[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bau einer Grundwassermeßstelle, bei dem
in eine Bohrung im Erdreich eine Rohrleitung mit einer Wassereintrittsöffnung an ihrem
unteren Ende eingebaut wird und bei dem der Ringraum zwischen der Rohrleitung und
der Bohrungswand im Bereich der Wassereintrittsöffnung mit Filtermaterial und zur
Abdichtung wasserführender Schichten mit im wesentlichen wasserundurchlässigem Material
verfüllt wird.
[0002] Grundwassermeßstellen, auch Pegelbrunnen oder Grundwasserbeobachtungsbrunnen genannt,
werden im Einzugsgebiet von Wassergewinnungsanlagen benötigt, um eine Qualitätskontrolle
des Grundwassers durchführen zu können, bevor das Grundwasser in die Gewinnungsbrunnen
eintritt. Zur Herstellung solcher Grundwassermeßstellen, deren Tiefe mehr als 1000
m betragen kann, werden nach dem Stand der Technik häufig im Druck-Spülverfahren
Bohrungen von ca. 180 mm Durchmesser gebohrt, in die anschließend eine aus Kunststoffrohren
zusammengesetzte Rohrleitung mit einem Außendurchmesser von ca. 75 mm eingebaut wird.
Der Ringraum zwischen der Bohrungswand und der Rohrleitung wird vor allem im Bereich
des am unteren Ende der Rohrleitung angeordneten Filterrohrs, aber auch sonst vorwiegend
mit Kies verfüllt, wobei zwischen einzelnen Kiesschüttungen Tonsperren eingebaut werden,
um die beim Abteufen der Bohrung vorgefundenen, wasserführenden Stockwerke von einander
zu trennen und eine Vermischung oder ungewollte Verunreinigung des Grundwassers zu
verhindern. Das Tonmaterial zur Bildung der Tonsperren wird ebenfalls als Schüttung
in die Bohrung eingefüllt. In der DE-PS 30 12 709 ist ein solcher Ausbau am Beispiel
eines Mehrfachpegels von allerdings vergleichs weise geringer Tiefe gezeigt. Nachteilig
bei dieser bekannten Verfahrensweise ist, daß das Verfüllen des Ringraums besonders
bei Grundwassermeßstellen größerer Tiefe einen erheblichen Zeitaufwand benötigt, da
sehr lange Pausen nach den Einbringen der unterschiedlichen Materialien erforderlich
sind, um den richtigen Sitz der einzelnen Schüttungen mittels Lotungen überwachen
zu können. Bei tieferen Bohrungen besteht auch oft das Problem, daß die Verfüllung
im oberen Bereich der Bohrung hängenbleibt und sich nur unter größten Schwierigkeiten
und mit erheblichem Zeitaufwand in die vorgesehene Position bringen läßt. Sind die
Tonsperren wegen unzureichender Verfüllung undicht oder befinden sich nicht an der
richtigen Stelle, so kann es zu Fremdzuflüssen kommen, die die Grundwassermeßstelle
unbrauchbar machen.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das die genannten Nachteile
beseitigt und mit geringem Zeitaufwand eine die einzelnen Stockwerke zuverlässig von
einander trennende Verfüllung des Ringraums zwischen Bohrung und Rohrleitung ermöglicht.
[0004] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in die Rohrleitung oberhalb der
Wassereintrittsöffnung ein Zwischenstück mit verschließbaren radialen Durchbrüchen
eingesetzt wird, daß nach dem Einbau der Rohrleitung und dem Einfüllen der Filtermaterialschicht
ein Zementiergestänge in die Rohrleitung eingeführt und mit den Durchbrüchen verbunden
wird und daß durch das Zementiergestänge und die Durchbrüche eine flüssige, sich nach
der Einbringung verfestigende Dichtmasse in den Ringraum über der Filtermaterialschicht
gepumpt wird.
[0005] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Verfüllen der Bohrung einer Grundwassermeßstelle
wesentlich vereinfacht und der zum Verfüllen erforderliche Zeitaufwand erheblich reduziert.
[0006] Ein- und Ausbau des Zementiergestänges sind einfach und schnell durchzuführen und
nach dem Ausbau sind keine besonderen Nacharbeiten erforderlich. Die flüssige Dichtmasse
dringt in alle Bereiche des zu verfüllenden Ringraums vollständig ein und sorgt dadurch
nach ihrer Verfestigung für eine vollständige Abdichtung gegenüber den einzelnen Stockwerken
in allen Trennschichten des gebohrten Profils. Auch nachträgliche Setzungen werden
vermieden, da keine Hohlräume unverfüllt bleiben.
