Drainage (technische Systeme)

mini|hochkant=1.4|Grabenfräse zur maschinellen Verlegung von Drainagerohren Mit Drainage, verdeutscht DrainungAuch in der Fachsprache sind die früher zulässigen Alternativschreibweisen Dränage bzw. Dränung noch weit verbreitet., bezeichnet man Maßnahmen unter Einsatz technischer Systeme und auch diese Systeme selbst, die Vernässungen an Bauwerken und auf landwirtschaftlich genutzten Flächen entgegenwirken. Dazu wird das Wasser erfasst und zielgerichtet abgeleitet. Diese Vernässungen können unterschiedliche Ursachen haben: hoher Grundwasserspiegel, Fremdwasserzufluss, Stauwasser, Regenwasser.

Bei der landwirtschaftlichen Anwendung kommen Änderungen der Nutzungsart als weitere Ursachen in Betracht, wie die Extensivierung von Flächen, die zu geringerem Pflanzenwachstum und damit geringerer Verdunstung der Pflanzen führt oder der Übergang zur Bewässerung, der die Ableitung von Überschusswasser erfordern kann.

Als technisches System ist überwiegend die Rohrdrainage verbreitet. In besonderen Fällen werden Schluckbrunnen und andere Formen der Versickerung eingesetzt z. B. bei fehlendem freien Abfluss in einen Vorfluter. Die besondere Anforderung bei speziellen Bauwerken, sowohl Tragsysteme als auch Entwässerungssysteme zu schaffen, kann vorteilhaft durch eine Drainagewand gelöst werden.

Unterhalb der Bodenplatte von Gebäuden sowie entlang von Kellerwänden wird die Drainage oft durch eine einfache Kiesschicht hergestellt. Die Abdeckung durch eine Vliesbahn verhindert, dass sich die Zwischenräume zwischen den Kieseln mit eingeschwemmtem Material zusetzen.

Drainage für bautechnische Zwecke mini|Grunddrainage unterhalb des späteren 5. Untergeschosses eines Bauwerks

Grundlagen Die Drainage an Bauwerken kommt als Schutzsystem in Betracht, wenn Sicker- und Schichtenwasser von der Sohle (Fundament) und den erdberührten Wänden ferngehalten werden soll. Liegt der Grundwasserstand durchgängig höher als die Sohle, so ist das Bauwerk wasserundurchlässig auszuführen, z. B. durch eine weiße Wanne (wasserundurchlässiger Beton) oder, selten noch, durch eine schwarze Wanne (Bitumen- oder Kunststoffbeschichtung).

Zur Auswahl und Bemessung von technischen Drainagesystemen bedarf es der Kenntnis und Berücksichtigung verschiedener Einflüsse: Wasserhaushalt mit Kenntnissen über den Bodenwassergehalt im Drainbereich sowie über den Zu- und Ablauf von Wasser in den zu schützenden Bereich, Lage des Grundwasserspiegels Bodenkennwerte, insbesondere die gesättigte und teilgesättigte hydraulische Leitfähigkeit, angegeben meist in m/s oder m/d als Durchgang eines Wasservolumens in m³ pro Fläche in m² und Zeit in s bzw. d (nicht zu verwechseln mit der Abstandsgeschwindigkeit, die numerisch oft etwa doppelt so hoch ist, wie die hydraulische Leitfähigkeit)Engelhardt: Grundwasserdynamik, abgerufen im November 2020 Drainagegeometrie mit der Ausdehnung und Höhenlage der Flächen; Möglichkeiten der räumlichen Anordnung der Drainagesysteme (Draingeometrie) und der Ableitung des anfallenden Wassers (Tiefenlage der Rohre)

Eine genaue rechnerische Ermittlung erfordert die Lösung von Differentialgleichungen, wozu meist Computerprogramme eingesetzt werden. Daneben werden Gebrauchsformeln genutzt, wie z. B. die Formel von Hooghoud.Kurt Lecher, Hans-Peter Lühr, Ulrich Zanke: Taschenbuch der Wasserwirtschaft. 8. Auflage. Parey Buchverlag, Berlin 2001, ISBN 3-8263-8493-8.

Die Disziplinen Hydrogeologie und Bodenkunde beschäftigen sich mit Rahmenbedingungen, die langfristig zur Einschränkung der Wirksamkeit von Drainagesystemen führen können. So kann die Funktion einer Drainage durch die Umlagerung feiner Bodenteilchen im Boden durch Wasser (Suffosion) beeinträchtigt werden. Betroffen sind nichtbindige Erdstoffe ab einem bestimmten Ungleichförmigkeitsgrad und besonders solche mit einer Körnungslinie mit Ausfallkörnung. Die Verlagerung kann zur Verringerung der Durchlässigkeit des Bodengerüsts (Kolmation) führen und Drainagemaßnahmen. Man wirkt der Suffosion durch Bodenfilter unter Beachtung der Filterregeln und mit Geotextilien entgegen.

