DE4412868A1 - Verfahren zum Herstellen von Deponien oder Erdbecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Abdich­ tungen von Deponien und Erdbecken, vorzugsweise von Müll- und Abfalldeponien.

Nach den heute gültigen Vorschriften TA Siedlungsabfall und dem Abfallgesetz sollen mehrere, voneinander unabhängig wirksame Bar­ rieren die Möglichkeiten zur Freisetzung und Ausbreitung von Schadstoffen nach dem Stand der Technik verhindern.

Die unabhängig voneinander wirkenden Barrieren sind im wesentli­ chen die geologische Barriere und die Basisabdichtung.

Für die geologische Barriere wird eine mindestens 3 m dicke, bin­ dige Bodenschicht unter der Deponiesohle mit einem Wasserdurch­ lässigkeitsbeiwert k 10^-7 in/sec gefordert. Wenn diese Voraus­ setzungen nicht erfüllt werden, sind sie durch zusätzliche tech­ nische Maßnahmen sicherzustellen.

Für die Basisabdichtung wird eine Kombinationsdichtung, beste­ hend aus einer 2,5 mm dicken Kunststoffbahn (der sogenannten "Sekundärabdichtung"), die im Preßverbund auf einer 0,75 m dicken (TA Siedlungsabfall, Deponieklasse 2) bzw. 1,50 m dicken (TA Abfall, Teil 1) mineralischen Dichtung (Lehm, Ton) (Primärab­ dichtung) aufzuliegen hat.

Diesen heute gültigen technischen Vorschriften liegt folgende Philosophie zugrunde:

Ton ist ein Verwitterungsprodukt, das in langen geologischen Zeiträumen gebildet wurde und das seine Zusammensetzung prak­ tisch nicht mehr ändert (Tondichtungen sind praktisch absolut alterungsbeständig). Sie sind als Dichtungsmaterial im Bauwesen seit langem erprobt. Derartige Dichtungen sollen einen K-Wert von k 5 · 10^-10 m/sec aufweisen. Sie sind also sehr dicht, aber nicht absolut wasserdicht. Die Wasserdurchlässigkeit ist meßbar.

Die 2,5 mm dicke Kunststoffdichtungsbahn, die im Handbetrieb auf die frisch hergestellte Tondichtung ausgelegt und verschweißt wird, ist praktisch wasserdicht, aber leicht verletzlich und nur begrenzt alterungsbeständig (50-100 Jahre). Zwischen Kunst­ stoffabdichtung und frischer Tondichtung entsteht ein sogenann­ ter "Preßverbund", das heißt, die Kunststoffabdichtung liegt satt auf dem Ton auf. Zwischen Ton und Kunststoffabdichtung kann sich immer auch bei einer Fehlstelle, z. B. einem Leck, in der Kunststoffdichtung das in der Deponie vorhandene Deponiewasser unter der Kunststoffdichtung nicht ausbreiten. Der Wasserverlust bzw. die Verschmutzung des Grundwassers ist um ein Vielfaches geringer, als wenn unter der Kunststoffdichtung, z. B. eine Kiesschicht, vorhanden wäre.

Ein weiterer Vorteil der Kombinationsdichtung ist darin begrün­ det, daß die Permeationsraten (durch Kunststoffdichtungen können z. B. Chlorkohlenwasserstoffe in geringen Mengen permeieren) durch die auf der mineralischen Dichtung aufliegende Kunststoff­ dichtungsbahn durch Aufkonzentrierung der Permeenten zwischen Dichtungsbahn und mineralischer Dichtung stark verringert wer­ den.

Obwohl das Sickerwasser in Deponien durch Drainagesysteme lau­ fend abgeführt wird, kann sich in den ersten Jahrzehnten in ei­ ner Deponie infolge von Niederschlägen ein Sickerwasserstau von bis zu 3 m Wassersäule ergeben. Da die Durchlässigkeit einer Ton­ dichtung neben dem K-Wert auch vom hydraulischen Gefälle abhän­ gig ist, wären ohne die Kunststoffdichtung die Sickerwasserver­ luste relativ hoch. Die KD schützt in dieser Phase vor Sickerwas­ serverlusten, da sie ja eine konvektiv undurchlässige Schicht darstellt. Nach dem Ende der Deponiebeschickung wird durch das Aufbringen einer Oberflächenabdichtung auf die Deponieoberfläche der Sickerwasseranfall sehr gering. Gleichzeitig wird durch die Deponieauflast und die Oberflächenabdichtung sowie die Bepflan­ zung der Deponie die Tonschicht nachverdichtet und dadurch we­ sentlich dichter als nach dem Einbau. Wenn nun durch Alterung die Kunststoffdichtung ihre Wirksamkeit langsam verliert, über­ nimmt nun die dichter gewordene Tondichtung die Abdichtungsfunk­ tion, was sie wegen des sehr geringen Sickerwasseranfalls gut leisten kann.

