Kanalbauwerke sind Rohrleitungen, Schächte und Sonderbauwerke. Sie müssen einer Reihe von Anforderungen genügen:
- dicht gegen inneren und äußeren Wasserdruck
- standfest gegen innere und äußere Belastungen
- beständig gegen Angriffe aus der Abwasserzusammensetzung
- widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchungen.
- wurzelfeste Rohrleitungen
Rohrleitungen können durch Zusammenfügen vorgefertigter Rohre, durch Mauern oder durch Betonieren in der Baugrube hergestellt werden.
Die in der öffentlichen Abwasserableitung eingesetzten Rohrmaterialien sind zu etwa
48 % Betonrohre
44 % Steinzeugrohre
5 % Kunststoffrohre
2 % Guß- / Stahlrohre
<1 % Faserzementrohre.
Steinzeugrohre überwiegen bei Nennweiten bis DN 600. Betonrohre bei Nennweiten > DN 600. Bei den Anschlußkanälen ist der Anteil an Steinzeug- und Kunststoffrohren größer. In Großstädten sind etwa 50 % der Rohrdurchmesser < DN 300, weitere 45 % zwischen DN 300 - 600, 5 % > DN 600.
Querschnittsformen
Nach den Querschnittsformen unterscheidet man
- Kreisquerschnitt:
Derartige Rohre kommen mit oder ohne Fuß zum Einbau. Häufigste Rohrform bis DN 600. Bei geringer Wasserführung und Einsatz im Mischsystem bilden sich leicht Ablagerungen. Kreisquerschnitte DN 1000 gelten als begehbar, DN 800 und DN 900 als bekriechbar, allerdings wird man befriedigende Arbeitsergebnisse erst ab DN 1200 erwarten dürfen.
- Eiquerschnitt:
Sie sind bei schwankenden Abflußmengen vorteilhaft, da der Trockenwetterabfluß eine größere Schwimmtiefe aufweist und dadurch die Gefahr von Ablagerungen vermindert wird.
Sonderformen bei beengten Raumverhältnissen sind möglich.
Eiquerschnitte 700/1050 gelten als begehbar, 600/900 als bekriechbar.
- Maulquerschnitt:
Gedrückter Querschnitt, oft bei großen Abflüssen und beengten Höhenverhältnissen. Statisch günstiger Querschnitt, aber vor allem bei Teilfüllung nur geringe Wasserspiegelhöhe und damit Ablagerungsgefahr.
- Sonderformen:
Rechteckquerschnitt, Rinnenquerschnitt, u.a.
Rohrmaterialien und Rohrverbindungen
Alle in der Abwasserableitung eingesetzten Rohrmaterialien weisen bestimmte dem Einsatzzweck zugeordnete Eigenschaften auf. Zu diesen gehören u.a. Biegezugfestigkeit, Druckfestigkeit, Wasserdichtigkeit, geringe Wandrauhigkeit, Abriebfestigkeit und Maßgenauigkeit. Biegesteife Rohre reißen bei Überbelastung und gehen zu Bruch, biegeweiche Rohre erleiden Deformationen.
Mauerwerkskanäle
Gemauerte Kanäle stellen die älteste Bauform der Rohrleitungen dar. Im wesentlichen wurden dabei Ziegelsteine (Kanalklinker) und Zementmörtel verwandt, wobei letzterer das korrosionsanfälligere Material abgibt. Auch heute werden gemauerte Kanäle noch betrieben, demzufolge kommen z.B. bei Instandsetzungen, aber auch beim Schachtausbau Maurerarbeiten noch zur Ausführung.
Betonrohre, Stahlbetonrohre, Spannbetonrohre
Beton- und Stahlbetonrohre sind aus Zement, Zuschlagstoffen (Sand und Kies) und Wasser hergestellte Rohre. Ist die Bewehrung vorgespannt, werden sie Spannbetonrohre genannt. Betonrohre mit Kreisquerschnitt werden mit oder ohne Fuß hergestellt, Eiquerschnitte haben immer einen Fuß.
Eiquerschnitte haben die Abmessungen 500/750 bis 1200/1800, letztere wandverstärkt. Die Baulängen betragen 2000 - 3000 mm, Spannbetonrohre auch bis zu 8000 mm Länge. Betonrohre sind in der Herstellung preisgünstig, können problemlos bei Ableitung häuslicher Schmutzwässer eingesetzt werden, sind aber empfindlich gegen chemische Angriffe bei Einleitung industrieller Schmutzwässer.
