Dichtwände gegen hohes Schadstoffpotential

- Entwicklung, Einsatz, Aussichten -

Dipl.-Ing. Joachim Fischer

Überblick

1.      Inhalt

Zur Einkapselung von Deponien und Altlasten stehen Dichtwandsysteme zur Verfügung, die an die aus jedem Anwendungsfall sich anders darstellenden Anforderungen, angepaßt werden können.  Die Erfahrungen mit Dichtwänden (DW) ermöglichen auch bei hohem Schadstoffpotential im zu umschließenden Areal eine sichere Lösung. 

Nach einer Übersicht über die Dichtwandsysteme liegt der Schwerpunkt bei den Dichtwandmaterialien und deren Einsatzmöglichkeiten.  Zwei Praxisbeispiele belegen den Stand der Technik. Möglichkeiten der Weiterentwicklung geben einen Ausblick.

2.      Einleitung

Dichtwände, Dichtungssohlen und Oberflächenabdichtungen sind Lösungsmöglichkeiten, die allein oder in Kombination zur Einkapselung von Altdeponien und Altlasten eingesetzt werden können.  Oberflächenabdichtungen sind die am häufigsten zum Einsatz kommenden Elemente.  Sie verhindern den Eintrag von Oberflächenwasser und die damit einhergehende Sickerwasserbildung und Schadstoffverfrachtung.  Oberflächenabdichtungen, egal welchen Aufbaues, eingeschränkt sogar Oberflächenversiegelungen, sind auch die konstruktiven  Maßnahmen, auf die am wenigsten verzichtet werden kann und sollte. 

Aber was ist zu tun, wenn der Schadensherd tiefer liegt und die Gefahr besteht, daß auf Grund der hydrogeologischen Verhältnisse die Schadstoffe aus dem Schadensherd abtransportiert werde?  Hier helfen entweder Dichtwände oder Dichtungssohlen.  Dabei ist zu berücksichtigen, daß eine Dichtungssohle ohne umschließende Dichtwand seitlich ausreichend hoch über den Grundwasserspiegel zu führen ist.  Aber, die nachträgliche Herstellung einer Dichtungssohle kostet ein Vielfaches von einer Dichtwand.  Der nachstehende Vergleich verdeutlich die Kostensituation (Tabelle 1).  Da bisher keine Dichtungssohlen in großer Tiefe nachträglich hergestellt wurden, sind die Kosten hierfür aus der Literatur entnommen: 600 DM/m² /1/, bzw. 2.000 DM/m² /2/.  Die Dichtungssohle wird einer Kombinations-Dichtwand (KDW) gegenüber gestellt, auf die im nächsten Kapitel eingegangen wird.

Grundfläche

5000 m²

ca. 70 x 70 m

100.000 m²

ca. 320 x 320 m

200.000 m²

450 x 450 m

Dichtungssohle

300,00 €/m²

1,50 Mio €

30.00 Mio €

60,00 Mio €

Dichtungssohle

1.000,00 €/m²

5,00 Mio €

100,oo Mio €

20,00 Mio €

Kombinations-Dichtwand
ca. 200 €/m²

t = 10 m

0,56 Mio €

t = 10 m

2,56 Mio €

t = 10 m

3,60 Mio €

Kombinations-Dichtwand
ca. 200 €/m²

t = 20 m

1,12 Mio €

t = 20 m

5,12 Mio €

t = 20 m

7,20 Mio €

Tabelle 1  Kostenvergleich Dichtwand / Dichtungssohle

Der Vergleich zeigt, daß schon bei einer kleinflächigen Altlast mit 5.000 m² Grundfläche in 10 m Tiefe, die Dichtwand ohne Einbindung in einen Stauer noch Kostenspielraum bietet, um durch Absenkung eine in den umschlossenen Raum gerichtete Fließrichtung zu realisieren.  Der Kostenvergleich spricht bei größeren Flächen sehr eindeutig für eine Dichtwand-Lösung.

3.      Entwicklung

Die Herstellung von Dichtwänden geht auf eine Entwicklung der italienischen Spezialtiefbaufirma ICOS um 1950 zurück.  Nach dem ICOS-Verfahren wurden unverrohrte, flüssigkeitsgestützte Bohrungen im Spülbohrverfahren abgeteuft und im Kontraktorverfahren mit Abdichtungsmaterial (kf ca. 1x10-6 m/s) aufgefüllt.  Die Zwischenräume im doppelten Durchmesser der Bohrungen wurden zeitversetzt ebenfalls unverrohrt und flüssigkeitsgestützt mit einem Spülmeißel abgeteuft und danach mit dem gleichen Abdichtungsmaterial aufgefüllt.  Nach diesem Verfahren wurde 1976 eine 131 m (!) tiefe Dichtwand unter einem Staudamm in Kanada hergestellt /3/.  Mitte der sechziger Jahre bekam die Schlitz- und Dichtwandtechnologie Auftrieb durch den in Deutschland beginnenden U-Bahn Bau.  In München waren damals schon 38 m tiefe Schlitzwände erforderlich.  Mit Dichtwänden bestehen also Erfahrungen sei 50 Jahren!

