Verwendung von Geokunststoffen im Autobahnbau für Abdichtung nach RiStWag und bei Rückhaltebecken am aktuellen Beispiel der BAB A 72 südlich von Leipzig

An zwei Beispielen aus der Praxis werden die Abdichtungen mit Kunststoffdichtungsbahnen und die Verwendung von Geokunststoffen erläutert.

Die Autobahn-Neubaustrecke der A 72 südlich von Leipzig führt über einen anspruchsvollen Untergrund mit problematischer Geologie. Das Gebiet ist eine Folgelandschaft des Braunkohlenbergbaus im 20. Jahrhundert – umzingelt von teilverfüllten ehemaligen Tagebauen.

Die Autobahn führt durch ehemalige Abbaugebiete mit den Tagebauen Witznitz und Espenhain. Die Restlöcher wurden nach der Stilllegung in den 90er Jahren geflutet. Entstanden sind der Hainer und der Haubitzer See.

Im beschriebenen Autobahnabschnitt befinden sich viele Gefahren in hinterlassenen Landschaften des Bergbaues. Kippenboden ist locker gelagert, setzungsempfindlich und nicht als Bauland geeignet. Gefahren existieren auch durch Hohlräume alter Entwässerungsstollen, vielfach mit Endfällen auftretend als Tagesbrüche.

Der Grundwasser-Wiederanstieg bereitet große Probleme, teils mit Vernässungen in Ortschaften und Sumpfflächen. Die vorhandenen Restlöcher mit gefährdeten Böschungs- und Rutschungsflächen sind überwiegend gesichert worden – werden aber durch den Autobahnbau wieder aktiviert.

Für den Autobahnbau in derartigen Gebieten sind aufwendige und teure Sicherungsmaßnahmen notwendig. Zum Beispiel wurde an der Nord-Ost-Ecke des Hainer Sees ein bis 17 Meter hoher Damm auf einer rutschungsgefährdeten durch Bänderton-Gleitflächen durchsetzten Böschung aufgeschüttet.

Stabilisierung mit großkalibrigen Austauschbohrungen, 28.000 Bohrmeter, 2 m Durchmesser und bis 26 Meter Tiefe. In einem anderen Bereich wurde ein Erdfallgebiet mit alten Stollen zuerst mit dynamischer Intensivverdichtung und dann darüber mit einer Überbrückungsschicht mit hochzugfester Geogitter-Bewehrung gesichert.

Anstehende Kippenbereiche wurden mit Schotterstopfsäulen stabilisiert und somit als Untergrund für die Autobahn hergerichtet.

Aus schwierigen und komplizierten Untergrundverhältnissen ergeben sich vielfache Verwendungsgebiete für Kunststoffe: Trenn- und Filterschicht bei Drainagen und Brückenbauwerken, Erdfallsicherung mit Geogitter-Bewehrung, Arbeitsebenen und Baustraßen, Trennfunktion unter Gründungspolstern und horizontalen Dränschichten, Verwendung bei Böschungsstützscheiben und Abdichtungen bei Regenrückhaltebecken und im Wasserschutzgebiet.

Am Beispiel des Regenrückhaltebeckens RRB 3 nahe Rötha zeigt die geologische Erkundung im Bohrprofil aufgefüllten kohlehaltigen Sand, schluffig, organisch schwarz, Rammsondierungen mit 1 bis 3 Schlagzahlen, hohes noch ansteigendes Grundwasser, setzungsempfindlich und verflüssigungsgefährdet. Das Becken RRB 3 hat mit etwa 3 Hektar ungewöhnlich große Ausmaße. Das Becken besteht aus 2 Teilen – zum einen das Rückhaltebecken und vorgeschaltet das Absetzbecken. Der Kippenuntergrund ist sehr problematisch.

Zur Untergrundstabilisierung wurden 6 Meter lange Schotterstoffsäulen eingerüttelt, auch im Böschungsbereich. Darüber Schotterschichten mit Trennvliesstoff und Geogitter-Bewehrung. Dann die Schutzschichten und die Foliendichtung, zuletzt oben ein Schutzvliesstoff mit Fein- und Grobschotter. Im Absetzbecken erfolgte eine Betonauskleidung mit Pflasterung. Die Tauchwand mit Rohrdurchlässen wurde ebenfalls abgedichtet, insbesondere der Teil der Rohrdurchführung.

Als Dichtungsbahn wurde „Carbofol 406“ 2,0 mm sowohl mit glatter (Sohlbereich) als auch strukturierter Oberfläche (Böschungsbereich) der Firma NAUE verwendet. Im Sohlbereich wurde zur Setzungsvergleichmäßigung zusätzlich noch eine Geogitterbewehrung vom Typ „Combigrid 20/20 Q1 GRK 4C“ unterhalb der Abdichtung eingebaut.

Die Schutzlage für die Kunststoffdichtungsbahn bildete ein Secutex-Vliesstoff der Fa. NAUE mit einem Flächengewicht von 800 g/m².

Das Detail zur Anbindung der Rohrauslässe mit einer Regellösung von NAUE, entweder mit Auftragsnaht oder mit Edelstahl-Klemmschienen am Betonkragen.

Die PEHD-Dichtungsbahn „Carbofol“ verfügt über Zulassungen nach DIBt und BAM mit Regelungen zur werkseigenen

Produktionskontrolle mit regelmäßiger Fremdüberwachung sowie Festlegungen zur Planung, Bemessung und Ausführung bis hin zur Nutzung, Unterhaltung und Wartung der Folien. „Carbofol“-Dichtungsbahnen haben eine hohe aggressive Beanspruchungsstufe für Flüssigkeiten bestätigt bekommen. DVS 2225-4 ist eine spezielle Regelung zum Schweißen von Dichtungsbahnen.

