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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Filterbrunnens unter Anwendung eines Bohrverfahrens zu dessen Abteufen.
Zur wirtschaftlichen Erschliessung grösserer Wassermengen dienen sogenannte Bohrbrunnen. Mit dieser Brunnenart lassen sich übliche Bohrtiefen erreichen, wobei der Bohrdurchmesser auf Grund der bekannten Bohrverfahren bei einer Bohrtiefe von etwa 50 m auf zirka 1150 mm begrenzt ist. Das Bohrloch wird dabei beispielsweise im Trockenbohrverfahren abgeteuft, d. h. es wird gleichlaufend mit dem Bohrfortschritt eine das Bohrloch begrenzende Verrohrung niedergebracht. Danach wird im Zentrum der Bohrung ein Filterrohr eingesetzt und der Ringraum zwischen dem Filterrohr und der Bohrlochwandung wird unter gleichzeitigem Ziehen der Verrohrung mit Filterkies aufgefüllt. Durch Vertikal-Filterbrunnen dieser Art können in verhältnismässig grossen Tiefen liegende wasserführende Schichten jeder Mächtigkeit erfasst werden.
Allerdings ist der Fassungsraum des Brunnens begrenzt durch den Durchmesser der Bohrung, der gleichzeitig den Fassungsdurchmesser bestimmt.
Auf Grund der genannten Vorteile hat der Vertikal-Filterbrunnen den früher sehr verbreiteten Schachtbrunnen weitgehend verdrängt. Schachtbrunnen sind gekennzeichnet durch ihre verhältnismässig flache Bauart, bei Durchmessern etwa bis zu 6 m. Wegen der geringen Schachttiefe ist die Fassungstiefe der Schachtbrunnen im Grundwasserbereich klein, so dass sie meistens einen sogenannten unvollkommenen Brunnen bilden, bei dem der Wassereintritt im wesentlichen an der Sohle erfolgt. Im Verhältnis zum Durchmesser ergibt sich somit eine geringe Filterfläche. Ein Vorzug des Schachtbrunnens besteht darin, dass er gleichzeitig als Wasserspeicher dienen kann.
Die Ergiebigkeit des Vertikal-Filterbrunnens ist begrenzt durch die maximalen Durchmesser bekannter Bohrverfahren. Die Ergiebigkeit des Schachtbrunnens ist gering wegen der kleinen Filterfläche an der Brunnensohle. Dadurch bleibt der an sich vorhandene, entsprechend dem Durchmesser grosse Fassungsraum des Schachtbrunnens ungenutzt.
Auf der Suche nach einem Brunnen mit grösserer Ergiebigkeit wurde der bekannte Horizontal-Filterbrunnen entwickelt. Diese Brunnenart ist in der Herstellung sehr aufwendig, da eine Vertikalbohrung und, von deren Sohle ausgehend, eine oder mehrere Horizontal-Bohrungen durchgeführt werden müssen. Der Aufwand wird noch weiter dadurch gesteigert, dass zur Festlegung der Bohrrichtung für die Horizontal-Bohrungen ziemlich umfangreiche Voruntersuchungen durch Probebohrungen unerlässlich sind. Aber auch bei dieser Brunnenart ist die Ergiebigkeitssteigerung durchaus begrenzt, da grosse Bodendurchlässigkeitswerte eine Konzentration des Zustromes am vertikalen Brunnenschacht verursachen, so dass die Ergiebigkeit des Brunnens wieder im wesentlichen vom Filterquerschnitt abhängt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brunnen grosser Ergiebigkeit zu schaffen, der die Vorteile des Vertikalfilterbrunnens in bezug auf seine Tiefe sowie des Schachtbrunnens in bezug auf seinen grossen Fassungsraum in sich vereinigt, der aber gleichzeitig einfacher und mit wesentlich weniger Aufwand herzustellen ist als der bekannte Horizontal-Filterbrunnen.
Nach dem Vorschlag der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl sich gegenseitig der Länge nach überschneidender Bodenlöcher bzw. Bohrschlitze jeweils bis zum Liegenden niedergebracht und dann mit Filterkies aufgefüllt wird, so dass ein zusammenhängendes, den Fassungsraum des Brunnens ausbildendes Filterkiesbett entsteht. Im Rahmen dieser Regel genügt es, dass jedes Bohrloch mindestens mit einem weiteren überschnitten wird.
