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Kühlwasserleitungen für thermische Kraftwerksanlagen

Chapter
Part of the Springer Reference Technik book series (SRT)

Zusammenfassung

Gegenstand dieses Kapitels ist der Anwendungsbereich von Großrohrleitungen zur Förderung von Kühlwasser in thermischen Kraftwerksanlagen. Hier gelangen inzwischen vielfach glasfaserverstärkte Kunststoffrohre zur Anwendung. Insbesondere wird auf die Planung und Ausführung der im Untergrund geführten Leitungsabschnitte eingegangen. Ihre Bauwerksanschlüsse haben verschiedene Anforderungen an die Dichtigkeit zu erfüllen und müssen in Abhängigkeit von den Baugrundbedingungen in der Lage sein, Differenzsetzungen aufzunehmen. Die Auslegungsparameter der Leitungen sind für jede Anlage gesondert festzusetzen, d. h. es werden keine Liefernormen angewendet. Berücksichtigt werden muss, dass die GFK-Großrohre als biegeweiche Rohre einzustufen sind, d. h. auch der Erdkörper um das Rohr herum ist Teil des Lastabtragungssystems. Eine besondere Rolle kommt daher der Qualitätssicherung bei der Rückfüllung zu. Diese muss die in der Rohrstatik zugrunde gelegten Verformungsmodule aufweisen. Hierzu dient der erzielte Verdichtungsgrad als zentraler Beurteilungsmaßstab. Zu seiner Bestimmung müssen praxisgerechte indirekte Bestimmungsverfahren herangezogen werden. In Verbindung mit der Qualitätssicherung bei der eigentlichen Rohrverlegung wird so die Herstellung funktionsgerechter und dauerhafter Leitungen gewährleistet.

Schlüsselwörter

Kühlwasserleitung Kühlwasserkette Kraftschlussbecken Thermisches Kraftwerk GFK-Rohr Großrohr Rohrbettung Kontinuierliche Bettung Gründungspolster Erdüberdeckung Rohrgraben Grabenverbau Baugrubenumschließung Gebäudeanschluss Längskraftschlüssigkeit Rohrsteifigkeit Rückfüllmaterial Schlepp-Platte Kurzrohr Differenzsetzung Systemdruckprobe Muffendruckprüfung Muffe Spitzende Scherstab Druckstoß Leichtes Fallgewichtsgerät Lastplattendruckversuch Isotopensonde Leitungsgrabensonde Künzelstab Verdichtungsgrad 

1 Aufgabe der Kühlwasserleitungen

Aus der Thermodynamik ergibt sich für Wärmekraftmaschinen wie die Dampfturbine eines Kraftwerks, dass der Wirkungsgrad umso höher liegt, je niedriger die Temperatur des Arbeitsmediums nach Abführen der mechanischen Arbeit ist. Man spricht vom „kalten Ende“ des Kraftwerks. Aus diesem Grund muss der Abdampf der Dampfturbine im Kondensator rückgekühlt werden. Als Kühlmedium dient meist Wasser mit seiner hohen Verfügbarkeit und Wärmekapazität, das hierfür von peripheren Teilen der Kraftwerksanlage, beispielsweise der Entnahme aus dem Vorfluter oder von einem Kühlturm, zum Kondensator und zurück gefördert werden muss. Der Kondensator wird meist neben der Dampfturbine platziert und befindet sich damit im Maschinenhaus als zentralem Teil des Kraftwerks.

Grundlegend für die Konzeptionierung der erdverlegten Hauptkühlwasserleitung und die Festlegung des Durchmessers sind die zu fördernden Kühlwassermengen, die v. a. durch die aus dem Kondensator abzuführende Wärmemenge bestimmt werden. Bei der Frischwasserkühlung, bei der Wasser aus einem Vorfluter entnommen und das aufgewärmte Wasser wieder in einen Vorfluter zurückgegeben wird, hängt der Volumenstrom neben den Anlagenparametern auch von den zulässigen Aufwärmspannen bzw. maximal zulässigen Rückgabetemperaturen ab. Bei einer Rückkühlung des Kühlwassers über einen Kühlturm sind dafür z. B. klimatische Standortbedingungen zu berücksichtigen. Übliche Aufwärmspannen liegen im Bereich von 5 bis 8 K. Die Kühlwasserleitungen werden für Betriebstemperatur en zwischen 0 und 40 °C ausgelegt. Eine Ausnahme stellt der sog. Thermoschock-Betrieb dar. Bei frischwassergekühlten Anlagen ist er neben der Chlorung des Wassers eine weitere Möglichkeit, Muschelbewuchs insbesondere in den Kondensatorrohren zu bekämpfen. Hier werden die Kühlwassertemperaturen für kurze Zeit auf bis zu 60 °C hochgefahren, indem ein Teilstrom des erwärmten Kühlwassers am Entnahmebauwerk wieder in den Kühlkreislauf zurückgeführt wird.

Gas- und Dampfturbinenkraftwerke, deren elektrische Leistungen sich zwischen 400 und 500 MW bewegen, haben einen Kühlwasserbedarf zwischen 4 und 10 m3/s. Bei Dampfkraftwerken liegt die Leistung je Block zwischen 600 und 700 MW, bei einem Kühlwasservolumenstrom von mehr als ca. 15 m3/s. Sehr große Anlagen mit einer elektrischen Leistung von mehr als 1000 MW wie beispielsweise Kernkraftwerke haben einen Kühlwasserbedarf von bis zu 60 m3/s. Die Auslegungsdrücke der Leitungen liegen gewöhnlich im Bereich bis zu 4 bar und werden wesentlich von den geodätischen Randbedingungen und dem Strömungswiderstand des Kondensators beeinflusst. Neben dem zu bewältigenden Massenstrom ist die Begrenzung der Fließgeschwindigkeiten in den Rohrleitungen ein weiterer wichtiger Aspekt für die Festsetzung des Rohrdurchmessers. Mit dem Ziel, die Abrasion zu begrenzen, werden für den Regelbetrieb bei der Verwendung von GFK Fließgeschwindigkeiten von 2,5 bis 3,0 m/s festgelegt.

Für die genannten Leistungsbereiche werden deshalb Großrohrleitungen, d. h. Leitungen mit einem Durchmesser von mehr als DN 1500 erforderlich. Für Gas- und Dampfkraftwerke sind Rohrdurchmesser von DN 1600 bis DN 2200 üblich. Je nach Standortwahl können die Rohrleitungslängen stark variieren. Kann die Anlage direkt neben dem zur Kühlung herangezogenen Gewässer errichtet oder auf vorhandene Infrastruktur zurückgegriffen werden, so sind Längen von lediglich 100 bis 200 m möglich. Umgekehrt gibt es Projekte, bei denen das Kühlwasser über mehrere Kilometer zu fördern ist.

2 Fachliche und organisatorische Einordnung erdverlegter Kühlwasserleitungen

 Kap. 5, „Kraftwerksleitungen, Dampfleitungen, Heiß-/Warmwasser-/Kühlwasserleitungen“ gibt einen Überblick über die zum Betrieb des Maschinensatzes unmittelbar notwendigen Rohrleitungssysteme, die überwiegend Druckleitungen sind und die zu einem großen Teil oberirdisch verlaufen. Darüber hinaus findet sich auf einem Kraftwerksgelände eine ganze Reihe weiterer Rohrleitungssysteme im Rahmen der baulichen Anlagen, wie z. B. Straßen- und Sanitärentwässerungen, die meist Freispiegelleitungen sind und im Untergrund verlegt werden.

Die erdverlegten Kühlwasserleitungen bzw. deren erdverlegte Abschnitte nehmen im Zuge der Bearbeitung eine Sonderstellung ein, da sie als meist unter Druck betriebene Leitungen sowohl als maschinentechnische Komponente, als auch als bauliche Anlage angesehen werden können. In Summe hat sich die Behandlung als bauliche Anlage bewährt. Dies soll im Folgenden dargestellt werden.

2.1 Fachliche Abgrenzung

Um das Kühlwasser mit Pumpen vom Tiefpunkt der Kühlwasserführung zum höher gelegenen Kondensator hinaufzudrücken, sind Druckleitungen erforderlich. Saugleitungen, also mit Unterdruck beaufschlagte Leitungsabschnitte werden für den Regelbetrieb möglichst vermieden. Auch in den Leitungsabschnitten, die dem Kondensator folgen, muss sichergestellt sein, dass ein ausreichender Gegendruck herrscht, um einen Siphon effekt aufrecht zu erhalten und ein Abreißen der Wassersäule zu vermeiden. Beim Kühlturmbetrieb wird der Gegendruck durch die Kühlturmsteigeschächte gehalten, während dies bei Frischwasserkühlung mit einem sogenannten Kraftschlussbecken geschieht, wenn der Höhenunterschied zwischen Kondensator und Vorfluter zu groß ist. Die weitere Ableitung des Wassers kann dann ggf. in nahezu drucklosen, jedoch vollständig gefüllten Querschnitten erfolgen. Insgesamt ist das Druckniveau im Vergleich zu anderen Kraftwerksrohrleitungen niedrig. Für die Auslegung dieser Leitungen gilt in den meisten Fällen die Einstufung zur guten Ingenieurpraxis im Sinne der Druckgeräterichtlinie [27]. Zusätzlich befindet sich das transportierte Medium Wasser in einem moderaten Temperaturbereich.

Die Dimensionierung einer erdverlegten Rohrleitung unter Erd- und Verkehrslasten unterscheidet sich von der Auslegung einer oberirdischen Rohrleitung, für die vorrangig Lastfälle wie Eigengewicht und Wasserfüllung, Wind- und Schneelasten sowie Seismik zu untersuchen sind. Damit tritt die Rohrsteifigkeit für die erdverlegten Leitungen gegenüber der zulässigen Spannung für die Belastung aus Innendruck in den Vordergrund. Die Rohrsteifigkeit als Produkt aus Elastizitätsmodul und der geometrischen Größe Flächenträgheitsmoment wird mit Rohrwandungen erzielt, die dicker sind, als es für die einfache Aufnahme der Belastungen aus dem Innendruck erforderlich wäre. Alternativ finden Rohre mit Versteifungsrippen Anwendung.

Bei erdverlegten Rohrleitungen ist darüber hinaus eine kontinuierliche Lagerung vorhanden, während oberirdische Rohrleitungen meist punktuelle Auflager und Halterungen vorweisen. Es kommen daher ganz andere Berechnungsansätze zu Anwendung, auch weil Kunststoffrohre wie die hier besprochenen GFK-Rohre als biegeweich einzustufen sind. Damit kommt den Verformungsmodulen des umliegenden Erdreichs eine besondere Bedeutung bei der Berechnung, aber auch bei der Qualitätssicherung während des Einbaus zu.

2.2 Organisatorische und terminplanerische Abgrenzung

Die Verlegung der unterirdischen Infrastruktur und damit auch der Kühlwasserleitungen muss zu einem frühen Zeitpunkt des Projektverlaufs geschehen, wenn auch ein Großteil der übrigen baulichen Aktivitäten stattfindet. Durch eine entsprechende Zuordnung der Planung steht es der Anlagen- und Bauplanung offen, die Kühlwasserkette des Kraftwerks aus Kühlturm-, Entnahme-, Pump- und Rückgabebauwerken mit Ausnahme des Kondensators und seinen Anschlüssen durchgängig zu bearbeiten. So können folgende Aspekte berücksichtigt werden:
  • optimale Positionierung der durch die Kühlwasserleitungen verbundenen Gebäude,

  • Gestaltung der Anschlüsse von Kühlwasserleitungen an die Gebäude der Kühlwasserkette,

  • Abstimmung mit dem Gründungskonzept zur Sicherstellung beherrschbarer Differenzsetzungen zwischen Leitungen und Bauwerken,

  • Abstimmung mit der Außenanlagenplanung eines Kraftwerks im Hinblick auf die Unterirdische Wirtschaft und die Anlage von Straßen und Wegen, die ebenfalls mit großen Massenbewegungen verbunden sind,

  • gebündelte Vergabe der Bauleistungen rund um die Kühlwasserkette an ein einziges Bauunternehmen zur Vermeidung zusätzlicher Schnittstellen.

Auch aus Sicht der Terminplanung ist eine Abstimmung der Verlegung von Kühlwasserleitungen mit den übrigen Bauaktivitäten unabdingbar. Denn als Linienbauwerke, die periphere und zentrale Teile einer Kraftwerksanlage verbinden, durchschneiden die Kühlwasserleitungen einen Großteil des Baufeldes. Rohrdurchmesser und Verlegetiefe der Rohre zwingen dabei zur Schaffung vergleichsweise tiefer Rohrgräben, die große Auswirkungen auf die Baustellenlogistik haben. So erfordern z. B. Arbeiten an den Gründungen in vielen Fällen große und schwere Maschinen wie Rammen oder Bohrgeräte, deren Beweglichkeit durch die Rohrgräben eingeschränkt würde. Umgekehrt muss eine mit der Rohrverlegung zeitgleiche Vornahme von Rammarbeiten weitgehend vermieden werden, da die Qualität der Verbindungslaminate durch Erschütterung während des Aushärtungsprozesses beeinträchtigt werden kann und u. U. Lageänderungen bei nicht vollständig rückgefüllten Rohrleitungen auftreten. Außerdem beginnt zum Zeitpunkt der Leitungsverlegung bereits vielfach der Hochbau, so z. B. das Betonieren von Maschinenfundamenten und Gründungsplatten verschiedener Komponenten, für die eine entsprechende Zugänglichkeit sichergestellt werden muss. Daneben muss die Montage des Stahlhochbaus vergleichsweise früh beginnen, so dass entsprechend große Vormontageflächen gebraucht werden.

