Einsatz von Wasserbau- und ... - acqua alta

Einsatz von Wasserbau- und Baugrundverbesserungstechniken für die
Gewinnung von Neuland
1 Einleitung
Dipl.-Ing. Christian Herweg, Keller Grundbau GmbH, Niederlassung Bochum
Dipl.-Ing. Mario Andreas, Keller Grundbau GmbH, Technische Büro
In Zeiten ständig knapper werdender Landressourcen in Ballungsgebieten und stetig wachsender
Ansprüche, sowohl der Industrie als auch der Endverbraucher an Standorte und deren
Standortfaktoren, nimmt der Anspruch an die Leistungsfähigkeit der lokalen Infrastruktur fortwährend
zu.
Im Zuge der Globalisierung sind hiervon insbesondere Hafen- und Küstenregionen betroffen, welche
ihrerseits durch die nationale und internationale Schifffahrt den größten Beitrag zum weltweiten
Warenumschlag leisten.
In diesem Zusammenhang ist es speziell in diesen Regionen erforderlich, die infrastrukturellen
Kapazitäten auszubauen bzw. vorhandene Nutzungsgebiete zu restrukturieren.
Der Einsatz nachhaltiger und umweltschonender Methoden zur Gewinnung von Landressourcen spielt
hierbei eine ebenso wichtige Rolle wie der Erhalt der lokalen Flora und Fauna.
Leistungsfähige und umweltverträgliche Verfahrenstechniken des Wasser- und Spezialtiefbaus bieten
in Kombination mit sorgfältig durchdachten Konzepten zum Erhalt der Umwelt eine gute Möglichkeit
lokale Landressourcen zu erweitern und dadurch mehr Raum für die Umwelt und den Menschen zu
schaffen. Die Nutzung des örtlich vorhandenen Bodens als Baustoff-Ressource bietet nicht nur
wirtschaftliche Vorteile, sondern ermöglicht zugleich ein nachhaltiges und umweltbewusstes Bauen.
Im Folgenden werden einige Verfahrenstechniken zum Zweck der Neulandgewinnung mittels
Baugrundverbesserungstechniken vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk gilt hierbei den
Baugrundverbesserungstechniken mittels Tiefenverdichtung und deren Variationen.
Anhand des Bauvorhabens Rotterdam Maasvlakte LNG Terminal wird die Gewinnung von Neuland
mit Hilfe der Saugbagger-Methode und in Kombination mit einer Tiefenverdichtung nach dem
Rütteldruckverfahren vorgestellt.
2 Tiefenrüttelverfahren im Überblick
Als Tiefenrüttelverfahren werden Baugrundverbesserungstechniken bezeichnet, welche nicht
ausreichend tragfähige Böden im Hinblick auf ihre bodenmechanischen Eigenschaften dahingehend
verändern können, dass ein sicheres Gründen von Bauwerken möglich wird.
Das Tiefenrüttelverfahren wird nach seiner Wirkungsweise unterschieden in drei Verfahrensarten:
- Rütteldruckverfahren
- Rüttelstopfverfahren
- pfahlartige Gründungselemente
Abb. 1 Anwendungsgrenzen der Tiefenrüttelverfahren
In Abhängigkeit des
anstehenden Baugrundes
kann man das Rüttelstopf-
verfahren und das Rüttel-
druckverfahren über die
gesamte Weite der
Körnungslinie einsetzen.

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Neuland
2.1 Rüttelsdruckverfahren (RDV)
Grobkörnige Böden wie Sande und Kiese bieten nicht selten ein großes Potential hinsichtlich der
Reduzierung ihres Porenraumes. Das Korngefüge des Bodens zeichnet sich im unverbesserten
Zustand dadurch aus, dass eine Übertragung von Spannungen nur geringfügig über das Korngerüst
des Gefüges vollzogen wird. Die Verzahnung der einzelnen Bodenteile ist nicht optimal. Die
aufnehmbaren Scherspannungen des Korngefüges sind aufgrund einer geringen Lagerungsdichte
daher nur sehr begrenzt rechnerisch ansetzbar. Für diese Böden ist das Rütteldruckverfahren ohne
Materialzugabe gut geeignet. Der Tiefenrüttler wird bei dieser Verfahrensart üblicherweise an einem
Kran oder Seilbagger geführt und unter stetigem Vibrieren bis auf die gewünschte Endteufe geführt.
Die Schwerrohre oberhalb des Rüttlers erhöhen das Gewicht der Rüttlerlanze und ermöglichen ein
leichteres Eindringen in den Boden. Optional kann das Eindringen des Rüttlers auch durch die
Spülkraft von Wasser an der Rüttlerspitze bzw. durch horizontale Düsen am Rüttler unterstützt
werden. Der Einsatz von Spülwasser führt zudem dazu, dass Bodenfeinteile während dem Eindringen
in den Boden mit dem Rücklaufwasser ausgespült werden. Der anschließend stattfindende
Verdichtungsvorgang des Bodens erfolgt ohne Wasserspülung in definierten Schritten von der
Endteufe ab aufwärts. Durch die Schwingungen im Einflussbereich des Tiefenrüttlers wird das
Korngerüst umgelagert und der Porenraum verringert. Der Boden wird in eine dichtere Lagerung
gebracht. Seine Tragfähigkeit wird hierdurch verbessert. Je nach Bodenbeschaffenheit und
Verdichtungsaufwand kann eine Volumenverminderung eintreten, die bis zu 15% beträgt.
