Sanierung des Hochbehälters Liptingen - Zweckverband Bodensee ...

Bodensee-Wasserversorgung
Wissensdurst · August 2007
Sanierung des Hochbehälters Liptingen
Gunnar Scholz, Edgar Schwinge, Burkhard Wolf
Einführung
Die Bodensee-Wasserversorgung (BWV) unterhält
27 Trinkwasserbehälter mit einem Speichervolumen
von mehr als 470.000 Kubikmeter. Diese dienen
im Wesentlichen dem Ausgleich von Tagesverbrauchsschwankungen
und zur Druckregelung
im Leitungsnetz. Ergänzt durch die gemeinsam mit
den von Mitgliedern betriebenen Speichern bilden
sie einen wesentlichen Garanten für die unterbrechungsfreie
Trinkwasserversorgung von vier
Millionen Menschen in Baden-Württemberg.
Viele dieser Behälterbauwerke aus der Gründungszeit
der Bodensee-Wasserversorgung haben inzwischen
eine Nutzungsdauer von nahezu 50 Jahren erreicht
und lassen in verschiedenen Bereichen der Bauwerksund
Anlagentechnik einen alterungsbedingten
Sanierungsbedarf erkennen.
Beschreibung des Bauwerkes
Der Trinkwasserbehälter Liptingen wurde 1957 im
Zuge des Gründungsausbaus der Bodenseewasserversorgung
errichtet. Als Scheitelbehälter an der
1. Hauptleitung wird er vom Reinwasserpumpwerk
im Maschinenhaus am Sipplinger Berg über eine 22
Kilometer lange Druckleitung beschickt. Er bildet mit
einer Übereichhöhe von 753,50 m über Normal Null
den Hochpunkt an diesem Hauptleitungsstrang.
Vom Hochbehälter (HB) Liptingen aus kann dann
im Normalfall der Weitertransport des Trinkwassers
über mehr als 160 km - bis in den Großraum
Stuttgart - im Gefällebetrieb erfolgen.
Zunächst wurde der Hochbehälter als Doppelkammeranlage
mit jeweils 10.000 Kubikmeter
Speicherinhalt in fugenloser Stahlbetonbauweise
erbaut. Im zugehörigen Schieberhaus sind die großkalibrigen
Zu- und Ablaufleitungen untergebracht.
Schon im ersten Betriebsjahr 1959 hatten die angeschlossenen
Gemeinden die ihnen zustehenden
Beteiligungsquoten nicht nur voll genutzt, sondern
sogar überschritten.
Eine Untersuchung der Betriebsverhältnisse ergab,
dass mit einer Vergrößerung des Scheitelbehälters
Liptingen nicht nur eine Steigerung der
Betriebssicherheit, sondern auch Einsparungen an
elektrischer Energie erzielt werden konnten. Es wurde
festgestellt, dass sich ein größerer Behälterraum
auf längere Betriebszeiten für die kleine und mittlere
Pumpe auf dem Sipplinger Berg und damit auf
den Pumpenbetrieb mit preisgünstigem Nachtstrom
besonders positiv auswirkt.
Abb. 1: Lage des Scheitelbehälters Liptingen im
Fernleitungsnetz der Bodensee-Wasserversorgung
Zwei Maßnahmen wurden damals zur
Leistungserhöhung der Gesamtanlage eingeplant:
Eine Erweiterung der Speicheranlagen
(Hochbehälter) und eine Drucksteigerung längs der
1. Hauptleitung.
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Hochbehälter im Fernleitungsnetz der BWV
Abb. 2: Längsschnitt
1. Hauptleitung der BWV
So kam es 1960 zum Entschluss, am HB Liptingen
sowie den Behältern Zepfenhan, Öschingen und
Wessingen eine Drucksteigerung für einen maximalen
Durchsatz bis 3.000 l/s zu erbauen.
Gleichzeitig erfolgte die Vergrößerung des
Scheitelbehälters Liptingen durch zwei weitere
Kammern auf insgesamt 50.000 Kubikmeter
Fassungsvermögen.
Die Kammern 1 und 2 haben eine Grundfläche von
45 x 40 m, während die zusätzlichen Kammern 3
und 4 - bei gleicher Breite - eine Länge von 75 m
aufweisen. Die nutzbare Wassertiefe beträgt in allen
Kammern ca. 5,5 m. Die Decken werden von einem
Stützen-Raster von knapp 5 auf 5 m getragen (insgesamt
368 Stück).
1. Hauptleitung
nach Stuttgart
Abgang
Drucksteigerung
Einsteighaus
1. Hauptleitung
vom Bodensee
Abb. 3: Grundriss
und Längsschnitt
Scheitelbehälter Liptingen
3

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Zu erwähnen ist noch, dass die Behältersohlen bzw.
