Tue, Nguyen Viet

Weisner, André

German

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Conference Paper, Published VersionWeisner, André; Tue, Nguyen VietNeubau der 2. Schleuse WusterwitzVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/105459Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Weisner, André; Tue, Nguyen Viet (2008): Neubau der 2. Schleuse Wusterwitz. In:Bundesanstalt für Wasserbau (Hg.): Neubau von Verkehrswasserbauwerken. Karlsruhe:Bundesanstalt für Wasserbau. S. 5-10.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.BAW-Kolloquium Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober  2008 in Karlsruhe   Seite 5  Dipl.-Ing. A. Weisner, Wasserstraßen-Neubauamt Magdeburg  Prof. Dr.-Ing. V. Tue,  Universität Leipzig, Institut für Massivbau und Baustofftechnologie Neubau der 2. Schleuse Wusterwitz Ausbaugrundsätze / Allgemeines Der Neubau der 2. Schleuse Wusterwitz ist Bestandteil des Verkehrsprojektes Deutsche Einheit Nr. 17. Die geplante Schleuse am Ende des Elbe-Havel-Kanals wird 45 m achs-parallel zur vorhandenen alten Schleusenkammer gebaut. Die von 1927-1930 gebaute Altan-lage hat zwar eine Kammerlänge von 225 m, jedoch liegt die Drempeltiefe nur 3,15 m unter dem unteren Betriebswasserstand. Ferner läuft die gutachterlich ausgewiesene Rest-nutzungsdauer im nächsten Jahrzehnt aus.  Der Neubau wird für die Wasserstraßenklasse Vb ausgelegt. Grundlage für die Bemessung und die Konstruktion sind das Großmotorgüterschiff und ein Schubverband mit 185 m Länge, 11,40 m Breite und einer Abladetiefe von 2,80 m. Besonderheiten der Schleusenkonstruktion Bereits im Jahre 2003 begannen die Vorplanungen zum Neubau der zwei-ten Kammer. Bei der grund-sätzlichen Festlegung der Konstruk-tionen wur-den, wie bei größeren Ingenieurbau-werken üblich und sinnvoll, mehrere Varianten in technischer und wirt-schaftlicher Hinsicht untersucht. Hier-zu zählten i.W. die Wahl der Baugru-  benumschließung, die Wahl der Stahlwas-serbauverschlüsse und deren Antriebe, die Wahl des hydraulischen Systems (Bild links) und in diesem Zuge auch die Wahl des stati-schen Systems des Bauwerkes. Die vorgenannten Untersuchungen, die enge Abstimmung mit den Gutachtern und dem späteren Betreiber (WSA Brandenburg) führ-ten zu vielen konstruktiven Optimierungen, die nicht nur zu technischen sondern vor allem zu wirtschaftlichen Vorteilen beim Bau und in der Unterhaltung bringen werden.   Allein im Zuge der Optimierungen des hydraulischen Systems, im Bereich der Ein- und Aus-laufbauwerke, konnte die Bauwerkslänge um rd. 25 m verkürzt werden. Grundlage hierfür waren hydraulische Versuche und Gutachten der BAW und dem Leichtweißinstitut der TU Braunschweig.  Hydraulisches System  Multiportsystem mit Längskanal, 276 Fülldüsen und Prallbal-ken Wesentliche Konstruktionsdaten Nutzbare Kammerlänge:  190 m Lichte Kammerbreite:  12,50 m Max. Hubhöhe:   4,75 m Länge Betonkonstruktion:   261,03 m Breite der Betonkonstruktion:  22,50 m – 34,30 m Sohlhöhe:   1,80 m Wanddicken im Kammerbereich: 1,80 m Maximale Wanddicke:  13,20 m Menge Beton / Stahlbeton: rd. 40.000 m³  Unterhauptbrücke:  Integrale Stahlbetonkonstr. Ober- und Untertor:  Stemmtor als Faltwerk Längskanalverschlüsse:   Gleitverschlüsse Antriebe:   Elektrohubzylinder BAW-Kolloquium Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober  2008 in Karlsruhe   Seite 6  Aber auch die von der Dorsch Consult Wasser- und Umwelt GmbH vorgeschlagene statt auf Druck nun zugbelasteten Hauptrevisionsverschlüsse führten zu einer geringeren Konstrukti-onslänge.  