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INJEKTIONEN VONINJEKTIONEN VON WASSERKRAFTWERKEN AM BEISPIEL DER ALZKRAFTWERKE I UND IIALZKRAFTWERKE I UND II
T. Strobl, TU MünchenR H l t iR. Haselsteiner,
Historischer HintergrundgAlz vor der Korrektur
um 1850um 1850(Quelle: Degussa AG)
LechkorrektionLechkorrektionvon Scheuring
(aus Eckholdt 1998)
Historischer Hintergrundg
Typischer bayrischer Flussyp yVerzweigtGroßes Gefälle größtes Gefälle von vergleichbaren Flü i D t hl dFlüssen in Deutschland
Nachteile für die AnwohnerS fl d h ft A k b ?Sumpflandschaften Ackerbau?Hochwasser + Überschwemmungen (z. B. 1899)
Zahlreiche Anläufe zur Regulierung der AlzZahlreiche Anläufe zur Regulierung der AlzVor 1899: „Genossenschaft zur Regulierung des Abflusses“1902: Petition bei der königlich-bayrischen Regierung1902: Petition bei der königlich-bayrischen RegierungAblehnung begründet mit Geldmangel
Bauarbeiten
Nutzung der Wasserkraftg„Finanzierbarkeit der Regulierung“Ansiedlung erster IndustriezweigeErst „Bayerische Stickstoffwerke AG“Nach zahlreichen Änderungen betreibt die Kraftwerke heute die Alz Service GmbH, eine Tochter der DEGUSSAdie Alz Service GmbH, eine Tochter der DEGUSSA
Bau des Alzkanals und der KraftwerkeFertigstellung von Kraftwerk I und II im Jahre 1910Fertigstellung von Kraftwerk I und II im Jahre 1910Gesamte Baumaßnahme mit Kraftwerk III im Jahre 1920 fertig gestellt
JahresarbeitJahresproduktion 180 GWh/a100% Eigengebrauch durch die DEGUSSA AG100% Eigengebrauch durch die DEGUSSA AG
ÜbersichtKW II (Tacherting = Schalchen)Bauzeit: 1908-1910Leistung: 8 MW
KW I (Trostberg)Bauzeit: 1908-1910Leistung: 1 8 MW
KW III (Hirten = Hart = Caro)
Leistung: 19 MWBauzeit: 1916-1919
Erzeugung: 54 GWhErzeugung: 11 GWh
Brücken und Stege: 26Konzession: Feb 09
Leistung: 8 MW60 cbm/s
Gefälle:
Brücken und Stege: 3
52 cbm/s18 m
Masch.sätze: 5OW-+UW-Kanal: 6,5 kmOW-+UW-Kanal: 1,3 km
Gefälle:Wassermenge:Wassermenge:
Leistung: 1,8 MWWassermenge: 60 cbm/sLeistung: 19 MW
OW-+UW-Kanal: 14,2 kmMasch.sätze: 4Gefälle: 38 m5 m
Masch.sätze: 4
Brücken und Stege: 29Konzession: Nov 08
Erzeugung:Konzession: 2023
117 GWh
Möglinger Mühl-bach 8 cbm/s Wildbachüberfahrung
Eigentumsgrenze
Pfarrhofschleuse
Riegerschützen
-->
Walder- Mühl-bach 1,6 cbm/s
Private KW'ebach 4,1 cbm/sHarter Mühl-
Harter Mühl-bach 2,5 cbm/s
Riegerschützen
>
Alz
-->
Fischpaß: 1 Fischpaß: 1
Erneuerung: 1932Wehrfelder: 3+2=5
Wehr 1 (Trostberg)Bauzeit: 1908-1910
Wehr 2 (Tacherting)Bauzeit: 1916-1919
Wehrfelder: 4Erneuerung: 1991
K-Einlaufschütze: 8
Fischpaß: 1
-Restwasser-KW I:Restwasser: 7,5 cbm/s
Wehr 3 (Hirten) + KW IV (Bgh)
Alzwerke GmbH
Fischpaß: 1Restwasser: 5-11,5 cbm/sRestwasser-KW II: 0,4 MW
K-Einlaufschütze: 10
- 2,2 GWh
VOB Verdingungsordnung für Bauleistungen - Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen
ATV DIN 18309 Ei b itATV DIN 18309 – Einpressarbeiten
Quelle : DIN EN 12715/2000
Bauwerk / Erkundungg
BauwerkszustandWasserzutritt an den Stirnwänden der KraftwerkeGefährdung der AnlageProduktionsausfall befürchtet
ErkundungsmaßnahmenErkundungsmaßnahmenBohrkernentnahme (Ø = 150 mm, Einfluss von Durchmesser und Anpressdruck auf Bohrkern und Wasseraufnahme)und Anpressdruck auf Bohrkern und Wasseraufnahme)WD-VersucheVisuelle Begutachtung
WD-Test
Vor Injektionen + nach als Kontrollej
