1. Dezember 2009

8. DWA – Sanierungstage in Dortmund

Auskleidung einesMischwasserkanals DN 2050mittels Einzelrohrsegmenten

in StuttgartDipl.-Ing. (FH) Wilfried Gaugele, Stadtentwässerung Stuttgart

1. Dezember 2009

Inhalt:

1. Einleitung2. Grundlagen3. Planung4. Auftragsvergabe /Bauausführung5. Fazit

1. Dezember 2009

1. EinleitungGrundlage der heutigen Abwassernetze

� vor weit über 100 Jahre ersten Planungen

1. Dezember 2009

1. EinleitungGrundlage der heutigen Abwassernetze

� vor weit über 100 Jahre ersten Planungen

1. Dezember 2009

1. EinleitungGrundlage der heutigen Abwassernetze

� vor weit über 100 Jahre ersten Planungen

1. Dezember 2009

� Belastung auf die Bauwerke hat sich starkgewandelt- Individualverkehr

früherQuelle: Internet

heuteQuelle: SES

1. Dezember 2009

- ÖPNV

früherQuelle: Internet

heuteQuelle: SES

1. Dezember 2009

� Innenstädte heute- Fußgängerbereich

- enge Bebauung mit starkem Verkehrs-und Parkdruck

- hohe Frequentierung

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� dichte Unterbauung- Versorgungsleitungen- Fußgängerunterführungen- Abwasserleitungen

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2. GrundlagenHistorische Erkundung� Auffüllbereich / Altlastenverdachtsflächen

� aufgelassene Bebauungen� frühere Bachläufe

� Kampfmittelgefährdungen

229

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Auszug aus GIS-System

Historische Karte

Überlagerung historischer mitheutiger Stadtkarte

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� Ankerlagen

� aufgegebene Kanaltrassen• siehe historische Kanalpläne

� künstliche Hohlräume

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Baugrunderkundung

� Grundwasserverhältnisse

� qualifiziertes Bodengutachtenmit Bodenkennwerten

� ausreichende Bohrpunkte festlegen� ausreichende Bohrtiefe

Bohransatzpunkte

Bohrprotokoll

Bodenkennwerte

Wasserstandsganglinie

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Bauwerksdaten

� Bestandsvermessung� Zustandserfassung

� Bauwerkssubstanz

Laserscanning

Bohrkernentnahme

Zustandsprotokoll

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Grundprinzip:

� Die Baustelle beeinträchtigt den Verkehr

� Der Verkehr darf so wenig wie nurmöglich beeinträchtigt werden!!

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3. PlanungNetzstruktur in der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts durchden englischen Ingenieur John Gordon entworfen

� schnellstmögliche Ableitung aus dem Stadtgebiet

� Minimierung der Seuchengefahr

� am Bach wurde Abwasserweiche angeordnet

� Schmutz- und Regenwasser gemeinsam� Mischsystem

� Regenüberlauf

� Parallel zum Bach Schmutzwasserkanal

1. Dezember 2009

1890 Bau eines Kanals ∅∅∅∅ 2050 durch den Schloßgarten� Material: Stampfbeton unbekannter Güte

� Rohrbettung unbekannt� ortbetonmäßig hergestellte Trockenwetterrinne

� Dükerung des Schmutzwassers unter dem Bach� historische Pläne vorhanden, gezeichnet auf Leinen

Lageplan mit DükerLängsschnitt mit

MauerwerksschachtQuerschnitt mitBachbett, noch

ohne Einhausung

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Situation heute:

Bundesstraße 14(hochfrequentiert)

denkmalgeschütztenSchlossgarten

Mischwassersammler„Nesenbach“

Sammler „Schlossgarten“

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Schadensbild:� Längsrisse an Sohle und Kämpfer auf ⅔ der Länge

Quelle: SES

Quelle: Ing.-Büro Vogel

� Querrisse im Sohlbereich� starke Versackung in Rohrmitte

Quelle: SESQuelle: Ing.-Büro Vogel

1. Dezember 2009

Bestandsvermessung:� schwer zugänglich

Quelle: Ing.-Büro Vogel

� Schadensbild erfordert genaue Bestandswiedergabe

Quelle: Ing.-Büro Vogel

Quelle: Vermessungsbüro Hils

1. Dezember 2009

� Ergebnis der Laservermessung

LängsschnittQuerschnitte

1. Dezember 2009

1. Dezember 2009

Geologie:� Rohrumfeld erkunden

� so dicht wie möglich am Rohr� genaue Wanddicke ist nicht bekannt

� Zwischenraum Sammler / ∅∅∅∅ 2050 nicht bekannt� Lagerzone ist nicht bekannt� Grundwasserstand ermitteln

