9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 287 Instandsetzung unter Betrieb - Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen Dipl.-Ing. Marc Schmitz Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Anna Fuhrmann, M. Sc. Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Zusammenfassung Um den Schifffahrtsbetrieb auf den Verkehrswasserwegen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) nicht nachteilig zu beeinträchtigen, sind bei den vorhandenen 260 Einkammerschleusen neue Möglichkeiten zu ermitteln damit die aufgrund der Altersstruktur absehbaren Instandsetzungsmaßnahmen ohne Beeinträchtigung der Schifffahrt durchgeführt werden können. Hierzu hat die BAW in einem Vergabeverfahren für Planen und Bauen die Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen ausgeschrieben, um verschiedene Abtrags- und Reprofilierungsarbeiten unter grundsätzlichem Weiterbetrieb der Schleuse zu testen. Neben bekannten Reprofilierungsmethoden wie Ortbeton werden auch innovative Verfahren wie ein Stahlfaserspritzbeton getestet. 1. Einführung Der störungsfreie Betrieb der Wasserstraßen im Binnenbereich ist direkt mit der Funktionsfähigkeit der zugehörigen Schleusenanlagen verbunden. Ziel der WSV muss es daher sein, sowohl für die Wasserstraße, wie auch für die für ihre Nutzung benötigten Infrastruktureinrichtungen, wie Schleusen und Wehre, einen ungestörten Betrieb zu ermöglichen. Dabei ist zu beachten, dass die WSV 260 Einkammernschleusen an den verschiedenen Wasserstraßen betreibt. Beim Ausfall einer Schleusenanlage ist eine Umfahrung meist nicht möglich bzw. würde dann zu einem unwirtschaftlichen Umweg führen, weshalb, eine längerfristige Sperrung über Monate oder Jahre, wie für eine bisher übliche konventionelle Grundinstandsetzung mit dauerhafter Trockenlegung der Schleusenanlage benötigt wird, mit dem Ausfall der zugehörigen Wasserstraße gleichzusetzen ist. Ein dauerhaftes Abwandern der Verkehrsträger auf alternative Verkehrsträger ist zu befürchten [1]. Auch wenn die gängige Bauweise der Schleusenanlagen der WSV aus Beton bzw. Stahlbeton mit vergleichsweise geringem Unterhaltungsaufwand verbunden ist, ist zu beachten, dass im Bereich des Stahlwasserbaus von Nutzungszeiträumen von ca. 60 Jahren, im Bereich des Massivbaus von 80 bis 100 Jahren ausgegangen wird. Aufgrund der Altersstruktur der Schleusenanlagen der WSV (Bild 1) ergibt sich, dass in den nächsten Jahren über 120 Schleusenanlagen instandgesetzt werden müssen, da sie ihre geplante Lebensdauer erreicht bzw. schon überschritten haben. Bild 1: Altersstruktur der Einkammerschleusen der WSV (Quelle: [2]) 288 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Instandsetzung unter Betrieb - Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen Unter der Prämisse eines ungestörten Betriebs der Wasserstraße steht der WSV bisher für Einkammerschleusen nur die Alternative eines Ersatzneubaus in unmittelbarer Nähe der bestehenden Anlage zur Verfügung, um den Schiffsverkehr ohne länge Unterbrechungen zu garantieren. Dies ist jedoch, neben erheblichen finanziellen Mittel, auch in intensiv genutzten urbanen Gebieten aufgrund des benötigten Platzbedarfes teilweise schwierig bis überhaupt nicht umzusetzen. Um der WSV eine weitere Möglichkeit zur Instandsetzung der Schleusenanlagen ohne längerfristige Sperrungen zur Verfügung zu stellen, wurde das Forschungs- und Entwicklungsvorhaben „Instandsetzung unter Betrieb“ (IuB) von der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) gemeinsam mit dem Wasserstraßen-Neubauamt Heidelberg (WNA HD), der Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt (GDWS), und dem Institut für Technologie und Management im Baubetrieb (TMB) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) initiiert. Das Forschungsvorhaben gliedert sich dabei in die zwei Bereiche „Instandsetzung der Schleusenkammer“ und „Ersatzneubau Häupter“ wobei im Rahmen der Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen (BTV