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Bericht über die Sicherungsarbeiten im unterirdischen Treppengang (Tunnel) 2015 von Werner Dahmann

Vorbemerkungen

Bei dem Tunnel im Ausgrabungsareal Oymaagac/Vezirköpru/Samsun (Türkei) handelt es sich um einen überbauten Treppen-Gang aus hethitischer Zeit. Er endet - mit einer Länge von circa 25 m im Gefälle - vor einer Öffnung in einer Felswand. Der Gang wurde in Naturstein (Kalkstein) - Mauerwerk errichtet, seine Decke war wie zu dieser Zeit üblich als „Kraggewölbe“ ausgeführt. Der Kalkstein wurde lediglich „grob“ zugehauen. Daher ist mit Sicherheit anzunehmen, dass die Konstruktion vermörtelt mit einer Art Lehmmörtel ohne oder mit sehr wenig Bindemittelanteil erstellt wurde. Denn eine Mauerwerks-Konstruktion ohne Mörtel (Trockenmauerwerk) wäre bei dieser Art der Überwölbung infolge der nur punktweisen Kraftübertragung sehr instabil gewesen. Somit konnten die Lasten aus den darüber befindlichen Aufschüttungen direkt und ohne Umwege in den darunter liegenden Baugrund abgeleitet werden. Im Laufe der Jahrhunderte wurde der Mörtel ausgewaschen, wie an verschiedenen Stellen sichtbar, es bildeten sich Hohlräume. Abbildung 1 zeigt den Eingang des unterirdischen Ganges.

Während die Mauerwerks-Konstruktion auf den ersten zwanzig Metern ohne größere Schäden und Ausbrüche als standsicher einzuschätzen ist, sind auf den letzten fünf Metern vor der Felswand erhebliche Schäden sichtbar. Hier wurden zur Sicherung Stahlträger (HE-B 100) mit Kanthölzern bergmännisch verbaut, die das Profil des Ganges vor Einsturz schützen sollten. Auf den letzten zwei Metern jedoch konnten die Stahlprofile nicht mehr eingebaut werden, da der Untergrund bzw. die vorhandene Aufschüttung keine sichere Gründung gewährleistete. An dieser Stelle mussten dann 2011 - 3 - die Ausgrabungsarbeiten eingestellt werden, da herausstehende Kalksteine herauszubrechen drohten. Es bestand Gefahr für Leib und Leben.

Siehe hierzu auch meine Ausführungen von 2014 und die jeweiligen Abschlussberichte 2013 und 2014 des Grabungsleiters Professor Dr. Rainer Czichon.

Im September 2014 war der Geschäftsführer der Firma August Wolfsholz, Leonberg, Dipl.-Ing Georg Suckmann vor Ort, um das Ausmaß der Schäden im Tunnel zu besichtigen und die möglichen Sicherungsarbeiten abschätzen zu können. Auf dieser Grundlage erstellte er ein Angebot für die Stabilisierung der geschädigten Tunnelbereiche wie diese vom Verfasser mit Hilfe der „Spritzmörtel – Technik“ vorgeschlagen worden waren. Die Firma Wolfsholz erhielt 2015 den Auftrag für die Sicherungsarbeiten, die dann in der 34. KW ausgeführt wurden.

 

Vorbereitende Arbeiten

Eine Woche vor den eigentlichen Sicherungsarbeiten waren noch entsprechende vorbereitende Maßnahmen zu treffen, damit der von der Firma Wolfsholz abgeordnete Mann sofort mit den Sicherungsarbeiten beginnen konnte.

Vertraglich war mit der Firma Wolfsholz festgelegt worden, die für die Durchführung der Sicherungsarbeiten erforderliche Spritzbetonmaschine entsprechender Größe einschließlich Zubehör wie Schläuche, Hochdruck-Wasserpumpe und Kabel auf der Baustelle zur Verfügung zu stellen, da dieses Gerät in der Türkei nicht zu besorgen war. Weitere notwendige Geräte und Baustoffe für diese Sicherungsarbeiten mussten bauseits – also von der Grabungsleitung – beschafft bzw. organisiert werden.

Pünktlich zum vorgesehenen Zeitpunkt war der Transport der Spritzbetonmaschine mit Zubehör in einer Holzkiste (Länge/Breite/Höhe ≈ 3,0m/2,0m/1,50m) durch den Spediteur nach Vezirköprü avisiert. Die Kiste konnte dort von uns in Empfang genommen werden und wurde dann mit eigenem Fahrzeug auf den Grabungshügel transportiert und entladen (Abbildung 2).

