In Wilhelmshaven wird einer der größten Tiefseewasserhäfen Deutschlands gebaut. Die ca. 290 ha große Hafenfläche, die in einer Bauzeit von etwa 3 Jahre entsteht, ragt im Schutz von Dämmen ca. 1,8 km weit in die Jade hinein und schließt mit der Kaje am Fahrwasser ab. Der Geländesprung von über 27 m wird hier mit einer kombinierten Spundwand abgefangen. Bereits nach einer Bauzeit von nur 2 Jahren wurden 90 % des benötigten Füllmaterials in die Fläche eingespült und die Kajenwand hergestellt. Anforderungen an die Lagerungsdichten der Flächenaufhöhung konnten allein durch den Einspülprozess für die bereits übergebene erste Teilfläche erreicht werden.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung

Die Bundesländer Niedersachsen und Bremen beauftragten im Jahr 2008 die Arbeitsgemeinschaft der Firmen Johann Bunte GmbH & Co. KG (techn. Geschäftsführung), Josef Möbius Bau-AG (kfm. Geschäftsführung), Heinrich Hecker GmbH & Co. KG sowie Ludwig Voss GmbH & Co. KG mit dem Bau des JadeWeserPorts. Die Bauleistung umfasst ein Volumen von 480 Mio. € und stellt zusammen mit der Straßen- und Schienenanbindung eines der größten Infrastrukturmaßnahmen der letzten 50 Jahren in Norddeutschland dar.

Der JadeWeserPort wird der erste deutsche Tiefseewasserhafen sein, an dem an 4 Liegeplätzen gleichzeitig künftige Containerschiffsgenerationen von mehr als 10.000 TEU (Standardcontainer) bei einem Tiefgang von 16,5 m tideunabhängig abgefertigt werden können. Im Herbst 2011 soll bereits der erste Kilometer der insgesamt 1,725 km langen Kaje für den Betrieb freigegeben werden.

2 Terminrahmen

Die Dauer von der Planung bis zum Bau und dem Abschluss der Baumaßnahme unterlag einem starken Zeitdruck. Mit der Planung des JadeWeserPorts wurde im Herbst 2001 begonnen. Der Submissionstermin erfolgte daraufhin bereits am 4. 5. 2006. Die zwei Monate später vorgesehene Vergabe fand aufgrund eines eingeleiteten Vergabeverfahrens endgültig am 26. 9. 2007, also 1 1/3 Jahre später, statt. Im Folgenden sind die wichtigsten Daten kurz zusammengefasst.

• Planungsbeginn 09/2001
• Submissionstermin 05/2006
• Zuschlagsfrist 07/2006
• Vergabeverfahren (Urteil) 09/2007
• Auftragserteilung 09/2007
• Freigabe technische Bearbeitung 10/2007
• Uneingeschränkte Ausführungsfreigabe 03/2008.

Mit den Bauarbeiten zum JadeWeserPort konnte nach der uneingeschränkten Ausführungsfreigabe im Frühjahr 2008 begonnen werden. Trotz der terminlichen Verschiebung des Baubeginns blieben die Fertigstellungstermine erhalten. Durch die zusätzliche Beauftragung einer Beschleunigungsmaßnahme konnte der Bauablauf entsprechend der im Folgenden aufgeführten Fertigstellungstermine eingehalten werden:

• südliche Terminalfläche (1.000 m) 1.2010
• restliche Terminalfläche 1.2010
• Übergabe 500 m Kaje 7.2010
• Übergabe restliche Kaje 11.2010
• Fertigstellung Nassbaggerung 2.2011
• Fertigstellung Restarbeiten 12.2011.
  
  

3 Projektdaten

Der JadeWeserPort stellt mit seiner Lage direkt am Jadebusen einen geeigneten Standort für den Bau eines Tiefseewasserhafens dar. Die Herstellung der zukünftigen Hafenfläche erfolgt durch eine Sandaufspülung im Schutz von Nord- und Süddamm ca. 2 km weit in die Jade hinein und schließt mit der Kaje in unmittelbarer Nähe zum Fahrwasser ab.

Bild 1: Gesamtübersicht des Projekts

Die zukünftige Hafenfläche unterteilt sich in den 120 ha großen Terminalbereich und in eine hafennahen Logistikzone, die eine Größe von 170 ha aufweist. Umfasst wird die Fläche von dem ca. 1,95 km langen Nord- und dem 1,1 km langen Süddamm sowie von der 1,725 km langen Kaje. Im Süden der Fläche erfolgt eine direkte Autobahnanbindung der Fläche, während über den nördlichen Bereich der Schienentransport geregelt wird.