Abb. 2a u. Abb. 2b Ablaufschema Rütteldruckverdichtung und exemplarische Anordnung von Säulen
Nach der Durchführung der Baugrundverbesserungsmaßnahmen mittels Rütteldruckverdichtung
können in Abhängigkeit des zu verbessernden Bodens und des gewählten Verdichtungsraster
Bodenpressungen von bis zu 1.000 kN/m 2 vom dann verbesserten Baugrund sicher aufgenommen
werden.
2.2 Rüttelstopfverfahren (RSV)
Gemischt- und feinkörnige Böden mit feinkörnigen Anteilen > 10-15% weisen infolge ihrer
Zusammensetzung nur ein geringes Verdichtungspotential auf. Der Porenanteil dieser Böden ist nicht
selten deutlich geringer als bei grobkörnigen Böden. In diesen Böden eignet sich eine
Baugrundverbesserung mittels Rüttelstopfverdichtung besser als die Rütteldruckverdichtung. Jedoch
kann die Rüttelstopfverdichtung auch für die Verbesserung von grobkörnigen Anschüttungen
bestehend aus Bauschutt, Schlacke oder Abraum eingesetzt werden.
Für die Tiefenverdichtung mittels Rüttelstopfsäulen kommen erfahrungsgemäß Tiefenrüttler zum
Einsatz, welche an einem Trägergerät (z.B. Trageraupe) geführt werden. Ähnlich des
Rütteldruckverfahrens wird der Tiefenrüttler zunächst bis auf die gewünschte Tiefe abgeteuft.
Die Endtiefe bestimmt sich hierbei zumeist aus statischen Erfordernissen oder durch das Erreichen
einer definierten tragfähigen Baugrundschicht. Im Gegensatz zu der Rütteldruckverdichtung verfügen
die Tiefenrüttler der Rüttelstopfverdichtung über ein zusätzliches Materialrohr. Während des
Verdichtungsvorganges wird durch dieses Materialrohr kontinuierlich Kies oder Schotter in den
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Baugrund eingebracht. Nach dem Erreichen der gewünschten Endteufe wird hierzu der Rüttler etwas
angehoben, wobei das dem Materialrohr zuvor zugefügte Einbaumaterial, unter Druckluft in den sich
bildenden Hohlraum eintritt. Beim Wiederversenken des Rüttlers wird das Einbaumaterial in den
anstehenden Boden gedrückt und verdichtet. Auf diese Weise ist es möglich in alternierenden
Schritten eine kontinuierliche Rüttelstopfsäule von Endteufe ab aufwärts bis zur geplanten Höhe
auszuführen.
Das auf diese Weise entstehende Verbundsystem aus anstehendem Boden und eingebrachtem
Säulenmaterial verfügt unter bodenmechanischen Aspekten über deutlich verbesserte Eigenschaften
gegenüber dem unverbesserten Baugrund. Der Faktor n als Maß für die Verbesserung der Steifeziffer
Es im Bereich der Baugrundverbesserungsmaßnahmen liegt üblicherweise im Bereich von zwei bis
vier. Nach dem Einbau einer gering mächtigen Ausgleichsschicht (ca. 0,30 m) zum Zwecke der
Lastverteilung ist der verbesserte Baugrund in der Regel in der Lage zulässige Bodenpressungen
zwischen 150 und 400 kN/m 2 sicher aufzunehmen.
Abb. 3 Ablaufschema Rüttelstopfverdichtung
2.3 Pfahlartige Gründungselemente
Zu den pfahlartigen Gründungselementen, welche ebenfalls mittels Tiefenrüttler hergestellt werden
können, zählen die Betonstopfsäulen (BSS), die Betonrüttelsäulen (BRS) und die
Fertigmörtelstopfsäulen (FSS) sowie einige hier nicht weiter benannte Variationen der o.g.
Verfahrensarten. Für alle der genannten Verfahrensarten gilt, dass Beton bzw. Mörtel mit
unterschiedlichen Eigenschaften als Einbaumaterial über das Materialrohr des Tiefenrüttlers dem
Boden zugegeben wird. Während bei Fertigmörtelstopfsäulen (FSS) und Betonstopfsäulen (BSS) ein
besonderer Beton der Güte C8/10 bis C25/30 in gleicher Weise wie bei der Rüttelstopfverdichtung in
den Baugrund eingebracht bzw. eingestampft wird, wird bei Betonrüttelsäulen (BRS) ein pumpfähiger
Beton (Konsistenzklasse ca. F4 bis F5) einer vordefinierten Güte (z.B. C20/25) unter ausschließlichem
Ziehen des Tiefenrüttlers, im „Kontraktor-Verfahren“, in den durch den Rüttler geschaffenen Hohlraum
eingebracht.
