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Verfahren zum Herstellen und Abdichten eines Brunnens
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sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Brunnen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 2
und 3 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren und auf einen Brunnen.
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In den letzten Jahren hat die Verschmutzung des Grundwassers drastisch
zugenommen. Verschmutzungsindikatoren sind z.B. Nitrate und Chloride. Das Vordringen
der Verschmutzung in größere Tiefen ist im wesentlichen abhängig von der Beschaffenheit
des Bodens, der einen natürlichen Filter darstellt. Bei einem Boden mit verhältnismäßig
geringer Filtereigenschaft schreitet die Verschmutzung des Grundwassers schnell
in größere Tiefen vor.
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Da ein Brunnen die gewachsene Bodenstruktur durchbricht, stellt er
zwangsläufig eine Durchbrechung des gewachsenen natürlichen Filters und somit eine
Schwachstelle dar, durch die verschmutztes Oberflächenwasser bzw. verschmutztes
Grundwasser in noch gute Wasser horizonte einzudringen und auch dieses zu verschmutzen
vermag. Die Schwachstelle ist der die Brunnenwand umgebende Bereich, in dem die
gewachsene Bodenstruktur durch Verfüllung unterbrochen ist. Das verschmutzte Wasser
kann im Bereich dieser Verfüllung oder auch im Spalt zwischen einer Brunnenaußenwand
und dem umgebenden Boden in tiefere Schichten vordringen und dort befindliches Grundwasser
verschmutzen.
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Zur Vermeidung des vorbeschriebenen Problems ist es schon bekannt,
in die Verfüllungszone eine oder mehrere Tonschichten einzubringen, die jeweils
eine Wassersperre bilden sollen. Dabei wird der Ton als Schüttgut in Form von kleinen
trockenen Stücken eingebracht, die die Feuchtigkeit des Bodens aufnehmen und dadurch
quellen sollen, wodurch eine Abdichtung des verfüllten Ringraums erreicht werden
soll.
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Die Praxis hat gezeigt, daß das erstrebte Ziel nicht erreicht wird,
was auf eine Mehrzahl von Unsicherheitsfaktoren zurückzuführen ist. So bilden sich
beim Einschütten des aus Ton bestehenden Schüttgutes Luftlöcher, die durch das nachfolgende
Aufquellen des Tons nicht beseitigt werden. Es besteht auch keine Sicherheit, daß
die Volumenvergrößerung beim Aufquellen des Tons ausreicht, um den jeweils zur Verfügung
stehenden Raum auszufüllen und somit abzudichten. Ferner ist das Aufquellen und
der Übergang in einen wünschenswerten breiigen Zustand des Tons vom Feuchtigkeits-
bzw. Wassergehalt des Bodens abhängig, der insbesondere im oberen Bereich des Brunnens
aufgrund des Wasserentzugs durch den Brunnen als verhältnismäßig gering anzusehen
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufhabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen
bzw. zum Sanieren eines Brunnens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
und einen Brunnen zu schaffen, wobei sich auf einfache Weise eine sichere Abdichtung
des Brunnens gegen an seiner Peripherie eindringendes Wasser erzielen läßt.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 2, 3, 11 oder 14
enthaltenen Merkmale gelöst.
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Das im Anspruch 1 enthaltene Verfahren ist ein Herstellungsverfahren,
bei dem der zwischen dem Filterrohr und der Schachtwand vorhandene Ringraum mit
einem pumpfähigen dauerplastischen oder dauerelastischen Dichtungsmittel verfüllt
wird. Dieses Verfahren ist aus mehreren Gründen vorteilhaft. Der wesentliche Vorteil
besteht darin, daß schon beim Einbringen des Dichtungsmittels der vorhandene Ringraum
dicht ausgefüllt wird. Dies ist möglich, weil das Dichtungsmittel aufgrund seiner
Konsistenz und seines Eigengewichts unter Vermeidung von Lufteinschlüssen sich der
Kontur der Ringraumwandungen anpaßt. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß das Dichtungsmaterial
eine größere Wichte als Wasser aufweist und deshalb aufgrund der vorhandenen Standhöhe
des Dichtungsmittels selbst und/oder des darüber stehenden Wassers in vorteilhafter
Weise automatisch in alle vorhandenen Ritzen bzw. Hohlräume der äußeren Ringraumwandung
eingepreßt wird. Außerdem verteilt sich das eingebrachte Dichtungsmittel bei Vermeidung
von Lufteinschlüssen ebenfalls automatisch gleichmäßig im Ringraum, wodurch auch
das Einbringen erleichtert wird.
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Letzteres ist auch dadurch gegeben, daß das Dichtungsmittel durch
Pumpen zum bzw. in den Ringraum gefördert werden kann. Es bedarf somit in unmittelbarer
Nähe des Brunnenkopfes keiner sperrigen Zuführungsvorrichtungent sondern lediglich
einer einfachen Förderleitung, die von einer in der nahen Umgebung aufgestellten
Pumpe herangeführt werden kann.
