterium für die Kleine Schleuse als zukünftige Bypassschleuse ist die Wirtschaftlichkeit
• Die vorhandene Breite der Mittelmauer b = 12,5 m ist eine Mindestbreite.
Eine größere Breite wäre betrieblich vorteilhaft.
Die Hauptabmessungen der Schleuse bleiben im Wesentlichen bestehen. Eine Vergrößerung der Nutzlänge und der Nutzbreite ist keine Planungsanforderung und
erfolgt ausschließlich durch die Optimierung von Bauteilen innerhalb der Schleuse (Tore bzw. Schwimmfender).
Die zukünftige Breite der Mittelmauer beträgt b = 16 m. Die Breite ist in betrieblicher Hinsicht vorteilhaft (Maschinenräume, Antriebe, Leitstand, Torüberfahrt etc.) und für die Aufnahme des geplanten, inversen Stemmtores erforderlich.
Eine Verschiebung der gesamten Schleuse in Querrichtung ist nicht vorgesehen, d.h. die Achse der Mittelmauer bleibt bestehen. Die Achsen der Kammern verschie- ben sich geringfügig aufgrund der angepassten Mittelwandbreite.
Es werden vier Varianten untersucht, um den Einfluss auf die Flächeninanspruch- nahme südlich der alten Schleuse aufzuzeigen.Die Varianten sind in Plan B-2-B01- UE-0005 dargestellt. Dabei wurde eine fiktive, vom WSA vorgegebene Achse für den Vergleich der Flächeninanspruchnahme zugrunde gelegt. Einschränkungen er- geben sich durch dauerhafte Bauteile, insbesondere die Rückverankerung von Baugruben und Seitenwänden (rot schraffiert). Temporäre Baugrubenverankerun- gen können später zurückgebaut oder gekappt werden und stellen keine Ein- schränkung dar.
Die Darstellungen zeigen, dass eine Verschiebung der Schleuse in Längsrichtung keine wesentlichen Vorteile hinsichtlich der Flächeninanspruchnahme bringt. Eine Längsverschiebung wäre bautechnisch aufwändig (Außenhaupt als Wasserbaustel- le, Sicherung des nicht mehr genutzten Binnenhauptes) und genehmigungstech- nisch relevant (Planfeststellungsrelevanz) und wird daher nicht weiter verfolgt. Vor- teilhaft sind Lösungen, bei denen auch in der Kammer nur eine temporäre Rück- verankerung erforderlich ist. Dies führt zu einer geringeren Flächeninanspruchnah- me auf einem Streifen von ca. 10 m.
Hauptabmessungen der Schleuse 5.2
Die Schleuse wird innerhalb der Abmessungen des Bestandsbauwerkes neu errich- tet und besteht auch zukünftig aus zwei gleich großen Kammern, der Nordkammer und der Südkammer.
Tabelle 5: Bauwerksmaße der grundinstand gesetzten Kleinen Schleuse Kleine Schleuse
Gesamtlänge 217 m
Gesamtbreite ca. 82 m
Kammerbreite 25 m
Nutzlänge / Nutzbreite 165 m / 23 m
Drempeltiefe NHN - 10 m
Planiehöhe – Mittelwand Häupter / Kammer NHN +4,30 / NHN + 4,30 m Planiehöhe – Seitenwände Häupter / Kammer NHN +4,30 / NHN + 2,80 m
Anzahl der Schleusenkammern 2
Die Gesamtmaßnahme wurde in einzelne Bauteile (BT) gegliedert. Eine Übersicht der Bauteile ist in Zeichnung B-2-B01-UE-003 beigefügt.
6 GRUNDINSTANDSETZUNG DES MASSIVBAUS
Dieses Kapitel beinhaltet die Beschreibung der Bauteile BT1 bis BT6.
Die Variantenuntersuchungen zum Massivbau sind in Anlage 1 zum Bericht, die Va- riantenuntersuchungen zum Stahlwasserbau sind im Kapitel 7 enthalten. Bei den nachfolgenden Beschreibungen werden die jeweiligen Zielvarianten der einzelnen Variantenuntersuchungen zugrunde gelegt.