Die Palette der Dichtwandverfahren läßt sich unter verschiedenen Merkmalen darstellen.  Dies kann die Art der Herstellung sein, d.h., ob es sich um gerüttelte, gerammte, gegriffene oder gefräste Dichtwände handelt.  Die Unterscheidung kann auch unter dem Merkmal getroffen werden, ob die Abdichtungsmaßnahme durch Füllung der Bodenporen mit einem Abdichtungsmaterial (z.B. bei einer injizierten Dichtwand) erfolgt, oder ein mit Dichtwandmasse zu verfüllender Raum im Boden durch Verdrängung oder Aushub geschaffen wird.  Die folgende Einteilung berücksichtigt die Widerstandsfähigkeit einer Dichtwand gegenüber Schadstoffangriffen (Tabelle 2).

Die Empfehlungen des Arbeitskreises Geotechnik der Deponien und Altlasten der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V. enthalten in der E 4-1, Bild 4-1.1 (Abb. 3) mehrere Dichtwandsystem, auf die hier nicht eingegangen werden soll, da sie sehr selten oder nur bei kleineren oder spezielleren Abdichtungsmaßnahmen zum Einsatz kommen.

Dichtwandtyp

Dichtwandmasse

Vorteile

Gerüttelte Schmalwand

Bentonit / Wasser / Zement 1)

preiswert

Gerüttelte Kammer-Dichtwand

Bentonit / Wasser / Zement 1)

preiswert und kontrollierbar

Gegriffene Einphasen-Dichtwand

Bentonit / Wasser / Zement 1)

auch in hindernishaltigem Baugrund

Gegriffene Kammer-Dichtwand

Bentonit / Wasser / Zement 1)

wie oben, aber kontrollierbar

Gegriffene Zweiphasen-Dichtwand oder Bohrpfahlwand

Bentonit / Wasser / Zement
+ mineralische Zuschlagstoffe

sicherer durch hohen Feststoffgehalt

Gegriffene Zweiphasen-Dichtwand oder Bohrpfahlwand.
mit Tonfüllung

Ton / Wasser / (Zement)

...und geringen Zementgehalt

Gegriffene Kombinations-Dichtwand + Kunststoffdichtungsbahn

Bentonit / Wasser / Zement 1)/

+ Kunststoffdichtungsbahn

geringste Durchlässigkeit

Gegriffene Zweiphasen-Dichtwand oder Bohrpfahlwand oder gerüttelte Kammer-Dichtwand mit silikatischer Füllung

Mineral / Silikat

hoher Schadstoffwiderstand

1)  oder Fertigprodukte
Tabelle 2  Dichtwandtypen

Die gerüttelte Schmalwand stellt die preiswerteste Lösung dar, wenn es um die Abschirmung von Wasser geht.  Der ‚Hohlraumbildner’ ist ein Profilstahlträger, dessen Steghöhe auf über 1.000 mm und dessen Stegdicke auf ca. 80 mm, was der Nenndicke der späteren Schmalwand entspricht, erhöht wird.  Durch Eintreiben des hohlraumbildenden Stahlprofiles mit vibrierender Rammung (Stich) auf die vorgesehene Tiefe und anschließender Verfüllung des entstandenen Hohlraumes beim Ziehen des Stahlprofiles mit Schmalwandmasse, entsteht die dann eine der Stegdicke entsprechende Schmalwand.  Je nach Kornverteilung und Lagerungsdichte der durchrammten Bodenschichten, dringt Schmalwandmasse auch in den anliegenden Boden ein, was die Dicke der Schmalwand erhöht.  Der folgende Stich wird in gleicher Weise mit einer Überschneidung von ca. 20-30 cm in Wandachse ausgeführt.  Die sich überschneidenden Schmalwand-Stiche erfolgen also frisch in frisch.  Durch die jahrelangen Erfahrungen in unterschiedlichsten Böden und auch bei großen Tiefen, kann davon ausgegangen werde, daß dieser Dichtwandtyp auch zur Einkapselung von Altlasten geeignet ist.  Ein Beweis hierfür liefern die ca. 30 m tiefen Kammer-Schmalwände, das sind zwei parallel hergestellte Schmalwände mit, die Kammern bildenden Querschotts, um die Deponie Rautenweg in Wien, aber auch anderswo.

