Baufachzeitung

20.10.2017

Software + Hardware

Komplexe Wasserbaumaßnahme in Rheinland-Pfalz

Schleusenbauwerk Zeltingen im Probebetrieb
Schleusenwände mit Bauwerksfuge im oberen Wandabschnitt
Bauteilabmessung für FE-Modell im Längs- und Querschnitt
FE-System als Teilmodell für den Schleusenkopf
Lastkombination mit Schwergewichts-, Grundwasser- und Temperaturlasten sowie zugehöriges Verformungsbild
Erforderliche Bewehrung aus Biegebemessung und Rissesicherung

Um die bestehenden Schleusen der Mosel zwischen Trier und Koblenz zu entlasten, entstehen im Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Trier derzeit neben weiteren die neuen Schleusenkammern für Trier und Zeltingen. Beide Bauwerke werden in Massivbauweise aus Stahlbeton errichtet und weisen mit 210 Metern Nutzlänge, 12,50 Metern Breite und 1,50 Metern Freibord mit Fallhöhen von 6,0 und 7,25 Metern weitgehend einheitliche Systemmaße auf. Die Unterhäupter der bestehenden und neuen Schleuse liegen auf gleicher Höhe nebeneinander. Befüllt bzw. entleert werden die neuen Wasserbauwerke über seitliche Längs- und Stichkanäle in den Kammerwänden. Dabei kommen ein Stemmtor als Untertor und ein Drucksegment als Obertor zum Einsatz.

Reduzierte Dehnungsfugen für mehr Wirtschaftlichkeit
Die Zeltinger Schleuse ist bereits fertiggestellt. Die Arge Neubau 2. Schleuse Zeltingen, die sich aus den Bauunternehmen H. Schorpfeil Bau GmbH und J. Bunte Bauunternehmung GmbH & Co. KG. zusammensetzte, verbaute 40.000 Kubikmeter Beton und 5.000 Tonnen Betonstahl alleine für die Schleusenbauwerke ohne Baugrubenumschließung.

Die 2. Schleuse Trier befindet sich derzeit in der Phase der Ausführungsplanung. Dabei wird schon in einer sehr frühen Planungsphase der Gesamtlebenszyklus der Bauwerke berücksichtigt. Ziel ist es, durch reduzierte Fugen aufwändige Sanierungsmaßnahmen an den Schleusen zu vermeiden. Denn Dehnungsfugen hatten in der Vergangenheit sehr oft hohe Sanierungskosten zur Folge.

Der Plan für ein möglichst zukunftsträchtiges Bauwerk mit langer Lebensdauer sah für die insgesamt 312 Meter lange Zeltinger Schleuse lediglich eine durchgehende Bauwerksfuge am Übergang vom Regelkammerbereich zum Unterhaupt vor. In der Kammersohle und am unteren Wandabschnitt mit den Längskanälen war in der Planung keine weitere Dehnungsfuge vorgesehen. Noch einen Schritt weiter denkt man für die Schleuse in Trier: Hier soll komplett ohne Dehnungsfugen gebaut werden. Die Erfahrungen aus dem Bau des Zeltinger Bauwerks sollen außerdem allesamt in die Realisation des zweiten Bauwerks einfließen.

Anspruchsvolle Planungsaufgaben für die KHP König und Heunisch Planungsgesellschaft aus Frankfurt am Main. Die Ingenieure aus Hessen übernahmen in Rheinland-Pfalz die technische Bearbeitung für die Massivbauteile des Schleusenbauwerks Zeltingen. Für die Trierer Schleuse wurde das Büro mit der Tragwerksplanung für die Massivbauteile des Bauwerks sowie der kompletten Baugrube in den Leistungsphasen 2 bis 6 betraut. Weitere Planungspartner für die Objektplanung und den Stahlwasserbau sind die INROS LACKNER AG und die Schömig-Plan Ingenieurgesellschaft.

Exakt temperierter Baustoff
Während der Planungs- und Ausführungsarbeiten stand der Gesamtlebenszyklus der beiden Schleusenbauwerke stets im Vordergrund und beeinflusste beide Seiten dabei maßgeblich. Die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) gibt vor, dass der verbaute Beton die Anforderungen gemäß ZTV-W 215 aus dem Jahr 2004, beziehungsweise 2012 für Trier, erfüllen muss. Der erlaubte Temperaturbereich des Baustoffs ist somit stark eingeschränkt. Diese Begrenzungen gelten sowohl für die Höchsttemperatur im Bauteil als auch die Frischbetontemperatur, die der Baustoff bei der Betonage maximal erreichen darf. Um diese hohen Anforderungen, insbesondere für Betonage bei sommerlicher Temperatur, zu erfüllen, muss eine spezielle Betonrezeptur entwickelt werden. Darüber hinaus sind betontechnologische Maßnahmen zur Reduzierung der Temperatur der Ausgangstoffe erforderlich.

Nachweisführung mittels Softwareunterstützung
„Die Betontemperatur stellte unser Unternehmen und gleichsam alle am Projekt Beteiligten vor zahlreiche herausfordernde Aufgaben, die es zu lösen galt“, erklärt Dipl.-Ing. Stefan Schum aus dem Hause KHP. Denn die Betontemperatur, wie der Ingenieur erklärt, beeinflusst die Zwangsspannungen und somit die Rissbildung im jungen Betonalter entscheidend. Zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit mussten die Experten aus der Mainmetropole eine rissbreitenbeschränkende Bewehrung für das Bauwerk ermitteln. Diese orientierte sich am Merkblatt „Rissbreitenbegrenzung für frühen Zwang in massiven Wasserbauwerken“ aus dem Jahr 2004, herausgegeben von der Bundesanstalt für Wasserbau. Unterstützung erhielten Sie dabei von Prof. Dr.-Ing. habil. Nguyen Viet Tue von der TU Graz, der auch die König und Heunisch Planungsgesellschaft in Leipzig leitet. Es wurde dabei unter anderem eine komplexe Finite-Elemente-Berechnung für die erforderliche Sohlbewehrung durchgeführt, in der auch die zeitliche Abfolge der Betonagearbeiten berücksichtigt wurde.

Darüber hinaus war die rissbeschränkende Bewehrung aus der Lastbeanspruchung und dem späten Zwang zu ermitteln. Eine Aufgabe, bei der den Ingenieuren das RIB-Softwaresystem TRIMAS Unterstützung bot.

In dem Teilmodell für den Schleusenkopf wurden dafür 33 Lastfälle vorgegeben und in insgesamt 43 verschiedenen Lastkombinationen für eine nichtlineare Berechnung mit einer Systemveränderung durch Bettungsausfall zusammengestellt. Stefan Schum: „Für die Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit und im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit haben wir die maßgeblichen Einwirkungskombinationen manuell in die Software eingegeben. Auf diese Weise haben wir mit Hilfe von TRIMAS die Nachweise für Biegung mit Längskraft, Querkraft, Ermüdung sowie die Rissbreitenbeschränkung der sehr dicken Bauteile für alle relevanten Lastsituationen führen können.“

„Die Softwaresysteme aus dem Hause RIB helfen uns, insbesondere bei kniffligen und komplexen Planungsaufgaben wirtschaftliche Aspekte unserer Bauauftraggeber stets im Blick zu halten“, so Schum. Seit fast 30 Jahren setzen die Frankfurter Ingenieure bei KHP auf RIB-Technologie für die statische Bemessung und Berechnung, die bereits nachweislich zum Erfolg zahlreicher spannender Projekte des Büros beigetragen hat.

Fotos: KHP König und Heunisch Planungsgesellschaft
Grafiken: RIB

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