Qualitätsanforderungen bei Neubauten von Wasserbehältern Abb. 1: Neubau des Wasser - behälters; im Hintergrund ein noch nicht instandgesetzter Altbehälter, während der Bauzeit versorgungswirksam in Betrieb Beim Neubau von Wasserbehältern kommt es immer wieder zu Problemen infolge von Planungsoder Ausführungsfehlern. Diese Fehler führen dann zu einem mangelbehafteten Wasserbehälter, der auf Grund von Undichtigkeiten oder Verkeimungen nicht betrieben werden kann. In diesen Fällen ist schon vor der Erstinbetriebnahme eine aufwändige Instandsetzung erforderlich. Die Kosten für die Instandsetzung eines neu errichteten Wasserbehälters lassen sich jedoch durch eine genaue Planung, Ausschreibung und Bauüberwachung sowie durch die Beauftragung fachkundiger Bauunternehmen vermeiden. Beispiele für exakte Planungsvorgaben und die Vorgehensweise bei der Vergabe an ein geeignetes fachkundiges Bauunternehmen sollen unter anderem am Beispiel des Projektes Neubau eines Wasserbehälters im Wasserwerk Ludwigsfelde gegeben werden (Abb. 1). Die Wasserbehälter des Wasserwerkes Ludwigsfelde des Wasserver- und Abwasserentsorgungszweckverbandes Region Ludwigsfelde (WARL) verfügten bisher über einen Nutzinhalt von 1.800 m³ in zwei Wasserbehältern (errichtet ca. 1936 und 1953). Der Nutzinhalt war auf Grund des höheren Verbrauchs durch Industrie- und Gewerbebetriebe in der Region Ludwigsfelde nicht mehr ausreichend. Daher wurde seitens des WARL die Erweiterung des Nutzinhaltes um 2.550 m³ auf 4.350 m³ durch den Neubau eines Wasserbehälters und die Anpassung der vorhandenen Behälter an die Anforderungen des DVGW- Arbeitsblattes W 300 beschlossen. Der neue Wasserbehälter mit einem Nutzinhalt von 2.550 m³ wurde auf Grund der Re - dundanz durch die vorhandenen Behälter mit nur einer Wasserkammer geplant. Da die vorhandenen Behälter nicht über ein Bedienungshaus verfügten, wurde ein gemeinsames Bedienungshaus für alle drei Wasserbehälter geplant und die Wasserbehälter damit zu einer gemeinsamen Behälteranlage zusammengefasst. Um Fehler bei der Planung und Ausführung von Wasserbehältern zu vermeiden, ist durch den fachkundigen Planer exakt vorzugeben, welche Baustoffe zur Ausführung kommen sollen und welche Qualitätsanforderungen einzuhalten sind. Im Zuge der Planung wurden daher z. B. exakte Vorgaben für die Betonrezeptur, das zu verwendende Schalungssystem und die Ausführung der Arbeitsfugen gemacht. Ein alleiniger pauschaler Verweis in den Ausschreibungsunterlagen auf Einhaltung des DVGW-Regelwerkes ist hier nicht ausreichend und erschöpfend. Nachfolgend werden einige dieser Vorgaben und mögliche Alternativen näher erläutert. Durch den Planer ist auch schon im Zuge der Erstellung der Ausschreibungsunterlagen für eine öffentliche Ausschreibung nach VOB/A festzulegen, welche Mindestanforderungen an die Bieter gestellt werden, damit das Angebot gewertet wird. Daher wurden genaue Kriterien als Grundvoraussetzung für die Wertung der Angebote formuliert, wie z. B. die Anzahl der Referenzen, die Größe der bisher errichteten Trinkwasserbehälter, die Erfahrungen 26