OES) die Möglichkeiten einer Instandsetzung der Schleusenkammer unter Betrieb untersucht werden. Das Teilprojekt Ersatzneubau Häupter ist aktuell zurückgestellt. Abschließendes Ziel der Bauteilversuche ist neben den baupraktischen Nachweisen der Bauverfahren, ein Modulbaukasten, in dem die Mitarbeiter der WSV und interessierte Ingenieurbüros einen Überblick über mögliche Instandsetzungsvarianten unter Betrieb, deren Kosten, Zeitansätze und Randbedingungen erhalten und so eine Vorauswahl entsprechend ihrer individuellen Aufgabenstellung treffen können [3]. Die Bauteilversuche gliedern sich dabei in zwei Bereiche. So werden neben den Bauteilversuchen unter laufendem Schleusenbetrieb (IuB) auch Bauteilversuche unter konventionellen Randbedingungen, also mit Außerbetriebnahme der Schleusenkammer durchgeführt (IaB). Diese dienen hauptsächlich der Erprobung von Werkstoffen, die zwar bekannt, aber noch ohne praktischen Nachweis sind, sowie Nachweisen von statischen Ansätzen, die aktuell noch nicht geregelt sind. Die Bauteilversuche IuB gliedern sich in Versuche auf, die von Sohle bis Planie reichen und solche, die von 1m unter Unterwasser (UW) bis Planie erstrecken. Letztere simulieren Schleusenanlagen, bei denen eine Trockenlegung technisch nicht möglich ist oder bei denen eine Instandsetzung unterhalb des Unterwasserstandes nicht notwendig ist, da dieser Bereich nicht instandgesetzt werden muss. Die BTV IuB werden an jeweils zwei Schleusenkammerblöcken durchgeführt. Hierbei wird der jeweils erste Block ohne Ausrüstungsgegenstände, der zweite Block mit Ausrüstungsgegenständen ausgeführt. So können die Erkenntnisse des ersten Blocks auf die Anforderungen des zweiten, etwas komplizierteren Blocks, übertragen werden. Die IaB BTV werden an jeweils nur einem Schleusenkammerblock durchgeführt. Im Einzelnen werden folgenden Reprofilierungsvarianten geplant und ausgeführt, die entsprechend Bild 2 in der Schleusenkammer angeordnet sind: - Ortbeton, IuB, von Sohle bis Planie (rot) - Fertigteile I, IuB von Sohle bis Planie (gelb) - Spundwand, IuB, von Sohle bis Planie grün) - Fertigteile II, IuB, von 1m unter UW bis Planie (hellblau) - Stahlfaserspritzbeton, IuB, von 1m unter UW bis Planie (dunkelblau) - Fertigteile III, IaB, von 1m unter UW bis Planie (lila) - Ortbeton mit Mikrohohlkugeln (MHK) I, IaB, von 1m unter UW bis Planie - Ortbeton MHK II (einseitig bewehrt), IaB, von 1m unter UW bis Planie (lila) Bild 2: Aufteilung der BTV in der Schleusenkammer (Quelle: ARGE BTV OES) 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 289 Instandsetzung unter Betrieb - Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen Zu den flächigen BTV ist aktuell geplant im Block 5 links ein Austausch der Nischenpoller unter Betrieb zu untersuchen und im Block 8 links + rechts dünnschichtige Applikationen ohne Rückverankerung im Bestand auf ihr Langzeitverhalten zu testen. Die Bauteilversuche werden in der rechten Kammer der Schleuse Oberesslingen am Neckar durchgeführt. Die Schleusenanlage ist als Doppelschleuse erstellt worden, allerdings ist die rechte Kammer nie in Betrieb genommen worden. Diese Kammer besitzt die üblichen Ausrüstungsgegenstände wir Steigleitern, Nischenpoller, Planiepoller und Kantenschutz, dagegen sind Tore und deren Antriebe nie eingebaut worden. Stattdessen sind am Unterhaupt (UH) unterhalb der Tornischen und am Oberhaupt (OH) in der Revisionsnische, Spundwände eingesetzt worden, damit die Kammer bis vor ungefähr 10 Jahren als Sparkammer genutzt werden konnte. Die Bauteilversuche wurden im Rahmen eines Partnering-Paket-Models vergeben. Um den partnerschaftlichen Ansatz des Projekts von Beginn an Rechnung zu tragen, wurde dem eigentlichen Vergabeverfahren ein Interessensdialog vorgeschaltet, bei dem interessierte Marktteilnehmer über die anstehende Ausschreibung und den Ablauf informiert wurden. Im nun folgenden Teilnahmewettbewerb wurden fünf Arbeitsgemeinschaften (ARGE) aus Planer und ausführender Firma