1000 Kubikmeter in drei Stufen: In Berg entsteht der weltweit erste "Kaskaden-Stauraumkanal"

04.07.2008

Stauraumkanäle werden immer öfter eingesetzt, um hydraulische Engpässe in Abwasser-Kanalisationsnetzen zu entschärfen. Dabei erfreut sich der Werkstoff GFK dank seiner konstruktiven Möglichkeiten wachsender Beliebtheit. Eine technisch hoch innovative Variante des Konzepts wird bis August 2008 in Berg / Landkreis Hof realisiert. Hier baut man aus GFK-Rohren und -Spools des Flowtite-Systems der Amitech Germany GmbH den weltweit ersten Kaskaden-Stauraumkanal.

In der 2700-Einwohner-Gemeinde Berg steht im Zuge der Neuorganisation der in die Jahre gekommenen Abwasser-Infrastruktur auch der Neubau einer Kläranlage im Ortsteil Eisenbühl an, das künftig die Abwässer von drei Ortsteilen aufnehmen soll. Da die vorhandenen Mischwasserleitungen jedoch nach der Zusammenlegung für Spitzenlast-Zeiten erkennbar zu knapp bemessen sind, komplett neue Leitungen jedoch nicht verlegt werden sollten, musste der Kläranlage nach den Planungen des für beide Projekte zuständigen Ingenieurbüros USS Consult, Naila, ausreichender Stauraum im Netz vorgeschaltet werden. Hinzu kommt, dass die Kläranlage nach dem SBR-Verfahren arbeitet. Bei der Sequencing Batch Reactor-Technologie wird der Abwasseranfall nicht kontinuierlich abgearbeitet, sondern in einem  mehrstündigen Prozess chargenweise gereinigt. Der erfolgreiche SBR-Chargenbetrieb setzt eine exakte Steuerung des Anlagen-Inputs nach Qualität und Menge voraus. Insofern spielt die Möglichkeit eines stromauf liegenden zusätzlichen Speichervolumens im Netz auch eine Rolle für die Sicherheit des Kläranlagen-Betriebs.
Planungsvorgabe: GFK statt Beton!
Nach den Planungen von USS Consult wurde ein Stauvolumen von rund insgesamt rund 1120 Kubikmetern einschließlich der Möglichkeit eines Notabschlages mechanisch vorbehandelten Mischwassers den hydraulischen Anforderungen des Projektes gerecht. Dieses Stauvolumen wurde aufgeteilt in einen kleineren, konventionellen Staukanal DN 1600 mit 120  Kubikmeter Fassungsvermögen und in einen großen von 1000 Kubikmetern. Bei der Frage, wie der Stauraum technisch zu schaffen sei, bekamen die Planer durch die Gemeinde Berg als Auftraggeber eine klare Arbeitsvorgabe: Es sollte auf jeden Fall mit GFK-Rohren großer Nennweite gearbeitet werden, da man in den Vorjahren mit diesem Werkstoff hervorragende Erfahrungen bei Bau und Betrieb einer Bach-Verrohrung im Ortsteil Tiefengrün gemacht hatte.  Des weiteren geht man von einer größeren Lebensdauer des korrosions- und abriebfesten GFK gegenüber Beton aus. Schließlich sprachen das Ausmaß und die Örtlichkeit des Stauraum-Projekts, ein sumpfiges Wiesengelände, gegen Beton. Während GFK-Rohre als Stauvolumen inzwischen nichts Ungewöhnliches mehr sind, werden zumindest die zugehörigen Sonderbauwerke zumeist noch immer herkömmlich in Ortbetonbauweise errichtet. In Berg aber setzten Auftraggeber und Planer auch in dieser Hinsicht voll auf GFK und die Möglichkeiten, die dieser vielfältig gestalt- und verarbeitbare Werkstoff kreativen Ingenieuren bietet.
In enger Zusammenarbeit mit den Konstruktionsexperten des Rohrherstellers Amitech Germany, Mochau, entwickelte das Ingenieurbüro USS aus dessen Wickelrohrsystem FLOWTITE eine Kombination von Staurohren und Sonderbauwerken, die man ohne Übertreibung als Weltneuheit bezeichnen darf: Einen 1000 Kubikmeter fassenden, rund 150 Meter langen Kaskaden-Staukanal, der sich über drei Geländestufen erstreckt. Durch den Verzicht auf ein Beton-Speicherbauwerk konnte unter anderem ein Grundstückserwerb vermieden werden.
Die Wiesen über dem Staukanal können nach Abschluss der Bauarbeiten übrigens problemlos wieder genutzt werden. Einzig ein für landwirtschaftliche Geräte überquerbarer Service-Weg unmittelbar über dem Rohr wird den Verlauf des Bauwerks erkennen lassen.
System-Grundlage: FLOWTITE-Wickelrohre DN 2900
