DE3919539A1 - Hohlbauwerk zum transport und/oder zur lagerung umweltgefaehrdender stoffe - Google Patents
Hohlbauwerk zum transport und/oder zur lagerung umweltgefaehrdender stoffeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein zumindest teilweise in
den Erdboden eingebettetes bzw. vom Erdboden umgebenes
Hohlbauwerk zum Transport und/oder zur Lagerung
umweltgefährdender Stoffe, wie z.B. Rohrleitung, Behälter
oder dergleichen.
In Städten, Gemeinden und sonstigen kommunalen Verbänden
sowie in Industrieanlagen treten in zunehmendem Maße
Probleme mit schadhaft gewordenen Rohrleitungen,
insbesondere Abwasserleitungen auf. In fast allen Städten
weisen die Kanalisationssysteme, denen üblicherweise eine
Lebensdauer von 50 bis 70 Jahren gegeben wird, Leckstellen
auf, durch die mit Schadstoffen belastetes Abwasser in den
Erdboden austreten kann. Diese Schäden haben verschiedene
Ursachen. Bei Rohrleitungen aus einzelnen Rohrschüssen
können infolge von Ermüdungserscheinungen oder
Montagefehlern bei den Dichtungsringen die
Muffenverbindungen undicht werden. Infolge von
Setzungserscheinungen oder ungleichmäßigen Belastungen
können aber auch Brüche im Bereich der Muffenverbindungen,
wie auch an den Rohren selbst auftreten.
Rohre für Abwasserleitungen werden üblicherweise im Sandbett
verlegt. Ein Sandbett bietet eine gute satte Auflage unter
Vermeidung von Punktlagerungen. Beim Auftreten von
Leckstellen dringt das in diesen Leitungen transportierte
Abwasser in das Sandbett ein. Sand hat eine sehr große
Durchlässigkeit für Wasser, so daß das kontaminierte Wasser
oft über große Entfernungen im Sandbett parallel zur
Rohrleitung transportiert wird, und zwar an der Grenzfläche
zu dem oft undurchlässigen Boden hin, bevor es quer zur
Rohrleitung in den Erdboden austritt. So können
Verunreinigungen des Grundwassers oft an Stellen auftreten,
die von den eigentlichen Schadensstellen weit entfernt sind.
Bei der Neuanlage von Rohrleitungssystemen hat man schon
versucht, eine größere Sicherheit dadurch zu erreichen, daß
die Rohrleitungen doppelwandig ausgebildet bzw. Dichtungen
doppelt vorgesehen werden. Hiermit wird aber nur eine
scheinbare Redundanz erreicht; wenn aufgrund äußerer
Einflüsse ein Element versagt, dann ist das Versagen des
anderen gleichartig ausgebildeten Elementes nur eine Frage
der Zeit.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Hohlbauwerk der eingangs angegebenen Art,
insbesondere eine Rohrleitung mit den dazugehörigen
Einlauf-, Schacht- und sonstigen Bauwerken, einen Behälter
oder dergleichen so auszubilden, daß auch bei eventuell
auftretenden Schadstellen sowohl die Längs-, als auch die
Querausbreitung von Sickerflüssigkeit, vor allem aber das
Eindringen von Schadstoffen in das umgebende Erdreich auf
lange Sicht verhindert werden.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das
betreffende Hohlbauwerk zumindest in seinem Sohlbereich,
wenn nicht vollständig in eine Dichtungsschicht einzubetten,
die einen möglichst hohen Widerstand gegen
Schadstoffdurchtritt aufweist, d.h. einen hohen
Feststoffanteil mit einem dementsprechend geringen
Porenvolumen besitzt; die Dichtungsschicht muß
strömungs- und diffusionsdicht sein und soll zugleich eine
sorbierende Wirkung für die Schadstoffe haben, um zumindest
diese am Austritt in den Erdboden zu hindern.
Bestimmend für den Stofftransport durch Böden sind im
wesentlichen drei Einflußgrößen, nämlich die Konvektion, die
Diffusion und die Sorption. Deren Zusammenwirken ist in Form
einer allgemeinen Differentialgleichung für den
Stofftransport bekannt.