Bodenplatten erst eingebaut wurden, nachdem
die Erdüberschüttung über den Wasserkammern
fertig gestellt war. Damit sollten Risse in der
Bodenplatte durch unterschiedliche Setzungen aus
dem Lasteintrag der Stützen in den Baugrund einerseits
und der Lastabtragung der Bodenplatte
infolge der Wasserfüllung andererseits verhindert
werden. Als Bewehrungsüberdeckung hat die damalige
Leistungsbeschreibung 30 mm vorgeschrieben.
Zusätzlich wurden innen ein Zementputz auf Decken
und Wänden mit 15 mm und ein Estrich mit 40 mm
Stärke aufgetragen.
Die Beschickung erfolgte von der Hauptleitung
über das Einsteighaus zunächst in eine zentrale
Einlaufkammer. Die Einlaufüberfallhöhe ist im
Niveau höher als der Übereich angeordnet. Auf diese
Weise wird ein Leerlaufen des Behälters in Richtung
Sipplingen verhindert. Anschließend gelangte der
Zulauf über einen zentralen Mittelkanal bis ans hintere
Ende der Kammern.
Mittels Verdrängerströmung und einer
Vorkopfentnahme erfolgte die Umwälzung des
Behälterinhaltes. Eine große Anzahl Plattenschieber
gewährleistete flexible Beschickungs- und
Entnahmemöglichkeiten bei Teilbetriebszuständen
während der turnusmäßigen Reinigungs- und
Instandhaltungsarbeiten.
Voruntersuchungen für Instandsetzungsarbeiten
Im Deckenbereich zeichnete sich stellenweise
die Bewehrung ab.
Mehrere größere Risse, zum Teil über die gesamte
Wandhöhe, durch Lastumlagerungen aus
der Zeit des Erweiterungsbaues waren im Laufe
der Zeit unsachgemäß abgedichtet worden. Sie
waren auch aus hygienischer Sicht zu beanstanden.
Es gab undichte Bauwerksfugen zwischen
Wasserkammern und dem Zulaufkanal.
Im Bodenbereich, vor allem um die Stützen,
kam es durch die in früheren Zeiten verwendeten
säurehaltigen Reinigungsmittel zur
Zerstörung der Zementmatrix und damit zu
Auflösungserscheinungen des Estrichs.
Mehrere Hohllagen des Zementputzes wurden
in allen Bauteilbereichen entdeckt.
Schließlich waren die vielen Armaturen korrodiert
und undicht.
Zur Innenabdichtung wurden alle Kammern bereits
beim Bau mit einem dreilagigen Zementputz versehen.
Die Anforderungen in der Leistungsbeschreibung
zeigen den hohen Qualitätsanspruch der BWV
mit der Vorgabe von hochwertigen Materialien und
den geforderten Arbeitsschritten.
Nachdem bei den regelmäßigen Inspektionen ein
fortschreitendes Schädigungsbild am Innenputz
und der hydraulischen Ausrüstung festgestellt
wurde, erfolgte im Jahr 2002 eine umfassende
Bestandsaufnahme und Schadensuntersuchung.
Im Einzelnen wurde dabei festgestellt:
Die vorhandene Abdichtung und der Putz darunter
wiesen großflächig Absandungen und
Aufweichungen auf. Stellenweise war die
Abdichtung vollständig abgetragen (hydrolytische
Korrosion).
Abb. 4: Korrosion an Kammerarmaturen
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Pos. Wände
Herstellung der Wände aus Stahlbeton mit Zementputz Aufbau
Wasserdichter Glattstrich, 1,5 cm stark, mit Dyckerhoff-Weiß. Auf die nach
Angabe der Bauleitung weiß zu putzenden Flächen der Stützen und Wände ist der
Putz wie folgt aufzutragen:
1. Arbeitsgang:
Anwerfen mit 500 kg PZ/m³ Fertigmörtel unter Verwendung von Sand mit 0-3 mm
Korngröße, Schichtstärke 3 mm.
2. Arbeitsgang:
Grundieren mit 650 kg Dyckerhoff-Weiß-Zement pro m³ Fertigmörtel unter Verwendung
von Quarzsand von 0-2 mm Korngröße. Schichtdicke 9 mm.
3. Arbeitsgang:
Glätten mit 1.500 kg Dyckerhoff-Weiß-Zement pro m³ Fertigmörtel unter
Verwendung von Sipur von 0,2 - 0,5 mm Korngröße. Schichtdicke 3 mm.
Die Zuschlagstoffe sind wie folgt zu beziehen:
a) Kristallquarzsand, gewaschen, 0 bis 2 mm Korngröße von:
Gebr. Dorfner oHG,. Kaolin- und Kristallquarz-Sandwerk, Hirschau/Opf.
b) Sipur-Quarzsand, gewaschen und getrocknet, 0 - 0,5 mm Korngröße von:
Bremtaler Quarzitwerke GmbH., Usingen/Taunus.
Die Dyckerhoff-Weiß-Zement-Putzarbeiten sind mit größter Sorgfalt auszuführen,
so dass Verunreinigungen und Verfärbungen ausgeschlossen sind. Für die Arbeiten
müssen Kunststoffkellen verwendet werden. Der Dyckerhoff-Weiß-Mörtel
darf mit keinerlei Eisenteilen in Berührung kommen.
