Themen. Dichtungssysteme

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1 DWA- Themen DWA-Arbeitsgruppe WW-7.3 "Dichtungssysteme in Deichen" Dichtungssysteme in Deichen April 2005 ISBN Herausgeber/ Vertrieb: Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. Theodor-Heuss-Allee 17. D Hennef. Tel.: + 49 (0) 22 42/ Fax: + 49 (0) 22 42/ info@dwa.de. Internet:

2 Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, DWA, ist in Deutschland Sprecher für alle übergreifenden Wasserfragen und setzt sich intensiv für die Entwicklung einer sicheren und nachhaltigen Wasserwirtschaft ein. Als politisch und wirtschaftlich unabhängige Organisation arbeitet sie fachlich auf den Gebieten Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall und Bodenschutz. In Europa ist die DWA die mitgliederstärkste Vereinigung auf diesem Gebiet und nimmt durch ihre fachliche Kompetenz bezüglich Normung, beruflicher Bildung und Information der Öffentlichkeit eine besondere Stellung ein. Die rund Mitglieder repräsentieren die Fachleute und Führungskräfte aus Kommunen, Hochschulen, Ingenieurbüros, Behörden und Unternehmen. Der Schwerpunkt ihrer Tätigkeiten liegt auf der Erarbeitung und Aktualisierung eines einheitlichen technischen Regelwerkes sowie der Mitarbeit bei der Aufstellung fachspezifischer Normen auf nationaler und internationaler Ebene. Hierzu gehören nicht nur die technisch-wissenschaftlichen Themen, sondern auch die wirtschaftlichen und rechtlichen Belange des Umwelt- und Gewässerschutzes. Impressum Herausgeber/Vertrieb: Satz und Druck: DWA Deutsche Vereinigung für DPS Vasen, Hennef Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. Theodor-Heuss-Allee 17 D Hennef Tel / ISBN Fax: 02242/ vertrieb@dwa.de Internet: Gedruckt auf 100 % Recyclingpapier. DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v., Hennef 2005 Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieser Publikation darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen werden. Die wissenschaftliche Richtigkeit der Texte, Abbildungen und Tabellen unterliegt nicht der Verantwortung des Herausgebers. 2 DWA April 2005

3 Vorwort Bestätigt durch Fachleutebefragung in den betroffenen Gremien der technisch-wissenschaftlichen Vereinigungen Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. (DWA), Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.v. (DGGT) und Hafenbautechnische Gesellschaft e.v. (HTG) war vor dem Hintergrund technischer Weiter- und Neuentwicklung von Bauprodukten und Bauweisen eine Überarbeitung der DVWK-Merkblätter Nr. 215/1990: Dichtungselemente im Wasserbau Nr. 221/1992: Anwendung von Geotextilien im Wasserbau Nr. 223/1992: Asphaltdichtungen für Talsperren und Speicherbecken Nr. 225/1992: Anwendung von Kunststoffdichtungsbahnen im Wasserbau und für den Grundwasserschutz Nr. 237/1996: Deponieabdichtungen in Asphaltbauweisen dringend erforderlich. Hierzu wurde im Juli 2002 der Fachausschuss/Arbeitskreis "Dichtungssysteme im Wasserbau" unter kooperativer Obmannschaft als Fachausschuss WW-7 im DWA bzw. als Arbeitskreis AK-5.4 in der DGGT mit paralleler Anbindung an die Arbeitsgremien der HTG gegründet. Hierdurch wird den sich bei diesem Thema überschneidenden Arbeitsfeldern von DWA, DGGT und HTG Rechnung getragen. Der Fachausschuss/Arbeitskreis begann seine Arbeit unmittelbar in zwei Untergruppen/Arbeitsgruppen WW-7.1 Innen-/Untergrunddichtungen (Leitung: Dr.-Ing. Kleist) WW-7.2 Oberflächendichtungssysteme (Leitung: BOR Dipl.-Ing. Fleischer) Auf der Basis aktueller Erkenntnisse, besonders aus der Katastrophenflut im Elbegebiet im August 2002, dass viele Deiche der Belastung nicht standhielten oder akut in ihrer Standsicherheit gefährdet waren, müssen sehr viele Deiche kurzfristig ertüchtigt oder ggf. neu gebaut werden. Aufgrund der hierdurch gegebenen Aktualität wurde der Fachausschuss WW-7 / AK-5.4 beauftragt, das Spezialthema "Dichtungssysteme in Deichen" in einer zusätzlich zu gründenden weiteren Untergruppe vorrangig zu bearbeiten, um zügig für die Praxis ein Werk herauszubringen, das sich speziell mit den Dichtungssystemen in Deichen befasst und jüngste Erfahrungen aus Erkundung, Entwurf und Bauausführung berücksichtigt. Da das DVWK-Merkblatt 210 "Flussdeiche" zur Zeit vom DWA-Fachausschuss WW-4 "Talsperren und Flusssperren" (Obmann: Prof. Dr.-Ing. Th. Strobl) in der Arbeitsgruppe WW-4.3 überarbeitet wird, wurde der vorliegende Text zu Dichtungssystemen in Deichen zwischen den Fachausschüssen WW-4 und WW-7 abgestimmt, um bei der Neufassung des Merkblattes 210 auf das WW-7.3-Werk direkt zurückgreifen zu können. DWA April

