Vorteilhafte Baufeld- und Baugrubenentwässerung ... - Nodig-Bau.de

Grabenloses Bauen
Horizontalbohren
Vorteilhafte Baufeld- und
Baugrubenentwässerung mit
der Horizontalbohrtechnik
Konventionelle
Baufeldentwässerung
Für große Baumaßnahmen wie für Neuerschließungen,
zum Beispiel von Stadtquartieren,
Umwidmungsgebieten, Straßen,
Tunnelanschlagsvorplätzen, sind oft
Baufeldentwässerungen notwendig, die
zum einen daraus resultieren,
dass heute tiefer gebaut und
tiefer gegründet wird und
zum anderen, dass bei hohen
Grundwasserständen oder
stark schwankenden Grundwasserständen
großflächige
Absenkungen durchgeführt
werden müssen. Der konventionelle
Weg von Baufeldentwässerungen
besteht in langen
Reihen von vertikalen
Brunnen mit bogenförmigen
Abförderleitungen, die in pa-
rallele Entwässerungsleitungen
einmünden.
Das ganze Baufeld ist oft mit
solchen Brunnenreihen übersät
und Kollisionen mit Erschließungsfahrwegen
und anderen
Erschließungsvorbereitungen
bleiben nicht aus.
50 tis 7-8/2006
Die Anfänge der Horizontalbohrtechnik (HDD) in Europa waren 1986,
das Verfahren ist somit 20 Jahre alt und die Technologie wurde
zwischenzeitlich permanent und in großen Schritten verbessert. Unter
den Bauverfahren zählt sie zu den innovativsten überhaupt. Sie ist im
grabenlosen Leitungsbau, im Dükerbau, im Umweltbau und teilweise
in der Leitungserneuerung und im grabenlosen Leitungsaustausch gut
vertreten. Im Ausland ist die HDD-Technologie zudem im Horizontalbrunnenbau,
in Drainagen und Tiefdrainagen, in Bewässerungen und
in Injektionen im Einsatz. Dies ist unter anderem der Grund, das Thema
Baufeld- und Baugrubenentwässerung mit der verlaufsgesteuerten
Horizontalbohrtechnik (HDD) hier näher vorzustellen.
Dr. Hans-Joachim Bayer, Kohlberg
Konventionelle
Baugrubenentwässerung
Auch kleinere Felder und Bereiche von
tiefen Einzelbaugruben benötigen oft zumindest
vorübergehende Grundwasserabsenkungen,
bis die Baugrube durch Umschließungen
(überschnittene Pfahlwände)
1 Mit der verlaufsgesteuerten Horizontalbohrtechnik (=HDD-Verfahren) sind
beliebige Drainage- bzw. Brunnen-Niveaus erbohrbar
und Sohldichtungen gegen Grundwasser
geschützt ist. Üblich sind bislang in Linien
bzw. in Verteilungsraster gesetzte vertikale
Brunnenlanzen, oft mit Hunderten von
Brunnenköpfen im Bauaushubbereich, die
so lange bestehen bleiben, bis die Baugrubenumschließungen
und die dazwischen
liegenden Bohrungen für Weichgel oder
harte Injektionsmassen in Form
tellerförmiger Überlappungen
für die Sohldichtung gebaut
wurden. Der enge Hantierungsraum
zwischen Brunnenköpfen
und Injektionsbohrungen führt
auch hier häufig zu Brunnenkopfverletzungen
oder manchmal
zu Zerstörungen. Das enge
Hantieren ist zeit- und arbeitsaufwändig,
zudem erfordert es
einen großen zeitlichen Vorlauf,
bevor mit dem Baugrubenaushub
und dem eigentlichen Bauwerk
begonnen werden kann.
Neue und bewährte
Möglichkeiten
Im HDD-Verfahren sind lange
verlaufsgesteuerte horizontale
Bohrungen möglich. Der Boh-

ungsansatz kann vor dem Baufeld bzw. der
geplanten Baugrube liegen. Das Auftauchen
der Bohrung ist auf der anderen Seite
des Baufeldes bzw. der Baugrube vorteilhaft.
Ganze Brunnenreihen, die von 20 bis
30 Vertikalbrunnen aufgebaut sind, können
so durch eine einzige HDD-Brunnenbohrung
mit gleicher Leistung ersetzt werden.
Pro vertikaler Brunnenreihe ist somit ein
unterirdischer HDD-Brunnen mit zwei Förderzugängen
(an den Ein- und Ausstiegslöchern)
mit gleicher Förderleistung möglich,
ohne dass irgendwelche Brunnenköpfe im
Baufeld oder in der Baugrube benötigt
werden. Der künftige Bauaushubbereich
ist somit völlig frei von aufsitzenden Brunnenköpfen
und Abförderleitungen und
steht der eigentlichen Aushubmaßnahme
hinderungsfrei zur Verfügung.