Abb. 2: Mit faltenfreier Schalungsbahn bespannte Schalung Quelle: p2m berlin GmbH beim Einsatz von saugender Schalung, Quantität, Qualität und Erfahrung des eigenen Personals, der Projektleitung usw. Die alleinige Forderung nach Nachweisen für WU-Stahlbetonbauwerke ist nicht ausreichend, denn Wasserbehälter stellen grundsätzlich höhere Anforderungen an das ausführende Unternehmen als z. B. Tiefgaragen oder Beckenbauwerke auf Kläranlagen, insbesondere was die hygienischen Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe betrifft. Im späteren Vergabeverfahren ist der wirtschaftlichste Bieter auszuwählen. Häufig führt dies dazu, dass der kostengünstigste, d. h. billigste Bieter beauftragt wird, da die genannten Mindestanforderungen nicht detailliert genug formuliert wurden. Denn eine nachträgliche Veränderung der vorab festgelegten Qualifikationskriterien ist gemäß VOB in diesem Stadium des Vergabeverfahrens nicht mehr zulässig. Bei dieser Vergabe wurden daher, auf Grund fehlender Qualifikation der Unternehmen hinsichtlich der gestellten Mindestanforderungen, Angebote nicht gewertet. Die Vergabe erfolgte daher nicht an den billigsten Bieter, sondern an den kostengünstigsten und fachlich geeigneten Bieter. Auch wenn durch genaue Planungsvorgaben und eine Vergabe an ein fachkundiges Unternehmen die Grundsteine für eine erfolgreiche Ausführung gelegt wurden, können im Zuge der Ausführung noch viele Fehler gemacht werden. Der Bauüberwachung und der Bauleitung des beauftragten Unternehmens obliegt es, dies zu erkennen und Maßnahmen zu ergreifen. Auch werden von ausführenden Unternehmen oft Verbesserungsvorschläge gemacht, die jedoch manchmal in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht nicht den Vorstellungen des Auftraggebers entsprechen. Hier ist genau zu prüfen, ob diese Verbesserungsvorschläge für den späteren Betreiber der Speicheranlage einen Vorteil darstellen oder nicht. Betonrezeptur Zur Vermeidung von Ausführungsfehlern wurde für alle Stahlbetonbauteile eine einheitliche Betonrezeptur unter Berücksichtigung der hygienischen Anforderungen gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 347 und W 270 vorgegeben. Hierdurch können Verwechslungen auf der Baustelle vermieden und Verkeimungsquellen durch nicht adäquate Betone in wasserberührten Bauteilen minimiert werden. Für die Betonrezeptur ist nach dem Minimierungsgebot vorzugehen daher waren bei diesem Bauvorhaben die Betonzusatzstoffe Typ 1 und Typ 2 (z. B. Flugasche) nicht zulässig. Als Betonzusatzmittel durften gemäß Ausschreibung nur nach DVGW-Arbeitsblatt W 270 und W 347 geprüfte Fließmittel (FM) und Verzögerer (VZ) eingesetzt werden, weitere Zusatzmittel waren nicht zulässig. Auf Grund der geringen Entfernung zum Transportbetonwerk konnte im Zuge der Ausführung auch der Einsatz von VZ vermieden werden. Als Zement wurde ein Hochofenzement (CEM III) mit niedriger Wärmeentwicklung (LH) vorgegeben, da die geringe Wärmeentwicklung zu geringeren Spannungen im Beton und damit zu einer Minimierung der Rissbildungsneigung führt. Nachteilig bei diesen LH-Zementen ist jedoch, dass das Sanierung und Beschichtung von Trinkwasserbehältern S.I.T.W Fachvereinigun g Fachvereinigung Schutz und Instandsetzung von Trinkwasserbehältern e.v. Weidenauer Straße 265 57076 Siegen Telefon 0271 4031-228 Telefax 0271 4031-333228 email kgarber@quast.de ZERTIFIZIERTES FACHUNTERNEHMEN NACH DVGW W 316-1! Bauunternehmen Siegen www.quast.de 27
