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Abgedichteter Staudamm für Talsperren Die im Talsperrenbau bekannten
Dammbauweisen sehen als Dichtung allgemein eine Zone aus wenig durchlässigen Bodenmassen
oder eine Dichtungswand aus Beton, Metallhäuten oder nachgiebigeren Baustoffen vor.
Bezüglich der Lage dieser Dichtungen innerhalb des Dammquerschnittes sind Ausführungen
von der wasserseitigen Dichtungshaut bis zum senkrechten Dichtungskern unter der
Dammkrone üblich, wobei jeweils der luftseitig der Dichtung verbleibendeDammteil
als Stützkörper gegenüber dem in der Dichtungsebene angreifenden Wasserdruck ausreichen
muß. Die Rutschsicherheit und die Ausspülsicherheit gegen auftretende Sickerwassermengen
werden durch Schüttung des luftseitigen Stützkörpers aus durchlässigem, homogenem
Material oder durch eine filtermäßig aufgebaute Abstufung angestrebt. Dieser Filterbau
beginnt an der Dichtung mit feinkörnigem Material, das in manchen Fällen von der
Dichtung durch eine Dränageschicht zur Abführung und Kontrolle des Sickerwassers
getrennt wird, und geht zur luftseitigen Böschung und insbesondere zum Böschungsfuß
in mehr oder weniger grobes Steinmaterial über.
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Zum Schutz gegen Oberflächenerosion durch Wellenschlag erhalten kerngedichtete
Dämme vielfach eine wasserseitige Schutzabdeckung aus groben Steinen, Beton oder
Bitumen, die jedoch beim
Absenken des Talsperrensees ein Zurückfließen
der in den wasserseitigen Dammteil eingedrungenen Wassermengen in den See zulassen
müssen.
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Dieser zusätzliche Aufwand und die für kerngedichtete Dämme wesentlich
erschwerte Instandsetzung bei Beschädigungen des Dichtungskörpers führt in der neueren
Entwicklung zur zahlreichen Verwendung geneigter Dichtungen unmittelbar an der wasserseitigen
Dammböschung oder im wasserseitigen Teil des Dammes, wobei die Mehraufwendungen
für die größere Dichtungsfläche meist durch Einsparungen an den Schüttmassen zufolge
der günstigeren statischen Verhältnisse ausgeglichen werden.
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Dem Vorteil, daß Schäden an der Dichtung besser zugänglich und deshalb
leichter zu beheben sind, steht hierbei das Risiko gegenüber, daß Beschädigungen
der Dichtungsfläche durch dynamische oder sonstige mechanische Einwirkungen (z.
B. Luftangriffe) schneller entstehen und Ausmaße annehmen können, die bei einer
nur für normale Betriebsfälle bemessenen Ausspülsicherheit des Dammes zu seiner
schnellen und vollkommenen Zerstörung führen würden. Dies gilt in gleicher Weise
für homogen geschüttete Dämme wie für Dämme mit filtermäßigem Aufbau, da bei den
letzteren die unmittelbar an die eigentliche Dichtung anschließenden feinkörnigen
Schichten bei einer teilweisen Zerstörung der Dichtung ebenfalls beschädigt werden
können. Die durch eine solche Schadenstelle eintretende große Wassermenge durchdringt
nach Überlastung vorhandener Dränagen den Damm in breiten Strömungen und spült ihn,
von der Luftseite beginnend, durch rückschreitende Erosion aus, nachdem sich dort
die Stromlinien stark konzentriert haben und das kritische Gefälle überschritten
worden ist.
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Erfindungsgemäß wird, insbesondere bei wasserseitig gedichteten Dämmen,
der Dammkörper und sein Dränagesystem ähnlich den bekannten Anlagen so ausgeführt,
daß Sickerwassermengen, die durch normale Undichtigkeiten eingedrungen sind, wie
auch der größte Teil des eingetretenen Regenwassers auf möglichst kurzem Wege zu
einer durchlässigeren Schicht an der Dammsohle und von dort aus zur Luftseite abgeführt
werden. Abweichend von den bekannten Ausführungen wird jedoch der homogene oder
filterartige Aufbau des Dammkörpers in der ganzen Breite des Talquerschnittes durch
eine Zone begrenzter Durchlässigkeit (Bremszone) unterbrochen. Die Durchlässigkeit
dieser Bremszone ist entweder durch deren Gesamtaufbau aus feinkörnigem Material
oder mittels besonderer Vorrichtungen so bemessen, daß zwar übliche wasserseitig
davon, d. h. zwischen Dichtung und Bremszone anfallende Sickerwassermengen (z. B.