Die Gesetzmäßigkeiten der Konvektion, Diffusion und Sorption
lassen sich in ihrer Größe genügend genau durch den
Durchlässigkeitsbeiwert Kf, den Diffusionsbeiwert Kd und
den Sorptionsbeiwert S beschreiben. Diese Beiwerte sind
unabhängig von der Zeit, sofern für die Dichtungsschicht
mineralische Werkstoffe verwendet werden, deren
Beständigkeit über geschichtliche Zeiträume gesichert ist.
Wesentlich für die Erfindung ist somit, daß für diese
Dichtungsschicht mineralische Dichtstoffe, insbesondere
Tonmineralien, wie Montmorillonit, Bentonit oder dergleichen
verwendet werden und daß diese Schicht so aufgebaut und
zusammengesetzt wird, daß die Konvektion und Diffusion durch
die Schicht hindurch möglichst klein und die Sorption, d.h.
die Anlagerungsfähigkeit der Schadstoffe möglichst groß
werden.
Eine Dichtungsschicht mit hohem Feststoffanteil und
möglichst geringem Porenvolumen, also mit besonders dichter
Lagerung des Dichtstoffes, wie sie für die Erfindung
wesentlich ist, läßt sich am besten herstellen, wenn der
Dichtstoff trocken aufbereitet, gemischt und eingebaut wird.
Dies schafft die Voraussetzung dafür, daß die einzelnen
Bestandteile der Mischung nach Korngröße und Stoffart
klassifiziert und dann nach entsprechenden Rezepturen
zusammengesetzt werden können. Das für die
Funktionsfähigkeit der Mischung als Dichtungsschicht
erforderliche Wasser wird nachträglich zugeführt; die
natürliche Bodenfeuchtigkeit reicht hierzu aus. Auf diese
Weise läßt sich nicht nur eine besonders dichte Lagerung der
Dichtstoffe, sondern auch eine Zusammensetzung derselben
sowohl nach der Korngröße, als auch nach der Art erreichen,
die auf etwa auftretende Schadstoffe in besonderem Maße
abgestimmt werden kann.
Hinsichtlich des Aufbaus der Dichtungsschicht kann auf den
Inhalt der DE-OS 37 17 884, hinsichtlich des Einbaus der
Dichtstoffe auf denjenigen der DE-OS 37 17 885
zurückgegriffen werden.
Der Aufbau der Trockenmischung aus einem Grob- und einem
Feinkornanteil schließlich baut auf der nicht
vorveröffentlichten Patentanmeldung P 38 23 874.8-25 auf.
Deren Grundgedanke besteht darin, bei einer Mischung aus
zwei jeweils in sich stabilen Komponenten, nämlich einem
Fein- und einem Grobkornanteil die Struktur des
Grobkornanteils so zu dimensionieren, daß das Feinkorn
gleichsam wie eine Flüssigkeit bei Anwendung geringer
Verdichtungsenergie in die freien Porenräume eindringen
kann. Dies ist dann der Fall, wenn das Größtkorn des
Feinkornanteils gleich oder kleiner ist als etwa ein Zehntel
des Kleinstkornes des Grobkornanteils. Die Gesamtmischung
ist also, solange sie trocken ist, bezüglich des
Feinkornanteils instabil. Damit läßt sich unabhängig von dem
Anlieferungszustand der Trockenmischung ein Füllen aller
Poren des Korngerüstes bis nahe an den theoretischen
Dichtgrad erzielen. Diese Instabilität der Trockenmischung
ist die Voraussetzung für die Erzielung großer Homogenität
und Dichte im Endzustand; ihre Stabilität erhält die
Mischung dann, wenn Feuchtigkeit hinzutritt und die Kohäsion
der Feinanteile geweckt wird.
