Inhalt: Grundinstandsetzung des Inselsockelschutzes auf Helgoland im Bereich Kringel
Veranlassung
Das Wasser- und Schifffahrtsamt Tönning ist neben seinen anderen Aufgaben verantwortlich für die Sicherung des Schutzhafens im Süden Helgolands. Um zu verhindern, dass es zu einem Durchbruch der Insel und damit zu einer Abtrennung des Schutzhafens kommt, ist ein Uferschutzwerk im Bereich Kringel erforderlich.
Abb. 1 Übersicht Helgoland und Kringel
Im südwestlichen Teil der Insel Helgoland wurde die alte Südwestschutzmauer nach der Großsprengung 1947 mit Felstrümmern überdeckt und beschädigt. Es entstand das vorgelagerte Trümmerfeld Kringel. Durch die Sturmflut 1962 wurde hier sehr viel Material abgetragen, sodass man in den Jahren 1964/65 den Kringel mit einem Deckwerk und einer Fußspundwand sicherte.
Abb. 2 Ansicht Kringel
Helgoland ist eine Hochseeinsel und somit erheblichen Belastungen aus Seegang und Tide ausgesetzt. Das mittlere Tidehochwasser beträgt für Helgoland +1,13 mNN. Das mittlere Tideniedrigwasser liegt bei -1,27 mNN. Seegang und Sturmfluten führen zu Schäden am Bauwerk.
Abb. 3 Der Kringel während einer Sturmflut 1976
Das vorhandene Uferschutzwerk besteht aus einer verankerten Spundwand, die in den gewachsenen Fels einbindet. Hinter der Spundwand mit einer Oberkante zwischen +3,4 und +3,8 mNN befindet sich eine ca. 5 m mächtige Auffüllung, die hauptsächlich aus zerstörtem bzw. verwittertem Buntsandstein der Korngrößen Ton bis Kies sowie aus Fremdmaterial wie Beton, Ziegel, Metall und Glas besteht. Vor der Spundwand befindet sich ein Sicherungswerk aus Tetrapoden mit einer Masse von 6 t pro Stück.
Den obere Abschluss der Spundwand bildet ein Stahlbetonholm. An den Stahlbetonholm schließt sich ein ca. 1 : 17 (5,9 % ) nach außen geneigter, gepflasterter Weg an. Die landseitige Begrenzung des Weges bildet eine Stahlbetonmauer B x H = 0,5 x 1,0 m . Diese Stahlbetonmauer bildet das Widerlager für das daran anschließende, 1 : 4 geneigte schwere Pflaster.
Abb. 4 Vorhandener Querschnitt des Uferschutzwerkes Kringel
In dem schweren Pflaster sind einzelne Steine in einem regelmäßigen Muster erhöht gesetzt, um bei Wellenschlag die Ablaufgeschwindigkeit des zurücklaufenden Wassers zu reduzieren. Hierdurch soll ein Wasserpolster entstehen, dass den Druckschlag der nachfolgenden Welle auf das Pflaster dämpft. Der Druckschlag der Wellen wirkt durch die Fugen und durch schadhafte Stellen von unten auf das Pflaster, wodurch langfristig eine Lockerung und letztlich eine Zerstörung des Pflasters verursacht wird. Tatsächlich sind die Schäden an der derart geschützten Fläche geringer als am Weg. Eine vergleichbare Sicherung des Weges ist jedoch nutzungsbedingt nicht möglich.
Abb. 5 Der Kringel nach einer Sturmflut 2008
Nach einer Nutzungsdauer von rund 43 Jahren weist das Uferschutzwerk starke Erosionen vor der Fußspundwand auf. Es sind ca. 1,4 m Boden abgetragen worden, sodass die Sohloberkante heute bei ca. +0,10 mNN liegt. Die Tetrapoden sind infolgedessen abgesackt und teilweise beschädigt oder zerstört.
Die Stahlspundwand ist stellenweise durchgerostet und abgängig. Restwanddickenmessungen an der vorhandenen Stahlspundwand (Profil KS II mit einer ursprünglichen Wandstärke von 11,7 mm am Flansch und 10 mm am Steg) ergaben eine mittlere Abrostungsrate von 0,15 mm /Jahr und maximal 0,20 mm /Jahr. Die Spundwand ist punktuell durchgerostet. Hierdurch tritt Hinterfüllmaterial aus, was zu Sackungen bzw. zu Hohlstellen unter dem Weg führt, was letztlich großflächige Einbrüche der Pflasterfläche verursacht. Nachfolgende Seegangseinwirkungen räumen das zerstörte Pflaster ab.
