4.4 F ELDUNTERSUCHUNGEN AN T ESTWÄNDEN
4.4.2 Sickerpegel
Sickerpegel sind Bohrlöcher in der abgebundenen Dichtwandmasse, die für Versickerungs-versuche genutzt werden können. Eine mögliche konstruktive Ausbildung der Pegel ist in Abb. 4.1 dargestellt. Aufgrund der relativ kleinen Wandbreite von Schmalwänden können Sickerpegel nur in Schlitzwänden eingebaut werden.
Abb. 4.1 Beispiel eines Sickerpegels in einem Dichtwandschlitz
Das gewählte Bohrverfahren darf die Dichtwandintegrität nicht nachteilig beeinflussen. Bei Anwendung des Kernbohrverfahrens können gleichzeitig Sonderproben für ergänzende La-boruntersuchungen gewonnen werden. Der Ansatzpunkt der Bohrung ist so zu setzen, daß die Filterstrecke der Pegel in der Dichtwandachse verläuft. Abweichungen der Bohrrichtung von der Wandachse können die Pegelmessungen verfälschen, insbesondere dann, wenn die Boh-rungen Kontakt zum Wandäußeren erhalten. Es ist deshalb erforderlich, den Verlauf der Kernbohrungen, z. B. mittels Inklinometer, zu ermitteln und mit dem Verlauf der vorab be-reits vermessenen Schlitzwandlamellen zu vergleichen. Festgestellte Exzentrizitäten im Be-reich der Filterstrecke sind bei der späteren Auswertung einzubeziehen. Um
Querschnitt-schwächungen der eigentlichen Dichtwand zu vermeiden, sollten die Sickerpegel - sofern möglich - nicht in die Hauptwand, sondern in den Quer- oder Parallellamellen von Testkästen angeordnet werden werden.
Zur Durchführung von Sickertests, die nach unterschiedlichen Abbindezeiten der Dichtwand durchgeführt werden können, ist zunächst der Ausgangswasserstand im Pegel, z. B. mit einem Lichtlot, zu messen. Anschließend wird der Pegel mit Wasser aufgefüllt und der anschließen-de zeitliche Spiegelsunk gemessen.
Für diesen instationären Zustand gilt mit den Bezeichnungen der Abb. 4.2 für den Durchläs-sigkeitskoeffizient k näherungsweise folgende Beziehung (BRAUNS &CHARLES DE OLIVEIRA
1987):
mit: delta h1 = h1A - h1E Differenz der Wasserüberstände am Anfang beziehungsweise Ende des Zeitintervalls delta t
Mittelwert des Wasserüberstandes im Zeitintervall delta t.
Nach BRAUNS & CHARLES DE OLIVEIRA (1987) können durch die Bohrlochsohle austretende Sickerwassermengen vernachlässigt werden. Exzentrizitäten des Bohrloches haben bis zu ei-nem Verhältnis e/(d/2) <= 0,5 (Abb. 4.2) ebenfalls nur geringen Einfluß auf das Ergebnis. Die Vernachlässigung dieser Einflüsse führt zu rechnerischen Durchlässigkeitskoeffizienten, die gegenüber den tatsächlich zu erwartenden Werten leicht erhöht sind.
4.4.3 Versuchskasten
4.4.3.1 Allgemeines
Zur Untersuchung der abdichtungstechnischen Eigenschaften von Probewänden begrenzter Länge werden allgemein sogenannte Versuchskästen ausgeführt, mit denen die integrale Durchlässigkeit des gesamten Wandsystems einschließlich der Einflüsse aus den Überschnit-ten zwischen den einzelnen DichtwandelemenÜberschnit-ten sowie der bei der Ausführung entstandenen Beanspruchungen geprüft werden können.
Ein Versuchskasten besteht aus vier einzelnen Wandabschnitten, die im Grundriß entweder quadratisch oder rechteckig angeordnet werden.
Die Lage und die Abmessungen von Versuchskästen sollten so gewählt werden, daß eine Längswand des Versuchskastens Bestandteil der Hauptwand ist. Bei der Herstellung von Ver-suchskästen ist damit zu rechnen, daß die örtliche Konzentration von Überschnitten zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchung in den betroffenen Dichtwandelementen (Abschnitt 2.3.2), unter Umständen auch in dem eingeschlossenen Bodenkörper, führen kann.
Je nach Untersuchungsziel werden die Versuchskästen als sogenannte Testkästen für Durch-lässigkeitsbestimmungen genutzt oder für eine zusätzliche visuelle Prüfung ausgehoben und zu sogenannten Testschächten ausgebaut.
4.4.3.2 Testkasten
Zur Ermittlung der Systemdurchlässigkeit eines Testkastens wird in dem umschlossenen Bo-denkörper ein Bohrbrunnen abgeteuft. Je nach den Grundwasserverhältnissen wird der Brun-nen bis maximal an die Oberkante der Basisabdichtung geführt und verfiltert. Den Abschluß nach unten bildet ein Sumpfrohr (Abb. 4.3). Zur Messung des Wasserstandes sind zusätzliche Meßpegel außerhalb, unter Umständen auch innerhalb des Testkastens erforderlich.
