DE2359231C2

DE2359231C2 - Verfahren zum Herstellen eines Filterbrunnens

Info

Publication number: DE2359231C2
Application number: DE2359231A
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof. Dipl.-Ing. Dr.Techn. 6091 Goetzens Ingerle; Karl 8265 Simbach Meister
Original assignee: FERDINAND AUFSCHLAEGER KG 8000 MUENCHEN
Current assignee: FERDINAND AUFSCHLAEGER KG 8000 MUENCHEN
Priority date: 1973-11-28
Filing date: 1973-11-28
Publication date: 1975-07-24
Also published as: ZA747314B; GB1484702A; AU7564874A; CH578655A5; AR205176A1; HU170105B; ES432118A1; FR2252459B3; BR7409931A; SE7414873L; SE396428B; JPS50158140A; CA1023655A; DD114644A5; FR2252459A1; DE2359231B1; BE822137A

Description

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 Aufgäbe dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl sich gegenseitig auf der ganzen Länge Oberschneidender Bodeslöcher oder Bohrschlitze jeweils etwa bis zum Liegenden der zu filternden Schicht niedergebracht und ein zusammenhäng snder, den Fassungsraum des Brunnens ausfüllender Filterkörper gebildet wird. 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 Brhrtiefen bis etwa 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 Fassungsraums, ab hängig 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 Hori- zontal-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 Bohrlöehern erzeugt werden, nach deren Ausfüllen mit Beton eine geschlossene Wand entsteht. Diese bei Ortbetonpl llwänden für Bauwerksgründungen, Kaimauern, U-Bahn-Schächte usw. bekannte Technik auf dem Sektor des Brunnenbaus nutzbringend anzuwenden und als Kombination eines Vertikal-Filterbohrbrunnens und eines Schacht-Brunnens zur Ausnutzung zu bringen, ist das wesentliche Verdienst der vorliegenden Erfindung.

Weitere Verfahrensmerkmale bestehen darin, daß zunächst eine erste Anzahl von Bohrlöchern mit einem gegenseitigen kleinsten Abstand ihrer Wandungen abgeteuft wird, der kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser der jeden Abstand überbrückenden Bohrungen einer danach abgeteuften zweiten Anzahl von Bohrlöchern.

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 abgeteult 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 mehrerer sich gegenseitig 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 einer Ellipse, und eine zweite Teilmenge im Inneren der von der Linie umschlossenen Innenfläche niedergebracht werden, wobei 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.

Die Bohrlöcher können mit Filterkies unterschiedlicher Körnung oder mit sogenanntem Einkornbeton aufgefüllt werden. Dabei liegt es im Ermessen des Fachmanns, die Körnung des Filtermaterials mindestens in der Peripherie des Fassungsraums 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 Filterrohrs. Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß es die Abstufung des Filterkieses hinsichtlich seiner Körnung bohrlochweise ermöglicht.

Es kann 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.

Darüber hinaus 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.

Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Be Schreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung zu entnehmen. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Grundriß eines Brunnens in Schlitzausführung,

F i g. 2 einen schematischen Grundriß eines Brunnens mit etwa zylinderförmigem Fassungsraum,

Fig.3 einen schematischen Grundrill eines Brunnens mit sternförmigem Fassungsraum,

F i g. 4 einen Vertikalschnitt durch einen Brunnen mit einem Grundriß gemäß F i g. 2.

Gemäß F i g. 1 wird der Fassungsraum des Brunnens dutch sechs, längs einer geraden Linie angeordnete Bohrlöcher gebildet, wobei beispielsweise zuerst die mit 2 und 3 bezeichneten Bohrlöcher niedergebracht und mit Filterkies aufgefüllt werden, danach die mit 4 und 5 bezeichneten Bohrlöcher niedergebracht und endlich die mit 1 und 6 bezeichneten Bohrlöcher niedergebracht und als Fassungen verrohrt werden. Selbstverständlich 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 Passungen können in anderen Bohrungen vorgesehen werden. Die jeweils benachbarten Bohrlöcher überschneiden sich im Bereich einer Querschnittsfläche A. Der Brunnen besitzt zwei Filterverrohrungen Fi und Fi. Das aus dem umgebenden Gebirge G in das Kiesbett B strömende Grundwasser erzeugt eine bestimmte Grundwassersäule im Inneren der Filterrohre F\ und Fi, von wo aus das angesammelte Wasser abgepumpt wird» ίο

Während bei der Schlitzsnordnung gemäß F i g. 1 von einem Bohrloch höchstens zwei andere geschnitten werden, sind es bei der Zylinderanordnung gemäß F i g. 2 insgesamt sechs Bohrlöcher, die von der zentralen Bohrung 7 überschnitten werden. Das Kiesbett B des Fassungsraums grenzt ohne Übergang unmittelbar an das dieses umgebende Gebirge G an. In der zentralen Bohrung 7 ist das Filterrohr F angeordnet. Die in der entsprechenden Reihenfolge abgeteuften äußeren Bohrlöcher sind mit einem Filterkies von einer Körnung ATi entsprechend der Siebanalyse ausgefüllt. Der Kies wird beim Niederbringen der zentralen Bohrung 7 aus den überschnittenen Bereichen wieder entfernt Nach dem Setzen des Filterrohrs F wird die zentrale Bohrung mit einem Filterkies gröberer Körnung K2 ausgefüllt, und zwar selbstverständlich nur im Bereich des Ringraums zwischen der Filterverrohrung F und der Wandung des zentralen Bohrlochs.

