Abdichten mit aufbereitetem Baggergut

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Dieter Amsel
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1 Abdichten mit aufbereitetem Baggergut Ergebnisse mehrjähriger Feldversuche in Hamburg Alexander Gröngröft, Katrin Tresselt, Klaus Berger, Carsten Harms & Günter Miehlich Institut für Bodenkunde der Universität Hamburg in Zusammenarbeit mit Behörde für Wirtschaft und Arbeit, Strom- und Hafenbau Ingenieurbüro Baggergut

3 Hintergrund der Untersuchung Jährlich müssen in Hamburg > 2 Mio. m3 gebaggert werden, davon sind knapp die Hälfte organogen-feinkörnig ( Schlick ) und mit Schadstoffen belastet. Um zu einer klimaunabhängigen Aufbereitung und Mengenreduktion des zu deponierenden des Baggerguts zu kommen, wurde die METHA entwickelt ist der Bau von zwei hügelförmigen Sedimentdeponien auf bestehenden Spülfeldern beschlossen worden. Die Deponien werden nach dem Stand der Technik gebaut, wobei als Dichtungsmaterial Schlick eingesetzt wird, da Laborversuche eine hohe Dichtigkeit ergeben hatten.

4 Zielsetzung der Untersuchung Der als mineralische Dichtung verwendetet Schlick weicht in seinen Materialeigenschaften erheblich von den Regelwerken ab. Geringe Lagerungsdichte und hohe Ausgangsfeuchten bedingen eine hohe Schrumpfgefährdung. Aus Laborversuchen und von anderen Feldversuchen konnte das Systemverhalten nicht sicher vorhergesagt werden. Feldversuche mit folgenden Hauptziele : 1. Quantifizierung der Durchsickerung einer Dichtung aus METHA-Schlick 2. Erfassung dichtungsinterner Prozesse 3. Erfassung des Wasserhaushalts zur Beurteilung der Wirksamkeit des Gesamtsystems.

5 Bau der Versuchsfelder Querschnitt durch die Versuchsfläche Standardfeld Austrocknungsfeld Mächtigkeit (m),1 1,1,3 1 m 2 m 1 m 1, 1,5,3 PEHD-Auffangwanne Bewuchs Rekultivierungsschicht humos Rekultivierungsschicht lehmig Wurzelsperre Entwässerungsschicht Schlickdichtung PEHD-Bahn

6 Längsschnitt durch unteren Bereich Versuchsfeld FS Testfeldbegrenzung FS1 FS2 FS3 FS4 Entwässerungsschicht humoser Oberboden lehmiger Unterboden Schlickdichtung PEHD-Bahn Wurzelsperre

7 Bau der Versuchsfelder

8 Bau der Versuchsfelder

9 Materialeigenschaften Versuchsfeld FS Rekultivierungsschicht Oberboden Unterboden Wurzelsperre Entwässerungsschicht Schlickdichtung Mächtigkeit (m),1 1,1,3 1, 1,5 Bodenart Sl3 Sl4 Sl4 msfs Uls Ton (Gew.%) Schluff (Gew.%) C organisch (Gew.%) 6,2,2,2,3 4,4 Trockendichte (g/cm 3 ) 1,5 1,78 1,82 1,58,89 Porenvolumen (Vol.%) Wassergehalt (Vol.%) Sättigungszahl,62,72,77,27,89 Wasserleitfähigkeit (m/s) ,5 1-1,

10 Messprogramm Messung der Abflüsse auf der Oberfläche auf der Wurzelsperre in der Entwässerungsschicht unter der Dichtung

11 Messprogramm Bodenhydrologische Messungen: Wassergehalt hydraulisches Potential Gasdruck Bodentemperatur

12 Messprogramm Meteorologische Messungen: Niederschlag, Lufttemperatur, rel. Luftfeuchte, Luftdruck Setzungsmessungen Probenahmen

13 Ergebnisse: Oberflächenabfluss Versuchsfeld FS 6 5 Niederschlag (DWD-Station) 4 mm/d Oberflächenabfluss 6 mm/d

14 Ergebnisse: Interflow und Dränschichtabfluss Versuchsfeld FS 1 8 Interflow auf Wurzelsperre mm/d Abfluss in Entwässerungsschicht mm/d

