INJEKTIONEN VONINJEKTIONEN VON WASSERKRAFTWERKEN AM BEISPIEL DER ALZKRAFTWERKE I UND IIALZKRAFTWERKE I UND II

T. Strobl, TU MünchenR H l t iR. Haselsteiner,

Lage der KWg

KW II

KW I

Lage der KWg

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

Bau des Kanals

Bau des Kanals

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

Kenndaten

Ansicht KW IKraftwerk I in Trostberg nach der Sanierung

Ansicht KW IIUW – Ansicht des KW II

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

Bauwerk / Erkundungg

Poren Lockerungszonen (B h ?)(Bohrung?)

Bauwerk / Erkundungg

Feuchtstellen

Schichten mitSchichten mit weniger Zement

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 ( ), ( ), ( ), ( )

Injektionsversuchj

Vorgehen nicht wie in DWA M-506/2006g

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

ErgebnisgTurbineneinlaufpfeiler vor der Sanierung

Turbineneinlaufpfeiler nach der Sanierung

ErgebnisgKraftwerk I – Zustand Turbinenhalle

ErgebnisgKraftwerk I – Nach der Sanierung

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!

Vielen Dank fürdie Aufmerksamkeit!