Nachteile der Tondichtung sind jedoch ihre hohe Wasserempfind­ lichkeit und geringe Tragfähigkeit. Auf Tondichtungen können des­ halb nur Abdichtungsbahnen im Handbetrieb verlegt werden, und das macht nach geringen Niederschlägen schon Schwierigkeiten. Ein Befahren der Tondichtung, z. B. mit Lkw, würde zu tiefen Spu­ ren führen, die einen Preßverbund zwischen Kunststoffabdichtung und Tondichtung ausschließen würden. Andere Sekundärabdichtungen anstelle von Abdichtungsbahnen, wie z. B. eine Asphaltbetondich­ tungsschicht, können im Preßverbund mit einer Tondichtung nicht aufgebracht werden, da das Asphaltmischgut mit Lkw nicht angelie­ fert werden könnte und ein Einbau mit Fertigern nicht ordnungsge­ mäß möglich ist, da diese sich in der weichen Tonschicht eingra­ ben würden.

Auch Abdichtungen aus gemischtkörnigen Böden (Sand und Kies ge­ mischt mit geringen Anteilen Tonmehl und Bentonit (sog. "Bento­ kiesmischungen"), wie sie beim Staudammbau seit Jahrzehnten be­ kannt sind, haben zwar eine etwas größere Standfestigkeit als feinkörnige Tonschichten, sind jedoch als Unterlage für Asphalt­ betondichtungen ebenfalls ungeeignet. Deshalb werden zwischen Tondichtung und Asphaltdichtungen Schotter- oder Kiestragschich­ ten gefordert. Damit ist das Prinzip der Kombinationsdichtung und deren Vorteile verlassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die obere Schicht der Primärabdich­ tung so zu verändern, daß die Primärabdichtung die Wasserempfind­ lichkeit verliert und an Standfestigkeit so zunimmt, daß Kunst­ stoffabdichtungen besser verlegt und andere Abdichtungssysteme, wie z. B. insbesondere Asphaltbetondichtungsschichten, im Ver­ bund aufgebracht werden können, und daß der k-Wert mindestens den Anforderungen für rein mineralische Dichtungsschichten ent­ spricht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß je nach Wahl des Sekundärabdichtungssystems auf die Tondichtung oder Ben­ tokiesdichtung oder (falls die geologische Barriere so dicht ist, daß sie keiner zusätzlichen künstlichen, mineralischen Ab­ dichtung bedarf) direkt auf diese eine ca. 10-30 cm dicke Schicht aus Sand, Kiessand oder Schottersandgemisch mit einem Schluff- und Tongehalt größer 3 Gew %, die in einem geeigneten Mischer mit Bitumen gemischt wird, aufgebracht wird. Derartige Mineralmischungen stehen z. B. als Moränenkies oder Verwitte­ rungsböden in der Natur an oder können in Steinbrüchen als Schottersandgemische gewonnen werden. Diese Mineralgemische sind wegen ihres zu hohen Schluff- und Tongehalts im Straßenbau als Frostschutzschicht oder als Zuschlag für Asphalttragschichten meist ungeeignet.

Eine weitgestufte Kornabstufung ist zweckmäßig, jedoch nicht er­ forderlich. Das Material muß jedoch körnig vorliegen, so daß es sich im Mischer homogen mischen läßt. Das Mineralgemisch ohne Bindemittel soll so zusammengesetzt sein, daß mit dem Bindemit­ tel ein Durchlässigkeitsbeiwert von k 5 · 10^-10 m/s erreicht wird. Fehlende Tonanteile können als Mahlton oder Bentonit zuge­ geben werden. Die Zugabe von anderen Kornfraktionen ist eben­ falls möglich. Die Zugabe von Wasser erfolgt nach Bedarf.

Das bituminöse Bindemittel kann in Form von Bitumenemulsion oder als Bitumenschlamm nach dein von Csanyi ("Foamed Asphalt in Bitu­ minous Paving Mixtures". HRB Bulletin 160) 1957 beschriebenen und patentiertem Verfahren zugegeben werden. Die bituminösen Bin­ demittel müssen nicht den Normen von Straßenbaubitumen (DIN 1995) entsprechen. Es können auch kunststoffmodifizierte bitumi­ nöse Bindemittel und ölbeständige bituminöse Bindemittel verwen­ det werden sowie auch PVC-Teere. Als Mischer können Zwangs- oder Durchlaufmischer verwendet werden.

Wenn das in der Sohle einer Deponie anstehende Bodenmaterial weitgehend den Anforderungen entspricht oder aus anderen Gründen können Bitumen oder Bitumen und Mahlton auch im Mix-In-Place- Verfahren eingemischt werden.

Der erforderliche Bindemittelanteil ist in Eignungsprüfungen zu ermitteln, z. B. in Anlehnung an die in der Literatur angegebe­ nen Prüfverfahren von Bodenverfestigungen mit bituminösen Binde­ mitteln. Der Bindemittelbedarf richtet sich nach der Kornabstu­ fung und der Art und Menge der Tonmineralien, aus denen die fein­ sten Teile (Ton) in der Mischung bestehen.