Im Gegensatz zur gerüttelten Schmalwand wird bei der gegriffenen Dichtwand  der Boden nicht verdrängt, um Raum für die Dichtwandmasse zu schaffen, sondern mit einem Schlitzwandgreifer ausgehoben.  Je nach Einbringung der Dichtwandmasse wird zwischen Einphasen- und Zweiphasen-Dichtwänden unterschieden.  Bei der Einphasen-Dichtwand ist die Stützflüssigkeit gleich die Dichtwandmasse, die nach Beendigung des Grabvorganges erhärtet.  Bei der Zweiphasen-Dichtwand wird die Stützflüssigkeit nach dem Grabvorgang gegen die Dichtwandmasse im Kontraktorverfahren ausgetauscht.  Die Aneinanderreihung der einzelnen Grababschnitte (Lamellen) erfolgt bei der Einphasenwand kontinuierlich, d. h. die Herstellung der Dichtwand erfolgt frisch in frisch, abgesehen von größeren Unterbrechungen.  Die Zahl der Arbeitsfugen wird dadurch auf ein Minimum reduziert.  Beim Zweiphasenverfahren stehen zwei Möglichkeiten zum Verbinden der Lamellen zur Wahl.  Entweder sorgen Abstellkonstruktionen, sog. Fugenrohre, die nach dem Abbinden der Dichtwandmasse gezogen werden, für eine exakte Ausbildung der Fuge, oder es wird eine über die andere Lamelle gegraben (Anfänger) und mit Dichtwandmasse aufgefüllt.  Zeitversetzt, nach erfolgter Verfestigung der Anfänger-Lamellen, werden die ausgelassenen Lamellen (Schließer) nachgeholt.  Dies erfolgt entweder zwischen den ‚abgestellten’ Fugen oder, wenn keine Fugenrohre zu Einsatz kamen, mit einem Überschnitt von 20-30 cm, zu den angrenzenden Anfängern.  Mit dieser Methode können sowohl Einphasen-Dichtwände, als auch überschnittene Bohrpfahl-Dichtwände hergestellt werden.

Die wichtigste Komponente bei der Herstellung einer Einkapselung mit einer Dichtwand bildet die Dichtwandmasse.  Neben der Verarbeitbarkeit, auch über lange Grabzeiten, bestimmt die Rezeptur und die Auswahl der Baustoffe nicht nur den Durchlässigkeitskoeffizienten und die Druckfestigkeit, sondern auch die Widerstandsfähigkeit gegenüber Schadstoffangriff.  Im Laufe der letzten 50 Jahre wurden fast bei jedem Projekt an Hand von Eignungsprüfungen und im Zuge der Überwachung bei der Herstellung Tausende von Mischungen getestet.  Die Tendenz, die Anforderungen immer höher zu schrauben, hat in letzter Zeit nachgelassen.  Fachleute kennen die Grenzen und wissen, daß übertriebene Forderungen zu einer überproportionalen Kostensteigerung führen.  Die ersten Dichtwandmassen (DWM) wurden aus 40 – 50 kg Ca-Bentonit (später aktivierter Ca-Bentonit / Na-Bentonit) und 150 –175 kg Zement pro m³ DWM angemischt.  Der Einsatz von Hochofenzement (HOZ) wurde fast automatisch erforderlich, als die Tiefen größer wurden und daraus resultierend, die Grabzeiten.  Danach folgte der Wunsch, die DWM feststoffreicher und damit beständiger zu machen, da bei der zuvor genannten Rezeptur über 90 Vol% aus Wasser bestehen.  Aber unter 80 Vol% Wasser lassen sich Dichtwandmassen für Einphasen-Dichtwände nicht herstellen, egal ob Fertigprodukt oder eine Mischung mit 250 kg Ca-Bentonit und 250 kg HOZ. 

Das Ziel, den Anteil möglichst inerter Zuschlagstoffe in der DWM weiter zu steigern („die Stelle in der Dichtwand, die von Feststoffen belegt sind, können nicht vom Wasser durchströmt werden“), konnte erst bei den Zweiphasen-Dichtwänden verwirklicht werden.  Durch die Trennung des Grab- und Verfüllvorganges, gelang es, feststoffreiche Dichtwandmassen auf Bindemittelbasis mit nur 35 Vol% Wasser in Zweiphasen-Dichtwände einzubauen.  Die optimalsten Dichtwandmassen mit über 80% Feststoffen lassen sich nur als bindemittelfreie Dichtwandmassen realisieren.  Hinzu kommt, daß diese silikatischen Dichtwandmassen die höchste Schadstoffresistenz aufweisen.  Die wichtigsten Rezepturen sind in Tabelle 3 zusammengestellt.

