Mobile Trockenwetterrinne zur Erhöhung der hydraulischen Leistungsfähigkeit

Steigendes Umweltbewusstsein sowie der Wunsch nach Energieeinsparung und Ressourcenschonung führen dazu, dass immer mehr Menschen bewusst Wasser einsparen. Gleichzeitig treten vielerorts vermehrt längere Trockenperioden auf, sodass viele Kanalnetze an die damit einhergehenden hydraulischen Anforderungen angepasst werden müssen. Denn die verringerten Schmutzwassermengen wirken sich auf das Transportverhalten der mitgeführten Schmutzpartikel aus, die unerwünschte Ablagerungen begünstigen. Innerhalb kürzester Zeit kann durch das schlechter ablaufende Abwasser eine erhebliche Schmutzfracht-Sedimentation entstehen. Nicht nur Geruchsbelästigung durch entstehende Fäulnis, sondern auch Korrosion der Baustoffe sind die Folgen. Zum einen kommt es zu zeitaufwendigen Reinigungen und langfristig zu kostenintensiver Instandsetzung der Kanäle.

Auch in der NRW-Landeshauptstadt Düsseldorf waren aufgrund des abnehmenden Wasserverbrauchs nachträgliche Anpassungen zur Erhöhung der Fließgeschwindigkeit im bestehenden Kanalsystem notwendig. Erreicht werden sollte sie durch reduzierte Fließquerschnitte im Sohlbereich. Durch Einengung der Sohle (Trockenwetterquerschnitt) kommt es auch bei weniger Wasserzufluss zu einer ausreichenden Grenztiefe, die den Schmutztransport gewährleistet. Gleichzeitig ist bei sich ändernden hydraulischen Anforderungen mit großen Abflussmengen – Stichwort Starkregenereignisse – dennoch die maximal mögliche Wasserableitung ohne Rückstau gewährleistet. Bei der Optimierungsmaßnahme setzte der Stadtentwässerungsbetrieb der Landeshauptstadt Düsseldorf (SEBD) als Bauherr auf mobile Betonelemente, sogenannte Kanalsohlsteine. Dabei handelt es sich um massive Beton-Verbundelemente, die einfach und kostengünstig auf die Sohle gelegt und so als Trockenwetterrinne in einen bestehenden Kanal eingebaut werden können, um dort die Abflussgeschwindigkeit zu erhöhen und Ablagerungen zu vermeiden.

Als Entwicklungspartner für die Kanalsohlsteine und Lieferant wurde das Unternehmen Berding Beton mit seinem Werk DW Nievenheim gefunden. Berding Beton kann nicht nur eine mehr als 30-jährige Erfahrung vorweisen, sondern ist vor allem auch für sein Innovationspotenzial und die maßgeschneiderten Produktlösungen bekannt. So wurde auch in diesem Fall entsprechend Kundenwunsch die Idee des Kanalbetriebes SEBD gemeinsam erörtert, um in Bezug auf Konstruktion und Entwicklung der mobilen Bauteile zum verbesserten Schmutzwassertransport die beste Lösung zu finden.

Spezielle Verbundelemente

Die Grundidee: Die Abmessungen der Kanalsohlsteine sind so konzipiert, dass sie mobil und einfach durch die normative Schachtöffnung (Durchmesser 62,5 cm) eingebaut werden können. Es ist daher weder eine klassische Baustelle mit Baugrube noch das Öffnen des Kanals erforderlich, wodurch störende Beeinträchtigungen im städtischen Verkehrsnetz entfallen.

Außerdem punkten die speziellen Verbund-Elemente mit ihrer hohen Flexibilität. Sie können während des laufenden Betriebes eingebaut werden, sodass keine Wasserhaltung oder Wasserregelung notwendig ist. Der große Unterschied zu herkömmlichen fest verbauten Trockenwetterrinnen: Es handelt sich nicht um Festeinbauten, sondern um ein mobiles System, welches bei sich ändernden hydraulischen Anforderungen modifiziert oder problemlos wieder komplett über den Schacht entfernt werden kann. Durch ihr hohes Eigengewicht und den sicheren Verbund untereinander ist gewährleistet, dass die Betonfertigteile sich auf der Kanalsohle weder bewegen noch verschieben. Die Konstruktion als Baukastensystem ermöglicht die Realisierung jeder beliebigen Länge der gewünschten Trockenwetterrinne.

