DE2732281C3 - Tiefbrunnen zur Absenkung des Grundwassers aus mehreren Bodenschichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tiefbrunnen zur Absenkung des Grundwassers aus mehreren Bodenschichten mit einer Unterwasserpumpe, die eine durch den Brunnen nach oben geführte Steigleitung aufweist, und mit über der Unterwasserpumpe angeordneten einstellbaren Dichtungsanordnungen zur Unterteilung des Brunnens in Filterkammern und zum wahlweisen Verbinden der Filterkammern.

Tiefbrunnen der genannten Art sind aus der DE-PS 64 668, der DE-AS 26 09 384 und der FR-PS 09 092 bekannt.

Der Grundwasserabsenkung in mehreren übereinanderliegenden Grundwasserstockwerken mit unter schiedlichen geohydrologischen Verhalten kommt immergrößere Bedeutung zu.

Der geologische Aufbau weist dabei in der oberen, oberfläcbennahen Erdschicht gut durchlässige (Cißs- und Kiessandschichten aus den erdgeschichtlich jüngeren Formationen auf, während die zur Tiefe hin anschließenden Bodenformationen mit einem älteren Entstehungsdatum z. B. schwer durchlässige Feinsande und Schluffe aufweisen.

ίο Damit der Grundwasserhaushalt möglichst wenig gestört wird, und zur Erreichung einer kostensparenden Bauweise wird bei entsprechend tiefgegründeten Bauwerken bzw. tief angelegten Baugruben das obere Grundwasserstockwerk immer häufiger durch eine dichte Umschließungswand abgesperrt und die darunterliegenden wenig wasserdurchlassenden Grundwasserstockwerke zur Vermeidung von hydraulischen Grundbrüchen werden mittels Tiefbrunnen entspannt und je nach dem Durchlässigkeitsgrad restentwässert.

Entsprechend der unterschiedlichen Aufgabenstellung — Leerpumpen des I. Horizontes und Entspannen des II. Horizontes — müssen in der Grundwassertechnik zwei verschiedene Absenkungsmethoden angewendet werden und ebenso bei der Entwässerung von

Bodenschichten mit unterschiedlichem Kornaufbau.

Z. B. erfolgt das Leerpumpen eines I. Grundwasserstockwerkes über Pumpensümpfe, die aber in der Regel als Absenkungsbrunnen nach dem Gravitationsverfahren oberhalb des Grundwasserruhespiegels abgeteuft werden und noch in das II. Grundwasserstockwerk hineinragen.

Die Entspannung und Restentwässerung des II. und ggf. weiterer Grundwasserstockwerke erfolgt dann separat mit Vakuum-Tiefbrunnen, die bekanntermaßen

}> gegen die jeweils oberen Stockwerke luftdicht abgeschlossen sind und durch Beaufschlagung mit Vakuum über ein vergrößertes hydraulisches Gefälle die Entspannung und Entwässerung des II. Horizontes bewirken.

■to Ein besonderes Problem hierbei ist die Entwässerung der sogenannten Grenzschichten, in donen die Grundwasserstockwerke ineinander übergehen bzw. durch den unterschiedlichen Grundaufbau voneinander getrennt sind. Die Entwässerung dieser Grenzschicht ist

4^r> besonders problematisch, weil das hydraulische Gefälle zu den Absenkbrunnen nur sehr gering ist.

Bei den bekannten, eingangs genannten Brunnen, hängt der Betriebserfolg wesentlich davon ab, daß die horizontalen Brunneninnendichtungen auf der gleichen

w Ebene wie die Brunnenaußendichtungen genau in einer vorhandenen Sperrschicht zwischen zwei Grundwasserhorizonten bzw. zwei unterschiedlich entwässernden Bodenschichten angebracht sind. Dabei ist bei dieser Brunnenausbildung eine spätere Korrektur, d. h. ein Verschieben nach oben oder unten dieser horizontalen Unterteilung praktisch nicht mehr möglich, da die Vakuumanschlüsse unmittelbar mit den horizontalen Innendichtungen gekoppelt sind. Sind Trennhorizonte nur sehr gering mächtig oder sind mehrere Trennschich ten in Wechsellagerungen vorhanden, dann ist die Festlegung für den Einbau der horizontalen Dichtung solcher Brunnen schwierig, und stellt es sich im Betrieb heraus, daß die Dichtung zu tief eingebaut wurde, ist durch die horizontale Unterteilung dieser Brunnen die Entwässerung der über dem Vakuumteil liegenden Bodenschichten = Grenzschichten entsprechend

schlecht, da hier nur die Schwerkraft-Absenkung wirksam wird.