Neben den meist als Großrohrleitungen ausgeführten Hauptkühlwasserleitungen werden bisweilen weitere Leitungen des Kühlwasserbereichs in den Bauumfang einbezogen:
  • Nebenkühlwasser,

  • bei Kühlturmbetrieb Leitungen für Zusatz- und Abschlämmwasser, das aufgrund von Verdunstungsverlusten benötigt wird bzw. abgeführt werden muss,

  • Im Einzelfall kommen Leitungen hinzu, die in direktem Zusammenhang mit der Entnahme des Kühlwassers stehen, wie z. B. Leitungen für die Chlorzugabe.

2.3 Schnittstelle zwischen Rohrhersteller und Bauunternehmen

Rohre aus den im Bauwesen allgemein üblichen Werkstoffen Stahlbeton oder Spannbeton werden in vielen Fällen von den Bauunternehmen im eigenen Haus produziert. Damit verfügen sie über eine genaue Kenntnis des Materials, das Personal und die Ausrüstung, um auch deren Verlegung und Rückfüllung aus einer Hand vornehmen zu können. Bei Rohren aus GFK ist dies anders, denn deren Hersteller sind vielfach keine Bauunternehmen, sondern Firmen des Rohrleitungs- und Behälterbaus. Für die Leitungsverlegung muss also ein Bauunternehmen hinzugenommen werden. Dadurch ergibt sich eine Schnittstelle in der Bearbeitung und Abwicklung der erdverlegten Rohrleitungen, die aus Gründen der Gewährleistung genau zu definieren ist. Die Aufgabenteilung auf der Baustelle besteht dann darin, dass der Rohrhersteller für das Liefern, Einheben, Verbinden und Positionieren der Rohre zuständig ist, während das Bauunternehmen sämtliche Erdarbeiten ausführt und die dazu notwendigen Rückfüllmaterialien beschafft. Dem Auftraggeber obliegt es, hier die Verantwortlichkeiten durch entsprechende Übergabeprotokolle formal abzugrenzen. Zusätzlich soll der Bauleiter des Rohrherstellers alle Rückfüllarbeiten im Rohrgraben begleiten. In einzelnen Fällen nimmt ein Nachunternehmer des Rohrherstellers alle mit der Montage der Rohrleitungen verbundenen Aufgaben wahr.

3 Planung der erdverlegten Kühlwasserleitungen

3.1 Standortbedingungen bei der Errichtung von Kraftwerksanlagen

Wenngleich Standorte mit sehr tragfähigem, felsigem Untergrund vorkommen, liegen in vielen Fällen vergleichsweise schlechte Baugrundbedingungen vor. So liegen Kraftwerke vielfach in der Nähe von großen Gewässern. Naturgemäß ist dies der Fall, wenn die Kühlung der Anlage mit Frischwasser erfolgt. Eine solche Lage kann aber auch aus weiteren logistischen Gründen gewählt werden, z. B. im Hinblick auf die Versorgung mit Brennstoff. Die oberen Bodenschichten bestehen hier oft aus alluvialen oder küstennahen und z. T. auch künstlichen Ablagerungen wie etwa Aufspülungen. Außerdem befinden sich viele Standorte für einen Kraftwerksneubau in der Nachbarschaft bestehender Kraftwerksblöcke oder aber anderer Industriebetriebe. Zur Gewinnung der notwendigen Flächen werden dazu in vielen Fällen alte Industrieanlagen abgebrochen. Hieraus ergibt sich ebenfalls eine Reihe von Erschwernissen bei der Errichtung:
  • Bauflächen sind knapp, so dass das Baufeld häufig beengt ist. Der Zwang zu einer platzsparenden Anordnung der Bauwerke und Komponenten führt zu einer engen Verzahnung der Bauabläufe unter erschwerten logistischen Bedingungen.

  • Bestehende unterirdische Infrastrukturen müssen für die Baumaßnahme beseitigt bzw. ersetzt oder während der Bauzeit, ggf. sogar betriebsfähig, erhalten werden.

  • Altbestände im Untergrund können die Baumaßnahme behindern, so z. B. Fundamente, die Hindernisse für die geplanten Leitungsverläufe darstellen.

  • Unbeseitigte Kampfmittel oder Bodenkontaminationen zuvor angesiedelter Industriebetriebe zwingen zu umfangreichen Erkundungen, zu aufwändigen Maßnahmen für die Entsorgung und besonderen Schutzmaßnahmen.

  • Aufschüttungen und Verfüllungen von minderer Tragfähigkeit erfordern Gründungsmaßnahmen, die über eine auf das Planum aufgebrachte Rohrbettungsschicht hinausgehen.

  • Die Nutzbarkeit des Grabenaushubs für die neuerliche Rückverfüllung ist oft aufgrund der Korngrößenverteilung und der daraus folgenden geringen Bodenklassifizierung stark eingeschränkt. Als Folge hiervon muss zum einen der Aushub abgefahren werden, wenn keine untergeordnete Verwendung vor Ort gefunden werden kann, z. B. im Bereich des Landschaftsbaus. Durch die Standortbedingungen gibt es zum anderen häufig auch im größeren Umkreis der Baustelle keine Vorkommen für geeignete Rückfüllmaterialien, so dass lange Transportwege in Kauf genommen werden müssen.

  • Durch die Nähe zu offenen Gewässern liegen die Grundwasserstände oftmals sehr hoch und zwingen zu umfangreichen Maßnahmen der Wasserhaltung.

Die geotechnischen und hydrogeologischen Randbedingungen werden bereits in der Projektierungsphase einer Kraftwerksanlage durch ein orientierendes Gutachten erfasst. Dieses dient als Grundlage für die Festlegung des allgemeinen Gründungskonzeptes, des Konzeptes zu Wasserhaltung und der zur Errichtung erforderlichen Erdarbeiten. In diesem Zuge erfolgt auch eine erste Festlegung, wie die Rohrgräben für die Kühlwasserleitungen zu erstellen sind und wie die Einbettung zu erfolgen hat.

3.2 Entwurfsplanung der erdverlegten Kühlwasserleitungen

Aufgabe der Entwurfsplanung ist es zunächst, die firmeninterne Abstimmung sowie die externe Abstimmung des Vorhabens mit dem Kunden und den Genehmigungsbehörden zu ermöglichen. Außerdem ist die Entwurfsplanung Grundlage für die Ausschreibung der Kühlwasserleitungen sowie der zugehörigen Bauleistungen. Neben Spezifikationen und Leistungsverzeichnissen umfassen die in diesem Zusammenhang zu erstellenden Unterlagen insbesondere auch Lagepläne und Längsschnitte der Leitungen. Basis für die Konzeptionierung und hydraulische Auslegung der Kühlwasserleitungen im Rahmen der Entwurfsplanung sind die prozesstechnischen Vorgaben wie Systemschaltbilder und Bilanzen über die zu fördernden Kühlwassermengen. Ergänzend werden die zu überwindenden Höhendifferenzen und Strömungswiderstände in einem sogenannten Höhenschema der Leitungen erfasst. Durch den frühen Zeitpunkt der Ausschreibung liegt häufig noch keine Druckstoßberechnung für die Kühlwasserleitungen vor, zumal genaue Festlegungen bezüglich weiterer Komponenten wie dem Kondensator und Regelorganen wie Klappen erst später vorgenommen werden. Der Auslegungsdruck wird dann anhand von Werten, die zuvor in ähnlichen Projekten angewendet worden sind, festgelegt. Eine zuverlässige Abschätzung des Druckstoßes in den Kühlwasserleitungen kann außerdem über die Nullförderhöhe der Hauptkühlwasserpumpen erfolgen, d. h. wenn diese angenommen gegen geschlossene Klappen fördern würden. Die Einhaltung der vorab für die Rohrleitung festgelegten Maximaldrücke muss zu einem späteren Zeitpunkt durch Vorgabe entsprechender Schließzeiten für Armaturen, die Positionierung von Vakuumbrechern etc. gewährleistet werden.

Die Erdüberdeckung beträgt gewöhnlich ca. 2 m. Dies dient der Vermeidung von Konflikten mit anderen Teilen der Unterirdischen Wirtschaft. Auch aus Sicht der Rohrstatik liegt dieser Wert nahe bei einem Optimum zwischen einer möglichst geringen Erdauflast und einer möglichst guten Lastverteilung von Verkehrslasten durch den sich in der Erdüberdeckung ausbildenden Lastausbreitungswinkel. Hierzu sei auf das Arbeitsblatt [2] verwiesen, das die Flächenpressung am Rohrscheitel für verschiedene Lastmodelle in Abhängigkeit der Mächtigkeit der Erdüberdeckung darstellt. Eine Erdauflast von ca. 2 m Mächtigkeit ist außerdem in vielen Fällen ausreichend, um die erforderliche Auftriebssicherheit einer geleerten Rohrleitung auch bei einer Lage im Grundwasser nachzuweisen.

Bei größeren Rohrdurchmessern über DN 2200 wird vom Grundsatz „Erdüberdeckung gleich Durchmesser“ abgewichen, da sonst ein unwirtschaftlich tiefer Rohrgraben erforderlich wäre. Die zu fördernde Wassermenge kann stattdessen auf mehrere Rohrleitungen kleineren Durchmessers verteilt werden, die weniger tief verlegt werden. Für die Wahl kleinerer Querschnitte können aber auch logistische Gründe wie die Beschränkung von Transportabmessungen, die Bündelung von Transporten durch das Ineinanderschieben von Rohren unterschiedlicher Durchmesser oder die eingeschränkten Produktionsmöglichkeiten der Unternehmen in der jeweiligen Region vorliegen. Es findet also ein Abwägungsprozess zwischen der Wirtschaftlichkeit einer möglichst geringen Zahl von Rohrleitungen und dem Aufwand für Aushub, Baugrubenumschließung und Logistik statt.

Um den Aufwand bei der Schaffung von Baugruben zusätzlich gering zu halten, ist man bestrebt, möglichst lange Abschnitte verschiedener Leitungen parallel zu verlegen. Bei großen Anlagen mit mehreren Leitungen gleicher Fließrichtung liegt dies auf der Hand. Aber auch bei kleineren Anlagen mit Kühlturmbetrieb lässt sich eine parallele Verlegung einfach realisieren, da nur die Kühlanlage mit Vor- und Rücklauf an das Maschinenhaus angebunden werden muss. Bei Anlagen mit Frischwasserkühlung hingegen werden das Entnahme- und das Rückgabebauwerk zumeist räumlich getrennt, um eine Rezirkulation warmen Kühlwassers in die Kühlwasserentnahme zu vermeiden. Hierdurch sind die Möglichkeiten zur Bündelung von Vor- und Rücklaufleitungen eingeschränkt.

3.3 Elemente einer erdverlegten Kühlwasserleitung

Die erdverlegten Abschnitte der Hauptkühlwasserleitungen umfassen i. A. folgende Elemente:
  • die aus den Rohrschüssen und Formstücken gebildete Rohrleitung selbst,

  • Mannlöcher als Einstiegsmöglichkeit für Inspektionen und Wartungsarbeiten in der Rohrleitung,

  • Stutzen für Vakuumbrecher und Entlüftungsventile,

  • Durchflussmesseinrichtungen, z. B. zur Erfassung der vom Vorfluter entnommenen Wassermengen,

  • Stutzen für den Anschluss von provisorischen Durchflussmesseinrichtungen, z. B. zur Bestimmung der Wärmeabfuhr eines Kühlturms,

  • Stutzen für die Entnahme von Teilströmen des Kühlwassers, z. B. als Abspülwasser für Kühlwasserreinigungskomponenten wie Siebbänder oder als Nebenkühlwasser für die Wärmeabfuhr aus dem geschlossenen Kühlkreislauf,

  • Kompensatoren zum Ausgleich von Differenzbewegungen verschiedener Rohrleitungsabschnitte,

  • in die Großrohre montierte Kleinleitungen z. B. für die Chlorung des Kühlwassers bei Entnahme.

Darüber hinaus sind häufig auch künftige Erweiterungsstufen der Anlage, z. B. um zusätzliche Kraftwerksblöcke, zu berücksichtigen bzw. bereits durchgeführte vorbereitende Maßnahmen in die Planung einzubeziehen. Hierzu zählen Leitungskreuzungen und Gebäude, die in ihrer Größe bereits auf den erweiterten Betrieb ausgelegt sind.

In Ausnahmefällen werden auch längere oberirdische Abschnitte zusammen mit den erdverlegten Abschnitten der Kühlwasserleitungen in einem Paket bearbeitet. Hierzu zählen Rohrleitungsbrücken, die z. B. zwischen zwei erdverlegten Abschnitten liegen können. Ihre Anwendung kann z. B. aus wirtschaftlichen Erwägungen wie der Einsparung von Aushub und Grabenverbau , aber auch wegen Konflikten mit Teilen der Unterirdischen Wirtschaft oder zur Überquerung von Verkehrswegen und Flußläufen in Frage kommen.