Abb. 3: Porenarme Betonoberfläche durch drainierende Schalungsbahn Abb. 4: Wolkige Oberfläche auf den Wandflächen Sollprüfalter des Betons erst nach 56 Tagen erreicht wird. Die Ausschalfristen gemäß DIN 1045-3 wurden daher, und auf Grund der hohen Anforderungen an die trinkwasserberührten Bauteile, verdreifacht. Es muss jedoch schon im Zuge der Planung geprüft werden, ob die Verwendung eines Zementes mit höherer Wärmeentwicklung und schnellerer Festigkeitsentwicklung sinnvoll ist, wenn z. B. Betonagen in der kalten Jahreszeit erfolgen oder die Realisierungszeit des Projektes dies erfordert. Die Maßnahmen zur Gewährleistung der Qualität sind in diesen Fällen planungsseitig entsprechend anzupassen. Hinsichtlich der hygienischen Eignung der Gesteinskörnung für trinkwasserbenetzte Bauteile sind die Nachweise des Transportbetonwerkes nach DIN 1744-1, Abschnitt 14.2 Organische Verunreinigungen sowie nach DIN 1744-1, Abschnitt 15.1 Humusgehalt nach Auffassung der Autoren ausreichend. Des Weiteren kann auch ein Organikeintrag in den Freilagern der Transportbetonwerke nicht ausgeschlossen, jedoch auch nicht überprüft werden. Eine weitere Verunreinigungsquelle für den Transportbeton besteht in den verwendeten Lieferfahrzeugen, da eine vorhergehende Reinigung zwar ausgeschrieben und gefordert, aber nicht überprüft werden kann. Es wurden daher an die Liefermenge angepasste Rückstellproben als Würfel mit 15 cm Kantenlänge angefertigt. Des Weiteren sind Probekörper für die Prüfung der Wassereindringtiefe als Qualitätsnachweis angefertigt worden, die nach den Regelungen der ÜK 2 nicht vorgesehen sind. Für eine ÜK-2-Baustelle ist lediglich eine Anzahl von drei Probekörpern je 300 m³ Beton bzw. je drei Betoniertage (Prüfung der Druckfestigkeit) vorgesehen. Bei diesem Bauvorhaben wurde je ein Prüfwürfel je 100 m³ bzw. je Betoniertag angefertigt. Schalungssystem Die Schalung wurde explizit als neuwertige ungebrauchte und schalölfreie Schalung ausgeschrieben. Schalungsmaterial, das diesen Anforderungen nicht entspricht, durfte gemäß Leistungsverzeichnis nicht zum Einsatz kommen und auch nicht auf der Baustelle verbleiben. Die explizite Forderung nach einwandfreier Schalung ist zwingend erforderlich, da ansonsten die trinkwasserbenetzten Betonbauteile mit noch an der Schalung anhaftenden Schalölresten verschmutzt werden können und Verkeimungsprobleme auftreten. Die Scha - lungsanlieferung und -verwendung auf der Baustelle wurde daher genau überwacht und die Bauüberwachung hätte bei Abweichungen von der geforderten Qualität unmittelbar entsprechende Maßnahmen ergreifen können. Als Oberflächensystem kam eine drainierende Schalungsbahn zum Einsatz (Abb. 2). Die drainierende Schalungsbahn durfte auf Grund der schlechteren Wasserabführung bei nochmaligem Einsatz wie auch wegen möglicher Verunreinigungen bei Lagerung auf der Baustelle nur einmal verwendet werden. Diese Schalungsbahnen sind zur Herstellung porenarmer Oberflächen besonders geeignet. Die verwendete Schalungsbahn wies auch die erforderlichen Prüfzeugnisse nach DVGW-Arbeitsblatt W 270 und KTW auf. Des Weiteren wird durch diese Schalungsbahnen eine Optimierung des w/z-wertes im oberflächennahen Bereich erzielt (Abb. 3). Eine besonders exakte Ausführung muss bei dem Einsatz drainierender Schalungsbahnen bei Ausführung der Stöße und des unteren Wandabschlusses erfolgen. Hier muss auf Seiten des ausführenden Unternehmens auch eine entsprechende Erfahrung in der Anwendung vorhanden sein, da es ansonsten zu einem