Staumauer

Staumauer der Edertalsperre in Hessen

Eine Staumauer ist das wasserbauliche Kernelement einer Stauanlage. In Bezug auf Morphologie und Geologie stellen sie hohe Anforderung an den Untergrund und stauen das fließende Gewässer im Regelfall an Engstellen von Tälern auf. Der sich davor bildende Stausee kann als Wasserspeicher unterschiedlichen Zwecken dienen. Gegenüber einen Staudamm als Absperrbauwerk übernimmt eine Mauer gleichzeitig die Trag- und Dichtungsfunktion. Die in der Anfangszeit aus Naturstein-Mauerwerk errichteten Absperrbauwerke bestehen seit Mitte des 20. Jahrhunderts vornehmlich aus unbewehrtem Massenbeton. Besonders im Hochgebirge können damit Wasserspeicher mit sehr großen Stauhöhen gebaut werden. Je nach Art ihres Tragverhaltens werden die Bauweisen eingeteilt in: Gewichtsstaumauern, Bogenstaumauern und Pfeilerstaumauern. Weitere Bauformen bestehen aus einer Kombination der drei Bauarten.

Die Gesamtanlage aus Staumauer und Stausee wird zusammen mit den weiteren Betriebselementen wie Vorsperre, Grundablass, Kraftwerk etc. als Talsperre bezeichnet.

Gründung

Gesäuberte Gründungsfläche der Talsperre Leibis-Lichte

Die Gründung einer Staumauer hat ausschließlich auf tragfähigem Fels zu erfolgen. Dessen geomechanischen und strukturgeologischen Eigenschaften bestimmen zusammen mit der Talform (Muldental, U- oder V-Tal) die Bauart der Staumauer, die zusammen mit dem Untergrund das Tragwerk des Sperrbauwerks bildet. Daher muss die Felsoberfläche als Gründungssohle sorgfältig vorbereitet und gesäubert werden. Vorteilhaft ist eine vertiefte Einbindung in den Fels, um auch horizontal wirkende Kräfte an der Hinterseite besser zu übertragen. Die Vertiefung darf aber nicht durch Sprengung erzeugt werden, um die Gründungssohle nicht aufzulockern. Verwittertes Gestein ist abzutragen und vorhandene Klüfte und Spalten müssen geschlossen und abgedichtet werden. Bei gebogenen Mauern müssen auch die Widerlager an den Talhängen ausreichend tragfähig sein und sind entsprechend zu behandeln.

Das gesamte Tragwerk muss sicherstellen, dass die auftretenden Kräfte aus dem Wasserdruck gezielt in den Untergrund bzw. in die Talflanken abgeleitet werden. Dabei ist auf ausreichende Dichtheit des Untergrundes im Bereich des Absperrbauwerkes zu achten, um eine Unterläufigkeit zu vermeiden. Zur Eindämmung kann ein Dichtungsteppich auf der Sohle vor der Sperre aufgebracht oder im Untergrund ein Dichtungsschleier eingepresst werden. Die Restdurchlässigkeit führt durch den anstehenden Wasserdruck zu einer Durchstömung von Mauer und Untergrund und setzt diesen unter Auftrieb, der bei der Bemessung als Sohlenwasserdruck zu berücksichtigen ist. Ein Kontrollgang auf der Gründungssohle dient der Kontrolle des Wasseranfalls sowie der Überwachung des Bauwerks. Daneben wird dadurch der nach oben wirkenden Sohlenwasserdruck deutlich reduziert.

Bautypen

Gewichtsstaumauer

Gewichtsstaumauer der Diemeltalsperre

Eine Gewichtsstaumauer ist im Prinzip eine Schwergewichtswand aus Beton oder Mauerwerk, die allein durch ihr Eigengewicht die horizontal wirkende Kraft des Wassers über Schubspannung in den Felsuntergrund ableitet. Die Mauern benötigen daher immer guten und standfesten Baugrund aus Fels. Mit einem bogenförmigen Grundriss können temperaturbedingte Dehnungen zusätzlich ausgeglichen werden. Der Mauertyp eignet sich für breite und weniger tiefe Täler mit schwach geneigten Talflanken.

Die Aufstandsfläche verläuft im Querschnitt entweder annähernd horizontal, oder zur Luftseite hin ansteigend, was für die Gleitsicherheit vorteilhaft ist. Im Querschnitt ist eine Gewichtsstaumauer ungefähr dreieckförmig mit einem Verhältnis von Sohlenbreite zu Höhe von ungefähr 2:3. Die Wasserseite ist nahezu senkrecht, während die luftseitige Böschung eine Neigung zu 1:0,65 bis 1:0,8 aufweist.

Größere Gewichtsstaumauern haben im Allgemeinen einen Kontrollgang, in denen sich Drainagen und Messinstrumente zur Überwachung befinden. Zur Abdichtung wurde bei den früheren Bruchsteinmauern auf der Wasserseite ein Dichtputz mit Dichtanstrichen aufgebracht und eine in der Mauer verlaufende Drainage eingebaut. Betonmauern sind gegenüber Mauern aus Bruchstein empfindlich gegenüber Temperatureinflüssen und müssen deshalb konstruktiv mit Dehnungsfugen ausgeführt werden. Diese liegen im Abstand von 15 bis 30 Meter übereinander und besitzen Blockstärken von 25 bis 40 Metern.

Ab 1890 wurden in Deutschland viele Gewichtsstaumauern aus Bruchsteinmauerwerk gebaut. Sie hatten fast alle einen bogenförmigen Grundriss und waren nach dem Intze-Prinzip konstruiert. Diese wasserseitige Vorschüttung, genannt „Intzekeil“, aus bindigem Material im Bereich des höchsten Wasserdrucks am Fuß der Mauer sollte das Eindringen von Wasser verhindern und den Fließweg im Untergrund verlängern. Damit konnte der Sohlwasserdruck direkt unter der Mauersohle reduziert werden, jedoch fand eine rechnerische Berücksichtigung des Auftriebs nicht statt. Daher mussten ab den 1980er Jahren die alten Mauern den aktuellen Anforderungen angepasst werden (s. Intze-Prinzip).

In Deutschland gibt es 74 Gewichtsstaumauern, die älteste ist die Eschbachtalsperre von 1891. Eine große Anzahl steht in den Mittelgebirgen Eifel, Sauerland, Bergisches Land, dem Harz und im Thüringer Wald sowie in Sachsen. Die größten sind Möhnetalsperre und Edertalsperre. Nach 1945 wurden die Mauern mehrheitlich aus Beton und mit einem geraden Grundriss gebaut. Die jüngste Gewichtsstaumauer in Deutschland ist 2005 mit der (Leibis-Lichte in Thüringen errichtet worden . Die älteste betonierte Gewichtsstaumauer Europas staut das Wasser des Pérolles-Sees in Freiburg/Fribourg (Schweiz) und wurde 1872 fertiggestellt. Nach Stand 2010 steht die die höchste Gewichtsstaumauer in der Schweiz: Grande Dixence.

Siehe auch

• Wehr (Wasserbau)
• Liste der größten Talsperren der Erde
• Liste von Talsperren in Deutschland