Uferdamm aus Betonfertigteilteilen schützt südafrikanische Küstenstadt

In den letzten 10 Jahren haben Sturmflut und Brandung in der False Bay vor der Westkap-Halbinsel in Südafrika an den Uferbauwerken zwischen Gordon’s Bay und der Mündung des Flusses Eerste ihre Spuren hinterlassen.

Teile der Uferbefestigung neben der Beach Road in Strand waren von April 2006 bis Juni 2007 weggebrochen und hatten an Straßendecke und Straßenbeleuchtung erhebliche Schäden verursacht. Einige Keller in Seitenstraßen waren fast überflutet worden. Trotz Gegenmaßnahmen der Stadtverwaltung Kapstadt (City of Capetown, CCT), zum Beispiel dem Ersatz eines gebrochenen Dammes durch eine temporäre Mauer am östlichen Strand, stieg das Wasser am Abschnitt Sarel Cillier immer noch zeitweise über den Damm.

Die weitere Schädigung des Uferdamms und anderer Bauwerke in Strand veranlasste die Stadtverwaltung 2011, PDNA (später übernommen von Mott MacDonald) damit zu beauftragen, eine detaillierte Küstenstudie von Gordon’s Bay bis zur Mündung des Zeekoevlei Kanals zu erstellen. Die Studie hatte drei Ziele: ein besseres Verständnis der Dynamik der Küstenzone im Kontext eines steigenden Meeresspiegels; die Bewertung des Zustands der Bauwerke an der Küste entlang der 38 km langen Küstenlinien bis Zeekoevlei, insbesondere hinsichtlich Sandabtragung durch Wind und Überflutung des Uferdamms; und Vorschläge für die Strandpromenade in Strand.

Mott MacDonald versammelte ein Team von renommierten Küstenforschern, darunter Geoff Toms, Leiter des Fachbereichs Hafen- und Küsteningenieurwesen an der Universität Stellenbosch, und Piet Badenhorst, ein Spezialist für Dünenmanagement.

Neuer, 3 km langer Uferdamm aus Betonfertigteilen

Das zwei Jahre dauernde Forschungsprogramm brachte die Entscheidung, den vorhandenen Uferdamm in drei Bauphasen durch eine 3 km lange Betonfertigteilmauer zu ersetzen.

„Die Entscheidung, den Uferdamm aus Betonfertigteilen zu errichten, war eine technische. Ausschlaggebend war die Notwendigkeit, schnell zu bauen und hohe Standards an Haltbarkeit und Oberflächenqualität zu erhalten“, meint Fachberater Tony Cooksey von Mott MacDonald. Die Herstellung der Betonfertigteile in einem Werk in nicht maritimer Umgebung erleichterte die kontinuierliche Einhaltung der hohen Vorgaben. Darüber hinaus war die Lösung kosteneffektiver.

„Die Höhe der Betonfertigteilmauer wurde durch numerische Modellierung von Tiefseewellen in Küstennähe und physikalische Modellierung der Bemessungswelle (signifikante Welle) beim zulässigen Wellenüberlauf berechnet. Bestandteil der physikalischen Modellierung war auch ein Flume-Experiment im meeres- und küstentechnischen Labor der Stellenbosch Universität, in dem verschiedene Küstenschutzeinrichtungen beim zulässigen Wellenüberlauf bewertet wurden. Zu den Schlüsselfaktoren bei der Errichtung des Uferdamms zählten auch zukünftige Klimaänderungen und der optische Eindruck für Strandbesucher“, fügt Cooksey hinzu.

Die Menge an Wasser und Sandabtragung durch Wind, die über den Damm gelangen, waren wesentliche Forschungselemente. Angesichts der Tatsache, dass es sich hierbei um ein Urlaubsziel handelt, spielten auch ästhetische Überlegungen eine wichtige Rolle beim Entwurf.

„Wir mussten beispielsweise die Höhe des Damms, gemessen von der Promenade bis zur Oberkante, begrenzen, damit Spaziergänger auf der Promenade eine ungestörte Sicht auf den Strand und das Meer haben. Und obwohl die Beach Road eine graduelle Neigung von Westen nach Osten aufweist, bleibt die Höhe der Dammoberkante gleich.

„Der größte Teil des Damms ist unterirdisch und der vom Strand aus sichtbare Teil variiert ständig, je nach Strandsanddrift. Alle unsere Berechnungen auf Basis numerischer und physikalischer Modelle ergaben, dass 3,5 m über Null unser optimale Höhe ist. Das und die horizontale Ausrichtung des Damms zur Küstenlinie waren Ziel einer umfangreichen Diskussion mit Umweltberatern und dem Betreiber City Parks“, fügt Cooksey hinzu.

Flexible Lösung

Bauabschnitt 1 mit einer Länge von 1,1 km verläuft vom Pavillon in Strand bis zu einem Punkt zwischen der Burnard und der Da Gama Street. Der Bau begann im Januar 2016 und wurde Ende November 2017 fertiggestellt. Abschnitt 2 begann am Ende von Abschnitt 1 und schützt bis zu einem Punkt in der Nähe des Strand Surf Life Saving Clubs, ab wo natürliche Vegetation die Infrastruktur schützt. Abschnitt 3 schützt dann den Bereich vom Pavillon in Strand bis Greenways.

Wie es Ingenieur Brenton Heron von Mott MacDonald ausdrückt, war eine L-förmige Schwergewichtsmauer aus mehreren Gründen eine attraktive Option.

