DE3732598A1 - Verfahren und entmischungsfreier beton zur sanierung unterirdischer kanalisationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen entmischungs­ freien Beton zur Sanierung von unterirdischen physikalisch, chemisch oder biologisch verschlissenen Kanalisationen be­ liebigen Verschleißgrades, beliebiger Profil- und Material­ art (z. B. Beton, Steinzeug, Asbestzement, Naturstein, ge­ mauerter Klinker), beliebiger Dimensionierung, Tiefenlage und Überbauung,

Vorzugsweise ist das Verfahren zur Sanierung von Kanali­ sationen ab DN 300 anwendbar.

Nach DD-WP 66 571 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auskleiden von Rohren mit einer Zementsuspension, be­ stehend aus Wasser und Zement, bekannt.

Bei diesem nach dem Auspreßprinzip arbeitenden Verfahren wird auf einer maximalen Länge von 50 m eine Zementschicht von 7 bis 12 mm Dicke an der Innenwand von Stahl- oder Gußrohren hergestellt.

Das gereinigte Stahl- oder Gußrohr übernimmt dabei die Funk­ tion der Außenschalung, während ein luftgefüllter Schlauch die Funktion der Innenschalung übernimmt. Der so entstehende Zwischenraum wird mit Zementsuspension ausgepreßt, wobei der geforderte Zwischenraum sowie die zentrische Lage der Schlauch­ schalung im Rohr durch ein um den Schlauch angeordnetes System von Abstandshaltern gewährleistet wird. Nach einer Aushärte­ zeit wird aus der Schlauchschalung die Luft abgelassen und der Schlauch aus der Rohrstrecke herausgezogen.

Dieses Verfahren ist nur anwendbar, wenn die Bautoleranzen kleiner 15 mm sind. Diese Toleranzen bestehen nur bei Rohr­ leitungen der Materialgruppen Stahl, Grauguß und Asbestzement, bedingt auch bei Steinzeugleitungen. Eine Anwendung des Ver­ fahrens erfolgt zur Zeit nur bis zur Nennweite 300 mm, da aufgrund des hohen Eigengewichtes des Schlauches mit Netz und Abstandshalter (Beton) für große Dimensionen und des not­ wendigen erhöhten Innendruckes der Schlauchschalung keine Maß­ treue für die Auskleidung erreicht werden kann.

Nicht anwendbar ist das ZMA-Verfahren gemäß DD-WP 66 571 für Entsorgungsleitungen und sonstige Rohrleitungen, die eine Bautoleranz größer 25 mm aufweisen. Diese Leitungen sind vor allem Kanäle, die aus Bauteilen bzw. monolithisch errichtet wurden. Durch physikalische, chemische und bio­ logische Korrosion in den meisten Entsorgungsleitungen treten Bauzustände auf, die bis zur völligen Zerstörung der Rohrwandungen führen. Eine Anwendung des Auspreßverfahrens ist in diesen Fällen nicht möglich, da die dünnflüssige Zementsuspension, eingebracht unter Druck, aus den Schad­ stellen und Fugenbereichen unkontrolliert ins Erdreich aus­ tritt, was zu Verstopfungen von Anschluß- und anderen Lei­ tungssystemen und hohen Zementverlusten führt.

