Bei der Wasserkraft den Bogen raus

Eingriffe in die Berglandschaft

Die 15 Projekte werden die Berglandschaft merklich verändern, auch wenn 11 davon keine neuen Stauseen umfassen, sondern stattdessen bestehende Staumauern erhöht werden sollen – teils um bis zu 23 Meter. Das Ziel ist eine deutliche Vergrößerung des Wasservolumens in den Staubeckecken. Drei Projekte in den Kantonen Wallis und Bern sehen neue Staumauern vor, die stetig wachsende Gletscherseen abriegeln sollen. Ein weiteres Projekt im Wallis könnte ohne Staumauer einen See einfassen, der sich an einer Talenge neu bildet.

Für die meisten dieser Projekte liegen seit mehreren Jahren Machbarkeitsstudien oder ausgereifte Pläne vor. Dennoch erhielt mit einem Vorhaben an der Berner Trift-Staumauer bislang nur ein einziges Projekt eine Konzession. Dafür sind zwei Gründe ausschlaggebend. Zum einen war der elektrische Strom in der Schweiz zuletzt so günstig, dass viele Investitionen unrentabel erschienen. Zum anderen erheben Naturschutz- und Umweltverbände Einspruch gegen alle technischen Eingriffe, die die Natur beinträchtigen. Das unterscheidet die aktuelle Situation von der im 20. Jahrhundert, als die Menschen Staumauern für die Stromgewinnung als ebenso imposante wie attraktive Bauwerke einstuften.

Deutlich mehr Speicherkapazität

Nach der Einigung am runden Tisch stand die Staumauer vor dem Triftsee im Berner Oberland als erstes Projekt zur Diskussion. „Trift ist bereit. Sobald die Konzession rechtsgültig ist, können wir das Baugesuch einreichen“, sagt Daniel Fischlin, Geschäftsführer der Kraftwerke Oberhasli (KWO) – eines Unternehmens, das im Gebiet um Susten- und Grimselpass 13 Kraftwerke betreibt. „Mit diesem neuen See können wir für den Winter 215 Gigawattstunden elektrische Energie speichern und damit die Speicherkapazität aller KWO-Anlagen um das Anderthalbfache vergrößern“, betont KWO-Projektleiter Benno Schwegler die große Bedeutung des Trift-Projekts.

Mit einer Höhe von 177 Metern und einer Länge der Dammkrone von 330 Metern wird die Trift-Doppelbogen-Staumauer das V-förmig eingeschnittene Graggilammtal vor dem Triftsee abriegeln. So ein Bauprojekt erfordert riesige Bauinstallationen mit Betonmischern in der Größe von zwei gut fünfstöckigen Mehrfamilienhäusern. Das ist eine enorme Herausforderung, zumal der Standort von der Sustenpass-Straße her bislang nur über einen neun Kilometer langen, schmalen Wanderweg durch Wälder und entlang des Triftwassers erreichbar ist. Die werkseigene kleine Seilbahn führt nur bis zur Mitte der Wegstrecke.

Wie bringt man also die Bauinstallationen zur Produktion von mehreren Tausend Tonnen Beton zum Triftsee? „Wir erstellen einen Erschließungsstollen von 4,5 Kilometer Länge“, sagt Schwegler. „Durch diesen zweispurigen Tunnel fahren wir mit den Lkw das ganze Baumaterial bis zur Staumauer hoch.“ Das Aushubmaterial des Stollens im Tal wird in einem Kieswerk aufbereitet und dann mit dem Betonzement hinauf zur unterirdischen Baustelle gebracht. „Das Mischwerk platzieren wir unter Tage, auch aus Gründen des Landschaftsschutzes“, betont Schwegler.

Einsicht in die Konstruktion der Trift-Doppelbogen-Staumauer will die KWO, trotz provisorischer Zusage, nicht geben. Doch das Unternehmen bietet zum Vergleich eine Besichtigung der Baustelle für den Neubau der Spitallamm-Staumauer am Grimselsee an. Vom Vorplatz des Grimsel-Hospizes aus hat man einen weiten Blick auf den See und die bestehende Staumauer sowie daneben, rund 150 Meter weiter unten im Tal, auf die Baustelle des Staumauerneubaus.

