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Von der Planung bis zur Umsetzung – Umfassende Ingenieurleistungen für den Kraftwerksrohbau

07. Januar 2014

Wasserkraftwerk Smithland - Das Wasserkraftwerk Smithland wird mit 3 Turbinen ausgestattet, aufgrund der äußerst knapp bemessenen Bauzeit sind alle drei Röhren mit stetig veränderlichem Querschnitt parallel zu errichten. Wasserkraftwerk Smithland - Für die Erstellung der Betonröhren plante und montierte PERI mehrfach gekrümmte Schalungskörper. Die Endmontage der Schalungs- und Tragkonstruktion erfolgt vor Ort. Wasserkraftwerk Smithland - Die fertig montierten Einheiten aus Formkörpern und Gespärre werden per Kran in die Betonierposition gehoben und auf den lastabtragenden Schwerlasttürmen positioniert. Wasserkraftwerk Smithland - Für die Herstellung der Kraftwerkswände wird das einhäuptige Klettersystem SCS eingesetzt. Die Lasten werden ohne Schalungsanker über die Konsole in die Kletteranker des vorherigen Betonierabschnitts eingeleitet. Wasserkraftwerk Smithland - Die Decke über den Röhren ist über 4,00 m stark und wird in mehreren Betonierabschnitten erstellt. Die hohen Lasten erfordern eine lange Standzeit der Schalung, der maßgeschneidert geplanten Gespärre und der Schwerlasttürme. Wasserkraftwerk Smithland - Das Traggerüst innerhalb der Röhren, die später als Turbinenbehausung dienen, besteht aus mietbaren Systembauteilen des VARIOKIT Ingenieurbaukastens. Mit den standardisierten Systembauteilen und den baugerechten Verbindungsmitteln lassen sich Tragwerke wirtschaftlich herstellen und einfach an die Bauwerksgeometrie anpassen.

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07. Januar 2014
Smithland, Vereinigte Staaten von Amerika
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Smithland Wasserkraftwerk, Smithland, Vereinigte Staaten von Amerika

Für das Wasserkraftwerk Smithland liefert PERI eine maßgeschneiderte Schalungs- und Traggerüstlösung. Die äußerst knapp bemessene Bauzeit, massive Bauteile und teilweise mehrfach gekrümmte Formen erfordern neben großen Mengen Systemgerät auch unzählige, speziell gefertigte 3D Schalungskörper. Mit einem umfassenden Konzept unterstützen die PERI Spezialisten das Bauunternehmen bei der effizienten, termingerechten und maßgenauen Bauausführung. Dafür sorgt neben der engen, länderübergreifenden Zusammenarbeit der PERI Ingenieure und der Vorfertigung der Elemente auch die kontinuierliche Koordination durch den PERI Projektleiter auf der Baustelle.

Am Ohio-River in Kentucky entsteht das Wasserkraftwerk Smithland mit einer Leistung von 72 MW. Die CJ Mahan Construction Company, LLC ist zuständig für den Rohbau des Kraftwerks inklusive des Einlassbauwerks und des Ablaufkanals. Das Kraftwerk umfasst drei horizontale Rohrturbinen mit einer Leistung von jeweils 24 MW und eine Generatoreinheit; es ist über 78 m lang, rund 62 m breit und 32 m hoch. Für die Stahlbetonarbeiten dieses massiven Bauwerks stehen lediglich 18 Monate Bauzeit zur Verfügung, zudem ist aufgrund der technischen Einbauten eine sehr hohe Maßhaltigkeit gefordert.

Um diese Herausforderungen umzusetzen, beauftragte das Bauunternehmen PERI nicht nur mit der Planung der Schalungs- und Traggerüstlösung, sondern auch mit der Fertigung der 3D Schalungskörper sowie der Teilmontage vieler tragender Konstruktionen. Darüber hinaus sorgt ein PERI Projektleiter auf der Baustelle für eine optimale Koordination aller Planungs-, Montage- und Liefervorgänge rund um die Schalungs- und Gerüsttechnik.

3D Schalungskörper – Projektspezifisch geplant, vormontiert und geliefert

Insbesondere die Betonstrukturen im Bereich der Rohrturbinen sind sehr aufwändig in ihrer Realisierung, denn die Abmessungen der nahezu rundgeformten Decken und mehrfach geknickter Wände ändern sich über die Länge kontinuierlich: über eine Länge von etwa 27,50 m vergrößert sich die Röhre von 11,40 m auf knapp 18,00 m Durchmesser. Die gesamte Lösung wurde mittels 3D Schalungsplanung ausgearbeitet, aus der Gesamtstruktur entstanden unter Beachtung der Geometrien sowie maximaler Transportabmessungen einzelne Schalungselemente. Ein Gespärre aus SLS Spindeln und RCS Schienen – aufgelagert auf VARIOKIT Schwerlasttürme – trägt diese formgebenden Schalungskörper für die Wände und die massive, über 4,00 m starke Stahlbetondecke.

Das 3D Team in Weißenhorn übernahm die maßgenaue Planung von rund 3.700 m² Sonderschalung und übergab die detaillierte Ausarbeitung an die Kollegen in den USA. Die PERI Schalungsmontage in Chicago übernimmt die Vormontage der mehrfach gekrümmten Schalungskörper mithilfe exakt zugeschnittener Formknaggen aus der CNC Holzbearbeitungsanlage und organisiert die Lieferung zur Baustelle just-in-time zur Baustelle. Viele der Schalungskörper werden dort nur einmalig eingesetzt, da der enge Bauzeitenplan die gleichzeitige Herstellung aller drei Röhren erfordert. Zudem machen die hohen Lasten der in jeweils bis zu 4 Abschnitten betonierten Decke eine lange Standzeit von Schalung und Gerüst notwendig.