Je nach anstehendem Baugrund und verwendetem Einbaumaterial sind Fertigmörtelstopfsäulen
(FSS) bzw. Betonstopfsäulen (BSS) in der Lage zulässige Belastungen bis 900 kN aufzunehmen.
Betonrüttelsäulen (BRS) hingegen sind im Schaftbereich in der Regel mit Durchmessern zwischen 40
und 60 cm schlanker als Fertigmörtelstopfsäulen (FSS). Unter Verwendung eines höherwertigen
Betons und je nach Beschaffenheit des Baugrundes sind sie jedoch in der Lage zulässige
Belastungen bis zu 1200 kN aufzunehmen. Alle o.g. Verfahren der Keller Grundbau GmbH sind vom
Deutschen Institut für Bautechnik DiBt zugelassen. Ihre Wirkungsweise entspricht weitestgehend
derer von Pfählen.
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Neuland
Abb. 4 Ablaufschema Fertigmörtel- (FSS) bzw. Betonstopfsäulen (BSS) und Betonrüttelsäulen (BRS)
3 Dredging-Methode / Naßbaggerei
Dieses aus der Schifffahrt bekannte Verfahren hat seine Ursprünge im Neubau und Ausbau von
Häfen, Flussmündungen, Meeresbuchten oder Ähnlichem. Im Allgemeinen wird mit der Dredging-
Methode bzw. der Naßbaggerei das Ausbaggern von Sedimenten am Grund von Gewässern zum
Zwecke der Verteilung des Fördergutes an anderer Stelle bezeichnet.
In der sog. Naßbaggerei unterscheidet man grundsätzlich zwischen dem rein mechanischen Fördern
des Baggergutes mittels Eimerkettenbaggern und dem mechanisch-hydraulischem Fördern des
Baggergutes mittels Saugbaggern. Beide Verfahren werden von einem Schiff oder Ponton aus
durchgeführten und dienen vorwiegend der Förderung von Lockergesteinen. Eimerkettenbagger
zeichnen sich dabei aufgrund ihrer geringeren Leistungsfähigkeit gegenüber Saugbaggern gerade
dadurch aus, dass Sie bei kleineren Baggermaßnahmen (z.B. beim Freihalten von Schifffahrtsrinnen,
etc.) und aufgrund der besonderen Adaptierbarkeit ihrer Werkzeuge (z.B. Hydraulikbagger oder
Greiferschaufeln) gut zum Lösen von festeren Bodenarten wie zum Beispiel Mergel eignen. Die
Arbeiten eines Eimerkettenbaggers werden für gewöhnlich von Schiffen oder Pontons aus
durchgeführt. Das gelöste Baggergut wird normalerweise mittels Klappschuten abtransportiert.
Saugbagger werden gemäß
ihrer Bestimmung unterschieden
in Cutterbagger und
Hopperbagger.
Für beide Verfahrensweisen gilt,
dass das Baggergut zunächst
vom Grund gelöst und
anschließend mittels
leistungsstarker Pumpen in
einer Wassersuspension in die
internen oder externen
Laderäume (z.B. Klappschuten)
des Baggers gefördert wird.
Abb. 5 Saugbagger im Einsatz
Hopperbagger arbeiten mit Hilfe einer oder mehrerer Kreiselpumpen. Am unteren Ende einer
Saugleitung, die seitlich am Schiff angebracht ist, befinden sich so genannte Schleppköpfe. Diese
lösen an der Gewässersohle das Sediment, welches als Baggergut bei langsamer Vorwärtsfahrt in
den Laderaum gepumpt wird. Das hierbei mit in den Laderaum gepumpte Wasser wird durch einen
Überlauf abgelassen, so dass nur festes Baggergut im Laderaum verbleibt. Nach Beendigung des
Baggervorgangs wird das Baggergut zu Klappstellen transportiert und dort verklappt oder verspült.
Hopperbagger werden zum Vertiefen von Fahrrinnen und für Unterhaltungsbaggerungen in
Gewässern eingesetzt. Sie sind nur für leicht lösbare Sedimente und Böden geeignet, also in der
Regel Sand.
Cutterbagger oder auch Schneidkopfsaugbagger verfügen über Schneidköpfe, welche an einem
Gerüst mit Förderleitung auf Grund abgelassen werden können. Mittels rotierender
Schneidkopfvorrichtungen kann das Fördergut vom Grund gelöst und über einen Saugmund und
Förderleitungen weiterbefördert werden. Cutterbagger besitzen meist mehrere Pumpen. Eine
Unterwasserpumpe direkt am Schneidkopf sowie ein bis zwei Pumpen an Bord zum Weiterpumpen
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des Fördergutes in Klappschuten oder direkt an Land. Cutterbagger sind insbesondere zum Lösen
von festen Bodenmaterialien vom Gewässergrund gut geeignet.