Ausbluten des Betons im unteren Randbereich und damit einhergehender Haufwerksporigkeit führt. Ein probates Mittel zu Minimierung dieser Ausblutungen bestand in dem Einbau von kompressiblen Dichtungsbändern zwischen Schalung und Schalungsbahn. Hierdurch wurden die zulässigen Fertigungstoleranzen im Betonbau gut ausgeglichen. Dennoch festgestellte Fehlstellen oder Poren auf der Betonoberfläche sind vor Inbetriebnahme mit einem nach DVGW-Arbeitsblatt W 347 und W 270 geprüften und geeigneten mineralisch anorganischen Mörtel ausgebessert worden. Da die Anforderungen an eine porenarme Oberfläche nicht durch die Sichtbetonklassen des DBV-Merkblattes Sichtbeton abgedeckt werden, sind die Anforderungen an die Ausführung ausführlich zu beschreiben. Um späteren Unstimmigkeiten aus dem Weg zu gehen, wurde die Ausführung einer Musterfläche vereinbart, deren Qualität als Sanierung von Trinkwasserbehältern mit Qualität Das kostengünstige Sanierungskonzept für schadhafte Untergründe in Trinkwasserbehältern Eckart Flint, Inhaber»Wir sanieren Behälter so, dass die nächste Generation noch davon profitiert.«flint Bautenschutz GmbH Sichterheidestraße 31-33 32758 Detmold Tel (052 31) 96 09-0 Fax (052 31) 661 02 www.flint.de info@flint.de 28
verbindliche Oberflächenqualität für alle weiteren Bauteile gilt. Die wolkige Farbgebung der Oberfläche ist systembedingt und stellt keinen Mangel dar (Abb. 4). Bei der Verwendung von drainierenden Schalungsbahnen durch die ausführenden Unternehmen wird, wenn nicht wie hier in den Ausschreibungsunterlagen explizit ausgeschlossen, häufig auch zusätzlich Schalöl eingesetzt. Die Reinigung der Schalung ist ansonsten sehr aufwändig, da ein Abdruck der Schalungsbahn auf der Schalung anhaftet. Hier sind exakte Kontrollen durch die örtliche Bauüberwachung erforderlich, um dies sicher zu verhindern. Fugenkonstruktion Bei diesem Bauvorhaben sind verschweißte Fugenblechkonstruktionen für Arbeitsfugen aus unbeschichtetem Schwarzstahl mit Aufkantungen aus Streckmetall zur Ausführung gekommen. Diese erfordern zwar einen hohen Arbeitsaufwand bei der Verlegung und Betonage (Abb. 5). Andererseits sind diese Fugenbleche sehr eigenstabil und führen auch bei den zulässigen Fertigungstoleranzen der Bewehrungsarbeiten zu guten Ergebnissen. Die Anwendungsbereiche für diese Fugenbleche sind eindeutig in der DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie), Abschnitt 10.2 geregelt. Dies gibt sowohl dem Bauherrn, dem Planer als auch dem ausführenden Unternehmen Sicherheit bei der Auswahl des Systems. Die Systeme sind auch in hygienischer Hinsicht unbedenklich, da keine organischen Anteile enthalten sind. Kommt es bei der Betonage zu Fehlstellen im Bereich der Aufkantung, so kann die Streckmetall-Aufkantung aufgeschnitten und die Fehlstelle im 2. Betonierabschnitt aufgefüllt werden, ohne dass es zu einer negativen Beeinflussung des Tragverhaltens führt. Es wurden alternative Fugenkonstruktionen durch die ausführenden Unternehmen als Nebenangebot angeboten. Hier sollte ein beschichtetes Fugenblech ohne Aufkantung oder ähnliche Produkte zum Einsatz kommen. Eine Prüfung nach den Anforderungen des DVGW-Arbeitsblattes W 270 lag jedoch nicht vor die fehlende Prüfung wird damit herstellerseitig begründet, dass die Fugenbleche nicht in Kontakt mit dem gespeicherten Wasser kommen und somit eine