Weiterhin ist davon auszugehen, daß durch Überschreitung der Scheiteldrucklast beschädigter Rohrleitungen mit der dünnwandigen Auskleidungsschicht des ZMA-Verfahrens die Sta­ tik des Rohres nicht wieder gegeben ist. Für die Sanierung von Kanalisationen sind gegenwärtig keine allumfassend ein­ setzbaren Verfahren bekannt. Es erfolgt eine monolithische Reparatur in begehbaren Kanälen (z. B. Verfugen gemauerter Kanalstrecken). In den übrigen Fällen ist die Herstellung der Funktions- und Standsicherheit nur durch Neubau als Ersatz­ investition mit sehr hohem Bauaufwand (Tiefbaukapazität, Straßenbau, Bitumendecken u. a.) möglich.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu ent­ wickeln, daß bei geringem Invest- und Bauaufwand eine Sa­ nierung von unterirdischen verschlissenen Kanalisationen er­ möglicht. Das Verfahren soll unter geringster Verkehrsraum­ einschränkung (in der Regel ohne Baugrube) und unter Bebau­ ungen (z. B. Bahnhöfe, Industrieüberbauungen) anwendbar sein. Zur Durchführung des Verfahrens soll ein entmischungsfreier zementgebundener Kunststein von hoher Verschleißfestigkeit vorgegeben werden, der für die Sanierung verschlissener Kanalisationen, unabhängig von der Materialart und ihrem Bauzustand, geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wiederherstellung und Sanierung von unterirdischen verschlissen­ nen Kanalisationen beliebiger Material- und Profilart, Dimen­ sionierung und Tiefenlage baugrubenlos vor Ort zu schaffen. Durch die Sanierung soll eine funktions- und standsichere Kanalisation geschaffen werden, die das Eintreten von Fremd­ wasser sowie das Austreten von Abwasser in den Grundwasser­ bereich entlang des Kanals verhindert.

Für das Verfahren soll ein zementgebundener Kunststein ent­ wickelt werden, der in plastischer bis flüssiger Konsistenz entmischungsfrei ist und nach Erhärten des zementgebundenen Gemisches am Einsatzort eine gleichmäßige Verteilung der Zu­ schlagstoffe ohne zusätzliche Maßnahmen im Kunststein garan­ tiert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß je­ weils im Abschnitt zwischen zwei Schachtbauwerken der Kana­ lisation mittels bekannter Spezialbohrtechnik unter Anwen­ dung einer Festgesteinsbohrmaschine von der Oberkante Gelän­ de durch die Überdeckung des Kanals am Kanalscheitel Arbeits­ öffnungen bis in den Kanal gebohrt werden.

Dise Bohrungen dienen als Arbeitsöffnungen zum Reinigen des Kanals als Sanierungsvoraussetzung, zum Entlüften des Kanals und als Beschickungsöffnung für den Sanierungsvorgang. Der Abstand zweier aufeinanderfolgender Bohrungen beträgt in Abhängigkeit von der Dimension und der Wandstärke der neu zu bildenden Kanalleitung 5 bis 10 m und der Durchmesser je nach angewendeter Bohrtechnik in der Regel 100 bis 250 mm. Jede Arbeitsöffnung (Bohrung) wird mit einem wiederverwend­ baren Schutzrohr verrohrt. Mindestens zwei aufeinanderfolgende Arbeitsöffnungen (Bohrungen) werden mit Beschickungsrohren versehen. Die Beschickungsrohre sind am unteren Ende mit einer Spannvorrichtung zur Abdichtung an der durchbohrten Wandung der korrodierten Altkanalisation ausgerüstet. Bei Fehlen der Wandung der Altkanalisation aufgrund vollständiger Korrosion erfolgt die Abdichtung des Beschickungsrohres gegen die Wandung des in die Bohrung eingebrachten Schutz­ rohres.

Für eine Innenschalung werden über ein Schachtbauwerk des Kanals Festkörperschalungssegmente bekannter Art ein­ gebracht, montiert und im Kanal im Bereich der beiden ersten Arbeitsöffnungen zu einer zentrierten, beidseitig abgedichteten Innenschalung eingebaut.

Die Form der Festkörperschalungssegmente ist entsprechend der Profilart (Kreis-, Eiprofil u. ä.) gewählt, wobei die Länge der Segmente ein Einbringen über die Schachtanlage ermöglicht.