Sie werden ebenfalls zum Vertiefen von Fahrrinnen und zum Abbau von Mineralien benutzt. Da es
sich bei ihren Einsätzen meist um das Fördern härteren Materials handelt, können in solchen Fällen
keine Hopperbagger einsetzen. Die meisten Cutterbagger verfügen über keinen eigenen Antrieb und
müssen daher zu ihrem Bestimmungsort geschleppt werden.
4 Projektbeschreibung Rotterdam Maasvlakte LNG Terminal
Der Rotterdamer Hafen ist Europas größter Industrie- und Warenumschlagplatz. Er ist das Gateway
zu einem Markt mit weltweit über 450 Mio. Konsumenten. Täglich werden Waren aus Europa und der
ganzen Welt in Rotterdam umgesetzt. Geschätzte 370 Mio. Tonnen Waren werden jedes Jahr im
Rotterdamer Hafen angenommen, umgelenkt oder verschickt. Das Hafengebiet erstreckt sich über 40
km Länge und ca. 10.000 ha Fläche. Die Gemeinde Rotterdam investiert stetig in das Wachstum und
in die Weiterentwicklung des Hafens und des Hafenservices.
Eines der größten und zugleich aktuellsten Projekte ist die Erweiterung des Rotterdamer Hafens um
die Landflächen im Bereich der Maasvlakte.
Im Zuge dieser Neulandgewinnungsmaßnahme plante die GATE (Gas Access To Europe) ein
Konsortium aus vier großen
Energiefirmen und die Gemeinde
Rotterdam die Erweiterung des
Maasvlakte Oil Terminals am
westlichen Ende des Öl-Hafens
Rotterdam. Auf einer Fläche von
etwa 30.000 m 2
Abb. 6 Darstellung des Plangebietes und der LNG-Tanks (GATE Terminal BV)
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sollte neues
Hafengebiet aufgeschüttet und für
den Bau von vier 200.000-m 3 -
Flüssiggastanks (LNG-Tanks)
einschließlich Landungsbrücke für
Schiffe vorbereitet werden.
Von seiner Lage her schließt das
Baugebiet unmittelbar an das
bereits vorhandene Maasvlakte Oil
Terminal an und liegt damit exakt
im Mündungsgebiet der Maas.
Hierdurch verfügt es über eine
ausgezeichnete Anbindung an den
nationalen und internationalen
Schifffahrtsverkehr. Der Sondervorschlag
der Firma Keller
Grundbau konnte nicht nur aufgrund technischer sondern ebenso wegen wirtschaftlicher Vorteile
überzeugen und kam daher zur Beauftragung.
4.1 Geologie
Regionalgeologisch zeichnet sich das Baugebiet vor allem durch tief reichende Wechsellagerungen
bestehend aus Fein- und Mittelsanden sowie geringmächtige Einlagerungen von Schluffen und Tonen
bis ca. -35,0 m NAP aus.
Die vorab durchgeführten Baugrunderkundungen mittels Drucksondierungen ergaben für den oberen
Bereich von ca. + 5,0 m NAP bis -10,0 m NAP durchschnittlich Spitzendruckwiderstände qc < 8 MPa
und Mantelreibungswiderstände fs < 0.1 MPa. Bei einem Reibungsverhältnis der örtlichen
Mantelreibung fs zum Spitzendruckwiderstand qc von ≤ 1,0 ließ dies auf rollige Böden in lockerer bis
mitteldichter Lagerungsdichte schließen.
Die darunter liegenden Schichten wiesen zwar sowohl höhere Spitzendruckwiderstände von qc > 10
MPa, als auch Mantelreibungswiderstände von fs > 0.1 MPa auf.
Jedoch konnte deren Lagerungsdichte nicht als durchgehend homogen beschrieben werden. Zudem
lagen die Lagerungsdichten in einem Schwankungsbereich von sehr locker bis dicht gelagert und
waren somit nicht für die sichere Gründung der Tanks geeignet. Darüber hinaus wurden vereinzelt
Einschlüsse von Schluffen und Tonen in geringerer Mächtigkeit (d < 2,0 m) angetroffen.

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Da es sich bei dem zu bearbeitenden Bodenmaterial überwiegend um Aufspülungen handelte, konnte
das Anfüllungsmaterial bodenmechanisch sehr präzise klassifiziert werden.
4.2 Gründungskonzept
Die Gründungssohle der Flüssiggastanks wurde auf ca. +10,0 m NAP festgelegt und liegt damit etwa
auf dem Höhenniveau der bereits vorhandenen umliegenden Bebauung. Aufgrund des sehr hoch
liegenden Wasserspiegels war es nicht möglich den Boden entsprechend den Erfordernissen
tiefreichend mittels konventioneller Erdbaumethoden zu verbessern.