Eine Besonderheit bei Betonrohren kann die biogene Schwefelsäure-Korrosion (Sulfidkorrosion) sein, betroffen sind im allgemeinen nur Leitungen > DN 600. Bei kleineren Durchmessern ist das in den Rohren abfließende Schmutzwasser "frisch" und der Sauerstoffgehalt ist günstig. Bei größeren Querschnitten kann es zu längeren Aufenthaltszeiten des Schmutzwassers im betroffenen Rohrabschnitt kommen, ebenso bei geringen Teilfüllungen, besonders auch bei geringen Gefällen.
Dann entstehen organische oder anorganische Schwefelverbindungen. Diese unterliegen bereits im Kanal einem gewissen Abbau, bei dem flüchtige Schwefelverbindungen entstehen. Schwefelwasserstoff ist im Gasraum - dem Raum oberhalb des Wasserspiegels - nachweisbar. An den Rohrwandungen entsteht elementarer Schwefel, ein Substrat für die Thiobazillen. Diese können den pH-Wert zunächst auf etwa 6 absinken lassen. Erst dann sind die Lebensbedingungen für Thiooxidansbakterien gegeben. Durch deren Stoffwechselaktivitäten kann der pH-Wert auf 1 absinken und damit sind die Voraussetzungen für den schwersten Säureangriff gegeben. Das Betonrohr korrodiert.
Auch im Kanalbetrieb können kritische Sulfidentwicklungen durch häufigere Reinigung der bedrohten Abschnitte minimiert werden, der Effekt hält mehrere Monate an.
Steinzeugrohre
Aus einer Mischung von Ton und Schamotte werden Rohre geformt, und in Tunnelöfen bei Temperaturen bis 1250 ° C bis zur Sinterung gebrannt. Hierdurch entsteht das keramische Material Steinzeug. Steinzeugrohre können innen und außen mit einer eingebrannten Glasur versehen sein.
Das Steinzeugrohr ist chemisch außerordentlich beständig gegen innere und äußere Angriffe, hat eine geringe Wandrauhigkeit. Kanäle aus Steinzeugrohren weisen eine lange Lebensdauer auf. Bevorzugt wird Steinzeug bei Einleitungen industrieller Betriebe, wird aber auch bei reinen Schmutzwasserleitungen im Trennsystem eingesetzt.
Steinzeugrohre unterliegen einer Güteüberwachung.
Verbindungselemente sind Glockenmuffe und Spitzende mit meist werkseitig bereits eingebautem Dichtelement; aber auch muffenlose Rohre mit Überschiebdichtungen oder Manschettendichtungen kommen zur Verwendung.
Kunststoffrohre
Kunststoffrohre in der Abwassertechnik sind überwiegend aus PVC-hart oder HDPE (Polyethylen). Sie werden in verschiedenen Wandstärken eingesetzt. Außerdem sind noch glasfaserverstärkte Kunststoffrohre im Einsatz (GFK).
Kunststoffrohre sind gegen die meisten Abwasserinhaltstoffe ,ausreichend fest, leicht im Gewicht und haben eine sehr glatte Rohrwandung. Sie werden bevorzugt in der Grundstücksentwässerung, aber auch im öffentlichen Bereich eingesetzt.
PVC-Rohre haben Durchmesser von DN 100 - 600;
HDPE-Rohre von DN 100 - 1200.
Die Baulängen betragen 6 - 12 m; auch kleinere Längen sind möglich.
Kunststoffrohre können auch als Druckrohre verwendet werden, (Ausnahme: Glasfaserverstärkte Kunststoffrohre -GFK-).
Die Rohrverbindungen können als Steckverbindungen oder seltener als Flanschverbindungen ausgebildet sein. Auch Schweißungen sind möglich.
Gußrohre
Gußrohre werden seit 1956 aus duktilem Guß im Schleuderverfahren hergestellt. Gußrohre werden als Freispiegelleitungen, aber auch als Druckleitungen verlegt. Ihre Stärken liegen bei schwierigen Geländeverhältnissen, Bergsenkungsgefahren und in Trinkwasserschutzgebieten. Weitere Einsatzbereiche sind oberirdische Leitungen, auch auf Brücken oder bei Dükern.
Für erdverlegte Rohre benutzt man Muffenrohre.