Abbildung 5: Übersicht Schleusenbauwerk (Flügelwände nicht dargestellt)
Massivbau der Häupter 6.1
Die Häupter werden als massive Konstruktion in Stahlbetonbauweise zur Aufnahme der Tore und Maschinentechnik hergestellt. Das Außenhaupt und das Binnenhaupt werden im Wesentlichen mit den gleichen Hauptabmessungen ausgeführt.
Die Länge von 49,0 m und die Breite von 82,0 m werden durch die Unterbringung der Schleusentore, Maschinentechnik, Leitungsschächte, Dükeranlagen und Revi- sionsverschlüsse bestimmt. Die Planiehöhe liegt einheitlich bei NHN +4,30 m.
Der Querschnitt ist als Doppel-U-Rahmen geplant. Die Seitenwände und die Mittel- mauer sind im Bereich der Tore überfahrbar und haben Abmessungen von ca.
B = 8 m bzw. B = 16 m, die Sohle hat eine Dicke von ca. D = 5 m. Eine Trockenle- gung der Schleuse ist durch das Setzen der äußeren und bereits vorhandenen Re- visionsverschlüsse möglich.
Abbildung 6: Massivbau Häupter
Die Häupter werden in fugenloser Bauweise erstellt. Zwischen den Häuptern und der Kammer werden Raumfugen angeordnet.
Im Außenhaupt und im Binnenhaupt sind folgende Bauteile untergebracht:
Nischen für die Revisionsverschlüsse
Die bestehenden Revisionsverschlüsse werden weiter verwendet. Da die Ver- schlüsse sowohl in Kiel-Holtenau als auch in Brunsbüttel eingesetzt werden kön- nen, erfolgt die Anpassung an die geplanten, senkrechten Schleusenwände mittels einer Adapterkonstruktion. Es stehen insgesamt zwei Revisionsverschlüsse zur Verfügung.
Laut Auskunft des WSA Kiel-Holtenau erfolgt eine Revision der Schleuse in der Regel alle 6 Jahre für die Bauwerksinspektionen. Aufgrund der großen Zeitabstän- de ist es vertretbar, die Revisionsverschlüsse nur an den Außenseiten der Häupter anzuordnen und im Revisionsfall die gesamte Schleuse trocken zu legen. Daher werden die Nischen für die Revisionsverschlüsse außenseitig am Binnen- und Au- ßenhaupt angeordnet.
Optional besteht die Möglichkeit, innerhalb der Häupter zusätzlich kammerseitig der Tore Nischen anzuordnen, in der die Revisionsverschlüsse eingestellt werden. Da- mit wäre eine separate, „kleine“ Revision der Torbereiche möglich. Eine örtlich be-
grenzte Lenzung wäre zügiger und mit geringerem Aufwand durchführbar, wodurch sich die Flexibilität für Reparaturen oder Instandsetzungen, insbesondere der Ver- schlüsse und Lager, deutlich vergrößern würde. Die Abmessungen der Nischen und die Stahlbaukonstruktion sind in den Plänen B-2_B02_UE-0010/UE-0011 darge- stellt. Innen und außen werden die gleichen Adapterkonstruktionen verwendet, d.h.
es wären weiterhin nur zwei Adapterkonstruktionen vorzusehen. Die Abmessungen der Häupter werden durch die Tore, Maschinentechnik und Schächte bestimmt und lassen eine optionale Anordnung innerer Revisionsverschlussnischen zu. Die Ma- schinenkammer in der Seitenwand wäre landseitig um ca. 1 bis 1,5 m zu verschie- ben.
Abbildung 7: Revisionsverschluss Planung / Option
Alle Nischen sind für den normalen Schleusenbetrieb durch Stahlblechkonstruktio- nen abzudecken.
Tornischen
Die Tornischen haben eine Tiefe von 2,3 m und eine Länge von 16,0 m. In den Tornischen erfolgt über das untere Spurlager und die drei darüber liegenden Dreh- lagern an der Wendesäule die Aufnahme der Inversen Stemmtorflügel.
Antriebsgrube im Bereich der Tornischen
Die Antriebe werden in einem auf ca. NHN +2,80 m abgesenkten Bereich angeord- net. Der Bereich wird für den Schleusenbetrieb (u.a. Festmacherpersonal) in Pla- niehöhe mit überfahrbaren Abdeckungen versehen.