Inspektionen und Reparaturen der Leitungen sind nach der Bauphase meist seltener als einmal im Jahr erforderlich, bedeuten jedoch stets die Abschaltung der Gesamtanlage. Sie werden daher im Bedarfsfall meist zusammen mit anderen Revisionsarbeiten an der Anlage durchgeführt. Für solche Begehungen müssen Einstiegsmöglichkeiten in die Leitungen geschaffen werden. Bei der Festlegung von Anzahl und Abständen solcher Mannlöcher sind Belange des Arbeitsschutzes zu beachten. Bei der Planung der Kühlwasserleitungen muss darüber hinaus ein Konzept zur vollständigen Entleerung der Leitungen erarbeitet werden. Für eine Begehung des oberirdischen Teils werden dazu Entleerungsstutzen vorgesehen. Die weitere Entleerung für den erdverlegten Teil muss über die Tiefpunkte der im Untergrund verlegten Kühlwasserleitungen erfolgen. Um definierte Tiefpunkte zu erhalten, werden die Rohrleitungen so mit einem Gefälle verlegt, dass die Leitungen am Maschinenhaus höher liegen als bei den peripheren Kühlwasserbauwerken. Besteht keine Möglichkeit, die Leitungen etwa durch ein Rücklaufen des Wassers durch die Hauptkühlwasserpumpen in das Entnahmebauwerk und damit den Vorfluter zu entleeren, so sind Möglichkeiten zum Abpumpen möglichst nah am jeweiligen Tiefpunkt vorzusehen. Meist wird eines der für die Zugänglichkeit erforderlichen Mannlöcher möglichst nah an den Tiefpunkt gelegt, so dass hier Tauchmotorpumpen zur Entleerung eingehängt werden können. Die Mannlöcher sind mit Blindflanschen abgedeckt, die ggf. automatische Entlüftungsventile als Vakuumbrecher gemäß Druckstoßberechnung tragen. In Ergänzung zu diesen Be- und Entlüftungsmöglichkeiten muss festgelegt werden, welche provisorischen Entlüftungsmöglichkeiten für die Montagephase vorzusehen sind, insbesondere dann, wenn eine Rohrleitung in unterschiedliche Druckprobenabschnitte eingeteilt werden soll.

In der Regel werden die Dome der Mannlöcher nicht an die Geländeoberkante geführt, sondern stehen nur ca. 1 bis 1,5 m über den Rohrscheitel des Hauptrohres hinaus. Aufgrund der Tiefenlage der Rohrleitungen wird der Zugang zum Mannloch durch ein Schachtbauwerk hergestellt, das den Dom umschließt. Ein solcher Schacht schützt Armaturen wie beispielsweise Entlüftungsventile vor Frost, aber auch vor der Gefahr eines Fahrzeuganpralls. Für den Fall, dass sich Wasser im Schacht sammelt, ist ein Pumpensumpf im Schachtboden vorzusehen, damit der Schacht ggf. mit einer Tauchmotorpumpe trockengelegt werden kann. Der Schacht erhebt sich ca. 20 cm über die Geländeoberkante. Dies dient dem Schutz vor Fahrzeugüberfahrten, bei denen die Lasten über die Schachtwände vergleichsweise unmittelbar in die Nähe des Rohrs geleitet würden. Der Schachtdeckel erhält eine Einstiegsöffnung, die für Inspektionen des Schachts selbst, aber auch den Abstieg zum Schachtboden vorgesehen ist. Sie muss so liegen, dass eine gewöhnliche Leiter bis zum Schachtboden angestellt werden kann. Meist ist der Schachtdeckel so ausgebildet, dass er mit entsprechenden Hebegeräten abgehoben werden kann, wenn die Bauhöhe des Schachtes nur ungenügende Kopffreiheit bei Arbeiten am Dom bzw. beim Einstieg in die Rohrleitung bietet. Dies ist durch eine Erdüberdeckung der Rohrleitung von 2 m fast immer gegeben. Die Auflager des Schachtdeckels auf den Schachtwänden erhalten eine Dichtung gegen Tagwasser. Durch konstruktive Maßnahmen soll vermieden werden, dass umliegendes Erdreich in den geöffneten Schacht fallen kann. Ein Belüftungsrohr dient dem Luftaustausch, um einer Bildung von Kondenswasser im Schacht entgegenzuwirken.

Ein weiteres Element der Rohrleitungen können Durchflussmesseinrichtungen sein. Bei Kraftwerksanlagen mit Frischwasserkühlung handelt es sich meist um kontinuierliche Messeinrichtungen, wenn diese in der behördlichen Genehmigung der Kraftwerksanlage gefordert sind. Dies kann beispielsweise für eine Ermittlung der aus dem Vorfluter entnommenen oder in ihn zurückgegebenen Wassermengen der Fall sein, um die Entnahmegebühren entsprechend erheben zu können. Für kontinuierliche Messeinrichtungen werden u. a. induktive Messmethoden eingesetzt. Die Messeinrichtung besteht dann u. a. aus einem Stahlrohr, das in die GFK-Rohrleitungen einzusetzen ist. Selten erfolgt eine Durchflussmessung bei Kraftwerksanlagen mit Kühlturmbetrieb, wenn die Einhaltung der vertraglich vereinbarten Kühlleistung eines Kühlturms im Rahmen einer Abnahme nachgewiesen werden muss. Die abgeführte Wärmemenge muss dabei u. a. über den Durchfluss des Wassers als wärmetragendem Medium bestimmt werden. Dies geschieht anhand eines bzw. zweier Fließgeschwindigkeitsprofile im Rohrquerschnitt, die mittels einer eingeschobenen Lanze mit Messpropeller bestimmt werden. Auf der Rohrleitung sind dafür entsprechende Stutzen mit einem Nenndurchmessers von beispielsweise DN 300 anzubringen, deren Achsen senkrecht auf der Achse des Hauptrohres stehen. Um eine Messlanze, die in einem druckdichten Gehäuse mit zum Stutzen passendem Flansch geführt wird, einbringen zu können, wird ein Keilschieber auf dem zugehörigen Stutzen vormontiert. An diesen kann das Führungsgehäuse angeflanscht werden, auch wenn die Rohrleitung unter Druck steht. Nach Öffnen des Keilschiebers kann die Messlanze in den Hauptquerschnitt der Rohrleitung bewegt werden. Damit ist gewährleistet, dass der Kühlturmbetrieb zum Einführen der Lanze nicht unterbrochen werden muss. Um eine Zugänglichkeit der Messeinrichtung auf der erdverlegten Rohrleitung zu erreichen, werden entsprechende Stutzen z. T. mit Mannlöchern kombiniert, so dass deren Schachtbauwerke mitgenutzt werden können. In diesem Fall lässt sich jedoch nur ein Geschwindigkeitsprofil ermitteln. Häufig wird in der Rücklaufleitung zum Kühlturm das Mannloch zur Aufnahme einer Durchflussmesseinrichtung ausgewählt, das in Fließrichtung am nächsten zum Kühlturm liegt. Um ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil ohne störende Turbulenzen ermitteln zu können, sind vom Hersteller der Messeinrichtung vorgegebene Abstände zu Richtungswechseln, Querschnittsänderungen, Abzweigen, Zusammenführungen und Einbauten stromauf- (meist das 10-fache des Rohrdurchmessers) und auch stromabwärts (meist das 5-fache des Rohrdurchmessers) als Beruhigungsstrecken zu beachten. Sollen zwei im rechten Winkel zueinander stehende Fließgeschwindigkeitsprofile ermittelt werden, so sind zwei Stutzen entsprechend links und rechts des Rohrscheitels anzubringen. Da ein entsprechendes Schachtbauwerk eine hohe seitliche Ausladung über die Rohrleitung hinaus und damit sehr große Abmessungen bekäme, wird auf eine Unterbringung in einem Schachtbauwerk verzichtet. Stattdessen werden die Stutzen in die Rückfüllung eingebettet und nur im Bedarfsfall durch Aufgraben zugänglich gemacht.

Kompensatoren gelangen zum Einsatz, wenn eine weitgehende Entkoppelung von Rohrleitungsabschnitten bezüglich der Lastübertragung erreicht werden soll. In beschränktem Maß können Kompensatoren auch für den Ausgleich von Montagetoleranzen eingesetzt werden, wenn dadurch die erforderliche Beweglichkeit nicht unzulässig vermindert wird. Der am häufigsten verwendete Kompensatortyp ist der Lateralkompensator, der die Übertragung von Längskräften bei gleichzeitiger Verschiebbarkeit quer zur Rohrleitungsachse erlaubt. Rohrleitungsfestpunkte können so vermieden werden. Angularkompensatoren gestatten ebenfalls eine Übertragung von Längskräften, lassen aber eine Verdrehung der Rohrabschnitte gegeneinander zu. Universalkompensatoren ohne Längskraftübertragung werden seltener verwendet, da durch den fehlenden Kraftschluss in der Rohrleitung Widerlager an benachbarten Richtungs- oder Querschnittswechseln erforderlich werden. Dann ist ggf. die sogenannte virtuelle Verankerungslänge zu berücksichtigen, d. h. die Rohrleitungslänge, gemessen von der nächstgelegenen Richtungs- oder Querschnittsänderung, bei der die Mantelreibung im Erdreich die Reaktionskräfte aufwiegt. Im Grunde kann zur Mantelreibung auch noch der passive Erddruck hinter der Richtungs- oder Querschnittsänderung treten. Bevor er jedoch aktiviert wird, müssen i. A. Verschiebungen im Bereich von ca. 1 cm und mehr eintreten. Sind solche Lageänderungen nicht hinnehmbar, muss die Verankerungslänge ggf. verlängert oder ein konkretes Widerlager geschaffen werden.

Durch die frühe Vergabe der erdverlegten Leitungsabschnitte müssen deren Anschlusslasten abgeschätzt werden, denn für die oberirdischen Teile liegt zu diesem Zeitpunkt oft noch keine exakte Berechnung vor. Zur Definition von Anschlusslasten, die für beide Seiten verbindlich sind, wird am Anfang der Projektbearbeitung auf Referenzwerte aus anderen Projekten zurückgegriffen. Eine andere Möglichkeit ist die Festlegung in Anlehnung an die Anschlusslasten von Pumpendruckstutzen gemäß [1].

3.4 Ausführungsplanung der erdverlegten Kühlwasserleitungen

Als Lieferanten der erdverlegten Kühlwasserleitungen werden Unternehmen ausgesucht, die auch über die Planungskapazitäten verfügen, um neben der Auslegung der Rohre die Ausführungsplanung der kompletten Rohrleitungsabschnitte leisten zu können. Dazu erhalten die Unternehmen nach Auftragserteilung ggf. die gegenüber den Ausschreibungsunterlagen aktualisierte Entwurfsplanung. Folgende Dokumente sind vom Unterlieferanten zu erarbeiten:
  • Unterlagen für die Projektabwicklung:
    • Übersicht über die Dokumente,

    • Organisations- und Terminpläne.

  • Unterlagen für die Fertigung im Werk:
    • statische Berechnungen zur Dimensionierung,

    • Komponentendatenblätter,

    • Übersichtszeichnungen und Isometrien,

    • Zeichnungen der einzelnen Rohrbauteile,

    • Prüffolgeplan der Produktion.

Da die Auslegungsparameter wie etwa Auslegungsdruck, Erdüberdeckung oder Einbettungs- und Überschüttungsbedingungen fast für jedes Kraftwerksprojekt neu festgelegt werden, erfolgt die Dimensionierung der Rohre wie auch der Formstücke und der Verbindungslaminate individuell, d. h. es gelangen keine Liefernormen zur Anwendung. Bei den statischen Berechnungen sind Bauzustände der Rohrleitungen, beispielsweise Anschlagpunkte größerer Rohrleitungseinheiten beim Einheben in den Rohrgraben, zu berücksichtigen. Der Nachweis der Auftriebssicherheit, sei es im Bauzustand z. B. bei einer Rückfüllung mit Flüssigböden oder Beton, sei es im Endzustand bei einer Lage im Grundwasser, ist ebenfalls ein Teil der statischen Berechnungen. Darüber hinaus werden zumindest für die Übergabepunkte zu anderen Lieferumfängen Spannungsberechnungen ausgeführt, um die festgelegten Anschlusslasten zu verifizieren. Die Fortführung der Rohrleitungen im Erdreich mit ihrer fortlaufenden Bettung wird dabei oft nur zum Teil in den Modellen abgebildet.

Zusätzlich zu den statischen Berechnungen führt der Unterlieferant eine Druckverlustberechnung für die von ihm zu liefernden Rohrleitungsabschnitte durch.
  • Unterlagen für die Baustelle:
    • Verfahrensbeschreibungen für Abladen und Behandlung der Rohre, Verlegung, Laminierarbeiten, Reparaturarbeiten, Herstellen von geschraubten Flanschverbindungen, Systemdruckproben,

    • Verfahrensbeschreibung und Risikobeurteilungen für die Arbeiten auf der Baustelle,

    • Prüffolgeplan der Verlegung.

Nicht unmittelbar zu den Ausführungsunterlagen zählt die Fertigungs- und Verlegungsdokumentation einschließlich der anhand von Aufmaßen aktualisierten Pläne am Ende der Auftragsabwicklung. Diese Unterlagen gehören ebenfalls zum Liefer- und Leistungsumfang des Unterlieferanten.

Neben den Dokumenten, die unmittelbar für die Rohrleitung anzufertigen sind, erfolgt die Erstellung der Ausführungsunterlagen, die im Zusammenhang mit den zugehörigen Baumaßnahmen stehen. Hierzu zählen:
  • Pläne der anzuschließenden Bauwerke,

  • Pläne für den Aushub und die Sicherung von Rohrgräben,

  • Pläne für Gründungsmaßnahmen, z. B. Pfahlpläne,

  • Pläne für provisorische Überbrückungen von Rohrgräben, z. B. für Zuwegungen, aber auch für bestehende Leitungen.

Planersteller ist das im Bereich der Kühlwasserleitungen bzw. Kühlwasserbauwerke tätige Bauunternehmen oder das für diesen Bereich zuständige Ingenieurbüro.