Grundsätzlich ist eine Vielzahl von
Mischungszusammensetzungen denkbar, die diesen Bedingungen
genügen, solange nur die Voraussetzung erfüllt ist, daß das
Grobkorngerüst, das aus einer oder mehreren Kornfraktionen
bestehen kann, eine ausreichend große Durchlässigkeit für
das Feinkorn aufweist und das Volumen des Feinkornanteils
gleich oder etwas größer ist als das Porenvolumen des
Grobkornanteils. Das Ineinanderfließen der beiden
Stoffkomponenten kann noch dadurch verbessert werden, daß im
Feinkornanteil Materialien verwendet werden, die einen
besonders kleinen inneren Reibungswinkel aufweisen, wie z.B.
Montmorillonit.
Es hat sich gezeigt, daß es mit einem derartigen
Mischungsaufbau technisch gelingt, ein Porenvolumen von
unter 15% zu erzielen. Damit läßt sich sicherstellen, daß
bei Einbau großer Mengen von Dichtungsmaterial unter
Anwendung der üblichen Erdbaugeräte und unter
Berücksichtigung der Streuung in der endgültigen
Dichtungsschicht ein Porenvolumen von 25 bis 20% erreicht
werden kann.
Bei Anwendung der Erfindung auf eine Rohrleitung, z.B. ein
Kanalisationssystem, besteht der Vorteil der Erfindung
darin, daß es durch die Einbettung der Rohrleitung in eine
derartige Dichtungsschicht gelingt, auch bei etwaigen
Schadstellen der Rohrleitung sowohl den Längs-, als auch den
Quertransport etwa austretender kontaminierter Sickerwässer
in den umgebenden Boden zu verhindern. Selbst wenn im Lauf
der Zeit durch die Dichtungsschicht, sei es durch
Konvektion, sei es durch Diffusion, geringe Mengen an
Flüssigkeit hindurchtreten sollten, werden doch die
Schadstoffe durch Sorption in der Dichtungsschicht
zurückgehalten, so daß keine Beeinträchtigung der Umgebung
zu befürchten ist. Die Dichtigkeit der Schicht nimmt mit der
Zeit noch zu, da durch An- bzw. Ablagerung der Schadstoffe
in den zuvor von Porenwasser besetzten Porenräumen diese mit
der Zeit zugesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Dichtungsschicht bietet, ähnlich wie
ein Sandbett, eine satte Auflagerung für die und Einbettung
der Rohrleitungen. Da es sich um natürliche, also in der
Natur vorkommende Materialien handelt, die ihre
Eigenschaften in geologischen Zeiträumen nicht verändern,
hat das System auch für solche Zeiträume Bestand.
Beim Einbau des Dichtungsmaterials in trockenem Zustand
könnte das Problem auftreten, daß die trockenen
Tonmineralien, sei es aus dem Boden, sei es aus
Niederschlägen, Feuchtigkeit aufnehmen, dadurch klebrig
werden und an den Bearbeitungsgeräten anhaften. Um dieser
Gefahr zu begegnen, kann es vorteilhaft sein, die trockenen
Bestandteile der Mischung hydrophob, d.h. wasserabweisend,
auszurüsten. Als Hydrophobiermittel könnte z.B. Stearinsäure
verwendet werden. Solche Hydrophobiermittel werden
zweckmäßigerweise bereits bei der Herstellung der
Trockenmischung eingemischt; die Bestandteile dieser
Trockenmischung haben eine sehr große innere Reibung, so daß
die zugegebenen Hydrophobiermittel relativ gut verteilt
werden und auf der Oberfläche der einzelnen Körner einen
dünnen Film bilden. Da es sich bei solchen
Hydrophobiermitteln in der Regel um organische Verbindungen
handelt, werden diese im Boden relativ rasch abgebaut, so
daß die Tonmineralien danach Feuchtigkeit aufnehmen können.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung auf Rohrleitungen
z.B. in Kanalisationssystemen beschränkt, selbst wenn das
zunächst als wesentliches Einsatzgebiet gesehen wird. Es ist
selbstverständlich möglich, Behälter beliebiger Art, Form
und Größe zur Lagerung umweltgefährdender Stoffe, wie z.B.