Nach guten Erfahrungen mit dem Einsatz von Kanalsohlsteinen als T-förmige Betonelemente in Sammlern mit Rechteckprofil entstand seitens des SEBD Kanalbetriebes der Wunsch nach Kanalsohlsteinen, die auch in runden Kanalquerschnitten eingesetzt werden können. Ein Novum, das aufgrund des Profilwechsels von waagerechter Sohle auf kreisrunden Querschnitt einiges an Kreativität und Know-how bei der Konstruktion erforderte. Denn auch bei einer Anordnung auf runder Kanalsohle sollten alle oben genannten Vorteile gewährleistet bleiben, beispielsweise, dass ein Herauslösen einzelner Verbundelemente selbst bei großen Abflussmengen und der damit verbundenen Krafteinwirkung auf die Bauteile ausgeschlossen ist. Die Produktentwicklung erfolgte erneut in Gemeinschaftsarbeit des Stadtentwässerungsbetriebes Düsseldorf mit Berding Beton.

Viele Vorteile der Fertigteile aus Stahlbeton

Erste Musterbauteile wurden zunächst unter realen Betriebsbedingungen in einem Pilotprojekt intensiv mit allen abflussbedingten Wasserständen und Fließgeschwindigkeiten in situ geprüft. Nach erfolgreichem Abschluss erfolgte im Herbst 2020 der erste Einsatz der Betonfertigteile für runde Querschnitte im Düsseldorfer Kanalnetz. 200 abgerundete Kanalsohlsteine mit einer Einzellänge von 916 mm, einer Breite von 285 mm, einer Höhe von 400 mm sowie einem Einzelgewicht von 180 kg wurden in ein rundes Querschnittsprofil DN 2500, das unter anderem einen Kurvenverlauf mit einem Radius von 35 m aufweist, was jedoch keinerlei Schwierigkeiten bereitete, eingebaut. Alle Steine wurden auf einem Lagesicherungssystem montiert. Die Arbeiten erfolgten im Bestand und unter vollem Betrieb.

Neben den bereits genannten Vorzügen der Kanalsohlsteine, wie hohe Flexibilität in der Handhabung im Vergleich zu festeingebauten Sonderquerschnitten und vor allem die Möglichkeit des nachträglichen Einbaus inklusive Schubsicherung zwischen den Fertigteilen, bietet auch das Material wesentliche Vorteile. Fertigteile aus Stahlbeton besitzen eine gleichmäßig dichte und glatte Oberfläche für die Sicherstellung der erforderlichen Fließgeschwindigkeit sowie eine hohe Qualität und Maßgenauigkeit. Das bedeutet, mithilfe von Kanalsohlsteinen für runde Querschnitte können Fertigteil-Trockenwetterrinnen schnell, einfach und in wirtschaftlicher sowie qualitativ hochwertiger Weise die hydraulische Leistungsfähigkeit von Kanalleitungen erhöhen. Hohe Flexibilität ist auch beim Einbau gegeben: witterungsbedingt können die Arbeiten jederzeit unterbrochen und anschließend ohne weitere Vorbereitungen problemlos fortgesetzt werden. Von großem Vorteil ist außerdem, dass die innovativen Kanalsohlsteine in nahezu jeden bestehenden als auch neu geplanten Kanal eingebaut werden können, da Berding Beton neben Standardformaten eine individuelle Formengestaltung der Betonfertigteile anbietet.

Im November 2020 überzeugten sich Michael Schoppen und Peter Albrecht vom Kanalbetrieb SEBD bei einer gemeinsamen Kanalbegehung mit den Herren Hans-Georg Müller und Gregor Jarosch vom Werk Berding Beton Nievenheim persönlich vom Ergebnis. „Uns ist es wichtig, auch nach Abschluss eines Projektes zu schauen, ob alles in der Praxis so funktioniert wie geplant und ob noch Verbesserungspotential an einzelnen Stellen besteht. Davon bekommt man natürlich vor Ort den besten Eindruck“, waren sich die Herren einig, die von der Umsetzung durch die Fachkräfte sehr beeindruckt waren. „Sie leisten hier im Kanal unter diesen besonderen Bedingungen Enormes.“