Dichtwand
Rezeptur

Einphasen Dichtwand
‚ordinär’

Zweiphasen Dichtwand
mit hohem Feststoffgehalt

Zweiphasen Dichtwand
mit silikatischer Dichtwandmasse

Na - Bentonit

40 kg /m³

 

 

Tonmehl Secursol 3101

 

 

270,4 kg/m³

Flugasche
Berkament

  

 

47,8 kg/m³

Kies/Sand 0/8 mm

 

 

1.533,8 kg/m³

HOZ 35L

200 kg/m³

 

 

Fertigprodukt

 

540 kg/m³

 

Wasser

920 kg/m³

800 kg/m³

167,2 kg/m³

DYNAGROUT®DWR-A

 

 

2,5 kg/m³

DYNAGROUT®DWR-B

 

 

5,0 kg/m³

Wasserglas HK30

 

 

33,3 kg/m³

Dichte

1,16 t/m³

1,34 m³

2,08 t/m³

Feststoffe

8,2 Vol%

20 Vol%

80,6 Vol%

Durchlässigkeit
kf (28)

1 x 10–9 m/s

1 x 10–10 m/s

5 x 10–10 m/s

Druckfestigk.
qu (28)

1 MN/m²

5 MN/m²

>= 25 kN/m²

Tabelle 3 Dichtwandmassen

Schmalwandmassen müssen im Gegensatz zu den Dichtwandmassen weniger fließfähig sein.  Die Rezeptur der Schmalwandmassen kann mit Feststoffen soweit aufgefüllt werden, solange sie noch durch ein 2“-Rohr mit Sicherheit pumpfähig bleiben.  Denkbar ist es deshalb, aber noch nicht ausgeführt, als Schmalwandmasse eine bindemittelfreie silikatische Schmalwandmassen zu wählen, z.B. bei Kammer-Schmalwänden.  Durch die schadstoffresistente Masse und die Kontrolle jeder Kammer auf Leckagen, ergibt sich eine zielorientierte Kombination aus kostengünstiger Herstellung und optimaler Dichtwandmasse.

Abb. 1  PE HD Verbindungsschlösser für vertikale Kunststoff-Dichtungsbahnen

Der Wunsch, die Durchlässigkeit der vertikalen Abdichtungen gegen Null zu bringen, hat zur Kombinations-Dichtwand geführt.  Bei der Kombinations-Dichtwand werden Kunststoff-Dichtungsbahnen (KDB) aus Polyäthylen hoher Dichte (PE HD) in eine, im Einphasen-Verfahren gegrabene, Dichtwand eingestellt.  Um die KDB zu verbinden, ist eine fortlaufende Herstellung der Dichtwand-Lamellen erforderlich.  Die Verbindung der 4 bis 5 m breiten KDB-Platten untereinander erfolgt über Schloßkonstruktionen, für deren Ausbildung es mehrere Möglichkeiten gibt (Abb. 1).  Die drei Schloßkonstruktionen sind maßstäblich dargestellt.  Während, von oben nach unten betrachtet Typ 1 und Typ 2 nur mit Quelldichtungen versehen werden können und somit ein sehr mäßiges Sicherheitspotential haben, kann das zu unterst dargestellte Schloßprofil Typ 3 ausgespült und mit einer schadstoffresistenten z.B. silikatischen Dichtwandmasse (s. Tabelle 3), verfüllt werden.  Über die Ausführung einer Kombinations-Dichtwand wird im Folgenden noch berichtet.

4.      Einsatz

Dem Thema,  ‚Dichtwände gegen hohes Schadstoffpotential’  folgend, werden zwei ausgeführte Einkapselungen beschrieben.  Die Umschließung der Deponie SAD Hoheneggelsen soll als Beispiel für eine Kombinations-Dichtwand stehen, die Deponie Münchehagen als Beispiel für die Herstellung einer feststoffreichen silikatischen Dichtwand.

Kombinationsabdichtung SAD Hoheneggelsen

 Abb.2  Kombinations-Dichtwand:  Einstellen der Kunststoff-Dichtungsbahn

Die Deponie SAD Hoheneggelsen wurde als Deponie für anorganische Abfälle mit einem Volumen von 250.000 m³ planungsrechtlich festgestellt.  Die Deponierung der Abfälle erfolgt in Poldern, die 30 m tief in den 400 m mächtig anstehenden Tonstein und Tonmergel der Unterkreide eingegraben waren.  Die Öffnungsweite an der GOK betrug 350 x 130 m.  Ab GOK waren die Seitenwände des Polders als Böschungen ausgebildet. 

Die 20° steilen Böschungen verhinderten die Aufbringung einer Abdichtung nach TA Abfall, da der Preßverbund zwischen einer Kunststoffdichtungsbahn (KDB) und der mineralischen Dichtung unmöglich war.  Um dennoch der grundsätzlichen Forderung der TA Abfall nach zwei unterschiedlichen Dichtungselementen zu genügen, wurde das normalerweise an der Basis horizontal und an den Böschungen schwach geneigt einzubauende Dichtungselement, die KDB, als vertikale, außen liegende Dichtung entworfen und auch so ausgeführt.