4 Bei der Erstellung des Berichtes haben die folgenden Mitglieder in der Arbeitsgruppe WW-7.3 "Dichtungssysteme in Deichen" mitgewirkt: Dipl.-Ing. Eckehard Bielitz Dipl.-Ing. Jens Breitenstein BOR Dipl.-Ing. Petra Fleischer Dr.-Ing. Jörg Franke Dipl.-Ing. Ronald Haselsteiner Prof. Dr.-Ing. Georg Heerten Akad. Dir. Dr.-Ing. Dirk Heyer Prof. Dr.-Ing. habil. H.-B. Horlacher Dr.-Ing. Frank Kleist Dipl.-Ing. Christian Schmutterer Dr.-Ing. Barbara Tönnis Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen, Pirna RMD Wasserstraßen GmbH, München Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), Karlsruhe IGB Ingenieurgesellschaft mbh, Hamburg TU München, Lehrstuhl für Wasserbau und Wasserwirtschaft, München Naue GmbH & Co. KG, Espelkamp TU München, Zentrum Geotechnik, München (Sprecher) TU Dresden, Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik, Dresden Ingenieurbüro SKI, München Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen, Pirna Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbh, Bad Vilbel Dresden/Lübbecke, im Dezember 2004 Prof. Dr.-Ing. H.-B. Horlacher (Obmann für DWA) Prof. Dr.-Ing. G. Heerten (Obmann für DGGT/HTG) 4 DWA April 2005

5 Inhalt Vorwort 3 Abbildungsverzeichnis 6 Tabellenverzeichnis 7 1 Einführung 8 2 Erkundung von Deich und Untergrund Allgemeines Zustandserfassung und Erkundungsziele Aufschlüsse Grundwasserverhältnisse Geophysikalische Verfahren zur Erkundung 12 3 Einwirkungen auf Dichtungen in Deichen Beschreibung von Einwirkungen und Zuordnung zu den Lastfällen der DIN Einflüsse auf die Wahl und Bemessung von Dichtungssystemen 14 4 Anforderungen an Dichtungen und Auswahl-kriterien Permittivität Weitere Anforderungen Auswahlkriterien für Dichtungen 17 5 Anordnung von Dichtungen in Deichen 18 6 Wasserseitige Oberflächendichtungen Allgemeines Mineralische Dichtungen Geosynthetische Tondichtungsbahnen 22 7 Innenliegende Dichtungselemente Allgemeines Spundwand Einphasenschlitzwand Schmalwand Bodenvermörtelung 26 DWA April

6 8 Maßnahmen bei hydraulisch ungünstiger Untergrundbeschaffenheit Allgemeines Landseitiger Auflastfilter Abdichtung des Vorlandes Vollkommene/Unvollkommene Abdichtung des Untergrundes Verringerung der Durchlässigkeit des Untergrundes Landseitiger Sickerschlitz (Entlastungsschlitz) 29 9 Fallbeispiele Mineralische Oberflächenabdichtung Oberflächendichtung mit geosynthetischer Tondichtungsbahn Spundwand Schmalwand Fräs-Misch-Injektions-Verfahren MIP-Verfahren 40 Literatur 43 Abbildungsverzeichnis Abbildung 3.1: Sickerlinie bei fallendem Wasserstand 15 Abbildung 6.1: Deichquerschnitt mit mineralischer Dichtung 21 Abbildung 6.2: Deichquerschnitt mit geosynthetischer Tondichtungsbahn 22 Abbildung 9.1: Elbdeich bei Riesa 30 Abbildung 9.2: Deichbruch und Kolk nach Ablaufen der Hochwasserwelle in der Elbe 31 Abbildung 9.3: Instand gesetzter Deich luftseitig (links) und wasserseitig (rechts) 31 Abbildung 9.4: Kinzigdeiche mit GTD 32 Abbildung 9.5: Verlegte GTD-Bahnen vor dem Aufbringen der Deckschichten 33 Abbildung 9.6: Verlegte GTD-Bahnen mit Deckschichten 33 Abbildung 9.7: Hochwasserschutz Aiterach, Stadt Straubing, Bayern 34 Abbildung 9.8: Winterdeiche an Rhein und Main 35 Abbildung 9.9: Vorlaufgraben und Schmalwandgerät im Einsatz 36 Abbildung 9.10: Rüttelbohle mit Trägergerät 36 Abbildung 9.11: Deich an der Mangfall 37 Abbildung 9.12: Vorbereitetes Arbeitsplanum für Dichtwand und bereit gestellte Stahlträger 38 Abbildung 9.13: Herstellung der FMI-Wand 39 Abbildung 9.14: Deich an der Donau 40 6 DWA April 2005