Das Gründungskonzept der Firma Keller Grundbau sah daher das Herstellen der Böschung durch ein
Aufspülen von Bodenmaterial bis auf i.M. ca. +6,0 m NAP und ein anschließendes Verdichten der
aufgeschütteten Böden mittels Tiefenverdichtung vor. Hierdurch sollten sowohl die lockeren
Anschüttungen als auch die rolligen Bestandteile der örtlich vorhandenen Böden in eine dichtere
Lagerung gebracht werden um Langzeitsetzungen aus Konsolidation des Bodens zu reduzieren. Im
Anschluss sollte mittels konventioneller Erdbaumethoden das Gründungsniveau von ca. +10,0 m NAP
hergestellt werden. Für die Bemessungsansätze der Gründung der Tanks ging man von einem
Aufbauniveau von +2,0 m NAP aus. Eine Überlagerung von ca. 4,0 m wurde aufgebracht, um dem
Volumenschwund (ca. 10 bis 15 %) der Tiefenverdichtung vorzubeugen und die Konsolidation der
oberen Schichten zu beschleunigen.
Das aufspülte Bodenmaterial sollte dahingehend verbessert werden, dass unter den Bodenauflasten
(ca. 6,0m NAP bis 10,0 m NAP) und unter den Bauwerkslasten (vollflächig 300 kN/m 2 ) der vier LNG-
Tanks (liquefied natural gas tanks) die Setzungen und Setzungsdifferenzen (GZ2) im
bauwerksverträglichen Rahmen gehalten werden und der Baugrund eine ausreichende Sicherheit
gegen Versagen des Grenzzustandes der Tragfähigkeit (GZ1) aufweist.
Rechnerisch bedeutete dies einen erforderlichen Spitzendruckwiderstand qc der Drucksonde von
mindestens 8,0 MPa auf Höhe +2,0 m NAP. Im Bereich der Sande ist dies gleichzusetzen mit einem
mittleren erforderlichen Steifemodul Es von > 28 MN/m 2 .
In Zusammenarbeit mit der Royal Boskalis Westminster BV, Papendrecht wurde die Keller Grundbau
GmbH, Bochum damit beauftragt, das bis zu diesem Zeitpunkt noch zum Hafengebiet gehörende
Gelände aufzuschütten, zu verdichten und für den Bau der Tanks vorzubereiten.
Ein besonderes Augenmerk galt hierbei nicht nur der Gewährleistung der ausreichenden Sicherheit
des Grenzzustandes der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit (GZ1/GZ2), sondern gleichermaßen
der Gewährleistung einer ausreichenden Sicherheit gegen Verflüssigung des Bodens im Falle eines
Erdbebens. Nicht zuletzt durch die jüngsten Ereignisse in Japan wird der Erdbebensicherheit eine
erhöhte Aufmerksamkeit zugesprochen. Die Tiefenrüttelverfahren erweisen sich hierbei als besonders
sichere Gründungsvariante.
Eine Bodenverflüssigung tritt besonders häufig in gleichförmigen, locker bis mitteldicht gelagerten
wassergesättigten Böden auf. Feinsandige Böden mit geringem Schluffanteil, wie sie örtlich
angetroffen wurden, zeigen sich hinsichtlich einer Bodenverflüssigung als besonders anfällig.
Die dynamischen Belastungen eines Erdbebens führen dazu, dass die zuvor von Korn zu Korn
übertragenden effektiven Spannungen, resultierend aus Bauwerkslasten und/oder
Überlagerungsdruck, plötzlich auf das Porenwasser des Bodens übergehen. Der Boden ist in solchen
Fällen meist nicht in der Lage in gleichem Maße zu konsolidieren um den entstehenden
Porenwasserüberdruck auszugleichen. Die ursprüngliche Scherfestigkeit des Bodens beginnt zu
schwinden.
Im Grenzfall verhält sich der Boden schließlich wie eine viskose Flüssigkeit und verliert vollends seine
Tragfähigkeit. Dieser Vorgang kann zum Gesamtversagen der Lagesicherheit eines Bauwerks führen.
Die Folge ist das Kentern oder Aufschwimmen von ganzen Bauwerksstrukturen. Solche Phänomene
konnten in jüngster Vergangenheit besonders häufig im asiatischen Raum beobachtet werden.
Um diesem Phänomen vorzubeugen ist es daher besonders zu empfehlen, in wassergesättigten
Böden den Porenraum auf ein Minimum zu reduzieren. Hierdurch kann die Scherfestigkeit des
Bodengefüges erhöht und die Gefahr der Bodenverflüssigung vermindert werden.
Die Rütteldruckverdichtung ermöglicht in solchen Fällen nicht nur eine Erhöhung der
Gesamttragfähigkeit des Bodens, sondern vermindert überdies gleichermaßen das Potenzial der
Bodenverflüssigung durch Verminderung des Porenraums.
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Für die Gründung der vier Flüssiggastanks war zunächst die Aufschüttung von Bodenmaterial mittels
Saugbaggern (Dredgern) und anschließend die Verdichtung des aufgeschütteten Materials mittels
Rütteldruckverfahren vorgesehen.
Hierzu wurde festgelegt, dass die Arbeiten global in zwei Bauabschnitten von Wasser und Land
durchzuführen sind.
