DE3416568C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membransperre gegen unterir­ dische Fluidströmungen, mit einem Graben im Boden, der sich übe den erwarteten Strömungsweg erstreckt, die ab­ schnittsweise aufgebaut ist und eine Vielzahl von Membran­ abschnitten aufweist, von denen jeder ein längliches blatt- oder folienförmiges Element aus undurchlässigem Material mit ersten und zweiten Enden, ein erstes einstückiges, röhrenförmiges Element, das mit dem ersten Ende entlang einer ersten ununterbrochenen Naht verbunden ist, und ein zweites einstückiges röhrenförmiges Element aufweist, das mit dem zweiten Ende entlang einer zweiten ununterbrochenen Naht verbunden ist.

Die negativen Wirkungen der unkontrollierten Ausbreitung von Umweltgiften werden immer mehr erkannt. Es besteht daher eine wachsende Notwendigkeit für Verfahren und Vorrichtungen, um möglicherweise gefährliche Fluide auf vorbestimmte Gebiete zu begrenzen bzw. dort festzuhalten. Für diesen Zweck ist die Ver­ wendung von undurchlässigen Membranwänden immer wichtiger ge­ worden.

Die Erfindung befaßt sich mit Untergrundsperren des Typs, der konventionell dadurch hergestellt wird, daß im Boden ein Graben hergestellt wird und eine Membran, Folie oder dergleichen in den Graben verbracht wird. Es ist üblich geworden, solche Untergrundsperren dadurch herzustellen, daß ein Graben gebildet wird und die entfernte Erde durch einen Schlamm ersetzt wird, wie z. B. Bentonitschlamm, um ein Zu­ sammenfallen des Grabens zu verhindern. Anschließend wird dann die Membransperre im Schlamm versenkt. Zahlreiche Ver­ fahren sind zum Versenken der Sperre im Schlamm bekannt. Zum Beispiel kann man eine Folie aus Membranmaterial doppelt fal­ ten, dadurch eine Umhüllung bilden, die man mit einem Material füllt, das dichter ist als der Schlamm, so daß die Umhüllung aus Membranmaterial auf den Boden des Grabens absinkt. Diese Technik ist zwar mit einigem Erfolg benutzt worden, es tritt aber das Problem auf, daß das verhältnismäßig dünne (0,05 bis 0,2 Zoll, d. h. ungefähr 1,25 bis 5,0 mm) Membranmaterial wäh­ rend des Einbaus zerknittert oder sich faltet, wodurch der Auf­ bau der Sperre erschwert wird. Außerdem ist es schwierig, das Ende einer aufgebrauchten Rolle von Membranmaterial mit dem Anfang einer neuen Rolle zu verbinden, da am Installationsort Schweißen erforderlich ist, wobei das freie Ende der aufge­ brauchten Rolle immer noch mit dem übrigen Material dieser Rolle, das bereits im Graben installiert ist, verbunden ist.

Darüber hinaus ist es schwierig, eine solche Sperre mit scharfen Winkeln oder Kurven herzustellen, da die Gefahr besteht, daß das Membranmaterial bei einer solchen Ecke mit kleinem Radius zerknittert, faltet oder zerreißt. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß an einer solchen Stelle die Sperre einen Ort einnimmt, der vom bevorzugten Ort in der Mitte des Grabens abweicht.

Die vorgenannten Nachteile können zwar teilweise durch eine vorbekannte Membransperre der eingangs genannten Art (DE-OS 21 38 123) vermieden werden. Der Nachteil dieser Membransperren besteht aber darin, daß separate Verbindungselemente herge­ stellt und vorrätig gehalten werden müssen. Dadurch wird einer­ seits die Lagerhaltung und -kontrolle komplizierter, da immer darauf zu achten ist, daß genügend viele Teile sowohl der Membranabschnitte als auch der Verbindungselemente vorrätig sind. Ist von einem dieser Teile nicht genügend vorhanden, so kann die Membransperre nicht aufgebaut werden. Außerdem muß jeweils ein Verbindungselement mit zwei Membranabschnitten ver­ bunden werden, was wegen der Länge des Verbindungselementes einen beträchtlichen Arbeitsaufwand bedeutet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Membransper­ re der eingangs genannten Art das Erstellen zu erleichtern und eine hohe Sperrwirkung zu erzielen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das zweite röhrenförmige Element einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des ersten röhrenförmigen Elementes, sowie einen Schlitz zum Hindurchführen des blatt- oder folien­ förmigen Elements aufweist und daß ein fluidundurchlässiges Dichtmaterial im Raum zwischen den ersten und zweiten röhren­ förmigen Elementen angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens das zweite röhrenförmige Element einen unte­ ren Endabschnitt aufweist, der über den unteren Rand des blatt- oder folienförmigen Elementes hinausragt, und daß Mittel im Graben zum Aufnehmen des hinausragenden unteren Endabschnittes zum Lokalisieren und Halten des zweiten röhrenförmigen Verbindungselementes vorgesehen sind.