Maschinenräume auf der Mittelwand und seitlich der Seitenmauer
In den Maschinenräumen sind die Aggregate für die Hydraulikantriebe, für die Luft- sprudleranlage sowie Schaltschränke für die E-Technik untergebracht. Die Räume werden klimatisiert. Die Anordnung der Räume erfolgt unterflur, um den Schleusen- betrieb möglichst wenig zu beeinträchtigen. Durch Deckenöffnungen können die Aggregate ein- und ausgebaut werden. Der Zugang erfolgt über Außentreppen.
Die Maschinenräume haben lichte Abmessungen von ca. L x B = 13,7 m x 6,0 m in der Mittelwand und ca. L x B = 10,2 m x 5,5 m in den Seitenwänden.
Leitungsdüker für die Schleusenversorgung
Im Außenhaupt und im Binnenhaupt werden in der Schleusensohle Leerrohre für die Verlegung von Kabeln und Leitungen vorgesehen. Nach derzeitigem Stand werden etwa 30 Leerrohre je Haupt für die Querung der Schleuse geplant. Die Lei- tungsquerungen sollen z. T. auch für übergeordnete Leitungen verwendet werden (Redundanz für neuen, übergeordneten Versorgungsdüker).
Der Zugang für Personen und die Zuführung der Leitungen zum Düker erfolgt über Schächte im Bereich der Seitenwände und der Mittelwand. Auf der Mittelwand wird der Schacht mittig angeordnet. Die Schächte sind überfahrbar. Die Versorgung der Mittelwand erfolgt über die im Schacht hochgeführten Leitungen. Die Schächte werden insbesondere aus Arbeitsschutzgründen mit Treppen, Zwischenpodesten sowie einem Lichtraumprofil für eine Schleifkorbtrage zur Bergung verunfallter Per- sonen ausgeführt. Die Treppenanlage kann als Stahlbaukonstruktion in den Schacht eingebaut werden.
Zur Vermeidung von Kondensatbildung sollen Luftentfeuchtungsanlagen in den Schächten vorgesehen werden. Für Arbeiten in den Schacht- und Dükeranlagen sind Lüftungsanlagen vorzusehen.
Baugrube der Häupter 6.2
Die Häupter werden jeweils in einer trockenen Baugrube hergestellt.
Abbildung 8: Baugrube Binnenhaupt (Draufsicht und Querschnitt)
Die nördlichen und südlichen Baugrubenwände werden als mehrfach rückveranker- te Bohrpfahlwände geplant. Vorgesehen ist eine überschnittene Bohrpfahlwand mit Primär- und Sekundärpfählen mit einem Bohrpfahldurchmesser von 1,5 m. Der Ab- stand der bewehrten Pfähle beträgt a = 2,0 m. Die Verankerung erfolgt dreilagig mittels Verpresspfählen. Die Bohrpfahlwände werden hinter den Bestandswänden
angeordnet, so dass nicht durch Mauerwerk oder Beton gebohrt werden muss. Für die späteren Stahlbetonarbeiten verbleibt ein Arbeitsraum zwischen Baugruben- wand und Betonaußenkante von ca. 2,50 m, in dem u.a. die Schalung aufgestellt werden kann.
NOK-seitig und förde-seitig werden die wasserseitigen Baugrubeneinfassungen als Fangedämme ausgeführt. Der binnenseitige Fangedamm (NOK) hat eine Oberkan- te von NHN +2,0 m, der außenseitige Fangedamm (Förde) liegt bei NHN +4,0 m und stellt den Hochwasserschutz sicher. Die Entwässerung des Fangedamms er- folgt durch Dränageleitungen in der Sandverfüllung mit Auslässen zur Kammer und dem NOK, so dass der Wasserstand im Fangedamm auf maximal NHN +0,5 m be- grenzt wird. Bei Lenzung der Baugrube wird auch die Fangedammverfüllung ent- sprechend entwässert. Die Spundwandfangedämme werden mit zwei Ankerlagen gegeneinander verankert. Die Ankerlagen liegen bei ca. NHN +1,0 m und NHN -9,0 m, so dass die untere Lage mit Taucherhilfe eingebaut werden muss. Aufgrund seiner robusten Bauweise bietet der Fangedamm einen Schutz vor unplanmäßigen Einwirkungen (Treibgut, Eis, Anprall). Die Dichtigkeit gegenüber dem offenen Ge- wässer wird durch gedichtete Spundwandschlösser und durch die Sandverfüllung gewährleistet. Der Fangedamm ist ca. 17,5 m breit und kann für die Querung von Fußgängern, Fahrzeugen, Baustellentransporte und Leitungen genutzt werden. Op- tional ist eine Anlege- und Umschlagmöglichkeit für Schuten gegeben.