Prüfung nicht erforderlich ist. Da die Fugenbleche eingebaut werden, um damit einen Wasseraustritt in der Arbeitsfuge zu verhindern, sollte diese Argumentation hinterfragt werden. Des Weiteren binden quellfähig beschichtete Fugenbleche häufig nur minimal, d. h. im Bereich der Betonüberdeckung der Bewehrung, ein. In verschiedenen Fällen beträgt die Einbindung in die Sohle nur ca. 30 mm (min c) bis ca. 45 mm (nom c). Da die Fugenbleche unter Baustellenbedingungen verlegt werden, ist es jedoch zweifelhaft, ob die herstellerseitig geforderten Mindesteinbindetiefen für die Fugenbleche durch das ausführende Unternehmen eingehalten werden können. Durch den Vergleich der Systeme wird deutlich, dass die unbeschichteten Fugenbleche mit Aufkantung für den Neubau von Wasserbehältern deutliche Vorteile für alle am Bau Beteiligten bieten. Beschichtete Fugenbleche sind sicherlich für andere WU-Bauwerke, z. B. in Klärwerken, ein probates Mittel, um wasserundurchlässige Arbeitsfugen herzustellen. Lufttechnische Ausrüstung Die technische Ausrüstung ist neben der Stahlbetonkonstruktion der Hauptbestandteil eines Wasserbehälters. Auch hier sind die erforderlichen Prüfzeugnisse bzw. Bauartzulassungen nach DVGW abzufordern. Eine besonders exakte Planung erfordert die Be- und Entlüftung der Wasserkammern. Daher wird auf diesen Bestandteil der technischen Ausrüstung detaillierter eingegangen. Die Forderung des DVGW- Arbeitsblattes W 300 nach einer keimfreien Be- und Entlüftung wurde in o. a. Bauvorhaben durch den Einsatz von Luftfiltern erfüllt. Jede Wasserkammer wurde mit einem eigenen Luftfilter ausgerüstet, sodass vagabundierende Luftströme und damit der Transport von Keimen zwischen den Wasserkammern ausgeschlossen werden können. Die Luftfilter selbst wurden mit Feinstaubfiltern, Klasse F 7 nach EN 1822, und Schwebstofffiltern der Klasse H 13 Abb. 5: Fugenblech mit Aufkantung vor der Betonage nach EN 1822 ausgerüstet. Bei diesem Bauvorhaben und den zu berücksichtigenden umliegenden Emissionsquellen kann mit den verwendeten Filterklassen eine ausreichende Reinigung der Luft gewährleistet werden. Bei höheren Belastungen der Luft durch die Umgebung, wie z. B. Straßen und Industrie, ist zu prüfen, ob die Anforderungen an die Luftfilterung nicht verschärft werden müssen. Hier kann z. B. der zusätzliche Einsatz von Aktivkohlefiltern erforderlich werden. Bei der Auswahl der Luftfiltereinsätze ist darauf zu achten, dass keine Holzrahmen und Papierfilter für die Filterzellen verwendet werden dürfen, die auf Grund der hohen Luftfeuchtigkeit zur Schimmelbildung neigen könnten. Daher kamen Rahmen aus Edelstahl 1.4571 zur Anwendung. Das Eindringen von Luft über die Überlaufleitung wird durch einen Siphon zuverlässig verhindert. Denn Rückschlagklappen, die eine 100-prozentige Dichtwirkung für gasförmige Medien und eine Öffnung bei einer geringen Wassersäule gewährleisten, sind auf dem Markt bisher nicht verfügbar. Um stagnierendes Wasser auszuschließen, sind die Überläufe mit einer Bohrung unterhalb des maximalen Betriebswasserpegels ausgeführt worden, die bei jeder Befüllung der jeweiligen Wasserkammer einen Zulauf in den Siphon und damit einen Austausch des Wassers gewährleisten. Ingenieurbau Betoninstandsetzung Trinkwasserbehälter Tiefgaragen Brücken Sonderbauwerke Josef Pfaffinger Bauunternehmung GmbH Wiener Str. 35 94032 Passau Tel 0851 3 90-0 Fax 0851 3 90 29 www.pfaffinger.com info@pfaffinger.com 29