Bei dieser Ausführungsform wird auf sehr einfache Weise erreicht, daß die Membranelemente jedenfalls im Bereich der röhrenförmigen Elemente in aufrechter Stellung gehalten werden. Dies ist in all den Fällen notwendig oder zweck­ mäßig, in denen die Membransperre nicht durch andere Mit­ tel, z. B. Bentonitschlamm, festgehalten wird, mit dem der Graben häufig schon während der Herstellung gefüllt gehalten wird, damit er nicht zusammenfällt.

Weitere besondere Ausführungsarten sind Gegenstand der Patentansprüche 3 bis 7.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen anhand von vorteil­ haften Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in Draufsicht die Verbindungsstelle einer aus Ab­ schnitten aufgebauten Membransperre der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform der Erfindung der Fig. 1;

Fig. 3 in Draufsicht eine 90°-Verbindung zwischen Membranab­ schnitten entsprechend der Erfindung;

Fig. 4 in Draufsicht eine Ausführungsform der Erfindung mit einer doppelwandigen Membransperre; und

Fig. 5 eine Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 4.

In Fig. 1 ist in Draufsicht eine gegenwärtig bevorzugte Aus­ führungsform der Membransperre der Erfindung gezeigt. Die Sperre 10 ist in einem ausgehobenen Graben 12 angeordnet, der Seitenwände 13 aufweist und die Quelle des Umweltgiftes umgibt und sich ausreichend tief in den Erdboden erstreckt, um das Ausfließen des Umweltgiftes aus dem umschlossenen Bereich zu verhindern. Die Sperre 10 kann sich quer über den erwarteten Sickerweg von Umweltgiften zwischen natürlichen Sperren er­ strecken und kann vorzugsweise vollständig eine Abfallde­ ponie oder andere Quelle von Umweltgiften umgeben.

Die Sperre 10 weist eine undurchlässige verhältnismäßig bieg­ same Membran oder Folie das folienförmige Element 14, auf, die eine Gummi-, Kautschuk- oder Kunststoffolie sein kann, wobei das Material so ausgesucht ist, daß es für die Fluide undurchlässig ist. Vor­ zugsweise ist die Membran 14 eine ununterbrochene Polyäthylen­ folie, wie z. B. SCHLEGEL-Folie, die von der Firma Schlegel Lining Technology, Inc., The Woodlands, Texas bezogen werden kann. Die Dicke der Membran 14 ist so ausgewählt, daß die erforderliche mechanische Stärke erhalten wird, um ein Reißen, Brechen oder dergleichen über die ausgewählte Aufspannlänge zwischen Haltepunkten bei der speziellen Konstruktion zu ver­ hindern. Es ist herausgefunden worden, daß Dicken im Bereich von 0,05 bis 0,4 Zoll (ca. 1,25 bis 10 mm) besonders geeignet sind für die Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung, wobei eine Dicke von 0,1 Zoll (ungefähr 2,5 mm) sich als be­ sonders vorteilhaft erwiesen hat.