Zwischen der Kammerbaugrube und der Häupterbaugrube ist ein Höhenunter- schied in der Sohle abzufangen, der durch eine Trennspundwand gesichert wird.
Bei einer Grundinstandsetzung der Kammer mittels Bohrpfahlwand und Unterwas- serbetonsohle (Variante K2, siehe Kap.6.3.1) beträgt der Höhenunterschied zwi- schen Kammersohle (OK -10,0 m) und Baugrubensohle Häupter (OK -15,2 m) ca.
5,2 m. Zur Begrenzung von Verformungen beim Lenzen der Baugruben wird die Trennspundwand mit Rundstahlankern rückverankert. Die Anker schließen sich mit der gegenüberliegenden Häupterbaugrube kurz und müssen aufgrund der großen Länge von ca. 118 m unter Wasser auf Bockkonstruktionen aufgelagert und vorge- spannt werden. Für die Dichtigkeit zwischen kammerseitiger Unterwasserbetonsoh- le und Trennspundwand bei Aufnahme des Wasserdrucks von unten sind ggf. Zu- satzmaßnahmen wie Bodeninjektionen vorzusehen. Die Stirnseiten der Kammermit- telwand sowie der Versatz zwischen der Häupterbaugrube und den Seitenwänden der Kammer werden über dreifach rückverankerte Bohrpfahlwände gesichert.
Bei einer Grundinstandsetzung der Kammer durch Herstellung eines Stahlbeton- rahmens mit einer Unterwasserbetonsohle als temporäre Baugrubenabdichtung (Variante K5, siehe Kap.6.3.2) beträgt der Höhenunterschied zwischen Baugruben- sohle Kammer (OK -13,2 m) und Baugrubensohle Häupter (OK -15,2 m) ca. 2,0 m.
Die Unterwasserbetonsohle kann kammerseitig im Bereich der Trennspundwand etwas tiefer gezogen werden, so dass eine direkte Abstützung zur Unterwasserbe-
tonsohle des Hauptes besteht. Die Trennspundwand wird frei auskragend ohne Rückverankerung ausgeführt.
Die Baugrubensohle wird als unbewehrte, rückverankerte Unterwasserbetonsohle mit einer Dicke von 1,70 m geplant. Die Oberkante der Unterwasserbetonsohle liegt bei NHN -15,20 m. Als Auftriebspfähle für die Lenzung der Baugrube sind Ver- presspfähle vorgesehen.
Für den Unterwasseraushub im Bauzustand wird für einen einfacheren Bauablauf die Möglichkeit geschaffen, den binnenseitigen Fangedamm zu öffnen und mittels Schuten zu überfahren, um das Abbruch- bzw. Aushubmaterial auf direktem Wege aus der Schleuse zu bringen. Für die Öffnung wird eine Drempeltiefe von NHN -4,0 m zugrunde gelegt. Bei einem unteren Wasserstand im NOK von NHN -0,20 m und einem Sicherheitsabstand von 0,30 m können Schuten und Baggerpontons bis zu einem Tiefgang von 3,50 m die Öffnung passieren. Im Fangedamm werden Querspundwände angeordnet, zwischen denen vorgefertigte Spundwandtafeln an- geordnet sind, so dass die Fangedammverfüllung bis NHN -4,0 m ausgebaut wer- den kann. Die Tafeln können als Stecksystem ein- und ausgebaut werden und ge- ben nach vorherigem Aushub der Verfüllung eine Durchfahrtsbreite von ca. 15 m frei.
Abbildung 9: Fangedamm Binnenbereich - Durchfahrt für Schuten etc.
Schleusenkammer 6.3
Allgemeines
Die Länge der Kammer beträgt rd. 119 m. Die Nord- und Südkammer werden bau- gleich ausgeführt.