Der Norddamm wird aufgrund seiner exponierten Lage im Wellenbereich der Nordsee bis zu einer Höhe von + 8,5 mNN hergestellt und gemäß der Deichbaurichtlinien mit entsprechenden Deckwerkssteinen gesichert. Durch seine geschützte Lage im Wellenschatten des Hafens reicht für den Süddamm eine Höhe von +7,5 mNN aus. Eine Sicherung des Dammes erfolgt auch hier mit Deckwerkssteinen.

Bild 2: Kajenquerschnitt (Station K 0-065 bis K 0+150)

Die Hafenfläche wird im Osten zum Jadefahrwasser von der Kaje eingegrenzt. Die Sollhöhe des Kajenbereichs beträgt +7,5 mNN. Die Sohltiefe des Zufahrtsbereichs wird auf –20,1 mNN ausgebaggert.

Einen exemplarischen Regelquerschnitt der Kaje stellt das Bild 2 dar. Zum Abfangen des Geländesprungs von 27,6 m kommt eine kombinierte Spundwand zum Einsatz, deren Tragbohlen eine Länge von bis zu 43,0 m aufweisen. Die zwischen den Tragbohlen angeordneten Füllbohlen wurden mit einer Länge von bis zu 30,5 m in den Lauenburger Ton abgesetzt.

Tabelle 1: Mengen- und Massenzusammenstellung der verwendeten Baustoffe

4 Sandgewinnung und Aufspülarbeiten

Der Bedarf zur Aufhöhung der Hafenfläche beträgt ca. 48 Mio. m³ Füllmaterial und wird überwiegend aus den folgenden Entnahmestellen in der Jade und dem Wangerooger Fahrwasser gewonnen.

• Sandentnahme Nord 11,7 m³
• Sandentnahme Süd 23,2 m³
• Entnahme Fahrrinne 7,5 m³
• Entnahme Zufahrtsbereich 5,2 m³
• Entnahme Wangerooger Fahrwasser 0,4 Mio. m³.

Die endgültig benötigte Menge kann nur nach dem Abschluss der Nassbaggerarbeiten bestimmt werden, da erst dann die eingetretenen Setzungen (Primär- und Sekundärsetzungen) aufgrund der entsprechenden Messungen bekannt sind. Diese erfolgen mithilfe von Setzungsplatten, die vor Baubeginn lagegenau auf der Gewässersohle in einem Raster von 100 m verlegt wurden und deren Lage während und nach der Flächenaufhöhung durch Drucksondierungen detektiert wird.

Die Sandgewinnung erfolgt mit 6 Nassbaggergeräten, von denen die Firma Josef Möbius Bau-AG fünf und die Firma Johann Bunte GmbH & Co. KG ein Gerät bereitstellt.

Den größten Anteil der Nassbaggergeräte bilden die Schneidkopfsaugbagger (Pirat 10, M 30 und M 28). Hier wird der Boden mit einem Schneidkopf, der sich am Ende eines Saugrohrs befindet, gelöst. Die Lage des Schneidkopfs wird über Geber gemessen und anhand von GPS-Empfängern genau bestimmt sowie protokolliert. Das Saugrohr wird vom Bug der schwimmenden Einheit mit Winden auf eine vorgegebene Tiefe abgelassen. Durch einen am Heck abgesenkten Pfahl und über zwei steuerbare Ankerwinden am Bug des Baggers können halbrunde Schnitte geführt werden. Ein zweiter Pfahl am Heck, der sich auf einer beweglichen Schiene befindet, dient allein der Vorwärtsbewegung dieser Einheit. Mit Pumpen wird der gelöste Boden zusammen mit Wasser in einem Gemisch von ca. 1 : 4 über Pumpen angesaugt und über Spülrohrleitungen zur Hafenfläche transportiert.

Bild 3: Lageplan der Sandentnahmestellen in der Jade

Des Weiteren kommt auf der Baustelle auch ein reiner Saugbagger (M 8) zum Einsatz. Die Verfahrensweise der Sandgewinnung ähnelt dem der Schneidkopfsaugbagger. Bei locker bis mitteldicht gelagertem Sand, der unter Wasser zum Fließen neigt, kann hier der Boden direkt ohne Lösevorgang angesaugt werden. Das Material wird anschließend über Spülrohrleitungen oder mit Transportschiffen, die eine eigenständige Entladung und daher auch als selbstfahrende Klappschuten bezeichnet werden, transportiert. Die zuvor beschriebenen Schneidkopfsaugbagger sind bei geeigneten Böden durch Umbaumaßnahmen auch als Saugkopfbagger einsetzbar.