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Das Dichtungsmittel selbst ist dauerplastisch oder dauerelastisch.
Es vermag sich deshalb Setzungen im Boden bzw. des Brunnens anzupassen, wodurch
Undichtigkeiten durch Rißbildungen auf Dauer vermieden sind.
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Nach der Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise ein Brunnen nicht
nur herstellen, sondern auch sanieren.
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Verfahren hierzu sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.
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Beim Sanieren wird das Dichtungsmittel in vergleichbarer Weise wie
beim Herstellen eingebracht, jedoch bedarf es vor dem Einbringen des Dichtungsmittels
der Schaffung des Ringraums, was auf zweierlei Weise geschehen kann. Gemäß Anspruch
2 wird der Ringraum außenseitig von der vorhandenen Brunnenwand freigeräumt. Dies
kann in vorteilhafter Weise durch Spülen geschehen. Gemäß Anspruch 3 wird der Ringraum
dadurch geschaffen, daß in den Brunnen in einem Abstand von der Brunnenwand ein
Filterrohr eingebracht wird. Während beim Verfahren nach Anspruch 2 der Brunnen
seinen Nenndurchmesser beibehält, wird er beim Verfahren gemäß Anspruch 3 im Nenndurchmesser
verkleinert und zwar um die Breite des Ringraums einschließlich den Abmessungen
des Filterrohrs, Im Rahmen der Erfindung ist es möglich und vorteilhaft, zusätzlich
zum Filterrohr ein dieses in einem Abstand umgebendes weiteres Schutzrohr einzubringen,
das den zu verfüllenden Ringraum innenseitig begrenzt. Ein solches zweites Schutzrohr
ist im Brunnenbau üblich. Es trägt zur Stabilität des Brunnens bei und vereinfacht
einen eventuellen Ausbau des Filterrohrs, weil letzteres von radialen Stützkräften
entlastet ist.
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Das Verfahrensmerkmal nach Anspruch 4 ist deshalb vorteilhaft, weil
das Dichtungsmittel unterhalb der Oberfläche des Dichtungsmittels strömungsgünstig
und beruhigt eingebracht wird. Das eingebrachte Dichtungsmittel steigt ruhig und
langsam an den Ringraumwänden empor, wobei eventuell auf dem Dichtungsmittel stehendes
Wasser nach oben aus dem Ringraum herausgedrückt wird und Lufteinschlüsse gänzlich
vermieden werden.
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Das Einpumpen des Dichtungsmittels unterhalb seines jeweiligen Füllstandes
ist auch deshalb vorteilhaft, weil
das Dichtungsmittel hoch gedrückt
wird und somit der Fülldruck zur dichten Ausfüllung des Ringraums ausgenutzt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, das Dichtungsmittel gemäß Anspruch 5 in der Nähe der
Trennschicht in den Ringraum einzupumpen, wodurch die vorgenannten Kräfte vermehrt
ausgenutzt werden können. In diesem Fall müssen je nach Brunnentiefe erhebliche
Preßkräfte aufgebracht werden, um den Druck der im Ringraum stehenden Flüssigkeitssäule
zu überwinden, jedoch tragen diese Preßkräfte im vorbeschriebenen Sinne zur Abdichtung
bei. Es empfiehlt sich, den Ringraum gemäß Anspruch 6 durchgehend von unten bis
oben zu Verfüllen, um einen durchgehend dichten Schutz im Sinne einer Versiegelung
zu gewährleisten.
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Je nach Beschaffenheit des Bodens dürfte es in den meisten Fällen
notwendig sein, beim Abteufen des Brunnenschachtes selbst oder des Ringraums (Anspruch
2) gleichzeitig ein den Brunnenschacht bzw. den Ringraum sicherndes Stützrohr zu
setzen. In einem solchen Fall befindet sich der zu verfüllende Ringraum somit innerhalb
einer zusätzlichen Wand, die unmittelbar nach dem Verfüllen gemäß Anspruch 7 zu
ziehen ist. Der freiwerdende Hohlraum wird vom Dichtungsmittel aufgrund des natürlichen
Setzdruckes voll ausgefüllt.
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Die Pumpleitung selbst kann nach dem Verfüllen im Ringraum verbleiben,
oder sie kann unmittelbar nach dem Verfüllen gezogen werden. In beiden Fällen ist
die Abdichtung gewährleistet, weil das Dichtungsmittel die Pumpleitung sowohl innen-
als auch außenseitig umgibt.
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Wenn die Pumpleitung gezogen wird, wird der entstehende Hohlraum ebenfalls
aufgrund des vorhandenen Setzdruckes voll ausgefüllt.