Hinsichtlich ausreichender Stromversorgung und passender Anschlüsse wurde der örtliche Elektriker aus Vezirköprü mit der Installation eines Bauanschluss-Kastens (380 V) mit 16 und 32 Ampère Euro-Stecker-Verbindungen beauftragt. Der Bauanschluss wurde unmittelbar neben dem Eingangstor zum Grabungshügel aufgestellt (Abbildung 2).

Die erforderliche Mischmaschine und ein Wassertank konnten in Oymaagac organisiert und auf den Grabungshügel gebracht werden. Die Mischmaschine – sonst üblich mit elektrischem Antrieb – wurde von einem Verbrennungsmotor (Diesel) angetrieben. Siehe auch Abbildung 3.

Einige Probleme bereitete die Gestellung eines Kompressors entsprechender Leistung (mindestens 7,0 cbm/min), der zum Betrieb der Spritzbetonmaschine unbedingt notwendig war. Hier müssen die verantwortlichen Herren der Verwaltung des städtischen Bauhofs der Stadt Samsun mit großem Dank erwähnt werden, die sich die Zeit nahmen und unermüdlich nach einem passenden Gerät im Raum Samsun suchten.

Nachdem sie fündig wurden, wurde dann auch der Transport des Kompressors mit geeignetem Lkw auf die Baustelle von der Samsuner Bauhofs-Verwaltung organisiert. Es handelte sich um einen mobilen Kompressor des italienischen Herstellers ROTAIR 10 cbm/min, 10 bar mit Perkins-Dieselmotor 96,5 kW (Abbildung 4).

Als Bindemittel kam Trass-Zement (Puzzolan) zum Einsatz, der in einem Zementwerk bei Ladik – circa 65 km von Oymaagac entfernt – produziert wird. Es handelte sich gemäß Angaben des Herstellerwerks um „Puzolanik Cimento“ der Festigkeit 32,5 N/mm2 [(CEM IV/B (P) 32,5 N]. Siehe auch den Bericht des Verfassers von 2014! Der Vorteil von Puzzolan-Zement liegt darin, dass mit diesem Zement hergestellter Mörtel schwindarm ist und sehr wenig bzw. so gut wie nicht im Kalkstein-Mauerwerk ausblüht.

Als Zuschlags-Stoff war Sand/Kies mit der Körnung 0/4 vorgesehen. Nach einem Besuch in einer benachbarten Kiesgrube konnte das Sand/Kiesgemisch von dort besorgt werden.

Nach Eintreffen von Herrn Bernd Garbe der Firma Wolfsholz wurden zunächst alle erforderlichen Geräte und Maschinen auf dem Grabungshügel so angeordnet und aufgebaut, dass die Sicherungsarbeiten durchgeführt werden konnten, ohne die parallel laufenden Grabungsarbeiten in den einzelnen Schnitten zu behindern bzw. zu stören. Siehe auch Abbildung 5.

Zunächst war ein Probelauf vorgesehen, bei dem vor dem Grabungstor die Fugen einer Teilfläche der zu einer niedrigen Naturstein-Mauer aufgeschichteten Kalksteine mit der

vorgesehen Mischung (Volumenanteile) Zuschlag/Zement = 3/1 ausgespritzt wurden (Abbildung 6). Verschiedentlich gab es dabei Schlauch- bzw. Düsenverstopfer durch vereinzelte Kieselsteine – sehr viel größer im Durchmesser als die Korngröße 4 mm - , die aufwändig und unter erheblichem Zeitverlust durch Säubern der SpritzbetonMaschine beseitigt werden konnten. Nachdem dann das Kies-Zement-Trockengemisch gesiebt wurde, ließen sich die „Verstopfer“ vermeiden.

Bei der Spritzdüse handelte es sich um eine Sandstrahldüse der Nennweite 25 mm. Die radiale Streuung der Düse ist relativ gering, so dass nur kleinere Steinflächen unmittelbar in der Nähe der zu behandelnden und aufzufüllenden Fugen bespritzt bzw. beschmutzt werden.

Insgesamt erwies sich die Anordnung der Geräte als praktikabel, die Wasserhochdruckpumpe funktionierte zufriedenstellend, die vorhandenen Stromschwankungen hielten sich in Grenzen, so dass die Arbeiten im Tunnel in dieser Art und Weise ausgeführt werden konnten. Die eigentlichen Sicherungsarbeiten am Ende des Tunnels unmittelbar vor der Felsöffnung sollten nun in den darauf folgenden Tagen ausgeführt werden.