Bei der Lagerung der Zuschlagstoffe und des Zements (auf Dielen!) ist auf
äußerste Sauberkeit zu achten.
Pos. Decke
Herstellung der Stahlbetondecke mit Zementputz
Zementputz der Decken 1,5 cm stark, 450 PZ/m³ Fertigmörtel, in 2 Arbeitsgängen
tadellos eben gescheibt, Ecken und Kanten nach Kehlen ausgerundet. Flächen und
Termin nach Angabe der Bauleitung.
Auf dem Großteil der Unterseite der Behälterdecke einschl. der Pilze unter sauberer
Herausarbeitung von deren Kanten.
Pos. Boden
Herstellung der Bodenplatte mit Glattstrich
Wasserdichter Glattstrich aus scharfem, reinem Sand mit 600 kg PZ/m³ Fertigmörtel,
4 cm stark mit Baustahlgewebe N 141 (verrechnet nach Pos. 41 r) auf der Sohle
des Behälters und der Sümpfe, einschl. der Anschlüsse mit Kehlen 10 cm
an Wänden und Pfeilern, sowie Abrundung von Kanten und Ecken aller Art.
Abb. 5: Auszug aus dem
Ausschreibungstext von
1960
Dennoch zeigten sich jetzt, nach vielen Betriebsjahren,
starke Hydrolyseerscheinungen am Wandputz und
am Glattstrich des Kammerbodens. Zu erkennen
waren eine starke Verfärbung der Oberflächen von
braun bis zu gelb-beige und Aufweichungen bis in
eine Tiefe von 3-5 mm. Die angetroffenen Putzarten
waren entgegen der Leistungsbeschreibung sehr
unterschiedlich in Farbe (weiß, grau, schwarz) und
Auftragsstärke (mehrlagig aber stellenweise auch
nur eine Lage). Ebenso heterogen waren die Festigkeitseigenschaften.
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eine zusammenfassende Bauzustandsanalyse
durchgeführt. Auf dieser Grundlage konnte ein
Instandsetzungsplan für die Sanierungsmaßnahme
aufgestellt werden.
Abb. 6: Auflösung der
Glattstrichbeschichtung
am Boden
Auf Grund dieser zahlreich festgestellten Probleme
wurde 45 Jahren nach dem Bau der Behälteranlage
eine Gesamtsanierung mit dem Ziel einer dauerhaften
Sicherung der Trinkwasserqualität sowie
zum Schutz der statischen Konstruktion mit gleichzeitiger
Erhöhung der Lebensdauer des Bauwerkes
beschlossen.
Vor der eigentlichen Ausführungsplanung wurde
anhand der vorgenannten Schädigungsbilder
Um die langfristige Standsicherheit des Gebäudes sicherzustellen,
ist es von erheblicher Bedeutung, den
Schutz der Bewehrung gegen Korrosion zu gewährleisten.
Daher wurde die Bewehrungsüberdeckung
großflächig an allen Bauteilen des Behälters überprüft,
die Druckfestigkeit und das Elastizitätsmodul
(E-Modul) des Beton festgestellt sowie die Tiefe der
Karbonatisierung im Beton ermittelt.
Zur Beurteilung der vorhandenen Beschichtung
wurde das vorhandene Material einschließlich des
Schichtenaufbaus genauer untersucht. Über eine
optische Beurteilung des Bauwerkszustandes hinaus
wurde die Oberflächenzug- bzw. Haftzugfestigkeit
ermittelt, um eine Aussage über die Verbindung der
vorhandenen Wand- und Bodenbeschichtung zum
Untergrund treffen zu können (Tabelle1).
Haftzugwerte [N/mm²] Mittelwerte Anzahl Kleinster Wert < 1N/mm²
Wasserkammer 1
Wandputz unten 1,10 44 0,08 18
Wandputz oben 1,78 12 0,46 3
Wand Beton ohne Putz 2,92 4 2,44 0
Stützen 1,78 15 0,92 1
Boden 1,29 21 0,78 6
Decke 1,90 11 0,99 1
Wasserkammer 3
Wandputz unten 0,52 7 0,20 6
Tab. 1: IST-Haftzugwerte
vor der Sanierung
6
Stützen 0,93 40 0,29 26
Boden 2,05 6 1,02 0
Decke 1,65 19 1,15 0

Mittelwerte WK 1 WK 2 WK 3 WK 4
Karbonatisierungstiefe 1-4 mm 0-2 mm 1-4 mm 1-3 mm
Bewehrungsüberdeckung 45–55 mm 40-50 mm 41-65 mm 40-50 mm
Druckfestigkeit Beton C 30/37 C 30/37 C 30/37 C 30/37
Tab. 2: IST-Zustand
Tragwerksbeton
Das Ergebnis dieser Untersuchungen zeigte, dass
die vorhandene Beschichtung und der darunter liegende
Putz nur in einigen Bereichen einen relativ
schlechten Zustand aufwiesen und entfernt werden
mussten. Die eigentliche Betontragkonstruktion befand
sich insgesamt in einem guten Zustand, wie
die sorgfältige Bauausführung der fünfziger Jahre
vermuten ließ (Tabelle 2).