Im Ergebnis entsteht ein im Querschnitt je nach Zahl der abgeteuften Bohrlöcher beliebig grosser, in der Tiefe lediglich durch die Technik des Bohrverfahrens begrenzter Fassungsraum des Brunnens. Bei Anwendung des Trockenbohrverfahrens lassen sich Bohrtiefen bis zirka 50 m erreichen. Ein solcher Brunnen bietet dank seiner gegenüber den bekannten Bauarten bedeutend vergrösserten, an die wasserführenden Schichten angrenzenden Umfangsmantelfläche die Möglichkeit der Anpassung an jeden gesteigerten Bedarf. Berechnungen haben ergeben, dass beispielsweise bei einer Verdreifachung des Durchmessers des Fassungsraumes, abhängig von der Mächtigkeit des Grundwasserleiters und dem Bodendurchlässigkeitswert, eine Steigerung der Förderkapazität des Brunnens um das Zwei- bis Dreifache erzielbar ist.
Dabei sind die Herstellungskosten wesentlich geringer als beispielsweise beim Horizontal-Filterbrunnen, da die Anwendung des Trockenbohrverfahrens zur Erzeugung vertikaler Bohrlöcher und auch überschnittener Bohrlöcher nach dem heutigen Stand der Technik keine Schwierigkeiten bereitet. So ist es längst Stand der Technik, dichte Betonwände dadurch herzustellen, dass, sich gegenseitig überschneidende Ortbetonpfähle hergestellt werden, wobei zunächst eine Reihe von Pfählen mit gegenseitigem Abstand und danach jeweils zwei benachbarte Pfähle mit über ihre gesamte Länge überschneidenden Bohrlöchern erzeugt werden, nach deren Ausfüllen mit Beton eine geschlossene Wand entsteht.
Diese bei Ortbetonpfahlwänden für Bauwerksgründungen, Kaimauern, U-Bahn-Schächte usw. bekannte Technik auf dem Sektor des Brunnenbaues nutzbringend anzuwenden und als Kombination eines Vertikal-Filterbohrbrunnens und eines Schacht-Brunnens zur Ausnutzung zu bringen, ist das wesentliche Verdienst der Erfindung.
Weitere Verfahrensmerkmale bestehen darin, dass zunächst eine erste Anzahl von Bohrlöchern mit einem gegenseitigen kleinsten Abstand ihrer Wandungen abgeteuft werden, wobei der Abstand kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser der jeden Abstand überbrückenden Bohrungen einer danach abgeteuften zweiten Anzahl von Bohrlöchern.
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Dabei geht man zweckmässig so vor, dass die Bohrlöcher der ersten Anzahl nach ihrem Abteufen, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Ziehen der dabei verwendeten Verrohrung, mit Filterkies aufgefüllt werden und dass dann die Bohrlöcher der zweiten Anzahl abgeteuft und mit Filterkies aufgefüllt werden.
In ihrer Querschnittsform können die Fassungsräume solcher Brunnen in weiten Grenzen variieren. Eine Möglichkeit besteht darin, dass alle Bohrlöcher in der Draufsicht gesehen mit ihren Mittelpunkten längs einer geraden oder gekrümmten Linie niedergebracht werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass alle Bohrlöcher, in der Draufsicht gesehen, mit ihren Mittelpunkten längs zweier oder mehr einander schneidender gerader oder gekrümmter Linien niedergebracht werden.
Eine weitere Variante ist schliesslich dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge der Bohrlöcher, in der Draufsicht gesehen mit ihren Mittelpunkten längs einer geschlossenen Linie, beispielsweise eines Kreises oder eine Ellipse, und eine zweite Teilmenge im Inneren der von der Linie umschlossenen Innenfläche derart niedergebracht werden, dass mindestens die Innenfläche vollständig durch die Bohrlöcher überdeckt wird.
In Anwendung obiger Möglichkeiten entstehen Fassungsräume in Form eines Schlitzes oder eines Zylinders, wobei die Bohrlöcher kreisförmig um eine Mittelbohrung niedergebracht werden, oder in Sternform, wobei die Bohrlöcher strahlenförmig von einer Mittelbohrung ausgehend niedergebracht werden.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens können die Bohrlöcher mit Filterkies unterschiedlicher Körnung oder mit sogenanntem Einkornbeton aufgefüllt werden. Dabei liegt es im Ermessen des Fachmannes, die Körnung des Filtermaterials mindestens in der Peripherie des Fassungsraumes an das diesen umgebende Gebirge anzupassen und zum Filterrohr hin gegebenenfalls abzustufen, wobei die Körnung in dem das Filterrohr unmittelbar umgebenden Bereich etwa die gleiche Durchlässigkeit ergeben sollte, wie die Schlitze des Filterrohres. Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, dass es die Abstufung des Filterkieses hinsichtlich seiner Körnung bohrlochweise ermöglicht.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens kann es vorteilhaft sein, mehrere Filterschüttungen im Bereich des den Fassungsraum bildenden Kiesbettes vorzusehen. Auf diese Weise kann mit grösstmöglichen Filterschlitzweiten gearbeitet werden, was die Ergiebigkeit des Brunnens weiterhin steigert.
