DE19733740A1 - Schichtenfolge zur Wasserdurchtritts-reduzierenden Oberflächenabdeckung von Ablagerungen auf der Erdoberfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtenfolge zur Wasserdurch­ tritts-reduzierenden Oberflächenabdeckung von Ablagerungen, wie Deponien, Halden, Altlasten oder dergleichen, auf der Erdober­ fläche.

Ablagerungen, die beispielsweise Rest- oder Abprodukte des menschlichen Handelns, Müll oder Sonderabfalldeponien sowie Halden aus bergbaulichem Geschehen sein können und die sich auf der Erdoberfläche befinden, müssen im Regelfall so abgedeckt werden, daß diese vor von außen eindringendem Wasser geschützt werden. Durch die zu erzielende Wasserdurchtritts-reduzierende Wirkung sollen einerseits unerwünschte chemische Reaktionen von in der Ablagerung enthaltenden Materialien wirksam verhindert werden und andererseits ist sicherzustellen, daß kontaminierte und damit umweltgefährdende Medien nicht durch Wassereintrag von außen zu einer Gefährdung des Grundwassers führen.

Derartige Abdeckungen von Ablagerungen sollen meist über sehr lange, unter Umständen erdgeschichtliche Zeiträume dauerhaft wirksam installiert bleiben.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, mit einer Anordnung, d. h. einer speziellen Schichtenfolge verschiedener flächenhafter Elemente aus natürlichen und/oder künstlichen Stoffen einen Abdichteffekt gegen durchdringendes Wasser zu bewirken. Entsprechende Systeme haben im Regelwerk, z. B. TA-Abfall Eingang gefunden und stellen den derzeitigen Stand der Technik dar.

Eine derartige bekannte Kombinationsabdichtung umfaßt zunächst eine Ausgleichsschicht, die als Dichtungsauflager wirkt und die sich oberhalb der abzudeckenden Altlast befindet. Im Anschluß an das Dichtungsauflager wird eine mineralische Dichtungs­ schicht aufgebracht, welche wiederum von einer Kunststoffdich­ tungsbahn abgedeckt wird. Zum Ableiten von Oberflächenwasser befindet sich oberhalb der Kunststoffdichtungsbahn eine Ent­ wässerungs- oder Drainageschicht. Letztendlich wird die Ent­ wässerungs- oder Drainageschicht vom Rekultivierungsboden nach oben hin abgeschlossen.

Die mineralische Dichtungsschicht soll eine formstabile eben­ mäßige Auflage für die empfindliche Kunststoffdichtungsbahn bilden. Darüber hinaus soll die mineralische Dichtungsschicht gleichzeitig eine niedrige Wasserdurchlässigkeit aufweisen und damit ebenfalls dichtende Wirkungen entfalten, da beim heutigen Stand der Technik Kunststoffdichtungsbahnen oder Kunststoff­ dichtfolien nicht als dauerhaft wirksam eingestuft werden.

Schwierigkeiten resultieren insbesondere dann, wenn bei weichen Ausgleichsschichten und Ablagerungen Setzungsbewegungen mit entsprechenden Verwerfungen auftreten, die im Regelfall eine irreversible Zerstörung der Kunststoffdichtungsbahnen nach sich ziehen können.

Es ist offensichtlich, daß die absolute Verhinderung eines Wasserdurchtrittes mittels einer Kunststoffdichtungsbahn mehr theoretisch gegeben als praxiswirksam durchsetzbar ist, da es kaum gelingt, mechanische Einflüsse durch darunter oder darüber befindliche Schichten und damit auftretendes Perforieren und Undichtigkeiten zu verhindern.