Ins Auge fallen zwei rote, gut 90 Meter hohe Stahlmasten der Kräne, die über ihre gut 70 Meter langen Ausleger die drei Meter hohen Kübel mit je 20 Tonnen Betonmischung zu den Mauerblöcken hieven und in die Holzeinschalung ausschütten. Mit der Schaufel eines kleinen Raupenfahrzeugs wird der Beton geebnet und dann per Betonrüttler verdichtet. Der Neubau drängte sich auf, weil sich in der alten Mauer nach einer seeseitigen Ausbesserung ein vertikaler Riss bildete.

Von dem Vorplatz aus ist es der Blick auf eine Miniaturwelt, in der Bauarbeiter wie Ameisen emsig herumwuseln. Erst unten am Fuß der Baustelle werden die wahren Dimensionen sichtbar. Um auf die künftig 113 Meter hohe Doppelbogen-Mauer mit einer Kronenspannweite von 212 Metern emporzufahren, verkehren auf der Baustelle Fahrzeuge und Hebevorrichtungen, die die helmtragenden Bauarbeiter teils um ein Vielfaches überragen. Das Betonmischwerk mit zwei unabhängigen identischen Einheiten hat die Dimension von zwei fünfstöckigen Mehrfamilienhäusern. Zum Mischwerk fahren viermal pro Stunde Lkw mit einer vollen Ladung Kies sowie Lastwagen, die Zement transportieren.

Blockweiser Baufortschritt

Spezialwissen ist gefragt, um die typischen Konstruktionselemente der Staumauer einzuordnen. So wächst sie in der vierjährigen Bauzeit nicht als komplettes Mauerwerk empor, sondern in einzelnen Blöcken. Acht dieser Blöcke stehen nach rund zwei Jahren Bauzeit bereits. Letztlich werden es 15 Blöcke sein, die abgestuft zueinander errichtet werden. Zwischen den höher gezogenen Blöcken, den sogenannten Vorläufern, befinden sich die Nachläufer – auch Inselblöcke genannt. Jede Betonierungsetappe erfordert eine neue Verschalung von gut zehn Meter Höhe. Sie umschließt bei den Vorläufern den gesamten trapezförmigen Block, bei den Inselblöcken dagegen werden nur die Außenseiten eingeschalt.

Schalungen aus Aluminium wie sie heute für großflächige Gebäudefassaden zum Einsatz kommen, sind hier nicht möglich. Denn, weil sich der Grundriss der Blöcke sowie ihre Eckwinkel von Etappe zu Etappe verändern, müssen die Holzverschalungen auf der Baustelle fortlaufend angepasst oder erneuert werden. Auf diese Weise soll die Doppelbogen-Staumauer innerhalb von vier Jahren hochgezogen werden. Gut erkennbar ist dabei die horizontal parabolische Krümmung der Blöcke hin zur Seeseite.

Die alte Mauer dagegen weist einen kreisförmigen Bogen auf. Weniger gut sichtbar ist die seewärts gerichtete vertikale Krümmung, die eher wie eine Verjüngung nach oben erscheint. Diese Form ist eine Folge davon, dass sich die Mauerdicke nach oben verjüngt. 19,84 Meter dick ist die Staumauer auf der Talsohle, 14,76 Meter auf halber Höhe und nur 8,15 Meter oben auf der Mauerkrone.

Kontrollgänge und Scherverzahnung

Ein weiteres augenfälliges Merkmal ist eine Aussparung im Inneren der Mauer für Kontrollgänge im Tunnel. Die Staumauer wird auf unterschiedlichen Niveaus insgesamt vier Kontrollgänge aufweisen, die mit Querverbindungen zueinander erschlossen sind. Darin werden künftig Thermostate und Bewegungsmelder angebracht sein, die beim Einfüllen des Seewassers die schwachen Bewegungen der leicht druckelastischen Mauer festhalten.

Auffallend an den Innenwänden der Vorläuferblöcke sind zudem runde konkave Aussparungen, je acht für jede Betonieretappe. Die Inselblöcke füllen die Aussparungen in konvexer Form auf. Dadurch sind alle Blöcke untereinander über eine Scherverzahnung verbunden. Dagegen fehlen auf der Baustelle Armierungsstahlstäbe, die sonst bei Mauerbetonarbeiten üblich sind.