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Das im Anspruch 9 enthaltene Verfahrensmerkmal gewährleistet die Abdichtung
des Brunnens am oberen Brunnenende.
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Da in der Regel davonauszugehen ist, daß ein zu sanierender Brunnen
schon aus einem verunreinigten Wasserhorizont gespeist wird, ist es vorteilhaft,
beim Sanieren eines Brunnens den Brunnen gleichzeitig zu vertiefen, um in noch nicht
verunreinigte Schichten vorzudringen.
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Die Ansprüche 11 bis 13 enthalten einfache und praktische Vorrichtungsmerkmale
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Ansprüche 14 bis 17 beziehen sich auf den Brunnen als Gegenstand.
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Das gemäß Anspruch 18 zu verwendende Materialgemisch eignet sich gut
für den erfindungsgemäßen Zweck. Es ist ein Dichtungsmittel, daß sich im angemischten
Zustand leicht verarbeiten läßt, nach dem Einfüllen in den Ringraum etwas verdickt,
jedoch dauerplastisch und/oder dauerelastisch bleibt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Brunnen als Ausführungsbeispiele
beschrieben.
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Es zeigt Fig. 1 einen erfindungsgemäß ausgestalteten Brunnen im Schnitt;
Fig. 2 und 3 jeweils einen Brunnen, der gemäß der Erfindung saniert wird, im Schnitt.
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Der in der Zeichnung allgemein mit 1 bezeichnete Brunnen besteht aus
einem Brunnenschacht 2, dessen Schachtwand mit 3 bezeichnet ist, und der im gewachsenen
Boden 4 auf eine Tiefe T abgeteuft ist. Bei nicht standfestem Boden 4
ist
eine Abstützung der Schachtwand 3 durch ein im einzelnen nicht dargestelltes Stützrohr
erforderlich, das beim Abteufen eingebracht wird. Im Bereich des allgemein mit 5
bezeichneten Filters ist ein solches Stützrohr, z.B. aufgrund von Öffnungen, durchlässig.
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In einem Abstand a von der Schachtwand 3 ist im Brunnen 1 ein Filterrohr
6 eingesetzt, das sich von der Oberkante 7 des Geländes bis zum Grund 8 erstreckt.
Im Bereich des Filters 5 weist auch das Filterrohr 6 Öffnungen auf, die mit 9 bezeichnet
sind. Als Filter kann auch ein Belagfilter dienen.
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Das Filterrohr 6 ist in einem Abstand b von einem Schutzrohr 11 umgeben,
das sich von der Oberkante 7 des Geländes bis zum Filter 5 erstreckt, das in üblicher
Weise aus einer Feinkies - Schüttung besteht. Das Filterrohr 6 und das Schutzrohr
11 bestehen in nicht dargestellter Weise aus Rohrabschnitten, die fest miteinander
verbunden sind, z.B. durch Gewindeverschraubungen oder Schweißen.
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Auf dem Filter 5 befindet sich eine Trennschicht 12, die in bevorzugter
Weise aus Mittel- oder Feinsand besteht.
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Die Dicke der Trennschicht 12 ist mit c bezeichnet, und beträgt vorzugsweise
etwa Im.
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Zwischen der Schachtwand 3 und dem Schutzrohr 11 ist ein Ringraum
13 vorhanden, dessen Breite mit d bezeichnet ist.
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Der Ringraum 13 ist mit einem Dämmer 14 verfüllt, der aus einem Gemisch
aus ca. 23% Zementklinker und ca.
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77% Kalkmergel (gemahlen) besteht. Es handelt sich um ein dauerplastisches
Dichtungsmaterial.
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Der Brunnen 1 weist an seiner Oberseite einen Brunnenkopf 15 auf,
bestehend aus einem Rohrabschnitt, der unter-
seitig in den Dämmer
14 hineinragt und somit abgedichtet ist und oberseitig einen Außenflansch 16 aufweist,
auf dem ein Deckel 17 mit einem gekrümmten Belüftungsrohr 18 verschraubt ist. Am
Deckel 17 ist eine Steigeleitung 19 befestigt, die bis in das im Brunnen anstehende
Wasser (Wasserspiegel 21) hineinreicht.
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Der Brunnenkopf 15 ist von einer Betonplatte 22 umgeben, die auf dem
Boden 4 aufliegt und ein andeutungsweise dargestelltes Schutzhaus 23 tragen kann.
Mit 24 sind Anker für den Brunnenkopf 15, und mit 25, 26 sind Abstandshalter für
das Schutzrohr 11 und das Filterrohr 6 bezeichnet. Die Pfeile 27 stellen Wasserfäden
dar.