Die Kombinations-Dichtwand, also eine Zweiphasen-Dichtwand mit eingestellter KDB wurde von der BILFINGER BERGER AG hergestellt.  Die einzelnen Dichtwandabschnitte wurden nacheinander frisch in frisch abgeteuft. Inzwischen wurden die 2,5 mm starken Kunststoff-Dichtungsbahnen aus PE HD von der Rollenware abgelängt und auf einer Werkbank entsprechender Länge und Breite positioniert, um die beiden Hälften der PE HD Verbindungsschlösser an den Längskanten der KDB mit einer prüfbaren Doppelnaht anzuschweißen.  Sobald ein Dichtwandabschnitt soweit fertig gestellt war, daß er die 5 m breite KDB aufnehmen konnte, wurde die mit den beiden Schloßhälften fertig konfektionierte KDB auf die Trommel des selbstfahrenden Bahnen-Einbaugerätes aufgewickelt und zum Einbauort gefahren. 

Dort wurde das Bahnen-Einbaugerät dicht am gerade gegrabenen Dichtwandabschnitt ausgerichtet.  Nach dem Zusammenführen der beiden Schloßhälften wurde die KDB in die Dichtwand abgelassen.  Hierzu war ein Gewicht erforderlich, das in Form eines Einstellrahmens mit der am Fuß der KDB montierten, verlorenen Stahlschiene über einen Dorn verbunden war.  Nach Erreichen der Solltiefe, konnte der Einstellrahmen  wieder gezogen werden.  Danach mußte die KDB über der Dichtwand aufgehängt werden, da sonst die KDB in der Dichtwand versunken wäre, obwohl der Dichteunterschied von KDB (<1) und Dichtwandmasse (1,1) theoretisch Auftrieb erzeugen müßte.  Offensichtlich reicht die Reibung zwischen Dichtwandmasse und der doch spiegelglatten KDB aus, um Abtriebskräfte zu mobilisieren. 

Für die Dichtwandmasse wurde ein Fertigprodukt der Anneliese Baustoffe für Umwelt und Tiefbau gewählt.  Die Dichtwandmasse hatte einen Feststoffgehalt von 180 kg/m³.  Damit ergab sich ein Durchlässigkeitskoeffizient von kf = 5 x 10-10 m/s und eine einaxiale Druckfestigkeit von qu = 350 kN/m².

Diese nachstehende theoretische Betrachtung soll aufzeigen, daß die Kombinations-Dichtwand die besten Eigenschaften von allen Dichtwänden hat, den Fließweg des Wassers abzusperren.  In gleichem Maße wird das Heranführen der im Wasser gelösten und transportierten  Schadstoffen auf ein Minimum reduziert.

Bisher wurden ¼ Mio.m² Kombinations-Dichtwände in Deutschland, Italien, Finnland und Ungarn hergestellt.  In Deutschland waren dies vor allem die Deponien Emscherbruch (30.000 m²), Hünxe (30.000 m²) und Frankfurt ‚Monte Scherbelino’ (43.000 m²).  Das Verfahren ist noch entwicklungsfähig, wie am Schluß dieses Berichtes aufgezeigt wird.

Sonderabfalldeponie Münchehagen (Silikatische Zweiphasen-Dichtwand)

Die verhältnismäßig junge Sonderabfalldeponie Münchehagen (Deponiebeginn 1968) war schon im zarten Alter von 11 Jahren zur Altlast ‚herangereift’.  Die ersten Überlegungen zur Sanierung der sog. Altdeponie begannen 1979, nachdem sich die Betreibergesellschaft dieser Altdeponie (25 Stück 5-6 m tiefe Einzelpolder mit insgesamt 56.000 m³ flüssigem und pastösem Industrieabfall) aufgelöst, und die Grundstückseigentümer auf ihr Grundeigentum verzichtet hatten!  Etwas verwunderlich war, daß zum Zeitpunkt der ersten Sanierungsvorschläge für die Altdeponie, auf der angrenzenden GSM-Deponie, deren Sanierung gleich Thema ist, die Einlagerung von vorwiegend festen Sonderabfällen in drei 25 m tiefen Poldern mit einem Volumen von 350.000 m³ erfolgte.  Die Sanierungsbemühungen bezüglich der Altdeponie liefen von 1979 – 1983 vier Jahre parallel zur Schaffung der neuen ‚Altlast GSM-Deponie’‚ und zwar als sog. ‚geordnete Ablagerung’, ein einmaliger Fall.  Auch hier ging die Betreibergesellschaft 1985 in Konkurs.  Die Sanierung der GSM-Deponie wurde seit Schließung im Jahr 1983 betrieben.  1985 ging die erste Grundwasserbehandlungsanlage in Betrieb, 1999 wurde die Einkapselung mit einer Dichtwand ausgeführt, danach erfolgte die Oberflächenabdichtung.