Für die Innenauskleidung wurde im Instandsetzungskonzept
eine mineralische Beschichtung
vorgesehen. Auf Grund der Voruntersuchungen
konnte überwiegend von einer oberflächennahen
Schädigung der Putzflächen ausgegangen werden,
weshalb nach Herstellung eines tragfähigen
Untergrundes ein Dünnschichtmörtel in mehreren
Lagen aufgebracht werden sollte.
Ziel war es, eine Oberfläche zum Schutz des Tragwerks
mit entsprechender Wasserundurchlässigkeit sowie
Reinigungsfähigkeit herzustellen.
Selbstverständlich hatte die Durchführung der
Maßnahme mit vertretbarem wirtschaftlichem
Aufwand zu erfolgen.
Studie zur Optimierung der Durchströmung in
Zusammenarbeit mit der Universität Stuttgart
Da der Erneuerungsaufwand von 25 Großarmaturen
(Plattenschieber 0,8 x 1,2 m) und der weiteren
Einrichtungen in den Zulaufkanälen beträchtlich
war, musste das bestehende Einlaufsystem, das nach
dem Prinzip Verdrängungsströmung aufgebaut war,
grundsätzlich neu betrachtet werden.
Ziel war, ein neues Einlaufkonzept zu finden, bei
dem die Behälterdurchströmung und damit die
hygienischen Verhältnisse in den Kammern sich
verbesserten. Außerdem sollten durch sinnvolle
Vereinfachungen die Kosten so weit wie möglich
reduziert werden. Das bisherige Konzept mit ei-
Abb. 7: Druckprüfung
Bohrkerne im Labor
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ner Einlaufkammer, in die von der Zulaufleitung
her oberhalb des Übereichs eingespeist wird,
musste allerdings beibehalten werden, um einen
Rücklauf der Kammern über die Zulaufleitung
in Richtung Sipplinger Berg zu verhindern. Auch
beim Auslaufsystem war man auf die bestehende
Leitungsführung im Schieberhaus festgelegt.
Die BWV hatte bereits 1974 gute Erfahrungen
bei der Verbesserung der Wasserqualität mit der
Umstellung vom Prinzip der Verdrängungsströmung
auf die Durchmischungsströmung erzielt. Hierbei
erfolgt der Einlauf über einen Tauchstrahl mit
einem bestimmten Neigungswinkel und definiertem
Bodenabstand. Das frisch zulaufende Wasser wird
über den Strahlimpuls gleichmäßig in das vorhandene
Wasser eingemischt, so dass frischeres
und älteres Wasser den Ablauf stets im gleichen
Mischungsverhältnis verlassen.
Abb. 9: Versuchsstand im Institut für Wasserbau der Universität
Stuttgart
Von den acht untersuchten Varianten der Einspeisestelle
und Einlaufart war wie erwartet das
Konzept der Impulsströmung die beste Lösung. Die
Variante die in Gegenrichtung zum Auslauf diagonal
in die Mitte der Kammern 3 und 4 einspeist, erzielte
Abb. 8: Prinzipdarstellung
Wasserkammerdurchströmung
Mit dem Institut für Wasserbau der Universität
Stuttgart (IWS) konnte seit 1976 in enger
Zusammenarbeit für mehrere BWV-Behälter (u. a.
Kammer 5 und 6 des HB Rohr) eine Optimierung der
Einlaufsysteme untersucht und festgelegt werden.
Für die aktuelle Planung im HB Liptingen konnte wegen
der Vielzahl von Säulen in den Kammern keine
verlässliche Übertragung der alten Ergebnisse mittels
der Modellgesetze vorgenommen werden. Das IWS
wurde daher von der Bodensee-Wasserversorgung
beauftragt, für die unterschiedlichen Betriebsfälle
im HB Liptingen eine neue modelltechnische
Untersuchung durchzuführen.
das in jeder Hinsicht beste Ergebnis (Abb. 9). Die
Verweilzeit in den Kammern 3 und 4 konnte mit dieser
Durchmischungsströmung gegenüber der alten
Verdrängungsströmung um den Faktor 10 verkürzt
werden.
Die Lösung bot außerdem die gesuchte Vereinfachung
im Einlaufsystem. Die Investitionskosten konnten
mit dieser Lösung deutlich gesenkt werden.
Auch für den zukünftigen Betrieb (Reinigung)
und Unterhalt der Anlage stellt diese Lösung eine
Vereinfachung und Kostenersparnis dar.
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Abb. 10:
Prinzipdarstellung Neue
Kammerbeschickung
und –entnahme
Ausschreibung und Vergabe
Im Vorfeld der Betoninstandsetzung wurde ein
Teilnahmewettbewerb nach VOB durchgeführt.