Bei der Ausschreibung der Bauleistungen wird es den Anbietern häufig in einem definierten Rahmen freigestellt, die Bauverfahren im Hinblick auf die Kosten zu optimieren. Gegebenenfalls sind hierbei detaillierte Betrachtungen der geotechnischen Randbedingungen und entsprechender Maßnahmen erforderlich, für die ein konkretisierendes Baugrundgutachten eingeholt wird. Es ergibt sich also im Verlauf der Ausführungsplanung ein Abstimmungsbedarf mit der Rohrleitungsplanung. Die o. g. Dokumente werden daher dem Rohrhersteller zur Verfügung gestellt, um Anpassungen seiner Planungen vornehmen zu können. So können insbesondere die Geometrie des Rohrgrabens und die Wahl des Verbaus einen Einfluss auf die Rohrstatik haben. Ein Beispiel ist die Kostenoptimierung durch die Rückgewinnung von Spundbohlen, d. h. durch deren Ziehen nach Verfüllung des Rohrgrabens. Die Lockerung des sie umgebenden Bodens verändert die Einbettungs- und Überschüttungsbedingungen. Die Grabengeometrie ist schließlich auch für die Vorbereitung der Arbeiten auf der Baustelle von Bedeutung, also z. B. für die Planung des Kraneinsatzes zum Einheben der Rohre.

Weitere, je nach Bauablauf kurzfristig zu erbringende Planungsleistungen sind Standsicherheitsnachweise für Schwertransporte auf der Baustelle. Aufgrund der frühzeitigen Verlegung der Kühlwasserleitung können solche kurzzeitigen, hohen Auflasten oftmals nicht vermieden werden. Insbesondere die Großkomponenten wie Transformatoren, Gasturbine, Dampfturbine oder Generator treffen zu einem vergleichsweise späten Zeitpunkt auf der Baustelle ein und müssen ihren Weg häufig über die Kühlwasserleitungen nehmen. In besonderer Weise trifft dies aber auf den Kondensator zu, der wegen seiner Aufstellung in unmittelbarer Nähe zu den Kühlwasserleitungen fast immer über Abschnitte derselben hinweg zu transportieren ist. Darüber hinaus ist es häufig unvermeidbar, Mobilkräne im Lasteinzugsbereich der Kühlwasserleitungen aufzustellen. Aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften in Bezug auf die Kurzzeitdehnungen bietet der Rohrwerkstoff GFK meist die notwendigen Reserven, um hier ohne umfangreiche Zusatzmaßnahmen auszukommen.

Das breite Angebot längskraftschlüssiger GFK-Rohrleitungssysteme ermöglicht es, auf die Ausbildung von Widerlagern an Richtungs- oder Querschnittsänderungen zu verzichten. Bei sehr langen geraden Rohrleitungsabschnitten kann es zur weiteren Kosteneinsparung jedoch sinnvoll sein, bei der konstruktiven Ausbildung der Rohre und bei der Verlegung auf eine Längskraftschlüssigkeit teilweise zu verzichten. Hier muss wieder die virtuelle Verankerungslänge Berücksichtigung finden, auf der die Rohrschüsse dann nach wie vor längskraftschlüssig verbunden werden müssen. Die auftretenden Reaktionskräfte werden zu einem großen Teil durch den Innendruck bestimmt. Von untergeordneter Bedeutung ist im Gegensatz dazu der Term des Impulssatzes, der die Kräfte aus der Strömungsgeschwindigkeit abbildet, da sie bei diesen Leitungen vergleichsweise niedrig ist (vgl. Abschn. 1).

Findet ein Rohrsystem mit Muffe -Spitzende -Verbindungen Anwendung, so sind zusätzliche Zwänge bei der Rohrverlegung zu beachten. Das Spitzende sollte stets in die Muffe eingeführt werden, um beispielsweise ein Einschieben von Bettungsmaterial in die Muffe zu vermeiden. Hierdurch ist eine bestimmte Verlegerichtung vorgegeben. Dies ist zu berücksichtigen, wenn ein Rohrgraben zur Vermeidung von umfangreichen Behinderungen des Baustellenverkehrs abschnittsweise geöffnet bzw. geschlossen wird. Als Grundsatz für gemuffte Rohrleitungen gilt, dass das Medium stets vom Spitzende in den „Trichter“, den die Muffe bildet, laufen soll. Bei den Großrohren wird dieser Grundsatz jedoch verlassen, da genau definierte Verlegebedingungen herrschen und die Muffen über mehrfache Sicherungen gegen Undichtigkeit verfügen. Werden also Leitungen unterschiedlicher Fließrichtung parallel verlegt, so lässt man dennoch alle Muffen in die gleiche Richtung zeigen, um nicht unterschiedliche Verlegerichtungen zu erhalten.

Bei gemufften Rohrverbindungen ist außerdem zu beachten, dass die effektive Länge und die tatsächliche Länge eines Rohrschusses um die Länge der Muffe differieren. Der erhöhte Platzbedarf zum Einführen des Spitzendes in die Muffe muss insbesondere am Ende von Rohrleitungsgräben und an anderen beengten Stellen berücksichtigt werden.

Auch die Anzahl der Laminate, die auf der Baustelle ausgeführt werden, wird im Rahmen der Ausführungsplanung festgelegt. Sie ist möglichst klein zu halten, denn naturgemäß ist die Anfertigung von Laminaten auf der Baustelle schwieriger als im Werk. Allerdings muss auch hinsichtlich der maximalen Transportabmessungen abgewogen werden, inwieweit sich die Rohrleitungsbauteile bereits im Werk zusammenfügen lassen. Darüber hinaus ist fast immer ein Ausgleich von Verlegetoleranzen notwendig, z. B. durch Passlängen in geraden Rohrleitungsabschnitten. Auch hier muss auf der Baustelle laminiert werden.

3.5 Gründung der erdverlegten Kühlwasserleitungen

Die Rohrleitungen unterliegen in ihrem Verlauf im Gelände üblicherweise homogenen Lagerungsbedingungen, die durch eine ausreichende Gründung sicherzustellen sind. Differenzsetzungen im Leitungsverlauf werden also durch eine ausreichende Tragfähigkeit oder aber eine ordnungsgemäße Ertüchtigung des Untergrundes begrenzt. Systeme, die über Muffen verbunden werden, haben hier den Vorteil, als Gliederkette verbleibende Lagedifferenzen leichter ausgleichen zu können. Sie finden aus diesem Grund und wegen des geringeren Aufwands für das Verbinden auf der Baustelle am häufigsten Anwendung.

Aufgrund der Abmessungen sind bei der Gründung erdverlegter Kühlwasserleitungen häufig Maßnahmen vorzusehen, die über das Einbringen einer unteren Bettungsschicht auf einem Planum, hinausgehen. Dabei soll hier unter dem Planum die Unterkante der unteren Bettungsschicht im Sinne von [16] verstanden werden. Solche umfangreichen Gründungsmaßnahmen können beispielsweise sein:
  • Bodenverfestigung,

  • teilweiser oder vollständiger Bodenaustausch,

  • Tiefgründung einer Bodenaustauschschicht mit Rüttelstopfsäulen (aufgeständerte Polsterschicht),

  • Lastverteil- und Schlepp-Platten,

  • Flachgründung mit Stahlbetonplatte,

  • Tiefgründung von Jochen mittels Pfählen,

  • Tiefgründung einer Stahlbetonplatte mittels Pfählen.

Bei der Bodenverfestigung wird eine erhöhte Tragfähigkeit des unmittelbar unter dem Planum liegenden Bodens durch Einmischen eines Bindemittels, etwa Feinkalk, Kalkhydrat oder Zement, erzielt.

Zur Erhöhung der Tragfähigkeit eines Planums steht weiterhin der Bodenaustausch zur Verfügung, so dass der Rohrgraben dementsprechend tiefer ausgehoben, aber auch gesichert werden muss. Es gelangen Kiese und Schotter zum Einsatz, die u. a. durch ihren inneren Reibungswinkel eine hohe Tragfähigkeit gewährleisten. Durch die Wahl einer Grob- oder Ausfallkörnung kann die Bodenaustauschschicht gleichzeitig als Drainageschicht dienen und so in das Wasserhaltungskonzept des Rohrgrabens einbezogen werden. Die Drainageschicht stellt einerseits sicher, dass sich die Wassergehalte der Rückfüllmaterialien beim Einbau nicht durch in der Baugrube stehendes Wasser in ungünstiger Weise verändern, andererseits stellt eine trockene Baugrube eine Arbeitserleichterung dar und beugt Verschmutzungen bei weiteren Arbeiten wie dem Laminieren vor. Die dafür eingesetzten Ausfallkörnungen weisen allerdings schlechtere Verdichtungseigenschaften auf. Es besteht die Möglichkeit, Drainagerohre in eine solche Drainageschicht einzuziehen, um das Wasser ggf. entsprechenden Pumpensümpfen zuzuführen. Teil solcher Schichtpakete sind meist Umhüllungen aus einem geeigneten Geotextil (vgl. Abschn. 4.1).

Über die Notwendigkeit solch vergleichsweise einfacher Maßnahmen zur Erhöhung der Tragfähigkeit kann ggf. auch erst dann entschieden werden, wenn bis zum Planum ausgehoben worden und der Baugrund für eine direkte Beurteilung aufgeschlossen ist. Entsprechende Vorgaben macht dann das konkretisierende Baugrundgutachten. Die Kriterien für die Tragfähigkeit sind in Abschn. 3.7 beschrieben.

Ein solcher Bodenaustausch kann seine die Tragfähigkeit vergrößernde Wirkung in unterschiedlicher Weise entfalten. Reicht er bis in einen ausreichend tragfähigen Bodenhorizont, so spricht man von einem vollständigen Bodenaustausch. Dient er als Auflage über einer Bodenschicht niedrigerer Tragfähigkeit, so handelt es sich Gründungspolster . Genügt ein solches Gründungspolster nicht, um die Lasten ausreichend zu verteilen und liegt der tragfähige Baugrund zu tief für einen kompletten Bodenaustausch, dann kann das Gründungspolster „aufgeständert“ werden. Dies kann z. B. durch Rüttelstopfsäulen geschehen, die meist vor Aushub des Rohrgrabens niedergebracht werden. Hierbei wird ein Tiefenrüttler in den Untergrund abgeteuft. Anschließend wird dieser unter Vibrationen wieder in Schritten nach oben gezogen, während grobkörniges Material von oben über ein Rohr zugeführt wird. Auf diese Weise wird der anstehende Boden durch eine Säule aus Schotter verdrängt und verdichtet.

Wenn solche Verbesserungsmaßnahmen aufgrund der geologischen Randbedingungen nicht zum Erfolg führen, müssen aufwändigere Lösungen wie die Herstellung einer Tragplatte aus Stahlbeton als Flachgründung gewählt werden. Eine abschnittsweise Anwendung von Tragplatten stellen auch die Schlepp- und Lastverteilplatten im Bereich von Bauwerksanschlüssen dar (vgl. Abschn. 3.6). Die Herstellung von Schwellen, die auch als Pfahljoche ausgebildet werden können, ist Anwendungen vorbehalten, bei denen die Rohrleitung zumindest teilweise über der Geländeoberkante liegt.

Ähnlich wie bei einer Gründung auf sehr festen Untergründen wie z. B. Fels, muss auch bei einer solchen Flachgründung eine stärkere untere Bettungsschicht in Betracht gezogen werden, um konzentrierte linienförmige Belastung des Rohrs zu vermeiden [22].

Muss die Stahlbetonplatte mit Arbeits- oder Dehnfugen versehen werden, so sollten zur sicheren Aufnahme von möglichen Differenzsetzungen zwischen den Plattenabschnitten nach Möglichkeit gelenkige Muffenverbindungen der Rohrleitung in diese Bereiche gelegt werden.

Liegt der anstehende Grundwasserspiegel höher als das Planum im Rohrgraben und kann er nicht für die gesamte Dauer der Rohrverlegung z. B. mit Brunnen unter das Planum gesenkt werden, so muss eine wasserundurchlässige Baugrubenumschließung z. B. durch Spundwände geschaffen werden. In diesem Fall wird eine solche Gründungsplatte als Sohlsicherung herangezogen. Zu berücksichtigen ist, dass Tagwasser und evtl. eindringendes Grundwasser abgeführt werden müssen. Hierzu kann eine Drainageschicht auf die Tragplatte aufgebracht werden. Die Drainagerohre werden möglichst in die Ecken des Rohrgrabens gelegt, so dass um sie herum eine Sickerpackung gegen die Baugrubenwand geschüttet werden kann.

Sofern die Absenkung des Grundwasserspiegels auch für die Dauer des Aushubs technisch oder wirtschaftlich nicht möglich ist, muss die Sohlsicherung mit Unterwasserbeton im Kontraktorverfahren hergestellt werden. Lässt sich auf diese Weise keine biegefeste Platte erstellen, so wird eine solche erst nach Auspumpen der Baugrube auf der Sohlsicherung hergestellt. Die Betonsohle muss für die Bauzeit gegen Auftrieb gesichert werden. Reicht das Eigengewicht hierfür nicht aus, so kann dies durch Rückverankerungen im Untergrund geschehen.

Ist eine Flachgründung hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit für die Rohrleitung nicht ausreichend, dann muss die Tragplatte selbst mit Pfählen gegründet werden. Diese können dann bei einer wasserundurchlässigen Baugrubenumschließung während der Bauphase als Zugpfähle zur Rückverankerung gegen Auftrieb herangezogen werden, während sie im Endzustand als Druckpfähle die Lasten der rückverfüllten Rohrleitung in den Untergrund abtragen.

Die Gründungsmaßnahmen sollen sich stets in das Gründungskonzept der benachbarten Bauwerke bzw. des gesamten Kraftwerks einfügen. Aus Sicht des Baubetriebs können so möglichst einheitliche Verfahren gewählt werden. Vor allem aber können gegenseitige Einflüsse Berücksichtigung finden. Beispielsweise sollten die Rohrleitungen von benachbarten Bohrpfählen ausreichend Abstand halten, insbesondere wenn diese auch horizontal belastet sind und diese Lasten im Erdreich weitergeben. Dies kann z. B. durch Erdbebenlasten des von den Pfählen getragenen Bauwerks geschehen.

