Senkkastenverfahren

Der Absenkvorgang eines Senkkastens ist eine heikle Phase. Schrägstellung ist eines der häufigsten Probleme. Sinkt der Senkkasten auf einer Seite schneller als auf der anderen, kann er sich verklemmen oder sogar kippen. Die Ursache liegt meist in einem ungleichmäßigen Bodenaufbau unter der Schneide oder in unzureichender Korrektur während des Absenkens.

Ein weiteres Phänomen ist der Unterschied zwischen Reibungswiderstand und Tragfähigkeit. Während des Absinkens muss die Mantelreibung entlang der Senkkastenwand überwunden werden. Bleibt dieser Widerstand zu hoch, etwa durch Ton- oder Lehmschichten, die an der Wand haften, stagniert die Setzung. Sinkt der Senkkasten dagegen zu schnell, können Bodenpartikel mitgerissen werden, was Setzungen rund um die Konstruktion verursacht.

Bei offenen Senkkästen unter hohem Grundwasserstand ist ein Aufschwimmen oder plötzlicher Wasserdurchbruch ein reales Risiko. Wenn der Luftdruck durch eine Leckage in der Arbeitskammer entfällt, strömen Wasser und Boden nach innen. Dies führt unweigerlich zu Setzungen des umgebenden Bodens oder im schlimmsten Fall zum Absacken benachbarter Bebauung oder Infrastruktur.

Das Bodenverhalten ist inhärent unvorhersehbar. Eine Sandschicht, die plötzlich in eine weiche Tonschicht übergeht, kann zu einer ungleichmäßigen Stützung führen. Dadurch entstehen ungleichmäßige Spannungen im Senkkasten selbst. Haarrisse im Beton sind die Folge, und diese beeinträchtigen die Wasserdichtheit.

Das Senkkastenverfahren kennt grob drei Haupttypen, each mit einem eigenen Anwendungsbereich. Der offene Senkkasten hat keinen Boden und wird durch Ausheben von Boden aus einer Arbeitskammer im unteren Bereich abgesenkt. Dieser Typ wird häufig bei Wasserbauwerken eingesetzt, wo eine große Tiefe erforderlich ist, wie Brückenpfeiler und Tunnelrampen.

Der geschlossene Senkkasten hingegen hat einen Boden und sinkt durch Zugabe von Ballast, meist Wasser. Nach der Platzierung wird der Inhalt oft durch Sand oder Beton ersetzt. Dieser Typ kommt vor allem bei Kaimauern und anderen Konstruktionen vor, wo eine große Tragkraft auf relativ geringer Tiefe erforderlich ist.

Eine dritte Variante ist der pneumatische Senkkasten. Hierbei wird die Arbeitskammer unter Überdruck gehalten, damit kein Wasser eindringt. Der große Unterschied zum offenen Senkkasten besteht darin, dass Personal die Arbeitskammer betreten kann, um Hindernisse wie Baumstümpfe oder Steine zu entfernen. Das macht diese Methode für schwierige Bodenverhältnisse geeignet, bringt aber auch Gesundheitsrisiken für die Arbeiter mit sich.

Verwechslungen entstehen manchmal mit dem pneumatischen Gründungspfahl und mit dem vertikal gesteuerten Bohren. Letzteres ist kein Senkkasten, sondern eine Bohrtechnik für das Setzen von Pfählen oder Spundwänden. Und ein pneumatischer Senkkasten ist etwas anderes als ein schwimmender Senkkasten: Ein schwimmender Senkkasten wird an einem anderen Standort gebaut, anschließend zum Bestimmungsort gefahren und dort abgesenkt, während ein pneumatischer Senkkasten in der Regel vor Ort hergestellt wird.

In der Praxis wird der Begriff Senkkasten auch für Betonelemente eines Senkkastendamms oder für die geschlossenen Kästen verwendet, die als Fundament einer Offshore-Plattform dienen. In diesen Fällen handelt es sich um Konstruktionen, die nicht durch Bodenentnahme absinken, sondern als Ganzes mit Hilfe von Kranpontons platziert oder abgesenkt werden. Das Prinzip bleibt dasselbe: ein vorgefertigtes Element, das unter Wasser oder im Boden eine tragende Funktion erhält.

