Vortrag HLS Cudmani Joerger Wolski_final

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Verffentlichungen des Grundbauinstitutes der Technischen Universitt Berlin Heft Nr. 57, Berlin 2011, S. xx-xx Vortrag zum 7. Hans Lorenz Symposium am 6.10.2011

Sydney, Hafenerweiterung Port Botany Wirtschaftliche Lsungen fr hchste geotechnische AnforderungenDr.-Ing. Roberto Cudmani Smoltczyk & Partner GmbH Dipl.-Ing. Roland Jrger Dipl.-Geol. Kolja Wolski Bilfinger Berger Ingenieurbau GmbH

ZusammenfassungDer Bau der Hafenerweiterung Port Botany in Sydney wurde als sogenannter Design & Build Auftrag ausgefhrt. Das Bauvorhaben beinhaltet im Wesentlichen die Errichtung eines 1850 m langen Lfrmigen Schiffanlegeplatzes, die Auffllung und Verdichtung der Containerterminalflche (63 ha, 7,8 Mio m, 180.000 to Steinschttung) sowie die Herstellung verschiedener Bauwerke und Hafeneinrichtungen. Die Kaimauer mit einer Hhe von ca. 20,0 m besteht aus 200 Stahlbetonfertigteilen, die auf dem Meeresgrund in einer Wassertiefe von 16,0 m auf unter Wasser ausgetauschtem und rtteldruckverdichtetem Boden gegrndet werden. Den umfangreichen und teilweise sehr anspruchsvollen geotechnischen Manahmen im Zusammenhang mit der Grndung der Kaimauer, der Verdichtung der Auffllung des Containerliegeplatzes und dem Bau von Transportwegen auf torfigem Untergrund standen ungewhnlich hohe Standsicherheitsanforderungen und strenge Qualittskontrollen gegenber. So sind fr die Kaimauer der Grundbruchnachweis mit einer globalen Sicherheit von =3 zu erbringen und Wandverschiebungskriterien von wenigen Zentimetern nach 10, 20 und 50 Jahren der Inbetriebnahme unter Bercksichtigung eines 1000 jhrigen Erdbebenereignisses einzuhalten. Neben den technischen Herausforderungen stellten ein sehr knapper Zeitplan und ein vertraglich vereinbartes, fixes Budget hchste Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit der geotechnischen Lsungen.

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R. Cudmani, R. Jrger, K. Wolski

Der Beitrag beschreibt die Planung und Ausfhrung ausgewhlter geotechnischer Manahmen, der implementierten Qualittssicherungskontrollen und des zwischen den Projektbeteiligten abgestimmten Umgangs mit dem unvermeidbaren Restrisiko.

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Vorstellung der Baumanahme

Im Rahmen des Bauvorhabens Erweiterung des Hafens Botany Bay (Port Botany Expansion, PBE) wird ein neuer Containerhafen im nordwestlichen Bereich der Botany Bay, ca. 12 km sdlich von Sydney CBD (Central Business District), gebaut (Bild 1). Der neue Containerhafen grenzt an die existierenden Brotherson Docks und St. Patricks Container-Terminal und die 2. Start- und Landebahn des Flughafens. Die geplante Bauzeit betrgt 38 Monate. Bauzeitbeginn war im Januar 2008.

Bild 1: Lage des Bauvorhabens Port Botany Expansion Das Projekt wurde 2007 von Sydney Ports an das Baulderstone Pty Ltd - Jan De Nul - Konsortium vergeben. Die Vertragssumme beluft sich auf ca. AUD 600 Mio. und beinhaltet die Errichtung eines L-frmigen Schiffanlegeplatzes, die Auffllung und Verdichtung der Containerterminalflche (7,8 Mio m, 180.000 to Steinschttung, 63 ha Flche) sowie die Herstellung verschiedener Bauwerken und Hafeneinrichtungen (Neuer Bootsanleger fr private Sportboote, Ausbau Zufahrtstrae, Brcke fr Zufahrtstrae, Fugngerbrcke und Erweiterung Straen-Schienenkorridor zum Terminal, siehe Bild 2). Bild 3 zeigt das Baufeld nach Abschluss der vorbereitenden Arbeiten. Die Kaimauer mit einer Lnge von 1850 m besteht aus 200 Stahlbetonfertigteilen. Baulderstone Pty Ltd. als ehemalige Beteiligungsgesellschaft der Bilfinger Berger SE hat die technische Federfhrung und fhrt die Offshore- und Erdarbeiten sowie die Herstellung und Verlegung der 200 Kaielemente selbst aus.