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Aufgrund des vorhandenen,aus dem Dämmer 14 bestehenden Mantels ist
der Brunnen 1 gegen ein Eindringen von verunreinigtem Oberflächenwasser oder verunreinigtem
Grundwasser aus dem Bereich höhergelegener Bodenschichten abgedichtet.
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Die Breite d des Ringraums 13, d.h. die Dicke der abdichtenden Dämmschicht,
beträgt etwa 6 bis 25 cm, vorzugsweise 15 bis 20 cm.
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Nachfolgend werden die Verfahrensschritte zur Herstellung des Brunnens
1 angeführt.
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Abteufen des Brunnenschachtes 2 und gegebenenfalls Abstützen der Schachtwand
3 durch Einbringen eines Stützrohrs.
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Einbringen des Filterrohres 6.
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Einbringen des Filterkieses (Filter 5).
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Einbringen des Schutzrohres 11.
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Aufschütten der Trennschicht 12 auf den Filterkies.
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Einpressen des Dämmers 14 in den Ringraum 13.
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Aufsetzen des Brunnenkopfes 15.
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Der Dämmer 14 wird durch eine Pumpleitung 28 in den Ringraum 13 eingepreßt,
die bis in die Nähe des Grundes des Ringraums 13 reicht und in bevorzugter Weise
am Schutzrohr 11 gehalten ist. Unmittelbar nach dem Ver-Pressen des Dämmers 14 kann
die Pumpleitung 28 nach oben gezogen werden.
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In dem Fall, in dem die Schachtwand 3 durch ein Stützrohr abgestützt
ist, ist dieses unmittelbar nach dem Verpressen des Dämmers 14 durch Ziehen nach
oben zu entfernen.
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Der Dämmer wird vor dem Einbringen mit Wasser zu einer pumpfähigen
Masse an gemischt. Nach dem Einbringen bzw.
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Aufsetzen des Brunnenkopfes 15 ruht der Brunnen 1 für eine gewisse
Zeit (2 Tage), in der der Dämmer 14 abbindet. Er bleibt dauerplastisch. Danach kann
die Steigeleitung 19 eingebracht und ein Pumpversuch vorgenommen werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, einen bestehenden Brunnen
zu sanieren, d.h. gegen ein Eindringen von Oberflächenwasser oder Wasser aus höheren
Bodenschichten in den Bereich des Filters 4 abzudichten.
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Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten.
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Die eine Möglichkeit (Fig. 2) besteht darin, an der Außenseite der
vorhandenen Brunnenwand 31 einen Ringraum 13 freizuräumen und diesen mit Dämmer
14 in vorbeschriebener Weise zu verpressen.
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Das Freiräumen erfolgt vorzugsweise durch Spülen. Hierzu kann eine
Vorrichtung dienen bestehend aus einem Ring, an dem auf dem Umfang verteilt mehrere
Düsen angeordnet sind, die an wenigstens eine Druckwasserleitung angeschlossen sind.
Bei einer außenseitig verfüllten Brunnenwand 31
ist auch die Verfüllung
freizuräumen. Bei nicht standfestem Boden ist zur Stützung des Ringraums 13 ein
diesen umgebendes Stützrohr (nicht dargestellt) einzubringen.
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Das Stützrohr muß unmittelbar nach dem Einbringen des Dämmers 14 gezogen
werden.
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Die einzelnen Schritte dieses Verfahrens sind folgende: Freiräumen
der Brunnenwand 31.
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Einbringen des Filterkies 5.
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Einbringen der Trennschicht 12.
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Verfüllen des Ringraums 13 mit Dämmer 14, Gegebenenfalls Einbetten
eines Brunnenkopfes.
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Bei der anderen Möglichkeit (Fig. 3) wird der Ringraum 13 innenseitig
von der vorhandenen Brunnenwand 31 durch Einbringen eines Schutzrohrs 11 und/oder
eines Filterrohrs 6 geschaffen.
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Die Schritte dieses Verfahrens sind folgende: Setzen des Filterrohrs
6 bis auf den Grund des Brunnens.
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Einbringen des Filterkies 5.
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Setzen des Schutzrohres 11 bis auf den Filterkies 5.
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Einbringen der Trennschicht 12.
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Verfüllen des Ringraums 13 mit Dämmer 14.
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Ziehen der Brunnenwand 31.
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Gegebenenfalls Einbetten eines Brunnenkopfes.
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In allen vorgenannten Fällen ist dafür Sorge zu tragen, daß eine Trennschicht
zwischen dem Filter und dem zu verpressenden Ringraum besteht, um zu verhindern,
daß der Dämmer in den Filter hineingepreßt wird. In Fällen, in denen der Ringraum
nicht bis zum Filter 5 reicht, kann auch der Boden 4 die Trennschicht bilden.
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Die Erfindung eignet sich für alle üblichen Brunnenarten wie Bohr-,
Schlag- und Kesselbrunnen.