Massive Dachkonstruktion für Wasserspeicher aus Betonfertigteilen

Für den Bau eines 100 Mio. Liter fassenden Wasserspeichers in Südafrika nahe Contermanskloof wurden Doppel-T-Träger sowie Hohlkörperplatten eingesetzt. Hersteller der Betonfertigteile für das 14.500 m² große Dach des Bauwerks war Cape Concrete, ein Mitglied im CMA-Verband. Die Bauausführung des im April 2022 fertiggestellten Reservoirs übernahm CSV Construction als Generalunternehmer im Auftrag der Stadt Kapstadt.

Der Wasserspeicher mit einer maximalen Wassertiefe von 8,5 m ist 160,5 m lang und 90,9 m breit. Das Bauwerk besteht aus einer 200 mm Ortbetonbodenplatte flankiert von 5,5 m hohen Betonböschungen in einer Neigung von 1:2,5 mit senkrechten Stützmauern, die 4,6 m hoch sind. Die Dachkonstruktion aus Betonfertigteilträgern und Hohlkörperplatten lagert auf 99 x 9 m (Höhe) x 700 mm (Durchmesser) Ortbetonstützen auf elastomeren Auflagern.

Die Dachspitze befindet sich auf der Längsmittelachse und hat zur Entwässerung auf beiden Seiten eine Neigung von 1:150 zur Umfassungswand.
Hohlkörperplatten lagern auf 108 T-Trägern

Die Hohlkörperplatten lagern auf 108 Doppel-T-Trägern und der Umfassungswand. Die Doppel-T-Träger haben Abmessungen von 13,5 m (Länge) x 1,2 m (Höhe) x 500 mm (Sockelbreite) und die Hohlkörperplatten mit einer Spannweite von 8,8 m sind 1,2 m (breit) mal 200 mm (dick).

Die Dachkonstruktion besteht aus 48 Deckenfeldern, wobei sich die Felder aus zwei bis drei Hohlkörperfächern mit jeweils 11 Hohlkörperplatten zusammensetzen. Die einzelnen Felder sind durch Querbalken aus Ortbeton miteinander verbunden, die über die gesamte Breite der Konstruktion verlaufen; hierdurch entstehen größere Felder und eine robustere Konstruktion. Darüber hinaus wurden drei Dehnfugen in Längsrichtung über die gesamte Länge der Konstruktion eingebaut. Diese wurden ebenfalls mit Fugenbändern in den Zwischenräumen der jeweils gegenüberliegenden Plattenfelder ausgeführt, die auf den Fertigteilträgern lagern. Sämtliche Dehnfugen sind mit einer elastischen Abdichtung versehen.

Das Dach wurde mit einer Ortbetondeckung mit 70 mm dicker Mattenbewehrung über den einzelnen Plattenfeldern ausgeführt, um damit eine einwandfreie Querkraftübertragung zwischen den einzelnen Platten zu gewährleisten. Die Aufbetobwehrung wurde mit der freiliegende Bewehrung der Betonfertigteilträger verbunden, was für zusätzliche Durchgängigkeit der gegenüberliegenden Hohlkörperfächer in den Plattenfeldern führte und die Gesamtkontinuität der Dachkonstruktion erhöhte.

Das Reservoir-Tragwerk wurde im Jahr 2016 von Peter Loubser und den Tragswerksplanern von Gibb Engineering entworfen, die als beratende Subunternehmer für WSP, dem verantwortlichen Generalunternehmer, tätig waren. Erste Bauarbeiten wurden 2017 von einem Joint-Venture der Firmen NMC und Botes & Kennedy aufgenommen, kamen jedoch 2018 aufgrund von Konkurs beider Parteien zum Erliegen. Mit der Beauftragung von CSV Construction als Hauptunternehmer wurden die Bauarbeiten dann Anfang 2021 fortgesetzt.

„Bereits in der Planungsphase haben wir die Kostenkalkulation von Betonfertigteilen und Ortbeton für die Dachkonstruktion verglichen und dabei hat sich die Betonfertigteilbauweise als deutlich bessere Wahl erwiesen, sowohl kostenseitig wie auch hinsichtlich der Gesamtbauzeit. Darüber hinaus konnte damit eine Unterbrechung, die für ein aufwendiges Traggerüst erforderlich gewesen wäre, vermieden werden“, so Loubser.

Um für Licht bei Wartungsarbeiten im Reservoir zu sorgen wurden im Dach mehrere Schächte aus verzinktem Stahl eingebaut. Weitere Schächte für Wartungsarbeiten befinden sich über dem Stauraumabfluss und Grundablass.