Die Entwässerungs- oder Drainageschicht soll, wie dargelegt, eindringendes Oberflächenwasser parallel zu den übrigen Elementen ableiten, um den anstehenden Wasserstaudruck auf die Kunststoffdichtungsbahn bzw. nach Ausfall dieser auf die mine­ ralische Dichtungsschicht zu reduzieren. Hierfür ist eine ent­ sprechende grobporige oder grobkörnige Struktur der Entwässe­ rungsschicht notwendig. Grobporige und grobkörnige Strukturen stellen wiederum jedoch eine besondere Gefahr für die Kunst­ stoffdichtungsbahn dar, so daß zusätzliche Schutzschichten verlegt werden müssen, an die wegen der Rutschungsneigung aufgrund der geringen Oberflächenhaftung der Kunststoffbahn bzw. aus Gründen der Filter- oder Drainagestabilität hohe Anforderungen zu stellen sind.

Mit Blick auf das Vorgenannte sind auch die Anforderungen an Rekultivierungsböden auf die gewünschten Eigenschaften der Oberflächenabdeckung auszuwählen. Meist wird eine hohe Evapotranspirationsrate gefordert, um von vornherein durch­ sickernde Wassermengen zu reduzieren.

Die Nachteile der vorstehend beschriebenen Schichtenfolge zur Oberflächenabdeckung bestehen in der relativ großen Dicke, was die Kapazität der eigentlichen Ablagerungseinrichtung ein­ schränkt und das erforderliche Areal bei Sanierungen oder Rekultivierungen unnötig ausdehnt. Darüber hinaus sind die für das Herstellen der Schichtenfolge notwendigen Transporte und die speziellen Herstellungsbedingungen mit Blick auf den Qualitätsanspruch der Einzelschichten mit erheblichen Kosten verbunden. Letztendlich ist die Schichtenfolge mit einer Steifigkeit versehen, die an sich notwendige Setzungsbewegungen zum Erhalten einer nahezu natürlichen Bodenformation behindert.

Um die Aufwendungen beim Erstellen der Entwässerungs- oder Drainageschichten zu reduzieren, wurde der Einsatz von sogenannten Drainagematten vorgeschlagen. Diese sind jedoch nur begrenzten Überlagerungsdrücken aussetzbar, da bei Über­ schreiten einer vorbestimmten Druckbelastung eine Verpressung der Drainagematte auftritt, wodurch diese ihre Wirksamkeit verliert.

Auch die bekannte Verwendung von selbstdichtenden Matten mit quellfähigen Materialien besitzt wesentliche Mängel, da derartige Bestandteile einer Schichtenfolge durch unerwünschte Austrocknung gefährdet sind, wobei bei über einen vorgegebenen Zeitraum anhaltendem Wassermangel Schrumpfungen und Schwin­ dungen die Folge sind, die wiederum zu irreversiblen Rißbil­ dungen führen, so daß die gewünschte Eigenschaft der Wasser­ sperrwirkung nicht mehr gegeben sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schichtenfolge zur Wasserdurchtritts-reduzierenden Oberflächenabdeckung von Ablagerungen, wie Deponien, Halden, Altlasten oder dergleichen, auf der Erdoberfläche anzugeben, die es in kostengünstiger Weise gestattet, von außen eindringendes Oberflächenwasser sicher und langzeitstabil abzuleiten, ohne daß die Schich­ tenfolge selbst aus einer Vielzahl von Einzelfunktionen erfüllenden Gebilden besteht. Die Schichtenfolge soll darüber hinaus nur eine geringe Dicke aufweisen und gegenüber Verwer­ fungen und Faltungen der Abdeckung flexibel sein, ohne daß Schädigungen der Abdeckung eintreten.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird von einem Vlies- oder Gewebetragschichten umfassenden flächigen Wassersperr­ gebilde ausgegangen, das innerhalb bzw. zwischen den Trag­ schichten aus Vlies oder Gewebe feinstkörnige Gemische mit quellfähigen Tonmineralien aufweist, so daß bei Feuchtig­ keitseinwirkung eine flexible aus überwiegend natürlichen Materialien bestehende Dichtschicht bildbar ist. Erfindungs­ gemäß wird das flächige Wassersperrgebilde mindestens einseitig, vorzugsweise jedoch beidseitig, mit einer Feuchte­ speicherschicht umgeben bzw. darin eingebettet, so daß Aus­ trocknungen des eigentlichen Wassersperrgebildes mit der Folge unerwünschter Undichtigkeit und sich daraus ergebenden irre­ versiblen Zerstörungen wirksam verhinderbar sind.