auf Grundlage von Eignungsnachweisen ausgewählt, die am Vergabewettbewerb teilnehmen konnten. Die ARGE‘en wurden aufgefordert für alle vorgesehenen BTV jeweils ein Konzept zu erstellen (indikative Angebote). Der Auftraggeber (AG) hat hierzu nur das Ergebnis und die einzuhaltenden Randbedingungen in einer funktionalen Leistungsbeschreibung definiert. Die Lösungsumsetzung, war den Teilnehmende frei überlassen. Dieser Ansatz war dem Gedanken geschuldet, dass der AG für die Innovationskraft und die baupraktischen Erfahrungen der Teilnehmer so weit wie möglich freien Raum lassen wollte. Nach der Auswertung der indikativen Angebote wurde mit jedem Teilnehmer in einer ersten Verhandlungsphase seine Konzepte besprochen. Aufgrund der großen Innovationskraft der Teilnehmer mussten die Vergabeunterlagen in einem Zwischenschritt angepasst werden, um die in den Konzepten vorgestellten Lösungen in den Vergabeunterlagen zu berücksichtigen. Dabei wurden diese so allgemein beschrieben, dass kein Hinweis auf die Herkunft von Lösungsansätzen bekannt gemacht wurde. Auf Grundlage der überarbeiteten Vergabeunterlagen und der im individuellen Gespräch angemerkten Punkte wurden die Teilnehmer aufgefordert ihre Konzepte zu überarbeiten. Diese wurden mit jedem Teilnehmer in einer zweiten Verhandlungsphase wiederum besprochen und es wurde eine weitere Möglichkeit zur Überarbeitung gegeben, bevor die Angebote final eingereicht wurden. In diesem Verfahren wurde nicht der Preis als wichtigstes Argument bewertet, sondern die Innovationskraft der Konzepte. Dabei wurde ebenso auf die Übertragbarkeit der Lösungsvorschläge auf andere Schleusenanlagen und die generelle Umsetzbarkeit geachtet. 1.1 Randbedingungen der BTV Für die Durchführung der BTV sind verschiedene Randbedingungen einzuhalten. Einerseits gilt es, über geeignete Randbedingungen die wechselnde Nutzung der Schleuse für Instandsetzung und Schleusenbetrieb abzubilden und das Freihalten des notwendigen Lichtraumprofils für die Schifffahrt zu beachten. Weitere Randbedingungen betreffen die Übertragbarkeit auf eine möglichst große Zahl an Einkammerschleusen innerhalb der WSV und die Simulation eines Schifffahrtsbetrieb, da dieser aufgrund der früheren Sparkammerverwendung nicht möglich ist. Zudem sind die BTV so zu planen, dass der Schleusenbetrieb in der linken Kammer zu keiner Zeit behindert oder eingeschränkt wird. 1.1.1 Trockenlegung der Arbeitsbereiche Grundlegende Aufgabenstellung für die Planung der Instandsetzung unter Betrieb ist die Möglichkeit der grundsätzlichen Aufrechterhaltung des Schleusenbetriebs. Für die BTV wurde festgelegt, das Zeitfenster für die Instandsetzungsmaßnahmen inkl. aller vor- und nachlaufenden Arbeiten auf 12-Stunden zu begrenzen, so dass die Schleuse der Schifffahrt ebenfalls 12-Stunden zur Verfügung steht. Die Vorzugslösung der BAW vor dem Vergabewettbewerb sah eine Trockenlegung mit einem Dammbalkensystem vor, für das vor und hinter dem jeweiligen Arbeitsbereich eine Nische für die Aufnahme der Dammbalken hätten erstellt werden müssen. Für Montage und Demontage der Dammbalken sowie dem Leeren vor Arbeitsbeginn bzw. der Wiederbefüllung der Schleuse wurde im Rahmen einer ersten Abschätzung 4-Stunden angenommen [2]. Die beauftragte ARGE hat im Rahmen der Konzepterstellung während des Vergabeverfahrens einen Süllkasten präsentiert, mit dem diese werktäglichen vorlaufenden Arbeiten minimiert werden sollen, um mehr Arbeitszeit für die eigentlichen Reprofilierungsaufgaben zur Verfügung zu haben. Die Vorteile des Süllkastens (Bild 3) lagen entsprechend der Planung in der Minimierung der auszupumpenden Wassermenge, des schnelleren Ein- und Ausbaus des Süllkastens gegenüber der Montage und Demontage eines Dammbalkensystems sowie dem Entfall der dafür notwendigen Nischen. Zudem ist vorgesehen einen stufenlos verstellbaren Hubboden in den Süllkasten zu integrieren. Dadurch kann die jeweilige benötigte Arbeitshöhe aufgabenspezifisch eingestellt werden und die Notwendigkeit von Gerüsten entfallen. 