� Pegel ausbauen

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� Plan mit Anzahl und möglicher Lage derBohrungen

� Auswertung von Bodenproben im Grundbaulabor (Oedometerproben)

� Mindestens 1 Pegelausbau zur Grundwasserbeobachtung� Bohrung 1 konnte nicht gewertet werden,

da in der vorgegebenen Tiefen lockergelagerter Bauschutt bzw. sandigeAblagerungen verbreitet waren

� Probenentnahme in ehemaligerArbeitsraumverfüllung nicht möglich

� Grundwasserstand ca. 1 m unter Kanalsohle

1. Dezember 2009

Leistungsfähigkeit:� Deformationen erfordern eine selbstragende Innenauskleidung

� Querschnittsreduzierung� Kenntnis über hydraulische Erfordernisse nötig

� Gebietshydraulik in Stuttgart noch nicht vollständig vorhanden� Innenstadt fehlt komplett� viele Verzweigungen� Abschätzung der Einzugsgrenzen

� Abschätzung der Zuflussmenge� Gebietslänge ca. 4,5 km� Gesamtgröße ca. 196 ha� QT ≈ 45 l/s� Q0 ≈ 10,8 m³/s (TN = 1 a und 30 min Dauer)

� Auswirkungen� DN 2050 ist Leistungsfähig� Querschnittsreduzierung DN 1800

� Anhebung der Wasserspiegellageum ca. 30 – 40 cm

� ist wegen Tiefenlage unproblematisch

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Statik:� Vorhandenes Rohr

� Ermittlung der Materialkennwerte (Druckfestigkeit)� Entnahme von Bohrkernen an 4 Querschnitten im nicht verformten Bereich� 8 prüfbare Bohrkernen wurden an MPA Stuttgart zur Prüfung übergeben

� inhomogene Zusammensetzung mit hohem Porenanteil� wenig Feinanteile, dafür viele grobe Zuschlagstoffe� 2 Bohrkerne zerfielen und konnten nicht geprüft werden� Bohrkerne mussten für die Prüfung „zurechtgeschnitten“ werden

� Druckfestigkeit ergab Werte zwischen 3,6 N/mm² und 21,1 N/mm²

Prüfkörper B1 vor und nach der Aufbereitung

1. Dezember 2009

� Vorhandener Zustand� ermittelte Werte aus Laservermessung, Materialprüfung und Bodenkennwerten

an Statiker� Grundlage war der extremste Verformungsbereich

� vorhandene Stützmauer zur Abgrenzung Straße / Park keine Bestandsunterlagen� Annahme, dass bis auf Rohraußenkante herabreicht

� statische Nachrechnung nach Finite-Elemente-Methode� Lastverdoppelung nach ATV-A 127-1� Altrohrzustand II nach ATV-M 127-2� Verformungs- und Stabilitätsnachweis erfüllt

� Spannungsnachweis konnte gerade noch als erfüllt angesehen werden� Druckspannungen ca. 7,2 N/mm²� mittlere Druckfestigkeit ca. 11,4 N/mm²

� Ergebnis: Altrohrzustand III nach ATV-M 127-2� Voraussetzung, dass Verformung (Setzung) abgeklungen ist

1. Dezember 2009

� Auszug aus dem Gutachten der LGA Nürnberg

1. Dezember 2009

Sanierungsplanung:

� Nachteil → Ausbau des Bankett war notwendig

� Einzelrohrlining� gewähltes Rohrmaterial: GfK� zur Gewährleistung der Hydraulik: DN 1800 Kreisprofil� Ausgleichung des Unterbogens, Gefälle mind. ± 0 %

�Schacht 34 (Verteilerbauwerk) musste erneuert werden� aus Ziegel gemauert, wies ebenfalls starke Schäden auf� Ziel war eine große Öffnung für der Rohreinbau

(im Normalbetrieb erdüberdeckt)� Zustiegsöffnung vom Parkplatz aus

� steifer Baugrubenverbau� Hauptsammler angrenzend in S-Kurve, hoher Anpralldruck auf Mauerwerk� im Sammler werden bis zu 100 m³/s abgeleitet