Die vorstehend beschriebene einfache, kompakte, aus überwiegend natürlichen Materialien oder Rohstoffen bestehende Schichten­ folge kann nun wesentlicher Bestandteil einer Oberflächenab­ deckung sein, die weitere, an sich bekannte spezielle Schichten umfaßt. In diesem Sinne kann ausgehend von der quasi Basis­ abdeckung mit ausreichendem Feuchteschutz die Ablagerung temporär geschützt werden und zu einem späteren Zeitpunkt z. B. durch Auftragen von Rekultivierungsböden nach Abschluß vorge­ gebender Zeiträume unter Beobachtung der Ablagerung selbst und in Abhängigkeit vom Setzverhalten dieser der endgültige, dauerhafte Deponiezustand erreicht, d. h. eine permanente Abdeckung gebildet werden. Die vorgeschlagene Schichtenfolge erfüllt demnach Anforderungen an eine sogenannte vorläufige Abdeckung, welche weniger strengen Qualitätskriterien unter- liegen und ohne weitere Nacharbeiten an der eigentlichen Sperrschicht oder ohne Ergänzungen die Qualitätsansprüche einer späteren Nachbetriebsphase genügt. Die dazwischen liegenden Zeiträume, in denen Setzungen oder Sackungen auftreten, werden zeitlich ohne irgendwelche Nachteile hinsichtlich der Deponieabdichtung quasi überbrückt.

Erfindungsgemäß können die Materialien zum Erhalt des Wasser­ sperrgebildes, d. h. der Schichten ober- und unterhalb der zu schützenden Dichtschicht aus gleichen oder aber auch unter­ schiedlichen Materialien gebildet werden, solange lediglich die Forderung erfüllt ist, daß in ausreichender Weise chemisch und/oder physikalisch Feuchte speicherbar ist, wodurch die feinstkörnigen Gemische mit quellfähigen Tonmineralien irre­ versibler Austrocknung geschützt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die obere feuchte Speicherschicht mit einer Drainage, Drainmatte oder einer Drainageeigenschaften aufweisenden Bodenschicht abgedeckt werden, auf welche in an sich bekannter Weise dann Rekul­ tivierungsböden aufbringbar sind.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schichtenfolge liegen in der erreichten Flexibilität bei gleichzeitiger Dauerwasserdichtig­ keit, ohne daß die Schichtenfolge selbst unvertretbare Abmessungen hinsichtlich ihrer Dicke annimmt.

Dadurch, daß die obere der Feuchtespeicherschichten eine geringe Permeativität für Wasser besitzt, kann auch im Falle einer temporären stärkeren Austrocknung der Gesamtanordnung eine solche Wasserdurchtrittsrate vorgegeben werden, daß durch Wassereinwirkung ein erneutes Aufquellen der Tonmineralien des Wassersperrgebildes eintritt, so daß eine Selbstheilung des Systems gegeben ist, ohne daß zwischenzeitlich schädliche Mengen an Wasser das Oberflächenabdichtungssystem durchtreten haben. Damit wird gleichzeitig die Möglichkeit von Suffusions­ erscheinungen, das Ausspülen und Umlagern von Feinkornbe­ standteilen aus dem Kornverband von Schichten mit dem Ergebnis der Verschlechterung der zugewiesenen Eigenschaft deutlich minimiert.