Die Seitenwände haben eine Planiehöhe von NHN +2,80 m. Die Breite des Beton- holms beträgt b = 3,30 m. Dahinter werden die Oberflächen mit Asphalt oder alter- nativ mit Pflaster befestigt, so dass eine befestigte Fläche von b = 9,0 m wie im Be- stand hergestellt wird. Für den Zugang zu den Häuptern (NHN +4,30 m) werden Treppen angeordnet. Der Zugang vom Schleusendeck auf die Schwimmfender er- folgt ebenfalls über Treppen. Dazu sind Treppennischen in der Kammerwand vor- gesehen.
Die Mittelwand hat eine durchgängige Planiehöhe von NHN +4,30 m, die Gesamt- breite beträgt b = 16,0 m. Die Oberflächen können vollständig in Beton hergestellt werden. Aufgrund der großen Planiebreite wäre alternativ ein Betonholm mit rück- wärtiger, überschütteter Betonplatte und einer Oberflächenbefestigung aus Asphalt möglich. Die Ausführung mit Asphalt hätte Vorteile hinsichtlich Dauerhaftigkeit, In- standsetzung und Oberflächenentwässerung und wird daher empfohlen.
Mittig auf der Mittelmauer, direkt im Anschluss an das Außenhaupt, wird ein neuer Leitstand vorgesehen. Die Abmessungen im Grundriss (ca. 6 x 20 m) und die Höhe (3 Geschosse) entsprechen etwa dem Bestand. Der Leitstand wird u.a. mit einem Bedienstand für die Schleuse, Aufenthaltsräumen und Aufstellräumen für die E- Technik ausgestattet.
Die Entwässerung der Planie von Seitenwand und Mittelwand erfolgt über Oberflä- chengefälle, Muldenrinnen und Abläufen in die Kammer.
Die Wände und die Sohle der Schleusenkammer können im Revisionsfall trocken- gelegt werden.
Konstruktionsvarianten
Für die Klärung der Möglichkeiten zur weiteren Verwendung der vorhandenen Bau- substanz wurden Lösungsmöglichkeiten untersucht. Diese sind in Anlage 1, Kap. 2 ausführlich beschrieben. Die Untersuchung kommt zu dem Ergebnis, dass eine rei- ne Ertüchtigung der alten Schleuse nicht machbar ist. Für die weitere Betrachtung im Rahmen der Machbarkeitsstudie wurden zwei Varianten ausgewählt:
• Variante K2: Bohrpfahlwand und Unterwasserbetonsohle.
Die Variante führt zu den geringsten Baukosten.
• Variante K5: Stahlbetonrahmen.
Die Variante hat Vorteile im Hinblick auf Bauzeit, Risiken für die Bauausfüh- rung, Flächeninanspruchnahme, Robustheit und Sicherstellung der Dauer- haftigkeit und Qualität.
Schleusenkammer mit Bohrpfahlwand (Variante K2) 6.3.1
Die bestehenden Seitenwände und die Mittelwand der Kammer werden durch eine neue Konstruktion mit integrierten Bohrpfahlwänden überbaut. Die Schwerge- wichtswände haben zukünftig einzig die Funktion einer Bauwerkshinterfüllung für die neuen Gründungselemente. Zur Vermeidung von Hohlräumen werden die vor- handenen Längs- und Stichkanäle mit Dämmer verfüllt. Die vorhandene Kammer- sohle wird abgebrochen und durch eine Unterwasserbetonsohle ersetzt.
Abbildung 10: Bohrpfahlwand (Variante K2)
Die Seitenwände werden als einfach rückverankerte Bohrpfahlwände ausgeführt, die durch den massiven Bestand gebohrt werden. Die Schrägverankerung erfolgt einlagig mittels Verpresspfählen. Bei Verwendung bauaufsichtlich zugelassener Systeme (z.B. Gewi oder Ischebek Titan) sind 2 Mikropfähle je bewehrtem Bohr- pfahl erforderlich. Die Mikropfähle haben im Mittel einen Abstand von 1,0 m und können zur Einhaltung der Pfahlfußabstände in der vertikalen Neigung etwas ver- schwenkt werden. Alternativ wäre der Einsatz von Mikropfählen mit Rundstahlan- kern denkbar. Nach derzeitigem Stand wäre jedoch eine Zulassung im Einzelfall nö- tig.