Anhand von verschiedenen Auswahlkriterien
(Leistungsfähigkeit, Fachkompetenz und Qualifikation
des Personals) erfolgte die Bieterauswahl im
Vorfeld der Ausschreibung. Aus dem Teilnehmerkreis
konnten sieben Firmen zur Abgabe eines Angebotes
aufgefordert werden. Der günstigste Bieter erhielt
auf der Basis des Hauptangebotes in Höhe von 1,8
Mio. Euro den Auftrag für die Betonsanierungs- und
Beschichtungsarbeiten.
Die Auftragsvergabe erfolgte unter Berücksichtigung
der Trinkwasserverordnung, den einschlägigen
DVGW-Arbeitsblättern (W 300, W 316, W 347), der
Instandsetzungsrichtlinie ZTV-SIB (heute ZTV ING)
und den verschiedenen DIN-Normen. Dass die beauftragte
Firma noch zu Beginn der Baumaßnahme
als eine der ersten Fachfirmen die Zertifizierung
nach DVGW W 316 erwerben konnte, bestätigte uns
in diesem Vorgehen.
Instandsetzungsplan
Die betriebliche Vorgabe, dass während der gesamten
Bauzeit jeweils zwei Behälterkammern
in Betrieb gehalten werden mussten, um die
Versorgungssicherheit zu gewährleisten, stellte vor
allem mit der zusätzlichen Außerbetriebnahme des
Zulaufkanals eine Herausforderung dar. So ergaben
sich fünf unterschiedliche Bauabschnitte mit
jeweils wechselnden Betriebszuständen für den
Hochbehälter. Hierfür musste von der Schaltwarte
auf dem Sipplinger Berg der maximale Zulauf in
den Behälter an die jeweilige Bauphase angepasst
werden.
Nach der Außerbetriebnahme der kleinen Kammer 2
wurde ein provisorisches Zulaufsystem installiert.
Vor Beginn der Bauarbeiten waren ausreichend
robuste Abschottungen zwischen den
einzelnen Baubereichen unter Beachtung der
Trinkwasserhygiene einzubauen. Notwendige Zuund
Abluftführungen für die am Netz befindlichen
Kammerteile sowie für die Baustellenbewetterung
mussten hergestellt werden.
Bauablauf der Beschichtungs- und Betoninstandsetzung
Nach dem Auf- bzw. Umbau der Staubwand und
der Leerung der jeweiligen Wasserkammer erfolgte
zunächst eine weitere Begutachtung der
vorhandenen Beschichtung und der darunter liegenden
Mörtelschichten. In den Wasserkammern
1, 3 und 4 war es notwendig, große Bereiche des
Putzes zu entfernen. Hier gab es Absandungen und
größere Hohlstellen, sodass bei Belassen des alten
Putzes der Untergrund die Mindestanforderung
an Oberflächenzugfestigkeit für die Beschichtung
nicht erfüllt hätte.
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Für den Auftrag einer neuen Beschichtung war
es erforderlich, eine raue und griffige Oberfläche
herzustellen und die letzten losen und mürben
Bestandteile zu entfernen.
Der Putzabtrag erfolgte dann durch Höchstdruckwasserstrahlen
(HDW) mit 2.000 bar bzw. in der
Wasserkammer 4 durch Abstemmen. Gleichzeitig
wurden Kiesnester im Beton sowie hohl liegende
bzw. aufgelöste Bereiche des Estrichs mit abgetragen.
Insgesamt mussten ca. 200 to schadhafter
Putz, Estrich sowie Beton abgetragen und
aus dem Behälter transportiert werden. In diesem
Zusammenhang wurden für die neuen Armaturen
Öffnungen von bis zu 2 auf 2 Meter mittels Höchstdruckwasserstrahlen
(Schneiden mit Wasserstrahl
von 2000 bar) hergestellt.
Anschließend erfolgte die Begutachtung der gestrahlten
Flächen und die eigentliche Sanierung
der Betonkonstruktion. Die undichten Bereiche
wurden durch Verpressarbeiten abgedichtet bzw.
an besonders kritischen Stellen mit einer neuen
Außenabdichtung versehen. Ferner wurden die korrodierten
Bewehrungsstähle freigelegt, gestrahlt
und mit einem Korrosionsschutz auf Zementbasis
versehen. Teilweise wurden auch einzelne, nicht
mehr tragfähige Bewehrungseisen herausgeschnitten
und neue in die Betonkonstruktion eingebettet.
Parallel zu diesen Arbeiten erfolgten die Abbruchund
Stahlbetonarbeiten, die Armatureninstallation
sowie die erforderlichen Bewehrungs- und
Betonierarbeiten. Auf die gleiche Weise erfolgte dann
die Herstellung des neuen Zulaufes, nur dass hier auf
Grund der zu erwartenden Beanspruchungen eine bis
zu vier Meter hohe Wandverstärkung (Vorsatzschale)
hergestellt werden musste.