Prüfstrecke: 2 m(DWA-M 506/2006: 1,0 m bis 3,0 m)
max. Druck: 2/3/1,5 barmax. Druck: 2/3/1,5 bar
Druckstufen: 3 und 5
1
Druckstufen: 3 und 52
Ausgangswerte:
20 200 L3
20 – 200 Lugeon
Injektionszielj
Talsperrenbaup
Untergrundinjektionenim Fels / Boden
Großes Schadenspotential
Quelle: Baker, W. H. (1982): Grouting in Geotechnical Engineering. American Society of Civil Engineers (ASCE), New York
Injektionszielj
Zusammenstellung: Grenzwerte [Lugeon]g [ g ]
Quelle: Wildner, H.: Injektionen von porösem Massenbeton mit hydraulischen Bindemitteln. Dissertation TU München, Berichte des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft Nr 92des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft Nr. 92
Injektionszielj
Abdichtungserfolg Durchlässigkeit/Lugeong g g gHier: Lugeonwert „angepeilt“Flexible Betrachtung
WirtschaftlichkeitDurchlässigkeitDurchlässigkeit
Festigkeit
Vorgabe: < 10 Lu(vgl. DWA-M 506/2006)
Ausrüstungg
Injektionsausrüstungj g1 Raupenbohrgerät für Hammer und Kernbohrungen1 Kompressor zur Pressluftversorgung der Bohrhämmer 12
³ 15 bm³, 15 barImlochhämmer COP 32 (Atlas) ∅ 89 mm1 Obermann – Verpresscontainer 6 Pumpen, LOG – System,1 Obermann Verpresscontainer 6 Pumpen, LOG System, elektronische Aufzeichnung des Verpressverlaufs (Druck, Injektionsrate)1 T b i h Ob fü 150 l Ch1 Turbomischer Obermann für 150 l – Chargen, elektronische Dosierung nach Wägungsprinzip1 Zementsilo 25 t, mit Zementförderschnecke2 Rührwerke als Stapelbehälter für Zementsuspensionen mit unterschiedlichem W/B-Wert1 Kreiselp mpe 150l/min 10 bar (WD Prüf ngen)1 Kreiselpumpe 150l/min, 10 bar (WD – Prüfungen)
Wahl des Verfahrens?
Abschätzung über Vergleichsdurchlässigkeitg g gQuelle: Wildner, H.: Injektionen von porösem Massenbeton mit hydraulischen Bindemitteln. Dissertation TU München, Berichte des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft Nr. 92
InjektionsversuchInjektionsversuch
Quelle: DIN 4093 (September 1987): Baugrund; Einpressen in den Untergrund; Planung, Ausführung, Prüfung. Deutsches
Institut für Normung
Konzept – 3 Phasenp
Vorgehensweiseg
• Phase I: Injektionsversuch und Festlegung der j g gInjektionssystematik
• Phase II: Bohrungen und Injektionen mitPhase II: Bohrungen und Injektionen mit Injektionszement
Phase III: Bei Lu > 10: Nachinjektion mit Feinstzement• Phase III: Bei Lu > 10: Nachinjektion mit Feinstzement
Injektionsparameterj p
Injektionsversuch (Phase 1)j ( )Bohrungen (Ø = 89 mm)Seitenlänge der Dreiecke 0,8 m und 1,0 mWD-Test vor Injektion: Druckstufen 1-2-1 barVor Injektion 20 – 200 LugeonWD Test nach Injektion: Druckstufen 1 2 3 2 1 barWD-Test nach Injektion: Druckstufen 1-2-3-2-1 barErgebnis nach Injektion: < 10 LugeonInjektionsgut: Dorodur H50, W/B-Wert 0,8 (am Beginn 1,0), j g ( g )1% Bentonit, 1% EinpresshilfeMarshzeit tMarsh = 76 s (53 s)
Vorgehen in Phase II: 150 l mit W/B = 1,0, dann W/B=0,8 (10 % aller Injektionen)( j )
Injektionsversuchj
Injektionsversuch (Phase 1) – KW IIj ( )
Rechen
Alz
nInjektionsversuchInjektionsversuch
(Pfeiler 5)
Injektionsversuchj
Injektionsversuch (Phase 1) – KW IIj ( )
Kontrollbohrungen: (2), (4), (6), (8)g ( ), ( ), ( ), ( )
Injektionsparameterj p
W/B-WertW/B-Werte verwendet: 0,8 / 1,0 (/ 1,5 Phase III)O i tiOrientierung an Hydratation W/Z = 0,40 Festigkeitsentwicklung!