Der Weg zur vollmonolithischen Bauweise  Das WNA Magdeburg hat in Zusammenarbeit mit der BAW bereits 1998 im technischen Entwurf der Doppelschleuse Hohenwarthe auf einer Länge von 246,60 m und bei einer Sohl-stärke 5,50 m dehnfugenfrei geplant. Im Rahmen der Beauftragung kam dann durch ein Ne-benangebot noch eine fugenlose Sparbeckenanlage hinzu. Die monolithische Bauweise in Hohenwarthe ist entstanden durch schlechte Baugrundverhältnisse in Kombination mit ho-hen Bauwerkslasten und daraus resultierenden hohen Setzungsdifferenzen, die Fugenbän-der nicht aufnehmen konnten [1]. Hieraus entwickelte sich in der WSV die monolithische Sohle zum Stand der Technik. Dabei wurde bei späteren Schleusenbauten der erste Wandabschnitt im Bereich der Längskanäle integriert.  Im Zuge der Entwurfsbearbeitung zum Neubau der Schleuse Wusterwitz, 10 Jahre nach den ersten Planungen zur Schleuse Hohenwarthe, gab eine Machbarkeitstudie der BAW [2] für  eine gesamtmonolithische Schleuse Wusterwitz den entscheidenden Anstoß.  Neben den guten Erfahrungen bei den bislang errichteten teilmonolithischen Schleusen, gu-ten Baugrundbedingungen in Wusterwitz aber auch die zunehmenden Probleme mit Fugen-bandkonstruktionen in der WSV,  führten zur gemeinsamen Entscheidung am 12.08.04 im BMVBS; Zur Planung der ersten gesamtmonolithischen Schleuse Deutschlands.  Betontechnologische Berücksichtigung im Bauvertrag  Im Zuge der Vertragsgestaltung wurde die Anwendung einer aktiven Begrenzung der Frisch-betontemperatur auf Basis von Klimadaten im Rahmen eines Pilotprojektes in der WSV ver-einbart [3]. Denn neben den Randbedingungen bei der Bemessung ist die Beherrschung der Hydratationswärme im jungen Beton maßgeblich bei der sicheren Herstellung eines wasse-rundurchlässigen Bauwerkes.  Optimierter Grundriss der Schleuse in Höhe des Füllsystems  Der Übergangsbereich des zwischen Häuptern, Kammer und den Ein- und Ausfahrtsbereichen wurde zur Verringerung von Steifigkeitssprüngen „fließend“ gestaltet.    BAW-Kolloquium Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober  2008 in Karlsruhe   Seite 7  Besonderheiten bei der Bemessung der fugenlosen Konstruktion   Im Wesentlichen werden Schleusenbauwerke durch folgende Einwirkungen beansprucht: • Erd- und Wasserdruck  • Setzungen des Baugrunds  • Temperaturgeschichte während der Betonerhärtungen  • Witterungseinflüsse während der Nutzung.  Bei einem üblichen Abmessungsverhältnis zwischen Längs- und Querrichtung werden Erd- und Wasserdruck im Allgemeinen über die Quertragrichtung abgetragen. Die Raumfugen in den Wänden und der Bodenplatte haben nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Lastabtrag.  