Stauanlagen im Wasserbau

DIN 4048 Teil 1 Wasserbau;Begriffe;Stauanlagen

DIN 19700 Stauanlagen

  • Teil 10 Stauanlagen: Gemeinsame Festlegungen
  • Teil 11 Talsperren
  • Teil 12 Hochwasserrückhaltebecken
  • Teil 13 Staustufen

DIN 19704 Stahlwasserbauten

  • Teil 1 Berechnungsgrundlagen
  • Teil 2 Bauliche Durchbildung und Ausführung
  • Teil 3 Elektrische Ausrüstung

Nach DIN 19700 Teil 10 werden unterschieden:

Stauanlagen sind Absperrbauwerke mit ihren zugehörigen Staubecken oder Speicherbecken.

Absperrbauwerke

Wehre

Wehre sind Absperrbauwerke, die Teil einer Staustufe sind. Wehre dienen meist der Regelung des Abflusses.

Feste Wehre

wasserundurchlässige Wehre

durchlässige Wehre

Gabionenwehr

Durchlässige Wehre werden in der Regel aus Gabionen, steingefüllten Maschendrahtkörben hergestellt. Ihre Höhe ist durch Die Hydraulik begrenzt. Es sind besondere Maßnahmen (Filter) nötig, um ein Unterspülen des Wehres zu verhindern.

bewegliche Wehre

Wehre mit Verschlüssen

Revisionsverschlüsse

Als Revisionsverschlüsse (Notverschlüsse) dienen z. B.:
  • Dammbalken
  • Nadelwehre, hierbei werden die Absperrtafeln eingesetzt.

Heberwehre

Heberwehr mit Heberschlauch

Heber
englisch siphon

unechte Wehre

Tiroler Wehr

Kein wirkliches Wehr, da es zu keinem Aufstau kommt. Wasserentnahmen durch Gerinne quer zur Fließrichtung. Ein Gitterrost über dem Entnahmequerschnitt hält das Entnahmegerinne frei von Geröll und sichert so die Betriebssicherheit.

Streichwehr

Als Entlastungsanlage eingesetzt. Wird nicht in Hauptströmungsrichtung überströmt.

Schütze

druckimprägniertes Kiefernholz

Rahmen aus Walzprofilen

Fallen von Hand betätigt

Torsionsstange

drucksteife Ketten

Aufzugskraft Z

Eigengewicht: Holz, Beschläge, Triebstöcke

μr = 0.55 Holz auf Stahl senkrecht zur Faser

geschweißte Stahlkonstruktion

Gleitkufe aus höherwertigem Stahl

Abstandshalter

Schneidendichtung

Ablösung zur Vermeidung von Schwingungen

2 Spurkränze

Kranbahnschienen

Notengummidichtung

Großwehrverschlüsse

Kippsteltze

Viergurtschütze (z. B. räumlicher Fachwerkträger)

Dreigurtschütze Sehr torsionssteif, Nachteil schiefe Anschlüsse

Kastenschütze

Fischbauchplatte mit Segmentlagerung

Notverschluß vorsehen

Segmentdrehlager

Segmentverschluß

Segmentverschluss, englisch radial gate, zu unterscheiden sind:

  • Drucksegmente
  • Zugsegmente

Arme

einteilige und mehrteilige Segmente (mit Fischbauchklappe)

Knicken bei Druckverschlüssen ein Problem

Das Aufschwimmen der Schütze ist zu verhindern

Keine Nischen, Lagerung auf Konsolen

Schild zur Seitendichtung

eventuell Strahlaufreißer

Die Lastabtragung erfolgt über:

  • Stauwand
  • Längsträger
  • Querträger
  • Haupträger
  • Arme
  • Lager
  • Konsole
  • Pfeiler

Kleinere Huborgane als bei Schützen.

Verschwenkwinkel bis zu 60°

Walzenwehre

Walzewehre werden heute nur noch selten gebaut.

Walze in Nische

Eventuell unten angeschlossener Schild.

Selten: Senkwalzen (aufgrund von Dichtungsproblemen)

Wälzbahn

Ein einseitiger Antrieb ist aufgrund der Torsionssteifigkeit der Walze möglich.

Gegenhaltekette

Es ist keine Feinregulierung möglich.

Stauklappenwehre

Kreisgekrümmtes Staublech

Bauchblech

Endschott = Endquerträger

meist einseitiger Antrieb

Strahlaufreißer und Belüftungsschächte sind notwendig.

Auf einer Seite eine Nische

Triebstock = Zahnstange

Lagerschuhe

Tosbecken, Bettsicherung

Der Notverschluß ist in der Regel ein Revisionsverschluß mit Dammtafeln.

Torsionsweiche Klappen heute selten.

Der zur Belüftung von Klappen nötige Bruttoquerschnitt beträgt ca. 0.015 * b * z, wobei z die Fallhöhe auf der Strahlunterseite ist.

Sektorwehre

Versenken des Sektorverschlusses in der Sektorgrube

Kreisförmige Stauwand (Lager im Mittelpunkt) Ablaufwand

regulierbarer Umlauf

große Verschlüsse

Wasserdruck reguliert Sektor

Haken verhindert Überschlagen des Sektors

Dichtungen: Seiten- , Brust- und Lagerdichtung

Ein Druckgefälle zwischen Oberwasser, Innenwasser und Unterwasser ist erforderlich.

Eventuell Zwischenboden

Schlauchwehr

Die Schlauwehre wurden in den Niederlanden entwickelt. Es handelt sich um auf der Gerinnesohle verankerte flexible Hohlkörper, die mit Wasser gefüllt werden können und so einen Stau erzeugen. Die Befestigung an den Wehrwangen stellt dabei in der Regel ein Problem dar und läßt auch im ungefüllten Zustand einen Aufstau entstehen, da sich der Schlauch nicht vollständig absenken kann.