Eine Sternanordnung des erfindungsgemäßen Brun

nens 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 Fniedergebracht

Der Vertikalschnitt durch einen im Querschnitt etwa zylinderförmigen Brunnen, wie ihn F i g. 4 zeigt, ist in seiner vertikalen Erstreckung verkürzt dargestellt. Die Gesamttiefe des Brunnens beträgt beispielsweise 25 m der Durchmesser d des Filterrohrs FWOmm, dci 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 etwa 5 mm. Unterhalb des Filterrohrs ist ein Sumpfrohr Al mit Boden angeordnet. Oberhalb des eigentlichen Filterrohrs schließt sich bis an die Geländeoberkante GOK ein Vollrohr R2 an. Die Abdeckung AB schließt den Brunnen nach oben ab. Zur Vereinfachung der Zeichnung wurde die Pumpenanlage weggelassen. Der Ruhewasserspiegel RIV liegt bei 4 m, der abgesenkte Grundwasserspiegel GlV liegt bei etwa 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Filterbrunnens unter Anwendung eines Abteufverfahrens, insbesondere des Trockenbohrverfahrens, bei dem ein Filtermaterial, insbesondere Filterkies, mindestens in den Bereich der produzierenden Schicht eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl sich gegenseitig auf der ganzen Länge überschneidender Bohrlöcher oder Bohrschlitze jeweils etwa bis zum Liegenden der zu filternden Schicht niedergebracht und ein zusammenhängender, den Fassungsraum des Brunnens ausfüllender Filterkörper gebildet wir± '5

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich überschneidenden Bohrlöcher bzw. Bohrschlitze einzeln zusätzlich mit mindestens einem weiteren Loch bzw. Schlitz überschnitten werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine erste Anzahl von Bohrlöchern mit einem gegenseitigen kleinsten Abstand ihrer Wandungen abgeteuft wird, der kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser der je- ²S den Abstand überbrückenden Bohrungen einer danach abgeteuften zweiten Anzahl von Bohrlöchern.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die ersten Bohrlöcher niedergebracht und nach ihrem Abteufen, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Ziehen der dabei verwendeten Verrohrung, mit Filterkies aufgefüllt werden und danach die zweiten Bohrlöcher abgeteuft und mit Filterkies aufgefüllt werden.

.5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bohrlöcher bzw. Schlitze, in der Draufsicht gesehen, mit ihren Mittelpunkten längs einer geraden oder gekrümmten Linie niedergebracht werden.

'5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bohrlöcher bzw. Schlitze, in der Draufsicht gesehen, mit ihren Mittelpunkten längs zweier oder mehrerer sich gegenseitig schneidender, gerader oder gekrümmter Linien niedergebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge der Bohrlöcher bzw. Schlitze, in der Draufsicht gesehen, mit ihren Mittelpunkten längs einer geschlossenen Linie, beispielsweise eines Kreises oder einer Ellipse. und eine zweite Teilmenge im Inneren der vor der Linie umschlossenen Innenfläche niedergebracht werden, wobei mindestens die Innenfläche vollständig durch die Bohrlöcher bzw. Schlitze überdeckt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche ! bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher, im Querschnitt gesehen, einen Schlitz bildend niedergebracht werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher kreisförmig um eine Mittelbohrung niedergebracht werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher ⁶S strahlenförmig von einer Mittelbohrung ausgehend, niedergebracht werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Filterbrunnens unter Anwendung eines Abteufverfahrens, insbesondere des Trockenbohrverfahrens, bei dem ein Filtermaterial, insbesondere Filterkies, mindestens in den Bereich der produzierenden Schicht eingebracht wird.

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 etwa 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-Fiiterbrunnen 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 wiederum im wesentlichen vom Filterquerschnitt abhängt

Zum Abdichten von Formationen ist es bekannt (FR-PS 1 308.548), Schlitze durch sich in Längsrichtung überschneidende Bohrlöcher herzustellen und die Schlitze dann mit Dichtungsmaterial zu füllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brunnen großer Ergiebigkeit zu schaffen, der die Vorteile des Vertikalfilterbrunnens in bezug auf seine Tiefe,