Quelle: Baker, W. H. (1982): Grouting in Geotechnical Engineering. American Society of
Civil Engineers (ASCE), New York
Injektionsparameterj p
Bentonitanteil:Verwendung von 1,0 % (0 %) Quelle: Baker, W. H. (1982): Grouting in
Geotechnical Engineering. American Society of Civil Engineers (ASCE), New York
Injektionsparameterj p
Injektionsgutj g
Quelle: Wildner, H.: Injektionen von porösem Massenbeton mit hydraulischen Bindemitteln. Dissertation TU München, Berichte des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft Nr. 92
?20 μm < d95 < 40 μm
(Feinbindemittel, DWA-M 506/2006)
Injektionsphase IIj p
Injektion mit 0,40
m0,
40 mj
Standardbindemittel(Phase 2) (KW I)
0,30 m0,60 m0,30 m
0,30 m0,60 m0,30 m
(Phase 2) (KW I)0
Im Pfeiler 1 bis 5
A0,80 m
0,80 m
Reche 1
023
1Im Turbinenbereich
Im Pfeiler 1 bis 5(senkrecht)
0,80
Pfeiler
en
Alz
Krafthau
1
1
0
2
23
2
(20° geneigt)
2Im Turbinenauslaufbereich
(6° geneigt) 1,00
m
1,00
m
r 1 bis 5
us
1
0
02
3
23
2
(6 geneigt)
3Zwischen dem Turbinenauslaufbereich
(6° geneigt)
0,30 m0,50 m0,30 m
1
0
2
23
Ufermauer Ost
Injektionsphase IIj p
Injektion mit Standardbindemittel (Phase 2)j ( )
Pfeiler 1 bis 5Krafthaus
m
0
max. 2,80 m
max. 7,0
ma
10
00 m
ax. 8,50 m
2
1 Im Turbinenbereich (20° geneigt)
2 Im Turbinenauslaufbereich (6° geneigt)
30 Im Pfeiler 1 bis 5 (senkrecht)
3 Zwischen dem Turbinenauslaufbereich (6° geneigt)
Injektionsergebnis (Phase II)j g ( )
Injektion mit Standardbindemittel (Phase 2)j ( )
Abgeteufte Injektionsbohrungen am Kraftwerk 1 : 837 mg j gVerbrauch Dorodur H 50 am Kraftwerk 1 : 19,65 toInjiziertes Betonvolumen am Kraftwerk 1 : 708 m³
Abgeteufte Injektionsbohrungen am Kraftwerk 2 : 1250 mVerbrauch Dorodur H 50 am Kraftwerk 2 : 30 38 toVerbrauch Dorodur H 50 am Kraftwerk 2 : 30,38 toInjiziertes Betonvolumen am Kraftwerk 2 : 943 m³
Injektionsergebnis (Phase II)j g ( )
Injektion (Phase 2)j ( )Kontrolle nach Phase 2 in Kraftwerk I (Krafthauswände)WD-Versuche: Wasseraufnahme stellenweise > 50 LugeonZusätzliche Maßnahmen erforderlich!
Injektionsergebnis (Phase II)j g ( )
Injektion (Phase 2)j ( )Kontrolle nach Phase 2 in Kraftwerk II (Krafthauswände)Lugeon-Wert < 10 LuKeine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich
Quelle: Wildner, H.: Injektionen von porösem Massenbeton mit hydraulischen Bindemitteln Dissertation TU München Berichtehydraulischen Bindemitteln. Dissertation TU München, Berichte des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft Nr. 92
Injektionsergebnis (Phase II)j g ( )
Injektion mit Standardbindemittel (Phase 2)j ( )Abstand der Injektionsbohrungen im Mittel 0,80 mDorodur H50 ... Wie bei Injektionsversuch
Unterschied KW I und KW IIWD-Versuche KW II: < 10 LugeonWD-Versuche KW I: bis 50 Lugeon
Ursache?Vielleicht waren im KW II Ausspülungen stärker und deshalbVielleicht waren im KW II Ausspülungen stärker und deshalb mehr bzw. größere Poren vorhanden?? (Druckdifferenz ein Vielfaches von KW I!)Betonzusammensetzung? Einbauverfahren?