 

Sicherungsarbeiten

Wie auf Abbildung 7 und 8 dargestellt, werden die Einwirkungen aus Lasten (Aufschüttungen) über Stützlinien in den tieferen Baugrund abgetragen. Abbildung 7 zeigt eine Stützlinienschar, wobei in Abbildung 8 eine mögliche Stützlinie mit entsprechenden Fehlstellen (Hohlräume) im Mauerwerk heraus gegriffen ist. 

Erfolgt dieser „Kraftfluss“ im Medium „Mauerwerk“, so sollte darauf geachtet werden, dass keine Hohlräume vorhanden sind, die den „Kraftfluss“ unterbrechen bzw. stören. Denn Hohlräume und sonstige Störungen im Gefüge bewirken Kraftumleitungen bzw. Kraftumlenkungen, die sich dann in den unmittelbar benachbarten Bereichen Mauerwerk bzw. Auffüllungen abstützen und dort die Lasten weiter abtragen. Die Stützlinie wird flacher. Die entsprechenden Reaktionskräfte bewirken durch die Fehlstellen in den Fugen wiederum Aktionskräfte und damit Bewegungen (auch Abtriebskräfte genannt), bis das gesamte System wieder zur Ruhe kommt und ausgeglichen ist.

Die auftretenden „Abtriebskräfte“, die im ungünstigsten Fall fast quer zur Stützlinie verlaufen (siehe Abbildung 9) beanspruchen die Mauersteine in diesen instabilen Bereichen auf Zug und Schub (quer), was dann zum Abbrechen und Herausfallen des Steins aus dem Mauerwerksgefüge führen kann. Übrigens sind einige Fehlstellen mit Abbrüchen im gesamten Verlauf des Tunnels festzustellen.

Neben Störungen im Gefüge durch Hohlräume (fehlende Mörtelschicht oder ausgewaschene Fugen) liegt die Ursache dieser Ausbrüche und Schäden mit Sicherheit auch in Erdstößen aus Erdbeben. Bekanntlich ist der Raum südlich von Samsun an der Nahtstelle zwischen Nordanatolischer Mikroplatte und Eurasischer Platte („Nordanatolische Verwerfung“) stark erdbebengefährdet, siehe auch Abbildung 10, veröffentlicht vom Helmholtz-Zentrum Potsdam – Geo Forschungs Zentrum (GFZ). Seismische Störungen wie kleinere Erdstöße sind in dieser Gegend keine Seltenheit. Hohlraumfreies und geschlossenes Mauerwerksgefüge trägt zumindest dazu bei, das Ausmaß der Schäden zu minimieren.

Auf den letzten zwei Metern vor der Felswand sind die Abbrüche im Mauerwerk und Gefüge so stark, dass ein Auffüllen der Fugen mit der Spritzmörtel-Technik (Trockenspritzverfahren) die einzig praktikable Sicherungsmöglichkeit darstellt, ohne die ausführenden Personen zu gefährden.

Nachdem alle Geräte aufgebaut und auf ihre Funktion geprüft waren, konnten die Mauerwerksflächen im Treppengang (Tunnel) auf der gegenüberliegenden Seite der zu spritzenden Fehlstellen und Ausbrüche mit Baufolie abgedeckt werden, so dass diese vom anfallenden Rückprall geschützt waren und nicht beschmutzt wurden. Neben diesen Abdeckarbeiten wurden auch im Wege liegende Steine beiseite bzw. aus dem Tunnel geschafft, um die Arbeiten möglichst ohne Behinderung durchzuführen.

In Abbildung 11 ist die fertige Trockenmischung im Volumen-Verhältnis SandKies/Zement = 3/1 zu erkennen, die dann über das horizontal liegende Sieb in den Trichter der Spritzbetonmaschine vom Typ Meyco Piccola gefüllt wird.

Die Verfugungsarbeiten im Tunnel wurden im Halbstunden-Rhythmus ausgeführt. Zunächst wurden zehn bis fünfzehn Minuten lang offene Fugen lagenweise in einer Stärke  von bis zu fünf cm aufgefüllt, ebenso größere Ausbrüche. Dann musste sich der vorhandene „Nebel“ setzen. Zwischenzeitlich konnte der angefallene Rückprall in Eimer gefüllt und aus dem Tunnel entfernt werden. Nach einer viertel Stunde konnte ohne Bewetterung weitergearbeitet werden. Lediglich Frischluft wurde zeitweise eingeblasen.

