Projekt 20949/01

Entwicklung und modellhafte Erprobung von durch Grabenfrästechnik geschaffenen (Kern-) Dichtungen aus Bindemitteln auf der Basis von Braunkohlefilteraschen (BFA) für Deichkörper des Hochwasserschutzes

Projektdurchführung

GEOTOP GbR Gesellschaft für Baugrund-& Umweltuntersuchungen
Hönower Str. 35
10318 Berlin

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im technischen Hochwasserschutz bestehen Defizite hinsichtlich geeigneter ökonomisch tragfähiger Vertikalabdichtungssysteme zur Erhöhung der Standsicherheit von Deichkörpern. Evident wird dieses Prob-lem vornehmlich an Standorten mit organogenen Böden (Torfe, Mudden, z. T. Auelehme) im Untergrund, an denen Deichbrüche infolge von Hochwasserereignissen gehäuft vorkommen. Ziel des Projektes war es, die mobile Grabenfräs-Schlitzwand-Technologie als ein Verfahren zum Einbau von Vertikaldichtungen in Deichkörpern zu erproben, um damit eine innovative technische Lösung zur Erhöhung der Stabili-tät von Deichen anzubieten. Als Dichtungsmaterial wurde ein neuartiges Recyclingprodukt aus Braunkohlefilteraschen, das BFA-Bindemittel, eingesetzt, da dieses umweltverträglich und ressourcenschonend ist sowie optimale Eigenschaften für das Einbauverfahren aufweist.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenArbeitsschwerpunkte der 1. Phase waren Analyse und Optimierung des Dichtwandmaterials (Kooperationspartner IVU mbH) sowie Entwicklung und Erprobung des Grabenfräs-Schlitzwand-Verfahrens (Kooperationspartner MBV): Durch Laborversuche wurden strukturelle Eigenschaften, Baustoffparameter sowie Umweltverträglichkeit von Bindemitteln aus Aschen unterschiedlicher Herkunft bzw. Herstellung untersucht. Anhand der Ergebnisse erfolgte die Auswahl des Lippendorf-Bindemittels für den Einsatz als Dichtwandmaterial und seine verfahrenstechnische Optimierung bezüglich der Einbaubarkeit. Im Rahmen eines Modellversuchs am Standort Beuna wurde die Einbautechnologie erprobt: Mittels mobiler Grabenfräs-Schlitzwand-Technik wurde eine Vertikaldichtwand in den Untergrund eingebaut und ein wasserdichtes Becken aus reinen BFA-Bindemitteln errichtet. Das Ergebnis sollte ausführlich in einer Dokumentation dargestellt werden. Außerdem wurden Standortanalysen zu Beuna und zu potentiellen Projektgebieten an Oder und Mulde der Projektphasen 2 und 3 erarbeitet.
In der 2. Phase sollte die Technologie im Rahmen einer Deichsanierung oder eines Deichneubaus angewendet werden. Hierzu wurden Untersuchungen an der Oder (Neuzeller Niederung), am Wustrauer Rhin und im Lödderitzer Forst durchgeführt. Weitere potentielle Standorte für den Einsatz des BFA-Bindemittels und/oder des Verfahrens wurden im Einzugsgebiet der Elbe eruiert. Bisher konnte jedoch kein zeitnaher Pilotstandort zum Einsatz des BFA-Bindemittels bzw. des Verfahrens gefunden werden.