Insgesamt ermöglicht demnach die Schichtenfolge einen stabilen Feuchtigkeitshaushalt mit zeitlich langsam verlaufenden Feuch­ tigkeitsschwankungen, so daß Rißbildungen im Wassersperrgebilde verhinderbar sind. Die Anforderungen an die Feuchtespeicher­ schichten sind einfach und kostengünstig zu erfüllen, indem auf feinkörnige Böden mit teilweise bindigem Charakter zurück­ gegriffen wird, denen dadurch die Eigenschaft zuwächst, chemisch und/oder physikalisch Wasser zu binden. Dadurch, daß die Feuchtespeicherschichten quasi als Puffer wirken, sind die Anforderungen an die Eigenschaften des eigentlichen Wasser­ sperrgebildes dergestalt modifizierbar, daß auch solche Materialien eingesetzt werden können, welche zwar hochdicht gegen Wasserdurchtritt sind, jedoch eine gewisse Empfindlich­ keit gegen hohe bzw. schnelle Wassergehaltsänderungen auf­ weisen. Die beschriebene Schichtenfolge ist selbst sehr flexibel und kann Verformungen der eigentlichen Abdeckung wie Setzungen oder Sackungen leicht folgen, ohne selbst beschädigt zu werden.

Das von den feuchtespeichernden Schichten bzw. Materialien umgebene Wassersperrgebilde führt zu einer Sandwichstruktur mit in überraschender Weise erheblich verbesserten Dichtheits­ werten, insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäßen Ober­ flächenabdeckungen über einen längeren Zeitraum mit solchen Lösungen verglichen werden, die Kunststoffdichtungsbahnen oder dergleichen umfassen. Die Feuchtespeicherschichten können im Regelfall regionaltypisch ausgewählt werden, wobei auch der mindestens teilweise Einsatz von Recyclingstoffen denkbar ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird für die Ausgleichs­ schicht sowie die untere der feuchtespeichernden Schichten auf Recyclingmaterial, erhalten aus Bauabrißmaßnahmen zurückge­ griffen. Hier lassen sich insbesondere für die Ausgleichs­ schicht auch teilweise kontaminierte, dem Charakter der abzu­ deckenden Ablagerung durchaus entsprechende Stoffe einsetzen und so einer quasi Verwertung zuführen. Für die untere Feuch­ tespeicherschicht werden Feinabsiebungen verwendet, wobei vorzugsweise ein vorgegebener Gehalt an schluffig-tonigen Kornfraktionen im Haufwerk vorhanden ist, um dem Material einen bindigen und damit wasserspeichernden und wasserhaltenden Charakter zu geben.

Das Wassersperrgebilde ist ein flächenhaftes Komposit aus miteinander verbundenen Vliesen oder Geweben mit einem dazwischen eingelegten bzw. eingebrachten quellfähigen Ton­ material, sogenannten Bentonit. Die obere der Feuchtespeicher­ schichten besteht aus einem feinkörnigen Boden, welcher analog der unteren Schicht vorgegebene Gehalte an schluffigen und tonigen Kornfraktionen im Haufwerk enthält. Die fakultativ vorgesehene Entwässerungs- oder Drainageschicht besteht aus einem Kornhaufwerk ohne feinkörnige Bestandteile und ist damit wasserwegsam, wodurch Feuchtigkeit, die das ortstypische Oberbodenmaterial durchdringt, parallel abgeführt werden kann. Das oberseitige ortstypische Oberbodenmaterial kann in sich noch geschichtet sein, falls dies der anschließende Bewuchs bzw. die gewünschte Nutzung oder Rekultivierung erfordert. Das Vorsehen oder Weglassen einer Entwässerungs- oder Drainage­ schicht wird im Einzelfall anhand der geologischen und sonstigen Gegebenheiten ermittelt. Grundsätzlich kann die Entwässerungs- oder Drainageschicht deshalb fortfallen, weil mit der erfindungsgemäßen Umhüllung des Wassersperrgebildes bzw. der Bentonit-Matte das Problem der Durchsickerung dieser Schicht bzw. Matte bei höheren Aufstaudrücken darüber wegen der Wegverlängerung und Verlangsamung des Wasserandrangs an dieser Schicht bzw. Matte deutlich reduziert und damit praktisch und rechnerisch handhabbar wird.

