Deckwerke im Bestand - wie sicher sind sie?
Über die große Wirkung unscheinbarer Steine
Kaum sichtbar - aber lebenswichtig für die Wasserstraßen. So prägnant kann man die große Diskrepanz zwischen einerseits der Wahrnehmung und andererseits der Bedeutung von Deckwerken zur Ufersicherung umschreiben. Hintergrund: Damit Wasserstraßen dauerhaft sicher und leicht befahrbar bleiben, sind ihre Uferböschungen vor natürlichen und schifffahrtsbedingten Wellen und Strömungen zu schützen. Und weil das bei den über 7.000 km Wasserstraßen in Deutschland über weite Strecken der Fall ist, summiert sich der Wert von Ufersicherungen immerhin auf ungefähr ein Fünftel des Anlagevermögens der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung.
Steinerne Schutzschichten im ständigen Einsatz
Das Deckwerk ist die einfachste und effektivste Art der Ufersicherung. Es besteht aus mehreren Lagen. Die am feinsten strukturierte Schicht, der Filter, liegt direkt auf dem Boden und schützt ihn vor Erosion. Dieser Filter kann aus mineralischen Materialien oder aus einem Kunststoffvlies bestehen. Am gröbsten ist die auf dem Filter liegende Deckschicht aufgebaut, die unmittelbar den hydraulischen Belastungen ausgesetzt ist. Sie besteht aus Wasserbausteinen, die größtenteils zwischen fünf und 60 kg wiegen: Die Steine der Deckschicht müssen so schwer sein, dass sie lagestabil gegenüber den auftretenden Wellen und Strömungen sind.
Ein System mit Tradition, das der kontinuierlichen Beobachtung und Betreuung bedarf: Die Ufersicherung mit Deckwerken hat sich seit über 100 Jahren an der Wasserstraße bewährt; sie ist in diesem Zeitraum aber immer wieder durch erweiterte Lagenstärken und größere Steine den ansteigenden Belastungen angepasst worden.
Deckwerke müssen ausreichend dimensioniert sein
Welche Dimensionen benötigen Deckwerke, um auch heute und morgen den durch größer werdende und stärker motorisierte Schiffe erhöhten hydraulischen Belastungen standhalten zu können? Diese Zukunftsfrage beschäftigt die Geotechnik. So existieren seit einigen Jahren Bemessungsregeln für Deckwerke, die durch die Erfahrungen aus dem Betrieb und der Unterhaltung der Wasserstraße weiter verfeinert werden können.
Weitere Fragen folgen: Als wie stabil etwa erweisen sich vorhandene Deckwerke, wenn in einer Wasserstraße größere Schiffe zugelassen werden, ohne dass dafür die Wasserstraße erweitert wird? Die Substanz der Wasserstraße soll zwar optimal ausgelastet, nicht aber auf Verschleiß beansprucht werden. Diese Grenze gilt es möglichst genau auszuloten. Beide Fragen sind nicht nur unter sicherheitstechnischen, sondern auch unter wirtschaftlichen Aspekten zu beantworten.
Zur Klärung heißt es, den Bestand und den Zustand der - seit mehr oder weniger langer Zeit - in Betrieb befindlichen Deckwerke genau zu kennen. Informationen dieser Art sind ausschließlich durch direkte Untersuchungen an bestehenden Deckwerken zu erhalten, das heißt durch visuelle und messtechnische Erfassung oberhalb des Wasserspiegels. Das Vorgehen: Zunächst ist generell der Aufbau des Deckwerks zu prüfen, so etwa ob eine Filterlage verwendet wurde und aus welchen Materialien (Mineralgemisch oder Vlies) diese besteht. Anschließend werden zentimetergetreu die Schichtdicken der einzelnen Lagen ermittelt - denn auch sie üben einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität des Deckwerks auf. Das allgemeine Fazit lautet: Je dicker das Deckwerk ist, desto stabiler ist es auch. Im Detail sind die Größe und das Gewicht der einzelnen Wasserbausteine aus der Deckschicht zu ermitteln, denn die Stabilität des gesamten Deckwerkes hängt ganz wesentlich von der Lagesicherheit und damit vom Gewicht der einzelnen Steine in der Deckschicht ab. Schließlich ist zu prüfen, ob wesentliche Schäden an den Deckwerken vorhanden sind - und wenn ja, wo genau und in welchem Umfang diese auftreten.
Studienort Deckwerke: Zur Feinarbeit an der Wasserstraße
Auf zur ''Aufgrabung'': Wesentliche Teile der Untersuchungen finden vor Ort an der Wasserstraße statt. Denn der grundsätzliche Aufbau eines Deckwerks kann nur im Bereich der Wasserwechsellinie erfasst werden. Hier wird in Schürfen Material aus den verschiedenen Schichten entnommen, und die verschiedenen Schichtdicken sind exakt zu vermessen. Der Schurf wird möglichst bis zum natürlich anstehenden Boden geführt. Selbst ist der Wissenschaftler: Dieser Prozess erfordert einen hohen Anteil an Handarbeit.