Kann eine Lage der Rohrleitung unter einem anderen Bauwerk nicht vermieden werden, so kommt eine Ummantelung mit bewehrtem oder unbewehrtem Beton in Betracht. Beispielsweise kann die Notwendigkeit bestehen, das Kühlwasser unter dem Maschinenhaus möglichst nahe an den Kondensator heranzuführen. Aufgrund der anliegenden Drücke und Temperaturen lassen sich meist keine reinen Stahlbetonkanäle realisieren, so dass an deren Stelle eine GFK-Leitung als eine Art verlorene Schalung eingebaut wird, die gegenüber dem Innendruck als Dichthaut wirkt. Die Lastabtragung aus dem darüberliegenden Bauwerk erfolgt dann über die Betonummantelung in den Baugrund, während das eigentliche Rohr keine zusätzliche Auflast erfährt. Dabei ist zu bedenken, dass Reparaturen an den GFK-Leitungen dann nur noch von innen durchgeführt werden können.

Bei allen diesen Gründungsvarianten bedürfen die tiefsten Bereiche des Rohrgrabens besonderer Beachtung. Es handelt sich meist um Bereiche, in denen Schlepp- oder Lastverteilplatten zu betonieren sind oder in denen Rohrstöße zu liegen kommen, die laminiert werden müssen, z. B. bei Passlängen. Um solche Arbeiten ausführen zu können, muss ein Arbeitsraum in den unterliegenden Schichten ausgespart oder gar ausgehoben werden, der nachträglich verfüllt wird. In solchen abgesenkten Bereichen ist besonders auf eine entsprechende Baugrubenentwässerung zu achten. Gleichzeitig bieten sich diese Bereiche für die Anordnung der Pumpensümpfe an. Der Rückfüllung dieser Bereiche, d. h. der Herstellung des geforderten Schichtaufbaus einschließlich der geotextilen Umhüllungen, muss besondere Sorgfalt entgegengebracht werden.

3.6 Bauwerksanschlüsse

Bauwerksanschlüsse bedingen, wie in Abschn. 2.3 erläutert, eine enge Abstimmung zwischen Rohrmontage und dem Bauunternehmen. Darüber hinaus sind diese Anbindungen häufig auch mit den Übergabepunkten zum oberirdischen Teil der Rohrleitungsanlagen verbunden, so dass unterschiedliche Rohrleitungslieferanten involviert sind. Die Bauwerksanschlüsse müssen unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden. In erster Linie müssen Differenzsetzungen zwischen Leitung und Bauwerk bewältigt werden. Solche Differenzsetzungen bewegen sich oft in einer Größenordnung von ca. 2 cm. Vom Grundsatz her stellt der Einbau der kühlwasserführenden Rohrleitungen gegenüber der ursprünglichen Belastung des Untergrundes eine Entlastung dar, da die Wichte der Wasserfüllung meist geringer ist als die Wichte des Bodenmaterials, das ursprünglich an dieser Stelle auf dem Untergrund lastete. Im Gegensatz dazu können die Bauwerke eine gegenüber dem Ursprungszustand vergrößerte Auflast für den Untergrund bedeuten. Abhängig ist dies vorrangig von der Art der Gründung. So ist bei flachgegründeten Bauwerken i. A. von größeren Differenzsetzungen auszugehen als bei Bauwerken mit einer Tiefgründung, beispielsweise über Bohrpfähle. Bei bindigen und insbesondere bei tonigen Bodenschichten stellen sich Setzungen erst über lange Zeitspannen ein, während ein Untergrund mit nichtbindigen Bodenschichten zu einem vergleichsweise schnellen Abklingen der Setzungen, z. T. innerhalb der Gesamtbauzeit der Kraftwerksanlage, führt. In diesem Zusammenhang spielt auch der Bauablauf eine Rolle. Die Bauwerke, deren Errichtung parallel zur Erdverlegung der Kühlwasserleitungen beginnt, sind zum Zeitpunkt ihrer Anbindung häufig erst in Teilen fertig gestellt, so dass sie ihr Eigengewicht nur sukzessive auf den Baugrund aufbringen. Besonders die zumeist tief im Grundwasser stehenden Becken von Entnahme- und Rückgabebauwerken werden häufig erst zu einem späten Zeitpunkt der Gesamtbauzeit geflutet, während sie zuvor einen nicht unerheblichen Auftrieb erfahren.

Bei unterirdischen Bauwerksanschlüssen muss die Aufnahme von Differenzsetzungen meist unter gleichzeitiger Sicherstellung einer ausreichenden Bauwerksabdichtung erfolgen. Wird ein Becken oder Behälter angeschlossen, so muss die Abdichtung des Bauwerks den Austritt von Wasser verhindern. Umgekehrt ist sicherzustellen, dass kein Grund- oder Schichtenwasser in das Innere eines Gebäudes gelangt, wenn die Rohrleitung dort offen fortgeführt wird. In einigen Fällen ist auch nur ein Abschluss zum Erdreich hin zu schaffen. Häufig wird die Lösung eines einbetonierten Mauerkragens an der GFK-Rohrleitung gewählt. Der Mauerwerkskragen dichtet zunächst durch eine erhöhte Umläufigkeit und kann durch weitere Maßnahmen wie das Anbringen von Quellbändern oder Schläuchen für spätere Dichtinjektionen zusätzlich ertüchtigt werden. Mauerkragen werden vorwiegend bei Anschlüssen an Kraftschlussbecken, Entnahme- und Rückgabebauwerke, Kühltürme, Schächte für Messeinrichtungen oder Mannlöcher, aber auch Pumpengebäude eingesetzt.

Durch die Bauwerkswand erhält der Rohrquerschnitt eine Umklammerung in radialer Richtung, so dass entsprechende Lasten aus Innendruck bei der Bauwerksauslegung zu beachten sind. Um die Kantenpressung zu minimieren, wird meist dort ein Gummilappen um das Rohr herum gelegt, wo es aus dem Beton austritt.

In Bezug auf die Rohrachse stellt diese Form des Bauwerksanschlusses eine feste Einspannung in der Bauwerkswand dar, so dass jede Bewegung des Bauwerks der Rohrleitung direkt aufgezwungen wird. Differenzsetzungen müssen dann bei Rohrleitungen, die durch Überlaminate und damit nicht gelenkig zusammengesetzt werden, durch Biegung aufgenommen werden. Diese Art des Bauwerksanschlusses ist daher eher für gemuffte Rohrleitungssysteme geeignet, bei denen sog. Kurzrohre eingesetzt werden können. Sie sorgen für zwei gelenkige Rohrverbindungen in kurzem Abstand, wobei sich der Abstand aus der zulässigen Abwinkelung einer Muffenverbindung und der erwarteten Differenzsetzung ergibt. Zulässige Verdrehungen für gemuffte Großrohre liegen im Bereich von 0,5° für DN 2000, so dass bereits mit einem Kurzrohr mit ca. 3 m länge Differenzsetzungen im Bereich von 2 cm aufgefangen werden können. Je geringer der Rohrdurchmesser, desto größer ist die mögliche Verdrehung in der Muffe. Um ein Abscheren der Rohrleitung direkt an der Bauwerkswand zu vermeiden, wird eine sog. Schleppplatte aus Beton unterhalb der Rohrleitung gelenkig an das Bauwerk angeschlossen. Diese nimmt v. a. die Kräfte auf, die ansonsten das Rohr aufnehmen müsste, um das Erdreich unter sich bei einer Abwärtsbewegung zu verdrängen. Sollte der umgekehrte Fall eintreten, dass sich die Rohrleitung gegenüber dem Bauwerk senkt, so vergleichmäßigt die Schleppplatte den Übergang vom Freigelände zum Bauwerk. Durch die feste Einspannung ergibt sich auch in Rohrlängsrichtung eine formschlüssige Verbindung. Daher muss die Bauwerkswand ggf. in der Lage sein, Längskräfte der Rohrleitung insbesondere aus dem Innendruck und der Durchströmung, aber auch aus thermischer Dehnung aufzunehmen, soweit sich diese nicht mit Mantelreibungskräfte im Erdreich o. ä. im Gleichgewicht befinden.

Eine weitere Möglichkeit für den unterirdischen Gebäudeanschluss sind sog. Wandkompensatoren, die mit ihrem Balg einen Ringspalt zwischen der Rohrleitung und der Laibung einer Wandöffnung verschließen, deren lichtes Maß den Rohraußendurchmesser überschreitet. Eine solche Wandöffnung sollte genügend Platz bieten, um Verlege- und Fertigungstoleranzen der Rohrleitung, Bautoleranzen der Wandöffnung selbst und v. a. die erwarteten Differenzsetzungen abzudecken. Die Laibung kann direkt geschalt werden oder es wird ein Hüllrohr einbetoniert. In Abhängigkeit vom Bauablauf kann es erforderlich sein, den Stutzen für den auf der Bauwerksinnenseite liegenden Übergabeflansch von außen einzuführen. In diesem Fall muss die Wandöffnung auch hierfür weit genug sein. Der Ringspalt kann später mittels konzentrischer Schalung und Vergußmörtel verkleinert werden. Die Befestigung des Balgs auf dem Medienrohr kann z. B. durch Rohrschellen oder einen auf das Rohr aufgesetzten Flansch mit Hinterlegring zum Klemmen des Balges erfolgen. Für die Befestigung an der Bauwerkswand kann der Balg an einen an der Wand befestigten oder einbetonierten Hinterlegring geklemmt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Balg mit einem Hinterlegring gegen einen Flansch am Hüllrohr zu klemmen oder wiederum mit Rohrschellen festzuziehen. Wird der Wandkompensator auf der Bauwerksaußenseite montiert, so ist er z. B. mit einer Abdeckhaube vor Beschädigungen beim Rückfüllen zu schützen. Der Einsatz von Wandkompensatoren erfolgt meist dann, wenn Grund- und Schichtenwasser vom trockenen Bauwerksinnern ferngehalten werden soll. Es gibt aber auch Anwendungen, bei denen Wandkompensatoren als Behälterabdichtung von innen mit Druck beaufschlagt sind. Zu beachten ist, dass ein Gebäudeanschluss mit Wandkompensator nicht geeignet ist, die Rohrlängskräfte abzutragen. Ähnlich wie bei der Verwendung von Universalkompensatoren muss hier untersucht werden, ob diese Kräfte durch Mantelreibung im Erdreich abgetragen werden können. Umgekehrt aber ist der Rohrleitungsabschnitt vor dem Bauwerksanschluss im Rahmen der Beweglichkeit des Wandkompensators für jegliche thermische Dehnung frei.

Eine weitere, häufig eingesetzte Lösung zur Abdichtung von Ringspalten an Bauwerksanschlüssen ist der Einsatz von Dichteinsätzen aus Elastomerelementen. Die Elemente werden durch Schraubverbindungen zusammengefügt und nach Einsetzen in den Ringspalt über diese Schraubverbindungen und Klemmplatten zusammengepresst. Die sich hieraus ergebende Querdehnung führt dazu, dass sich die Elemente zwischen dem Rohr und der Laibung der Bauwerksöffnung verspannen. Aus statischer Sicht bedeutet diese Verspannung den Eintrag von Lasten aus der Rohrleitung, wie sie auch bei einer Verbindung von Bauwerkswand und Rohrleitung durch Mauerkragen auftreten können. Die Rohrleitung selbst erfährt an dieser Stelle ebenfalls eine Pressung in radialer Richtung.

Ein häufig erforderlicher Bauwerksanschluss der Rohrleitungen ist der Anschluss von Domen für Mannlöcher an die sie aufnehmenden Schachtbauwerke. Ein solcher Schacht baut mit seiner Sohle und unterliegender Sauberkeitsschicht auf der Abdeckung der Rohrleitung mit einer Stärke von 30 cm auf. Die Öffnung für die Durchführung des Doms durch den Schachtboden ist so groß zu gestalten, dass der Dom von einem Ringspalt umgeben wird. Für den Fall einer Schrägstellung des Schachts bei Setzungen oder aber bei einem Fahrzeuganprall wird damit einer unmittelbaren Kraftübertragung vorgebeugt. Der Ringspalt ist mit Quellbändern o. ä. auszufüllen, um ggf. ein Eindringen von Grund- oder Schichtenwasser in den Schacht zu verhindern. Darüber hinaus soll vermieden werden, dass Kühlwasser, das möglicherweise beim Abmontieren des Blinddeckels austritt, in die Rückfüllung des Hauptrohres sickert und hier die Rückfüllung ausspült.

Bei oberirdischen Gebäudeanschlüssen wie zum Beispiel bei Maschinenhäusern oder Pumpengebäuden werden in vielen Fällen Lateralkompensatoren kombiniert. Die Rohrleitungen verlassen das Erdreich üblicherweise senkrecht nach oben und werden dann mit einem Krümmer waagerecht in das entsprechende Gebäude geführt. Ein erster Lateralkompensator sitzt im vertikalen Abschnnitt, um für den Fall einer thermischen Längenänderung für eine Beweglichkeit des horizontalen Abschnitts zu sorgen. Er sitzt meist 1 m über Geländehöhe, um besser vor Verschmutzungen geschützt zu sein und stellt in vielen Fällen auch den Übergabepunkt zum oberirdischen Lieferumfang dar. Der zweite Lateralkompensator wird im horizontalen Abschnitt platziert, um Differenzsetzungen der erdverlegten Leitung aufnehmen zu können. Bei der Ausarbeitung des Halterungskonzepts für die oberirdischen Leitungen müssen die gewünschten Freiheitsgrade berücksichtigt werden.

Das Gewicht der Wassersäule im senkrecht aufgehenden Rohrstrang führt in einem begrenzten Bereich zu einer stärkeren Bodenpressung, als dies im übrigen Leitungsverlauf im Freigelände der Fall ist. Um verstärkten Setzungen gerade in diesem sensiblen Bereich zu begegnen, können lokal verschiedene Maßnahmen zu einer gesonderten Gründung oder Einbettung der Rohrleitung in Betracht gezogen werden, wie z. B. die Wahl eines dichteren Rasters von Rüttelstopfsäulen oder die Rückfüllung mit einem Flüssigboden.