Der Durchlässigkeitskoeffizient der Dichtwandmasse kann nicht gleichgesetzt werden mit dem der Kombinations-Dichtwand (KDW).  Warum?  Die KDB zusammen mit der Schloßverbindung bewirkt folgendes:

  1. 1.     Der Sickerweg wird durch das Schloß um 29 cm verlängert, und zwar von 80 cm auf 109 cm.  Da der Sickerweg linear in die Berechnung einer Sickerwassermenge eingehen würde, entspricht der verlängerte Sickerweg einem Reduzierungsfaktor 1  von  80/109  =  o,73  =   7,3x10-1
  • 2.     Durch die KDB ist die gesamte Fläche wasserundurchlässig (!), außer, daß Wasser an der Schloßfuge eintreten kann, um durch das Schloß zu sickern (s.o.).  Die Schloßverbindung hat eine vor-gegebene Toleranz von 2 mm, damit die Schloßhälften zusammen geschoben werden können.   5.000 mm Bahnenbreite verteilt auf 2 mm Fuge ergeben einen Reduzierungsfaktor 2  von  2/5000  = 0,0004  = 4x10-4
  • 3.     Beide Einflüsse zusammen ergeben einen Reduzierungsfaktor 1 + 2 von  2,9x10-4
  • 4.     Der Durchlässigkeitskoeffizient der Dichtwandmasse kf = 5 x 10-10 m/s gilt nur für die 2 mm breite Schloßfuge alle 5 m, die Restfläche ist wasserundurchlässig, so daß auf die gesamte Dichtwandfläche ein mittlerer theoretischer Durchlässigkeitskoeffizient anzusetzen ist von
    kf (KDW)  =  5 x 10-10 m/s  *  2,9x10-41,5 x10-13 m/s

Die Polder der GSM-Deponie waren im schluffigen Tonstein der Unterkreide angelegt, der über 100 m tief ansteht.  Wie sich aber heraus stellte, war der Tonstein zumindest in den oberen 10 m geklüftet und somit wasserwegig.  Es dauerte lange, bis die vielen Sanierungsvorschläge formuliert und diskutiert waren.  Zwei blieben übrig, beides Dichtwandlösungen.  Die flache Dichtwandlösung sah unter der Dichtwand eine Injektionswand bis 30 m Tiefe vor.  Zur Ausführung kam eine Dichtwand, die über die gesamte erforderliche Tiefe von 30 m geführt wurde, mit der Aufgabe:

Abmessungen der Dichtwand: 

Auf Grund des Schadstoffspektrums war eine Dichtwandmasse erforderlich, die sowohl dicht, als auch beständig gegen die betonaggressiven und toxischen Sickerwässer sein mußte.  Die Wahl fiel wegen der Schadstoffbeständigkeit auf das DYNAGROUT® - System der degussa. (vorm. Dynamit Nobel / Hüls Troisdorf) und zwar die in Tabelle 3 notierte silikatische Dichtwandmasse.

Eine Dichtwandmasse nach dem DYNAGROUT® - System besteht aus einem Mineralgemisch, dessen Körnungsband einer Fullerkurve angenähert ist, also wenige und kleinvolumige Porenräume aufweist.  In die Porenräume wird ein Hydrosilkatgel eingebaut, das die Abdichtungsfunktion übernimmt.  Das Hydrosilikatget besteht aus Wasserglas, Wasser und den beiden DYNAGROUT®  - Komponenten A und B.

Die Eigenschaften des DYNAGROUT® - Hydrosilikatgels werden durch den Typ A (Spez. Phosphatlösung) und Typ B (Alkylalkoxysilan, ein teilorganisches Derivat der Kieselsäure) und deren Verhältnis zum Wasserglas bestimmt, aber auch die Gelzeit und die Gelfestigkeit /4/ /5/.  Mittels der Komponenten A und B kondensiert das kolloidale SiO2 des Wasserglases im Porenraum der Feststoffmatrix zum engmaschigen, dreidimensionalen Netzwerk.  In den käfigartigen Strukturen wird das Porenwasser fixiert, wodurch Strömungsvorgänge unterbunden bzw. stark behindert werden.  Das Gelnetz besitzt selber keine ausgeprägte Festigkeit, wie sie z.B. durch die Kristallisation hydraulischer Bindemittel entsteht.  Primär werden die mechanischen Eigenschaften der Dichtwandmasse durch Feststoffmatrix bestimmt.

In zahlreichen Langzeitversuchen wurde die Korrosionsbeständigkeit sowohl des DYNAGROUT® - Hydrosilikatgels, als auch der damit hergestellten Dichtwandmassen gegen Chemikalienangriff untersucht.  Dabei ergaben sich hohe Beständigkeiten gegenüber organischen und anorganischen Schadstoffen sowie synthetischen bzw. originalen Deponie-Sickerwässern höchster Belastung.  Die Untersuchungen umfaßten die Bestimmung des kf-Wertes bei Belastung mit der jeweiligen Prüfflüssigkeit über einen Zeitraum von mind. 1 Jahr /4/.  Aus der folgenden Tabelle 4 ist ersichtlich, daß die DYNAGROUT® - Dichtwandmasse eine sehr große Stabilität gegenüber chemischen Angriffen und eine nur geringe Durchlässigkeit aufweist.