Der Einfluss der Baugrundsetzungen muss im Allgemeinen sowohl für die Quer- als auch für die Längsrichtung rechnerisch untersucht werden. Die Auswirkung in jeweiliger Tragrichtung hängt von der Setzungsmulde ab, die vor allem von der Steifigkeit und Homogenität des Baugrunds sowie den Beanspruchungen bestimmt wird. Bei den bisherigen Fugenabständen von maximal 15 m ist die Auswirkung auf die Stahlbetonbauteile in Längsrichtung als gering einzuschätzen, da die Baugrundsetzungen durch Fugenbewegungen ohne den Aufbau von Zwangkräften ausgeglichen werden können. Bei fugenloser Bauweise muss die Setzungs-mulde mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen rechnerisch erfasst werden und an-schließend die Empfindlichkeit der Konstruktion gegenüber der zu erwartenden Setzungs-mulde analysiert werden. Die Anwendung  nicht-linearer Rechenverfahren, bei der die Stei-figkeit nach der Rissbildung und vor allem die Rissverteilung wirklichkeitsnah abgebildet werden können, ist zumindest bei großem Setzungsunterschied erforderlich.           Bei der Schleuse Wusterwitz wurde die Setzungsmulde mittels einer 3D-FE-Modell  unter-sucht. Der Setzungsunterschied in Querrichtung beträgt hiernach nur einige Millimeter und in Längsrichtung einige Zentimeter. Das maximal auftretende Biegemoment unter Annahme eines ungerissenen Betonquerschnitts liegt unterhalb dem Rissmoment des Bauteils. Die fugenlose Bauweise kann somit empfohlen werden.    Die Auswirkung der Hydratationswärme auf das Verhalten von dicken Bauteilen ist nach heu-tigem Stand der Technik beherrschbar. Die tatsächlich zu erwartende Temperaturentwick-lung in Betonbauteilen während der Betonerhärtung kann mit der FE-Methode ermittelt wer-den. Bild 1 zeigt am Beispiel der Schleuse Sülfeld-Süd den  Vergleich zwischen der mess-technisch bestimmten und rechnerisch ermittelten Temperaturentwicklung der Bodenplatte.   BAW-Kolloquium Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober  2008 in Karlsruhe   Seite 8                Abbildung 1: Vergleich zwischen gemessenen und gerechneten Temperaturverlauf der Sohlplatte der Schleuse Sülfeld-Süd.   Die Ermittlung der erforderlichen Bewehrung zur Begrenzung der Rissbreite kann nach dem BAW-Merkblatt „Früher Zwang“ [4] erfolgen. Eine genauere Untersuchung unter Berück-sichtigung des Bauablaufs und der Eigenschaften des verwendeten Betons mit Hilfe eines 3D-FE-Modells ist ebenfalls möglich. Im Rahmen der Ausführungsplanung der Schleuse Sül-feld-Süd und Zeltingen wurde das BAW-Merkblatt erfolgreich verwendet.   Weitere Messungen am Bauwerk [5] und theoretische Untersuchungen zu Rissmechanik und Materialeigenschaften  [6] sollen Grundlagen zur Verbesserung der Empfehlungen geben.  Witterungseinflüsse während der Nutzung verursachen zusätzliche Beanspruchungen, hauptsächlich in Längsrichtung. Die saisonale Temperaturänderung erzeugt vor allem eine  Längenänderung in Längsrichtung und eine Verkrümmung des Querschnitts. Abgesehen von Problemen in den Oberflächenbereichen durch außergewöhnliche Einwirkung, wie beispiels-weise im Falle eines Sommergewitters, tritt hier der Einfluss der Eigenspannungen in den Hintergrund. Zur Verdeutlichung sind in Bild 2 und 3 die Temperaturanteile für die Längen-änderung in Längsrichtung (konstanter Anteil) und Verkrümmung des Querschnitts (linearer Anteil) für unterschiedliche Schleusenwanddicken dargestellt. Die Ausgangstemperatur von Boden und Beton wurde mit 10°C angenommen. Die jahreszeitlich bedingte Schwankung der Lufttemperatur wurde auf der sicheren Seite liegend mit 30 K (±15°C) angenommen. Im Be-reich des Niedrigwasserstandes reduziert sich die Temperaturschwankung auf 5 K. Wei-terhin wirkt an der freien Oberfläche der Energieeintrag durch die Sonnenstrahlung in Ab-hängigkeit vom Einfallwinkel der Sonnenstrahlen. Aufgrund einer tageweisen Berechnung tritt dieser Effekt jedoch in den Hintergrund. Wie erwartet verschiebt sich der Zeitpunkt zum Erreichen des Extremwerts der Kerntemperatur mit der Bauteildicke. Darüber hinaus verrin-gert sich der konstante Temperaturanteil mit zunehmender Bauteildicke, hingegen nimmt der lineare Temperaturanteil zu.  