PERI liefert auch die VARIOKIT Aussteifungen und Schwerlasttürme in vormontierten Einheiten. Die finale Montage erfolgt dann vor Ort ganz ähnlich einer Systemschalung bzw. einem  gerüst, unterstützt durch baustellengerechte Einsatzpläne. Diese Vorgehensweise minimiert sowohl den Montageaufwand als auch den Platzbedarf vor Ort. Zudem sichert die stationäre Vorfertigung die notwendige, hohe Maßgenauigkeit des Bauwerks.

Systemschalung und -gerüst im Einsatz

Aufgrund des engen Bauzeitenplans sind Mehrfacheinsätze auch für die eingesetzte Systemschalung nur sehr begrenzt möglich. So werden unter anderem etwa 9.000 m² TRIO Rahmenschalung und 90.000 lfm GT 24 Schalungsträger eingesetzt. Da weitestgehend mietbare Systembauteile im Einsatz sind, ist die Baustelle dennoch wirtschaftlich umsetzbar. PERI verfügt über bestens instandgehaltenes Gerät in entsprechenden Mengen und beliefert die Kraftwerksbaustelle jederzeit zuverlässig und termingerecht. Zudem sichert das umfangreiche PERI Produktportfolio, dass für jede Anwendung das passende Gerät eingesetzt wird. Für die Traggerüste bedeutet dies beispielsweise: Je nach Anforderung werden einfache Deckenstützen, kompakte Lasttürme oder auch Schwerlasttürme eingesetzt – jeweils optimal angepasst an Last und Höhe. Auf diese Weise wird der Materialeinsatz für jede Anwendung minimiert.

Dass die Schalungs- und Gerüsttechnik äußerst flexibel einsetzbar und gleichzeitig sowohl einfach als auch sicher zu handhaben ist, macht die Bauausführung besonders effizient. Beispielsweise werden die Systembauteile des Ingenieurbaukastens VARIOKIT für alle Gespärre mit unterschiedlichsten Formen und Lasten sowie für die Schwerlasttürme eingesetzt. Die baugerechten Verbindungen und die einfache Anpassung an verschiedene Geometrien und Lasten beschleunigen die Arbeiten des Baustellenteams.

Innovative SCS Klettertechnik

Ein vielfach verwendetes System auf der Baustelle ist das einhäuptige Klettersystem SCS – eine Weiterentwicklung des früheren Systems SKS – das sich bereits bei der Erweiterung des Panamakanals bewährte. Bei SCS werden die Lasten aus dem Frischbetondruck ohne Schalungsanker über die Konsole in die Kletteranker des vorherigen Betonierabschnitts eingeleitet. Bei der Herstellung der massiven Wände sind folglich keine Anker notwendig, die später aufwändig abzudichten sind. Das bringt deutliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung des Bauwerks mit sich.

SCS zeichnet sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit aus, weil es sich dank des Baukastenkonzepts mit seiner mehrteiligen Konsole ohne großen Aufwand an die Bauwerksgeometrie optimal anpassen lässt. Durch die besonders tragfähigen Konsolen und gleichzeitig beste Auslastung der Verankerung sind große Klettereinheiten möglich, die das Arbeiten weiter beschleunigen. Dass sich die separate Arbeitsbühne bei geneigten Einsätzen stets horizontal ausrichten lässt, macht das Arbeiten auf den Plattformen zudem besonders sicher.

Ein rundum passendes Konzept – alles aus einer Hand

Eine der größten Herausforderungen für die Ausführung ist der enge Bauzeitenplan, von besonderer Bedeutung ist daher ein reibungsloser Ablauf aller Prozesse und Arbeiten. Das Lösungskonzept der PERI Ingenieure aus USA und Deutschland berücksichtigt daher neben den konkreten Projektanforderungen auch alle Kosten- und Terminvorgaben. Planung, Montage und Disposition sind komplett durchgetaktet und detailliert auf den Bauablauf abgestimmt. Zusätzlich sichert die stetige Unterstützung des Baustellenteams durch einen PERI Projektleiter, dass alle Abläufe rund um Schalung und Gerüst im Baustellenalltag koordiniert sowie stetig angepasst und optimiert werden.

Herausragende Vorteile für die ausführende Bauunternehmung sind, dass sowohl die Planung und damit die optimale Abstimmung von Schalung und Traggerüst als auch die Lieferung des gesamten Materials aus einer Hand erfolgt. Das spart Schnittstellen und vermindert Reibungsverluste im Bauablauf.

Über das Wasserkraftwerk Smithland

Das Wasserkraftwerk Smithland wird für die Stromerzeugung Wasser aus den bestehenden Smithland Schleusenanlagen und einem Staudamm nutzen. Mittels Ableitung durch die Rohrturbinen wird das Kraftwerk rund 379 Millionen kWh generieren (Bruttojahresleistung). Der Bau des neuen Kraftwerks startete im September 2010, teilweise sorgen bis zu 400 Personen vor Ort für termingerechte Abläufe. Verantwortlich für die Stahlbetonarbeiten ist Mahan, das Bauunternehmen begann seine Tätigkeiten im April 2012 mit den Aushubarbeiten und der Errichtung eines provisorischen Fangedamms. Die Fertigstellung des Kraftwerks ist für das Jahr 2015 geplant.

Ihre Ansprechpartnerin 
Martina Pankoke 
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