Effiziente Oberflächenentwässerung im Straßen- und Tiefbau

Die Notwendigkeit der Oberflächenentwässerung

Die Oberflächenentwässerung ist entscheidend, um Schäden durch Wasser zu vermeiden, wie Überschwemmungen, Verschlechterung der Fahrbahn und Gehwege, Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit und des Schutzes von Infrastruktur. Sie umfasst drei Hauptaspekte:

1. Sammlung: Erfassung von Regen- oder Schmelzwasser von der Fahrbahn und ihren Rändern durch Rinnen, Abläufe und Senken.
2. Ableitung: Abführung des gesammelten Wassers über Längsgräben, natürliche Gewässer oder Kanalisationen, entweder direkt über offene oder verdeckte Entwässerungsanlagen oder Rohre.
3. Wiederherstellung der Kontinuität: Sicherstellung der Durchgängigkeit natürlicher Wasserläufe, die durch die Straße unterbrochen wurden, durch Sanierung und Bau von Querentwässerungen.

Ziele und Funktionale Kriterien der Entwässerung

Das auf die Fahrbahn fallende Wasser muss effizient abgeleitet werden, um das Einfrieren von Wasser zu verhindern und Spritzwasser für Fahrzeuge zu vermeiden. Dabei sind folgende funktionale Kriterien zu beachten:

• Fließgeschwindigkeit: Sicherstellung, dass keine Erosion oder Verschlammung auftritt.
• Wasserstände: Gewährleistung eines Mindestabstands zwischen Fahrbahn und Wasserspiegel.
• Überprüfung des Niveaus: Vermeidung von Schäden an Dritten oder Querentwässerungsanlagen durch Rückstau.

Bemessungsabfluss und Wiederkehrperiode

Ein Entwässerungsereignis mit der Wiederkehrperiode T tritt im Durchschnitt einmal alle T Jahre auf. Das Risiko Q beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Abfluss innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls einmal überschritten wird.

Gefahr der Verstopfung und Prävention

Die Gefahr der Verstopfung ist besonders hoch bei Abläufen und verdeckten Sammlern aufgrund von Müll oder Ablagerungen. Um dies zu vermeiden, sind eine korrekte Planung, eine gewisse Überdimensionierung und eine effektive Wartung erforderlich.

Die Gefahr der Verstopfung hängt von den Eigenschaften der Flüsse und Auen ab und kann in folgende Kategorien eingeteilt werden:

• Hoch: Mitführung von Bäumen oder ähnlichen Objekten.
• Mittel: Mitführung von Schilf, Sträuchern.
• Niedrig: Geringe Mitführung von Material.

Bei hohem Risiko sollten Querentwässerungsanlagen nicht mit vollem Querschnitt bemessen werden, sodass eine minimale Durchlassbreite von 1,5 m und eine lichte Höhe von 1,2 m nicht unterschritten werden. Bei mittlerem Risiko können die vorgenannten Werte halbiert werden. Werden diese Bedingungen nicht erfüllt, muss die Überhöhung des Wasserspiegels berücksichtigt werden, die zu einer Behinderung führen kann. Spezielle Vorrichtungen können eingesetzt werden, um schwimmende Materialien stromaufwärts zurückzuhalten, wobei stets auf die Wartung zu achten ist.

Schäden durch unzureichende Entwässerung

Mögliche Schäden umfassen:

• Beschädigung des Entwässerungselements selbst: Maximale Fließgeschwindigkeit des Wassers, die zu Erosion führen könnte (Sand, Schlamm); Sicherstellung, dass keine Sedimentation oder Sandablagerung erfolgt.
• Unterbrechung des Verkehrsflusses.
• Schäden an Dritten: Vermeidung von Katastrophen oder katastrophalen Auswirkungen.

Typen von Entwässerungseinrichtungen

Es wird versucht, homogene Abschnitte zu definieren, die in der Lage sind, Oberflächenentwässerungsnetze des gleichen Typs zu versorgen. Besondere Aufmerksamkeit ist der Möglichkeit der Kursänderung zu widmen, wo die Neigung der Linie des größten Gefälles der Fahrbahn sehr gering ist, sowie den Auswirkungen einiger Elemente der Oberflächenentwässerung. Es wird empfohlen, effiziente, einfache, robuste und wartungsfreundliche Lösungen zu wählen.

Längsentwässerung

Die Längsentwässerung verläuft parallel zur Achse der Straße.