In Abbildung 12 ist im rechten Bereich ein circa 0,25 m2 großer Ausbruch sichtbar, während im linken Teil der Aufnahme die nachträgliche Verfugung durch lagenweises Aufspritzen deutlich zu erkennen ist.

Nach erfolgter Stabilisierung des letzten Tunnel-Abschnittes vor der Felswand wurde im Nachgang ein leichtes Überblasen mit Sandstrahl vorgenommen, um eventuell vorhandene Zementschleier zu beseitigen. Es erwies sich aber als effektiver, kleine Verschmutzungen und Mörtelreste einschließlich Zementschleier mit der Stahlbürste zu behandeln und zu säubern. Rotierende Drahtbürsten erleichtern selbstverständlich die Arbeit. Es wird jedoch dazu geraten, diesen Arbeitsgang ein paar Tage bzw. eine Woche später auszuführen, wenn der Abbindevorgang des frisch aufgespritzten Mörtels abgeschlossen ist, die Steinoberflächen möglichst trocken und die Verschmutzungen bzw. Schleier besser sichtbar sind.

 

Beurteilung der Ergebnisse

Die Verfugungsarbeiten und das Ausspritzen einer größeren Fehlfläche von etwa einem halben Quadratmeter Mauerwerksfläche (Ausbruch auf der rechten Seite) wurden in der vorgesehenen Zeit termingerecht ausgeführt.

Bei dieser Instandsetzung und Stabilisierung ist besonders hervorzuheben, dass mit der „Spritzmörteltechnik“ gearbeitet wurde. Das heißt, der Mörtel wird mit einem Druck von 4 bis 6 bar mittels Spritzbeton-Maschine in die Fugen geschleudert und erreicht dadurch eine hohe Verdichtung und Festigkeit, die mit einer Verfugung von Hand nie erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass sich die ausführende Person entfernt von den eigentlichen Gefahrenstellen wie lockerem, labilem Mauerwerk bei ihrer Tätigkeit aufhalten kann, und so die Unfallgefahr minimiert wird.

Das äußere Erscheinungsbild der Mauerwerks-Ansichtsflächen bleibt insgesamt unverändert, wenn die Fugen nicht voll verfüllt, sondern etwas abgesetzt ausgeführt werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass lockere Steine fest in das Gefüge eingebunden und verzahnt werden. Inwieweit noch lockeres Gefüge vorhanden ist, wird am sinnvollsten nach der Spritzmörtel-Behandlung mit der „Hammer-Methode“ (Klang) am darauffolgenden Tag überprüft. Bei Bedarf ist dann entsprechend erneut zu spritzen.

Die zu sichernden Mauerwerks-Ansichtsflächen kurz vor der Felswand konnten nicht in voller Höhe stabilisiert werden, da dieser Bereich des Treppen-Ganges noch teilweise aufgeschüttet war. Nach der Stabilisierung des Mauerwerkes mit Spritzmörtel im oberen Bereich wurde damit begonnen, die Aufschüttung weiter bis auf die Tunnel-Sohle auszugraben. Während dieser Grabungsarbeiten stellte sich dann aber heraus, dass einige Mauersteine aus der Mauerwerksfläche sehr weit herausstanden und herauszubrechen drohten. Die zuvor erwähnte „Hammer-Methode“ ergab jedoch, dass diese Steine noch fest verankert waren. Die Grabungsarbeiten wurden dann trotzdem sofort unterbrochen und erst weitergeführt, bis eine zusätzliche Sicherung mit Hilfe von Abstützungen mittels „Gerüststützen“ als Vorsichtsmaßnahme eingebaut war.

Abbildung 13 stellt zwei dieser provisorischen Hilfsstützen (Gerüststützen) dar, die diagonal auf der gegenüberliegenden Seite des Tunnels fest gegründet waren. Um den Durchgang wieder zu öffnen, wurde dann unter den herausstehenden und zu sichernden Mauersteinen so weit ausgegraben, bis eine tragbare Gründung der vorgesehenen und geplanten vertikalen Hilfsstützen erreicht war. Nachdem diese mit fester Gründung eingebaut waren, wurden die provisorischen Diagonalstützen entfernt, so dass das Tunnel-Profil wieder geöffnet und ohne Hindernis zu begehen war. Die Ausgrabungsarbeiten der Tunnel-Aufschüttung konnten noch in dieser Grabungskampagne bis zum anstehenden Fels (Ende des unterirdischen Ganges) vollendet werden.