15 Ergebnisse: Interflow und Dränschichtabfluss Versuchsfeld FS 1 8 Interflow auf Wurzelsperre mm/d Abfluss in Entwässerungsschicht mm/d 1,5 1,,5, Mar Jun Sep Dec Mar Jun Sep Dec

16 Ergebnisse: Interflow und Dränschichtabfluss Versuchsfeld FS Wasserspannung innerhalb Wurzelsperre (hpa) 1 5 <.2,1,1 1 Abfluss auf Wurzelsperre (mm/d)

17 Ergebnisse: Durchsickerung Dichtschicht Versuchsfeld FS 6 Abfluss Entwässerungsschicht 4 mm/d 2 2 Durchsickerung Dichtschicht mm/d,6,5,4,3,2,1,

18 Ergebnisse: Wasserbilanz Versuchsfeld FS Jahressummen 1996 (mm) Niederschlag [ ] = DWD * (mm) 1998 (mm) 1999 (mm) [ 691 ] 2 (mm) 21 (mm) 22** (mm) [ 822 ] [ 1182 ] [ 48 ] Oberflächenabfluss Abfluss auf Wurzelsperre Abfluss Entwässerungsschicht Abfluss unter Dichtung Gesamtabfluss pot. Verdunstung ( n. Haude) akt. Verdunstung ca. 41 ca. 39 ca. 51 ca. 165 (aus Wasserbilanz) Wassergehaltsänderung ca. ca. ca. 18 ca.-18 Gesamtoutput ca. 74 ca. 82 ca. 1 ca. 66

19 Ergebnisse: Abflüsse Versuchsfeld FA mm/d mm/d mm/d mm Quartalsniederschlag Oberflächenabfluss, ,1 5, ,3 1,8 2 12,, ,3 178,5 22,2 165,8 Abfluss in der Entwässerungsschicht 519 Abfluss unter der Schlickdichtung Phase ,2 9 1,1 1,7 (,3) Phase 2 Phase 3 Phase 4 9,9 1,4 1, 1,8 1,5 7,4 27, 33, (121) ,5 62, , (5)

20 Ergebnisse: Durchsickerung Dichtschicht Versuchsfeld FA 5 4 Abfluss Entwässerungsschicht mm/d Durchsickerung Dichtschicht 1 mm/d 5 Oct Dec Feb Apr Jun Aug Oct Dec Feb Apr Jun 21 22

21 Ergebnisse: Dränschichtabfluss / Dichtschichtdurchsickerung FA 6 Abfluss in Entwässerungsschicht (mm/d) Durchsickerung Dichtschicht (mm/d)

22 Ergebnisse: Aufgrabung Dichtschicht FA,2,4,6,8 1, 1,2

23 Schlussfolgerungen 1 Mit einer dreilagig und unter baustellenpraktischen Bedingungen hergestellten Dichtung aus technisch aufbereitetem Hafenschlick kann eine Dichtung mit konstant hohe Funktionsfähigkeit (15-18 mm/a entsprechend k = 4 x 1-1 m/s) hergestellt werden. Die mineralische Dichtschicht erfüllt ihre Funktion nur in Kombination mit den übrigen Komponenten des Dichtungssystems: Bei FS zeigte sich, dass die relativ geringe Wasserleitfähigkeit der Entwässerungsschicht und die hohe Mächtigkeit als ein erheblicher Vorteil für den Erhalt der Gesamtfunktion anzusehen sind. Auch durch die Mächtigkeit der Rekultivierungsschicht wird die Gefahr der Durchwurzelung der Dichtung verringert, allerdings war die untersuchte Schicht deutlich zu stark verdichtet.

24 Schlussfolgerungen 2 Die starke Rissanfälligkeit des Dichtschichtmaterials konnte mit dem Versuchsfeld FA demonstriert werden: Innerhalb von zwei trockenen Sommern in Folge (1999 und 2) wurde diese durch einwachsende Wurzeln und damit verbundener Austrockung so stark geschädigt, dass die Wasserleitfähigkeit zunächst um 3 Zehnerpotenzen anstieg, um danach bei anhaltend hohem Wasseranfall wieder um 1 Zehnerpotenz sich zu vermindern. Eine Rückquellung des Materials mit der Wiederherstellung der günstigen Ausgangsbedingungen konnte daher nicht festgestellt werden.

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