290 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Instandsetzung unter Betrieb - Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen 1.1.2 Lichtraumprofil Da die Schleuse außerhalb der Instandsetzungsarbeiten dem Schiffsverkehr zur Verfügung stehen muss, sind alle Arbeiten und Hilfskonstruktionen so zu planen, dass das Lichtraumprofil in der Schleusenkammer nur so weit eingeschränkt wird, dass ein Großmotorschiff die Schleuse noch passieren kann. So sind zum Beispiel die Schalungen beim BTV Ortbeton so zu konzipieren, dass die vorhandene Schleusenbreite von 12,00 m nicht weiter als bis auf 11,80-m eingeengt wird, sodass Schiffe mit einer Breite von 11,40-m noch passieren können. Gleiches gilt für die Sicherungen der Fertigteile beim BTV Fertigteil I und II. Auch diese sind so zu dimensionieren, dass das notwendige Lichtraumprofil jederzeit vorhanden ist. Damit die Schiffe nicht die Hilfskonstruktionen der BTV touchieren bzw. beschädigen, muss ein Leitsystem vor und hinter den sich in Bearbeitung befindenden Blocks erstellt werden, dass die Schiffe entsprechend führt. Die Randbedingungen des Lichtraumprofils gelten analog für das Leitsystem. Da Arbeiten immer nur an einer Seite der Schleusenanlage zulässig sind, damit die Schiffe auf der zweiten Seite festmachen können, müssen die Schiffe von der sich in Arbeit befindlichen Seite abgehalten werden. Hierfür müssen die Leitsysteme statisch ausgelegt werden, die zum einen die gegenüber der Schleusenachse asymmetrische Führung der Schiffe übernehmen - aus rein hydraulischen Gründen wird sich das Schiffe immer in der Achse der Schleusenanlagen bewegen wollen - und zum anderen eine Breite von 11,80-m in der Schleusenkammer garantieren. Gleichts gilt für die Abladetiefe. Auch hier sind alle Arbeiten so zu planen, dass die Abladetiefe über den gesamten Bearbeitungszeitraum nicht eingeschränkt wird. Dementsprechend ist am Ende einer Arbeitsschicht sicher zu stellen, dass im Rahmen der Abbrucharbeiten keinerlei Abraum in der Schleusenkammer verbleibt. 1.1.3 Randbedingungen aus dem Schleusenbetrieb Die einzuhaltende Randbedingung für die Planung und Durchführung der BTV zur (simulierten) Aufrechterhaltung des Schifffahrtsbetrieb erfordert, dass wie bei einer späteren Instandsetzung unter Betrieb immer nur ein Block bearbeitet wird. Erst wenn dieser fertig gestellt ist und dem Schleusenbetrieb wieder zur Verfügung steht, kann mit dem nächsten Block begonnen werden. Hintergrund dieser Randbedingung ist, dass die Schifffahrtstreibenden weiterhin die Möglichkeit haben, die Festmacheinrichtungen der Schleuse möglichst uneingeschränkt nutzen zu können. Zudem sind aus Rettungsgründen Zugänge zum Schiff über beide Seiten der Kammer zu ermöglichen. Bild 3: Süllkasten (Quelle: ARGE BTV OES) 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 291 Instandsetzung unter Betrieb - Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen 1.2 Ziele BTV Das Ziel der Bauteilversuche besteht primär darin, der WSV baupraktische Möglichkeiten aufzuzeigen welche Varianten des Abtrags und der Reprofilierung unter Betrieb bestehen und unter welchen Randbedingungen diese durchgeführt worden sind. Dabei sind die möglichen Arbeitszeiten, die Materialparameter und die Abmessung des Bestandsbauwerkes, die statische Konstruktion sowie die zur Verfügung stehende Baustelleneinrichtungsfläche typische Randbedingungen, die an jedem Bauwerk individuell betrachtet werden müssen und für die die Bauteilversuche so allgemein aufgestellt sein müssen, dass die Verfahren grundsätzlich übertragbar sind. Der Nachweis der Durchführbarkeit der innovativen Ansätze bildet ein weiteres Kernstück der Ziele. Dabei dürfen die Qualität und Dauerhaftigkeit der reprofilierten Wandabschnitte nicht schlechter sein, als die unter konventioneller Herstellung durchgeführten Instandsetzungen. Im Rahmen der BTV in Oberesslingen sollen neben dem Ansatz der Instandsetzung unter