Vermischtes

Überfall: Kleiner Energieverlust, Wechselsprung: großer Energieverlust.

Hochwasser muß auch bei einem geschlossenen (versagenden) Verschluß abgeführt werden können (n-1)-Regel.

Bestimmung der konjugierten Höhe.

Staustufen

Staustufen werden auch als Flußsperre bezeichnet, sie sperren nur den Fluß ab und nicht die gesamte Talbreite.

Bestandteile einer Staustufe sind:

  • Wehr
  • Kraftwerk
  • Schleuse
  • Stauhaltungsdämme
  • Stauhaltung

Talsperren

Die Höhe des Sperrenbauwerkes beträgt bei Talsperren mehr als 5 m und das Stauvolumen ist größer als 100 000 m3. Talsperren sperren damit im Gegensatz zur Staustufe den ganzen Talquerschnitt ab.

Vorrangig werden Talsperren gebaut, um Speicherraum zu schaffen. Mit dem Speicherraum ist eine Regulierung des Abflusses möglich.

Die baulichen Bestandteile einer Talsperre sind:

  • Sperrenbauwerk: Staudämme oder Staumauern
  • HW-Entlastungsanlage = spillway
  • Betriebsauslässe
  • Grundablaß
  • Krafthaus, Entnahmebauwerke

Staudämme

Man unterscheidet die folgenden Dichtungsarten:

  • Dämme mit Aussendichtung (Kerndichtung).
    Als Dichtmaterialen werden verwendet:
    • Asphaltbeton
    • Beton
    • Kunststofffolie; In seltenen Fällen bei kleineren Maßnahmen
  • Dämme mit Innendichtung.
    Verwendet werden die folgenden Dichtmaterialien
    • Ton oder Lehm. Filter und Übergangsschicht sind nach der Filterregel zu bemessen.
    • Beton oder Asphaltbeton. Eine Sandschicht gegen 'Aufhängen' beim Setzen der Steinschüttung ist um den Dichtungskörper herum anzuordnen.
    • Stahl
  • homogene Dämme, Anwendbar bei kleinen Stauhöhen/LI>

Vom Stützkörper her unterteilt man die Dämme in

  • Steinschüttdämme
  • Erddämme

Die Neigung eines Staudammes beträgt ca. 1:2. Die Dammkrone sollte ca. 10 m breit ausgebildet werden und einen Fahrweg bereitstellen.

Staumauern

Gründungstechnisch sind Staumauern nur auf Fels möglich.

Gewichtsmauer

Gewichtsmauern werden meist als dreieckiger Querschnitt mit Krone ausgebildet. Der Sohlendruck kann durch die Neigung der inneren Wand und/oder eine Dichtung unter der Sohle verringert werden.

Die Herstellung erfolgt in 10 - 20 m breiten Blöcken. Jeder Abschnitt ist für sich standfest. Um die Wasserdichtigkeit zu gewährleisten, werden zwischen den Blöcken Fugenbänder aus Kupfer oder Gummi eingebaut.

Aufgrund der großen Bauteildicken ist die Abbindewärme ein Problem. Um sie gering zu halten, verwendet man Spezialzement, Magerbeton, Zyklopenbeton oder Eis.

Bogenmauer

Fels in der Talflanke und ein möglichst enges Tal sind Voraussetzungen für eine Bogenmauer.

Die Zylindermauer ist die einfachste Form.

Die Gewölbewirkung ist besser bei einer doppelt gekrümmten Bogenmauer.

Zentriwinkel

Kletterschalung

Aufgelöste Mauern

Aufgelöste Mauern, wie z.B. die Pfeilerkopfmauer, versuchen Betonmasse durch das Eigengewicht des aufgestauten Wassers zu ersetzen.

In Deutschland haben sich die Temperaturspannungen als ein großes Problem für diese Bauweise herausgestellt.

Hochwasserentlastungsanlage

Die Hochwasserentlastungsanlage ist für PMF, probable maximum flood, den vermutlich größten Hochwasserabfluß zu bemessen.

Eine Hochwasserentlastungsanlage muß bei Dämmen eine eigene Gründung besitzen, da das aufgeschüttete Material nicht ausreichend tragfähig ist. Deshalb ist es in der Regel sinnvoll, für Staudämme die Anlage in Talflanke auszubilden.

Im Englischen wird die Hochwasserentlastungsanlage als spillway bezeichnet.

Eventuell wird ein Verschluß angeordnet, um den Abfluß zu steuern. Hydraulisch handelt es sich bei der Hochwasserentlastung um einen freien Überfall oder einen Ausfluß aus einer Öffnung.

Ein Turm als Hochwasserentlastungsanlage wird auch als Tulpe, Trompete oder Morning glory bezeichnet.

Weitere Anlagenteile

Da Rauhgerinne im Gegensatz zu Fischtreppen auch Kleinlebewesen die Wanderung stromaufwärts ermöglichen, haben sie einen ökologischen Vorteil. Die Neigung rauher Rampe beträ 1:10-1:20

Sturzwehr μ= 0.56

Die Energieumwandlung erfolgt hauptsächlich im stilling basin (Tosbecken).

Hier stellt sich ein Wechselsprung ein.

Konjugierte Höhen.

Herdmauer mit Kontrollgang

Zementleim-Füller aus Elektrofilteranlagen

Die Erdbebenbelastung in wird als Vielfaches der Erdbeschleunigung g angegeben.

Suffosion: Ausspülen, innere Erosion

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