Weiterer Sand wird durch zwei selbst fahrende Laderaumsaugbaggerschiffe (Keto und Josef Möbius), die auch als Hopper oder Hopperbagger bezeichnet werden, gewonnen und transportiert. Bei diesen Geräten wird an der Schiffsseite die Saugleiter mit den am Ende befindlichen Schleppköpfen zum Lösen von Boden auf die Gewässersohle abgelassen. Die Bestimmung der Schlepptiefe erfolgt hier mithilfe von Gebern, die mit einer GPS-Anlage verbunden sind. Eine kontinuierliche Protokollierung dieser Daten ist gewährleistet. Bei geringer Fahrt wird das über die auf dem Grund gezogenen Schleppköpfe gelöste Baggergut über Kreiselpumpen in den zwischen 2.300 und 5.500 m³ fassenden Laderaum befördert.

Bild 4: Spülleistung der Nassbaggergeräte (Aufzeichnung der Dichtemessanlage DMA)

Überschüssiges Spülwasser wird hier unmittelbar durch Überläufe abgelassen. Die Entleerung der Hopper erfolgt auf der Baustelle überwiegend an stationär angeordneten Spülrohrleitungen, die an das Schiff angekoppelt werden und den Sand in das Spülfeld transportieren.

Der Einsatz der Nassbaggergeräte richtet sich nach der Entfernung zum Spülfeld und nach der Bodenbeschaffenheit. Leicht lösbare Sedimente, wie z. B. Sand, werden ausschließlich mit dem Saug- oder den beiden Hopperbaggern gefördert, während die Schneidkopfsaugbagger auch in der Lage sind, schlecht lösbare Böden wie Beckenschluff zu gewinnen. Der Lauenburger Ton (ca. 4 Mio. m³), der teilweise im Zufahrts- und Fahrrinnenbereich vorliegt, wird mit einem Stelzenbagger (M 40) gelöst. Dieses Gerät besitzt eine Baggerschaufel von bis zu 14,5 m³ Fassungsvermögen und ist in der Lage, den Boden bis zu einer Tiefe von 28 m zu lösen. Der gebaggerte Lauenburger Ton wird mit selbst fahrenden Schuten zur Verklappstelle gebracht.

Die Spülleistung der Nassbaggergeräte ist im Bild 4 dargestellt. Entsprechend der Jahreszeit und dem anfallenden Boden sowie der durchgeführten Gerätewartungen fallen die Leistungen unterschiedlich aus. So konnte im Sommer 2009 für einen längeren Zeitraum über 1 Mio. m³ Füllboden pro Woche in die Hafenfläche eingespült werden. Im Winter 2009/2010 wurde die Spülleistung aufgrund von Eisgang und Dauerfrost drastisch behindert. Die in einem Zeitraum von 2 Jahren geförderte Leistung beträgt jedoch bereits jetzt ~ 90 % des Gesamtbedarfs.

5  Anforderungen

Die Hafenfläche wird aus Boden aufgespült, der überwiegend aus Sand mit unterschiedlichen Schluff- und Tonbeimengungen in den Entnahmestellen ansteht. Im Zufahrts- und Fahrrinnenbereich kommen zudem Beckenschluffe und Lauenburger Ton (ca. 4 Mio. m³) vor.

Bild 5: Korngrößenbereich der eingespülten Sande im Terminalbereich

Der in den Hafenbereich eingebrachte Sand unterliegt hinsichtlich des Schluffgehaltes unterschiedlichen Anforderungen. So darf in einem 60 m breiten Streifen hinter der Kaje lediglich Sand mit einem geringen Schluffgehalt von weniger als 5 % eingebaut werden, vergleiche Bild 5. Dieser Umstand ist der Kajendimensionierung geschuldet. Für den übrigen Bereich des Container Terminals ist ein Spülsand mit weniger als 10 % Feinstkornanteil vorgesehen. Böden mit einem höheren Gehalt an Schluff und Ton können hingegen in den Bereich der Logistikzone verbracht werden. Gänzlich ungeeigneter Boden, wie z. B. Lauenburger Ton, wird entweder als Deichabdeckmaterial eingesetzt oder in verbracht.

Die geforderte Sandqualität setzt eine zeitnahe Erfassung der Bodenbestandteile voraus. Daher werden mehrmals täglich von den Nassbaggergeräten und im Spülfeld Proben genommen, um anschließend deren Kornverteilung im eigens auf der Baustelle eingerichteten Labor zu bestimmt. Die Ergebnisse dieser Eigenüberwachung erlauben eine gezielte Steuerung des Spülstroms.

Der in die Fläche eingespülte Sand wird von Raupen gleichmäßig und kontinuierlich verteilt, so dass eine zusätzliche Nachverdichtung des Materials von der ARGE lediglich optional vorgesehen ist. Hinsichtlich der Lagerungsdichten im Terminalbereich gilt, die im Bild 6 zusammengefassten Anforderungen einzuhalten. Die Grundlage der Überprüfung stellt die Tabelle 7 der ZTV E-StB 94 dar.