Betrieb auch bisher in der WSV nicht oder nur selten eingesetzte Baustoffe und Bautechniken auf ihre Alltagstauglichkeit und ihr Langzeitverhalten untersucht werden. Der aus den Bauteilversuchen gewonnene Erfahrungsgewinn wird in einem allgemein zugänglichen Modulbaukasten [4] der WSV und der interessierten Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Hierzu werden sowohl die Planung wie auch die Ausführung wissenschaftlich durch die BAW und das TMB evaluiert und im jeweiligen Bereich des Modulbaukastens in einem entsprechenden Bericht vorgestellt. Ziel ist es, möglichst für alle gewählten und erprobten Abtrags- und Reprofilierungsvarianten sowie Stahlwasserbauarbeiten alle erforderlichen Grunddaten zur Verfügung zu stellen, damit diese an den Schleusen der WSV ebenfalls umgesetzt werden können. Dabei sind die Unterlagen im Modulbaukasten nicht als allgemein gültige Anleitung zu verstehen, dafür die sind die Randbedingungen der einzelnen Bauwerke zu unterschiedlich, sondern als Bereitstellung von Ansätzen, die auf die jeweiligen Bauwerke angepasst werden müssen. Dabei ist es durchaus denkbar, dass es nicht die eine Vorzuglösung für alle Schleusenbauwerke der WSV gibt, sondern dass, je nach Randbedingungen unterschiedliche Vorzugslösungen an den Bauwerken identifiziert und später umgesetzt werden. 2. Bauteilversuche 2.1 Umfang der BTV Die Trennung der BTV in IaB und IuB bedingt sich durch die unterschiedlichen Schwerpunkte und Ziele. Während bei IaB der Schwerpunkt auf der Untersuchung bisher bekannter aber nicht vertiefter Bauwerkstoffe liegt, wird bei IuB der Fokus auf die Ausführung unter Aufrechterhaltung des Schleusenbetriebs gelegt. Bei den IaB BTV wird unter anderem eine Vorsatzschale in Ortbetonbauweise mit Mikrohohlkugeln statt Luftporenbildner erstellt, um die Dauerhaftigkeit und die Verarbeitbarkeit des Werkstoffs zu untersuchen. Parallel wird ein zweiter Block unter identischen Grundvoraussetzungen erstellt mit dem Unterschied, dass die hintere Lage der Bewehrung entfällt. Dies entspricht nach den Vorgaben der ZTV W-LB 219 etwa 1/ 3 der ursprünglich angesetzten Stabstahlbewehrung. Bei diesem Versuch sollen über einen längeren Zeitraum die Rissbildung und das Verbundverhalten untersucht werden, um Rückschlüsse über eine allgemeine Anwendung und damit Vereinfachung der Vorsatzschalen bei einer konventionellen Instandsetzung zu erhalten. Versuchsweise soll dieser BTV mit einem Baustellenbeton durchgeführt werden, der auf der Baustelle mit einem Mischtrucks hergestellt wird. Hintergrund der Verwendung eines Mischtrucks sind die Rückmeldungen aus der Praxis, dass die Beschaffung von Lieferbeton mit den Anforderungen der ZTV- W LB 215/ 219 teilweise Probleme bereitet und man so auch Mengen von wenigen Kubikmetern erhalten kann. Bei den fünf IuB BTV steht die grundsätzliche Umsetzbarkeit der Abtrags- und Reprofilierungsvarianten unter den bereits geschilderten zeitlichen Rahmenbedingungen im Fokus. Für die Reprofilierungsvarianten Ortbeton, Fertigteil und Spundwand werden die jeweiligen Blöcke von Sohle bis Planie reprofiliert. Die Abtragstiefe und die Abtragsart [Tab. 1] richten sich nach den Erfordernissen der Reprofilierungsvariante. Geplant sind die Abtragsvarianten Fräsen, Hochdruckwasserstahlen (HDW) und Seilsägen. Für die Reprofilierungsvarianten Fertigteile II und Stahlfaserspritzbeton werden Abtrag und Reprofilierung nur bis 1m unter UW durchgeführt, da hiermit die Reprofilierung von Schleusen simuliert werden soll, die aus statischen oder Bauwerksspezifischen Gründen nicht trockengelegt werden können oder der zu reprofilierende Bereich nur bis zum UW-Spiegel reicht. Tab. 1: Übersicht der Abtragsvarianten Block Abtragsvariante Reprofilierungsvariante Abtragstiefe 1 rechts Seilsägen Fertigteil I 40 cm 1 links Seilsägen Fertigteil II 40 cm 2 rechts Seilsägen Fertigteil I 40 cm 2 links Seilsägen Fertigteil II 40 cm 3 rechts Fräsen Ortbeton 30 cm 3 links Fräsen MHK II 30 cm 4 rechts Fräsen Ortbeton 30 cm 4 links Fräsen MHK I 30 cm 5 links Seilsägen Fertigteil III 40 cm 6 rechts Seilsägen Spundwand 50 cm 6 links HDW Spritzbeton 20 cm 7 rechts Seilsägen Spundwand 50 cm 7 links HDW Spritzbeton 20 cm Zusätzlich wird der Bauteilversuche „Rahmenlösung“ geplant, bei dem der Torrahmen für ein Stemmtor im UH in einem Stück eingesetzt wird, umso die aufwendigen und zeitintensiven Justierungen für das neue Tor bereits vorab in der Montagehalle durchführen zu können. Dieser BTV findet unter dauerhafter Trockenlegung der Schleusenkammer statt. 