Man nehme den Westerscheldetunnel. Dort wurden Senkkästen für die Rampen und das Widerlager auf der seeländischen Seite verwendet. Die Senkkästen wurden in einem Baudock maßgefertigt, anschließend zur Location geschleppt und dort auf einem vorbereiteten Sandbett abgesenkt. Der gesamte Prozess vom Bau bis zum Absenken dauerte Monate, aber das Ergebnis ist ein Fundament, das Dutzende Meter tief im Untergrund steht.

Ein weiteres Beispiel ist der Bau einer Kaimauer im Rotterdamer Hafen. Dort verwendete man geschlossene Senkkästen, die auf einem Gelände neben der Kaimauer vorgefertigt wurden. Jeweils wurde ein solcher Senkkasten mit einem Kranponton an die richtige Stelle gefahren, anschließend mit Wasser gefüllt, um ihn sinken zu lassen. Nach Erreichen der Sandschicht wurde das Wasser ausgepumpt und der Kasten mit Sand gefüllt. Die Kaimauer steht noch heute, ohne dass jemand sieht, dass sich darunter Senkkästen befinden.

Im Straßenbau begegnet man der Methode bei Unterführungen. Ein Senkkasten wird dann nicht unter Wasser, sondern neben der bestehenden Straße gebaut. Anschließend schiebt man das Element seitlich über eine speziell angelegte Gleitfläche, während der Boden darunter weggebaggert wird. So läuft der Zug- oder Straßenverkehr weiter, während darunter gearbeitet wird.

Und dann gibt es noch die klassische Anwendung: den Brückenpfeiler mitten in einem Fluss. Ein offener Senkkasten wird am Ufer gebaut, zum Fluss geschleppt und dort abgesenkt. Der Bodenkörper in der Arbeitskammer wird abgesaugt, der Senkkasten sinkt langsam durch die Wassersäule, bis er den festen Boden erreicht. Danach folgt die Betonfüllung und der Pfeiler kann nach oben gebaut werden.

Für das Senkkastenverfahren gibt es kein spezifisches Gesetz, das diese Technik als solche regelt. Es gilt jedoch eine Reihe allgemeiner Rahmenbedingungen, die zusammen bestimmen, unter welchen Voraussetzungen ein Senkkasten angewendet werden darf.

Die Grundlage liegt im Bürgerlichen Gesetzbuch, insbesondere im Bereich der Haftung. Ein Bauunternehmer, der einen Senkkasten absenkt, bleibt für Schäden an Dritten verantwortlich. Man denke an eine Schrägstellung, die zum Absacken eines benachbarten Gebäudes führt. In der Praxis wird dieses Risiko über die VOB/B, die Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen, abgedeckt. Diese Regelungen regeln die Verteilung der Verantwortlichkeiten zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer, einschließlich der Bodenrisiken.

Für wasserbauliche Werke ist das Wasserhaushaltsgesetz der zentrale Rahmen. Dieses Gesetz stellt Anforderungen an die Nutzung von Wasserstraßen und erteilt Genehmigungen für Arbeiten in oder an Bundeswasserstraßen. Ein Senkkasten für einen Brückenpfeiler im Rhein fällt direkt darunter. Für kommunale Gewässer gilt oft eine Satzung des Wasser- und Bodenverbands, die vergleichbare Anforderungen stellt, aber auf lokaler Ebene.

Das Baugesetzbuch und die Landesbauordnungen bündeln viele dieser Regeln. Raumordnung, Umwelt und Wasser werden darin integral betrachtet. Für ein Senkkastenprojekt bedeutet das in der Praxis: eine Baugenehmigung, in der alle Aspekte zusammenkommen. Die technische Ausführung selbst wird jedoch nicht durch das Gesetz vorgeschrieben. Sie folgt aus Normen und Richtlinien.