Bauablauf Erneuerung hydraulische Ausrüstung
Aufgrund der beschriebenen Umstellung des neuen
Einlaufsystems von der Verdrängungs- zur Durchmischungsströmung
konnte die Anzahl der notwendigen
Armaturen deutlich reduziert werden. Insgesamt wären
25 Großarmaturen (Plattenschieber 0,8 x 1,2 m)
und zwei Drucktüren zur Erneuerung angestanden.
Abb. 10: Neuer Wanddurchbruch für Verbindungsarmatur
Durch das neue Konzept konnten diese Armaturen
durch zwei Tauchrohre mit Einlaufarmaturen und
weitere sechs Verbindungsarmaturen zwischen den
Kammern ersetzt werden. Außerdem mussten zwei
Auslaufarmaturen und Leerungsarmaturen ersetzt
werden.
Die grundsätzliche Forderung der Zulassung für
Trinkwasser musste selbstverständlich erfüllt sein
und der sehr schwierigen Einbausituation musste
Rechnung getragen werden. Zur Auswahl kamen bei
den Großarmaturen 8 Stück DN 1200 Absperrklappen
der Kurzbaulänge als Verbindungsarmaturen
zwischen den größeren Kammern 3 und 4 und den
kleineren Kammern 1 und 2. Zusätzlich wurden 2
Stück DN 800 Absperrklappen für den Auslauf benötigt.
Mit diesen konnte die Forderung der Strömungsoptimierung
kostengünstig erfüllt werden.
Allein mit der Reduzierung der Armaturenzahl wurden
ca. 160.000 Euro eingespart. Auch die Auswahl
der Armaturentypen trug zur Kostenreduzierung bei.
Bei der Ausführung der Montagearbeiten war eine
enge Anpassung an das Baugeschehen mit einer
hohen zeitlichen Flexibilität der Arbeitskräfte erforderlich.
Nur so konnten die gesamten Arbeiten
schnellstmöglich abgewickelt werden. Eine weitere
Herausforderung waren die engen Platzverhältnisse
bei den Montagezugängen. Hier musste durch
Sondermaßnahmen und Sonderkonstruktionen
den schlechten Zugangsverhältnissen Rechnung
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getragen werden. So wurden beispielsweise die
Auslauftulpen der Nennweite DN 1200, die zum
optimalen Auslauf strömungsgünstig gestaltet
sind und große Abmessungen aufweisen, als geteilte
Konstruktion eingebracht. Zusätzlich musste
die Brüstung zum Herunterheben der Teile
an den Einhebestellen ausgespart werden. Diese
Öffnungen wurden durch zweiflügelige Drucktüren
verschlossen, um sie für spätere Maßnahmen als
Montageöffnungen zu erhalten.
Auch für den provisorischen Einlauf der Nennweite
DN 1200 war es bei den sehr engen Verhältnissen
erforderlich, sozusagen in „Millimeterarbeit“
schwerste Formteile einzuheben, vor Ort anzupassen
und zu montieren.
(Orangenhaut), gespritzt wurde. Zum Abschluss erfolgte
eine Verkieselung der neuen Oberfläche.
Abb. 12: Neu einbetonierter
Wanddurchgang
für Entnahmeleitung
Auf den Bodenflächen wurde das Material zunächst
im Estrichbauverfahren eingebracht und händisch
geglättet. Der Auftrag der obersten Lagen erfolgte
dann durch ein modifiziertes Spritzverfahren.
Abb. 11: Anlieferung der Auslauftulpe in geteilter Form
Die Auslauftulpen, die insgesamt acht
Wanddurchgänge und die sonstigen Formstücke
und Teile wurden aus austenitischem Edelstahl gefertigt.
Nur die alte Einlauftulpe in der separaten
Einlaufkammer konnte, nachdem das Provisorium
wieder zurückgebaut war, weiter verwendet werden.
Die eigentlichen Beschichtungsarbeiten kamen erst
nach Abschluss all dieser vorgenannten Maßnahmen
zur Ausführung (Abb. 13). Verwendet wurden hierfür
Materialien der Firma Vandex.
Der Beschichtungsaufbau erfolgte mehrlagig.
Nach erfolgtem Rautiefenausgleich, der zwischen
2 und 10 mm lag, wurde eine bis zu 10 mm starke
Mörtelschicht (die bereits die Anforderungen
für Trinkwasser erfüllt) aufgetragen. Als
Endbeschichtung wurde Cemline Top Grau in zwei
Lagen aufgetragen, wobei die erste Lage geglättet
und die zweite Lage in Hammerschlagstruktur
Bei den Deckenflächen folgten nach dem
Korrosionsschutz der Bewehrung eine Ausgleichsspachtelung
und eine zweilagige Endbeschichtung
mit insgesamt 4 mm sowie eine Verkieselung als
Schlussauftrag.