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West Berm

quay wall Brotherson Docks

Bild 2:Hauptbestandteile des Bauvorhabens Port Botany Expansion

Bild 3: Luftbild Port Botany Expansion Project nach Abschluss der Early works. Im Vordergrund ist das existierende Container-Terminal zu sehen. Links befindet sich das Betonfertigteilwerk. Der ARGE-Partner Jan De Nul fhrt alle Dredgingarbeiten aus, wobei Cutter Suction und Split Hopper Bargen zum Einsatz kommen, um die Containerstellflche aufzufllen und eine Sandhalde herzustellen, von der spter die Kaielemente mit Raupen hinterfllt werden. Die Ausfhrung der Bodenver-

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dichtungsarbeiten wurde Nachunternehmern bertragen. Hierbei kommen die Dynamische Intensivverdichtung (DC), Rtteldruckverdichtung und Vibrationsverdichtung mit Impact-Roller zum Einsatz.

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Geologische und geotechnische Situation

Sydney liegt geologisch innerhalb des sog. Sydney-Gunnedah-Bowen-Beckens, einer whrend der Trias mit Swasser gefllten Senkungszone, in der sich die Verwitterungsprodukte aus dem angrenzenden kristallinen Gebirge ansammelten. Diese wurden diagenetisch verfestigt und stehen heute als sog. Hawkesbury Sandstone an der Oberflche an. Im Projektgebiet lagern Verwitterungsprodukte dieses Sandsteins als fluviatile, quartre Sedimente darber. Eine umfangreiche Erkundung bestehend aus Feld- und Laborversuchen wurde durchgefhrt, um die lokalen topographischen, hydrologischen, geologischen und geotechnischen Bedingungen zu erkunden. Der Hawkesbury Sandstein wird von einer dnnen residualen Bodenschicht, drei pleistoznen Bodenschichten und einer holoznen Bodenschicht berlagert. Im Bereich des Baufeldes befindet sich eine anthropogene Vertiefung des Meeresbodens mit einer Grundflche von ca. 1000 m x 250 m und einer Tiefe von ca. 20 m, die durch das Ausbaggern des Sandes fr die Landgewinnung fr die neue Landebahn des Flughafens Mitte der 90er Jahre entstanden ist. Die Baugrundschichtung im Projektgebiet wird in 6 Units gegliedert: Unit 6: Hawkesbury Sandstone, unverwittert, triassischer Quarzsandstein mit deutlichem Lagenbau und wechselndem Feinkornanteil, teilweise mit Tonlagen. Durch den hohen Eisenanteil ist das Gestein gelblich bis tiefrot gefrbt. Unit 5 (wenn vorhanden): Hawkesbury Sandstone, verwittert, wie Unit 6 jedoch ausgebleicht, mrbe, teilweise als Sand vorliegend. Unit 4: Fester, mittel- bis ausgeprgt plastischer, teilweise stark geklfteter Ton (Fell 2006). Unit 3: Steife, mittel- bis ausgeprgte plastische Tone, dunkelgrau bis schwarz mit organischem Anteil Unit 2: Dichter bis sehr dichter, feinkrniger Quarzsand, teilweise mit Linsen und Lagen aus steifem Ton und Torf. Unit 1: Lockerer, feinkrniger Quarzsand, wechsellagernd mit weichen bis breiigen, stark organischen, Ton- und Torflagen.