Ergebnisse und Diskussion

Das mobile Grabenfräs-Schlitzwand-Verfahren ist eine geeignete Technologie, um vertikale Dichtwände von ca. 60 cm Breite bis ca. 3,5 m Tiefe anzulegen. Dabei können am Tag relativ große Entfernungen (bis zu 100 m) zurückgelegt werden. Der zeitlich begrenzende Faktor stellt die Lieferung des Dichtwandmaterials dar.
An größeren Flüssen sind meist größere Dichtwandtiefen gefordert, sofern Dichtwände eingebaut werden (siehe Neuzeller Niederung). Aus diesem Grund sind kleinere Flüsse für dieses Verfahren interessanter. An kleineren Flüssen wird jedoch meist auf das Einbringen von Vertikaldichtwänden aus Kostengründen verzichtet. An den wenigen Standorten, wo Vertikaldichtwände tatsächlich geplant sind (wie Wustrauer Rhin), erlauben die Standortbedingungen nicht den Einsatz schwerer Technik und stellen somit ein Ausschlußkriterium für das Verfahren von Geotop dar.
Als Stützfuß-Dichtwand sind lediglich Bereiche interessant, bei denen Altarme mit hydromorphen Böden im Untergrund überbrückt werden müssen (z. B. Lödderitzer Forst). Die Ausstreckungen dieser hydromorphen Bodenrelikte sind jedoch meistens nicht besonders groß, so dass der vermeintliche Vorteil des Einbaus von Dichtwänden mit großer Erstreckung ökonomisch betrachtet nicht zum Tragen kommt. Die relativ hohen Kosten für den Transport und das Einrichten der Grabenfrästechnik erhalten damit eine höhere Gewichtung und schlagen sich so in höhere Kosten für den laufenden Dichtwand-Meter nieder. In diesen Fällen ist wahrscheinlich der Einsatz eines Löffelbaggers günstiger, auch wenn die Wandungen nicht durch einen Schleppverbau gesichert werden können.
Das BFA-Bindemittel als Dichtwandmaterial stellt eine ressourcenschonende, CO2-mindernde Alternative zu anderen Materialien dar. Besonders gegenüber Bindemitteln auf Kalkzementbasis sind BFA-Bindemittel klar im Vorteil. Neben dem direkten Einsatz als Dichtwandmaterial ist auch die Herstellung eines BFA-Betons möglich. BFA-Beton kann im Bindemittelwerk selbst oder über Beton-Mischfahrzeuge hergestellt werden. Hierzu hat GEOTOP eine Rezeptur entwickelt. Auch wenn die baustofflichen Eigenschaften schlechter sind, als die von reinen BFA-Bindemitteln, sind diese Eigenschaften jedoch für den technischen Hochwasserschutz vollkommen ausreichend. Dafür ist BFA-Beton kostengünstiger als die Verwendung des reinen BFA-Bindemittels - außerdem ist eine Verarbeitung auch außerhalb des Werkes möglich.
Neben den sehr guten baustofflichen Eigenschaften kann den BFA-Bindemitteln auch eine gute Umweltverträglichkeit attestiert werden. Aufgrund des einzuhaltenden Konformitätskriteriums sind derzeit jedoch nur BFA-Bindemittel auf der Basis von Braunkohlenfilteraschen des Kraftwerkes Lippendorf herstellbar. Ein Nachteil hierbei besteht jedoch darin, dass die Lieferung der Ausgangsaschen in das Bindemittelwerk in Beuna (bei Merseburg) bereits Kosten verursacht.
Die Verwendung von BFA-Trockenbindemitteln ist auch für mixed-in-place-Verfahren geeignet. - z. B. das Bohrschneckenverfahren der Firma BAUER oder das FMI-Verfahren der Firma Sidla & Schönberger.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Zum Verfahren und zur Bindemittelherstellung wurde eine Präsentations-DVD hergestellt. Diese wurde u. a. vor der Arbeitsgruppe Dichtwände im Hochwasserschutz der ATV-DVWK (jetzt DWA) im August 2004 vorgestellt. Im neuen Merkblatt zum technischen Hochwasserschutz wird auf die Anwendbarkeit von Braunkohlenfilteraschen für Vertikal- und Oberflächenabdichtungen eingegangen.
Während der Weltaschekonferenz im September 2004 in Zakopane wurde von Herrn Sieburg ein Vortrag gehalten und in diesem Zusammenhang ebenfalls die DVD gezeigt. Vortrag und DVD sind auf großes Interesse gestoßen. Dies kann als Meilenstein zumindest für die Vermarktung des Verfahrens zur Bindemittelherstellung gesehen werden - inzwischen ist die Errichtung eines Werkes in Polen in Planung.
Im September 2004 wurde das Forschungsprojekt während der VBGU-Tagung in Rüdersdorf vorgestellt (Vortrag + DVD). Zur GeoLeipzig im März 2005 wurde ein Poster zu unserem Forschungsprojekt präsentiert. Die terra-tec in Leipzig 2004 sowie die Messe Aqua alta in München 2005 dienten der Vorstellung des Projektes in bilateralen Gesprächen mit Messeteilnehmern.
Das von Geotop entwickelte Verfahren wurde als Patent beim Deutschen Patentamt angemeldet.


Fazit

Das mobile Grabenfräs-Schlitzwandverfahren ist zur Herstellung von vertikalen Dichtwänden geeignet. Das Marktpotential im technischen Hochwasserschutz ist jedoch als relativ gering anzusehen, da längere (befahrbare) Strecken mit Dichtwänden selten sind. In bestimmten schwierigen Fällen könnte es nach Einschätzung von Geotop jedoch durchaus zum Einsatz kommen. Im Wasserbau könnten derartige Vertikaldichtwände ebenfalls interessant sein. Ein weitaus höheres Potenzial besteht in der Anwendung von BFA-Bindemitteln für den technischen Hochwasserschutz. Aufgrund der Kosten der Ausgangsasche ist das Einsatzpotential in anderen Ländern (wie z. B. Polen) jedoch deutlich größer.