Kosten Der Auftraggeber steht häufig vor der Entscheidung Neubau oder Instandsetzung des Trinkwasserbehälters. Grundvoraussetzung hierfür ist natürlich, dass das vorhandene Speichervolumen ausreichend (gem. DVGW-Arbeitsblatt W 300) bemessen wurde. Das war bei vorliegendem Beispiel nicht der Fall. Erfahrungsgemäß liegen die spezifischen Kosten bei einem Neubau als unbeschichtete Stahlbetonkonstruktion zwischen 450 und 600 je m³ Speichervolumen. Für eine Instandsetzung mit einem rein mineralisch-anorganischen Mörtel liegen die spezifischen Kosten bei ca. 100 bis 200 /m³ Speichervolumen. Sofern also vorhandene Behälter nicht massiv geschädigt sind und eine Instandsetzung durch den Einbau zusätzlicher Bewehrung o. ä. Maßnahmen sehr aufwändig durchgeführt werden muss, ist also eine Instandsetzung in den meisten Fällen wirtschaftlicher als der Neubau eines Wasserbehälters. Fazit Ein erfolgreicher Neubau eines Trinkwasserbehälters setzt eine detaillierte und fachlich fundierte Planung unter Berücksichtigung der Anforderungen des geltenden Normen- und Regelwerkes voraus. Zur Planung gehört ebenfalls die exakte Vorgabe des Bauablaufes. Die ausführenden Firmen müssen ausreichend fachliche und handwerkliche Erfahrungen mit Trinkwasserbehältern vorweisen und die Planung auf der Baustelle umsetzen können. Der dritte Beteiligte für eine erfolgreiche Projektabwicklung ist der Auftraggeber, der bereit sein muss, die erforderlichen Mittel zu investieren und nicht die Qualität zugunsten der Kosten zu reduzieren. Denn die Einhaltung der hohen Qualitätsanforderungen für Trinkwasserbauwerke bedingt höhere Investitionskosten als z. B. die Errichtung eines Regenspeicherbeckens. Literatur: DVGW-Arbeitsblatt W 270 Vermehrung von Mikroorganismen auf Werkstoffen für den Trinkwasserbereich Prüfung und Bewertung. DVGW-Arbeitsblatt W 300 Wasserspeicherung Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserbehältern in der Trinkwasserversorgung. DVGW-Arbeitsblatt W 347 Hygienische Anforderungen an zementgebundene Werkstoffe im Trinkwasserbereich Prüfung und Bewertung. DIN 1045-1 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. Teil 1: Bemessung und Konstruktion. DIN 1045-2 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. Teil 2: Beton: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität. DIN 1045-3 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. Teil 3: Ausführung. DIN 50930-6 Korrosion metallischer Werkstoffe im Innern von Rohrleitungen, Behältern und Apparaten bei der Korrosionsbelastung durch Wasser. Frenz, P. (2009): Hygienische Anforderungen an Ortbeton für Trinkwasserspeicher. In: DVGW energie wasser-praxis 06/2009: 32 ff. Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Verkehr und Technologie (2002): Das wirtschaftlichste Angebot Hinweise zur richtigen Wertung im Vergabeverfahren. Autoren: Dipl.-Ing. Hendrik Rösch p2m berlin GmbH Fasanenstr. 7-8 10623 Berlin Tel.: 030 74735-241 Fax: 030 74735-414 E-Mail: hendrik.roesch@p2mberlin.de Internet: www.p2mberlin.de Dipl.-Ing. Gabriele Franke pbv potsdam GmbH Schlaatzweg 1a 14473 Potsdam Tel.: 0331 27752-87 Fax: 0331 27752-99 E-Mail: gabriele-franke@pbvpotsdam.de Internet: www.pbvpotsdam.de n wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft 30