Damit kein Oberflächenwasser zutritt, wird der Testkasten, z. B. mit einer Ortbetonplatte oder einer Folie, abgedeckt. Je nach hydrogeologischen Randbedingungen kann eine zusätzliche Ringdränage erforderlich sein, um Stauwasserzutritte zu vermeiden.
Zur Ermittlung der Systemdurchlässigkeit der Testkastenwände wird zunächst der Wasser-spiegel abgesenkt. Anschließend wird der zeitliche Wiederanstieg des WasserWasser-spiegels im Bohrbrunnen oder in einem Pegel gemessen.
Abb. 4.3 Schematische Darstellung eines Testkastens mit Absenkbrunnen
Die rechnerische Durchlässigkeit der gesamten benetzten Wandflächen wird unter Berück-sichtigung folgender Annahmen ermittelt:
• der Wasserzufluß erfolgt nur durch die Dichtwände und die Sohle,
• ein Zutritt von Oberflächenwasser findet nicht statt, und
• über die jeweilige Meßzeit wird ein gemittelter Gradient angesetzt.
Aus einer Bilanz der Volumenströme durch die einzelnen Teilfächen der Testkästen ein-schließlich der Sohle ergibt sich mit den Bezeichnungen in Abb. 4.4 die rechnerische System-durchlässigkeit zu
L = 2(a+b+2d) mittlerer Kastenumfang
s Wasseranstieg im Versuchskasten während der Zeit t n Porenanteil des Bodens im Versuchskasten
kB Durchlässigkeitsbeiwert der Basisabdichtung.
Abb. 4.4 Geometrische Parameter und hydraulisches Modell der Absenkversuche in den Test-kästen oder Dichtwandkammern
4.4.3.3 Testschacht
Testschächte sind bis zu einer bestimmten Tiefe ausgehobene Testkästen. Für den Ausbau der Testschächte ist ein möglichst verformungsarmer Verbau zu wählen. Dabei ist die maxi-male Aushubtiefe einerseits durch die Verformungsbegrenzung, andererseits durch die Ge-währleistung der Standsicherheit des Systems begrenzt.
Ein verformungsarmer Verbau ist z. B. durch den Aushub im Schutz eines erhöhten Innen-wasserspiegels bis zur Solltiefe, den Einbau einer Unterwasserbetonsohle sowie die Montage einer teilweise vorgefertigten Stützkonstruktion möglich (Abb. 4.5), deren kraftschlüssige Verbindung mit der Wand noch unter dem erhöhten Innenwasserspiegel erfolgt. Durch Instal-lation einer Treppenanlage kann der Testschacht bis zur Sohle begehbar gemacht werden. Aus Gründen des Arbeitsschutzes können die Installation von Be- und Entlüftungsanlagen sowie der Einsatz von Gaswarngeräten erforderlich sein.
Zur Durchlässigkeitsprüfung wird der Wasserspiegel im Testschacht zunächst abgesenkt und anschließend der Wiederanstieg des Wasserspiegels s über die Zeit t gemessen. Unter den Annahmen, daß
• kein Wasserzufluß durch die Ortbetonsohle (Q3 = 0, Abb. 4.4) erfolgt,
• kein Zutritt von Oberflächenwasser erfolgt und
• ein über die jeweilige Meßzeit gemittelter Gradient angesetzt wird,
berechnet sich die Systemdurchlässigkeit k der Testschachtwände bei vergleichsweise kleinem Wasserspiegelanstieg vereinfacht mit den Bezeichungen der Abb. 4.4 zu
mit: L = 2(a+b+2d) mittlerer Versuchskastenumfang.
Die getroffenen Annahmen, vor allem die Vernachlässigung des ohnehin schwer quantifizier-baren Wasserzutritts durch die Sohle, führen zu rechnerischen Durchlässigkeiten, die gegen-über den tatsächlich zu erwartenden Werten leicht erhöht sind.
Ein geschichteter Baugrund außerhalb des Testschachtes kann rechnerisch mit Hilfe des Durchflußzahlen-Fragmentenverfahrens (HARR 1962) berücksichtigt werden. Wandflächen oberhalb des Grundwasserspiegels lassen sich durch Anhebung des Wasserspiegels im Test-schacht über den äußeren Grundwasserspiegel untersuchen.
Nach Absenkung des Innenwasserspiegels im Testschacht kann eine Integritätsprüfung in Form einer visuellen Begutachtung der Dichtwandoberflächen beziehungsweise oberflächen-naher Bereiche erfolgen. Hierbei ist besonders auf folgende Punkte zu achten:
• globale Vertikalität und lokale Ausbauchungen der Wände,
• Ausbildung der Überschnitte zwischen den einzelnen Stichen oder Lamellen,
• Inhomogenitäten wie Einschlüsse von Bodenpartikeln,
• farbliche Veränderungen der Wandoberfläche,
• Fissuren und deren Tiefe,
• Gasgeruch sowie
• lokale Wasserzutritte.