Ein Ende der Membran 14 ist an einem röhrenförmigen Verbindungs­ element, dem ersten röhrenförmigen Element 16, einer ersten ununterbrochenen, undurchlässigen Naht 18 verbunden. Das entgegengesetzte Ende ist am zweiten röhrenförmigen Verbindungselement 20 befestigt. Vorzugsweise ist das erste Verbin­ dungselement 16 ein Element, das dauernd am Ende der Membran 14 durch Schweißen, Verkleben oder dergleichen befestigt werden kann. Für diesen Zweck ist, wenn z. B. die Membran 14 eine Polyäthylenfolie ist, das erste Ver­ bindungselement 16 vorzugsweise eine Röhre aus Polyäthylen hoher Dichte. Obwohl im Rahmen der Erfindung eine ununter­ brochene Schweißung zwischen miteinander verschweißbaren Ma­ terialien bevorzugt ist, können unterschiedliche Materialien für das Verbindungselement 16 und die Membrane 14 vorgesehen werden, wobei eine Verbindung zwischen ihnen dadurch herge­ stellt werden kann, daß eine L-förmige Klammer, Leiste oder der­ gleichen am Verbindungselement 16 befestigt wird, während die Membran 14 am anderen Ende der Klammer befestigt wird. Irgendeine konventionelle fluidundurchlässige Abdichtung kann verwendet werden, um die Verbindung zwischen dem Ver­ bindungselement und der Klammer und die Verbindung zwischen der Membran und der Klammer abzudichten. Wird eine solche Konstruktion verwendet, so kann ohne weiteres ein Stahlrohr verwendet werden, das ohne weiteres mit verschiedenen Durch­ messern und Längen erhältlich ist, um die Verbindungselemente 16 und 20 herzustellen. Außerdem kann eine Klammer oder Leiste oder dergleichen aus Winkeleisen verwendet werden, die am Stahlrohr mit konventionellen Techniken festgeschweißt ist, um die Membran 14 daran zu befestigen.

Das entgegengesetzte Ende der Membrane 14 wird am zweiten Verbindungs­ element 20 durch irgendein der vorgenannten Verfahren be­ festigt. Das Verbindungselement 20 ist vorzugsweise ein läng­ liches röhrenförmiges Element mit einem Schlitz, der eine zweck­ mäßige Breite von ungefähr 0,5 bis 6 Zoll (ungefähr 12,5 bis 150 mm) hat, so daß die Membran 14 dort hindurchgeführt wer­ den kann, während das erste Verbindungselement 16 innerhalb des zweiten Ver­ bindungselementes 20 festgehalten wird. Vorzugsweise wird der Raum zwischen der inneren Oberfläche des Verbindungsele­ mentes 20 und der äußeren Oberfläche des Verbindungselementes 16 mit einem undurchlässigen Dichtungsmaterial 24 gefüllt, wie z. B. Beton, Zement oder ähnlichem. Man wird im Zusammen­ hang mit der Zeichnung verstehen, daß durch das Zusammen­ wirken der Verbindungselemente 16 und 20 ein verhältnis­ mäßig langer Weg durch das Dichtungsmaterial 24 gebildet wird, der wenigstens so lang ist wie der Umfang des Verbindungs­ elementes 16, wodurch noch weiter irgendwelche Möglichkeiten verringert werden, daß die Umweltgifte durch die Sperre 10 hindurchfließen können.

In Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Teils der Sperre der Fig. 1 dargestellt. Fig. 2 zeigt nur eine einzige Verbindung der in Fig. 1 gezeigten Sperre; gleiche Elemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein besonderer Vorteil der Konstruktion der Erfindung besteht darin, daß die folienförmigen Elemente 14 mit Hilfe der Verbindungs­ elemente 16 und 20 abgestützt werden können. Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ist im aus Erdmaterial bestehenden Bo­ den 30 des Grabens 12 ein Einsteckloch bzw. eine Einsteck­ hülse gebildet, durch das das herausragende untere Ende des zweiten Verbindungselementes 20 aufgenommen wird. Zu diesem Zweck sind die Verbindungselemente 16 und 20 vorzugsweise länger als die Höhe der Membran 14. Bevorzugt wird dabei eine Ver­ längerung bzw. ein Vorsprung von 1 bis 10 Fuß (ungefähr 30 cm bis 3 m) unterhalb des unteren Randes der Membran 14. Die Ausnehmung oder Einsteckhülse 32 ist vorzugsweise mit einer Auskleigung 34 versehen, die eine umgedrehte Kappe sein kann und zum Aufnehmen des Verbindungselementes 20 ausgebildet ist. Diese Kappe ist vorzugsweise aus Metall, Kunststoff oder an­ derem geeigneten Material hergestellt. Die Ausnehmung oder Hülse 32 hält einerseits die Sperre 10 innerhalb des Gra­ bens 12 fest und verhindert andererseits Bewegung des zweiten Ver­ bindungselementes 20 während dessen Installation, wodurch die Einfügung des ersten Verbindungselementes 16 in dasselbe erleich­ tert wird. Andererseits kann die Ausnehmung oder die Hülse 32 jedoch auch ein Stift sein, der in den Boden 30 des Gra­ bens 12 so eingetrieben wird, daß sich ein Teil desselben nach oben in den Graben erstreckt, so daß darauf die Verbin­ dungselemente 16 und 20 angebracht werden können.

