Hochwasser- und Uferschutz
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Spundwände - effektive Lösungen für den Bau und die Verbesserung von Hochwasserschutzanlagen und Kanalufern
Spundwände können auf vielfältige Weise für den Hochwasser- oder Uferschutz eingesetzt werden. Bei neuen Böschungen können sie Wasserdichtigkeit, Abstützung und Stabilisierung gewährleisten. Sie werden auch zur Verstärkung bestehender Böschungen eingesetzt. Wenn der Platz knapp ist, z. B. in Häfen oder städtischen Gebieten, können Spundwände freistehende Hochwasserschutzwände bilden.
Die folgenden Beispiele bilden die Grundlage für kreative Lösungen von Bauherren, Planern und Ingenieuren und sind keineswegs eine vollständige Liste der Möglichkeiten für den Einsatz von Spundbohlen in Böschungen.
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Spundwände in Hochwasserdämmen können als Absperrwand dienen, um Leckagen zu verringern und die Stabilität zu verbessern. Sie können durch natürliche Bodenablagerungen oder durch den Einbau von Dichtungsmaßnahmen wasserdicht gemacht werden. Spundbohlen stabilisieren auch die wasserseitige Böschung und die Dammkrone, da sie die Gleitkreise durchqueren, während die landseitge Böschung durch die Absenkung der Sickerlinie stabilisiert wird. Sickerlöcher können angebracht werden, um den natürlichen Fluss wiederherzustellen und ein Austrocknen zu verhindern. Spundwände beseitigen auch das Risiko der Erosion durch Tiere oder Baumwurzeln.
Eine Spundwand kann ein größeres Bemessungshochwasser zurückhalten, ohne dass mehr Land in Anspruch genommen werden muss, indem man sie um die erforderliche Höhe über die Dammkrone hinausragen lässt. Dies erspart eine größere Aufstandsfläche für den Damm. Auskragende Spundwände sind stark genug, um hohen Wasserdruck auf die darunter liegende Böschung zu übertragen. Sie stabilisieren auch die wasserseitige Böschung und senken die Sickerlinie in der landseitigen Böschung.
Spundwände am Böschungsfuß spielen eine wichtige Rolle bei der Hangstabilisierung, indem sie den Erddruck der Böschung in die Gründung leiten. Dazu werden die Spundbohlen einfach auf eine ausreichende Tiefe gerammt. Wenn die von der Spundwand zurückgehaltene Bodenhöhe mehr als drei oder vier Meter beträgt, kann es erforderlich sein, die Wand zu verankern. Je nach Platzangebot und Beschaffenheit des Baugrunds kann die Ankerkraft durch einen Totmannanker, vorgespannte Verpressanker oder Schrägzugpfähle aufgebracht werden. Die auf diese Weise stabilisierte Böschung kann daher steiler sein, als dies ohne Spundwand möglich wäre. Diese Lösung führt zu einer erheblichen Platzersparnis. Und wenn die Wasserstraße verbreitert werden soll, kann das Uferprofil dank der Spundwände senkrecht und nicht schräg sein.
Spundwände können auch Gebäude vor Setzungen schützen. In diesem Fall wird die Spundwand außerhalb der Böschung gerammt. Die benachbarten Gebäude sind somit von der Böschung isoliert, wodurch die ungünstigsten Wechselwirkungen zwischen ihr und den Gebäuden vermieden werden.
Als Hochwasserschutzwand kann eine Spundwand einen Hochwasserschutzdamm einfach ersetzen, ohne dass die Leistung beeinträchtigt wird. Diese Option ist besonders in Häfen oder an anderen Orten von Interesse, an denen der Platz begrenzt ist. Sie kann auch zum Schutz einzelner Gebäude usw. verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Hochwasserschutzwand aus Stahlspundbohlen problemlos an einen Erddamm angeschlossen werden.
Spundwände - eine sehr vorteilhafte Konstruktionslösung
Für den Hochwasserschutz und den Schutz von Kanalufern bieten Spundwände eine Reihe von Vorteilen.
Die Spundwandtechnik - die ideale Wahl
Bei der Auswahl von Spundbohlenprofilen müssen sowohl Kriterien der Festigkeit als auch des Einbringverfahrens berücksichtigt werden. Sollen die Spundwände lediglich eine wasserdichte Barriere bilden, d. h. ohne jegliche erdabstützende Funktion sein, dann richtet sich die Wahl der Profile ausschließlich nach den Kriterien der Einbringung und der Wasserdichtigkeit. Erfüllt die Spundwand hingegen eine erdabstützende Funktion, richtet sich die Wahl des Profils in erster Linie nach den geometrischen Eigenschaften. Natürlich berücksichtigt der Planer auch andere Kriterien (Bodenart, Einbringverfahren usw.), die die maximalen Spundbohlenlängen bestimmen, die keine Probleme beim Rammen verursachen.