Abb. 7 Grundriss der Landgewinnungs- und Baugrundverbesserungsmaßnahmen
Im ersten Bauabschnitt sollte nur der Fußpunkt der unter Wasser verlaufenden Aufschüttung
verdichtet und stabilisiert werden. Dieser Bereich diente vorwiegend dem Ausgleich des
Höhenniveaus zwischen dem Grund
des bereits vorhandenen
Hafenbeckens (ca. -32,0 m NAP) und
dem Fußpunkt der geplanten
Böschung (-17,0 m NAP). Ferner sollte
der unter Wasser hergestellte Damm
dem Schutz vor Erosion der
Anschüttungen dienen. Hierzu wurden
die Anschüttungen im Anschluss an
die Tiefenverdichtung wasserseitig
abschnittsweise zusätzlich mit
Gerölllagen gesichert. Die Arbeiten
wurden vollständig von Pontons
ausgeführt.
Abb. 8 Rütteldruckverfahren vom Ponton
Der zweite Bauabschnitt umfasste die Böschung sowie die unmittelbare Aufstandsfläche der
Flüssiggastanks. Die Arbeiten wurden abschnittsweise von Wasserseite in Richtung Land ausgeführt.
Die erste Lage der Böschung musste aufgrund der horizontalen Ausdehnung ebenfalls von Pontons
ausgeführt werden. Alle übrigen Lagen wurden von Land ausgeführt.
Abb. 9 Schnittdarstellung der Landgewinnungs- und Baugrundverbesserungsmaßnahmen
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Vor Beginn der Arbeiten wurde besonders das Potential der Erhöhung der relativen Dichte des zu
verbessernden Bodenmaterials untersucht. Aus den Vorabsondierungen mittels Drucksonde ging
hervor, dass die Anschüttungen überwiegend nur über lockere bis mittlere Lagerungsdichten
verfügten. Weitere Betrachtungen (Abb. 10a und Abb. 10b) zeigten, dass von einer abgeschätzten
vorhandenen relativen Dichte des Bodens von 65 % ausgehend eine Erhöhung der relativen Dichte
um 10 % notwendig war um auf Höhe +2,0 NAP einen Spitzendruckwiderstand qc der Drucksonde von
8,0 MPa zu erreichen. Angesichts der sehr inhomogenen Lagerungsdichten des aufgefüllten
Bodenmaterials und der z.T. vorhandenen Toneinschlüsse war dies ein beachtlicher Wert.
Die im Folgenden dargestellten Abbildungen (Abb. 10a und Abb. 10b) zeigen, dass der geforderte
Spitzendruck der Drucksonde qc nach der Durchführung der Tiefenverdichtung sicher nachgewiesen
werden konnte.
8
Abb. 10a Relative Dichte des Bodens
vor der Durchführung der Tiefenverdichtung
Abb. 10b Relative Dichte des Bodens nach
der Durchführung der Tiefenverdichtung

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4.3 Qualitätssicherungsmaßnahmen
Im Rahmen der Eigenüberwachung wurden vor Beginn der eigentlichen Arbeiten Drucksondierungen
als Referenzsondierungen (Abb. 11b) durchgeführt. Diese wurden sowohl von Pontons als auch von
Land ausgeführt. Im Anschluss daran wurde im Bereich der Sondierungen ein Probefeld mit
unterschiedlichen Rasterabständen (3,0/3,5/4,0 m Säulenabstand) erstellt.
Zur Bestimmung des notwenigen Rasterabstandes der Verdichtungsarbeiten wurden nach
Beendigung der Tiefenverdichtung im Bereich des Probefeldes erneut Drucksondierungen (Abb. 11a)
zwecks der Bewertung des Verdichtungserfolges durchgeführt.
Aus den Ergebnissen der Probefeldsondierungen folgerte, dass für die geforderten Werte der
Verdichtung (qc >8,0 MPa auf Höhe +2,0 m NAP) ein triagonaler Rasterabstand von 3,5 m der
Rütteldruckverdichtung erforderlich war.
Während der laufenden Verdichtungsarbeiten wurde diese Annahme fortwährend mittels Vor- und
Nachsondierungen überprüft und bestätigt. Überdies wurde festgelegt, dass im Falle des nicht
Erreichens der geforderten Werte das Raster zu verkleinern ist und die Verdichtung im jeweiligen
Bereich durch zusätzliche Sondierungen zu kontrollieren ist. Insgesamt wurden während der
Bauausführung 98 Drucksondierungen bis in Tiefen von 40,0 m unter Arbeitsebene (ca. -34,0 NAP)
sowie drei weitere Probefelder ausgeführt.