Außerdem sind wesentliche Konstruktionsmerkmale dieser bekannten Tiefbrunnen Steuer- und Regelorgane, die im Brunnen selbst, d, h, unterhalb der Erdoberfläche und auch im Regelfall unterhalb der Grundwasserspiegel innerhalb der Brunnenrohre, angeordnet sind, Außerdem besteht bei diesen Brunnen kein mittiger freier Durchgang für den Ein- und Ausbau der Pumpe.

Beim Brunnen nach der FR-PS 11 09 092 handelt es sich um einen Doppelbrunnen mit konzentrischen Rohren, aus dem das Wasser jedoch nicht gemeinsam abgesaugt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tiefbrunnen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß alle für den Betrieb des Brunnens erforderlichen Steuer- und Regelorgane am Brunnenkopf angeordnet werden können und daß der Innenraum des Brunnens trotz Anordnung mechanischer Anbauteile zum Trennen der Kammern zur Montage der Absenkpumpe von Einbauten völlig freigehalten werden kann und dies mit der Maßgabe. daß zwei oder mehrere getrennte oder auch beliebig miteinander korrespondierende Brunnenfilters',recken in den verschiedenen Grundwasserhorizonten entstehen, denen jeweils ein Brunneninnenvolumen zugeordnet ist Durch getrennt einstellbare Unterdrucke werden 2s die hydraulischen Gefälle und damit die Entwässerungseffekte in den einzelnen Horizonten erhöht, wobei die Möglichkeit einer besseren Entwässerung der Grenzschicht vorübergehend oder dauernd durch gezielt angesetztes Vakuum Rechnung getragen sein soll.

Diese Aufgabe ist mit einer Brunnenausbildung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Tiefbrunnen aus iinem äußeren, im Bereich mindestens einer kegelstumpfförmigen Schulter stufenweise erweiterten Rohr, das jeweils im unteren Teil jedes Querschnittsbereichs mit Wassereintrittsöffnungen versehen ist, und entsprechend der Zahl der Erweiterungen aus mindestens einem inneren Rohr besteht, das mit seinem unteren Öffnungsrand auf die SchulterinnenPäche abgedichtet aufsetzbar angeordnet -to ist, wobei alle Rohre außerhalb der Brunnenbohrung kopfseitig mit getrennten Vakuumanschlüssen versehen und relativ zueinander axial verstellbar und abgedichtet miteinander verbunden sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Tiefbrunnens gemaß der ErfirJung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Ausbildung des Tiefbrunnens gemäß der Erfindung bringt die folgenden Vorteile:

Die vertikale Außenkam;rer kann durch Anheben des inneren Rohres vorübergehend oder dauernd ohne Austausch der Einbauieile unter Unterdruck gebracht werden, und damit können auch die über der Außendichtung liegenden Grenzschichten durch das größere hydraulische Gefälle gezielt entwässert werden. Eine Korrektur im Betrieb, d. h. Höherlegung der Entwässerungssohle und damit bessere gezielte Entwässerung eines oberen Grundwasserstockwerkes ist durch einfaches Auswechseln des inneren Rohies derart möglich, daß die Überströmöffnungen entsprechend höher angeordnet werden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es in einfacher Weise, die für die einzelnen Bodenschichten und Grundwasserhorizonte zweckmäßigen Absenkungsverfahren in ein und demselben Brunnen anzuwenden, wobei das innere Rohr als mechanisches Einbauteil zur Trennung de- verschiedenen Funktionsräume den Raum für den PumDenein· und -ausbau freihalt und alle für den Betrieb erforderlichen Steuer- und Regelelemente einschließlich des nach oben gezogenen Endes des inneren Rohres sich am Brunnenkopf über Tage befinden. Die Freihaltung des Brunneninnenraumes zur Montage der Absenkungspumpe ist besonders wichtig für das Auswechseln von Pumpen bei veränderten Wasserzuflössen oder bei Auftreten von Maschinenschäden,

Alle statischen Funktionen der Filterrohre und des inneren Rohres sowie der Tragkonstruktionen für die Unterwasserpumpe am Brunnenkopf sind jederzeit kontrollierbar und überschaubar.

Die Filtergarnituren und Einschubrohre können wahlweise aus verschiedenen Materialien gebildet sein, wobei in Abhängigkeit von der Grundwasserqualität vorzugsweise Kunststoffrohre verwendet werden können. Bei lange laufenden Anlagen bietet sich die Möglichkeit einer evtl. partiellen Aufsäuerung der verschiedenen Grundwasserstockwerke zur Lösung von Verockerungen im äußeren Filterschüttungsbereich und damit zur Steigerungsfähigkeit oar Leistung des Brunnens.