Strukturverhalten
Der Querschnitt einer Böschung und das für eine Spundwand gewählte Profil führen zu einer Reihe von möglichen Lösungen. Diese hängen davon ab, ob es sich um ein Hochwasserschutz- oder ein Uferschutzprojekt handelt, sowie von den Merkmalen des Standorts. Es ist daher unmöglich, hier Berechnungsmethoden mit universellen Werten aufzuführen. Dieses Kapitel dient vor allem dazu, eine Reihe von Grundprinzipien vorzustellen, die der Planer bei seinem Projekt anwenden kann.
Die Lasten, denen eine Spundwand ausgesetzt ist, bestehen im Allgemeinen aus dem Druck, der von Erde und Wasser gemeinsam ausgeübt wird. Hinsichtlich des hydraulischen Drucks ist eine Analyse, die sich auf das Bemessungshochwasser (Abb. 1) beschränkt, in der Regel nicht ausreichend. Festigkeit und Stabilität werden häufig durch einen raschen Wasserrückgang nach einer relativ langen Überflutungsperiode bestimmt.
Dies wird im zweiten Lastfall (rückläufiges Hochwasser, Abb. 2) deutlich, wo sich die Gefahr eines hydraulischen Versagens der Gründung als entscheidend für die Bemessung der Spundwand erweisen könnte. Bei der Konstruktion darf kein Material auf der Seite des passiven Widerstandes berücksichtigt werden, das im Extremfall mitgerissen werden könnte (Abb. 3 - 5).
Neben der rein statischen Stabilisierung kann eine Spundwand auch – indirekt – positive Auswirkungen auf die Gesamtstabilität einer Böschung haben:
- Die Absenkung der Sickerlinie erhöht die Stabilität der landseitigen Böschung, die dadurch steiler gestaltet oder anderweitig optimiert werden kann,
- Die Verlängerung der Sickerlinie erhöht die Sicherheit gegenüber der Gefahr eines hydraulischen Versagens.
- Eine zentrale Spundwand verhindert bei einem Durchbruch durch die Dichtungsschicht die Wanderung von Feinmaterial und damit die Rückwärtserosion in der landseitigen Böschung. Darüber hinaus verringert die Wand das Risiko von Röhrenerosionen durch grabende Tiere erheblich.
Diese zusätzlichen positiven Effekte werden vor allem dann erzielt, wenn die Spundwände in eine undurchlässige Bodenschicht eingelassen werden.
Undurchlässigkeit
Der Grad der Undurchlässigkeit von Spundwänden kann sehr unterschiedlich sein, je nachdem, ob Schlossdichtungsmaßnahmen angewandt werden oder nicht, und je nach Art der Dichtungsmittel. Weitere Informationen zu diesem Aspekt finden Sie in der Broschüre „Die undurchlässige Stahlspundwand“. Soll eine Spundwand eine erdabstützende Funktion haben und gleichzeitig ein Austrocknen der landseitigen Böschung verhindert werden, können Sickeröffnungen für den Wasserdurchtritt vorgesehen werden (siehe EAU 2012, R51). Informationen zur Berechnung von Durchflussmengen durch Spundwände finden sich in der europäischen Norm DIN EN 12063, Anhang E. Es ist jedoch zu beachten, dass die Durchflussmenge und die Sickerlinie nur durch numerische Berechnungen (z. B. finite Elemente) genau bestimmt werden können, wenn die Spundwand nicht in eine undurchlässige Bodenschicht eingelassen ist.
Dauerhaftigkeit
Der Verlust der Wandstärke einer Stahlspundbohle im Boden ist praktisch null. Die Korrosionsraten in Süßwasser sind ebenfalls gering. Aus ästhetischen Gründen erhalten sichtbare Spundwände jedoch häufig eine Art Beschichtung oder Verkleidung. Dunkle Farben sind zu empfehlen, da sie weniger schnell verschmutzen. Weitere Hinweise zu Beschichtungssystemen finden Sie im Gesamtkatalog „Stahlspundbohlen“ im Kapitel „Dauerhaftigkeit“.