Danach wird über das erste Beschickungsrohr ein entmi­ schungsfreies Betongemisch drucklos im Eigengefälle in den Ringspalt zwischen Innenschalung und korrodierter Kanal­ leitung eingefüllt. Die Stärke des Ringspaltes ist in Ab­ hängigkeit von den Anforderungen an die Sanierung, wie Neu­ auskleidung zur Steigerung des hydraulischen Abflußver­ mögens, der Standsicherheit des Kanals oder einer Profil­ umgestaltung (z. B. Kreis- zu Eiprofil) festzulegen. Der Ringspalt entspricht der Wandstärke der neuzubildenden Wandung. Seine Stärke beträgt zwischen 30 und 150 mm. Zum Zeitpunkt des Erreichens der Entschalungshärte des Beton­ gemisches erfolgt ein Ausschalen des wiederhergestellten Kanalabschnittes zwischen zwei Arbeitsöffnungen und ein Versetzen der Schalung zum nächsten Arbeitsabschnitt mittels eines Zugseiles. Durch geeignete Meß- bzw. Peilgeräte (z. B. Lasergeräte) erfolgt die Zentrierung des vorderen Schalungs­ abschnittes.

In Sonderfällen bei Überbauung des zu sanierenden Kanals wird eine winklige Anbohrung am Kanalscheitel vorgenommen und die weiteren Verfahrensschritte wie vorgenannt durchge­ führt.

Erfindungsgemäß wird für das Verfahren ein Betongemisch vorgeschlagen, das aus Wasser, Zement und 50 bis 60% Zu­ schlagstoff Basaltgrus mit einem Korndurchmesser von 0,05 bis 4 mm besteht, der folgende Korngrößenverteilung als Massenprozente in der Sieblinie von 0 bis 4 mm aufweist:

0-0,25 mm - 14-19%
0,25-0,50 mm - 30-35%
0,50-1,0 mm - 25-30%
1,0-2,0 mm - 26-36%
2,0-4,0 mm - 1,0-2,0%

Überraschend wurde gefunden, daß dieses Betongemisch bei Ver­ arbeitungskonsistenz bis zum Erhärten ohne zusätzliche Maß­ nahmen entmischungsfrei reagiert. Dieser Fakt ist bei einem Betongemisch mit einem Wasser-Zement-Faktor von 0,69 bis 0,75 gegeben.

Unabhängig von der ursprünglichen Bauzustandsstufe der Kanali­ sation wird auf diese Weise eine funktions- und standsichere Betonleitung geschaffen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren vorgeschlagen, das eine Sanierung ver­ schlissener Kanalisation ohne Ausgrabung der Gesamtstrecke bzw. Abbau oder Abriß, Baugruben und ohne Neuverlegung er­ möglicht.

Die Anwendung der Anbohrtechnologie gestattet auch eine Sa­ nierung unter Überbauungen jeglicher Art (z. B. Industriean­ lagen, Gleisbereiche). Durch Verwendung eines Betongemisches und durch das drucklose Verfüllen des Ringspaltes sind die Verluste an vollständig korrodierten Stellen der Kanalwan­ dung sehr gering.

Die Erfindung soll nachfolgend am Ausführungsbeispiel einer Mischwasserkanalisation DN 500 Kreisprofil, Materialart Be­ ton, Lage im Fahrbahnbereich, Scheitelüberdeckung 1,60 m, näher erläutert werden.

Nach einer Grobreinigung mittels Hochdruckspültechnik wurde beim Einsatz des Kanalfernsehens folgender Ist-Zustand fest­ gestellt:

Durch die Geschiebeführung bei Starkniederschlägen ist der Sohlbereich bis auf 10% der Wandstärke abgeschliffen. Der überwiegende Teil der Nut-Falz-Verbindungen ist durch che­ mische Korrosion nicht mehr vorhanden, so daß Abwasser aus­ treten kann. Kondenswasser hat durch Auslaugung im Scheitelbereich des Kanals eine chemische Korrosion des Zementsteines verursacht, so daß größere Zuschlagstoffe freiliegen bzw. aus der Betonwandung gefallen sind. Bei diesem Bauzustand ist die weitere Standsicherheit des Kanals in Frage gestellt, so daß eine Sanierung erforder­ lich wird.