Cape Concrete lieferte die Träger und Spannbetonplatten

Die Firma Cape Concrete erhielt 2017 den Auftrag für die Herstellung der Träger und insgesamt 1.358 Spannbetonplatten. „Zum Zeitpunkt der Baustellenstilllegung hatten wir bereits 98 Träger gefertigt“, so Walter Botes, der Direktor von Cape Concrete. „Daher beschlossen wir, auch die Übrigen zu produzierten und bis zur Wiederaufnahme des Projekts bei uns zu lagern.“

„Die Träger wurden vorgespannt und auf einzelnen 75 m langen Bahnen zwischen den Spannköpfen gegossen. Hiermit konnten wir wöchentlich fünf Träger auf einer Bahn herstellen, d. h. jeweils einen pro Tag von Montag bis Freitag. Wir benötigten hierfür fünf Sätze Endschalungen und einen Satz Seitenschalung, wobei letztere jeweils wiederverwendet werden konnten. Die Träger wurden mit Dampf gehärtet, sodass die Seitenschaltung bereits einen Tag nach dem Betonieren entfernt werden konnte. Die freitags betonierten Träger erreichten am Samstag 35 MPa, was bedeutete, dass dann alle fünf Träger nachgespannt werden konnten.“

Für das Dach wurden 12.083 m Spannbeton-Hohlkörperplatten benötigt, deren Fertigung bei Cape Concrete auf vier 150 m langen Fertigungsbahnen nach streng kontrollierten Qualitätsrichtlinien erfolgte. Sie wurden mit 12,7 m langen Spannlitzen auf vier Fertigungsbahnen gegossen, um eine Festigkeit von gut über den erforderlichen 50 MPa zu erreichen und zur Beschleunigung der Aushärtung zirkulierte heißes Wasser unter den Fertigungsbahnen.

„Der Einbau der Träger mit einem Gewicht von jeweils 12,5 Tonnen erfolgte mit Hilfe eines 440-Tonnen-Krans (einer von zweien in ganz Südafrika) mit einer Ausladung von 65 m, der außerhalb des Reservoirs platziert wurde. Außerdem haben wir einen 220-Tonnen-Kran sowie einen 180-Tonnen-Kran für den Einbau der Hohlkörperplatten eingesetzt. Für den Einbau des ersten Dachabschnitts mussten die Krane 17 m von der Außenwand entfernt aufgestellt werden, was den Einbauablauf erschwerte“, erklärte Botes.

Untergrund-Entwässerungssystem

Zur Versickerung von Grundwasser wurde das Reservoir mit einem Untergrund-Entwässerungssystem ausgestattet. Es besteht aus einer Schicht haufwerkporigem Beton unter der Platte und einer Kombination aus perforierten Rohrleitungen, die den Rasterlinien folgen und in eine Betonsohle, die unterhalb des Reservoirs verläuft, entwässern. Sämtliche Rohrleitungen sind deutlich gekennzeichnet, so dass die Ursache einer eventuellen Undichtigkeit ermittelt werden kann.

Die Betonstützen wurden nach Fertigstellung der Hauptdeckenplatte betoniert und die Bewehrung der Stützen mit der Plattenbewehrung verbunden, um die Kraft durch den Stützensockel in die Platte abzutragen. Die schrägen Betonböschungsplatten wurden abschnittweise mit einer rückwärtigen Schalung gegossen, um so ein Absacken des Betons zur Hangsohle hin zu vermeiden.

Um Bewegungen zu ermöglichen und Undichtigkeiten zu verhindern wurden Fugenbänder aus Gummi in sämtliche Fugen von Decken und Wänden eingebracht, wobei die endgültige Abdichtung der Fugen vor Fertigstellung erfolgen sollte.

Zur Verbesserung des Tragvermögens und der Schubtragfähigkeit wurde die Böschung unterhalb der Umfassungsmauern zementverfestigt und die Außenwände wurden auf einen Meter unterhalb der Oberkante der Wand hinterfüllt. Oberhalb der Böschung wurde eine Zufahrtstraße errichtet.

Sobald der Wasserspeicher betriebsbereit ist, wird er von Voelvlei Dam & Treatment Works über die bestehenden Zufuhrleitungen gespeist, die in der Nähe des Standorts verlaufen. Das Reservoir wird schließlich den Küstenort Blouberg und andere Gebiete an der Westküste Kapstadts mit aufbereitetem Wasser versorgen.

Text: David Beer