Einbringung
Böschungen sind anfällig für Setzungen und können daher durch Erschütterungen beeinträchtigt werden. Die Beeinträchtigung der Böschung kann durch den Einsatz modernster Vibrationsgeräte, die ein variables exzentrisches Moment ermöglichen, erheblich gemindert werden. Im Zweifelsfall kann ein Vibrationsüberwachungssystem eingesetzt werden, das bei Überschreitung einer bestimmten Vibrationsschwelle ein Warnsignal ausgibt. In diesem Fall sollte vorgebohrt, hydraulisch gepresst oder Schlagrammung angewandt werden. Bei der Schlagrammung sind höhere Schwinggeschwindigkeiten in den meisten Fällen akzeptabel. Das hydraulische Pressen hingegen erzeugt keinerlei Erschütterungen. Wenn die Spundwand als Absperrung dienen soll, ist auf jeden Fall größte Sorgfalt geboten, um die Unversehrtheit der Wand zu gewährleisten.
Spundwände und Landschaftsgestaltung - für kreative Naturräume
Mit Stahlspundwänden lässt sich ein sehr natürliches Erscheinungsbild der Kanalufer erzielen, das nicht nur ästhetischen, sondern auch ökonomischen und ökologischen Anforderungen gerecht wird. Spundwände als Hochwasserschutz oder als Uferbefestigung, müssen sich möglichst nahtlos in die städtische oder ländliche Landschaft einfügen. Sie können gestrichen, mit Holz, Ziegeln oder Steinen verkleidet oder durch Pflanzen verdeckt werden; eine geeignete Bepflanzung fördert die Wiederherstellung von Ökosystemen, die durch menschliche Eingriffe in die Natur beeinträchtigt werden können.
Begrünte Ufer verbessern die Lebensqualität
Eine bepflanzte Spundwand am Ufer eines Kanals erhält eine attraktive und natürliche Ausstrahlung. Die Begrünung wirkt sich positiv auf die Landschaft und die Lebensqualität aus, zumal die Ufer von Wasserstraßen im Allgemeinen als Erholungsgebiete sehr geschätzt werden. Da die Begrünung den landschaftlichen und ökologischen Anforderung vor Ort Rechnung tragen muss, hängt ihr Erfolg zu einem großen Teil von der Auswahl der Pflanzen ab.
Idealerweise sollte das natürliche Ökosystem erhalten werden, indem es so wenig wie möglich verändert und gezielt ergänzt wird. Die Verwendung von Spundwänden ermöglicht die Begrünung von Böschungsrändern, da keine Gefahr besteht, dass die wasserdichte Barriere durch Wurzeln usw. beschädigt wird. Bei Kanalböschungen bieten Bäume dem Verkehr einen gewissen Schutz vor Wind. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Bepflanzung niemals ein Hindernis für die Inspektion der Böschung darstellen darf.
So wie die Balkone oder Wände eines Hauses mit Blumen in Blumenampeln geschmückt werden können, so kann auch eine Spundwand mit „Biotopkästen“ verschönert werden. Es gibt sie in einer Vielzahl von Materialien, Formen, Farben und Aufstellungsmöglichkeiten, die auch miteinander kombiniert werden können.
Biotopkästen können über oder unter der Wasserlinie aufgestellt werden, je nachdem, ob sie für Sumpfpflanzen oder eher für Wasserpflanzen oder für Pflanzen, die vollständig unter Wasser liegen, bestimmt sind. Es gibt zwei Arten: die eine liegt an der äußersten Seite der Spundbohle an, die andere schmiegt sich in den Spundwandtrog.
Überlegungen zur Spundbohlenintegration
Bei der Verkleidung und/oder Begrünung von Spundwänden sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:
- Ein geschweißtes Stahlprofil oder eine Betongründung kann als Auflager für das Mauerwerk dienen.
- Bei der Wahl der Verkleidung sollte die Stoßbelastung sowohl auf der Wasser- als auch auf der Landseite berücksichtigt werden.
- Hohlräume, die durch ablaufendes Wasser an Spundwänden entstehen, sollten verfüllt werden, damit die Lasten direkt auf die Stahlbarriere übertragen werden. Es ist wichtig, die Ansammlung großer Wassermengen in den Abflusshohlräumen zu verhindern; große Wassermengen könnten Frostschäden, Ausblühungen und Korrosion verursachen.
- Wenn die Befestigung von Stahlanbauteilen nicht nach der besten fachlichen Praxis erfolgt, besteht die Gefahr einer Veränderung der Metalle, die miteinander in Berührung kommen.
- Bei beschichteten und begrünten Spundwänden ist darauf zu achten, dass der abgedeckte Teil zugänglich bleibt. Andernfalls sind Wartungen komplizierter.
- Holz kann als Verkleidungsmaterial verwendet werden, sofern es ausreichend haltbar ist.
Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in der Broschüre „Stahlspundwände – Ökologische und landschaftliche Ufergestaltung“.
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