Die Installation der aus Abschnitten bestehenden Membran­ sperre der Fig. 1 und 2 beginnt mit dem Ausheben des Gra­ bens 12. Falls dies gewünscht ist, kann während des Aushebens der Graben 12 wieder mit einem Schlamm gefüllt werden, um ein Einstürzen des Grabens zu verhindern und um die Undurchlässig­ keit der Sperre noch zu erhöhen. Bentonit ist dabei ein üb­ licherweise verwendetes Schlammaterial und kann auch im Zu­ sammenhang mit der Sperre der Erfindung verwendet werden. Nachdem der Graben ausgehoben worden ist, können Abschnitte der Membransperre der Erfindung installiert werden. Während jeder Abschnitt installiert wird, wird das erste Verbindungselement 16 in das zweite Verbindungselement 20 in Richtung nach unten eingefügt, wobei sich der Membranabschnitt 14 durch den Schlitz 22 erstreckt. Nachdem jede Verbindung hergestellt ist, kann Zementvergußmasse 24 in den Raum zwi­ schen den Verbindungselementen 16 und 20 gegossen werden, wo­ durch irgendwelcher Schlamm innerhalb des Verbindungselemen­ tes 20 hydraulisch entfernt wird.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht eine 90°-Verbindung zwischen be­ nachbarten Membranabschnitten gemäß einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Es ist ein besonderes Problem bei der Konstruktion ununtebrochener Membranwände, daß, wenn dieselben um Ecken oder Kurven mit kleinem Radius in einem Graben gelegt werden, die Membran sich leicht von ihrer bevor­ zugten Stelle in der Mitte des Grabens entfernt. Weitere Pro­ bleme bestehen darin, daß sie zerknittert oder sich überein­ anderfaltet oder ähnliches. In Übereinstimmung mit der Erfin­ dung können Ecken mit unterschiedlichen Winkeln leicht dadurch hergestellt werden, indem der Schlitz 22 im Verbindungsele­ ment 20 unter einem vorgewählten Winkel in bezug auf den Mem­ branabschnitt 14 angeordnet wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht weiterhin darin, daß das Instellungbringen und Halten der Membranabschnitte der Sperre mit Hilfe von Ausnehmungen, Hülsen, Stiften 32 oder dergleichen an Eck­ punkten ermöglicht wird, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei parallelen Membranen, die über den Strömungsweg des Um­ weltgiftes im wesentlichen hintereinander angeordnet sind.

Nur eine einzige Verbindung zwischen Abschnitten ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, wobei selbstverständlich viel­ fache Verbindungen vorgesehen werden können, wie dies bisher in Verbindung mit der Ausführungsform der Erfindung beschrie­ ben wurde, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Ein großes Verbindungselement, das zweite röhrenförmige Element 80, und ein kleines Verbindungselement, das erste röhrenförmige Element 82, sind durch Schweißen oder dergleichen an entgegengesetzten Enden jedes Segments der Membransperrenanordnung befestigt. Zwei getrennte Membranelemente, die folienförmigen Elemente 84 und 86, sind entlang Nähten, den zweiten Nähten 88 bzw. 90, an dem mit einem Schlitz versehenen Ver­ bindungselement, dem ersten röhrenförmigen Element 82, befestigt, wie dies oben beschrieben wur­ de. Auf ähnliche Weise sind entgegengesetzte Enden der Mem­ branen 84 und 86 entlang Nähten, den ersten Nähten 92 und 94, am kleineren Ver­ bindungselement 82 befestigt.

Innere Membransperren 96 und 98 können zwischen der inneren Oberfläche des Verbindungselementes 80 und der äußeren Ober­ fläche des Verbindungselementes 82 vorgesehen sein um so noch weiter die Strömung von Umweltgiften über die Sperre zu redu­ zieren. Die Membransperren 96 und 98 können aus Abschnitten desselben Materials oder eines Material gebildet werden, das vom Material der Membranabschnitte 14 unterschiedlich ist. Die Sperren 96 und98 können dünner sein als die Membran 14, so daß sie leichter installiert werden können, da sie we­ sentlich kürzer sind. Zusätzlich zu oder anstelle von inne­ ren Sperren 96 und 98 ist Zementvergußmasse 100 zwischen der äußeren Wand des Verbindungselementes 82 und der inneren Wand des Verbindungselementes 80 eingegossen, um das Fließen von Umweltgiften zu verhindern.