BAW-Kolloquium Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober  2008 in Karlsruhe   Seite 9                      Wegen der Nachgiebigkeit des Baugrunds und der viskoelastischen Eigenschaft des Betons ist im Allgemeinen keine nennenswerte Normalkraftbeanspruchung infolge späteren Zwang zu erwarten. Die Querschnittsverkrümmung wird durch das Eigengewicht voll behindert. Aus diesem Grund müssen die Biegebeanspruchungen infolge saisonaler Temperaturänderung mit denen aus der Setzungsmulde überlagert werden. Die realistische Abschätzung der Ge-samtbeanspruchung erfordert Überlegungen zur Verformungskompatibilität, vor allem bei großem Setzungsunterschied.  Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite für Schleuse Wusterwitz  Im Rahmen der Ausschreibung der Schleuse Wusterwitz wurde die Mindestbewehrung zur Aufnahme der Zwangkräfte während der Betonerhärtung nach dem BAW Merkblatt „Früher Zwang“ ermittelt. Diese Bewehrung wurde als Grundbewehrung für alle Seitenflächen ge-wählt.   Abbildung 2:  konstante Temperaturanteile in Abhängigkeit der Bauteildicke Abbildung 3:  lineare Temperaturanteile in Abhängigkeit der Bauteildicke BAW-Kolloquium Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober  2008 in Karlsruhe   Seite 10   Die Beanspruchungen aus der Setzungsmulde und den Witterungseinflüssen wurden ge-trennt untersucht. Da die Beanspruchung aus der Setzungsmulde das Rissmoment des Querschnitts nicht erreicht, wurde das Rissmoment, ermittelt mit der Betonzugfestigkeit nach 28 Tagen, als Gesamtbeanspruchung für die Ermittlung der Mindestbewehrung im späteren Betonalter zugrunde gelegt. Für eine rechnerische Rissbreite wk = 0,25 mm wurde die Be-wehrung gemäß dem Nachweiskonzept der DIN 1045-1 ermittelt. In Bezug auf die Betonier-barkeit wurde der Stababstand einheitlich mit 15 cm gewählt.    Literatur  [1] Weisner, A.; Betonanforderungen und Betontechnologie beim Neubau der Doppelschleu-se Hohenwarthe am Wasserstraßenkreuz Magdeburg, Beton-Informationen 1-2003 [2] Ehmann, R.;  Bödefeld, J. Machbarkeitsstudie zur monolithischen Ausbildung der 2. Schleuse Wusterwitz, BAW Vom 10.12.03;  [3] Westendarp A.; Rode U.; Weisner A.; BAW-Brief Nr.2 Frischbetontemperatur bei massi-gen Bauteilen; Mrz.08 [4] Merkblatt Rissbreitenbegrenzung für frühen Zwang in massiven Wasserbauwerken, Bun-desanstalt für Wasserbau, Karlsruhe 2004.  [5] Tue, N. V. ; Schlicke, D. ; Bödefeld, J.: Beanspruchungen in dicken Bodenplatten infolge des Abfließens der Hydratationswärme. In: Bautechnik 84, Oktober 2007.       Bau- und Planungsstand  Baulos A47 - Unterer Vorhafen 2005 - 2007 (Bild) AN: Arge Fa. Bunte, Hydro & Wacht  AG: WNA Magdeburg Bausumme: rd. 5,5 Mio. €  Baulos A41 - Schleuse Juni 2008 – 2013 Fertigstellung der Südschleuse 2012 AN: Arge Fa. Heitkamp, Bauer, Bunte AG: WNA Magdeburg Auftragssumme: rd. 62 Mio. €  In Planung: Baulose Wehr und Pumpwerk 

Neubau der 2. Schleuse Wusterwitz

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