Das ist die perfekte Welle
FRILO-SCN für die größte künstliche Flusswelle der Welt
Im österreichischen Ebensee ist 2020 unter der Leitung der beratenden Ingenieure von concon – construction consulting ein ganzjähriges Paradies für den Surfsport entstanden. Bei der Umsetzung des Projekts „THE.RIVERWAVE“wurde Benjamin Di-qual vor einige Herausforderungen gestellt, für deren Bewältigung er unter anderem die Software von FRILO verwendet hat.
Bereits vor einigen Jahren keimte in Maximilian Neuböck die Idee auf, in den Bergen des Salzkammerguts eine künstliche Flusswelle zu erschaffen, um das ganzjährige Surfen in Österreich zu ermöglichen. Doch würde er auch eine geeignete Stelle für sein ambitioniertes Vorhaben finden? Immerhin bedarf ein solcher Eingriff in die freie Natur das Erfüllen etlicher Kriterien und behördlicher Vorgaben. Nach langer Suche wurde Neuböck, heute Bauherr und Betreiber von „THE. RIVERWAVE“, schließlich an der Oberen Traun bei Ebensee fündig. An jener Stelle befindet sich im Hauptgewässer der Traun eine Blocksteinrampe. Dort beträgt der Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasser bei Mittelwasser etwa einen Meter. Dieser Höhensprung im Gewässer und der ganzjährig hohe Durchfluss der Traun bieten günstige Bedingungen für den Bau einer stehenden Welle. Um den Betrieb einer surfbaren Flusswelle zu ermöglichen, wurde zunächst eine Ausleitung aus der Oberen Traun unmittelbar oberhalb der Rampe am orographischen linken Ufer errichtet. Direkt unterhalb der Rampe wurde die Ausleitung wieder in die Traun zurückgeführt. Wesentlich für den Betrieb der stehenden Surfwelle war die Berücksichtigung einer möglichst großen Verstellbarkeit des hydraulischen Stahlwasserbaus, um auf die stark schwankenden Wasserstände zu reagieren.
Um Pegelschwankungen von bis zu 1,20 Metern im Betrieb darstellen zu können, erfolgte die Dimensionierung der Wellenanlage mit großen Freiheitsgraden. Dafür wurde eine Stahlwasserbauklappe in den Kanal eingehoben. Sowohl der obere als auch der untere Klappenteil läuft seitlich in Führungen, wo Hydraulikzylinder die massive Konsstruktion bewegen. Aus planerischer Sicht ergab sich daraus eine komplexe Bewehrungsführung. Einerseits galt es, die Seitenwände des Kanals so dick zu bauen, dass sie jene großen Lagerkräfte, die die auskragenden Wandteile bei der Bewegung der Klappe angreifen, halten können. Andererseits musste man die Wand möglichst dünn bauen, um mit der Konstruktion nicht zu weit vom Fluss abzurutschen.
Frilo-scheibenprogramm SCN
Um die Lagerkräfte schließlich wirtschaftlich aufzunehmen, wurden die Kanalwände aufgrund der komplexen Geometrie und der schrägen Aussparungen für die Hydraulikzylinder als Scheiben bemessen. Dafür griff man bei concon auf das FRILO-SCHEIbenprogramm SCN zurück. Auf Basis der dargestellten Spannungsverläufe gelang es, die Lastverteilung in den Seitenwänden sehr gut nachzuvollziehen und die Bewehrung in den Wänden zu optimieren.