Die bestehende Mittelmauer wird beidseitig mit Bohrpfahlwänden umfasst und mit- tels Horizontalverankerung als Fangedamm konzipiert. Als Verankerung kommen Rundstahlanker zur Anwendung. Die Arbeitsebene für die Bohrung ist die verfüllte Kammer. Der Bohrquerschnitt verläuft sowohl in der Sandverfüllung als auch in der massiven Mittelwand, wobei der Überschnitt mit der Mittelwand schleifend über die Tiefe zunimmt. Daher wird im Vorwege eine Bodenverfestigung in der Sandauffül- lung durch Düsenstrahlsäulen vorgesehen, um eine möglichst gleichförmige Festig- keit des Bohrgutes und somit eine ausreichende vertikale Führung der Bohrrohre zu erreichen.
Die überschnittenen Bohrpfahlwände mit Primär- und Sekundärpfählen mit einem Bohrpfahldurchmesser von d = 1,5 m werden als dauerhafte Gründungselemente geplant. Der Abstand der bewehrten Pfähle beträgt a = 2,0 bis 2,3 m. Die Seiten- wände und die Mittelwand erhalten auf gesamter Höhe eine Stahlbetonvorsatzscha- le zum Schutz vor mechanischen Beanspruchungen aus dem Schleusenbetrieb, zur Aufnahme der Schleusenausrüstung und zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit und Dichtigkeit. Die überschnittene Bohrpfahlwand ist herstellungsbedingt wasserdurch-
lässig, bildet aber das tragende Element. Die Dichtfunktion wird ausschließlich der Vorsatzschale zugewiesen. Die Verankerung der Vorsatzschale ist daher für den vollen Spaltwasserdruck zu bemessen. Der Anschluss der Vorsatzschale an die Bohrpfahlwand erfolgt an den bewehrten Bohrpfählen (Sekundärpfähle) über Be- tonstahlbewehrung als nachträglich erstellter Bewehrungsanschluss unter Verwen- dung von Injektionsmörtel. Für die Bemessung der Bohrpfähle wird kein Verbund- querschnitt angesetzt. Da eine Schubkraftübertragung zwischen Bohrpfahlwand und Vorsatzschale jedoch nicht ausgeschlossen werden kann, ist diese bei der Wahl der Verankerung unter Berücksichtigung des Herstellprozesses (Baugru- benaushub erfolgt vor Ankerherstellung) zu berücksichtigen. In der Studie wurden konstruktiv 6∅16/m² angesetzt. Das Konstruktionsprinzip mittels Vorsatzschalen wird bei der Instandsetzung von Binnenschleusen und auch beim Neubau der Schleuse Dörverden angewendet. Besondere Korrosionsschutzmaßnahmen für die Anker sind bislang nicht vorgesehen. Aufgrund der Beaufschlagung mit Ostsee- wasser (Chloride aus Meerwasser) ist im Zuge der weiteren Planung zu untersu- chen, ob und ggf. welche Korrosionsschutzmaßnahmen für die Anker notwendig sind.
Kammerseitig zwischen den Bohrpfahlwänden erfolgen der Abbruch der bestehen- den Sohle und die Herstellung der Unterwasserbetonsohle. Die Sohle wird als dau- erhafte, unbewehrte und rückverankerte Unterwasserbetonsohle mit einer Dicke von 1,70 m geplant. Sie dient als untere Aussteifung der Kammerwände und ist erosionssicher gegenüber Belastungen aus dem Schraubenstahl der Schiffe. Die Oberkante der Unterwasserbetonsohle liegt bei NHN -10,00 m. Als Auftriebspfähle für die Lenzung im Bauzustand und für die Trockenlegung im späteren Revisionsfall sind dauerhafte Verpresspfähle vorgesehen.
Die Stahlbetonvorsatzschale kann erst nach Herstellung der Unterwasserbetonsoh- le und Lenzung der Kammer ausgeführt werden. Vor Herstellung der Vorsatzschale ist die Bohrpfahlwand mit einer ebenen Ausgleichsschicht aus Spritzbeton zu ver- sehen, um die Vorsatzschale mit konstanter Wanddicke herstellen zu können und evtl. Verformungen der Bohrpfähle und Bautoleranzen auszugleichen.