Die Wasser- und Schifffahrtsämter Tönning und Lübeck haben sich entschlossen, die Grundinstandsetzung des Uferschutzwerkes Kringel als Kooperationsprojekt durchzuführen. Der Haushaltsentwurf wurde vom WSA Tönning aufgestellt. Die Aufstellung des Ausführungsentwurfes sowie die Ausschreibung der Baumaßnahme erfolgte durch das WSA Lübeck. Die Bauabwicklung erfolgt durch das WSA Tönning, wobei das WSA Lübeck bei Bedarf berät.
Grundkonzept der Baumaßnahme
Die Grundinstandsetzung des Bauwerkes erfordert die Aufnahme von ca. 5.400 m² Pflaster, das zur Wiederverwendung im Baustellenbereich zwischen zu lagern ist. Weiterhin ist die vorübergehende Umlagerung der vorhandenen Tetrapoden in Richtung See notwendig. Zerstörte bzw. schwer beschädigte Tetrapoden müssen durch neue ersetzt werden. Die alte Oberkante der Tetrapodensicherung lag vor 40 Jahren 1,40 m über dem HHTHW mit +3,87 mNN, was einer damaligen Kronenhöhe von +5,27 mNN entsprach. Für die Grundinstandsetzung werden insgesamt 1750 Stück neue Tetrapoden benötigt, wobei eine mittlere Sohllage vor der Spundwand von +0,00 mNN sowie einer Kronenhöhe von +5,50 mNN zugrunde gelegt wurde.
Da während der Bauphase erhebliche Lasten auftreten, insbesondere durch schwere Baugeräte mit p = 60 kN/m² gemäß EAU, muss zur Entlastung der Spundwand auf ca. 50 cm Tiefe ein Bodenvoraushub durchgeführt werden. Dies umfasst ca. ca. 680 m³ Boden, der zwischen zu lagern ist.
Vor die vorhandene Spundwand wird eine neue Spundwand gerammt. Insgesamt sind bei der Maßnahme 480 laufende Meter neue Spundwand zu rammen. Auf einen Korrosionsschutz der neuen Spundwand wird verzichtet, da Schäden am Korrosionsschutz beim anschließenden Wiedereinbau der Tetrapoden und später bei seegangsbedingten Bewegungen der Tetrapoden nicht zu vermeiden wären. Stattdessen werden die Materialdicken der neuen Stahlspundwand um 7,5 mm stärker als statisch erforderlich gewählt, um so die an der vorhandenen Spundwand festgestellten Abrostungsraten von 0,15 mm /Jahr bei einer geplanten Nutzungsdauer der neuen Wand von 50 Jahren zu berücksichtigen.
Die Einbindung der neuen Spundwand erfolgt in den festen Buntsandstein. Der anstehende Buntsandstein wird gemäß DIN 18 300 als Boden der Klasse 7, (6, 3-5) eingestuft, wobei Klasse 7 schwer lösbarer Fels und Klasse 6 leicht lösbarer Fels bedeuten. Gemäß Ausschreibung war vorgesehen, die Trägerbohlen PSp 400, Längen 7,50 bis 11,0 m , in vorgebohrte Bohrlöcher im Schutz von Mantelrohren in den festen Buntsandstein zu setzen und diese dann mit Unterwasserbeton zu verfüllen, um das Einbringen und Ausrichten der Stahlspundwand fluchtgerecht vornehmen zu können. Beauftragt wurde eine Rammung der Trägerbohlen, die in einem Nebenangebot kostengünstiger angeboten wurde. Die Füllbohlen PZ675-12, Längen 5,50 bis 9,00 m , zwischen den Trägerbohlen, müssen ca. 30 cm in den Buntsandstein einbinden, damit die ca. 10 cm dicke verwitterte obere Buntsandsteinlage und die Auffüllung nicht unter den Füllbohlen ausgespült werden kann.
Da die vorhandenen Stahlspundwände am Wandkopf teilweise geneigt sind, ist zu vermuten, dass bei den früheren Rammarbeiten in den festen Buntsandstein an einigen Stellen der Wandfuß von der Rammflucht ausgewichen ist, und der Spundwandkopf mittels Gurtung fluchtgerecht gezogen und ausgerichtet wurde. Damit man bei der Herstellung der neuen Spundwand nicht auf Hindernisse am Fuß der alten Wand trifft, wird der Abstand zwischen vorhandener und neuer Spundwand mit 1,0 m gewählt.