Regelwerke und Bauausführung Die Anforderungen an Drainagesysteme für Bauwerke sind in DIN 4095-1 zusammengestellt. Unabhängig hiervon ist die Bauwerksabdichtung sicherzustellen, deren technische Lösungen und Anforderungen ursprünglich in der DIN 18195 festgelegt wurden. Seit Juli 2017 sind die technischen Lösungen und Anforderungen für Bauwerksabdichtungen in den DIN-Normen 18531 bis 18535 festgelegt.

Eine funktionsfähige Drainage an Bauwerken wird erreicht, indem die erdberührten Teile des Bauwerkes mit einer wasserdurchlässigen Schicht (meist Kies, Drainmatten, Drainagefilterstrümpfen oder anderen künstliche Drainageelemente) umgeben wird, aus der die Drainagerohre das Wasser ableiten. Die Drainageschicht wird gegenüber dem Baugrund durch eine Vliesschicht vor Verschlämmung mit Feinmaterial geschützt. An Drainagerohre für Gebäude und Bauwerke werden höhere Anforderungen als an Drainagerohre in der Landwirtschaft gestellt. Sie sollen nach DIN 4095-1 einem leichten Überdruck von 0,2 m Wassersäule standhalten, weshalb steifere Rohre in Form von Stangenware (statt Rollenware) erforderlich sind, z. B. Kunststoffrohre aus PVC (Polyvinylchlorid) hart nach DIN 1187 Form A oder DIN 4262-1.

Das Einleiten von Drainagewasser in die Mischkanalisation ist wegen der erhöhten hydraulischen Belastung der Kläranlagen nicht zulässig. Das Ableiten in die Regenwasserkanalisation ist genehmigungsbedürftig. Einzelheiten regeln die Entwässerungssatzungen der Kommunen.

Spezielle Drainagesysteme für bautechnische Zwecke

Drainagepfahl mini|150px|Drainagepfahl Beim DrainagepfahlBernhard Wietek: Dränageverbau. In: Tiefbau-Ingenieurbau-Strassenbau. 05/83, 1983, S. 322–327. werden die Eigenschaften von Pfählen und Brunnen vereint.K. Simmer: Grundbau. Teil 2: Baugruben und Gründungen. 18. Auflage. BG Teubner, 1999. Somit wird mit einem Bauteil die Lasteinleitung in den Untergrund bei gleichzeitigem Bewirtschaften des Grundwassers durch Abpumpen bzw. Einleiten ermöglicht.

Zur Herstellung eines Drainagepfahles wird – wie beim Bohrpfahl – zunächst eine verrohrte Bohrung abgeteuft und der darinnen liegende Boden ausgehoben. Anschließend wird das Filterrohr (z. B. Schlitzbrückenrohr) zusammen mit der Pfahlbewehrung eingebaut. Im unteren Bereich des Drainagepfahles wird Drainagebeton als Einkornbeton ø 4–8 mm eingebracht. Darüber wird mit einem üblichen Beton der übrige Pfahl fertigbetoniert. Dabei wird die Verrohrung abschnittsweise hochgezogen und entfernt. Nach dem Aushärten kann der Drainagepfahl seine Funktion sowohl zur Lastabtragung als auch zur Wasserregulierung aufnehmen.

Drainagewand Ähnlich wie bei einem Drainagepfahl kann das Prinzip auch bei einer Schlitzwand angewandt werden, die somit zu einer Drainagewand wird.Bernhard Wietek: Drainage Walling as Excavation Support. 2nd Int,Conf. On Case Histories in Geotech. Engineering, St.Louis 1988, USA, Paper 5.03. Damit ist eine Verbauart möglich, die durch Verbindung von Trag- und Drainfunktion sehr platzsparend ist und bei beengten räumlichen Verhältnissen vorteilhaft sein kann.

Drainageanker Bei natürlichen Hängen kann das vorkommende Hangwasser problematisch werden, wenn ein Einschnitt in den Hang oder eine Baugrube am Hang hergestellt werden soll, da anströmendes Hangwasser einen Wasserdruck erzeugt, der zu Wasseraustritt führen kann.