Regen, Hangwasser oder kleine Undichtigkeiten) zur Luftseite austreten können, im
Falle einer wesentlichen Beschädigung der Dichtung die Durchströmung des Dammes
jedoch auf ein für seine Standsicherheit ungefährliches Maß begrenzt bleibt. Mit
dieser zweiseitig begrenzten Durchlässigkeit unterscheidet sich erfindungsgemäß
die zusätzlich angeordnete Bremszone von allen bekannten Talsperrendichtungen.
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Als Schutz gegen eine mit der Dammdichtung gemeinsame Zerstörung der
Bremszone, z. B. durch Luftangriffe, sind die dazwischenliegenden durchlässigeren
Dammzonen ausreichend stark zu bemessen. Entsprechend dem Dammquerschnitt kann der
Abstand zwischen der Dichtung und der davon unabhängigen Bremszone und damit deren
Zerstörungsschutz mit wachsender Tiefe vergrößert werden.
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Eine Rutschgefahr in einer feinkörnigeren Bremszone und z. B. bei
Gerölldämmen eine Störung des homogenen Aufbaues läßt sich notfalls dadurch vermeiden,
daß möglichst grobes Steinmaterial, insbesondere Bruchsteine, darin eingerüttelt
werden (Steingerüst).
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Statt einer auf Filterzonen aufgebauten Bremszone kann diese auch
aus vorgefertigten Betonkörpern, bitumen- oder kunststoffgebundenen Körpern gebildet
werden. Sie wird dann mit Fortschreiten der Dammschüttung hochgeführt und erhält
wasserseitig, je nach Kornzusammensetzung des Stützkörpers unter Umständen auch
luftseitig, ein Mischfilter. Auch für diese Filterzonen läßt sich die Rutschsicherheit
durch Einrütteln eines Steingerüstes erhöhen.
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Die Bremszone wird erfindungsgemäß innerhalb des Dammquerschnittes
so weit zur Luftseite verlegt, daß der von dort bis zur luftseitigen Böschung vorhandene
Reststützkörper im Falle einer Zerstörung der Hauptdichtung gegenüber dem an der
Bremszone angreifenden hydrostatischen bzw. hydrodynamischen Druck bei Vollstau
oder bei einer betrieblich noch vertretbaren Dauerabsenkung standsicher bleibt.
Das Wasser, das die Bremszone durchdringt, wird zweckmäßig durch Dränageschichten
an ihrer Luftseite, die aus Schüttmassen mit großen Poren bestehen, zur Dammsohle
abgeführt.
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Zur besseren Begrenzung und Kontrolle des von der Bremszone durchzulassenden
Sickerwassers kann ihre vorgesehene Durchlässigkeit auch ganz oder überwiegend an
der Dammsohle zusammengefaßt und dort durch besondere Entwässerungsvorrichtungen
bekannter Art, z. B. Dränagedurchlässe (Rigolen, Sickerwasserrohre od. ä.) berücksichtigt
werden. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, die übrigen Teile der Bremszone
völlig oder nahezu wasserdicht auszubilden und an die Talsohle anzuschließen. Es
ist jedoch darauf zu achten, daß auch bei Vollstau an der Wasserseite der Bremszone,
z. B. bei starker Beschädigung der eigentlichen Dichtung, die durch die gesamte
Ebene der Bremszone, d. h. einschließlich der besonderen Entwässerungsvorrichtungen,
zur Luftseite austretende Wassermenge den Dammfuß nicht ausspülen kann.
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Zur klareren Durchflußbemessung der Entwässerungsvorrichtungen können
sie als Fensterdurchbrüche der Bremszone im Bereich der Talsohle ausgebildet werden.