Gußrohre haben zwecks Korrosionsvermeidung innere und äußere Schutzanstriche.
Stahlrohre
Stahlrohre haben in der Abwassserableitung nur eine geringe Bedeutung, besonders wegen ihrer relativ großen Korrosionsanfälligkeit in Verbindung mit den geringen Wanddicken. Sie werden vorwiegend bei oberirdischen Leitungskreuzungen (Brücken u.s.w.) eingesetzt.
Faserzementrohre
Die Faserzementrohre wurden früher unter dem Namen Asbestzementrohre eingesetzt. Seit der bekanntgewordenen Gesundheitsgefahr ist Asbest durch eine andere Faser ersetzt worden. Sie werden im Wickelverfahren unter hohem Druck hergestellt. Wegen möglicher Korrosion, insbesondere des Bindemittels Zement, erhalten sie einen Innenanstrich aus Bitumen oder Epoxidharz. Sie sind in den Nennweiten DN 100 - 2000, auch für Druckleitungen, lieferbar.
Verbundwerkstoffe
Beton- Keramik-Rohre (BK) vereinigen die Vorteile des Betons mit seiner hohen Tragfähigkeit mit denen des Steinzeugs in der Korrosionsbeständigkeit. Beton-Kunststoff-Rohre weisen PVC-Folien oder PVC- Platten als inneren Korrosionschutz auf. Auch Aufschleuderungen von Kunststoff bei der Rohrherstellung sind möglich.
Schächte sind bei der Inspektion, für die Reinigung und für die Belüftung erforderlich. Sie werden außerdem erforderlich bei Richtungsänderungen der Trasse, bei Vereinigung mehrerer Sammler, bei Gefällewechsel, bei Wechsel des Rohrquerschnittes und bei Wechsel des Rohrmaterials.
Der Schachtabstand ist von der Örtlichkeit, dem Zweck und den zur Verfügung stehenden Reinigungsgeräten abhängig. Er beträgt zwischen 50 und 8o Metern, kann aber bei den heutigen Inspektions- und Reinigungsgeräten auch erheblich größer gewählt werden. Zur Kosteneinsparung werden etwa 200 m als Obergrenze genannt. Oberhalb dieses Abstandes kann ein Kamerawagen kaum noch eingesetzt werden, weil unter der Last des Kabels zur Energieversorgung und Bildübertragung der Wagenantrieb durchrutscht. Durch Einsatz leichterer Kabel (z.B. Lichtwellenleiter, Glasfaserkabel) dürfte es in Zukunft aber möglich sein, auch noch größere Schachtabstände zu durchfahren, wenn nicht andere Gründe doch geringere Abstände erfordern. Ein wichtiger Grund ist die Belüftung der Haltung wegen der Gefahr der biogenen Betonkorrosion.
Die Schachtabdeckungen sind je nach Verkehrsbelastung in verschiedenen Klassen ausgelegt:
A: Grünflächen und gelegentlich begangene Verkehrsflächen
B: Gehwege und ähnliche Flächen, Parkhausflächen
D: Verkehrsflächen, Straßen, Parkplätze
E: nicht öffentliche Verkehrsflächen mit besonders hohen Radlasten
F: Flugplätze
Die Anforderungen an die Schächte sind grundsätzlich die gleichen wie bei den Rohrleitungen. Im einzelnen besteht ein Schachtbauwerk, von der Sohle nach oben betrachtet, aus
- Sauberkeitsschicht
- Sohlplatte
- Gerinne
- Auftritt, 1 : 20 zum Gerinne geneigt
- Seitenwänden
- Anschlußstück
- Wände, Beton, Mauerwerk mit Außenputz
- Übergangsplatte
- Schachtring
- Schachthals (Konus)
- Auflagerring (Ausgleichsring)
- Steighilfe
- Schachtabdeckung
- Schmutzfänger
Schächte werden nach dem Verwendungszweck benannt
- Normalschächten:
für Reinigungs- und Inspektionszwecke, bei geringeren Richtungs- oder Gefälleänderungen
- Vereinigungsschächten:
bei Zusammenführung mehrerer Rohrleitungen
- Umleitungschächten:
bei größeren Richtungsänderungen
- Absturzschächten:
bei Überwindung größerer Höhenunschiede, wenn sonst die Gefälle in den Haltungen zu groß würden (Abriebgefahr)