Das Konzept basiert hydraulisch-rechnerisch auf einem Regenwasserfall von 600 l/s bei 10 l/s Trockenwetterablauf. Technische Basis der Konstruktion sind GFK-Wickelrohre der Nennweite DN 2900, wie sie im Werk Mochau in Sachsen hergestellt werden. Mit solchen Nennweiten hat man zwar nicht die prinzipiellen Grenzen der Wickelrohr-Herstellung erreicht, wohl aber die Grenzen der Logistik via Straßenverkehr. Auch von diesen Riesen-Rohren benötigte man noch eine Strecke von fast 150 Metern. Bei einem Geländegefälle von 4 Prozent ergaben sich daraus eine Höhendifferenz von rund 6 Metern und zwei Probleme: Erstens hätte man das Rohr nicht auf voller Länge scheitelhoch einstauen können und zweitens hätte man im oberen Baubereich bis zu 12 Meter tief schachten und verbauen müssen – ein technisch, wirtschaftlich und ökologisch kaum vorstellbarer Eingriff. Daraus erwuchs die spektakuläre Idee eines Staukanals aus drei Abschnitten unterschiedlicher Höhenlage, die über Kaskadenbauwerke miteinander verbunden sind. Diese Bauwerke werden gleichfalls aus Elementen des FLOWTITE-Wickelrohr-Systems hergestellt.
Insgesamt besteht der Kaskaden-Staukanal aus folgenden GFK-basierten Komponenten:
  • einem Zulaufbauwerk (mit GFK-Zulaufleitung DN 600)
  • drei Staukanalabschnitten DN 2900 (mit je 2% Gefälle verlegt)
  • zwei Kaskadenbauwerken DN 2900 zur Verbindung der Staukanalabschnitte 
  • einem Drosselschacht am unteren Ende des Systems mit einer Drosselmenge von 25 l/s und einem Ablauf DN 200
  • einem Quelltopf-Überlauf DN 2900 im untersten Staukanalabschnitt mit Ablauf DN 600 GFK.
Die Funktionsweise
Der Einsatz des Staukanals beginnt bei einem Starkregen-Ereignis damit, dass die Drossel am Tiefpunkt des Systems schließt. Daraufhin staut sich der unterste, Meter lange Stauraum bis kurz unter die Schwelle des Überlauf- Quelltopfes ein. Bevor es jedoch zum Abschlag kommt, wird im unteren Kaskadenbauwerk der Zulauf geschlossen, so dass sich nun der mittlere Stauraum füllt. Bevor dieser über eine Fallwand im unteren Kaskadenbauerk überläuft, schließt der Zulauf in der oberen Kaskade, woraufhin der höchstgelegene Staukanal geflutet wird. Wenn der Wasserzulauf so lange andauert, dass auch das oberste Volumen scheitelhoch eingestaut ist, beginnt die Entlastung des Systems, diesmal von oben nach unten:  Wasser stürzt erst über die Fallwand im oberen Kaskadenbauwerk, dann über die Fallwand im unteren Kaskadenbauwerk und schließlich über die Schwelle des Quelltopfes durch ein GFK-Rohr DN 600 in die Vorflut. Durch die konstruktionsbedingt lange Dauer bis zur Entlastung des Bauwerks ist ein hoher Wirkungsgrad der mechanischen Reinigungsleistung gewährleistet, so dass wirklich nur der Niederschlagswasser-Anteil abgeschlagen wird. Auch die Trennung in drei Bauwerke mit eignen Fallwänden trägt zur gründlichen mechanischen Vorreinigung bei. Die im System abgesetzte Schmutzfracht  läuft schließlich über die wieder geöffnete Drosselklappe und ein Rohr DN 200 Richtung Kläranlage ab. Das gesamte System funktioniert rein mechanisch über Schwimmer und Klappen und ohne elektrische Elemente. Das trägt ebenso zur Wartungsfreundlichkeit und Betriebssicherheit bei wie der Werkstoff GFK, dessen glatte Oberfläche Ablagerungen entgegenwirkt bzw. durch den erheblichen Sog des ablaufenden Wasser schnell und gründlich gereinigt wird.
Herbst 2007: Warten auf „Bauwetter“
In Berg wurden im Herbst 2007 die ersten, jeweils 6 Meter langen FLOWTITE-Rohre DN 2900 angeliefert, ebenso das Zulaufbauwerk und das Entlastungsbauwerk, ein fünfeinhalb Metern hoher, mit allen Anschlüssen maßgefertigter Schacht DN 2900 mit innenliegendem Quelltopf. Der völlig verregnete Spätsommer und Herbst 2007 hatte die Baudurchführung in dem durchfeuchteten Gelände etwas zurückgeworfen. Da GFK-Elemente jedoch auch in dieser Größenordnung schnell und unproblematisch zu installieren sind, sind sich alle Beteiligten sicher, dass der weltweit einzigartige Kaskaden-Staukanal von Berg und die neue Kläranlage trotz der aktuellen Verzögerung pünktlich Anfang August 2008 für die Ortsteile Berg, Hadermannsgrün und Eisenbühl in Betrieb gehen werden.

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