Heizöltanks, Leichtflüssigkeitsabscheider, Kläranlagen usw.
in der erfindungsgemäßen Weise zu lagern bzw. zu umhüllen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß
gebettete Rohrleitung mit kreisrundem Querschnitt,
Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Querschnitt durch
eine Rohrleitung mit unten abgeplattetem Querschnitt
und
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch eine
Rohrleitung.
Ein typischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäß
ausgebildete Rohrleitung ist in Fig. 1 dargestellt. Das in
an sich bekannter Weise in einem Rohrgraben 1 angeordnete
Rohr 2, z.B. aus Steinzeug, Eternit oder Stahlbeton, ist
hier vollständig von einer Dichtungsschicht 3 mit hohem
Feststoffanteil aus mineralischen Dichtungsmaterialien, wie
z.B. Montmorillonit, eingebettet. Der restliche Bereich des
Rohrgrabens 1 oberhalb der Dichtungsschicht 3 ist in an sich
bekannter Weise durch eine Schicht 4 aus Sand, Kies oder
dergleichen aufgefüllt.
Üblicherweise wird man beim Verlegen der Rohrleitung nach
Herstellung des Rohrgrabens 1 diesen zunächst bis zu einer
Höhe h1 mit dem die Dichtungsschicht bildenden Material
füllen. Auf die so gebildete untere Schicht 3′ werden dann
in an sich bekannter Weise die Rohre 2 verlegt. Danach wird
der Rohrgraben 1 weiterhin mit Dichtmaterial gefüllt, das
aber nicht unbedingt bis zu der in Fig. 1 gezeigten
Höhe h2 reichen muß; in vielen Fällen reicht es aus, wenn
das Rohr 2 nur in seinem Sohlbereich, etwa bis zu seinem
größten horizontalen Durchmesser in das Dichtungsmaterial
eingebettet ist. Größere Sicherheit bietet
selbstverständlich eine vollständige Einbettung.
Das Material für die Bildung der Dichtungsschicht kann naß,
feucht oder trocken eingebaut werden. Bei einem Einbau in
nassem Zustand müssen die Rohre 2 zunächst durch
Abstandhalter unterstützt und späterhin gegen etwaiges
Aufschwimmen gesichert werden. Eine für die Erfindung in
besonderem Maße wichtige dichte Lagerung des Dichtmaterials
mit hohem Feststoffanteil läßt sich nur dann erreichen, wenn
das Dichtmaterial in trockenem Zustand eingebaut wird.
Der Kornaufbau des Dichtstoffes muß selbstverständlich auf
die Abmessungen des einzubettenden Bauwerks, also z.B. den
Rohrdurchmesser, abgestimmt werden. So sollte bei Rohren
geringerer bis mittlerer Durchmesser der Grobkornanteil aus
Material der Korngrößen 2 bis 4 mm und der Feinkornanteil
aus Material der Korngrößen 0 bis 0,2 mm bestehen. Bei
Großrohren oder Behältern kann auch Material höherer
Korngrößen verarbeitet werden.
Da der trockene Dichtstoff einen verhältnismäßig großen
Winkel Phi der inneren Reibung hat, ist es trotz geringer
Korngrößen bei kreisrunden Rohren, wie in Fig. 1
dargestellt, oft schwierig, die nach dem Auflegen der Rohre
auf die untere Dichtungsschicht 3′ entstehenden Zwickel satt
auszufüllen. In diesem Fall ist es, wie Fig. 2 erkennen
läßt, zweckmäßig, Rohre 2′ mit etwa Ei-förmigem, an der
Unterseite abgeplattetem Querschnitt zu verwenden. Der
Winkel, den die schrägen Außenflächen 5 mit der horizontalen
Grundfläche 6 einschließen, soll dann gleich oder größer
sein als der Winkel Phi der inneren Reibung. Auf diese Weise
wird eine satte Ausfüllung der Zwickel erreicht.
Nach der Erfindung ist natürlich nicht nur vorgesehen, die
Rohrleitungen in ihrem normalen Verlauf in eine
Dichtungsschicht einzubetten; von der Dichtungsschicht
müssen selbstverständlich auch sonstige Bauwerke im Verlauf
der Kanalisation, wie z.B. Kanalschächte, umfaßt werden.