292 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Instandsetzung unter Betrieb - Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen Wie oben beschrieben verfügt die Schleusenkammer über keine Schleusentore. Um die IaB Versuche unter einer dauerhaften Trockenlegung durchführen zu können und die Kammer für die IuB Versuche bis zum OW füllen zu können, sowie Arbeitsgeräte wie den Süllkasten einschwimmen zu können, wird die Spundwand im UH ausgebaut und dafür im Block 9 ein Dammbalkenverschluss eingebaut. Die hierfür notwendigen Nischen werden unter IuB Bedingungen hergestellt, wobei Voruntersuchungen für die Schleuse Hollage ergeben haben [5], dass dies nicht in den angestrebten 12 Stunden Sperrpause zu erstellen ist, sondern hierfür mindestens eine Wochenendsperrung vorzusehen ist. Für den baupraktischen Nachweis der BTV ist es wichtig, den Wasserspiegel in der Kammer bis OW einstellen zu können, um alle bearbeiteten Flächen mit Flusswasser zu benässen und so realistische Verhältnisse eines Schleusenbetriebs zu simulieren. Neben der Simulation des Schleusenbetriebs wird durch die Verwendung des zwingenden Dammbalkenverschlusses ein weiteres System zur bereichsweisen Trockenlegung im Rahmen der BTV getestet und Aufwandswerte für den Auf bau und die Erstellung der Führungsnischen können evaluiert werden. Beide Variante der bereichsweisen Trockenlegung werden im Modulbaukasten dargestellt, damit der WSV eine Variantenbetrachtung für ihr Projekt ermöglicht wird. 2.2 Lösungsansätze der BTV Durch die tägliche partielle Trockenlegung und Einrichtung des Arbeitsbereichs verbleiben nach aktuellem Stand maximal 10 Stunden für die Instandsetzungsarbeiten, bevor die Kammer anschließend für 12 Stunden der Schifffahrt übergeben wird. Daher sind herkömmliche Arbeitsansätze nicht anwendbar, sodass Lösungen zu finden sind, die die Arbeitsabschnitte so aufteilen, dass sie innerhalb des zur Verfügung stehenden Zeitfensters bewältigt werden können ohne die Qualität oder Dauerhaftigkeit zu beeinflussen. In der aktuellen Planung sind für die Reprofilierung mit Ortbeton horizontale Arbeitsabschnitte zwischen 2,0-m und 3,3-m vorgesehen. Die Abmessungen der Arbeitsabschnitte orientieren sich dabei an der zu erwartenden Arbeitsleistung beim Betonieren - der Beton benötigt gemäß den Vorgaben des Auftraggebers eine Mindestfestigkeit von 15 N/ mm² zum Zeitpunkt der Widerinbetriebnahme der Schleusenkammer. Hintergrund dieser Anforderung sind die Belastungen aus Frost-Tau-Wechsel, da das Reprofilierungsverfahren für die Übertragbarkeit auf andere Maßnahmen ganzjährig eingesetzt werden können muss. Bei einer Probemaßnahme an der Schleuse Feudenheim [6] hat sich diese Mindestfestigkeit als sichere Annahme erwiesen. Die Aufteilung der Betonierabschnitte und damit die Abmessungen der Schalelemente ist so gewählt, dass die erste Arbeitsfuge oberhalb des UW-Spiegels liegt und die weitere nicht im Bereich ± 1m um die Wasserstände UW und OW. Da die Schalung nur abschnittsweise erstellt wird, besteht zum benötigten Arbeitsraum immer uneingeschränkter Zugang für das Erstellen der Anker oder den Einbau der Schalung. Für die Reprofilierung mit Fertigteilen sollten in einem ersten Schritt Elemente über die komplette Blocklänge von 11-m verwendet werden. Aufgrund von Anforderungen an die Steifigkeit der Elemente beim Transport sowie Einbau und der damit notwendigen Bauteildicke wurde entschieden