Damit die neue Spundwand im Bauzustand dem Wellendruck widerstehen kann, sind vor dem Einbringen der Zwischenbohlen alle Trägerbohlen auszurichten und am Wandkopf zug- und druckfest am vorhandenen Stahlbetonholm anzuschließen. Der Hohlraum zwischen vorhandener und neuer Wand wird mit 2.100 m³ Beton verfüllt, damit später bei eventuellen Durchrostungen im Bereich der Zwischenbohlen kein Sand auslaufen kann. Zur Entlastung der Spundwand von Wasserüberdrücken bei Wellenschlag und Überflutung wird eine rückwärtige Drainage mit Kontrollschächten eingebaut, die mittels Stahlrohrleitungen durch die alte und neue Spundwand entwässert wird.
Abb. 6 Geplanter Querschnitt des Uferschutzwerkes Kringel
Um die Verwendbarkeit der vorhandenen stählernen Schrägpfahlanker beurteilen zu können, wurde Bestandsuntersuchung an drei Schrägpfählen durchgeführt. Dazu wurden die Pfähle im oberen Bereich freigelegt, und der Anschluss der Schrägpfähle in den Stahlbetonholm bzw. an die Spundwand wurde freigestemmt. Es wurde festgestellt, dass sowohl die Schrägpfähle aus dem Profil IPL300 als auch die Gurtung aus zwei U260 kaum korrodiert sind und weiterverwendet werden können. Die meisten Bewehrungsstäbe des Stahlbetonholms sind vollständig erhalten, und nur stellenweise ist der Stahlquerschnitt durch Korrosion gemindert.
Um die Kräfte am Kopf der neuen Spundwand in die vorhandenen Schrägpfähle einleiten zu können, ist der Einbau einer Verbindung aus Rundstahlankern zum vorhandenen Stahlbetonholm erforderlich. Zur Lastverteilung und als Abdeckung der neuen Spundwand wird ein Stahlbetonholm aufbetoniert, in den der alte Stahlbetonholm integriert wird.
Zusätzlich zur Weiterverwendung der vorhandenen Schrägpfahlanker ist eine horizontale Verankerung statisch erforderlich. In Höhe der Gurtung wird eine größere Horizontalkraft entstehen, weil wasserseitig der Boden erodiert, sich dadurch eine größere Spannweite für die Spundwand ergibt, und somit die Resultierende des Erdwiderstandes tiefer nach unten wandert. Der Einbau von Rundstahlankern mit Ankertafel mittig zwischen die vorhandenen Schrägpfähle ist die wirtschaftlichste Variante, weil landseitig die Zugänglichkeit für Baugeräte einfacher möglich ist, als der Einbau von Verpresspfählen, bei denen die Baugeräte wasserseitig vor der Spundwand im Bereich der Tetrapoden stehen müssten.
Sachstand und Ausblick
Mit der Baumaßnahme wurde offiziell am 26. März 2008 begonnen. Geplant ist eine Bauzeit von ca. 1,5 Jahren.
Mittlerweile wurden die auf der gesamten Länge des Kringels noch vorhandenen Tetrapoden in Richtung See umgelagert, um den Arbeitsraum für die Rammung der Spundwände zu schaffen. Parallel zu den oben dargestellten Arbeiten erfolgte bereits die Fertigung der neu herzustellenden 1750 Tetrapoden auf der Insel Helgoland.
Abb. 7 Umlagerung der vorhandenen Tetrapoden
Der erste Rammschlag für die Grundinstandsetzung des Kringels wurde am 20. Mai 2008 durch die Leiterin des Wasser- und Schifffahrtsamtes Tönning Frau Christina Ruddeck gemeinsam mit dem Prokuristen der Fa. H.C. Hagemann, Herrn Thorsten Saefkow, ausgelöst.
Abb. 8 Erster Rammschlag der Baumaßnahme
Anlässlich des Baubeginns erläutert Frau Ruddeck, dass es von sehr großer Bedeutung ist, dass diese Maßnahme nunmehr begonnen werden konnte, da der Bereich des Helgolander Kringels durch die zuletzt sehr schweren Sturmfluten erhebliche Schäden erfahren hat.