Ein weiterer Vorteil der Ausbildung gemäß der Erfindung besteht darin, daß etwa für das erste Leerpumpen eines oberen Grundwasserhorizontes der Brunnen praktisch ohne Mehrkosten für den eventuell später nachfolgenden Vakuumbetrieb gebaut werden kann und das innere Rohr mit allen Funktionsanschlüssen erst in der zweiten Betriebsphase im Zuge des Auswechselns der Unterwasserpumpen auf einfache Art und Weise zusätzlich eingebaut werden kann. Dadurch ergeben sich zusätzliche Einsparungen von Vorhalte- und Betriebskosten.

Get ade die unterschiedliche Beaufschlagung mit Vakuum in den einzelnen Grundwasserhorizonten bietet einen erheblichen technischen und wirtschaftlichen Vorteil. Während nach den bisher bekannten Brunnenkonstruktionen nur eine Trennung in Gravitations- und Vakuumteil möglich ist, oder nur die gleichmäßige Beaufschlagung mit Vakuum des gesamten Vertikalbrunnens ohne Rücksicht auf die einzelnen Schichtungen möglich war, ist bei der vorliegenden Ausbildung die Vakuumbeaufschlagung differenziert auf die einzelnen Schichten gegeben.

Ein wichtiger Gesichtspunkt in wirtschaftlicher Hinsicht ist noch die durch Verwendung des inneren Rohres gegebene Möglichkeit, die einzelnen Grundwasserhorizonte streng getrennt zu halten, was im Hinblick auf unterschiedliche Wasserqualitäten wichtig sein kann. Beim Verfüllen solcher Brunnen ist auch beim Verfüllvorgang durci? das Einschubrohr die exakte Trennung der Grundwasserhorizonte möglich.

Der Vakuumtiefbrunnen gemäß der Erfindung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Tiefbrunnen,

Fig. 2 vergrößert einen Schnitt durch den Brunnenkopf und

Fig.3 vergrößert im Schnitt und in perspektivischer Ansicht den Schullerbereich des Brunnens.

Der Tiefbrunnen besteht aus einem äußerer* Rohr 2, das sich über die gesamte Brunnentiefe erstreckt und eine kegelstumpfförmige Schulter 1, sowie Wassereintrittsöffnungen 3 im unteren Teil und unmittelbar über der Schulter 1 aufweist, ferner aus einem inneren Rohr 6, das mit seinem unteren Öffnungsrand 4 auf der Innenfläche 5 der Schulter 1 des äußeren Rohres 2

aufsetzbar ist. Die beiden vertikal ineinandergesetzten Rohre 2 und 6 weisen kopfseitig Vakuumanschlüsse 7 bzw. 8 auf.

Zur Herstellung des Tiefbrunnens wird eine Bohrung 15 von OK Gelände bis in die erforderliche Tiefe ohne Änderung des Durchmessers durch die verschiedenen Grundwasserstockwerke I, Il abgeteuft. In die Bohrung 15 wird dann das mit Filtern versehene äußere Rohr 2 mit seiner Schulter 1 und dem unteren reduzierten Teil eingesetzt. Entsprechend dem Rodenmifhaii erfolgt der Einbau der Filterschüttungcn 16, 17 sowie der Brunnenaußendichtung 18.

In das äußere Rohr 2 wird das innere Rohr 6 eingestellt bzw. eingeschoben, das sich mit einer Dichtung 13 am unteren Öffnungsrand 4 dicht auf die Schiilterinnenflächc 5 aufsetzt, was insbesondere aus F-' i g. J ersichtlich ist.

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Brunnen unterteilt in einen inneren Brunnenraum Vl und einen äußeren Ringraum V2.

Durch die Ausbildung des Brunncnkopfes können beide Räume unabhängig voneinander und in beliebiger Weise mit Vakuum beaufschlagt werden.

Am Brunnenkopf ist das innere Rohr 6 über Verstellspindeln 12 so gegen die äußere Filtergarnitur aufgeständert, daß über den Spindelhub ein Anheben des Rohres 6 derart möglich ist. daß an der Aufstandsund Dichliingsflächc 19 ein Spalt entsteht, der nach dem Wasserzufluß aus dem Grundwasscrhori/.ont I genau eingestellt werden kann. Diese Ausbildung hat ferner den Vorteil, daß über ein Anheben des inneren Rohres 6 eine Freispülung des äußeren Ringraumes V2 bewirkt werden kann, so daß sich keine Ablagerungen im äußeren Ringraum bilden können. Das innere Rohr 6 ist in bekannter Weise durch einen Vakuumbrunnenkopf 20 mit einem Vakuumanschluß 7 und der Pumpenstcigcleitung 21 luftdicht abgeschlossen. Der luftdichte Abschluß des Ringraumes V2 zwischen dem Rohr 2 und dem Rohr 6 wird durch eine elastische Dichtungsmanschette 9 erreicht. Durch diese Ausbildung ist auch der Vakuumbetrieb bei Aufspindelung des inneren Rohres 6 in beiden Brunnenräumen gewährleistet.

