Statik: TU Harburg konstruiert den Hafen der Zukunft

Ein Kai, so hoch wie ein zehnstöckiges Haus

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Angelika Hillmer

Weil immer größere Containerschiffe Hamburg ansteuern, müssen die Kaianlagen verstärkt werden - eine Herkulesaufgabe für Experten.

Rezession hin oder her - in Zukunft wird der weltweite Schiffsverkehr wieder wachsen und mit ihm die Größe der Containerriesen. Schon heute transportieren die größten mehr als 11 000 Container. Die Fachwelt streitet, wo die konstruktive, wirtschaftliche oder organisatorische Grenze liegt. Fest steht: Mit dem Wachstum der Frachter steigen die Anforderungen an die Kaianlagen. Wo deren Limits sind und wie sie fit gemacht werden für noch größere Schiffe, erkunden Experten an der Technischen Universität (TU) Hamburg-Harburg gemeinsam mit der Hamburg Port Authority.

"Der Hamburger Hafen muss, um wettbewerbsfähig zu bleiben, an künftige Schiffsgrößen angepasst werden", sagt Prof. Jürgen Grabe, Leiter des TU-Instituts für Geotechnik und Baubetrieb. "Deshalb werden die Kaianlagen ständig verstärkt und ausgebaut. Derzeit laufen Arbeiten in Waltershof am Burchard- und gegenüber am Predöhlkai sowie am Europakai/Tollerort." Grabe ist einer von acht Professoren, die im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Graduiertenkollegs "Seehäfen für Containerschiffe zukünftiger Generationen" das Wissen verschiedener Fachgebiete bündeln. Zusammen entwerfen Mechaniker, Maschinenbauer, Schiffbauer und Bauingenieure den Hafen der Zukunft - mit verstärkten Kaianlagen und Hafenbecken, in denen XXL-Schiffe gedreht werden können.

Die Kräfte, die auf die Kais wirken, sind enorm. Zwei Faktoren tragen dazu maßgeblich bei: die Last durch Containerbrücken und der sogenannte Geländesprung, der Abstand von der Kaikante bis zur Flusssohle. Grabe nennt als Beispiel den Predöhlkai: "Wir haben hier eine Wassertiefe von 18,80 Meter unter Normalnull. Für die Statik rechnen wir zwei Meter hinzu, weil sich durch die Schiffsschrauben sogenannte Kolke bilden können, zusätzliche Vertiefungen entlang der Kaianlagen. Gleichzeitig soll das Gelände zum Flutschutz etwa acht Meter über Normalnull liegen. Zwischen Boden und Kaikante ergibt sich damit ein Höhenunterschied von fast 30 Metern; das entspricht etwa einem zehnstöckigen Hochhaus."

Das "Dach" des "Hochhauses" muss viele Tonnen tragen, dort bewegen sich die Containerkräne. Sie rollen meist auf zwei Radreihen mit je acht Rädern. Die Hauptlast tragen die Räder an der Wasserseite. Grabe: "Derzeit rechnen die großen Seehäfen mit einer Belastung von 110 Tonnen pro laufenden Meter Kaiwand. Bei den Planungen des Jade-Weser-Port, dem Tiefwasserhafen bei Wilhelmshaven, wird diskutiert, auf 120 oder 130 Tonnen zu gehen."

Vor allem die zunehmende Breite der Schiffe stellt die Kaibauer vor Herausforderungen. Sie erfordert eine größere Ausladung der Kranausleger und verursacht eine größere Hebelwirkung. Während die Kräne um 1970 maximal 13 Containerreihen überbrücken konnten, waren es 1998 bereits 17 Reihen. Vor 40 Jahren reichte eine Ausladung von 35 Metern und eine Spurbreite der Containerbrücken von 18 Metern, knapp 30 Jahre später mussten die Kräne 46,50 Meter überwinden und hatten eine Spurbreite von 30 Metern. Die nächste Herausforderung ist absehbar: Einige Terminals erproben eine Krantechnik, die zwei Container gleichzeitig hebt.

Je massiger die Schiffe, desto größer der Druck beim Anlegen auf die Kaiwand. Diese besteht in Hamburg abwechselnd aus I-Trägern (Doppel-T-Träger) und Spundwandabschnitten: Je zwei knapp 35 Meter lange I-Träger werden etwa 13 Meter tief in den Boden gerammt und mit einer Spundwand verbunden, die sieben Meter tief in den Boden reicht. Die I-Träger haben mit 1,10 Meter Steghöhe (sie bestimmt die Dicke der Kaiwände) ihr technisches Limit erreicht - höhere Träger kann die Stahlindustrie derzeit nicht herstellen. Um die gestiegenen Lasten abtragen zu können, versuchen die Techniker, das Tragverhalten der Kaianlagen möglichst genau zu ermitteln. Die Daten speisen sie in Modellrechnungen ein.

Ein Problem stellen Kolke dar, die durch Schiffsschrauben, Bugstrahlruder oder die Wasserbewegungen der Schlepper entlang der Kaianlage entstehen können. Hamburg rechnet damit, dass die Flusssohle maximal zwei Meter tief ausgespült wird, Modellversuche hätten aber gezeigt, dass es "einige Meter" mehr sein können, so Grabe. "Während wir die Folgen der auf die Kaianlage wirkenden Kräfte etwa durch Dehnungs-, Durchbiegungs- und Beschleunigungsmessungen recht gut erfassen können, tun wir uns bei den Kolken schwer. Wenn das Schiff am Kai liegt, ist das Wasser zu trüb zum Messen. Hat es abgelegt, kann sich die Sohloberfläche bereits verändert haben. Es ist nicht auszuschließen, dass der Boden zwischenzeitlich tiefer erodiert wurde als wir später messen."

Um die Kaianlagen fit für die Zukunft zu machen, errichten die Experten auf der Wasserseite eine neue stabilere Kaiwand, stützen die Flächen, auf denen Kräne rollen, zusätzlich mit Stahlpfählen ab, installieren einen "Klappanker", der die Kaiwand zur Landseite hin befestigt. Dadurch wächst die Kaianlage um 37 Meter in das Hafenbecken hinein.

Natürlich wird auch das Terminal Steinwerder, für dessen Bau gerade der Startschuss fiel, nach neuester Technik errichtet - die Zukunft des Hamburger Hafens soll nicht am baulichen Zustand scheitern.