7 Abbildung 9.15: Lage der Entspannungsschlitze 41 Abbildung 9.16: Einbau von Sickerschlitzen in die bestehende Oberflächendichtung 42 Abbildung 9.17: Einbau der MIP-Wand 42 Tabellenverzeichnis Tabelle 3.1: Übersicht Lastfälle Tabelle 5.1: Wirksamkeit verschiedener Dichtungen dargestellt anhand der stationären Durchströmungszustände DWA April

8 1 Einführung Der vorliegende Bericht behandelt aus aktuellen Gründen das Thema der Dichtungssysteme in Deichen. Kennzeichnend für Dichtungssysteme in Deichen ist, dass sie nur zeitweilig eingestaut sind. Ziel des Berichts ist es, eine Hilfestellung bei der Planung und Ausführung von Dichtungssystemen bei Deichbaumaßnahmen im Rahmen des Hochwasserschutzes an den Fließgewässern in Deutschland zu geben, wobei das Dichtungssystem aus der Dichtung an sich und den zusätzlichen angrenzenden Drän-, Filter- oder Schutzschichten besteht. Es werden zunächst eingehend Art und Umfang der geotechnischen Erkundung behandelt. Neben den konventionellen Aufschlussverfahren sind Hinweise zu geophysikalischen Erkundungsmethoden enthalten. Im Weiteren werden die für die Auswahl und Bemessung von Dichtungssystemen bei Deichbaumaßnahmen relevanten Einwirkungen und die daraus resultierenden Lastfälle angesprochen sowie Ausführungsbeispiele beschrieben. Einen Schwerpunkt des Berichts bildet die Behandlung von wasserseitigen und von innenliegenden Dichtungen. Bei den wasserseitigen Dichtungen werden mineralische Dichtungen und geosynthetische Tondichtungsbahnen unterschieden. Zu den innenliegenden Dichtungen zählen u. a. Spundwände, Schlitzund Schmalwände sowie Bodenvermörtelungen. Im Bericht werden die deichbauspezifischen Eigenschaften der Dichtungssysteme diskutiert. Darüber hinaus erfolgt eine Beschreibung unterschiedlicher Anordnungen von Dichtungen im Deich und Untergrund sowie möglicher Verbesserungsmaßnahmen des Untergrundes. Erosions- und Suffosionserscheinungen im Deichuntergrund und Sohlaufbrüche im Deichhinterland sind eine häufige und kritische Gefahrenquelle, so dass neben dem Deich an sich auch dem Untergrund und seiner ggf. erforderlichen Verbesserung ein besonderes Augenmerk geschenkt werden muss. In den vergangenen Jahren sind eine Vielzahl mobiler Hochwasserschutzsysteme entwickelt worden, die auch auf Deichkronen zum Einsatz kommen können. Die daraus resultierenden zusätzlichen statischen Belastungen und veränderten hydraulischen Gegebenheiten sind bei der Planung von Deichen zu berücksichtigen. Die Aufnahme und Abtragung der auf ein mobiles Hochwasserschutzsystem wirkenden Kräfte und der damit erzeugten Momente sind nachzuweisen. Dabei ist auch die Gesamtstandsicherheit des Deiches zu betrachten. Die konstruktiven Elemente zur Befestigung oder Lagerung von mobilen Hochwasserschutzsystemen sind so zu gestalten, dass sie die Funktionsfähigkeit des Deiches nicht beeinträchtigen. In diesem Bericht werden mobile Hochwasserschutzsysteme ausgenommen. Detaillierte Hinweise zu dieser Thematik enthält das Merkblatt 6 des Bundes der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau (BWK) e.v. Mobile Hochwasserschutzsysteme, Grundlagen für Planung und Einsatz [1]. Im vorliegenden Bericht wird die Notsicherung von Deichen im Zuge von Hochwasserereignissen und deren Wiederinstandsetzung ebenfalls nicht behandelt. Auch sind die Qualitätssicherung und Bauüberwachung von Deichbaumaßnahmen nicht Gegenstand dieses Berichts. Daher bleibt die Kenntnis und Beachtung weiterer insbesondere auch deichspezifischer Regelwerke wie DIN [10] und das DVWK- Merkblatt 210 Flussdeiche [11] von dem hier vorliegenden Bericht über Dichtungssysteme in Deichen unberührt. 8 DWA April 2005