Drainagenrohre und Brunnenfilter
für den HDD-Einsatz
Nicht jedes Rohrmaterial kann aus physikalisch-technischen
Gründen für den Drainagerohreinsatz
verwendet werden. Drainagerohre
sollten einfach und kostengünstig
sein und ihr Einbau ins Erdreich wird i.d.R.
aus Kostengründen auch ohne Schutzrohrtechnik
gewünscht. Für den Direkteinzug
müssen Drainagerohre gewisse Zuglasten
aufnehmen können, dies geht nicht für sehr
dünnwandige Rohre (Typ Felddrainage)
und für quergeschlitzte Rohre (orthogonal
zur Längsachse des Rohres). Gelochte
(eingespültes) Filterrohr
Rohre und längsgeschlitzte PE- oder PP-
Rohre mit üblichen Mindestwandstärken
sind jederzeit einziehbar.
Brunnenfilterrohre sind nahezu immer anspruchsvoller
gebaut, ihre Verlegung im geschlossenen
Schutzrohr oder im Gitterrohr
ist ratsam. Bei flachen HDD-Biegeradien für
die Anfahrstrecken zum Brunnenbetriebsniveau
können nahezu alle Brunnenfilterarten
ins Erdreich verlegt werden. Stehen
nur kurze Anfahrstrecken mit starkem
Krümmungsradius zur Verfügung, so sind
flexible Filtermaterialien auszuwählen, z.B.
PE-Granulat-Filter, Gittergewebefilter und
z.B. gewisse Lochfiltertypen. Bei Einbringen
sehr starrer Filter sind die Filterstrangbereiche
in Einzelsegmente zu untergliedern,
die mit flexiblen kurzen Rohrsegmenten
untereinander verbunden werden.
HDD-Baufeldentwässerung
Abflussrohr
G. W. in Ruhe
2 Der Aushub eines angeschrägten Grabens im nahen Grundwasser erfordert konventionell sehr viel
Aufwand mit ganzen Reihen von vertikalen Filterrohren. Der im Querschnitt alternativ aufgezeigte Verlauf
eines Horizontalbrunnens (rot) veranschaulicht den in jeder Weise geringeren Eingriff in Boden und
Grundwasser
Mit wenigen HDD-Brunnen lassen sich
große Areale entwässern, der Grundwasserspiegel
kann hierdurch quasi flächenhaft
und mit glätterer Struktur heruntergezogen
werden. Daraus ergibt sich ein enormer Vorteil:
Es besteht Baufreiheit an der Erschließungsoberfläche,
da alle Brunnenzugänge
außerhalb bzw. unterhalb der künftigen
Aushubbereiche liegen. Dadurch ist eine
räumliche Entzerrung und ein zeitlicher
Parallelbetrieb möglich. Hieraus ergibt sich
eine Aufwandsreduktion, eine Ablaufvereinfachung,
ein erheblicher Zeitgewinn, eine
Grund-
wasser-
spiegel i. R.
abge-
senkter G. W.
Spiegel
undurchlässige
Schicht
3 Konventionelle Grundwasserabsenkung für eine
schmale Baugrube im Querschnitt. Auch hier verdeutlicht
die horizontalbohrtechnische Alternative
(rote Leitung) den erheblich geringeren Aufwand
bessere Grundwasseroberflächenstruktur
und eine enorme Kosteneinsparung.
HDD-Hangentwässerung
Hangentwässerungen sind bei Erschließungen
in geneigter Geländelage oder
zum Beispiel im Auffahrungsfeld von Tunneln
oft erforderlich. Die Vermeidung von
andrückendem Bergwasser durch Herunterziehen
des Bergwasserspiegels ist hier
das Ziel, um von vorne herein eine Trockenhaltung
von Baugruben, Ausschachtungen
und Vortrieben zu bewirken. Im trockenen
Baugrund zu arbeiten bedeutet häufig
auch einen Stabilitätsgewinn, ein weniger
aufwändigeres Arbeiten, mehr Baufreiheit,
den Schutz vor saisonalen Grundwasserereignissen
und unkontrollierten Einbrüchen.
Durch HDD-Bohrungen können Drainagen
gelegt werden, die unter Anbindung
an Bauwerksdrainagen zu Dauerentwässerungssystemen
umgewandelt werden
können.