Auf europäischer Ebene spielt der Eurocode 7 eine Rolle, die Norm für geotechnische Bemessung. Sie schreibt vor, wie die Tragfähigkeit des Bodens zu bestimmen ist und welche Sicherheitsbeiwerte anzuwenden sind. Die deutsche Umsetzung dazu steht im Nationalen Anhang zu DIN EN 1997-1. Darüber hinaus gilt für Betonkonstruktionen der Eurocode 2, der Anforderungen an die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Betonsenkkastens selbst stellt.

Die Arbeitsstättenverordnung ist relevant, sobald Personal die Arbeitskammer eines pneumatischen Senkkastens betritt. Dieser Raum steht unter Überdruck, und das bringt spezifische Gesundheitsrisiken mit sich. Die Verordnung stellt Anforderungen an die Arbeitsbedingungen unter erhöhtem Luftdruck, einschließlich medizinischer Untersuchungen und Grenzen der Aufenthaltsdauer. In der Praxis wird das in einem Sicherheits- und Gesundheitsschutzplan ausgearbeitet, der vorab zur Genehmigung vorgelegt werden kann.

Die Beziehung zwischen diesen Regelungen und dem Senkkastenverfahren ist vor allem prozedural. Sie bestimmen nicht, wie ein Senkkasten gebaut oder abgesenkt werden muss, aber sie setzen Grenzen für die Art und Weise, wie das geschehen darf. Die eigentliche Technik folgt aus den Normen und aus dem Wissen, das in der Branche aufgebaut wurde.

Das Senkkastenverfahren hat seinen Ursprung im Brückenbau. Bereits im 19. Jahrhundert suchten Ingenieure nach Möglichkeiten, Pfeiler tief in Flussbetten zu verankern. Zunächst versuchte man es mit Holzkonstruktionen, später mit gusseisernen Elementen. Der eigentliche Durchbruch kam mit der Einführung des pneumatischen Senkkastens, bei dem die Arbeitskammer unter Überdruck gehalten wurde. Das ermöglichte es, Menschen unter Wasser arbeiten zu lassen.

Ein entscheidender Meilenstein im deutschen Kontext war der Bau der Eisenbahnbrücken über die großen Flüsse um 1860-1870. Die Erfindung des pneumatischen Senkkastens wird allgemein dem britischen Ingenieur William Cubitt zugeschrieben, obwohl es gleichzeitig vergleichbare Entwicklungen in Frankreich und Deutschland gab. Die Technik verbreitete sich schnell über Europa.

Das 20. Jahrhundert brachte wesentliche Veränderungen. Beton ersetzte zunehmend Mauerwerk und Gusseisen. Stahlbeton ermöglichte größere und leichtere Senkkästen. Nach dem Zweiten Weltkrieg verlagerte sich die Anwendung vom Brückenbau auf wasserbauliche Werke: Kaimauern in Häfen, Schleusenkonstruktionen und später auch Tunnelrampen. Die Mechanisierung des Erdbaus, insbesondere die Entwicklung leistungsfähiger Sauganlagen, ermöglichte tiefere und schnellere Absenkungen.

Die Gesetzgebung hat die Methode ebenfalls geprägt. Nach einigen dramatischen Unfällen mit Senkkastenarbeitern im späten 19. Jahrhundert entstanden die ersten Vorschriften für Arbeiten unter Überdruck. Diese Regeln sind im Laufe der Zeit immer strenger geworden. Die heutigen Arbeitsschutzregeln für Arbeiten unter erhöhtem Luftdruck sind eine direkte Folge davon.

Das Aufkommen alternativer Techniken wie Schlitzwand und gesteuerter Bohrungen hat den Anwendungsbereich des Senkkastenverfahrens zwar eingeschränkt, aber nicht verschwinden lassen. Für spezifische Situationen, beispielsweise den Bau einer Kaimauer oder eines Brückenpfeilers direkt in einer stark befahrenen Wasserstraße, bleibt die Methode wirtschaftlich und technisch attraktiv. Das Wissen, das in anderthalb Jahrhunderten aufgebaut wurde, steckt heute vor allem in spezialisierten Bauunternehmen.