Abb. 13: Beschichtungsaufbau
– Schnitt Wasserkammer
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Zu den Arbeiten in den Kammern,
Kanälen und Bediengängen
zählte auch die Montage einer
neuen, insgesamt 240 m langen
2 Zoll Hauswasserleitung zur
Kammerreinigung, die Montage
von Einstiegen, Podesten, Handläufen
und Geländern. Dabei
musste die Bediensicherheit für
das Personal den heute gültigen
Unfallverhütungsvorschriften
angepasst werden.
Abb. 14: Wandbeschichtung
mittels Nassspritzverfahren
Sonstige Erneuerungsarbeiten
An der Sanierung des HB Liptingen waren 20 Firmen
mit insgesamt 15 Gewerken tätig. Immer wieder
mussten ablaufbedingt mehrere Hauptgewerke
gleichzeitig auf der Baustelle tätig werden, was auf
Grund relativ enger Zugangsmöglichkeiten nicht
immer einfach war. Die gesamte Maßnahme war
nach einer Bauzeit von zweieinhalb Jahren abgeschlossen,
die eigentliche Kammersanierung hatte
eine Bauzeit von zwei Jahren.
Im Bediengang und im Übereichkanal wurde die
gesamte elektrotechnische Ausrüstung komplett erneuert
und in den repräsentativen Bereichen unter
Putz verlegt. Zur Bündelung von ohnehin notwendigen
Erneuerungsmaßnahmen erfolgte im Rahmen
des Gesamtprojektes der Austausch der Niederspannungsschaltanlage.
Im Einstiegshaus des Hochbehälters
wurden außerdem die
Entleerleitungen der hinteren
Kammern 3 und 4 optimiert und
eine neue RBS im Umgang des
Rücklaufes Richtung Sipplingen
eingebaut. Komplettiert wurde
die Sanierung der hydraulischen
Komponenten mit der
Zementmörtelauskleidung für
die außerhalb des Behälters
angeordneten Entnahme- und
Entleerleitungen.
Nach Abschluss vorgenannter
Arbeiten in den Wasserkammern erfolgte die
Renovierung der durch die Baumaßnahme beanspruchten
Gebäudebereiche. Es wurden beschädigte
Fliesen und Platten ausgetauscht. Vor allem
der durch den Putzabtrag zerstörte Brüstungskopf
des Bedienganges musste erneuert werden. Zudem
wurden die Innenflächen der Rohrkeller mit einem
Renovierungsanstrich versehen und stellenweise der
Korrosionsschutz der Rohrleitungen ausgebessert.
Im Außenbereich wurde das gesamte Gelände mit
einer neuen Zaunanlage gesichert. Weiterhin erfolgte
ein Neuaufbau des Hofbelages, der durch
beträchtliche alterungsbedingte Setzungen beschädigt
war.
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Abb. 15: Einbau der
Bodenbeschichtung
Abb. 16: Fertiger Bediengang im Hochbehälter Liptingen
Qualitätskontrolle der Beschichtungsarbeiten
Bei allen im Kammerbereich zum Einsatz kommenden
Materialien musste deren Eignung und
Zulassung für den Einsatz im Trinkwasserbereich
vom Hersteller nachgewiesen werden. Von jeder
Charge des auf der Baustelle Liptingen zum Einsatz
kommenden Beschichtungsmaterials wurden zudem
Rückstellproben genommen.
Nach Abschluss der Beschichtungsarbeiten erfolgten
wiederum kammerweise verschiedene
Untersuchungen an der fertigen Beschichtung.
Auf diese Weise soll die Qualität der ausgeführten
Arbeiten sichergestellt werden. Es wurden Bohrkerne
entnommen, zum einen zur stichprobenartigen
Überprüfung der aufgebrachten Schichtstärken,
zum anderen für weitere Untersuchungen im Labor.
An der fertigen Beschichtung wurden vor Ort erneut
die Haftzug- und Druckfestigkeit sowie die
Karbonatisierung ermittelt.
An der Materialforschungs- und Prüfanstalt Weimar
wurden an den entnommenen Bohrkernen
Abb. 17: Probenahme
nach der Sanierung zur
Qualitätssicherung
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Vergleich
in Wasserkammer
1 Offene Porosität Gesamtporosität
nach DIN EN 993-1
nach DVGW W300
nach nach nach nach
Fertigstellung einem Jahr Fertigstellung Fertigstellung
Tab. 3: Porositäten nach
Fertigstellung und einjährigem
Betrieb
Wand 1 11,8 % 6,3 % 14,00 % 7,50 %
Wand 2 10,9 % 7,4 % 15,60 % 9,06 %
Wand 3 10,1 % 7,5 % 12,90 % 8,44 %
Boden 10,2 % 9,8 % 15,50 % 10,62 %
Abb. 18: Auszug aus dem
Terminablaufplan
sowie an den hergestellten Rückstellproben des
Beschichtungsmaterials weitere Untersuchungen
durchgeführt. So wurden unter anderem die statischen
und dynamischen E-Module und die Druckund
Biegezugfestigkeiten ermittelt. Weiterhin ist
die Alkalität und elektrische Leitfähigkeit des aufgebrachten
Materials bestimmt sowie wiederum
die Porosität mit den beiden o.g. Verfahren ermittelt
worden.