Zur Lastverteilung kann auch eine Stahlbetonplatte unter dem senkrechten Rohrstrang angeordnet oder der unterirdische Rohrleitungsbogen mit Magerbeton rückverfüllt werden. Der Übergang zum weiteren Leitungsverlauf im Erdreich ist dann seinerseits so auszugestalten, dass auch hier kleinere Setzungsunterschiede bewältigt werden können. Eine derartige Konstruktion ist im Prinzip bereits ein Rohrleitungswiderlager. Bei diesen ist die Einbindung der Rohrleitung unter ähnlichen Gesichtspunkten zu konstruieren wie bei anderen Bauwerken. So kann es erforderlich sein, Differenzsetzungen z. B. durch Kurzrohre aufzunehmen. Um aus wirtschaftlichen Gründen auf Widerlager verzichten zu können, fällt die Wahl daher auf meist durchgängig längskraftschlüssige Rohrsysteme.

Gelegentlich ist ein Abtrag von Rohrleitungslasten in ein Bauwerk gewünscht, d. h. der Anschluss wird als eine entsprechende Lagerung ausgebildet. Beispiele hierfür sind Rohrleitungsfestpunkte für Rohrbrücken, Pumpenstutzen o. ä. Sie werden ebenfalls mittels Mauerkragen realisiert.

3.7 Rohrgraben

Die Rohrgräben werden im Zusammenhang mit den Baugruben für die übrigen Kühlwasserbauwerke, die durch die Rohrleitungen verbunden werden sollen, geplant. Bei frischwassergekühlten Anlagen geht die Baugrubensicherung dabei oftmals in eine Sicherung gegen das offene Wasser des Vorfluters über. Aufgrund der großen Kosten sind die Rohrgräben bereits Gegenstand der Konzeptionierung einer Kraftwerksanlage. Während die Grabentiefe vorrangig durch die in Abschn. 3.2 erwähnten Kriterien bestimmt wird, ergibt sich die Grabenbreite zunächst aus den Abmessungen des zu verlegenden Rohres. Sind mehrere Rohrleitungen im Rohrgraben unterzubringen, so sollen Rohrleitungen desselben Durchmessers, die parallel verlegt werden, einen lichten Mindestabstand von der Hälfte des Rohrdurchmessers aufweisen. Bei unterschiedlichen Durchmessern soll der lichte Mindestabstand die Hälfte des gemittelten Durchmessers betragen. Das Mindestmaß für den lichten Abstand muss aber bei Großrohren stets 1 m betragen. Dies liegt u. a. in der notwendigen Möglichkeit zum Einsatz gängiger Verdichtungsgeräte wie z. B. Rüttelplatten. In die Festlegung des Arbeitsraumes anhand der geltenden Normen und Arbeitschutzvorschriften müssen
  • die Verbindungsmethode(n) der Rohre,

  • die Verdichtungsmethode der Rückfüllung bzw. der gewählte Maschinenpark sowie

  • der für die Erstellung von Lastverteil- oder Schleppplatten, von Zugangsschächten o. ä. erforderliche Platz

einfließen. Grundlegend wird der waagerechte Abstand zwischen Rohr und Grabenböschung bzw. -wand nach [7] auf mindestens 60 cm festgelegt.

Fällt die Wahl auf einen geböschten Graben, so ist für das Einheben der Rohre Hebegerät mit einer größeren Ausladung vorzusehen, als dies bei einem Verbau der Fall ist. Muss für das Einheben von Rohren entsprechendes Hebegerät am Rand der Baugrube aufgestellt werden, so ist dies in der Statik der Baugrubensicherung zu berücksichtigen. Die Verwendung von Portalkränen, deren Kranbahnen an den Kanten der Baugrubensicherung verlaufen, ist aufgrund des geringen Gewichts der GFK-Rohrschüsse nicht üblich.

Das beengte Baufeld erlaubt es häufig nicht, einen geböschten Rohrgraben zur Ausführung zu bringen. Es muss also durch Baugrubensicherungen mit senkrechten Grabenwänden Platz gespart werden. Aufgrund der Abmessungen der Kühlwasserrohre und ihrer Verlegetiefe sind hier aufwändige Maßnahmen erforderlich. Freistehende Sicherungen des Rohrgrabens, die hierfür für ihre Standsicherheit eine größere Einbindetiefe erfordern, sind meist unwirtschaftlich, so dass eine Rückverankerung oder aber eine Queraussteifung der Grabenwände günstigere Alternativen sind. Dabei ist aber u. a. zu beachten, dass Rückverankerungen soweit in den rückwärtigen Untergrund reichen können, dass sie mit anderen Bauwerken oder der übrigen unterirdischen Infrastruktur in Konflikt geraten. Grabenqueraussteifungen hingegen können das Einheben der Rohre in den Graben behindern, sofern keine Möglichkeit besteht, die Rohre über Rampen in den Rohrgraben und unter die Aussteifungen zu bringen. Sie müssen außerdem hoch genug liegen, damit die Rohrleitung darunter verlegt werden kann. Die Aufgabe einer Queraussteifung kann in einzelnen Fällen von den Elementen einer Rohrleitungsgründung, wie z. B. einer Tragplatte oder einer Polsterschicht, übernommen werden. Eine zu den Grabenqueraussteifungen vergleichbare Problemstellung ergibt sich durch provisorische Brücken über den Rohrgraben, wie sie zur Sicherung bestehender Leitungen oder der Zugänglichkeit verschiedener Bereiche des Baufeldes für den Baustellenverkehr dienen.

Das Auskoffern des Rohrgrabens erfolgt meist zeitnah vor Beginn der Rohrverlegearbeiten. Neben Gründen der Zugänglichkeit des Baufeldes ist dies auch darin begründet, dass negative Auswirkungen von Niederschlägen wie z. B. ein Aufweichen der Grabensohle vermieden werden sollen. Grabenböschungen sind besonders anfällig gegen ein Abschwemmen. Sie können jedoch mit einer entsprechenden Abdeckung zusätzlich gesichert werden. Hierzu wird in den meisten Fällen das Geotextil zur Einfassung der Leitungszone auf den Böschungen ausgelegt, von wo aus es nach der Einerdung des Rohrs auf die Rückfüllung umgeklappt wird.

Beim Aushub der Rohrgräben kann es häufig nötig sein, auch die oberen Abschnitte von Pfählen oder Rüttelstopfsäulen zu entfernen, die von der Geländeoberkante aus abgeteuft wurden. Dies ist üblich, da die Erstellung der Gründungen zu den ersten Baumaßnahmen nach Freigabe des Baufeldes zählt, d. h. solche Tiefgründungen werden in aller Regel von der Geländeoberkante aus niedergebracht.

Wie das Gründungskonzept der Kühlwasserleitungen wird sich auch das Wasserhaltungskonzept am Konzept für die Gesamtbaustelle orientieren. Hierfür gibt es wirtschaftliche Gründe wie eine möglichst einheitliche Ausführung mit anderen Bauabschnitten, wie z. B. Kanalisationen, Kabelziehschächte, Kondensatgruben oder Behälter mit einer entsprechenden Tiefenlage. Darüber hinaus kann der Einflussbereich von Maßnahmen der Wasserhaltung oftmals nicht auf den Rohrgraben beschränkt werden, wenn z. B. Absenktrichter von Brunnen in einem größeren Radius über den Rohrgraben hinausgreifen.

Für Arbeiten im Rohrgraben und insbesondere in der Rohrleitung müssen die Vorschriften für das Arbeiten in beengten Räumen beachtet werden. Auch hier ist für eine ausreichende Belüftung zu sorgen, die nicht nur aus dem Harz austretende Dämpfe wie z. B. Styrol-Dämpfe oder aber Schleifstäube, sondern auch Belastungen der Luft durch eventuelle Kontaminationen des Bodens bzw. durch Austritt von Kohlendioxid aus dem Boden reduziert. Weiterhin müssen Rettungsmöglichkeiten und ein Fluchtwegkonzept vorhanden sein.

Im Idealfall ist das Planum identisch mit der Aushubsohle. Sie ist dann lediglich vollflächig nachzuverdichten, sofern sie z. B. beim Lösen darüberliegender Schichten durch die Zähne eines Baggerlöffels o. ä. oberflächlich aufgelockert und damit gestört ist. Als Maß für die hinreichende Tragfähigkeit eines Planums gilt ein Ev2-Modul von mindestens 40 MN/m2. Seine Bestimmung wird in Abschn. 4.2 erläutert.

Sind Bodenverbesserungsmaßnahmen wie z. B. Bodenverfestigung oder Bodenaustausch vorzunehmen, so ist danach auf dem Planum ein Ev2-Modul von mindestens 60 MN/m2 zu erreichen. Der für ein nachgebessertes Planum höhere Wert soll zum einen die statistische Schwankungsbreite für die verbesserte Bodenschicht, zum anderen aber auch die Unwägbarkeiten des Untergrundes, der von den Verbesserungsmaßnahmen unmittelbar nicht erreicht wird, abdecken. Auch Bodenschichten, die unter dem Planum eingebaut werden, haben den Vorgaben bezüglich lagenweisem Einbau und Verdichtung entsprechend Abschn. 4.2 zu genügen.

Entsprechend obiger Definition ist auch die Oberkante einer Beton- oder Stahlbetonplatte unter der Rohrleitung, also z. B. einer durchgehenden Stahlbetonplatte als Baugrubensicherung oder einer Lastverteilplatte, als Planum zu verstehen, wenn die untere Bettungsschicht unmittelbar aufgebracht wird. Naturgemäß entfällt hier die Betrachtung eines Ev2-Moduls. Umgekehrt muss jedoch dafür gesorgt werden, dass solche Platten eine entsprechende Tragfähigkeit auf ihren unterliegenden Schichten vorfinden.

4 Qualitätssicherung bei der Erdverlegung

4.1 Auswahl der Rückfüllmaterialien

Die Rückfüllung der als biegeweich anzusehenden GFK-Rohre ist ein wesentlicher Teil des statischen Gesamtsystems, d. h. sie muss auch Gegenstand einer angemessenen Qualitätssicherung sein. Die Einhaltung der in der Rohrstatik angesetzten Kennwerte ist daher regelmäßigen Abständen zu überwachen. Die Qualitätssicherung wird in drei Schritten umgesetzt:
  1. 1.

    Feststellung der generellen Eignung gewählter Rückfüllmaterialien (Eignungsprüfungen),

     
  2. 2.

    die Festlegung der einzuhaltenden Zielwerte bei der fortlaufenden Überwachung des Einbaus dieser Materialien (Kalibrierung der Kontrollprüfungen),

     
  3. 3.

    die fortlaufende Überwachung selbst (Kontrollprüfungen).

     

Die beiden letzten Schritte werden in Abschn. 4.2 näher erläutert.

Zur Charakterisierung des Rückfüllmaterials dient zunächst die Korngrößenverteilung, die durch eine Sieb- und Schlämmanalyse ermittelt wird. Aus ihr ergibt sich die Bodenklassifizierung z. B. nach [14, 18] oder [3].

Um eine optimale Einbettung der Kühlwasserleitung zu erzielen, werden hochwertige Rückfüllmaterialien ausgewählt, die zur Gruppe der Bodenarten G1 nach [6] zählen, d. h. es werden eng, intermittierend oder weit gestufte Sande, Kiese oder Schotter gefordert. Oft findet die Faustregel Anwendung, dass das Größtkorn nicht größer als die Wandstärke des zu verlegenden Rohres sein sollte, um lokale Beschädigungen durch Punktbelastungen zu vermeiden. Dabei sind Bodenmaterialien mit gerundeten Körnern im Vergleich zu solchen mit gebrochenen Körnern von Vorteil.

Für die Hauptverfüllung sind Körnungen bis 63 mm Größtkorn verwendbar, wie sie auch im Straßenbau üblich sind. Für Trag-, Polster- oder Drainageschichten gemäß Gründungs- und Wasserhaltungskonzept ist eine entsprechende Auswahl von großer Bedeutung. Durch die hohen Anforderungen ist ein direkter Einsatz des Aushubmaterials in vielen Fällen nicht möglich, wie bereits in Abschn. 3.1 angedeutet, obwohl dies aus Sicht der Baustellenlogistik angestrebt wird. In diesem Zusammenhang kann aber geprüft werden, ob sich der Aushub durch Trennen und Mischen der entsprechenden Körnungsanteile zu einem geeigneten Rückfüllmaterial aufbereiten lässt oder aber als Grundlage für die Herstellung eines zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffs herangezogen werden kann. Hierfür stehen mobile Aufbereitungsanlagen zur Verfügung.

Neben der Korngrößenverteilung sind weitere Eigenschaften der Rückfüllmaterialien zu berücksichtigen:
  • Der Glühverlust, d. h. der Anteil organischen Materials, darf einen gewissen Wert nicht überschreiten, da eine Zersetzung zu einer nachträglichen Verminderung des Verdichtungsgrades führen könnte.

  • Insbesondere wenn Kalkstein im Rückfüllmaterial enthalten ist, muss die Abriebfestigkeit in die Bewertung der Eignung einbezogen werden. Beim Schütten und Verdichten darf es zu keiner signifikanten Erhöhung der Feinstanteile durch Abrieb kommen.

  • Neben dem Abrieb beim Verdichten kann auch die Aggressivität des anstehenden Grundwassers insbesondere gegenüber Kalk oder aber Recyclingmaterialien entsprechender mineralogischer Zusammensetzung zu einer Schwächung des Korngerüsts in der Rückfüllung führen. Zur Bewertung dieser Fragestellung wird ggf. die Betonaggressivität des Grundwassers, die häufig in den Baugrundgutachten aufgeführt ist, herangezogen.