Abb. 11a und Abb.11b Nachsondierungen und Vorsondierungen des Probefeldes
4.4 Ausführung der Baugrundverbesserungsmaßnahmen
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Seitens der Royal Boskalis Westminster BV wurde allen Arbeiten vorangehend fein- bis mittelsandiges
Bodenmaterial in tiefer liegenden Hafen- und Fahrrinnenbereichen mittels Cutterbaggern
ausgebaggert und parallel zur geplanten Böschung aufgespült. Die Aufschüttung wurde hierzu mit
etwa 15% überhöht hergestellt. Dies sollte dem Volumenschwund der Rütteldruckverfahren und einer
evtl. Bodenerosion vorbeugen. Diesen Arbeiten nachlaufend führte die Keller Grundbau GmbH von
Pontons aus die Verdichtungsarbeiten für die Sicherung des Fußbereiches der Böschung (Abb. 9)
durch. Das aufgeschüttete und verdichtete Bodenmaterial wurde abschließend abschnittsweise mit
Gerölllagen vor Erosion gesichert.
Für die Verdichtungsarbeiten kamen zwei Pontons, jeweils mit einem 130-Tonnen-Seilbaggern und
Tiefenrüttlern des Typs S-Rüttler ausgestattet zum Einsatz. Die Pontons verfügten über
Positionspfähle zum Zwecke der Lagesicherung und wurden, je nach Erfordernis, mittels Schleppern
über Grund versetzt. Da die einzelnen Verdichtungspunkte nicht sichtbar unter Wasser lagen, musste
jeder Rüttelansatzpunkt mittels GPS-Peilung angesteuert werden. Eine eigens hierfür programmierte
Steuerung im Führerhaus des Baggers ermöglichte dem Gerätefahrer ein visualisiertes Ansteuern der
Rüttelansatzpunkte unter Wasser. Die Höhenkontrolle der Aufspül- sowie der Verdichtungsarbeiten
erfolgte baubegleitend mittels Echolot.
Die Höhendifferenz zwischen der Oberkante Arbeitsebene (ca. +6,0 m NAP) und der Unterkante des
Verdichtungsbereiches (ca. -37,0 m NAP) betrug an der tiefsten Stelle ca. 43,0 m (s. Abb. 9).
Die Versenktiefen des ersten Bauabschnittes ergaben i.M. ca. 36,0 m und teilten sich zu gleichen
Teilen auf in Verdichtstrecke und Leerstrecke im Bereich des Seewassers auf.
Insgesamt umfasste der erste Bauabschnitt ein zu verbesserndes Bodenvolumen von ca. 400.000 m 3
auf einer Fläche von ca. 14.000 m 2 .
Abb. 12 Tiefenverdichtung an Land
Der zweite Bauabschnitt wurde sowohl von Land als auch
von Wasser ausgeführt. Die Arbeiten erfolgten ebenfalls
mittels zweier 130-Tonnen-Seilbagger und Tiefenrüttlern des
Typs S-Rüttler. Die Versenktiefen betrugen i.M. etwa 34,0 m
von GOK (6,0 m NAP). Während der Verdichtungsarbeiten
bildeten sich um die einzelnen Rüttelansatzpunkte
Absenktrichter mit Durchmessern d > 2,0 m. Der Boden im
Bereich von ca. 7,0m um den Absenktrichter wies zudem
deutlich zu erkennende Schwindrisse auf, was ein sicherer
Indikator für eine Umlagerung der Anschüttung war. Die
Arbeiten wurden daher im Bereich der landseitigen
Aufschüttungen zusätzlich mittels zweier Radlader
unterstützt, welche die Absenktrichter mit aufgeschüttetem
Bodenmaterial der Arbeitsebene verfüllten und die
Schwindrisse egalisierten. Nach Beendigung der
Rütteldruckverdichtungsarbeiten hat sich die Arbeitsebene
um insgesamt etwa 4,0 m abgesenkt und lag schließlich auf
einem Höhenniveau von ca. 2,0 m NAP. Das Arbeitsfeld des
zweiten Bauabschnitts umfasste ca. 16.000 m 2 und ein zu
verbesserndes Bodenvolumen von etwa 540.000 m 3
aufgeschüttetem Boden.
Im letzten Schritt wurde im Bereich der Tanks von einem mittleren Höhenniveau von ca. 2,5 m NAP
bis auf 10,0 m NAP Bodenmaterial lagenweise aufgebracht und verdichtet. Hierzu wurde weiter mittels
Saugbaggern Bodenmaterial aufgespült und durch über Land verlegter Pipelines verteilt.
Der Bau der Tanks sowie der Schiffsanlegestelle erfolgte unmittelbar im Nachgang zu diesen
Arbeiten.
5 Zusammenfassung / Fazit
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Neuland
Unter der Zielsetzung eine technisch einwandfreie und zugleich wirtschaftlich tragbare Lösung für die
Gründung der geplanten Flüssigkeitstanks und der Erweiterung des Rotterdamer Hafens zu finden,
konnten am o.g. Bauvorhaben zwei innovative Verfahrenstechniken des Spezialtiefbaus und
Wasserbaus erfolgreich in Kombination miteinander eingesetzt werden.
Die gewählten Verfahrenstechniken ließen sich hierbei optimal auf die örtlich angetroffenen
Baugrundbedingungen einstellen. In den wenigen Fällen, in welchen die geforderten Werte der
Baugrundverbesserung nicht sofort erreicht werden konnten, konnte das Verdichtungsraster
unmittelbar Vorort angepasst werden. Nachfolgende Kontrollsondierungen zeigt dann sehr schnell ob
ein Abschnitt baufrei war oder ob ggf. weitere Maßnahmen erforderlich wurden.