Flächenhafte Grundwasser
absenkung mit HDD
Abfluss-
leitung
Filterrohr
U-Pumpe
Vollkommener Brunnen Unvollkommener Brunnen
Grundwasserabsenkungen permanenter
Art, z.B. in Bergschadensgebieten mit flächigen
Geländeabsenkungen und dadurch
zu hoch anstehendem Grundwasser, oder
Grundwasserabsenkungen vorübergehender
Art, z.B. für die Errichtung tiefer
Baugruben oder großer Abwasser-Lei-
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Horizontalbohren
Grabenloses Bauen

Grabenloses Bauen
Horizontalbohren
Absenkungstrichter
tungsgräben, offener Tunnelstrecken oder
für Tagebaumaßnahmen, werden derzeit
noch überwiegend durch eine Vielzahl von
kürzeren, vertikalen Förderbrunnen vorgenommen.
Diese sehr aufwendige Bauweise
kann in vielen Fällen ebenfalls durch horizontalbohrtechnisch
verlegte Filterbrunnen
ersetzt werden.
Horizontale Filterbrunnen sind technisch
eleganter, weniger zeitaufwendig und in
der Regel Kosten sparender herzustellen.
Die Förderleistung der Brunnen kann mehrheitlich
sehr ergiebig gestaltet werden und
dank der größeren, ellipsoidförmigen Absenkungstrichter
sind Oberflächeneffekte
jeglicher Art in Brunnennähe geringer.
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HDD-Horizontalbrunnenbau
Vertikalbrunnen Horizontalbrunnen
Förderpumpe
4 Vergleich Vertikalbrunnen – Horizontalbrunnen. Ein einziger Horizontalbrunnen ist zudem in der Lage,
eine ganze Reihe von Vertikalbrunnen leistungsgleich zu ersetzen
Formen von verwendbaren flexiblen Filtern
Erdoberfläche
Grundwasserspiegel
HDD-Horizontalbrunnenbau
5 Bevorzugtes Filtermaterial in HDD-Horizontalbrunnen
Förderpumpe
Auch für den Dauerbetrieb sind Horizontalbrunnen
schonender für die Zustromumgebung,
ausgeglichener in der Förderbewirtschaftung
und Kosten sparender für
den Pumpbetrieb zu betreiben.
Grundwasserregulierung
– Grundwasserhebung
Durch die Folgen des Bergbaues bzw. auch
durch die Stilllegungen in den Kohlerevieren
kam es oftmals zu einen Anstieg des
Grundwasserspiegels, so dass speziell in
bebauten Gebieten, Friedhöfen, Schutzgebieten
jeglicher Art, im Umfeld von
Tagebauen und Restseen grundwasser-
poröser Kunsstoff gelocht längsgeschlitzt Gitterrohr z. B. auch in Kombination
mit Geotextilfiltern
Nicht verwendbare Filter
• starre und spröde Materialien
• quergeschlitzte Rohre
• dünnwandige, zerdrückte Materialien
• Materialien mit engen Muttenquerschnitten
• unbeständige Materialien
regulierende Maßnahmen erforderlich
sind. Solche Maßnahmen der Grundwasserabsenkung
bzw. in anderen Bereichen
der Grundwasserhebung wurden bislang
fast nur mit einer hohen Anzahl an Vertikalbohrungen
durchgeführt. Um die Bohrungsanzahl
zu verringern und um mehr
hydraulische Effizienz zu haben, gibt es
hier mittlerweile einen deutlichen Trend zu
Horizontalbohrungen, in die Filterstränge
eingebaut werden. Die Auswahl und der
Einzug solcher Filterstränge erfordert,
auch um bestehende Patente nicht zu verletzen,
ein erhebliches hydrogeologisches
und bohrtechnisches Know-how. Solche
bohrtechnischen Wasserbaumaßnahmen
finden auch Anwendung bei Deichentwässerungen,
Rutschhang-Entwässerungen,
Hausdrainagen, sowie z.B. für hydraulische
Altlastensanierungen.
HDD-Baugrubenentwässerung
und mehr
Ähnlich wie im Bereich der flächenhaften
Entwässerung von Baufeldern ist die
Grundwasserabsenkung für Baugruben
zu sehen. Sicher, die Areale sind kleiner, oft
umgeben von anderen Bebauungen und
der Raum für die Niederbringung von Horizontalbrunnen
ist wesentlich beengter.