Mit der Herstellung der Dichtwand, eingeschlossen auch die Behandlung und der Einbau des Dichtwandaushubes, wurde die Firma HOCHTIEF UMWELT beauftragt.  Die Dichtwand wurde in einem rund um die Uhr organisierten Betrieb ausgeführt. 

Prüfmedium

Wässrige Lösung

Konzentration %

Gradient

Prüfzeit d

kf-Wert
m / s

 

Aceton

X

5

17

364

4x10-11

Chem. Industrie

Ethylendiglykol

X

5

17

407

3x10-11

Lackindustrie

FCKW

X

<0,01

60

518

3x10-11

Metall-/ Elektroind.

Arom KW-Gemisch

 

Phase

17

329

3x10-12

Lackindustrie

Phenol

X

8

17

406

5x10-11

Chem. Industr./ Kokerei

Propionsäure

X

5

15

364

4x10-11

Chem. Industrie

Trichlorethen

X

<0,1

60

364

3x10-11

Metall-/ Elektroind.

Magnesiumchlorid

X

5

17

367

5x10-11

Chem. Industrie

Magnesiumsulfat

X

5

16

364

8x10-11

Chem. Industrie

Schwermetallsalze

X

 

16

397

7x10-11

Metall-/ Elektroind.

Phosphorsäure

X

85

16

365

5x10-11

Düngemittelherst.

Perchlorethen

 

Phase

16

394

5x10-12

Metallindustrie

Toluol

 

Phase

17

371

1x10-11

Lackindustrie

o-Dichlor-benzol

 

Phase

17

371

<1x10-12

Pestizidhersteller

Anilin

 

Phase

18

366

<1x10-12

Chem. Industrie

Dieselöl

 

Phase

16

366

7x10-11

Mineralölindustrie

n-Buthylacetat

 

Phase

19

365

6x10-11

Lackindustrie

Sickerwasser Malsch

 

100

17

366

4x10-11

Sonderabfalldepon.

Sickerwasser Sprendling.

 

100

18

409

2x10-11

Sonderabfalldepon.

Sickerw. Münchehagen.

X

50

18

364

2x10-11

Sonderabfalldepon.

Leitungswasser

 

100

17

365

2x10-11

 

Tabelle 4 Chemikalienresistenz von DYNAGROUT® - Dichtwandmassen

Zum Einsatz kamen 2 Schlitzwandfräsen  BC20 und BC30.  Die Länge der Anfänger-Lamellen betrug aus Standsicherheitsgründen 7 m.  Die Länge der Schließer entsprach der Breite der Fräsen.  Der Überschnitt betrug 80 cm.  Das von den Fräsen geförderte Tonstein/Suspensions-Gemisch wurde über eine Regenerationsanlage geführt und dort gereinigt.  Soweit die gereinigte Suspension nicht mehr einsetzbar war, wurde sie einer Feststoff/flüssig–Trennung unterzogen, so daß das gewonnene Wasser wieder verwandt und die Feststoffe deponiert werden konnten.  Vertragsgemäß war eine Entsorgung von Feststoffen außerhalb der Altlast ausgeschlossen.  Der Dichtwandaushub wurde unterteilt in unbelasteten Boden, der bei der anschließenden Oberflächenabdichtung Verwendung finden sollte, und nicht verwendungsfähigen kontaminierten Boden, der z.T. mit Kalk stabilisiert und verdichtet innerhalb der Altlast eingebaut wurde. 

Die Aufbereitung der DYNAGROUT® - Dichtwandmasse erfolgte in zwei Stufen.  Aus den DYNAGROUT® - Komponenten A und B  und Wasser wurde eine Vormischung hergestellt.  Das Anmischen der Dichtwandmasse erfolgte in einem Zwangsmischer, in dem die Zuschlagstoffe, das Wasserglas, das Restwasser und die Vormischung zusammen homogenisiert wurden.

Es ist selbstverständlich, daß bei eine derart sensible Sanierung ein umfangreiches Programm zur Qualitätssicherung abgearbeitet werden mußte /5/.

Die Altlast war in einen großen Schwarzbereich und einen kleinen Weißbereich unterteilt.  Im Schwarzbereich gab es zudem unterschiedliche Zonen, je nach Gefährdungsgrad.

Die Altlast Münchehagen stellt die bisher größte Sanierung mit einer silikatischen Dichtwand dar.  Weitere Projekte waren die Sonderabfalldeponie Gerolsheim, die Industriedeponie Zielgasse, Rheinfelden, die Sonderabfalldeponie Breitscheid, die Schlackedeponie Braubach (Bohrpfahl-Dichtwand), und die Sicherungsmaßnahme Breithauptstraße Zwickau (Bohrpfahl-Dichtwand).