Drainageanker mit einer Füllung aus Drainagemörtel bieten hierzu eine Lösung, indem sie Hangwasser bereits tief vor dem Einschnitt sammeln und abführen. So wird auch eine Reduzierung des Porenwasserdruckes erreicht und der Hang zusätzlich stabilisiert.Bernhard Wietek: Einzigartiger Drainageanker-Einsatz. In: Österr. Bau Zeitung. 9/2008, S. 33–35. Bei der Ausführung ist wesentlich, dass die Drainageanker steigend in den Untergrund eingebohrt werden, damit das zu drainierende Wasser auch drucklos durch den Drainmörtel abfließen kann.

mini|Baugrube mit aktiven Drainageankern Derartige Drainageanker werden bei Baugruben am Hang, bei Hangverbauungen und hinter Stützmauern bis zu einer Tiefe von 14 m in Hänge eingebaut und bei unterschiedlichsten Bodenarten – von Geschiebe über feinkörnige Schichten bis hin zu klüftigem Fels – vorteilhaft eingesetzt. Das obige Beispiel zeigt eine Baugrubensicherung im Hochgebirge mit einer Höhe von ca. 20 m und einer Baugrubenlänge von ca. 120 m. Das Hangwasser konnte mit den eingebauten Drainageankern bis zu 10 m hinter der Baugrube gefasst und abgeleitet werden.

Drainage von Tunneln mini|Entwässerung im Gotthard-Basistunnel 1 Tunnel-Aussenschale, 2 Dichtung, 3 Tunnel-Innenschale, 4 Ringspalt, 5 Filterzone, 6 Drainage-Sammelleitung, 9 Tunnelwasser-Sammelleitung, 8 Gesamt-Abflussleitung

Tunnelbauwerke durchschneiden häufig auch wasserführende Schichten, so dass der gesicherte Abbau des Wasserdrucks und die Ableitung des dabei anfallenden Wassers bedeutsam für die Betriebssicherheit ist. Üblicherweise wird anfallendes Wasser im Ringspalt zwischen der Innen- und Außenschale eines Tunnels bis zu den seitlichen Fußpunkten abgeleitet und fließt dort über eine Filterschicht in eine Drainageleitung. Ein häufig auftretendes Problem bei dieser Art der Entwässerung von Tunnelbauwerken stellt die Versinterung dar, wobei Ablagerungen die Wasserdurchlässigkeit beeinträchtigen. Diese Einschränkung hat verschiedene Ursachen und lässt sich durch Auswahl besser geeigneter Geotextilien als Filter im Ringspalt, durch Kies mit verringerter Zugabe von Zement (weniger als 200 kg/m³) für die Filterschicht und durch Drainageleitungen mit größeren Eintrittsöffnungen vermindern.Bernhard Maidl u. a.: Experimentelle Untersuchungen zur Verbesserung der Dränagesysteme von Verkehrstunnelbauwerken. (= Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik. Heft 858). Bonn 2002, ISBN 3-934458-87-4.

Drainage an Flussdeichen Die Drainage kann eine Sicherungsmaßnahme an bestehenden Flussdeichen werden, um den vermehrt aufgetretenen Deichbrüchen entgegenzuwirken, wie sie nach extremen Hochwasserabflüssen in der jüngsten Vergangenheit aufgetreten sind (Oderhochwasser 1997, Elbehochwasser 2002, Elbehochwasser 2006). Viele Flussdeiche in Deutschland haben eine weit zurückreichende Geschichte. Sie haben meist zu steile Böschungen und keine Zonierungen in Dichtung, Stütz- und Drainkörper, so dass zukünftig die Verbesserung dieser Deiche notwendig wird. Hochwasser kann drei verschiedene Arten von Deichbrüchen auslösen: durch Überströmen, durch Durchsickern oder durch Unterströmen.

Das Durchsickern kann durch Drainung der Deichflanken an der Landseite vermindert werden. Je nach Durchlässigkeit und Vorfeuchte des Deichkörpers kommt es bei längerem Einstau – verstärkt durch Ungleichförmigkeiten, wie Auflockerungsbereiche oder Tierbauten – zu einer Durchfeuchtung, die die Korn-zu-Korn-Spannungen herabsetzt und die Standsicherheit der landseitigen Böschung durch Strömungskräfte gefährdet.Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik, Universität Karlsruhe: Stabilisierung bruchgefährdeter Flussdeiche mit Dränelementen zur Sickerwasserfassung und Bewehrung. Teilprojekt 1: Geohydraulische Untersuchungen der Wirkungsweise von Dränelementen. Karlsruhe 2009.

Drainage von Deponien