Abgeleitet aus den notwendigen hydraulischen Ableitungs­ vermögen des Mischwassersammlers sowie der künftig wieder­ auftretenden Korrosion wird eine Wandstärke von 35 mm für die neu zu schaffende Rohrinnenwand gewählt. Die Profil­ art Kreisprofil wird beibehalten. Auf Grund des Meter­ mengenwertes des einzusetzenden Betons bei einer Wandstärke von 35 mm ist ein Abstand der Bohrungen (Arbeitsöffnungen) von 7 m vorzusehen.

Für die Durchführung der Bohrungen (Arbeitsöffnungen) kommt eine Festgesteinsbohrmaschine mit einem 360° schwenkbaren Bohrwerksantrieb und einer maximalen Bohrteufe von 100 m zur Anwendung. Es wird mit einem Durchmesser von 111 mm gebohrt. Nach Vermessung des Scheitels des Kanals auf der Fahrbahn werden die Bohrungen bis zur Außenkante des Kanalscheitels abgeteuft und mit einem Schutzrohr DN 100 ausgebaut. Nach Wechseln des Bohrwerkzeuges wird nun eine kleiner dimensio­ nierte Bohrung, Durchmesser 93 mm, durch die Betonwandung des vorhandenen Kanals gebohrt. Die Durchführung des Verfahrens­ schrittes Anbohren der Kanalisation bedingt keine sofortige Fortführung der weiteren Verfahrensschritte.

Aufgrund der neu zu schaffenden Wandstärke von 35 mm ist es notwendig, für die Innenschalung Festkörpersegmente von 430 mm profilgerecht als Kreisprofil zum Einsatz zu bringen. Aus dem Durchmesser der Schachteinstiege von 600 mm bzw. 800 mm ergibt sich für die Segmente eine Länge von 300 mm. Nach erfolgter Montage von 24 Einzelsegmenten im Schacht und Einbau als zentrierte Innenschalung über zwei Arbeitsöff­ nungen (Bohrungen) hinaus wird mittels Pneumatik eine Ab­ dichtung gegen die Rohrinnenwand des Kanals vorgenommen.

In die mit dem Schutzrohr ausgebauten ersten beiden Arbeits­ öffnungen (Bohrungen) wird nun je ein Beschickungsrohr in der Betonwand des Kanalscheitels verspannt.

Danach wird über ein Beschickungsrohr das entmischungs­ freie Betongemisch drucklos im Eigengefälle eingefüllt. Das Zuschlagstoffgemisch wird mit einem bekannten geeigneten Zement, jeweils vorzugsweise im Verhältnis 1 : 1,5 Zement/ Zuschlagstoffe, unter Zusatz von Wasser (WZF = 0,69-0,75) zu einem plastischen pumpfähigen Beton verarbeitet. Als Zuschlagstoff kommt dabei Basaltgrus der Korngröße 0,05- 4 mm zur Anwendung. Dieser Zuschlagstoff fällt bei der Her­ stellung von klassifizierten Basaltsplitten für die Bau­ industrie als minderwertiger Abfall- bzw. Füllstoff an. Er muß eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von

0-0,25 mm - 14-19%
0,25-0,5 mm - 30-35%
0,5-1,0 mm - 25-30%
1,0-2,0 mm - 26-36%
2,0-4,0 mm - 1,0-2,0%

besitzen.

Durch diese Korngrößenverteilung ist beim Transport des Frisch­ betons und bei drucklosen Verfüllungen von Ringspalten mit Stärken bis zu 200 mm bei der Sanierung von Kanalisationen eine Entmischungsfreiheit garantiert.

Für den Transport des Betongemisches zum Beschickungsrohr wird eine Betonpumpe genutzt.