Ein Bindemittelgehalt von 1-5 Gew % ist je nach Art des Mine­ ralstoffgemisches ausreichend, um eine ausreichende Wasserbe­ ständigkeit und Tragfähigkeit zu erzielen.

Durch das bituminöse Bindemittel wird der Porenanteil in der Mi­ neralstoffmischung sowie die Wasserdurchlässigkeit verringert.

Bei den Eignungsprüfungen wird aus den örtlich wirtschaftlich erhältlichen Mineralstoffen, falls erforderlich durch Zugabe von Mahlton, eine geeignete Ausgangsmischung hergestellt und Probe­ körper, z. B. nach dein CBR-Verfahren, geformt sowie davon der k-Wert und die Stabilität und deren Abfall nach Wasserlagerung gemessen. Dann werden der Ausgangsmischung variierte Mengen an bituminösen Bindemitteln zugegeben und die Prüfungen wiederholt. Falls die Ergebnisse nicht befriedigen, kann die Versuchsreihe mit einer geänderten Ausgangsmischung wiederholt werden.

Der Tongehalt in der Ausgangsmischung ist wichtig, damit die Dichtungsschicht einen plastischen Charakter beibehält. Die Dich­ tigkeit der fertigen Mischung soll nicht überwiegend durch hohe Mengen an bituminösen Bindemitteln erreicht werden. Das bituminö­ se Bindemittel soll überwiegend nur der Erhöhung der Stabilität und der Wasserbeständigkeit für den Einbau der Sekundärabdich­ tung dienen. Die Erhöhung der Wasserdichtigkeit ist ein positi­ ver Nebeneffekt.

Dieses so hergestellte Dichtungsgemisch besitzt noch plastische Eigenschaften und neigt weniger zur Austrocknung und Schrumpfriß­ bildung als Ton- oder sogar Bentokiesdichtungen. Es kann unter statischer Auflast noch nachverdichten. Insbesondere bei Haus­ mülldeponien, wo durch Verrottung von organischen Substanzen Tem­ peraturen im Sohlbereich von 60-80°C entstehen können, ist die Nachverdichtung und damit die Verringerung der Wasserdurch­ lässigkeit begünstigt. Auch die Setzungen des Bodens kann diese Dichtungsschicht besser als z. B. Bentokies rissefrei überste­ hen.

Der Einbau dieser bituminös verfestigten, korngestuften, minera­ lischen Dichtungsschicht kann auf der mineralischen Dichtungs­ schicht z. B. durch Überkopfschüttung und Einebnung mit laserge­ steuerten Gradern und die Verdichtung mit üblichen Walzen erfol­ gen.

Je nach Deponiegut und Beanspruchung können auf die bituminös gebundene mineralische Dichtungsschicht unterschiedliche Sekun­ därabdichtungen aufgebracht werden, die auch untereinander kombi­ niert werden können. Beispielsweise kommen folgende Kombinatio­ nen in Betracht:

• 1. Oberflächenschutzschichten wie in ZTV bit beschrieben.
• 2. Kunststoffspritzabdichtungen, auch mit Geweben oder Vliesen armiert.
• 3. Kunststoffabdichtungsbahnen oder kunststoffmodifizierte Bitu­ menbahnen, lose verlegt oder verklebt.
• 4. Ein- oder mehrlagige Asphaltbetondichtungsschichten, wie sie aus dem Asphaltwasserbau bekannt sind.

Auch Kombinationen der unter 1 bis 4 aufgeführten Sekundärabdich­ tungssysteme sind möglich, z. B. 1 + 4 oder 1 + 3 oder 1 + 3 + 4 oder 1 + 2.

Es ist auch möglich, zwischen den Sekundärabdichtungsschichten Drainsysteme zu Kontrollzwecken einzuführen. Dem Ingenieur bie­ ten sich viele Möglichkeiten.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen von Deponien und Erdbecken, vorzugs­ weise für Enddeponien von Abfällen, in Form einer Kombinati­ onsdichtung aus einer mineralischen Abdichtung als Primärab­ dichtung, und einer im Verbund oder Preßverbund dazu auszu­ führenden Sekundärabdichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht der Primärabdichtung aus einem kornge­ stuften Mineralstoffgemisch aus Kies oder gebrochenem Korn mit Sand, Schluff und Ton zusammengesetzt ist, der Tonanteil < 3% ist und in einem Kaltmischverfahren mit bituminösen Bindemitteln gemischt wird, so daß die Mischung einen Durch­ lässigkeitsbeiwert von k 5 · 10^-10 m/sec und eine für den Einbau der jeweiligen Sekundärabdichtung ausreichende Stabi­ lität und Wasserfestigkeit aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung im Mix-in-Place-Verfahren hergestellt wird.