Rinnenstreifen

Ein Rinnenstreifen ist ein länglicher, schmaler Kanal mit sehr geringer Tiefe, der sich in der Regel am Fahrbahnrand, nahe erhöhten Gehwegen oder an der Spülkante befindet und durch ein Hindernis oder eine Barriere begrenzt wird. Die Abflussleistung hängt von der Wassertiefe ab. Diese darf nicht zu groß sein, um Gefahren für den Verkehr oder übermäßige Wasserbreiten zu vermeiden. Es ist notwendig, das Wasser über einen kontinuierlichen Abfluss oder eine Reihe von isolierten Senken abzuleiten. Die Rinnen müssen vor Gefällewechseln beginnen, um zu verhindern, dass Wasser über die Straße fließt.

Längsgraben / Seitenmulde

Ein Längsgraben ist ein offener Graben neben der Fahrbahn, dessen Sohle der Längsneigung der Straße folgt, es sei denn, es ist notwendig, die Sohle zu halten oder die Neigung zur Verbesserung der Entwässerung zu ändern. Sofern begründet, erfolgt die Auswahl eines Grabentyps nach folgenden Kriterien:

1. Sicherheitsbedingungen: Allgemeine Bedingungen für die Sicherheit des Grabens.
2. Querschnitt: Kleine Grabenquerschnitte dürfen nur in unwegsamem Gelände eingesetzt werden und müssen immer abgedeckt oder durch Sicherheitsbarrieren geschützt sein.
3. Infiltration: Wenn die Infiltration von Wasser aus dem Graben negative Auswirkungen auf das Gelände hätte (z.B. auf die Böschung), muss ein tiefer Entwässerungsgraben angelegt und die Oberfläche mit Beton, Fertigteilen, Steinschüttungen oder bituminösen Materialien abgedichtet werden.

Auskleidung von Gräben

Eine Auskleidung ist erforderlich, um Wasser mit sehr hoher Geschwindigkeit zu führen, was Wasserlecks verhindert und den Schutz von schwierigen und teuren Gebieten gewährleistet. Die Höhe, die der Graben mit Wasser gefüllt erreichen kann, sollte so bemessen sein, dass das Wasser nicht in die Fahrbahn eindringen kann. Die Tiefe des Grabens unter dem Wasserspiegel sollte mindestens 30 bis 40 Zentimeter betragen und nicht über die Böschung hinausragen. Die maximale Fließgeschwindigkeit (Vmax) ist zu beachten. Bei steilen Gefällen (mehr als 4 %) ist eine Auskleidung erforderlich. Es wird empfohlen, ein Längsgefälle von mindestens 0,5 % anzunehmen; die Berechnung erfolgt nach Manning.

Für Gefälle unter 0,5 % ist das nachgelagerte Element der ungünstigste Abschnitt. Bei geringeren Gefällen kann zugelassen werden, dass die Wassertiefe am Einlaufpunkt immer größer wird, mit einem leichten Anstieg durch eine allmähliche Reduzierung des Abflusses, der schließlich durch Versickerung ausgeglichen wird. Unter diesen Bedingungen treten die größten Wassertiefen im ersten Abschnitt auf, und ihre Berechnung kann durch Addition der Wassertiefe des Endabschnitts, berechnet nach Manning, erfolgen.

Abflussberechnung

Die Abflussberechnung umfasst folgende Schritte:

1. Schätzung des Abflusses.
2. Wahl eines Grabenquerschnitts oder -typs.
3. Bestimmung der Gefälle.
4. Berechnung der Wassertiefe.
5. Berechnung der Fließgeschwindigkeit des Wassers.
6. Überprüfung der Gültigkeit der Ergebnisse.

Kanalisation und Abläufe

Kanalisationen (Durchlässe) und Abläufe sind Elemente, die Wasser aus Rinnen und direkten Entwässerungseinrichtungen (z.B. Brücken) sammeln. Senken sind verdeckte Wasserableitungsgeräte.

Typen und Anordnung von Senken/Abläufen

Es gibt verschiedene Typen von Senken:

• Seitliche Senken
• Horizontale Senken
• Gemischte Senken
• Kontinuierliche Senken

Jede isolierte Senke muss einen Schacht unterhalb des Wasserspiegels haben, der zum Sammler führt. Die Einläufe sind effizienter, aber potenziell gefährlicher für den Verkehr und neigen eher zur Verstopfung durch Abfälle.

Bei der Art und Ausführung von Durchlässen und Abläufen sollten neben hydraulischen Überlegungen auch die Verkehrssicherheit und die Gefahr von Verstopfungen durch Abfälle von der Fahrbahn berücksichtigt werden. Der Abstand beträgt etwa eine Senke pro 200 m² Fahrbahnfläche und eine alle 25 bis 50 m in städtischen Gebieten mit Bordsteinen.