In wenigen Bereichen konnten die Zielwerte nicht erreicht werden. Der Grund hierfür lag zumeist
darin, dass die Bodenstrukturen in diesen Bereichen aus überwiegend bindigem, nicht
verdichtungsfähigem Material bestanden.
Die genannten Bereiche verfügten jedoch erfreulicherweise nur über geringe lokale Ausdehnungen
und Schichtmächtigkeiten.
Im Zusammenhang mit Setzungsbetrachtungen lagen diese Schichten zudem zum größten Teil
außerhalb des Bereiches der Grenztiefe der für die Setzungsberechnungen relevanten
Bodenspannung.
Das Ergebnis der ausgeführten Arbeiten zeigt nicht nur herausragende technische Eigenschaften des
Endproduktes sondern stellt sich zudem unter technischen sowie wirtschaftlichen Gesichtspunkten als
alternativlos dar.
Mit dem Einsatz der Rütteldruckverdichtung als Baugrundverbesserungsverfahren für die Gründung
der LNG-Tanks wurde gegenüber der zu Beginn der Planungen in Betracht gezogenen
Pfahlgründungen ein in technischer sowie wirtschaftlicher Hinsicht besseres Gründungsverfahren
gefunden.
Insbesondere das Erreichen einer ausreichenden Erdbebensicherheit und die Minimierung des
Verflüssigungspotentials der aufgeschütteten Landmassen im Bereich der seeseitigen Böschung
wären mit anderen Gründungsvarianten nicht möglich gewesen.
Die örtlich vorhandenen stark heterogenen Baugrundverhältnisse mit z.T. sehr locker gelagerten,
gering tragfähigen Bodenschichten wiesen darüber hinaus erhebliche Risiken im Hinblick auf die
Aktivierung negativer Mantelreibungen von Gründungspfählen auf. Um diese Effekte zu amortisieren
wären sehr lange Gründungspfähle erforderlich gewesen, welche zu eindeutigen
verfahrenstechnischen sowie wirtschaftlichen Nachteilen geführt hätten.
Ohne das Aufspülen und Verbessern des gesamten Baulandes mittels Tiefenverdichtung wäre die
Baumaßnahme am o.g. Standort daher nicht realisierbar gewesen. Das neu geschaffene Landareal
passt sich überdies nahtlos an die örtlichen Gegebenheiten an und besteht zu nahezu 100% aus
natürlichen Baustoffen.
Lediglich die Hochbaukonstruktion der Tanks und der Schiffsanlegestelle sowie die
Unterwasserpipelinie zum nahe gelegenen Kraftwerk wurden in konventioneller Stahl- bzw.
Stahlbetonbauweise ausgeführt.
Die Landgewinnungsarbeiten konnten Ende 2008 erfolgreich abgeschlossen werden. Ende 2010
wurden die Tanks vollständig hergestellt und damit begonnen die Pipeline zum Kraftwerk zu bauen.
Die fertige Anlage soll voraussichtlich Mitte 2011 den Betrieb aufnehmen.
Die Niederlande haben damit einen entscheidenden Schritt im Hinblick auf den internationalen Handel
mit Gas und Energien geschafft. Das Projekt umfasste ein Gesamtbauvolumen von geschätzten 800
Mio. Euro und eine Bauzeit von etwa vier Jahren.
Literatur
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Einsatz von Wasserbau- und Baugrundverbesserungstechniken für die Gewinnung von
Neuland
[1] Kirsch,K. ; Baugrundverbesserung mit Tiefenrüttlern – Historischer Überblick über die Entwicklung
der Tiefenverdichtungsverfahren, Sonderdruck aus: 40 Jahre Spezialtiefbau: 1953-1993; Technische
und rechtliche Entwicklungen: Festschrift für Karlheinz Bauer zum 65. Geburtstag, Werner-Verlag
GmbH, 1993, Düsseldorf
[2] Kirsch, K., Chambosse, G.; Beiträge zum Entwicklungsstand der Baugrundverbesserung –
Belastungsversuche auf Schottersäulen und Betonrüttelsäulen mit dem L-Rüttler, Sonderdruck
Beiträge aus der Geotechnik, Festschrift anlässlich des 60. Geburtstages von Univ.-Prof. Dr.Ing. R.
Floss 1995, München
[3] Priebe, H.-J.; Rüttelstopfverdichtung zur Vorbeugung gegen Bodenverflüssigung bei Erdbeben,
Mitteilungen des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt, Vorträge zum 5.
Darmstädter Geotechnik-Kolloquium am 19. März 1998
[4] Gate Terminal BV; Technische Veröffentlichungen zum Bau des LNG-Terminals Rotterdam
Maasvlakte, www.gate.nl, 2008
[5] Kirsch, K., Kirsch, F.; Ground Improvement by deep vibratory methods, Spon Press, Oscon, 2011
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