Die meisten Baugruben sind rechteckig,
viele sogar länglich, was den Einsatz der
Horizontalbohrtechnik begünstigt. Viele
Baugruben grenzen an benachbarten öffentlichen
Straßen- und Parkräume. Mit
Genehmigung sind aus diesen Bereichen
HDD-Bohrungen ansetzbar, randliche,
nicht störende Bereiche lassen sich immer
finden. Sollte zur geplanten Baugrube nur
eine Zugänglichkeit von zwei oder gar nur
einer Seite bestehen, so sind bogenförmige
Bohrungsverläufe, ggf. in Halbkreis- oder
Schlaufenform wählbar. Bei Nutzung von
flexiblem, perforiertem Rohrmaterial, zum
Beispiel aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen
(PP) sind solche Geometrien mit minimal
30 m Radius erzeugbar. Die Anfahrstrecken
zum Förderniveau können ggf. noch
etwas enger (minimal 25 m Radius) gestaltet
werden. Die vollständige Verlaufssteuerbarkeit
der HDD-Bohrtechnologie und
die Realisierungsmöglichkeit dreidimensionaler
diverser Raumkurven ermöglicht
zumeist auch Brunnenplatzierungen unter
begrenzten Verhältnissen. Sind HDD-Anlagen
vor Ort, so bietet sich der Vorteil, gleich
sämtliche Hausanschlüsse für das künftige
Gebäude ebenfalls grabenlos zu realisieren.
Auch an HDD-Bohrungen für injektions-

6 In flachen wasserübersättigten Hanglagen als auch in rutschungsgeprägten
Hanglagen lassen sich mit der HDD-Bohrtechnologie sichere und technisch
elegante Hangentwässerungen vornehmen
technische Sohldichtungen bzw. an seitliche
Abdichtungen kann zur logistischen
Vereinfachung hierbei gedacht werden.
Sohldichtungen
Baugruben im Grundwasserbereich benötigen
nicht nur vertikale Umschließungen,
sondern auch eine wirkungsvolle Sohldichtung.
Dies geschieht heute in der Regel über
viele vertikal niedergebrachte, tellerförmig
in einem definierten Niveau erzeugte und
überschnittene Injektionskörper. In Summe
erzeugen diese Injektionskörper auf Weichgelbasis
oder auf Basis fester Bindemittel
eine geschlossene horizontale Sperrschicht.
Solche Sperrschichten lassen sich mit gleicher
Wirkungsweise auch durch parallele,
horizontale und geometrisch überschnittene
Injektionsbahnen erzeugen. Dieses Verfahren
ist nicht nur technisch eleganter und
bei länglichen Baugruben auch wirtschaftlicher,
sondern auch für die Gesamtbaumaßnahme
zeitsparender. Letzterer Vorteil
ergibt sich wiederum durch die Baufreiheit
im oberen Bereich der Baugrube.
Vorteile der HDD-Technologie
Die HDD-Bohrtechnologie bietet nicht nur
einen deutlichen Zeit- und Kostenvorteil für
8 Grundwasserabsenkung für Baugruben im HDD-Verfahren. Der enorme Vorteil von Baufreiheit von der
Oberfläche her bringt Zeit- und Kostengewinn Abbildungen: Bayer / Tracto-Technik
7 Ausgleichende Grundwasserabsenkungen durch HDD-Brunnen in permanenten
Bergsenkungsgebieten
die Anwender, sondern sorgt vor allem für
die Möglichkeit, durch Baufreiheit an der
Oberfläche, schon mit Ausschachtungs-
und Tiefbauarbeiten beginnen zu können.
Dies erbringt einen enormen Zeitgewinn
mit erheblichen Bauablaufvorteilen.
Die Zugänglichkeit der HDD-Absenkbrunnen
und –Drainagen von zwei Seiten ergibt
zudem die Möglichkeit der Verstärkung der
Pumpleistung, aber auch der Regulierung
und Moderierung der Förderleistung. In
manchen Anwendungsfällen besteht sogar
die Möglichkeit, die Baufeld- bzw. Baugrubenentwässerung
in eine Basisdrainage
bzw. Grundentwässerung umzuwidmen.
Es lohnt sich sehr, die Möglichkeiten der
HDD-Technologie näher kennen zu lernen.
■
Literatur
BAYER, H.-J. (2005): HDD-Praxis Handbuch
(Vulkan-Verlag), 196 S., Essen.
BAYER, H.-J. (2006): Brunnenbau im HDD-
Verfahren, bbr 05/2006, im Druck, Bonn.
DCA (Verband Güteschutz Horizontalbohrungen)
(2000): Horizontal Directional
Drilling – technische Richtlinien des DCA,
2. Aufl., 65 S., Aachen.
NAUJOKS, G. (2002): Breite Leistungspalette
in der gesteuerten Horizontalbohrtechnik,
3R Int. Heft 1, S. 32-34, Essen.
STEIN, D. (2003): Grabenloser Leitungsbau
(Ernst&Sohn), 1144 S., Berlin.
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Horizontalbohren
Grabenloses Bauen