kürzere Elemente zu verwenden. Zudem war im Rahmen der Planung auch auf die Übertragbarkeit auf Schleusen mit größeren Blocklängen zu achten, die einen Transport und Einbau nur sehr eingeschränkt möglich gemacht hätte, da die Schleusenbreite dann als limitierender Faktor gewirkt hätte. Ein erster Ansatz ergab eine Aufteilung mit einer vertikalen Stoßfuge der Fertigteile mit integrierten Ausrüstungsgegenständen (Bild 4) Bild 4: Zwischenlösung der BTV Fertigteile I 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 293 Instandsetzung unter Betrieb - Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen Die in Bild 4 dargestellte Anordnung der Bauteile zeigt vertikale durchgehende Fugen. Im Rahmen der regelmäßigen Planungsbesprechungen wurde später vereinbart, aufgrund von Dauerhaftigkeitsproblemen die durchgehenden vertikalen Stöße zu vermeiden, sondern die Fertigteile so anzuordnen, dass die vertikale Fuge verschränkt ist. Insgesamt sollten die Varianten der Fertigteile jedoch minimiert werden, um möglichst viele baugleiche Typen zu erhalten. Zu beachten ist, dass die Reprofilierung mit Fertigteilen eine mehrschalige Bauweise ist, die als „Sandwich-Bauweise“ beschrieben werden kann. So ist als Untergrund der Bestandsbeton vorhanden, danach folgt der Hinterfüllbeton, der zwischen Bestand und Fertigteil eingebracht werden muss. Das Fertigteil bildet den Abschluss zur Kammer. Aufgrund der Bauweise ist an jedem Übergang zwischen den Schalen der Spaltwasserdruck anzusetzen, was sowohl eine Ankerlage bzw. übergreifende Bewehrung zwischen Fertigteil und Hinterfüllbeton wie auch zwischen Hinterfüllbeton und Bestandsbeton erforderlich macht. Die Vorteile der Bauweise liegen in dem hohen Vorfertigungsgrad der Fertigteile, die anschließend als „verlorene Schalung“ betrachtet werden können sowie dem Umstand, dass die geforderte Expositionsklasse der Kammerwand nur dem Fertigteil zugeordnet werden muss und so an den Hinterfüllbeton geringere Anforderungen gestellt werden. Bei der Reprofilierung mit einer Spundwand als Vorsatzschale gelten ähnliche Ansätze wie für die Reprofilierung mit Fertigteilen. Die Spundwand soll entsprechend der aktuellen Planung aufgrund der Abmessungen in drei Segmenten vorgefertigt auf die Baustelle angeliefert werden und dort zusammengefügt werden. Wie auch bei den Fertigteilen wurde auch für die Spundwand aufgrund der Übertragbarkeit auf größere Blockbreiten auf die Fertigung in einem Stück verzichtet, eine Aufteilung auf mehrere Teilsegmente vorgenommen. Auch hier ist der einzubringende Hinterfüllbeton nicht direkt an der Kammerwand und kann daher für geringere Expositionsklassen vorgesehen werden. Zu beachten ist, dass die Spundwand und deren Verankerungen im Bauzustand für Wasserdruck von der Kammer aus zu dimensionieren sind, da im Bauzustand die Kammer für den Schleusenbetrieb bis OW gefüllt wird, der Hinterfüllbeton aber nicht im gleichen 12 Stunden-Zeitfenster eingebaut sein wird. Die Planungen des BTV Stahlfaserspritzbeton sehen den vollkommenen Verzicht auf eine Stabstahlbewehrung vor. Die anzusetzenden Kräfte aus Spaltwasserdruck, Flutung der Kammer und Schiffsanfahrt sollen über ein dichteres Raster von Ankern und die im Spritzbeton enthaltenen Stahlfasern abgeleitet werden. Analog den Ansätzen für den BTV MHK II, bei dem die hintere Bewehrungslage planmäßig entfällt, wird auch hier zum Nachweis der Standsicherheit eine Simulation erste Ansätze liefern, da in beiden BTV ein Nachweis gemäß aktueller Normen und Vorschriften nicht möglich ist. 2.3 Erwarteter Erkenntnisgewinn der Bauteilversuche Auf Grundlage der BTV sollen die ersten Erkenntnisse für zukünftige Instandsetzungsmaßnahmen von Einkammerschleusen unter Betrieb gewonnen werden. Neben der Herausforderung, den Bauablauf so zu organisieren, dass zwischen den arbeitstäglichen Zeitfenstern ein Schleusenbetrieb aufrechterhalten werden kann, werden auch Erfahrungen zu neuen Werkstoffen bzw. neuen Konstruktionsansätzen