Die neue Schleuse Bolzum
Ein sicheres Bauwerk auf schwierigem Grund
Als 2008 der erste Spatenstich das Startsignal für den Neubau der Schleuse Bolzum am Stichkanal Hildesheim gab, waren durch eine umfangreiche Baugrunderkundung alle geotechnischen Aspekte des Baugrundes untersucht worden: Alles in allem kein leichtes Unterfangen, denn die BAW fand am Standort Bolzum äußerst komplexe Baugrundverhältnisse vor.
Ausbau für den modernen Güterverkehr
Die Schleuse Bolzum verbindet östlich von Hannover seit 1927 den Mittellandkanal mit einem Stichkanal, der nach Hildesheim führt, und war auf Grund ihrer mangelnden Größe und ihres Zustands zu einem Nadelöhr für moderne Güterschiffe geworden. Neben dem Streckenausbau des Stichkanals für einen wirtschaftlichen und umweltschonenden Verkehr mit Großmotorgüterschiffen und Schubverbänden entsteht deshalb seit 2008 nahe der alten Schleuse eine neue Anlage mit einer entsprechenden Nutzlänge von 139 m und einer Breite von 12,50 m. Die Schleuse muss einen Höhenunterschied von 8 m überwinden, nach Ausbau des Stichkanals werden es 8,50 m sein.
Erste Planungen hatten vorgesehen, die neue Schleuse unmittelbar neben der alten zu errichten. Aber während der Erkundung des Baugrunds stellte sich heraus, dass der zunächst vorgesehene Standort aus geotechnischer Sicht ungeeignet war: Grund dafür ist ein in der Umgebung aufsteigender und das Deckgebirge durchbrechender Salzstock, der die geologischen Verhältnisse stark beeinflusst.
Ein Salzstock hatte die Erdschichten schräg aufgerichtet
Der Baugrund westlich der alten Schleuse wurde deshalb mit einem erweiterten Bohrprogramm, in dem die Geotechniker schließlich fast 100 Bohrungen niederbrachten, genau erkundet. Dabei konnten sie feststellen, dass beim Aufstieg des Salzstocks die ursprünglich horizontal anstehenden Schichten aus dem Erdmittelalter schräg aufgerichtet worden waren. Diese Schrägstellung bringt es mit sich, dass auf kleinem Raum die Gesteinsarten und somit die geotechnischen Eigenschaften des Baugrunds wechseln: Entlang des Stichkanals stehen innerhalb eines Kilometers Gesteine vom unteren Muschelkalk bis zum mittleren Keuper an, die von Gipslagen durchdrungen sind.
In Hinblick auf die Wasserhaltung für die Baugrube waren die im Bereich des geplanten Schleusenneubaus vorzufindenden porösen und stark wasserdurchlässigen Schichten des unteren Muschelkalks kritisch. Auf Grund der guten Wasserdurchlässigkeit solcher Schichten können darin große Wassermengen strömen und auch weitreichende Grundwasserabsenkungen auftreten. Ein weiteres Problem ergab sich auf Grund einer im mittleren Muschelkalk eingelagerten Gipsschicht. Da diese Schicht bis an die Oberfläche reicht, musste davon ausgegangen werden, dass der Gips oberflächennah gelöst und ausgetragen wird.
Gipsauslaugungen können Erdfälle hervorrufen
Bekanntlich bewirkt eine solche Auslaugung die Bildung von Hohlräumen. Wenn nun unterirdische Hohlräume einstürzen, weil die Überdeckung zu dünn geworden ist und der Deckennachbruch bis an die Oberfläche gelangt, wird dies als Erdfall bezeichnet. Tatsächlich konnten entlang der Gipsschicht im Bereich der Schleuse immer wieder solche Erdfälle beobachtet werden – so trat im März 1970 ein Erdfall direkt neben der alten Schleuse auf.
Schließlich konnten die Ingenieure der BAW ein im Wesentlichen gipsfreies Fenster südwestlich der alten Schleuse lokalisieren: Der Standort für die neue Schleuse Bolzum war gefunden. Allerdings waren die komplexen geologischen Verhältnisse bei der Konzeption der Baugrube und der Wasserhaltung zu berücksichtigen.