Darüberhinaus ist an dem erfindungsgemässen Verfahren vorteilhaft, dass ein fertiger Vertikal-Filterbrunnen noch nachträglich vergrössert werden kann, indem man weitere, unter sich und mit dem Fassungsraum des vorhandenen Brunnens zusammenhängende Bohrungen niederbringt.
Hinsichtlich seiner Abdichtungsmöglichkeit gegen Verunreinigungen durch Oberflächenwasser sowie hinsichtlich seiner Entsandungsmöglichkeit, sind die Erfahrungen und Techniken in Zusammenhang mit dem Vertikalbrunnen uneingeschränkt anwendbar.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Grundriss eines Brunnens in Schlitzausführung, Fig. 2 einen schematischen Grundriss eines Brunnens mit etwa zylinderförmigem Fassungsraum, Fig. 3 einen schematischen Grundriss eines Brunnens mit sternförmigem Fassungsraum und Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch einen Brunnen mit einem Grundriss gemäss Fig. 2.
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und mit Filterkies aufgefüllt werden, danach die mit--4 und 5--bezeichneten Bohrlöcher niedergebracht und endlich die mit--l und 6--bezeichneten Bohrlöcher niedergebracht und als Fassungen verrohrt werden. Es sind auch andere Reihenfolgen möglich, z.
B. können zuerst die Bohrungen--4 und 5--und dann die Bohrungen--2 und 3--ausgeführt werden. Auch die Fassungen können in andern Bohrungen vorgesehen
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werden, sind es bei der Zylinderanordnung gemäss Fig. 2 insgesamt sechs Bohrlöcher, die von der zentralen Bohrung--7--überschnitten werden. Das Kiesbett--B--des Fassungsraumes grenzt ohne Übergang
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--7-- istausgefüllt, u. zw. selbstverständlich nur im Bereich des Ringraumes zwischen der Filterverrohrung--F--und der Wandung des zentralen Bohrloches.
Eine Sternanordnung des erfindungsgemässen Brunnens ist in Fig. 3, ebenfalls im Grundriss, dargestellt.
Zuerst werden die drei Arme bildenden Bohrlöcher abgeteuft ; am Schluss wird die zentrale Bohrung mit dem Filterrohr--F--niedergebracht.
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Der Vertikalschnitt durch einen im Querschnitt etwa zylinderförmigen Brunnen, wie ihn Fig. 4 zeigt, ist in seiner vertikalen Erstreckung verkürzt dargestellt. Die Gesamttiefe des Brunnens beträgt beispielsweise 25 m, der Durchmesser-d-des Filterrohres-F-900 mm, der Durchmesser-D-der Kiesschüttung mit der groben Körnung --K2--, in Übereinstimmung mit dem Bohrlochdurchmesser, 1200 mm. Das Filterrohr mit den Schlitzen-S-für den Eintritt des Grundwassers ist in einer Tiefe zwischen 13 und 22 m angeordnet. Das Filterrohr besteht aus rostfreiem Stahl oder Kunststoff, die Schlitzweite beträgt zirka 5 mm. Unterhalb des
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Brunnen nach oben ab. Zur Vereinfachung der Zeichnungen wurde die Pumpenanlage weggelassen.
Der Ruhewasserspiegel-RW-liegt bei 4 m, der abgesenkte Grundwasserspiegel-GW-liegt bei zirka 10 m.
Alle Massangaben verstehen sich von der Geländeoberkante nach unten gerechnet.
In der Praxis wird man zweckmässig alle Bohrlöcher mit dem gleichen Bohrwerkzeug ausführen, was jedoch nicht ausschliesst, dass die Bohrungsdurchmesser unterschiedlich ausgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen eines Filterbrunnens unter Anwendung eines Abteufverfahrens, beispielsweise
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