Dies zeigt ein teilweiser Längsschnitt durch eine
Rohrleitung gemäß Fig. 3. Die Rohrleitung 2 mündet hier in
einen Kanalschacht 7, dessen Sohle 8 etwas tiefer liegt als
die Sohle der Rohrleitung 2; der Rohrgraben 1 muß deshalb an
dieser Stelle etwas vertieft werden (1′), um auch die Sohle
8 des Kanalschachtes 7 mit der entsprechenden Dicke in die
Dichtungsschicht 3 einzubetten.
In den Zeichnungen sind nur Ausführungsbeispiele
dargestellt, bei denen der Rohrgraben 1 vollständig, d.h.
auf seine gesamte Breite mit Dichtungsmaterial ausgefüllt
ist. Bei besonders breiten Rohrgräben oder um an Material zu
sparen, ist es auch möglich, zum Einbau des
Dichtungsmaterials verlorene oder verschiebbare Schalungen
zu verwenden, mit denen absatzweise oder kontinuierlich
gearbeitet wird.
In gleicher Weise erscheint es auch möglich, Rohrleitungen
in erfindungsgemäßer Weise zu umhüllen, die nicht in offener
Baugrube, sondern im unterirdischen Vortrieb hergestellt
werden. Hier kann auf an sich bekannte Verfahren
zurückgegriffen werden, bei denen zunächst ein Vortriebsrohr
vorgetrieben wird, in das dann nachträglich ein Produktrohr
eingezogen wird, das einen geringeren Durchmesser aufweist
als das Vortriebsrohr. Während das Vortriebsrohr im Boden
verbleiben oder auch gezogen werden kann, wird der Ringraum
zwischen dem Produktrohr und dem Vortriebsrohr in
erfindungsgemäßer Weise mit Dichtmaterial ausgefüllt.
Claims (6)
1. Zumindest teilweise in den Erdboden eingebettetes bzw.
vom Erdboden umgebenes Hohlbauwerk zum Transport und/oder
zur Lagerung umweltgefährdender Stoffe, wie z.B.
Rohrleitung, Behälter oder dergleichen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandung des Hohlbauwerks ganz oder
teilweise, zumindest aber in ihrem Sohlbereich in eine
Dichtungsschicht aus einer nicht erhärtenden Mischung aus
mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere
Tonmineralien, wie z.B. Montmorillonit, gegebenenfalls unter
Zusatz von Mineralstoffen mit hohem Feststoffanteil,
eingebettet ist.
2. Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsschicht nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die
Dichtungsschicht bildenden Materialien trocken vorgemischt
und als trockenes Gemisch eingebaut werden und daß die für
die Wirksamkeit des Gemisches als Dichtungsschicht
erforderliche Feuchtigkeit nach dem Einbau zugeführt wird.
3. Trockenmischung zum Herstellen einer Dichtungsschicht
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung
aus einem Fein- und einem Grobkornanteil besteht, wobei das
Volumen des Feinkornanteils gleich oder größer als das
Porenvolumen des Grobkornanteils und das Größtkorn des
Feinkornanteils gleich oder kleiner als etwa 1/10 des
Kleinstkornes des Grobkornanteils sind.
4. Trockenmischung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Grobkornanteil der Mischung etwa
60% beträgt und vorzugsweise aus Material der Korngrößen
2 bis 4 mm besteht und der Feinkornanteil etwa 40% beträgt
und vorzugsweise aus Material der Korngrößen 0 bis 0,2 mm
besteht.
5. Trockenmischung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mischung in Form von Beimengungen
Materialien enthält, die in der Lage sind, in etwa durch die
Wandung des Bauwerks hindurchtretenden Flüssigkeiten
enthaltene Schadstoffe durch physikalische und/oder
chemische Adsorption zurückzuhalten.
6. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der Mischung
zumindest bis zu ihrem Einbau hydrophob ausgerüstet sind.
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