Solch ein Fenster läßt sich z. B. als Stollen aus Mauerwerk, Beton oder Stahlbeton
oder
als Rohrleitung in bekannter Art ausführen. Zur Wasserfassung ist eine filterartig
aufgebaute Sickerzone vorzusehen, die vor der Bremszone und besonders im Stollenbereich
an der Talsohle liegt.
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Darüber hinaus ist es noch möglich, die Wasserabfuhr in den als Fenster
ausgebildeten Entwässerungsvorrichtungen durch Regelvorrichtungen zwischen einem
Minimum und Maximum zu steuern. Dies kann z. B. mittels eines an der Talsohle angeordneten
begehbaren Stollens erfolgen. Auch hier ist eine entsprechend filtermäßig aufgebaute
Sickerzone anzuordnen, in der die abzuführende Wassermenge in Rohrleitungen gefaßt
werden kann. Die Rohre leiten in diesem Fall das Wasser dem Stollen zu, von wo es,
zweckmäßigerweise in einem Kanal oder Rohr gesammelt, durch die luftseitige Dammsohle
nach außen abgeführt wird. In die Rohrleitungen sind Regelorgane, z. B. Schieber
bekannter Bauart, eingebaut, womit die Steuerung der Wasserabfuhr getätigt werden
kann.
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Für Dämme mit den üblichen Kronenbreiten rücken Dichtung und Bremszone
an der Dammkrone zwangläufig näher zusammen. Hier würde die Gefahr einer gemeinsamen
Zerstörung bestehen. Dem ist erfindungsgemäß durch eine kappenartige Verbreiterung
der Bremszone Rechnung zu tragen.
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Der erfindungsgemäße Aufbau des Dammes gibt die Möglichkeit, alle
baulichen und betrieblichen Vorteile einer wasserseitigen Dichtung ohne das Risiko
einer völligen Dammzerstörung bei größeren Beschädigungen der Dichtung wahrzunehmen.
Tritt durch eine solche Schadenstelle in der Dichtung eine größere Wassermenge,
die die Leistungsfähigkeit der unter der Bremszone zur Luftseite führenden Entwässerungsvorrichtungen
wesentlich überschreitet, in den Raum zwischen Dichtung und Bremszone ein, so füllt
sich dieser entsprechend seinem Porenvolumen und dem jeweiligen Wasserüberschuß
gegenüber der Abflußleistung der Entwässerungsvorrichtungen auf. Dies führt bei
größeren Wassermengen zu einer Verminderung des Druckgefälles an der Schadenstelle
und damit der Durchflußmenge, bis sich schließlich ein Gleichgewichtszustand mit
einer der Leistungsfähigkeit der Entwässerungsvorrichtungen und der Durchlässigkeit
der Bremszone entsprechenden geringeren Durchflußmenge einstellt. Für diesen nahezu
konstanten Fließvorgang stellt nicht mehr die Schadenstelle in der Dichtung den
entscheidenden Durchflußquerschnitt dar. Die maximaleDurchflußmenge wird durch die
Bremszone und die Entwässerungsvorrichtungen bestimmt, die erfindungsgemäß so zu
bemessen sind, daß durch die in solchem Falle auftretenden Durchflußmengen eine
Zerstörung des Dammes nicht mehr erfolgen kann.
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Die endgültige Wiederherstellung des Dammes wird insbesondere bei
wasserseitigen Dichtungen keine grundsätzlichen Schwierigkeiten bereiten und braucht,
da keine unmittelbare Zerstörungsgefahr besteht, in der zeitlichen Abwicklung nur
auf die betrieblichen Erfordernisse abgestimmt zu werden.
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Neben dieser besonderen Eignung für Dämme mit Dichtungen auf oder
in der Wasserseite kann eine solche Bremszone erfindungsgemäß auch für kerngedichtete
Dämme die Zerstörungssicherheit wesentlich erhöhen, wenn der Dammquerschnitt einen
entsprechenden Sicherheitsabstand zwischen Dichtung und Bremszone und luftseitig
davon einen ausreichenden Stützkörper zuläßt.