Abläufe auf der Fahrbahn dürfen den Verkehr nicht behindern, daher gilt:

• In Schnellstraßen müssen sie am Fahrbahnrand und nicht im Inneren platziert werden.
• Die Oberfläche muss stabil und sorgfältig verarbeitet sein, oder die angrenzende Zone so gestaltet werden, dass Wasser nicht über den Ablauf hinwegfließt, ohne in ihn einzudringen.
• Sie dürfen keine Gefahr für Zweiräder darstellen.
• Das Gitter muss schwer zu bewegen sein und gut sitzen, und es muss den Kräften widerstehen können, die von Fahrzeugen auf es einwirken.

Besteht kein Risiko einer Überfahrung des Ablaufs, können Vertiefungen und schiefe Ebenen zur Erleichterung der Wasserführung vorgesehen werden. Je stärker diese ausgeprägt sind, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Fahrzeuge darüber hinwegfahren. Isolierte Senken in geneigten Bereichen (es sei denn, das Gefälle ist sehr gering) werden im Allgemeinen horizontal angeordnet, als Schnittlinie mit dem Graben- oder Rinnenboden, mit ihren Stäben vorzugsweise parallel zur Fließrichtung. Damit ein Ablauf den gesamten Abfluss Q abfangen kann, muss seine freie Länge L (cm) der Stäbe, die parallel zur Fließrichtung verlaufen, eine bestimmte Formel erfüllen (Formel nicht angegeben).

Bei seitlichen Ablaufrinnen kann deren Kapazität durch Verlängerung gesteigert werden. Das Anbringen von Zwischenstützen zur Reduzierung der lichten Öffnung verringert die Entwässerungskapazität erheblich.

Sammler und Hauptleitungen

Sammler und Hauptleitungen müssen aus folgenden Materialien bestehen, allein oder in Kombination: Betonfertigteile, Faserzement oder verzinktes Wellblech. Die Rohre müssen auf einem Magerbetonbett (HM-Bett) gelagert werden. Wellrohre sollten nicht auf starren Betten liegen und erfordern eine sorgfältige und symmetrische Verdichtung ihrer Seitenverfüllung, um ein Zerdrücken während des Baus zu vermeiden. Die Überdeckung der Rohre sollte ausreichend sein, um Beschädigungen zu vermeiden.

Sammler dürfen keinen Durchmesser kleiner als 30 cm haben; ein Mindestdurchmesser von 40 cm wird empfohlen. Bei Sammlern müssen Tiefpunkte oder Abschnitte mit geringem Gefälle, die Sedimentablagerungen begünstigen, vermieden werden, es sei denn, sie sind unvermeidbar und es werden entsprechende Sandfänge vorgesehen.

Inspektions- und Wartungsschächte

Inspektions- und Wartungsschächte müssen vorhanden sein, um die notwendigen Inspektions- und Wartungsarbeiten an verdeckten Entwässerungsanlagen zu gewährleisten. Die Schächte müssen eine einfache Reinigung ermöglichen, insbesondere dort, wo sie die Straße queren; der Abstand sollte nicht mehr als 50 m betragen.

Sammelschächte müssen insbesondere an folgenden Stellen vorhanden sein:

• Abläufe
• Rohrzusammenflüsse
• Einlaufbauwerke
• Ölabscheider
• Sandfänge
• Abwasserinfiltration in den Boden
• Stützschächte

Es dürfen keine blinden oder unzugänglichen Schächte vorhanden sein.

Querentwässerung

Querentwässerungen unterbrechen einen Weg, um die natürliche Entwässerung des Geländes (Täler, Flussbetten, Bäche, Flüsse) zu ermöglichen. Das Hauptziel der Querentwässerung ist die Wiederherstellung der Kontinuität des Entwässerungsnetzes, sodass das Wasser unter der Straße unter geeigneten Bedingungen abfließen kann. Querentwässerungsanlagen werden auch genutzt, um die Fahrbahn und ihre Ränder zu entwässern. Wenn sie zu weit auseinander liegen, kann es erforderlich sein, Querentwässerungsanlagen ausschließlich für die Entwässerung zu verwenden.

Typen von Querentwässerungen

• Rohrdurchlässe: Bis 1 m Durchmesser.
• Kastendurchlässe: Bis 1 m lichte Weite, nicht kreisförmig.
• Größere Durchlässe: 1 bis 3 m lichte Weite.
• Kleine Brücken / Durchlässe: 3 bis 10 m Spannweite.
• Brücken: Spannweiten über 10 m.