„Es ist eine sehr flexible Lösung, da sie mit diversen anderen Küstenschutzmaßnahmen wie Felsdeiche oder Strandaufschüttungen gemeinsam integriert werden kann. Sie kann auch einfach in eine Promenade integriert werden, oder in andere Strandanlagen. Trotzdem war es wegen der unterschiedlichen Untergrundbedingungen an der Küstenlinie von Strand und der Aufstellung L-förmiger Fertigteile in einer anspruchsvollen Umgebung eine große bauliche Herausforderung, eine einheitliche vertikale und glatte horizontale Ausrichtung hinzubekommen. Im Entwurfsstadium wurde angenommen, dass eine enge Toleranz bei den Arbeiten eine Herausforderung darstellen würde. Also wurde die Mauerkrone so gestaltet, dass sie Toleranzunterschiede abfangen kann und vertikal und horizontal eine glatte Wandausrichtung garantiert“, so Cooksey.

Drei Haupt-Bauelemente

Der Damm besteht aus drei Haupt-Bauelementen. Von unten nach oben sind das: ein massives Fundament aus Ortbeton, das – je nach dessen Beschaffenheit – auf verschiedenem Untergrund liegt; L-förmige Betonfertigteile 3,5 m lang, 2,65 m hoch und 2,4 m breit mit einem Gewicht von 14 bis 16 t; und abgerundete Betonfertigteile mit einem Gewicht von 1,5 t für die Abdeckelemente, 835 mm hoch und 795 mm breit. An einigen Abschnitten gibt es ein viertes Element – die „Reno Matress“, 4 m lang und 300 mm tief. Sie liegen unter den L-förmigen Elementen, wenn diese kein Felsfundament haben, und schützen vor Unterspülung.

„Ohne Entwässerung ist der meiste Sand feucht und muss während des Baus kontinuierlich entwässert werden“, meint Heron. „Auf nassem Sand bildete eine 350 mm dicke Steinschicht, eingewickelt in Geotextilien, eine stabile Oberfläche zum Herstellen des Betonfundaments. In trockeneren Abschnitten wurde das massive Fundament direkt auf Sand, Steine oder eine Kombination aus beidem betoniert.”

Die Abdeckkronen wurden mit vertikal gewellten Röhren von 80 mm Durchmesser gefertigt. Dadurch konnten die Abdeckungen auf die verzinkten Bewehrungsstäbe abgesetzt werden, die aus den L-förmigen Elementen herausragten. Die Röhren wurden dann mit Mörtel gefüllt, um die Mauerkrone in Position zu halten.

Das Unternehmen Concrete Units hat 494 L-förmige Elemente und 1.600 Abdeckelemente hergestellt. Es wurden etwa 100 L-förmige, gekrümmte Elemente benötigt, um sich der Krümmung der Wände anzupassen, von denen es 30 verschiedene Typen gibt. Rund 200 gekrümmte Abdeckelemente wurden in acht verschiedenen Formen hergestellt. Sie wurden durch die Nutzung innovativer, variabler Formen optimiert.

Äußerst zufriedenstellende Laborergebnisse

Manager Brian Cook von Concrete Units stellte fest, dass die Projektspezifikation beim Beton einen sehr hohen Standard vorsah: „Die Betonqualität drehte sich um vier Haltbarkeitsindizes und wir haben unsere Betonrezeptur dem Betonlabor der Universität Kapstadt zur Überprüfung vorgelegt. Die Ergebnisse waren äußerst zufriedenstellend und besser als in einer maritimen Umgebung üblich. Beispielsweise haben wir einen Permeabilitätsindex von 9,6 angestrebt und 10,24 erreicht. Eine weitere Qualitätsanforderung war, keine Fehlstellen und Luftblasen auf der Oberfläche der Elemente zuzulassen, wofür wir unser Betonierverfahren umgestellt haben. Außerdem haben wir uns für eine Variante mit hohem Setzfließmaß statt für selbstverdichtenden Beton entschieden.“

Ursprünglich wurde der Beton mit Gesteinskörnungen (26 mm) und Flugasche aus der Provinz Gauteng selbst gemischt, was eine Festigkeit oberhalb der geforderten 40 MPa ergab. Anschließend gab man das Rezept an die Firma Megamix, die den Beton lieferte. Eine Oberfläche mit exponierten Gesteinskörnungen war eine andere Option für die Abdeckung, jedoch entschied man sich bei beiden Elementen für ein Schalbeton-Finish. Dies vereinfachte die Sache und sorgte für gleichmäßige Oberflächen beider Elemente.

Das Projekt erforderte eine Betonüberdeckung der Bewehrungsstäbe von 75 mm. Die Deckblöcke mussten vor Ort betoniert werden, da der momentan schwache südafrikanische Rand Einfuhren zu teuer gemacht hätte. Es handelte sich um schwere Elemente mit sehr geringen Absorptionseigenschaften und derselben Haltbarkeit wie sie der Beton der L-förmigen und Abdeck-Elemente aufweist. Es wurden spezielle Flugaschen und weitere Materialien verwendet, um eine Festigkeit der Deckblöcke von mehr als 50 MPa zu erzielen. Concrete Units hat auch die Hubsysteme zum Laden und Entladen der L-förmigen Elemente und der Abdeckelemente entworfen und gebaut.