Die von NAUE veröffentlichten Produktinformationen und Produktvorteile von „Carbofol“ haben sich in der Praxis bestätigt. Besonders die strukturierte Oberfläche der „Carbofol friction/friction“ mit einem hohen Reibungswinkel eignet sich sehr gut bei Böschungsverlegungen auf geneigten Flächen.

Das PEHD Material hat eine extrem lange Lebensdauer und ist weichmacherfrei.

Die Strukturierung bei Friction erfolgt im Extrusionsverfahren mit geprägten Walzen. Das ergibt einen dauerhaften Verbund.

Weitere positive Eigenschaften sind die UV-Beständigkeit und die optimale Verschweißung, ermöglicht durch einen Schweißschutzstreifen im Randbereich der Rollenbahnen und Randmarkierung. Die Folie wird erst unmittelbar vor dem Schweißvorgang abgezogen und garantiert so saubere Nähte.

Im Projekt der A72 wurden knapp 30.000 Quadratmeter „Carbofol“ sowohl glatt als auch strukturiert verbaut mit 2 Millimeter Dicke und fast 60.000 Quadratmeter Schutzvlies und Geogitter.

Derzeit muss das Becken die Funktion beweisen. Seit der Inbetriebnahme Ende 2018 steht Wasser bis zum Dauerstauniveau.

Der zweite Themenkreis beschäftigt sich mit Straßenbau in Wasserschutzgebieten nach RiStWag. Im Bereich der A 72 Abschnitt 5.1 sind Wasserschutzzonen 1 und 3 vorhanden. Damit ergibt sich die Notwendigkeit von Schutz durch Maßnahmen im Einzugsgebiet der Trinkwasserentnahmestellen.

Für Wasserschutzgebiete gibt es umfangreiche Vorschriftenwerke wie die Richtlinie für bautechnische Maßnahmen in Wasserschutzgebieten [RiStWag, Stand 2016] von der FGSV. Dort sind unter anderem Forderungen zum System der Abdichtungen gestellt, mit unterschiedlichen Varianten und Möglichkeiten wie:

• Abdichtungen aus mineralischen Böden, also bindige, definiert eingebaute Böden mit geringer Wasserdurchlässigkeit und hohem Verweilvermögen,
• Asphaltabdichtungen, welche seltener angewendet werden,
• Variante mit Verwendung von Dichtungsbahnen, unterschieden in Kunststoffdichtungsbahnen und geosynthetische Tondichtungsbahnen.

Für die Auswahl der Kunststoffdichtungsbahn war ein hoher Anspruch an die Sperrwirkung bei den kritischen Untergrundverhältnissen im Kippenboden maßgebend.

Es werden Anforderungen an die chemische und mechanische Beständigkeit gestellt und mit Nachweisen gefordert. Mechanische Wirkungsmechanismen sind insbesondere Belastungen durch Verkehr und Verdichten, aber auch bei Unfällen und Havarien.

Bei kiesig-steinigem Untergrund sind Stütz- und Schutzschichten gefordert, dafür eignen sich vor allem Geotextil-Vliese. Besonderes Thema ist die Standsicherheit auf Böschungsflächen.

Die KDB/Kunststoffdichtungsbahn darf keine Zugspannungen übernehmen und muss alle Kräfte nur über Reibungskräfte in den Untergrund übertragen.

Die Dichtungsfolie muss bis unter die Asphaltfahrbahn geführt werden. Oberhalb der Dichtung ist eine gesonderte Entwässerung mit Einleitung in das RRB vorzusehen.

In der EBGEO [Stand 2010], Abs. 8, sind Entwurfs- und Konstruktionshinweise enthalten, vor allem Nachweisverfahren für Standsicherheitsberechnungen bei geneigten Dichtungssystemen.

Es gibt Varianten für die möglichen Verankerungen, z. B. über Grabenlösung oder horizontale Einbindung im Dammkörper.

Im Vortrag werden Fotos vom Verlegen der Dichtfolien und Schutzvliesstoffe gezeigt, insbesondere die Verwendung spezieller Hebetechniken und Traversen. Sorgfältiges Auslegen der Bahn ist wichtig für die Verschweißung. Es geht sehr kleinteilig zu bei Schächten und Rohren. Über 400 mal mussten Schachtanwendungen abgedichtet werden.

Problematisch waren der heiße Sommer und die Witterung im letzten Jahr 2018.

Dort wurden die Verschweißarbeiten oft in den frühen Morgenstunden ausgeführt, da ein Faltenschlagen der

Kunststoffdichtungsbahn aufgrund der Materialausdehnung infolge von Wärmezufuhr vermieden werden musste. Die

Schweißnähte erfordern sehr hohen Aufwand und müssen auf Dichtigkeit geprüft werden. Die Auftragsnähte mit Extruder wurden von qualifiziertem Fachpersonal sorgfältig überwacht und protokolliert.

Im Bereich der Wasserschutzgebiete an der A 72 wurden etwa 30.000 Quadratmeter glatt und strukturiert verbaut. Mit etwa 60.000 m² „Secutex“-Schutzvliesstoff und 9.000 m² Geogitter „Secugrid“ als Gleitsicherung im Böschungsbereich.

In der RiStWag sind auch Forderungen zu Kontrollen und Maßnahmen bei Havarien enthalten, insbesondere die Kontrolle von Schäden an Überdeckungen, auch nach Unfällen. Es müssen Löcher vermieden werden wie Bohrungen, Schutzplanken, Aufwuchs, Gehölze, Tiergänge.

Die Verwendung der NAUE-Materialien für die Abdichtung hat sich sehr bewährt.