Bild 6: Anforderung an die Lagerungsdichte des in die Terminalfläche eingespülten Sandes

Die ARGE sah vor, den Nachweis der Lagerungsdichte mit Rammsondierungen (DPH-15) durchzuführen. Da mit dieser Methode jedoch weder die oberflächennahe noch die Verdichtung in größeren Tiefen (> 6,5 m) erfasst wird, wurde das Messprogramm ergänzt. Die Lagerungsdichte der Oberfläche wurde an allen Punkten mithilfe einer Troxlersonde nachgewiesen, während die Ermittlung der Dichte in größeren Tiefen in Abstimmung mit dem Bauherren stichpunktartig mittels Drucksondierungen erfolgte.

Alle Nachweisverfahren wurden in verschiedenen Prüffeldern an mehreren Punkten und in unterschiedlichen Tiefen mithilfe von Ergebnissen der Lagerungsdichte gemäß DIN 18125-2 (Ausstechzylinderverfahren) kalibriert. Die Kalibrierungsergebnisse sind in der Tabelle 2 für die oberen 4 m der Flächenaufhöhung zusammengestellt.

Tabelle 2: Vergleich von Lagerungsdichte D und Schlagzahl N₁₀ (DPH-15) bis 4,0 unter GOK

Die in der Tabelle dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die mittels Ausstechzylinder ermittelten Lagerungsdichten deutlich über den geforderten Werten liegen. Teilweise wurden Lagerungsdichten von D > 1,0 erreicht, ohne dass zuvor eine zusätzliche Verdichtung des eingespülten Sandes erfolgte.

Für den Nachweis der hohen Lagerungsdichte D ≥ 0,7 wurden mit der Rammsonde weniger als 8 Schläge benötigt. Bereits 3 Schläge reichten für den aufgespülten Sand aus, um eine Lagerungsdichte von D > 0,5 nachzuweisen.

Die erste Teilfläche wurde bereits Ende 2009 an den Bauherren übergeben. Der Nachweis der Lagerungsdichte wurde hier mit den zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt. Sehr geringe Schlagzahlen (N₁₀ < 5) bei hohen Lagerungsdichten stellten die Nachweisführung mit der schweren Rammsonde für den am JadeWeserPort eingespülten Sand jedoch in Frage, so dass ergänzende Drucksondierungen vorgenommen wurden.

Das Bild 7 zeigt, dass mit der Rammsonde im Bereich der zu erbringenden Lagerungsdichte von D ≥ 7 lediglich geringe Schlagzahlen anfielen, obwohl die Dichte an einem Ausstechzylinder bei –5,5 m NN bereits eine Lagerungsdichte von D = 0,97 aufwies. An gleicher Stelle wurde mit der Drucksonde ein Spitzendruck von ca. 10 MN/m² erzielt. Auf Vorschlag des Baugrundgutachters einigte man sich darauf, künftig alle weiteren Nachweis mittels Drucksondierungen durchzuführen. Die Lagerungsdichte wird hier durch eine spannungsabhängige Auswertung des Spitzendrucks nach Lune et al. 1997 nachgewiesen.

Zum jetzigen Zeitpunkt wurden bereits weitere Flächen überprüft, bei denen mit der gewählten Auswertung des Spitzendrucks die geforderte Lagerungsdichte erreicht wird.

Bild 7: Gegenüberstellung von Ramm- und Drucksondierung

6  Zusammenfassung

Bereits 2 Jahre nach Baubeginn des JadeWeserPorts wurden ca. 43,4 Mio. m³ Boden in die Hafenfläche eingespült. Dies entspricht ca. 90 % der zu erbringenden Leistung. Die Träger und Spundwände (ca. 50.000 t Stahl) der Kaje wurden bereits komplett gerammt, so dass nur noch die Gründungs- und Betonarbeiten der Kajenkonstruktion ausgeführt werden.

Der Süddamm ist auf der gesamten Länge hergestellt, und am Norddamm fehlt lediglich der Polderschluss. Im April 2010 werden auch diese Arbeiten abgeschlossen sein, so dass dann die Hafenfläche endgültig von der Nordsee abgetrennt ist.

Anhand der Luftbildaufnahmen (Bilder 8 und 9) ist der Baufortschritt des JadeWeserPorts in einem Zeitraum von weniger als 2 Jahren dokumentiert.

Bild 8: Baustelle JadeWeserPort 5/2008

Bild 9: Baustelle JadeWeserPort 12/2010

Literaturverzeichnis

Lune, T.; Robertson, P. K.; Powell and J. J. M. (1997): Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice. Spon Press, Taylor & Francis Group, London and New York, 1997, Reprinted 2001