Die Untersuchungen haben durchaus archäologischen Charakter; geht es doch darum, möglichst vorsichtig die einzelnen Schichten voneinander getrennt aufzunehmen und mit hoher Sorgfalt die Proben zu entnehmen. Oft ist festzustellen, dass Boden, Filter und Deckschichten nicht scharf getrennt sind, sondern dass sich im Laufe der Jahre 10 bis 20 cm starke Übergangsbereiche ausgebildet haben. Bei Wasserstraßen, die über Jahrzehnte nicht ausgebaut wurden, können bei den Untersuchungen oft mehrere Generationen von Deckwerksaufbauten festgestellt werden. Die Generationen der Deckschichten bis in die fünfziger Jahre des letzten Jahrhunderts bestanden überwiegend aus Mineralstoffen in der Größe von Grobschotter. Filter bestanden, soweit überhaupt eingebaut, häufig aus unklassifiziertem Material in Splitgröße.
Mobiles Labor: Die gewonnenen Proben von Wasserbausteinen werden direkt vor Ort auf ihre Größe und ihr Gewicht hin untersucht. Ausgewählte Probestücke sind dann weiter auf ihre Rohdichte und weitere baustofftechnologische Parameter zu untersuchen. Filter- und Bodenproben werden im geotechnischen Labor auf die Kornverteilung und Korndichten untersucht.
Auf Unterwasserstation mit dem Tauchschiff Carl Straat
In besonderen Fällen steht für die direkte Beurteilung von Deckwerksbereichen, die unter Wasser liegen, auch das Tauchschiff Carl Straat der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung zur Verfügung. Hiermit ist es möglich, die zumeist bis in vier Meter Wassertiefe liegenden Deckwerke auch visuell zu begutachten und gezielt Probematerial zu gewinnen. Nur kanalgängig ist die Carl Straat auf Grund ihrer Abmessungen nicht. Gelegentlich kann ein bestehendes Deckwerk aber auch bei Trockenlegungen, etwa im Rahmen von Inspektionen, direkt untersucht werden.
Mit den direkten Untersuchungen sind relativ zur Gesamtfläche nur kleine, trocken liegende Deckwerksbereiche erfassbar. Große Flächen von unter Wasser liegenden Deckwerken können mit realistischem Aufwand nicht direkt untersucht werden. Hier kommen indirekte Verfahren, das heißt Peilungen – entweder als Stangenpeilungen oder als Echolotpeilungen – zum Einsatz. Zwar erreichen die Peilungen nicht die Genauigkeit der Untersuchungen im Trockenen, es sind aber Steinverlagerungen und Schäden in Deckwerken zu erkennen, sobald sie ein für die langfristige Standfestigkeit kritische Größe erreicht haben.
Wie lange halten die Deckwerke?
Erosionsstabil, beständig, filterfest? Anhand der Untersuchungsergebnisse ist zu bewerten, ob das vorhandene Deckwerk ausreichend ist. Anschließend ist es möglich, Prognosen über die weitere Dauerhaftigkeit des Deckwerks zu erstellen. Mit einem Vergleich der Ergebnisse und ergänzenden Berechnungen können auch die Bemessungsansätze für Deckwerke im Nachhinein überprüft werden.
Mit mehreren in den letzten Jahren vor Ort durchgeführten Untersuchungen von Deckwerken an der Wasserstraße konnten wichtige Erkenntnisse zu deren Langzeitbeständigkeit gewonnen werden. Eine wichtige Lehre lautet: Bei ausreichender Bemessung der Deckwerke nach dem gegenwärtigen Stand der Technik kann davon ausgegangen werden, dass keine wesentlichen Schäden durch die Schifffahrt erzeugt werden. Es zeigte sich in den Untersuchungen aber auch die Bedeutung der Qualitätssicherung beim Bau von Deckwerken: Materialqualität und Einbaugenauigkeit sind engmaschig zu kontrollieren.
Unter Berücksichtigung der knappen finanziellen Ressourcen tragen die vorgestellten Untersuchungen auch zukünftig zur wirtschaftlichen und sicheren Ausführung von Deckwerken bei - insbesondere an Stellen, an denen durch größere Schiffe mit steigenden hydraulischen Uferbelastungen zu rechnen ist. Die steigende Zahl an Aufträgen, die die BAW mit dieser Fragestellung erhielt, zeigt, welche Bedeutung diese Fragestellungen zukünftig erlangen werden.
Kontakt: geotechnik@baw.de