Die gesamte Schichtenfolge kann, soweit vorhanden, aus regio­ naltypischen Materialien oder Komponenten errichtet bzw. hergestellt werden, so daß die Kosten insgesamt minimierbar sind.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird von einer Haus­ mülldeponie im Südthüringer Raum ausgegangen, die auf einer ersten Teilfläche entsprechend den Vorschriften TA-Siedlungs­ abfall abzudecken ist. Der Standort selbst ist durch basische, calzitische Bodenarten geprägt.

Die Forderungen aus naturräumlicher Sicht sind dergestalt, daß insbesondere die Rekultivierungsbodenschicht so aufgebaut werden soll, daß eine spezielle Halbtrockenrasenflora auf kalkreichen Untergründen etabliert werden kann.

Die abzudeckende Ablagerung ist hausmülltypisch partiell noch sehr kompressibel, so daß mit großen Setzungen auch nach Auf­ bringen der Abdeckung gerechnet werden muß.

Als Ausgleichsschicht wurde, wie im voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erwähnt, ein Recyclestoff mit einem dieser Deponie entsprechenden Kontaminationsgrad zugelassen. Für die untere Feuchtespeicherschicht wird eine analoge Absiebung entsprechender Körnung eingesetzt.

Als Wassersperrgebilde wird eine Kalzium-Bentonitmatte einge­ setzt. Hierbei besteht ein wesentlicher Vorteil darin, daß dieses Material im Verlauf der Liegezeit nicht chemisch umge­ wandelt werden kann und damit verbundenen Einschränkungen unterworfen ist. Üblicherweise eingesetzte Natrium-aktivierte Bentonite haben zwar den Vorteil, daß eine noch größere spezifische Dichtigkeit erreichbar ist, jedoch den Nachteil, daß nach erfolgter Umwandlung in Kalzium-Bentonit dieser Effekt zumindest teilweise wieder aufgehoben ist und daß derartige Matten zu deutlichen Schwindrissen bei Trocknung neigen, die sich nicht zwingend wieder vollständig bei erneutem Wasser­ zutritt schließen.

Die obere Feuchtespeicherschicht, welche das Wassersperrgebilde abdeckt, besteht aus einer feinkörnigen Diabasabsiebung, wobei alternativ eine Absiebung aus einem Muschelkalksteinbruch eingesetzt werden kann.

Wenn die Entwässerungs- oder Drainageschicht aus Muschelkalk­ schotter besteht, hat sich beim Ausführungsbeispiel heraus­ gestellt, daß neben den hervorragenden Wasserabführungseigen­ schaften der Kalkschotter selbst Bestandteil der Rekultivie­ rungsbodenschicht sein kann und in dieser Funktion die in der geologischen Formation vorhandenen Karsterscheinungen simu­ liert, welche die Ursache für die dort etablierte Flora ist. Die Entwässerungs- oder Drainageschicht erfüllt hier eine Doppelfunktion, indem sie vorteilhaft gleichzeitig definierter Bestandteil der Rekultivierungsschicht ist. Damit kann die Mächtigkeit des Gesamtpaketes der Schichtenfolge reduziert werden, was bezüglich des Flächenverbrauchs als auch ökono­ mische Vorteile bringt. Mit den Karsterscheinungen der Kalk­ schotterschicht werden regionaltypische geologische Gegeben­ heiten gut nachgebildet, so daß, wie dargelegt, für derartige Standorte typische Kalk-halbtrocken- bis trockenflora sich vorteilhaft ausbilden kann, wodurch wiederum sich das abgedeckte Areal in das übrige Landschaftsbild gut einfügt.