Baugrubenaushub im Schutze einer Bohrpfahlwand
So gilt es beispielsweise bei Baugruben in nicht standfestem Fels, die Verformungen des Verbaus weitgehend zu verhindern, damit die Anfangsfestigkeit, also die Festigkeit des vorhandenen Felsverbandes, erhalten bleibt. In Bolzum schied somit die Möglichkeit des Baugrubenverbaus mit Spundwänden auf Grund der geringen Biegesteifigkeit und des nicht rammfähigen Bodens von vornherein aus. Auch die Verwendung von Schlitzwänden konnte nicht in Betracht gezogen werden, weil in dem klüftigen Untergrund Suspensionsverluste zu erwarten gewesen wären. Für die Umschließung der Baugrube mit einer Grundfläche von rund 4450 m2 kam letztlich nur eine überschnittene Bohrpfahlwand infrage, die gleichzeitig als verlorene Schalung dient. Die Bohrpfähle haben einen Durchmesser von 1,20 m, in Teilbereichen 1,50 m.
Auf Grund der Erkenntnisse aus der Baugrunderkundung war den Ingenieuren der BAW klar, dass sich auch die Wasserhaltung für die Baugrube der neuen Schleuse Bolzum aufwendig gestalten würde. Denn wenn wie hier, hervorgerufen durch unterirdische Lösungsvorgänge, Kluftsysteme den Baugrund durchziehen, ist es nicht einfach, verlässliche Prognosen über den zu erwartenden Grundwasserzufluss und die Reichweite der Grundwasserabsenkung abzugeben.
Grundwasserhaltung – eine komplexe Herausforderung
In einem derart komplexen Baugrund konnte letztlich die Grundwasserhaltung während der Bauzeit nur gemäß den Prinzipien der Beobachtungsmethode verwirklicht werden. Dafür war es erforderlich, zunächst ein engmaschiges Grundwassermonitoringsystem einzurichten, sodann ein Grundwassermodell zu erstellen und dieses basierend auf den Grundwassermessungen ständig zu aktualisieren, um die Grundwasserabsenkung analysieren und deren Entwicklung vorhersagen zu können, und schließlich galt es, mit einer Reinfiltrationsanlage die räumliche Ausbreitung der durch die Wasserhaltung verursachten Grundwasserabsenkung zu begrenzen.
Für das Grundwassermonitoring konnten zunächst etliche der schon vorhandenen Erkundungsbohrungen als Grundwassermessstellen genutzt werden. Aber um im Detail die hydraulische Reaktion des klüftigen Grundwasserleiters auf die starke Grundwasserentnahme, wie sie bei der späteren Wasserhaltung in der Baugrube zu erwarten war, vorhersagen zu können, wurde ein großräumiger Aquifertest notwendig. Auf dieser erweiterten Wissensgrundlage gelang es schließlich, die Durchlässigkeitseigenschaften des klüftigen Grundwasserleiters näher zu bestimmen und somit die zu erwartende räumliche und zeitliche Ausbreitung der Grundwasserabsenkung infolge der Wasserhaltung in der Baugrube mit einem instationären, numerischen Grundwassermodell zu beschreiben.
Grundwasserabsenkung konnte begrenzt werden
Jetzt konnte man die Baugrube wie vorgesehen mit einer offenen Sohle sicher niederbringen. Die dabei auf Grund der Voruntersuchungen getroffenen technischen Vorkehrungen zur Druckentlastung und Auftriebssicherung der Sohle erwiesen sich als ausreichend. Allerdings strömte das Grundwasser nicht gleichmäßig zur Baugrube, wie das in einem homogenen Baugrund der Fall wäre, sondern entlang eines stark durchlässigen Kluftsystems. Durch die im Zustrombereich zur Baugrube errichtete Infiltrationsanlage, mit der in der Baugrube entnommenes Grundwasser wieder in den Kluftgrundwasserleiter eingeleitet wurde, gelang es, die Grundwasserabsenkung entlang des stark durchlässigen Kluftsystems zu begrenzen.
Die Erfahrungen bei der Ausführung des inzwischen schon weit vorangeschrittenen Schleusenbaus haben die Ergebnisse der Baugrunderkundungen und die Richtigkeit der Beobachtungsmethode bei der Durchführung der Wasserhaltung bestätigt, sodass die BAW trotz des äußerst komplexen geologischen und geohydraulischen Umfeldes die dauerhaft sichere Gründung der neuen Schleuse Bolzum gewährleistet sieht.