Injektionsphase IIIj p
Injektionsmittel d95 < 20 μm(Feinstbindemittel DWA-M 506/2006)j (Feinstbindemittel, DWA M 506/2006)
Injektionsphase IIIj p
Injektion mit Feinstbindemittel im KW Ij(Krafthauswände) (Phase 3)
Abteufen der Bohrung zwischen den Bohrungen der Phase 2Feinstbindemittel (Microcem A, Heidelberger Zement)W/B-Wert = 1,5 ohne Bentonitanteil, 1,5 bis 3,0 % VerflüssigerM h it t 32Marshzeit tMarsh ≈ 32 s
Ergebnis:Ergebnis: Kontrolle durch WD-Versuche: 5 bis 15 Lugeon
Unter Berücksichtigungder Wirtschaftlichkeit:der Wirtschaftlichkeit:
ok!
ZusammenfassunggAlzkraftwerk II (Tacherting)Alzkraftwerk I (Trostberg) Alzkraftwerk II (Tacherting)Alzkraftwerk I (Trostberg)
Imlochhammer (Kontrollbohrungen mit Doppelkernrohr)Bohrverfahren
2001Sanierung
Imlochhammer (Kontrollbohrungen mit Doppelkernrohr)Bohrverfahren
2001Sanierung
1 (I j kti b h )
Von unten nach oben (bei Injektion Ø 89 mm)Von unten nach oben (bei Kontrollbohrungen mit WD-Versuchen
Ø 150 mm und bei der Nachinjektion Ø 89 mm)Injektionstechnik
1 (I j kti b h )
Von unten nach oben (bei Injektion Ø 89 mm)Von unten nach oben (bei Kontrollbohrungen mit WD-Versuchen
Ø 150 mm und bei der Nachinjektion Ø 89 mm)Injektionstechnik
Injektionszement (d95 < 80 μm; Größtkorn = 90 μm; Blaine-Wert = 7.900 cm²/g)
1 m (Injektionsbohrungen)2,0 m bzw. 1,0 m bei WD-Versuchen nach den InjektionenAbschnittslängen
Injektionszement (d95 < 80 μm; Größtkorn = 90 μm; Blaine-Wert = 7.900 cm²/g)
1 m (Injektionsbohrungen)2,0 m bzw. 1,0 m bei WD-Versuchen nach den InjektionenAbschnittslängen
0,8 bis 1,0 (Injektionszement)
-Feinstbindemittel (d95 < 8 μm; Blaine-Wert = 14.000 cm²/g)
g)Bindemittel
0,8 bis 1,0 (Injektionszement)
-Feinstbindemittel (d95 < 8 μm; Blaine-Wert = 14.000 cm²/g)
g)Bindemittel
D hlä i k it < 10 LI j kti i l
1 bis 2 barInjektionsdruck
-1,5 (Feinstbindemittel)
, , ( j )W/B-Wert
D hlä i k it < 10 LI j kti i l
1 bis 2 barInjektionsdruck
-1,5 (Feinstbindemittel)
, , ( j )W/B-Wert
32,2 kg / m³ (inj. Volumen)24,3 kg / m (Bohrlochstrecke)
27,7 kg / m³ (inj. Volumen)23,5 kg / m (Bohrlochstrecke)Suspensionsaufnahme
Durchlässigkeit < 10 LugeonInjektionsziel
32,2 kg / m³ (inj. Volumen)24,3 kg / m (Bohrlochstrecke)
27,7 kg / m³ (inj. Volumen)23,5 kg / m (Bohrlochstrecke)Suspensionsaufnahme
Durchlässigkeit < 10 LugeonInjektionsziel
Ergebnisg
Kraftwerk II nach Phase 2 fertig (943 m³ Beton g (mit Standartbindemittel injiziert)In Kraftwerk I 708 m³ Beton , teilweise mitIn Kraftwerk I 708 m Beton , teilweise mit Standard- und Feinstbindemittel (in den Krafthauswänden) injiziert (Phasen 1 bis 3)Krafthauswänden) injiziert (Phasen 1 bis 3)Zeitrahmen eingehalten (Kanalabstellung)T t h äh li h V tTrotz sehr ähnlicher Voraussetzungen Kostenunterschied
150 €/m³ Beton (141.000 €)250 €/m³ Beton (+Phase III; 177.000 €)( )
Ergebnisg
Maßnahme i. Allg. nach Inhalten von DWA-M g506/2006Gute Zusammenarbeit von AG, Planer undGute Zusammenarbeit von AG, Planer und Unternehmer flexible Anpassung von InjektionenInjektionen
M ß h f l i h!Maßnahme erfolgreich!