Vorzugsweise sind die inneren Sperren 96 und 98 an einem oder dem anderen der Verbindungselemente 80 und 82 ange­ schweißt, bevor die Verbindung hergestellt wird, wobei das freie Ende am anderen Verbindungselement angeschweißt wird, nachdem die Verbindung hergestellt ist, jedoch bevor die Ver­ gußmasse 100 eingefüllt wird.

Vorzugsweise hat der Graben 102 eine Breite, die im wesent­ lichen gleich dem Durchmesser des größeren Verbindungsele­ mentes 80 ist. Vorzugsweise sind die zweiten Nähte 88 und 90 verhält­ nismäßig dicht an entgegengesetzten Seiten des Verbindungs­ elementes 80 angeordnet, so daß die Membranen 84 und 86 dicht an den einander gegenüberstehenden Wänden 113 des Grabens 102 angeordnet sind.

Falls dies gewünscht ist, kann der Raum 104 zwischen den Mem­ branen 84 und 86 mit Sand oder Wasser oder einem anderen Ma­ terial gefüllt werden, um die Membranelemente 84 und 86 sehr nahe bei den äußeren Wänden des Grabens 102 zu halten.

Wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist, kann diese Ausführungs­ form der Erfindung auch in Verbindung mit einer Ausnehmung, einer Hülse, einem Stift 32 oder dergleichen verwendet werden, in die bzw. in den das Verbindungselement 80 eingefügt werden kann, um, wie oben beschrieben, das Ende des Abschnittes so­ wohl zu halten als auch in die gewünschte Stellung zu bringen.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit gegenwärtig bevorzug­ ten Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird der Fach­ mann erkennen, daß Abwandlungen und Änderungen möglich sind, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen, der nur durch die Ansprüche begrenzt ist.

Claims (7)

1. Membransperre gegen unterirdische Fluidströmungen, mit einem Graben im Boden, der sich über den erwarteten Strömungsweg erstreckt, die abschnittsweise aufgebaut ist und eine Vielzahl von Membranabschnitten aufweist, von denen jeder ein längliches blatt- oder folienförmi­ ges Element aus undurchlässigem Material mit ersten und zweiten Enden, ein erstes einstückiges, röhrenförmiges Element, das mit dem ersten Ende entlang einer ersten un­ unterbrochenen Naht verbunden ist, und ein zweites ein­ stückiges röhrenförmiges Element aufweist, das mit dem zweiten Ende entlang einer zweiten ununterbrochenen Naht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite röhrenförmige Element (20, 80) einen Innen­ durchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des ersten röhrenförmigen Elements (16, 82), sowie einen Schlitz (22) zum Hindurchführen des blatt- oder folienförmigen Ele­ ments (14, 84, 86) aufweist und daß ein fluidundurchlässiges Dichtmaterial (24) im Raum zwischen den ersten und zweiten röhrenförmigen Elementen (16, 82; 20, 80) angeordnet ist.

2. Membransperre nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens das zweite röhrenförmige Element (20, 80) einen unteren Endabschnitt aufweist, der über den unteren Rand des blatt- oder folienförmigen Ele­ mentes (14, 84, 86) hinausragt, und daß Mittel (32) im Graben zum Aufnehmen des hinausragenden unteren Endabschnittes zum Lokalisieren und Halten des zweiten röhrenförmigen Verbin­ dungselementes (20, 80) vorgesehen sind.

3. Membransperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das blatt- oder folienförmige Element (14, 84, 86) aus Polyäthylen ist.

4. Membransperre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten röhrenförmigen Elemente (16, 82; 20, 80) aus Polyäthylen hoher Dichte bestehen.

5. Membransperre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Nähte (18, 92, 94; 26, 88, 90) geschweißte Nähte sind.

6. Membransperre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Nähte (18, 92, 94; 26, 88, 90) mit Klebemitteln hergestellte Nähte sind.

7. Membransperre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere Membransper­ re (96, 98) zwischen den ersten und zweiten röhrenförmigen Elementen (16, 82; 20, 80) vorgesehen ist.