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In der Zeichnung sind drei Beispiele zur Erfindung wiedergegeben.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt durch einen Staudamm mit Dichtung i
auf der Wasserseite. Die wesentlichen Dammschüttmassen 2 und 3 sind je nach den
Eigenschaften des verfügbaren Materials in üblicher Weise homogen oder abgestuft
aufgebaut und können eine beliebig große Durchlässigkeit besitzen. Die Bremszone
q. ist erfindungsgemäß so eingefügt, daß luftseitig ein ausreichender Stützkörper
verbleibt. Sie erhält in diesem Beispiel eine kappenartige Verbreiterung 5, um bei
größeren Zerstörungen ein starkes Durchströmen des Dammteiles an der Dammkrone und
damit eine Verbindung zwischen dem Oberwasser und der luftseitigen Schüttung mit
einem Überspülen der Luftseite und schließlich die Auflösung des Dammes zu verhindern.
Das von der Wasserseite anfallende normale Sickerwasser wird in diesem Beispiel
erfindungsgemäß mit einem Dränagesystem als Entwässerungsvorrichtung 6 in bekannten
Ausführungen durch den unteren Teil der Bremszone q. in die grobkörnige Sickerschicht
7 oder Dränagerohre übergeführt, die außerdem im Schadensfalle das durch die Bremszone
q. anfallende Sickerwasser unschädlich zur Luftseite abzuleiten haben. Der von Sickerströmungen
am stärksten beanspruchte luftseitige Dammfuß 8 wird aus gröberem Material hergestellt.
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Fig. 2 zeigt den für die Lage der Hauptdichtung üblichen anderen Grenzfall
als lotrechte Dichtungswand i. Die Bremszone q. ist durch eine durchlässigere Schüttung
2, die erfindungsgemäß einen ausreichenden Sicherheitsabstand herzustellen hat,
davon getrennt. Sie kann als zusätzliche Sicherung in der Krone ebenfalls eine Verbreiterung
5 erhalten. Die Luftseite ist ähnlich wie in Fig. i in eine Sickerschicht 7 und
die normale Dammschüttung 3 unterteilt, während die Wasserseite 9 üblicherweise
einen filtermäßigen Aufbau erhält, damit bei Stauabsenkung keine Rutschungen zufolge
Strömungsdruck auftreten.
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In Fig. 3 ist als weiteres Beispiel die Zusammenfassung der Entwässerungsvorrichtungen
6 in einem begehbaren Stollen i i an der Talsohle io dargestellt. Die im übrigen
dichte Ebene der Bremszone q. wird durch die Stollenwandung bis zum Einbinden in
die Talsohle io fortgesetzt. Das eingedrungene Wasser sammelt sich wasserseitig
der Bremszone 4 und insbesondere an der Dammsohle in einer Filterzone 12, die vor
allein dann als besonderer Teil des Dammkörpers auszubilden ist, wenn die übrigen
Schüttmassen :2 zwischen Dichtung und Bremszone q. nicht die hierfür erforderliche
Durchlässigkeit besitzen. Den Entwässerungsvorrichtungen 6 entspricht in diesem
Falle folgende Anordnung: Innerhalb der Filterzone 12 wird das
Wasser
durch Sickerrohre bekannter Art 13 entnommen, an Einzelpunkten zusammengeführt und
dort mit fensterartigen Rohrdurchbrüchen durch die Wandung des Stollens i i einem
Sammelrohr oder -kanal 15 in dem begehbaren Stollen zugeführt. Die Entwässerungsvorrichtungen
6 können Regeleinrichtungen 14 bekannter Art erhalten, mit denen sich die Wasserabfuhr
erforderlichenfalls drosseln läßt. Das im Stollen gesammelte Wasser wird durch einen
oder mehrere Kanäle oder Rohre 16, die je nach den sonstigen Betriebserfordernissen
ebenfalls in begehbaren Stollen untergebracht werden können, durch den luftseitigen
Dammfuß in das Unterwasser abgeführt.
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Je nach den örtlichen Gegebenheiten kann in anderen Fällen eine unmittelbare
Fortsetzung der als Fensterdurchbrüche ausgebildeten einzelnen Entwässerungsvorrichtungen
6 bis zum luftseitigen Dammfuß, ohne Zwischenschalten eines Stollens mit Sammelkanal,
zweckmäßig sein.