Die Ergebnisse dieser Beobachtungen sind zu protokollieren und in Form einer Abwicklung der Wandoberflächen zu dokumentieren. Des weiteren besteht die Möglichkeit, außerhalb der Hauptwand durch horizontale Kernbohrungen Sonderproben zu gewinnen. Diese können spe-ziell auf Feststoffverlagerungen und deren mögliche Auswirkungen auf die Dichtmassenei-genschaften untersucht werden (Abschnitt 2.3.4).
4.4.4 Kammersystem
Die bisher ausgeführten Sicherungsmaßnahmen nach dem Kammersystem (Abschnitt 2.4.5) können näherungsweise als Linienbauwerke angesehen werden. Die Kammerlängen reichen bis ca. 50 m, und die Kammerbreiten liegen zwischen 4 m und 8 m. Zur Vermeidung von Oberflächenwasserzutritten werden die Kammern mit einer Ortbetonplatte oder einer Folie abgedeckt.
Zur Ermittlung der Durchlässigkeit einer einzelnen Kammer (Abschnitt 2.4.5) wird der Kam-merwasserspiegel abgesenkt und sein zeitlicher Wiederanstieg gemessen. Grundlage zur Be-rechnung der Systemdurchlässigkeit der geprüften Kammer ist das in Abb. 4.4 dargestellte hydraulische Modell. Danach setzt sich der Zufluß durch die Dichtwände oberhalb der Ba-sisabdichtung aus den Anteilen Q1 und Q2 zusammen. Damit ergibt sich mit den Bezeichnun-gen der Abb. 4.4 für den gesamten Durchfluß Qw durch die Dichtwände
mit:
k Durchlässigkeitskoeffizient der Kammerwände l Abwicklungslänge einer Kammer.
Der Zufluß Q3 zur Kammer durch einseitige Unterströmung der Wände im Einbindebereich errechnet sich zu
mit:
kB Durchlässigkeitskoeffizient der Basisabdichtung f Formfaktor (HARR 1962).
Der Formfaktor f kann für eine Kammer der Breite b aus den Nomogrammen der Abb. 4.6 ermittelt werden.
Abb. 4.6 Nomogramme zur Ermittlung des Formfaktors f (HARR 1962)
Die während der Meßdauer t in die Kammer mit der eingeschlossenen Grundfläche A ein-strömende Wassermenge QZ ergibt sich aus dem gemessenen Wiederanstieg s unter entspre-chender Berücksichtigung des Porenanteils n im Anstiegsbereich:
Durch Gleichsetzen der in die Kammer einströmenden Wassermenge QZ mit den Durchflüs-sen Qw und Q3 kann die Wanddurchlässigkeit k bei bekanntem Durchlässigkeitsbeiwert kB der Basisabdichtung nach folgender Beziehung berechnet werden:
Verändert sich die Dichtwandtiefe oder der Außenwasserspiegel im Bereich der betrachteten Kammer, so ist eventuell eine verfeinerte Berechnung sinnvoll. Dazu kann die abgewickelte Dichtwand in einzelne Bereiche mit einer Länge von z. B. 2 m aufgeteilt werden. Die im all-gemeinen trapezförmigen Wandflächen eines Teilbereichs werden anschließend in flä-chengleiche Rechtecke umgewandelt und hinsichtlich ihrer hydraulischen Beanspruchung vorerst jeweils einzeln betrachtet. Aus den zuvor dargestellten Grundgleichungen ergibt sich die Systemdurchlässigkeit einer Dichtwandkammer mit p Einzelabschnitten zu:
4.4.5 Kontrollpegel
Sowohl für die hydraulischen Tests als auch zur Leckageortung sind Kontrollpegel erforder-lich, mit denen die Wasserstände innerhalb und außerhalb der Dichtwand gemessen werden können. Die Kontrollpegel werden allgemein jeweils als gegenüberliegendes Paar angeordnet.
Wesentlich hierbei ist, daß die Bohrungen möglichst nah an der Dichtwand niedergebracht, jedoch auf jeden Fall außerhalb der Penetrationszone (Abschnitt 2.3.4.3) angeordnet werden.
Der Abstand der Pegel parallel zur Dichtwandtrasse ist projektspezifisch festzulegen. Beim Hinweis auf eine Leckage kann der Abstand zur genaueren Ortung je nach Erfordernis ver-kürzt werden. Die konstruktive Ausbildung der Kontrollpegel entspricht sinngemäß einem Sickerpegel (Abb. 4.1). Für Langzeituntersuchungen ist die Möglichkeit zur Spülung vorzuse-hen.
Stehen im Bereich der Dichtwand mehrere Grundwasserhorizonte an, so sind die Kontrollpe-gel bis auf unterschiedliche Tiefen abzuteufen. Damit lassen sich die Grundwasserdruckhöhen der verschiedenen Aquifere beziehungsweise Änderungen der Grundwasserhöhen getrennt erfassen. Auch die bis in verschiedene Tiefen niedergebrachten Kontrollpegel sollten paarwei-se innerhalb und außerhalb der Einkappaarwei-selung angebracht werden.