erwartet. Dabei greift die Herausforderung des parallel fortlaufenden Schleusenbetriebs in vielfältiger Weise in die Planung der Instandsetzung ein. Neben Lösungen aufgrund der geometrischen Anforderungen für den fortlaufenden Schiffsverkehr in der Kammer, müssen auch im Bauablauf Zeitfenster und ingenieurtechnische Lösungen gefunden werden, wie die immer wiederkehrende Füllung der Kammer bis OW und damit einhergehende Verunreinigung des Bauabschnitts mit Flusswasser beherrscht werden kann. Hinzu kommen im konventionellen Bauablauf nicht berücksichtigte Lastzustände für die verschiedenen mehrschaligen Reprofilierungsvarianten bzw. für den Beton selbst. Dieser muss zum einen schellerhärtend sein, um eine ausreichende Frühfestigkeit für den Schleusenbetrieb aufzuweisen, muss aber an die Eigenschaften des Bestandsbeton angepasst werden. Die Gesamtmaßnahme soll ein Baustein zur Lösung der gewaltigen Aufgabe der Instandsetzung der bestehenden Einkammerschleusen darstellen. 3. Ausblick auf das Projekt Entsprechend dem aktuellen Ablaufplan ist vorgesehen, dass im Mai 2025 die im UH befindliche Spundwand ausgebaut wird und damit die Bautätigkeit beginnt. Nach der sich anschließenden Baufeldsicherung, es müssen Entspannungsbrunnen in der Schleusenkammer erstellt werden, um die Last aus dem Grundwasser auf die eingelegte Schleusensohle abzumindern, werden zuerst die BTV mit ständig trocken gelegter Schleusenkammer (IaB) im Schutz des Dammbalkenverschlusses durchgeführt. Hintergrund dieses Ablauf ist es, die Erfahrungen aus den BTV MHK I und MHK II für den BTV Ortbeton zu sammeln und über den BTV FT III erste Erkenntnisse für die BTV FT I und FT II zu erhalten, damit diese für die entsprechenden IuB BTV genutzt werden können und sie in der weitere Planung berücksichtigen zu können. Weiterhin besteht die Notwendigkeit, dass der Süllkasten für die IuB BTV zur Verfügung steht. Da dieser eine Fertigungszeit von ca. 1-Jahr hat und die Planungen erst Anfang 2026 abgeschlossen werden, können die IuB BTV nicht vor Anfang 2027 begonnen werden. Für die fünf IuB BTV wird aktuell ein Zeitfenster von 19 Monaten eingeplant. Den Abschluss bildet der BTV Rahmenlösung am UH mit dem die Arbeiten an der Baustelle Ende 2028 enden sollen. Bereits während der Bauausführung werden die Erkenntnisse der bereits abgeschlossenen und evaluierten BTV im Modulbaukasten veröffentlicht werden, so dass dieser sukzessive gefüllt und vervollständigt wird. 294 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Instandsetzung unter Betrieb - Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen Literatur [1] Westendarp, Andreas (2017): BAW/ WSV - Projekt „Instandsetzung unter Betrieb“. In Bundesanstalt für Wasserbau (Hg) BAW: Kolloquium “Instandsetzung von Schleusen unter Betrieb“ [2] Müzel, Nils et al. (2014): Prinzipielle Lösung zur partiellen Trockenlegung von Schleusenkammern; TMB am KIT [3] Leicht, Anna et al. (2021): Instandsetzung von Schleusenanlagen unter laufendem Betrieb mithilfe eines Modulbaukastens. In Technische Akademie Esslingen (Hg.): 7. Kolloquium Erhalt von Bauwerken, S. 397 - 401 [4] Bundesanstalt für Wasserbau (Hg.): Modulbaukasten. Online verfügbar unter: https: / / izw.baw.de/ wsv/ planen-bauen/ instandsetzung-unter-betrieb [5] Bundesanstalt für Wasserbau (Hg.): Modulbaukasten: Erläuterungsdokument 1.1-I.b Dammtafeln in Führungsschienen (Machbarkeitsstudie Hollage). Online verfügbar unter: https: / / izw.baw.de/ publikationen/ instandsetzung-unter-betrieb/ 0/ 1.1-I.b%20Dammtafeln%20in%20F%C3%BChrungsschienen%20 %28Machbarkeitsstudie%20Hollage%29.pdf [6] Bundesanstalt für Wasserbau (Hg.): Modulbaukas-ten: Erläuterungsdokument 3.1-IV.a Spritzbeton schnell erhärtend - verankert und bewehrt (Bauteilversuch Feudenheim). Online verfügbar unter: https: / / izw.baw.de/ publikationen/ instandsetzung-unter-betrieb/ 0/ 3.1-IV.a%20Spritzbeton%20 schnell%20erh%C3%A4rtend%20-%20veranker t%20und%20bewehr t%20%28Bauteilversuch%20Feudenheim%29.pdf