  • Beim Einsatz von Recyclingmaterialien muss darauf geachtet werden, dass ggf. hinsichtlich der Schadstoffgehalte eine entsprechende umweltbehördliche Genehmigung vorliegt.

Im weiteren Sinne kommt auch Beton als Rückfüllmaterial zum Einsatz. Außer für Betonummantelungen werden z. B. Magerbetonverfüllungen auch an Kreuzungen mit anderen Leitungen der Unterirdischen Wirtschaft eingesetzt, um einen Mindestabstand der Leitungen zu garantieren.

Meist treffen also ein oder mehrere von außen in den Rohrgraben verbrachte Bodenmaterialien, die ggf. zur Erfüllung verschiedener Funktionen eine unterschiedliche Korngrößenverteilung haben (vgl. Abschn. 3.5), auf den anstehenden Boden. In der Folge können Porenwasserströmungen, die beispielsweise durch Grundwasserspiegelschwankungen, durch Versickern oder Grundwasserströmungen hervorgerufen werden, zu einer Migration feinerer Kornanteile von einem Material mit höherem Feinanteil zu einem poröseren Material führen. Eine solche Migration kann den Zusammenbruch eines Korngerüsts und damit einen Verlust der Stützwirkung für die eingebettete Rohrleitung nach sich ziehen. Schäden durch solche Suffosionseffekte traten in der Vergangenheit z. T. schon kurz nach der Systemdruckprobe oder der Inbetriebsetzung ein, wenn beispielsweise Leckagewasser an undichten Rohrstößen begann, die Rohrbettung auszuspülen. Ungünstig dabei ist, dass solche Schäden sich allmählich entwickeln und meist erst aufgrund von bereits gravierenden Folgeschäden entdeckt werden.

Um der Migration von Feinstanteilen zu begegnen, besteht eine Möglichkeit darin, die Kornverteilungen der unterschiedlichen Bodenmaterialien aufeinander abzustimmen und so eine ausreichende Filterstabilität durch einen abgestuften Übergang zu bewirken. Diese Vorgehensweise ist aus dem Brunnenbau bekannt. Wie bereits ausgeführt, ist die Auswahl an Bodenmaterialien jedoch in vielen Fällen eingeschränkt. Außerdem müssen durch fehlende Feinanteile schlechtere Verdichtungseigenschaften in Kauf genommen werden. Eine wirtschaftliche Art und Weise, die Migration von Feinstanteilen zu verringern, besteht darin, unterschiedliche Bodenmaterialien durch Geotextilien zu trennen. Als Grundprinzip wird dabei ein Geotextil an allen Übergängen eines Materials zu einem anderen eingezogen. Neben den hydraulischen Eigenschaften wie der charakteristischen Öffnungsweite und dem Durchlässigkeitsbeiwert müssen bei der Wahl des Geotextils auch die mechanischen Eigenschaften wie Zerreißfestigkeit, Bruchdehnung, Stempeldurchdrückraft und Durchschlagfestigkeit berücksichtigt werden, um beispielsweise einer kantigen Kornform des Rückfüllmaterials oder der Arbeitsweise beim Rückverfüllen gerecht zu werden.

Besondere Sorgfalt ist beim Einziehen von Geotextilien für einen Grabenverbau aus Spundbohlen geboten, der nach Abschluss der Maßnahme wieder gezogen werden soll. Hier sind besondere Maßnahmen wie das zweilagige Einziehen von Geotextil oder das Einziehen mit Abstand zur Spundwand erforderlich, um ein direktes Anliegen an den Spundbohlen und damit die Gefahr des Zerreißens zu verringern.

4.2 Fortlaufende Verdichtungskontrolle

Kennwerte für die Verdichtungskontrolle sind zunächst die Verformungsmodule EB nach [6] bzw. die Bodensteifigkeitsklassen („soil stiffness classes“) und der E-Modul unter Zwängung in der Leitungszone („constrained modulus of the pipe zone embedment“) nach [2]. Sie werden aus der Klassifizierung des anstehenden Bodens und der Rückfüllmaterialien in Verbindung mit dem jeweiligen Verdichtungsgrad abgeleitet. Als Referenzwert für den Verdichtungsgrad wird die sog. Proctor-Dichte herangezogen, d. h. die größte erreichbare Trockendichte bei einer definierten Verdichtungsarbeit. Sie wird als Maximum der Proctor-Kurve, einer Auftragung erzielter Trockendichten über die zugehörigen Wassergehalte z. B. nach [12] oder [4] bzw. [5], ermittelt. Der Verdichtungsgrad einer Probe ist dann das Verhältnis der an ihr gemessenen Trockendichte zur größten erreichbaren Trockendichte. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass die Probe z. B. durch eine höhere Verdichtungsarbeit als der definierten einen Verdichtungsgrad über 100 % hat. Die Krümmung der Proctor-Kurve ist ein Maß für den Einfluss des Wassergehaltes auf die Verdichtbarkeit des Materials. Bei verhältnismäßig gleichkörnigen Materialien spielt der Wassergehalt eine untergeordnete Rolle, die Proctor-Kurve ist flach. Bei gestuften Materialien hingegen ist der Wassergehalt von größerer Bedeutung [25]. Eine direkte Steuerung des Wassergehalts auf der Baustelle, beispielsweise zur Berücksichtigung der Witterung, erfolgt jedoch nicht. Stattdessen wird der Erfolg der Einbaumaßnahme am letztlich für die Qualitätssicherung bedeutsamen Verdichtungsgrad gemessen.

Die Trockendichte einer Bodenprobe bekannten Volumens kann durch Wägung nach dem Trocknen direkt bestimmt werden [12]. Um den Verdichtungsgrad fortlaufend „in situ“, also im Rohrgraben, zu bestimmen, ist das Verwiegen getrockneter Bodenproben meist zu langwierig und aufwändig [11]. Der Verdichtungsgrad lässt sich u. U. jedoch indirekt aus einer Korrelation mit dem statischen Verformungsmodul Ev2 des Bodens ermitteln, der aber nur in mittelbarem Zusammenhang mit den Verformungsmodulen EB steht. [23] gibt eine Zuordnung für die häufig verwendeten nichtbindigen Bodenmaterialien Kies und Sand an.

Der Ev2-Modul wird durch einen statischen Lastplattendruckversuch nach [13] ermittelt, bei dem der Boden über eine Stahlplatte in verschiedenen Stufen be-, ent- und wieder belastet wird. Er stellt dabei die Steigung einer Sekante der Druck-Setzungs-Kurve für die Wiederbelastung dar. Um die erforderliche Pressung mit den üblichen Plattendurchmessern zwischen 30 und 80 cm Durchmesser erzielen zu können, ist ein entsprechend schweres Widerlager wie z. B. das Fahrwerk eines Baggers erforderlich. Sowohl der Aufbau der Messapparatur wie auch das mehrfache Aufbringen der Laststufen bedingen einen gewissen Zeitaufwand. Die Eignung des statischen Lastplattendruckversuches für eine fortlaufende Überwachung auf mehreren Schichten der Rückverfüllung und in einem vergleichsweise dichten Raster bei beengten Verhältnissen ist damit beschränkt. Diese Nachteile werden durch die Ermittlung des dynamischen E-Moduls Evd vermieden, der sich für nichtbindige Materialien ebenfalls näherungsweise mit dem Verdichtungsgrad korrelieren lässt. Bestimmt wird er über ein Fallgewichtsgerät [7]. Dabei handelt es sich um eine Lastverteilplatte, auf die ein Fallgewicht von 10 kg Masse aus einer definierten Höhe fallen gelassen wird. Die Reaktion des Untergrundes auf den Stoß wird von Messnehmern erfasst und zum Evd umgerechnet. Das Fallgewichtsgerät kann von einer Person bedient und über die Baustelle getragen werden, der Zeitbedarf für eine Messung liegt im Bereich weniger Minuten. Der Einsatz des dynamischen Lastplattendruckversuchs ist die am häufigsten gewählte Variante für die Verdichtungskontrolle.

Daneben gibt es auch Verfahren, die mittels Durchstrahlung des Bodens eine direkte Bestimmung des Verdichtungsgrades erlauben. Für eine solche Isotopenmesssonde („Troxlersonde“) wird ein Loch in den Boden geschlagen, in das eine Strahlungsquelle abgesenkt wird. Der zugehörige Empfänger ist auf der Unterseite des auf dem Boden abgestellten Messgeräts angebracht. Nachteil dieser Messmethode ist die erhöhte Anforderung an die Sicherheit bei Benutzung und Lagerung aufgrund der Verwendung radioaktiver Materialien. Auch die Isotopenmesssonden werden idealerweise mit dem konkret zur Anwendung gelangenden Bodenmaterial und entsprechender Verdichtung kalibriert.

Weitere Verfahren zur indirekten Verdichtungskontrolle sind die Ramm- und Drucksondierungen. Hierbei werden Sondenspitzen einer definierten Querschnittsfläche in den Boden getrieben. Bei Rammsondierungen geschieht dies mit einem definierten Fallgewicht [8, 19]. Der Eindringwiderstand wird durch die Schlagzahl charakterisiert. Dies ist die Anzahl von Schlägen, die für das Durchfahren eines Tiefenabschnitts von 10 cm erforderlich ist. Bei Drucksondierungen wird die Sondenspitze mit gleichbleibender Geschwindigkeit in den Boden gedrückt und kontinuierlich die hierfür erforderliche Kraft gemessen [19]. Zu den Rammsondierverfahren gehört auch die Anwendung des sogenannten „Künzelstabes “ (Sondenquerschnittsfläche von 5 cm2, Fallgewicht von 10 kg) nach der inzwischen zurückgezogenen Norm DIN 4094-3 [8]. Das Augenmerk solcher Methoden liegt jedoch naturgemäß auf der Ermittlung von Bodenprofilen über eine größere Tiefe, so dass sie sich nicht für die fortlaufende Verdichtungskontrolle lagenweise aufgebrachter Rückfüllungen eignen. Der Einsatz dieser Verfahren bei der Verdichtungskontrolle ist daher eher auf die abschließende Bewertung einer Rückfüllmaßnahme gerichtet. Eine Ausnahme stellt die Leitungsgrabensonde dar, die zum zügigen Messstellenwechsel auf einer Art Sackkarren montiert ist und die nur eine geringe Messtiefe von ca. 0,5 m erreicht. Als Messwert wird die Zeit erhoben, die je 10 cm Eindringtiefe von einem Sondierstab, getrieben von einem elektrischen Stemmhammer, benötigt wird [24].

Ähnlich wie für die statischen oder dynamischen Lastplattendruckversuche liefert die Literatur auch für Ramm- und Drucksondierungen eine Zuordnung zwischen Messwert, hier also der Schlagzahl oder der Eindringzeit, und der Lagerungsdichte [8]. Dazu müssen z. B. die Bodenart und die Gleichförmigkeit der Körnung bekannt sein.

Zur Verifizierung bzw. Ermittlung der individuellen Korrelation jedes Materials zwischen dem Messwert und dem tatsächlichen Verdichtungsgrad empfiehlt sich in Anlehnung an [23] die Durchführung einer probeweisen Verdichtung aller in den Rohrgraben einzubringenden Bodenmaterialien. Als Referenzmethode dient die oben beschriebene „in situ“-Dichtebestimmung durch Auswägen [11]. Ein solches Probefeld bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Verdichtungsverfahren, d. h. die Mächtigkeit der jeweiligen Rückfülllage, die Verdichtungsgeräte und die Anzahl ihrer Übergänge festzulegen. Gewöhnlich wird die Stärke der Rückfülllagen in der Leitungszone auf 30 cm, im Bereich der Hauptverfüllung auf 40 cm im verdichteten Zustand beschränkt. Vorrangig gelten jedoch die diesbezüglichen Angaben in Tabelle 4 in [22].

Die Anzahl der Beprobungsstellen orientiert sich an den Voraussetzungen zur Gewinnung statisch haltbarer Messwerte und beeinflusst die Größe des Probefeldes. Die Beprobungsstellen sollten dabei nicht zu dicht beieinander liegen und auch die Einflüsse des Probenfeldrandes müssen minimiert werden. Die Abmessungen des Probefeldes betragen gewöhnlich mindestens 5 m × 5 m. Problematisch für die Durchführung eines Probefeldes kann der Einfluss des Untergrundes sein. Für ein Probefeld außerhalb des Rohrgrabens wird daher die Schaffung einer entsprechenden Unterlage gefordert, beispielsweise durch das zusätzliche Aufbringen von unterliegenden Tragschichten. Empfohlen wird eine Mindeststärke dieser Schichten von ca. 1 m, lagenweise aufgebracht und verdichtet.

Meist wird der Aufwand reduziert, indem das Probefeld im Rohrgraben durchgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass es im weiteren Verlauf unmittelbar als Rohrbettung eingesetzt werden kann und keinen weiteren Platz auf dem Baufeld wegnimmt. Hierbei können auch Einflüsse des Untergrundes für die darüber liegenden Schichten der Rückfüllung berücksichtigt werden. Dazu zählt der zeitliche Ablauf, da häufig nach einer gewissen Ruhezeit des Untergrundes nach dem Aufbringen der Verdichtungsarbeit höhere Tragfähigkeiten erreicht werden. So erzielt eine Tragschicht auf weichem Untergrund und ohne Ruhezeit möglicherweise einen geringeren Evd-Wert, als dies auf einem tragfähigeren Untergrund der Fall wäre. Dennoch steht dieser Evd-Wert dann für den geforderten Mindestverdichtungsgrad. Problematisch kann der Einfluss des Untergrunds für die Festlegung des Mindest-Evd-Wertes dann werden, wenn dieser Mindestwert auch für die Verdichtung der Seitenverfüllung gilt. Deren Lagen bauen nach und nach auf einem verformungsfesteren Unterbau auf, so dass ein höherer gemessener Verformungsmodul eventuell hierauf und nicht auf die ausreichende Verdichtung der aktuell eingebrachten Lage beruht. Es könnte also auf einen höheren als den tatsächlichen Verdichtungsgrad rückgeschlossen werden. Solche Umstände sind bei der Festlegung der Referenzwerte zu berücksichtigen.