Das flächige Wassersperrgebilde ist in bevorzugter Weise ein Verbundwerkstoff aus Bentonit und Geotextilien; das quellfähige Material wird in Pulverform in die Textilien-Stützschicht eingebracht, wodurch sich eine Art Armierung einstellt, mit dem Vorteil, daß ein Verdrängen des Bentonits bei Wasseraufnahme durch Übergang in den pastösen Zustand verhindert wird. Zusätzlich kann die aufquellende pastöse Bentonitschicht von mechanisch verfestigten Wirkvliesen umgeben sein. Die erhaltenen Durchlässigkeitsbeiwerte sind auch bei großer Auflast ausreichend, so daß Drücke von darüberliegenden Schichten der Oberflächenabdeckung ohne weiteres aufgenommen werden können.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde zunächst eine temporäre, vorläufige Oberflächenabdeckung ohne Aufbringen einer endgültigen Rekultivierungsbodenschicht vorgenommen, um das Verhalten der Ablagerung, wie Setzen, Verwerfungen oder dergleichen abzuwarten. Im Anschluß daran kann eine endgültige Fertigstellung der Oberflächenabdeckung, allerdings ohne Eingriff in die eigentliche Sperrschicht, die von Anfang an konstruktiv permanent ist, erfolgen, so daß insgesamt die permanente Abdeckung ausgebildet wird. Die Überführung des temporären Abdeckungscharakters in einen permanenten setzt nicht notwendigerweise das Aufbringen weiterer Rekultivie­ rungsschichten voraus. Das bereits bestehende System erfüllt nach der Frist in der neuen Phase die dann geforderten Eigenschaften auch ohne weitere Maßnahmen.

Claims (8)

1. Schichtenfolge zur Wasserdurchtritts-reduzierenden Ober­ flächenabdeckung von Ablagerungen, wie Deponien, Halden, Alt­ lasten oder dergleichen, auf der Erdoberfläche,
dadurch gekennzeichnet,
daß oberhalb über den Ablagerungen ein mattenartiges, flächiges Wassersperrgebilde, umfassend Vlies- oder Gewebetragschichten sowie feinstkörnige Gemische mit quellfähigen Tonmineralien angeordnet ist, wobei
das flächige Wassersperrgebilde mindestens einseitig, vorzugs­ weise beidseitig dieses umschließend von einer feinkörnigen, chemisch und/oder physikalischen feuchtespeichernden Schicht eingebettet ist, derart, daß Austrocknungen des Wassersperr­ gebildes mit der Folge von Undichtigkeit und/oder irreversiblen Zerstörungen wirksam verhinderbar sind.

2. Schichtenfolge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Feuchtespeicherschicht mindestens teilweise bindige Bestandteile oder Komponenten aufweist.

3. Schichtenfolge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Feuchtespeicherschicht mit einer Drainlage, Drainmatte oder einer Drainageeigenschaften aufweisenden Bodenschicht abgedeckt ist, auf welche in an sich bekannter Weise Rekultivierungsböden aufbringbar sind.

4. Schichtenfolge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine temporäre Abdeckung ist, welche zu einem späteren Zeitpunkt nach erfolgtem Setzen und gegebenenfalls durch Aufbringen von Rekultivierungsböden oder dergleichen in eine permanente Abdeckung überführbar ist oder in diese übergeht.

5. Schichtenfolge nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens Teile oder Komponenten der Materialien für die Feuchtespeicherschicht, Feuchtespeicherschichten und/oder Drainageschicht aus bezogen auf den Ort der Abdeckung regio­ naltypischen Feinabsiebstoffen, enthaltend schluffig-tonige Kornfraktionen bestehen.

6. Schichtenfolge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Ablagerungen zunächst eine Ausgleichsschicht als Auflagefläche ausgebildet ist.

7. Schichtenfolge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablagerungsmaterial mindestens teilweise als Aus­ gleichsschicht wirkend profiliert ist.

8. Schichtenfolge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer oberen Feuchtespeicherschicht diese nach größeren Trockenperioden anfallende Wassermenge langsam, quantitativ und örtlich homogen verteilt aufnimmt und mindestens teilweise zum flächigen Wassersperrgebilde weiterleitet derart, daß hier eine Selbstheilung durch Quellförderung auftritt, bevor schädliche Wassermengen die Schichtenfolge durchdringen.