Quelle: Ing.-Büro Vogel

1. Dezember 2009

Rohrverlegeplan

Längsschnitt

1. Dezember 2009

Baugrubenverbau

1. Dezember 2009

4. Auftragsvergabe / Bauausführung

Die Ausschreibung der Baumaßnahme erfolgte auf folgendenGrundlagen:� Ausführungsplanung Ing.-Büro

1. Lageplan mit Schachtbauwerk M 1:1002. Längsschnitt M 1:503. Grundriss Schachtbauwerk M 1:50 (zusätzlich mit Koordinaten)4. Schachtquerschnitte5. Baugrubensicherung mit Schnitten und Details6. Verlegeplan Liningrohr7. Detailplan für Handlauf aus Edelstahl (Werkstoff-Nr. 1.5471)

� Leistungsbuch der LH Stuttgart für den Tiefbau, Garten- undLandschaftsbau

4.1 Ausschreibung

1. Dezember 2009

� „Anforderungsprofil für die Renovierung von Abwasserleitungen mitwerkseitig hergestellten GfK-Rohren“ der AG süddeutsche Kommunen

� VOB 2006

� Komplexität der Maßnahme� begrenzter Bieterkreis� Angebotsaufforderung digital an 5 Firmen� Aufteilung in Lose ausgeschlossen� Nebenangebote waren nur zugelassen, wenn vorgegebene

Anforderungen erfüllt waren� vorgegebener Ausführungszeitraum: 24.08. – 30.11.2009

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� fristgerecht 2 Angebote4.2 Vergabe

� Prüfung und Wertung der Angebote auf Grundlage der Angebotspreise� Kostensteigerung beim günstigsten Angebot um ca. 20 %� Angebotsdifferenz unter den Bietern ca. 37 %� Nebenangebot 1 (pauschale Abrechnung) wurde angenommen� Nebenangebot 2 (Schacht in Fertigteilausführung) wurde abgelehnt

� Finanzierung über den WP des Eigenbetrieb Stadtentwässerung� unmittelbare Vergabe nach Baubeschluss des Betriebsausschuss

Stadtentwässerung

1. Dezember 2009

� Baubeginn durch den AN war am 16.08.20094.3 Bauausführung

� Abgrenzung Park / Straße durch Waldbäume� Sämlinge, keine Pflanzungen� als nicht wertvoll eingestuft� Rodung durch Parkbesitzer (Land B-W)

� Vorbereitende Arbeiten� Dammschüttung für Bohrgerät

Quelle: Ing.-Büro Vogel

Quelle: Ing.-Büro VogelQuelle: SES Quelle: SES

� von Firma geschätzte Bauzeit incl. Restarbeiten� bis zur 51 KW

1. Dezember 2009

� Bohrungen bis 6 m unter Baugrubensohle� Bohrlochsohle mit 50 cm Schotterbett

(ungünstige Geologie)� Ein Stahlträger versank um 80 cm� Trägerfuss in Beton eingebunden

� mit Aushub� Horizontale und schräge Steifen� Spritzbetonsicherung in schmalen Lagen

Quelle: SES

Quelle: SESQuelle: SESQuelle: SES

1. Dezember 2009

� Wasserhaltung

Quelle: SES

� Somit keine regenbedingteBauzeitunterbrechung

� in vorgelagertem Schacht� Pumpenleistung ca. 400 l/s (ausreichend für

kleinere Regenereignisse)� Zusätzliche Wasserüberleitung in Baugrube

Quelle: SES

Quelle: SESQuelle: SES

1. Dezember 2009

� Schachtarbeiten

Quelle: SES

� Baugrubensohle gesamte Breite betoniert� Flutung bei Niederschlag ohne Gefahr� Aussteifung der Baugrube� frühzeitige Entnahme der unteren Steifenlage

� Herstellung des Schachtes� Schalung und Bewehrung� Betoniervorgang ohne westliche Stirnwand

Quelle: SESQuelle: SESQuelle: SES

� Deckeneinbau (vorgefertigte Platten)� westliche Stirnwand, nachdem GfK-

Mauerkragen eingetroffen (verhindertLastabtragung auf Altrohr)

1. Dezember 2009

� Vorbereitende Arbeiten im Rohrstrang� Bankettausbau mittels Wasserstrahlschneiden

� während Bankettausbau lautes Knacken imRohr, hörbar bis auf Straßenniveau� Arbeiter verlassen fluchtartig den Kanal� Einbau provisorischer Abstützungen� Einstellung jeglicher Bautätigkeit