Die Hintergründe zu diesen Auffälligkeiten lassen sich im Ingenieurbüro Gruner Stucky in Renens bei Lausanne erfahren. Die Stucky-Ingenieure haben den Neubau der Spitallamm-Staumauer mit allen Berechnungen entworfen. Vorerst erweisen Brendan Quigley und Alexandre Wohnlich, die beiden leitenden Ingenieure, Alfred Stucky (1892–1969) Referenz, dessen Porträt die Stirnseite des Besprechungszimmers ziert. „Professor Stucky war weltweit der Vater der Doppelbogen-Staumauer und hat das Unternehmen 1926 gegründet“, sagt Quigley anerkennend. Stucky wirkte ab 1938 an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne und konstruierte in der Schweiz die meisten Bogenstaumauern: die erste 1920 in Montsalvens und 40 Jahr später die mit 200 Metern höchste Doppelbogen-Staumauer Mauvoisin. Weltweit war er als Projektleiter oder Experte am Bau von 38 Staumauern tätig. Das Ingenieurbüro Stucky fusionierte vor elf Jahren mit jenem von Gruner und tritt heute nur unter dem Namen Gruner auf. Dessen Gründer Eduard Gruner hatte das Projekt eines Gotthard-Basisbahntunnels bereits 1947 entworfen.

Druckkräfte wie beim Steinbogen

Das Konzept des Baus in separaten Blöcken lehnt sich an das der römischen Steinbogenbrücken an, erläutern die Gruner-Stucky-Ingenieure. Die keilförmigen Trapezsteine dieser antiken Brückenbauwerke stabilisieren den Bogen ausschließlich über Druck. Die Bogenstaumauer könne man sich analog als eine horizontal gelegte Steinbogenbrücke vorstellen. Doch anders als bei den verkeilten Steinen, die sich auch ohne die Zugabe von Mörtel im Brückenbogen festigen, erfordert die Bogenstaumauer eine absolut dichte Bauweise. Nach dem Betonieren stellen sich große Herausforderungen, weil sich der Beton durch das Mischen von Zement und Wasser erwärmt – und vor allem während der kalten Jahreszeit, wenn die Bauarbeiten eingestellt sind, durch das Abkühlen schrumpft. Dadurch entstehen zwischen den Blöcken Spalte.

„In die Spalte pressen wir mit Hochdruck Zement, um gegenseitige Bewegungen zwischen den Blöcken zu verhindern – und um zu gewährleisten, dass die Struktur als Bogen den Druck des Seewassers auf Fundament und Widerlager sicher ableitet“, erläutert Quigley. Diese Injektionen, die insbesondere bei der Wiederaufnahme der Arbeiten im Frühjahr erfolgen, sollen zudem verhindern, dass sich die einzelnen Blöcke bei einem Erdbeben in Querrichtung bewegen und so Mauerrisse entstehen. Aus demselben Grund werden die Blöcke zusätzlich mit konkaven und konvexen Einbuchtungen als Scherverzahnung verbunden.

Der Druck des gestauten Seewassers ist ein stabilisierendes Element, sagt Wohnlich: „Die Bogenform bewirkt, dass der Wasserdruck über die gesamte Staumauer abgeleitet wird – bei der Doppelbogen-Mauer nicht nur horizontal, sondern auch vertikal zum Fundament an der Talsohle hin.“ Das bringe bautechnische Vorteile, erläutert Quigley: „Ist die ganze Bogenmauer lediglich Druckspannungen ausgesetzt, benötigen wir keine Armierungseisen. Nur wenn Beton unter Zugspannung steht, ist eine Eisenverstärkung notwendig.“

Schlankere Bauweise möglich

Während der horizontale Druck maßgeblich zur Verankerung der Mauer in den Talflanken beiträgt, verstärkt der vertikale Druck die Verankerung im Fundament. Das ermöglicht eine schlankere Bauweise. Gut ersichtlich ist das bei der Gegenüberstellung der Profile der alten und der neuen Spitallamm-Staumauer (siehe Grafik unten): Und während das Betonvolumen der alten Staumauer 340.000 Kubikmeter beträgt, reichen beim Neubau 210.000 Kubikmeter aus. Das spart erheblich Kosten und Material.

Eine große Herausforderung besteht darin, zu berechnen, wie sich der Wasserdruck auf die elastische Verformbarkeit der Betonmauer sowie auf den darin verankerten Felsen auswirkt. Das im See gestaute Wasser wird die Mauer um ein paar Millimeter bis maximal vier Zentimeter talwärts biegen – eine Bewegung, die in den Tunnelkorridoren akribisch registriert wird. Je größer die Mauer und das Volumen des gestauten Wassers sind, desto wichtiger sind genaue Kenntnisse über die Verformbarkeit. Zusätzlich zu seinen Druckberechnungen per Hand in horizontaler, vertikaler und tangentialer Richtung verifizierte Stucky seine Daten daher durch meterhohe Modelle.