 

Zusammenfassung und Ausblick

Es steht außer Zweifel, dass dem unterirdischen Treppen-Gang (Tunnel) besondere Bedeutung hinsichtlich des gesamten Oymaağaç Höyük – Projekts zukommt. Der unterirdische Gang (Tunnel) ist jetzt nach der Sicherung des Mauerwerks kurz vor dem anstehenen Fels in seiner ganzen Länge begehbar, unmittelbar bevorstehendes Versagen der Gewölbe kann nach Einschätzung des Verfassers ausgeschlossen werden. Der 2013 mit Stahlträgern und Kanthölzern bergmännisch gesicherte Abschnitt von etwa drei Metern vor dem aktuell gesicherten Bereich erfordert besondere Vorsicht beim Durchschreiten, da hier das Querschnittsprofil durch den Verbau erheblich verkleinert worden ist.

Es wurde zuvor schon darauf hingewiesen, dass in den vorderen Bereichen des unterirdischen Ganges vereinzelt lockeres Mauerwerksgefüge, loses Fugenmaterial (lehmig) und Stein-Abbrüche festgestellt werden konnten. Diese „Unzulänglichkeiten“ stellen aber zur Zeit keine unmittelbare Gefahr dar, da hier kurz- und mittelfristig keine größeren Ausbrüche bzw. ein Einsturz zu erwarten sind. Langfristig gesehen sollte der unterirdische Treppen-Gang (Tunnel) aber in seiner Gesamtlänge so gesichert sein, dass er gefahrlos zu mindestens für einen engeren bzw. ausgewählten Personenkreis (Archäologen, Historiker, Fachingenieure) begehbar ist.

Weiter ergibt sich aus den freigelegten und nun sichtbaren Mauern die Frage, ob das Mauerwerk mit Mörtel, lehmhaltig oder sogar mit Bindemitteln versetzt, erstellt wurde (siehe auch die Vorbemerkungen!). Oder wurde es als echtes Trockenmauerwerk ausgeführt? Dagegen spricht, dass die Kalksteine nur sehr „grob“ behauen bzw. zugerichtet sind, die schon beim Aufmauern erhebliche Instabilitäten der gesamten Konstruktion (Überwölbung) verursacht hätten. Um hier genauere Aussagen zu machen, wären weitere Ermittlungen und Untersuchungen wie zum Beispiel Analysen des vorhandenen Mörtels, Fundstellen-Kartierung usw. notwendig bzw. wären diese Fragestellungen auch auf andere benachbarte Ausgrabungen (Hattuša, Çorum usw.) zu übertragen.

Abschließend ist festzuhalten, dass nach den mit der Spritzmörtel-Technik gemachten Erfahrungen sich das maschinelle Verfugungsverfahren insgesamt anbietet, um den gesamten Tunnel dauerhaft zu stabilisieren. Dies gilt auch für den bergmännisch mit Stahlträgern und Kanthölzern verbauten Tunnelbereich. Hier kann mit dem maschinellen Verfugen (Spritzmörtel-Technik) abschnittsweise saniert, stabilisiert und rückgebaut werden, so dass das Tunnelprofil wieder frei und durchgängig ist.

Es existieren bereits sehr exakte photogrammetrische Bauaufnahmen der MauerwerksAnsichtsflächen (Abwicklung), die als Grundlage für eine gesamte Schadens-Kartierung dienen kann. Das heißt: Die Schäden wie Steinabbrüche, hohle Fugen, und Mauerwerksausbrüche werden aufgenommen, protokolliert und planmäßig dokumentiert.

Mit Hilfe diesen Unterlagen wird dann ein Leistungsverzeichnis erstellt, nach dem die Sicherungsarbeiten im Detail ausgeführt werden können. Der finanzielle Rahmen dieser  Sicherungsmaßnahme ist dann auch aufgrund der gemachten Erfahrungen leicht abzuschätzen. Der Verfasser schätzt den Arbeitsaufwand für eine ausführende Firma auf etwa 10 bis 12 Arbeitstage.

 

 

 
 
 
Kategorie
Berichte 2015
Angelegt von
Werner Dahmann
Anlage
21.12.2015 20:04
letzte Änderung
30.12.2015 13:25
durch
Christoph Forster
   
 

 

 

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