5.    Aussichten

Mit einer Kombinations-Dichtwand, wie sie in Hoheneggelsen und mit ¼ Mio m² auch anderswo ausgeführt wurde, und mit der silikatischen Zweiphasen-Dichtwand, wie sie in Münchehagen ausgeführt wurde, stehen zwei Verfahren zur Verfügung, die entweder durch ihr fast wasserdichtes Konzept oder durch die Verwendung einer schadstoffresistenten Dichtwandmasse vielseitige Anwendungsmöglichkeiten bieten, den Anforderungen aus zu sichernden Altlasten zu begegnen.

Ein Verfahren, das gleichfalls zur vertikalen Umschließung einer Altlast eingesetzt werden kann, ist die Schmalwand, und zwar dann, wenn die Schmalwandmasse wie die Dichtwandmasse der Dichtwand Münchehagen konzipiert wird.  Das in Münchehagen verwandte Feststoffgemisch bis 8 mm Korngröße kann ebenso mit einer Korngröße bis 2 mm ohne Qualitätseinbußen realisiert werden, um als Schmalwandmasse in gut pumpfähiger Konsistenz zur Verfügung zu stehen.

Da im Grunde genommen bei der Kombinations-Dichtwand die Dichtwand allein betrachtet nur ein Vehikel ist, um die Kunststoff-Dichtungsbahn in den Boden zu bringen, sollte weiter gedacht und überlegt werden, die Kunststoff-Dichtungsbahn ohne die Herstellung einer Dichtwand sicher in den Boden zu bringen, d.h. vor allem auch die Verbindung der Einzelbahnen untereinander sicher herzustellen.

Dieser Gedanke wurde schon realisiert.  Bei einer Abdichtungsmaßnahme in Tunis wurde im Jahr 2000 eine 1.300 m lange Dichtwand gebaut, mit 6 – 8 m langen Kunststoff-Dichtungsbahnen aus 3 mm PE HD.  Die Verbindung der Bahnen erfolgte wie bei der Kombinations-Dichtwand über die an den beiden Längskanten der KDB angeschweißten Schloßhälften (Abb. 1 / Typ 3).  Das Einbringen der Bahnen erfolgte mit einem fahrbaren Rammgerüst, an dem ein ungeführter  Vibrationsbär angehängt war.  Der Vibrationsbär rüttelte eine flache Stahlkonstruktion (= Rammgut) entsprechend der Länge und Breite der zu versenkenden Kunststoff-Dichtungsbahn in den Boden.  Das Rammgut drückte dabei auf eine am Fuß der Kunststoff-Dichtungsbahn befestigte, verlorene Stahlschiene, ähnlich wie es auch bei der Kombinations-Dichtwand üblich ist.  Es hat sich gezeigt, daß das Zusammenziehen der Schloßhälften im Boden möglich ist, sogar ohne Zwangskopplung des Rammgutes.  Grundbedingung ist natürlich ein hindernisfreier Baugrund.  Die Wandstärke der KDB mit 3 mm ist ausreichend. 

Dieses Verfahren kann auch für den Einsatz bei Altlasten als geeignet betrachtet werden, allerdings nur, wenn eine Kontrolle beim Zusammenfügen der beiden Schloßhälften durchgeführt wird und nach dem Abteufen der KDB das Schloßinnere mit einer schadstoffresistenten Dichtwandmasse verfüllt wird.  Die mit diesem Verfahren zu erreichende Tiefe ist natürlich vom Boden abhängig.  Vorstellbar erscheinen, nach bisherigen Erfahrungen, Tiefen bis 12 m.

6.      Literatur

/1/      Eichmeyer, H, Brendel-Schürmann, Boehm W. (1964): Technische Möglichkeiten zur nachträglichen horizontalen Abdichtung mit bergmännischen Verfahren und deren praktischer Anwendung (Status Seminar Sanierung von Altlasten, Hamburg, 05.-07. 1994 – BMT / BMU / UBA)

/2/      Strubbe R. (1989): Nachträgliche Altlast-Basisabdichtung mit Hilfe des neu entwickelten Schwerteinbauverfahrens, Altlasten 3, Hrsg. Thome-Kozmienski, EF-Verlag

/3/      Mesek H. (1987): Dichtwände – Historischer Überblick und Stand der Technik, Fachseminar Dichtwände und Dichtsohlen, Braunschweig, 02-03.06.1987, Eigenverlag Institut für Grundbau und Bodenmechanik TU Braunschweig

/4/      Hass, H.J.; Orlia, W. (1992): Das DYNAGROUT-System, Abdichtung von Deponien und Altlasten, Hrsg. Thome-Kozmienski, EF-Verlag

/5/      Hitze, R. (1990): Das DYNAGROUT-Hydrosilikatgel, Seminar Multimineralische Deponieabdichtungen, 27.11.1990

/6/      Hartlep, A. (2001): Bau einer Dichtwand auf der Altlast Münchehagen, Tiefbau 6/2001

Dipl.-Ing. Joachim Fischer

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