Sind die Zielwerte auf Basis der Ergebnisse des Probefeldes festgelegt, so werden diese beim Einbringen der Rückfüllmaterialien mit der gewählten Methode fortlaufend überwacht und in geeigneten Kontrollblättern protokolliert. Hierzu wird ein Beprobungsplan für den Rohrgraben erstellt. Grundlage ist [23], wobei das Prüfraster für die Großrohrleitungen deutlich enger gewählt wird, als dies im Straßenbau der Fall ist. Gegebenenfalls werden für eine Trag- bzw. Polsterschicht Verdichtungsnachweise ca. alle 12 m entlang der Grabenachse vorgegeben. Erfolgt das Einbringen einer solchen Schicht in mehreren Lagen, so sollen die Messstellen für die einzelnen Lagen versetzt zueinander angeordnet werden, um eine bessere statistische Absicherung der Zielwerte zu erreichen. Das gleiche Prinzip soll auch für die Leitungszone eingehalten werden. Der maximale Abstand zweier Messstellen soll 25 m auf einer Rückfülllage nicht überschreiten und es soll zu beiden Seiten der Rohrleitung kontrolliert werden. In der Praxis werden die Messstellen im Abstand von 12 m gelegt, jedoch für jede Lage im Wechsel beprobt, so dass sich für die einzelne Lage wieder ein Abstand von ca. 25 m ergibt. In besonders belasteten Bereichen wie an Rohrbögen, an aufgehenden Rohrleitungsabschnitten u. dergl. soll ein dichteres Prüfraster angewandt werden, bei dem auf jeder Rückfülllage eine Verdichtungsüberwachung erfolgt. Falls eine Isotopensonde zum Einsatz kommen soll, ist die Zahl der Beprobungsstellen im Vergleich zu anderen Verfahren zu vervierfachen [26].

Die unmittelbar neben der Rohrsohle gelegenen Zwickelbereiche entziehen sich einer Verdichtungskontrolle. Gleichzeitig haben sie für die Tragfähigkeit eines biegeweichen Rohres große Bedeutung. Hier wird sorgfältiges Arbeiten beim Stopfen dieser Bereiche und eine Sichtkontrolle der ordnungsgemäßen Rückfüllung vorausgesetzt. Sensibel sind diese Bereiche auch bei der Verwendung von Rohren mit Versteifungsrippen, da diese die untere Bettungsschicht bei einer Längsverschiebung der Rohrschüsse während des Verlegens oberflächlich auflockern können.

4.3 Qualitätssicherung bei der Rohrleitung

Die Qualitätssicherung bei den GFK-Rohren erstreckt sich naturgemäß über die Herstellung im Werk hinaus auf die Montage unter wechselnden Baustellenbedingungen. Hierzu dient primär der Prüffolgeplan für die Rohrverlegung. Die Dokumentation des Rohrherstellers ist um die darin aufgeführten Prüfprotokolle zu ergänzen.

So hat zunächst eine Eingangskontrolle der Rohrlieferungen auf die Baustelle zu erfolgen, die im Zusammenhang mit der Abgangskontrolle im Werk eine Identifikation von Transportschäden ermöglicht. Beschädigte Rohre oder Rohrbauteile sind dabei gesondert zu lagern, bis sie repariert werden können, um ggf. Verwechslungen zu vermeiden. Für die benötigten Glasfasermaterialien und Harze müssen Herstellerzertifikate, z. B. nach [17], wofür der Anwendungsbereich auf nichtmetallische Erzeugnisse ausgedehnt wird, vorliegen. Bei der Lagerung dieser Materialien sind besondere Anforderungen zu beachten. Die Glasfaserprodukte neigen dazu, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen, die den späteren Verbund zum Harz stören kann. Sie müssen daher witterungsgeschützt gelagert werden. Die Lagerräume für die Harze und deren Zusätze sind mit entsprechender Belüftung auszustatten. Härter und Beschleuniger dürfen nicht in Kontakt miteinander treten, da es sonst zu heftigen chemischen Reaktionen kommen kann.

Rohrstöße, die laminiert werden müssen, bedürfen einer entsprechenden Vorbereitung durch Reinigen und Anschleifen, die entsprechend zu protokollieren ist. Den klimatischen Bedingungen ist z. B. durch Einhausung und Beheizung der Laminierstelle, durch Beobachtung des Taupunktes und die Anpassung der Harzrezepturen Rechnung zu tragen. Das Personal, das die Laminierarbeiten vornimmt, muss über einen entsprechenden Ausbildungsstand beispielsweise gemäß [21] verfügen.

Um die Einhaltung der vorgegebenen Lagetoleranzen sicherzustellen, ist eine entsprechende Einmessung der Rohrleitungen zu protokollieren. Die Rückfüllung muss sorgfältig erfolgen, um Lageabweichungen zu verhindern, indem z. B. zu beiden Seiten gleichzeitig verfüllt wird. Besonderes Augenmerk gilt den Übergabepunkten. Die Anschlussflansche und ihre Ebenheit ist nach der Systemdruckprobe aufzumessen. Entsprechende Unterlagen sind an den anschließenden Unterlieferanten zu übergeben.

Die Verformungen der Rohre sind im Verlauf der Rückfüllung zu beobachten, d. h. es werden senk- und waagerechte Durchmesser bestimmt. Um nach der vollständiger Rückfüllung einen möglichst kreisrunden Querschnitt zu erhalten, besteht dabei die Möglichkeit, den Rohren während der seitlichen Rückfüllung eine vertikale Ovalisierung vorzugeben.

Das Zusammenfügen der Muffenverbindungen bei den Großrohren, die in vielen Fällen über zwei Kettenzüge zu beiden Seiten der Leitung vorgenommen wird, bedarf einer gewissen Erfahrung. Viele gängige Systeme verfügen über zwei Dichtringe, die beim Einführen des Spitzendes eine Pressung erfahren müssen. Ruckartige Bewegungen können dabei nicht ausgeschlossen werden, außerdem erfordert ein ausnahmsweises Auseinanderziehen der Muffen, etwa für Korrekturen, große Anstrengungen. Naturgemäß treten Undichtigkeiten der Leitungen v. a. an den Muffen auf. Um eine fortlaufende Kontrolle über die Dichtheit der Muffenverbindungen zu haben, erfolgt eine Muffendruckprüfung . Hierzu wird der Raum zwischen zwei Dichtringen für die Dauer von ca. 5 Minuten mit Wasser unter Druck gesetzt.

Für die Abnahme der Rohrleitungen ist u. a. eine Systemdruckprobe vorgesehen. Für die erdverlegten Leitungen wird dabei [15] als eine Norm des Bauwesens herangezogen. Hierin legt der Planer die Prüfdauer von 1 bis 2 Stunden fest. In dieser Zeit werden die Leitungen gewöhnlich mit einem Systemprüfdruck, der dem höchsten Auslegungsdruck mit einem Zuschlag von 1 bar entspricht, beaufschlagt. Der Rohrwerkstoff GFK besitzt jedoch ein ausgeprägt zeitabhängiges Dehnungsverhalten mit entsprechenden Versagensmechanismen. In besonderem Maße gilt dies für die Verbindungslaminate. Eine solch kurzzeitige Belastung liefert daher keine ausreichende Aussage über die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit einer GFK-Rohrleitung. Aus diesem Grund schließt sich eine Prüfphase von 70 Stunden Dauer an, in denen ein ermäßigter Systemprüfdruck angewendet wird. In Analogie zu den Festlegungen für die zulässigen Druckverluste in der Systemprüfdruckphase nach [15] werden die in der ermäßigten Druckphase akzeptablen Druckverluste festgesetzt.

Nach der Abnahme der Rohrleitungen werden diese bis zum Anschluss der Leitungsfortsetzungen konserviert. Die für die Druckproben benötigten Blindflansche werden zunächst noch auf der Baustelle belassen, um die erdverlegten Leitungsabschnitte ggf. für eine Druckprobe der oberirdischen Abschnitte abschließen zu können. Einführungen in Becken werden meist als freie Auslässe gestaltet, die zum Zweck der Druckprobe mit anlaminierten Klöpperböden verschlossen sind. Nach der Druckprobe werden diese abgeschnitten und die Schnittstellen mit Harz versiegelt. Diese Vorgehensweise wird auch bei den Anschlüssen an Kühlturmsteigeschächte gewählt. Diese Kühlwasserführungen, die meist aus Stahlbeton hergestellt werden, müssen ebenfalls auf ihre Dichtheit geprüft werden. Aus diesem Grund kann es sinnvoll sein, die Klöpperböden erst nach dieser Dichtheitsprüfung abzuschneiden, um nicht hierfür wieder die gesamte Rohrleitung mitfüllen zu müssen.

Literatur

  1. 1.
    American Petroleum Institute (API): Centrifugal pumps for petroleum, petrochemical and natural gas industries ANSI/API Standard 610, 10. Aufl. Washington (2004)Google Scholar
  2. 2.
    American Water Works Association (AWWA): Fiberglass pipe design manual 45, 2. Aufl. Denver (2005)Google Scholar
  3. 3.
    ASTM: D2487-11: 2011–05, Standard practice for classification of soils for engineering purposes (unified soil classification system) ASTM D2487-11) (2011)Google Scholar
  4. 4.
    ASTM: D698-12: 2015–08, Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using standard effort (12,400 ft-lbf/ft (600 kN-m/m)) (2015)Google Scholar
  5. 5.
    ASTM: D1557-12: 2015–08, Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using modified effort (56,000 ft-lbf/ft (2,700 kN-m/m)) (2015)Google Scholar
  6. 6.
    ATV-DVWK-A 127: 2000–08, Statische Berechnung von Abwasserkanälen und -leitungen, 3. Aufl. (2000)Google Scholar
  7. 7.
    Berger, W., Buchner, U.: Straßenbelastungen – Verfüllen und Verdichten des Leitungsgrabens. In: bbr – Fachmagazin für Brunnen- und Leitungsbau 06/03, 20–27 (2003)Google Scholar
  8. 8.
    DIN 4094-3: 2002–01, Baugrund – Felduntersuchungen – Teil 3: Rammsondierungen (2002)Google Scholar
  9. 9.
    DIN 4124: 2012-01, Baugruben und Gräben – Böschung, Verbau, Arbeitsraumbreiten (2012)Google Scholar
  10. 10.
    DIN 18125-1: 2010–07, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung der Dichte des Bodens –Teil 1: Laborversuche (2010)Google Scholar
  11. 11.
    DIN 18125-2: 2011-03, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung der Dichte des Bodens – Teil 2: Feldversuche (2011)Google Scholar
  12. 12.
    DIN 18127: 2012–09, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Proctorversuch (2012)Google Scholar
  13. 13.
    DIN 18134: 2012–04, Baugrund – Versuche und Versuchsgeräte – Plattendruckversuch (2012)Google Scholar
  14. 14.
    DIN 18196: 2011–05, Erd- und Grundbau – Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke (2011)Google Scholar
  15. 15.
    DIN EN 805: 2000–03, Anforderungen an Wasserversorgungssysteme und deren Bauteile außerhalb von Gebäuden (2000)Google Scholar
  16. 16.
    DIN EN 1610: 1997–10, Verlegung und Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen (1997)Google Scholar
  17. 17.
    DIN EN 10204: 2005–01, Metallische Erzeugnisse – Arten von Prüfbescheinigungen (2005)Google Scholar
  18. 18.
    DIN EN ISO 14688-1: 2003–01, Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden – Teil 1: Benennung und Beschreibung (2003)Google Scholar
  19. 19.
    DIN EN ISO 22476-1: 2009–10, Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Felduntersuchungen – Teil 1: Drucksondierungen mit elektrischen Messwertaufnehmern und Messeinrichtungen für den Porenwasserdruck (2009)Google Scholar
  20. 20.
    DIN EN ISO 22476-2: 2012–03, Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Felduntersuchungen – Teil 2: Rammsondierungen (2012)Google Scholar
  21. 21.
    DVS 2220: 2011–05, Prüfung von Kunststofflaminierern und -klebern – Laminate sowie Laminat- und Klebeverbindungen aus GFK (UP-GF und EP-GF) (2011)Google Scholar
  22. 22.
    DWA-A 139: 2009–12, Einbau und Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen (2009)Google Scholar
  23. 23.
    E-StB, Z.T.V.: 09: 2009, Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (2009)Google Scholar
  24. 24.
    Floss, R.: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau ZTVE-StB 94, Fassung 1997 – Kommentar mit Kompendium Erd- und Felsbau. Kirschbaum Verlag, Bonn (1997)Google Scholar
  25. 25.
    Geotechnik, Z.: Lehrstuhl und Prüfamt für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau: Teil F – Boden als Baustoff: Vorlesungsskript. München (2008)Google Scholar
  26. 26.
    Österreichische Forschungsgesellschaft Straße Schiene Verkehr: RVS 08.15.01, Ausgabe: 2008–04 – Technische Vertragsbedingungen – Unterbauplanum und ungebundene Tragschichten, Wien (2008)Google Scholar
  27. 27.
    Pressure Equipment Directive: Directive 97/23/EC of the European Parliament and of the Council of 29 May 1997 on approximation of the laws of the Member States concerning pressure equipment, Bruxelles (1997)Google Scholar

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Authors and Affiliations

  1. 1.Fossil Power Generation DivisionSiemens AGErlangenDeutschland

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