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Bild 4: Lage der Baugrundschnitte

Bild 5: Schnitte A-A und B-B

Das geologische Baugrundmodell wird exemplarisch fr die Schnitte A A und B in Nord-SdA-A B-B Richtung und den Schnitt C-C in Ost C Ost-West-Richtung in Bild 4, 5 und 6 dargestellt. In den Schnitten erkennt man die o.g. Ausbaggerungszone sowie einen Palokanal, der zu einer deutlichen Vertiefung des Felshorizonts fhrte.

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Bild 6: Schnitt C-C

Bild 7: Plastizittsdiagramm (links) und aus triaxialer Kompression ermittelte Scherparametern fr die Units 3 und 4 Bild 7 zeigt die Ergebnisse von Index- und undrnierten Triaxialkompressionsversuchen mit tonigen Bodenproben der Units 3 und 4. Nach Vorgabe des Auftraggebers ist fr das geotechnische Design die nits untere Grenze der abgeleiteten drnierten Scherparameter anzusetzen, die durch die mechanischen Eigenschaften in den natrlichen Scherfugen/Diskontinuitten bestimmt wird. Der Scherwiderstand des undrnierten Bodens cu liegt ber 100 kPa und ist fr die Standsicherheit der Kaimauer nicht ma magebend. Bild 8 zeigt eine typische Drucksondierung im Bereich der Kaimauer mit der Unterteilung der Units 1 bis 4. Die Units 1 und 2 und die Grenze zwischen 2 und 3 sind im Drucksondierungsdiagramm

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deutlich zu erkennen. Im Gegensatz dazu sind die Tone der Units 3 und 4 durch eine leichte Zunahme des Spitzenwiderstands nur schwer voneinander zu unterscheiden.

Bild 8: Typisches Drucksondierungsprofil

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Herstellung und Grndung der Kaimauer und des Container ContainerTerminals

Bild 9 stellt einen Schnitt der herzustellenden Kaimauer schematisch dar. Die Standsicherheit der Kaimauer bei einer Flachgrndung auf dem gewachsenen Boden ist wegen der relativ niedrigen drimauer nierten Scherfestigkeit der bindigen Bodenschichten der Units 3 und 4 nicht gegeben. Um eine Flac s Flachgrndung der Kaimauer dennoch zu ermglichen, kam ein Austausch dieser Schichten durch einen eser tragfhigen Boden zur Ausfhrung Ein hnlicher Bodenaustausch wurde fr die Grndung der Ka r Ausfhrung. Kai-

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mauer der Brotherson Docks, die stlich des neuen Container-Terminals liegt, vor 30 Jahren bereits ausgefhrt wurde und somit lagen hierzu Erfahrungen vor.

Bild 9: Schematischer Schnitt durch die Kaimauer (links), Bodenaustausch fr die Flachgrndung der Kaimauer (rechts) Der Bauablauf fr die Herstellung der Kaimauer ist in Bild 10 skizziert (von links nach rechts und oben nach unten). Zunchst wird ein Bodenaustausch auf einer Lnge von 1500 m und einer Breite von bis zu 75 m durchgefhrt. Dazu wird von Jan De Nul mittels Cutter Suction Dredging ein Graben von 15-18 m Tiefe in den Sanden der Unit 2 und den Tonen der Unit 3 und 4 gefrst. Die Sohle des Grabens liegt entweder bei -30 mNN oder auf dem Felshorizont. Die Verfllung erfolgt mit Sand der Unit 2, der maximale Feinkornanteil war auf 10% zu begrenzen.

Bild 10: Bauablauf zur Herstellung der Kaimauer Die Verfllung wird mittels Rtteldruckverdichtung verdichtet. Dabei stellt eine berschttung von ca. 5 m sicher, dass der Boden, der sich spter unter der Fundamentsohle befinden soll, unter Auflast steht und ebenfalls verdichtet wird. Danach wird die berschttung entfernt und eine Schotterschicht auf dem ver