Darüber hinaus wurde der Kanal in verschiedenen Bauzuständen nicht linear bemessen. Um die regelmäßige Wartung Anlage zu gewährleisten, muss der Kanal innen trockengelegt werden. Als Folge der Trockenlegung entsteht eine „Badewanne“, durch die wiederum die Bodenplatte des Kanals von Auftriebskräften beeinflusst wird. Um die verschiedenen Belastungen des Wasserauftriebs darzustellen, wurde mit Hilfe der Frilo-software eine nichtlineare Bemessung der
Kanalsohle unter Zugfederausfall durchgeführt. Als Resultat wurden acht Zuganker als Auftriebssicherungen verbaut, um den Auftrieb vertikal in den Baugrund rückzusichern. Im speziellen Anwendungsfall von „THE. RIVERWAVE“habe man FRILO als Werkzeug besonders kreativ nach eigenen Vorstellungen und Bedürfnissen eingesetzt. Aufgrund der außergewöhnlichen Geometrien und der unüblichen Lastfälle seien bei der Bemessungsunterstützung insbesondere die grafischen Ausgaben der Software hilfreich gewesen, so Benjamin Di-qual.
Mehrere Iterationen
Die Integration der Einbauteile und Aussparungen des Stahlwasserbaus erfolgte in mehreren Iterationen, um verschiedene Zwangspunkte in der Bauphase und im Betrieb auszuschließen. Zwangspunkte waren unter anderen die Fundamente der beiden angrenzenden Hochspannungsmasten, die bestehende Uferböschung und deren Anschlüsse, eine Abwasserdruckleitung sowie die oberhalb der Böschung verlaufende Gemeindeverbindungsstraße. Die Geländemodellierung der Verbauarbeiten in den Böschungen und der Anschlüsse im Ein- und Auslaufbereich an das Flussbett wurden im 3D-raum geplant und an die Maschinen des Erdbaus übergeben. Damit konnte man eine Übereinstimmung mit der Genehmigung sicherstellen.
Die zentrale Herausforderung des Projekts bestand darin, die etlichen Vorgaben aus den Genehmigungsverfahren im Hinblick auf Sicherheitsstandards, Hochwasserschutz, Grundwasser, Umwelt und Fischdurchgängigkeit planerisch nachzuweisen. Für die Umsetzung des Projekts wurden darum verschiedene Bauzustände wie die Wasserhaltung, die Auftriebssicherheit, die Hochwassersicherheit und das Umlegen einer mitten durch den Spundwandkasten verlaufenden Abwasserdruckleitung berücksichtigt. Um den sicheren Betrieb der Anlage für die Surfer zu gewährleisten, wurden in einer ausführlichen Testphase neben den Feineinstellungen der Wellenanlage auch die Funktionen des Ein- und Auslaufs, der Wasserstände und des Sedimenttranssports überprüft und wenn nötig optimiert. Zudem wurde das Strömungsbild nach der Welle intensiv in allen Betriebszuständen simuliert und justiert. Um die Fischdurchgängigkeit zu gewährleisten, errichtete das Planungsteam einen Aufstieg in Stahl-holzbauweise. Eine ziemlich große Herausforderung ergab sich auch durch die internationale Zusammensetzung des Planungsteams aus Deutschland, Österreich und den USA. Vor allem der gesamte Datenaustausch und das Umrechnen von hydraulischen Kenngrößen und Maßen zwischen dem imperialen Us-system und den metrischen Einheiten war schwierig. Während Benjamin Di-qual und sein concon-team als leitendes Ingenieurbüro die Koordination des Stahlwasserbaus und der geometrischen Vorgaben übernahm, ließen die Partnerbüros ihr Know-how in den jeweiligen Fachbereichen in die Generalplanung einfließen.
THE.RIVERWAVE ist die erste „stehende“Flusswelle, bei der das Ausleitungsbauwerk, das einen Teil des Wassers in einen erbauten Seitenarm einspeist, nur durch ein hydraulisches Schild über einen Hydraulikantrieb gesteuert wird. Außerdem gilt sie mit zehn Metern Breite und bis zu anderthalb Meter Höhe als größte künstlich gebaute Flusswelle der Welt. Unter Berücksichtigung dieser Parameter und aller bewältigten Herausforderungen überrascht es nicht, dass das Projekt beim Bayerischen Ingenieurpreis 2021 mit einem dritten Platz ausgezeichnet wurde. | RA