Zur unterschiedlichen Beaufschlagung mit Vakuum, d. h., verschiedene Betriebsunterdrücke in den Brunnenräumen VI und V2. ist ein separater Vakuumanschluß 8 am oberen Abschlußkopf des äußeren Rohres 2 vorgesehen.

Eine vom Wasserspiegel im Ringraum V2 ggf. gesteuerte automatische Aufspituleliing bzw. Ahspindelung des inneren Rohres 6 in Anpassung /um Wasserfluß aus dem Grundwasserhori/onl I ist möglich.

Das innere Rohr 6 kann oberhalb des Öffnungsrandes 4 mit Überströmöffnungen 14 versehen sein, die unabhängig von den Betriebsdrücken in den einzelnen Brunnenräumen ein Abfließen des Wassers aus dem äußeren Ringraum V2indcn inneren Brunnenraum Vl

Ventile können durch Schwimmer, Klappen, Schieber oder Federn selbsttätig oder zwangsgeführt gesteuert werden.

In Fig. I ist gestrichelt die zusätzliche Möglichkeit der axialen Zuordnung eines weiteren Rohres 22 mit entsprechenden Einlaßöffnungen angedeutet, dessen Innenraum in den Ringraum V2 entwässert wird.

Die beschriebene Ausbildungsform ermöglicht eine Brunncnk nstruktion auch dahingehend, das äußere Rohr 2 unterhalb seiner Schulter 1 mit mindestens einer weiteren Schulter zu versehen und dieser Schulter jeweils ein weiteres axial verstellbares Rohr zuzuordnen, das innerhalb des Rohres 6 verlauft und entsprechend verstellbar am Brunnenkopf 20 angeordnet ist.

Es können also vorteilhaft zwei, drei oder mehr Vertikalbrunnen, die nach unterschiedlichen Absenkungsmethoden arbeiten, ineinandcrgestellt und zu einem Brunnen vereinigt werden, der mit nur einer Unterwasserpumpe arbeiten kann.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Tiefbrunnen zur Absenkung des Grundwassers aus mehreren Bodenschichten mit einer Unterwasserpiimpe, die eine durch d«n Brunnen nach oben geführte Steigleitung aufweist, und mit über der Unterwasserpumpe angeordneten einstellbaren Dichtungsanordnungen zur Unterteilung des Brunnens in Filterkammern und zum wahlweisen Verbinden der Filterkammern, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefbrunnen aus einem äußeren, im Bereich mindestens einer kegelstumpfförmigen Schulter (1) stufenweise erweiterten Rohr (2), das jeweils im unteren Teil jedes Querschnittsbereichs mit Wassereintrittsöffnungen (3) versehen ist, und entsprechend der Zahl der Erweiterungen aus mindestens einem inneren Rohr (6) besteht, das mit seinem unteren Öffnungsrand (4) auf die Schulterinnenfläche (5) abgedichtet aufselzbar angeordnet ist, wobei alle Roi»:e (2, 6) außerhalb der Brunnenbohrung kopfseilig mit getrennten Vakuumanschiüssen (7, 8) versehen und relativ zueinander axial verstellbar und abgedichtet miteinander verbunden sind.

2. Tiefbrunnen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß kopfseitig zwischen je zwei Rohren (2, 6) eine elastische Dichtungsmanschette (9) angeordnet ist

3. Tiefbrunnen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2, 6) kopfseitig mit Flanschringen ftO, II) versehen sind, zwischen denen Verstellspindeln (12) für die axiale Verstellung der Rohre (2,6) zueinander angcc.dnct sind.

4. Tiefbrunnen nach eineiit tier Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der _t niere Öffnungsrand (4) des auf die Innenfläche (5) der Schulter (1) aufsetzbaren Rohres (6) entsprechend kegelstumpfförmig ausgebildet und mit einem Dichtungsring (13) versehen ist.

5. Tiefbrunnen nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gckennzeichnst, daß oberhalb des Öffnungsrandes (4) des inneren Rohres (6) ventilartig verschließbare Überströmöffnungen (14) angeordnet sind.

6. Tiefbrunnen nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des äußeren Rohres (2) außerhalb und koaxial zu diesem ein weiteres Rohr (22) mit Einlauföffnungen angeordnet ist, dessen Innenraum mit dem von den Rohren (2, 6) begrenzten Ringraum (V2) in Verbindung steht.