Heute wird die Verformung mit der sogenannten Finite-Elemente-Methode errechnet. Dabei wird das Gebiet in Quadrate oder tetraedrische Elemente eingeteilt, die in einem Netzwerk miteinander verbunden sind. Enorme Computerleistungen sind nötig, um die Auswirkung der Kräfte in diesem Finite-Elemente-Netzwerk zu bestimmten. „Daran erkennen wir, wie hart und stabil der Beton sein muss“, sagt Quigley und fügt einen ökonomischen Aspekt hinzu: „Weil Zement teuer ist, ist die Aufgabe, an wenig exponierten Stellen möglichst wenig Zement beizufügen.“ In der neuen Spitallamm-Staumauer werden drei verschiedene Betonmischungen verbaut.

Die Betonmischung ist somit ein entscheidender Faktor bei der Herstellung des Mauerwerks. Sinnbildlich dafür sind die vier Monitore, über die im Betonmischwerk die Bauarbeiter die spezifische Mischung von Zement und Kies überwachen und auch die erforderliche Körnung im Mahlwerk selbst herstellen können. Dahinter stehe eine Technik, die auf rund 100 Jahren Entwicklung und Erfahrung basiert, betont Quigley.

Dazu gehört, dass die Verbindung von Mauer und Felsen an der Talsohle durch Einspritzen von Zement verankert werden muss. Heikel ist zudem die Entwicklung von Wärme beim Bau der Betonmauer – durch die Hydratisierung: die Verbindung von Wasser mit Zement. „In den ersten Tagen und Wochen kann sich die Betonmasse in der Mauer auf 40 bis 50 Grad Celsius erwärmen“, sagt Wohnlich. Diese Wärme muss gezielt über Wasserleitungen in der Mauer abgeführt werden. „Die Temperatur sinkt dann über Monate oder Jahre hinweg wieder, bis sie sich der Umgebungstemperatur angeglichen hat.“ Wasserkühlung und Messung der Temperatur werden über die Tunnelkorridore gesteuert und überwacht. Das Ziel: die Temperatur im Inneren des Betons auf jene auf seiner Oberfläche abzukühlen, um Risse zu vermeiden. Nach der Winterpause begannen im Mai die letzten Arbeiten. Im Herbst 2024 soll nach vier Jahren Bauzeit die Mauerhöhe von 113 Metern erreicht sein.

Klagen gegen den Bau

Allerdings: Bis die Tunnelbohrmaschinen für den 4,5 Kilometer langen Erschließungsstollen zur Trift-Staumauer greifen, werden noch etwa sechs Jahre vergehen. Zwar erhielt die KWO im Sommer 2023 eine Konzession für den Bau. Doch zwei Umweltverbände, Aqua Viva und der Grimselverein, erhoben dagegen Beschwerde. Darüber hat das Verwaltungsgericht Bern noch nicht entschieden. Nach einem Urteil können die Verbände noch ans Bundesgericht appellieren, was mindestens eine Verzögerung von vier Jahren nach sich zöge. Nach dem Einreichen des Baugesuchs dürften weitere zwei Jahre bis zur Baubewilligung verstreichen. Der Widerstand der Verbände richtet sich auch deshalb gegen die Baupläne, weil sie die Biodiversität in einer bislang weitgehend ungestörten Natur bedrohe. Allerdings: Trift ist bereits seit 2004 ein Publikumsmagnet, als eine erste Fußgängerbrücke den Gletscher überspannte. Sie wurde 2009 durch eine 100 Meter hohe und 177 Meter lange Hängeseilbrücke ersetzt. Darauf überqueren pro Jahr etwa 20.000 Touristen das Trifttal.

Im Sommer stimmen die Schweizer über das neue Stromversorgungsgesetz ab. Nehmen sie es an und geben so den 15 Wasserkraftprojekten Vorrang vor dem Naturschutz, sind immer noch einzelne Vorhaben vor Gericht anfechtbar. Die Schweiz wird daher wohl bis über 2040 hinaus im Winter auf Strom aus Deutschland und Frankreich angewiesen sein.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…