Die Dicke der Stahlbetonvorsatzschale beträgt konstruktiv 50 cm. In der Vorplanung wurde eine zulässige Abweichung der Bohrpfahlwände von horizontal ±7,5 cm (ge- ringer gewählt als DIN EN 1536) und vertikal 0,5 % (gemäß ZTV-W LB209) zugrun- de gelegt, so dass sich eine maximal zulässige Abweichung von ±13,5 cm ergibt.
Planmäßig ist inkl. Spritzbeton eine Gesamtdicke von 63,5 cm vorzusehen, um die Stahlbetondicke von 50 cm einzuhalten. In der weiteren Planung sollte die zulässi- ge horizontale Abweichung unter Berücksichtigung der zulässigen Lageabwei- chung, rechnerischen Wandverformung und konstruktiven Mindestdicke für den Spritzbeton verbindlich festgelegt werden. Aus den Erfahrungen bei der Schleuse Dörverden wird ein Ansatz von ±2,0 cm Lageabweichung (bei Herstellung mit Bohrschablone), +2,0 cm Verformung und +3,5 cm Mindestdicke Spritzbeton als re- alistisch angesehen, so dass sich die o.g. 7,5 cm ergeben.
Abbildung 11: Toleranzen Bohrpfahlwand
Die Vorsatzschale wird an den Häuptern durch Raumfugen getrennt. Die Fuge zwi- schen Kammer und Häuptern ist aufgrund der großen Steifigkeitsdifferenzen und damit großen Verformungsunterschieden erforderlich.
Die Fuge zwischen Unterwasserbetonsohle und Stahlbetonvorsatzschale wird mit einem aufbetonierten Stahlbetonbalken sowie Ausbildung einer Pressfuge mit hori- zontaler Fugenausbildung ausgeführt.
Abbildung 12: Prinzipskizze Sohlanschluß
Da die Wände und die Sohle bauzeitlich für eine Lenzung dimensioniert werden müssen, ist auch für spätere Revisionszwecke eine Trockenlegung der Kammer möglich.
Sonderbereich Ausrüstungselemente
Um einen ausreichenden Verankerungsbereich für die Ausrüstungselemente für Leitern und Nischenpoller zu erhalten, wird die Vorsatzschale in Versatzbereichen der Bohrpfahlwand örtlich dicker ausgebildet.
Abbildung 13: Prinzipskizze: Auszug „Überregionales Fachkonzept Ü.FK 61“ (Beispiel Schleuse Dörverden)
Sonderbereich Düker
Einen Sonderbereich stellt der neue Versorgungsdüker dar, der die Schleuse im Bereich der Kammer quert. Die Höhenlage des Dükers steigt von Süden nach Nor- den hin an. Der Scheitel des Dükers liegt im Bereich der südlichen Seitenwand bei etwa NHN -21 m, im Bereich der nördlichen Seitenwand bei NHN -19 m. Gemäß Unterlage [11] ist bei allen Rammverfahren ein Sicherheitsabstand zum Düker von 2,0 m zu beachten. Daher kann in Anlehnung an Unterlage [11] davon ausgegan- gen werden, dass die Unterkante der südlichen Bohrpfahlwand nicht unterhalb von NHN -19 m, die der nördlichen Bohrpfahlwand nicht unterhalb von NHN -17 m lie- gen darf. Aufgrund der geringen Absetztiefe der Bohrpfähle in diesem ca. 6,5 m breiten Sonderbereich müssen die Lasten über Sonderkonstruktionen abgetragen werden. Nachweise und Skizzen für die Seitenwände, Mittelwände und Sohle ent- hält Anlage 3 (Vorstatik Vorzugsvariante) mit folgenden Ergebnissen:
• Seitenwände: Es erfolgt ein Vertikallastabtrag auf die seitlichen Bohrpfähle.
Dafür wird ein Kopfbalken mit den Abmessungen B/H/L von 2,5 m/2,0 m/9,0 m vorgesehen. Die Verankerungen im Dükerbereich sind dahingehend zu verschwenken, dass der Sicherheitsabstand zum Düker und dem Zugangsschacht in allen Bereichen eingehalten ist. Alternativ kann auch eine erhöhte Anzahl von kürzeren Verankerungen angeordnet werden, so dass der Zugangsschacht nicht mehr innerhalb der Verankerungslänge