In der Wasserkammer 1 wurde nach einjähriger Betriebszeit
erneut ein ähnliches Untersuchungsprogramm
durchgeführt. Zum einen um für die
Endabnahme der Leistungen eine Aussage treffen
zu können, zum anderen auch um die Veränderung
der untersuchten Parameter nach einer gewissen
Betriebsdauer feststellen und so eine Aussage über
die Langzeitbeständigkeit der neuen Beschichtung
treffen zu können.
Nach DVGW W 300 werden im Rahmen von
Erstprüfungen des Materialherstellers Werte von
12 ± 3 Vol.-% für die Gesamtporosität gefordert.
Kurz nach der Fertigstellung der Beschichtung im
HB Liptingen liegen diese Porositätswerte, trotz
Baustellenbedingungen, nur leicht über diesen
Werten. Nach einjähriger Betriebszeit konnte bei
einer weiteren Qualitätsüberprüfung festgestellt
werden, dass die ermittelten Werte zum Teil sogar
deutlich besser als die geforderten Werte sind. Dies
erklärt sich mit der nachträglichen hydraulischen
Reaktion der Zementbestandteile im Spritzmörtel.
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Auch wenn die Porosität bzw. Dichtigkeit nicht
das einzige Maß für die Dauerhaftigkeit einer
Beschichtung darstellt, so kann man doch davon
ausgehen, dass die neue Beschichtung im HB
Liptingen einen ausreichenden Widerstand gegen
die hydrolythische Korrosion des Zementsteines
darstellen wird.
Fazit
Alle Anforderungen an Oberflächengüte, Porosität
und Festigkeit konnten nachgewiesen werden. Auch
die bisherigen betrieblichen Erfahrungen sind positiv.
Bis zum Ablauf der Gewährleistung werden
weitere Untersuchungen zur Beständigkeit der ausgeführten
Beschichtung folgen. Nicht zuletzt von
diesen Ergebnissen und den jeweiligen objektspezifischen
Anforderungen wird es abhängen, inwieweit
das hier verwendete System auch bei weiteren
notwendigen Behältersanierungen zur Anwendung
kommen wird.
Abb. 19: Wasserkammer 3 mit neuer Innenbeschichtung bei Inbetriebnahme
Maßnahme im Überblick/Statistik der Maßnahme
Baubeginn Mai 2004 - Fertigstellung April 2006
15 verschiedene Gewerke waren im Zuge der
Baumaßnahme tätig.
3,9 Mio. Euro Umbau- und Erneuerungskosten
davon ca.
1,8 Mio. Euro Betonsanierung und Beschichtung
0,6 Mio. Euro Formstücke und Armaturen
0,2 Mio. Euro Beton- und Stahlbetonbau
0,2 Mio. Euro Abbrucharbeiten
0,2 Mio. Euro Elektroarbeiten
0,2 Mio. Euro Schlosserarbeiten
0,7 Mio. Euro sonstige Gewerke.
Umbau des Zulaufsystems zur Optimierung der
Durchströmung in Zusammenarbeit mit der Universität
Stuttgart. Qualitätssicherungsprüfungen
an der Betonbeschichtung in Zusammenarbeit mit
der MFPA Weimar.
Dauer der Kammersanierung 1,5 Jahre,
Gesamtbauzeit ca. 2,5 Jahre.
Insgesamt ca. 35.000 m² zu beschichtende Fläche mit
ca. 50 - 55 Euro/m² Kosten für die Beschichtungsarbeiten
davon:
Boden 10.000 m²
Wände 6.200 m²
Decken 9.000 m²
Stützen/Treppen 8.900 m² (368 Stützen)
Zulaufkanal 900 m².
ca. 700 to Beschichtungsmaterial wurden verarbeitet
ca. 200 to schadhafter Putz und Beton wurde abgetragen
ca. 700 m alte Bewehrung wurden saniert.
Scheitelbehälter Liptingen; Ü = 753,50 ü NN:
Erste Inbetriebnahme 1958 mit 20.000 m³.
Anfang der 60er Jahre Erweiterung auf 50.000 m³.
1964 Bau des DPW zur Durchsatzerhöhung, zusammen
mit anderen DPWs sind an der 1. HL bis zu
3.000 l/s weiterförderbar.
Nach Bau der 2. HL dient Drucksteigerung nur noch zur
Spitzenabdeckung bei besonderen Betriebsfällen.
Maximaler Zulauf vom Sipplinger Berg ca. 3.300 l/s.
Autoren dieses Artikels:
Dipl.-Ing. Gunnar Scholz
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Telefon: 0711 - 97 32 251
Email: gunnar.scholz@zvbwv.de
Edgar Schwinge
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Telefon: 0711 - 97 32 290
Email: edgar.schwinge@zvbwv.de
Dipl.-Ing. Burkhard Wolf
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Telefon: 0711 - 97 32 295
Email: burkhard.wolf@zvbwv.de
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