� Diskussion von Lösungsansätzen mit Zeitfestsetzung� Statiker ermittelt die erforderliche Aussteifung für

sicheres Begehen� Setzen von Injektionsdüsen und Verpressen mit PU-Harz

� geborstenen Betonwand� Rissbereiche� Ringraum Beton / Erdreich

� Bohrkernentnahme und erneuter statischer Nachweis Quelle: Ing.-Büro Vogel

Quelle: Ing.-Büro Vogel

1. Dezember 2009

� Sicherungsmaßnahmen� Statik für Abstützung erstellen� Steifen einbauen

� Abstand ca. 90 cm� Probeverpressungen durchführen

� erste Kernbohrungen entnehmen� vorläufige Statik rechnen

Quelle: Ing.-Büro Vogel

Quelle: Ing.-Büro VogelQuelle: Ing.-Büro Vogel

1. Dezember 2009

� Injektionsarbeiten fortfahren� anschließend weitere Kernbohrungen bis

60 cm tiefe, um Erdmaterial zu erhalten� Keine Hohlräume zwischen Rohr und Erdreich� Lufteinschlüsse in Rohrwand nicht komplett

verfüllt� Bis auf ein Bohrloch kompakte, durchgehende

Bohrkerne� Geschätzter Zeitverlust ca. 3 Wochen

Quellen: Ing.-Büro Vogel

Quellen: SESQuellen: Ing.-Büro VogelQuellen: Ing.-Büro Vogel

1. Dezember 2009

� Neue Statik erstellen� Erneuter Standsicherheitsnachweis, zusätzlicher Zeitverlust durch

geotechnische Versuche� Baugrund

� Querdehnzahl ν = 0,35� Rohr

� Druckfestigkeit (1. Bohrprobe) δD, grenz = 24,0 – 32,4 N/mm²� Druckfestigkeit (2. Bohrprobe) min. δD, grenz = 16,98 N/mm²� Druckkraft D = 160 KN/m� max. δD = 6,4 N/mm²� erf. γ = 2,0

� Standsicherheit gewährleistet� derzeit Deformation ≈ 6 % der Nennweite� Zusammenbruch bei ca. 20 % Deformation� Messung des Setzungsverhaltens beim Bankettausbau

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� Weiterbau am 23.11.2009� Ausbau der Stützen (1 Tag)� Entfernung des restlichen Banketts (ca. 1½ Tage)� Beginn Rohreinbau ab 25.11.2009� Rohreinbau → Fertigstellung noch 2009

� Sicherheit� Arbeiten am ca. 10 km langen Hauptsammler bedingen einspezielles

Sicherheitskonzept mit Überwachung der Außenbereiche

Quellen: SESQuellen: SESQuellen: SES

� Beachtung der Sicherheitsmaßnahmen beim Maschineneinsatz

� Es gilt: „Dienstanweisung für Arbeiten in umschlossenen Räumenvon abwassertechnischen Anlagen“ der LH Stuttgart

� Erhöhte Maßnahmen bei der Wasserhaltung

Quellen: SES

1. Dezember 2009

4.4 Qualität / Termine / Kosten� Abnahme:

� in Stuttgart erfolgt Abnahme > DN 1400 mittels Begehung� die Dichtheit wird vor dem Verdämmen partiell an ausgewählten Muffen

geprüft� Entnahme eines Probekörpers aus Rohrverschnitt mit Prüfung

� Biege-E-Modul� Biegezugspannung� Wandstärke� Kriechneigung� Dichtheit

� Termine:� Ausgangslage: 14 Wochen� Neu: 20 Wochen, davon 4 Wochen durch Rohrbruch

� Kosten:� Vergabesumme: 561.000 €� Gesamtkosten bei Auftragsvergabe: 835.000 €� Reine Baukosten neu: ca. 700.00 €� Gesamtkosten neu: ca. 1.000.000 €

1. Dezember 2009

5. Fazit� Grabenlose Bauweisen sind heute Standart

� Baustelle wird auf kleinen Bereich begrenzt� Verkehr kann nahezu ungehindert fließen� sehr wenig Leitungsumlegungen nötig� Baumfällungen können auf ein Minimum beschränkt werden

� Beispiel zeigt, dass� vertieftes Wissen unabdingbar ist

� Rohrbettung durch zusätzliche Kernbohrungen� Leitungszone Rohr / Erdreich durch tiefer gehende

Kernbohrungen� Erdkenndaten noch mehr vertiefen durch umfangreiche

geotechnische Laborversuche

1. Dezember 2009

8. DWA - Sanierungstage in Dortmund

Ich danke für IhreAufmerksamkeit