Der Betoniervorgang erfolgt ohne zusätzliche Verdichtung und ist bei Aufsteigen einer Meßmarke am zweiten Beschickungsrohr beendet.

Nach Erreichen der Entschalungshärte (Feststellung des Zeit­ punktes an einem Probekörper mit entsprechender Wandstärke) er­ folgt der Ausschalprozeß durch Umfangsverkleinerung der Innen­ schalung. Über Seilzug wird die Innenschalung zum nächsten Arbeitsabschnitt versetzt und der Verfahrensschritt - Ver­ füllen mit Beton - wiederholt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Sanierung von unterirdischen Kanalisationen, gekennzeichnet dadurch,

• - daß jeweils im Abschnitt zwischen zwei Schachtbauwerken der Kanalisation mittels bekannter Spezialbohrtechnik unter Anwendung einer Festgesteinsbohr­ maschine von der Oberkante Gelände durch die Überdeckung des Kanals im Kanalscheitel Arbeitsöffnungen bis in den Kanal gebohrt werden, die als Entlüftungs-, Beschickungs- und Entleerungsöffnungen dienen, jede Bohrung mit einem wiederverwendbaren Schutzrohr verrohrt wird,
• - mindestens zwei aufeinanderfolgende Arbeitsöffnungen mit Be­ schickungsrohren, die mit einer Spannvorrichtung zur Ab­ dichtung an der durchbohrten Wandung der korrodierten Altkanalisation ausgerüstet sind, versehen werden,
• - über ein Schachtbauwerk des Kanals Festkörperschalungs­ segmente bekannter Art eingebracht und zu einer Innenscha­ lung montiert werden und diese im Kanal im Bereich der beiden ersten Arbeitsöffnungen zentriert und beidseitig abgedichtet, eingebaut wird,
• - danach über das erste Beschickungsrohr ein entmischungs­ freies Betongemisch drucklos im Eigengefälle in den Ring­ spalt zwischen Innenschalung und korrodierter Kanalleitung eingefüllt wird,
• - zum Zeitpunkt des Erreichens der Entschalungshärte des Betongemisches ein Ausschalen des wiederhergestellten Kanalabschnittes zwischen zwei Arbeitsöffnungen und ein Ver­ setzen der Schalung mittels Zugseil zum nächsten Arbeits­ abschnitt erfolgt.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand zweier aufeinanderfolgender Arbeitsöffnungen in Abhängigkeit von der Dimension und der Wandstärke der neu zu bildenden Kanalleitung 5-10 m beträgt.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Fehlen der Altkanalisation durch vollständige Korrosion die Abdichtung des Beschickungsrohres gegen die Wan­ dung des in die Arbeitsöffnung eingebrachten Schutzrohres erfolgt.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Form der Schalungssegmente der Profilart und Dimension des Kanals angepaßt ist.

5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Länge der Schalungssegmente so gewählt ist, daß ein Ein­ bringen über das Schachtbauwerk ohne zusätzliche Bau­ grube erfolgen kann.

6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die eingebrachte Schalung jeweils länger als der Abstand zweier Arbeitsöffnungen ist.

7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wandstärke der neu zu bildenden Wandung zwischen 30 mm und 150 mm beträgt.

8. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Überbauung der Kanalisation eine winklige Anbohrung des Kanalscheitels erfolgt.

9. Entmischungsfreier Beton zur Sanierung unterirdischer Kanalisationen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Gemisch aus Wasser, Zement und 50-60% Zu­ schlagstoff Basaltgrus mit einem Korndurchmesser von 0,05-4 mm besteht, der die Korngrößenverteilung als Masseprozente in der Sieblinie von 0-4 mm 0-0,25 mm - 14-19%
0,25-0,5 mm - 30-35%
0,5-1,0 mm - 25-30%
1,0-2,0 mm - 26-36%
2,0-4,0 mm - 1,0-2,0%aufweist.