[0007] Vorzugsweise besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dichtmasse aus einer
pumpfähigen Suspension aus Tonmehl, Zement und Wasser. Als besonders geeignet hat
sich eine Suspension erwiesen, die auf vier Teile Tonmehl ein Teil Zement enthält.
Die Dichte der Suspension wird vorteilhaft auf 1,29 bis 1,32 g/cm³ eingestellt.
[0008] Um ein Einbringen der Suspension in die Filtermaterialschicht zu vermeiden, kann
in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein,
daß vor dem Einbringen der Suspension das Filtermaterial mit einer Schicht aus Ton
abgedeckt wird.
[0009] Mit der Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung geschaffen, die auf einfache und
vorteilhafte Weise die Durchführung des angegebenen Verfahrens ermöglicht. Die Vorrichtung
besteht erfindungsgemäß aus einem in die Rohrleitung einbaubaren, rohrförmigem Zwischenstück
mit verschließbaren radialen Durchbrüchen, dessen Innendurchmesser im wesentlichen
gleich dem Innendurchmesser der Rohrleitung ist und das unterhalb der Durchbrüche
einen in seine Bohrung hineinragenden Anschlag hat, einem in das Zwischenstück einsetzbaren
Anschlußstück, das bis zur Anlage an dem Anschlag durch die Rohrleitung in das Zwischenstück
einführbar ist und die Bohrung des Zwischenstücks verschließt, und einen mit dem Anschlußstück
verbindbaren, in die Rohrleitung einbaubaren Zementiergestänge, dessen Austrittsöffnung
durch Kanäle im Anschlußstück mit den Durchbrüchen verbindbar ist. Mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann der Ringraum zwischen der eingebauten Rohrleitung und der Bohrungswand
mit der pumpfähigen und sich anschließend verfestigenden Dichtmasse verfüllt werden,
ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Rohrleitung und der für den Wassereintritt
am unteren Ende der Rohrleitung angeordneten Filterrohre besteht. Ist der Ringraum
verfüllt und hat die Dichtmasse abgebunden, so wird mit dem Zementiergestänge das
Anschlußstück aus der Rohrleitung ausgebaut. Danach ist das Innere der Rohrleitung
bis in dem Bereich der Wassereintrittsöffnung frei zugänglich und kann mit den Geräten
zum Fördern von Wasserproben oder zur Untersuchung des Grundwassers vor Ort befahren
werden.
[0010] Vorzugsweise weist das Anschlußstück oberhalb und unterhalb der Durchbrüche Dichtringe
auf, die an der Bohrung des Zwischenstücks druckdicht anliegen, um das Eindringen
der flüssigen Dichtmasse in die Rohrleitung zu vermeiden. Zum Verschließen der radialen
Durchbrüche können nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung Klappen vorgesehen
sein, die auf der Außenfläche des Zwischenstücks aufliegen und von Blattfedern radial
beweglich gehalten werden. Zu seiner Orientierung und Abstützung im Zwischenstück
weist das Anschlußstück vorzugsweise eine Längsnut auf, in die der als Noppen aussgebildete
Anschlag des Zwischenstücks eingreift.
[0011] In einer besonders einfachen Ausgestaltung besteht das Anschlußstück aus einer am
unteren Ende verschließbaren Hülse mit radialen Durchbrüchen, die in der Orientierungslage
der Hülse den Durchbrüchen im Zwischenstück gegenüberliegen. Der Verschluß im Boden
der Hülse kann dabei aus einem zum Sumpf hin sperrenden Rückschlagventil bestehen.
Hierdurch kann die in der Bohrung vorhandene Flüssigkeit das Anschlußstück ein Absenken
durch das Rückschlagventil basieren, um zu vermeiden, daß das Anschlußstück nach Art
eines Plunger-Kolbens die Flüssigkeit verdrängt und damit einen das Absenken erschwerenden
Auftrieb erzeugt.
[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung werden anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 das Profil einer Grundwassermeßstelle mit einer Verfüllung des Ringraums nach
dem Stand der Technik,
Figur 2 das Profil der Grundwassermeßstelle gemäß Figur 1 mit einer Verfüllung des
Ringraums nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Figur 3 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Bau einer Grundwassermeßstelle
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
[0013] Figur 1 zeigt das Profil einer Grundwassermeßstelle, die in der üblichen, dem Stand
der Technik angehörenden Weise ausgebaut wurde. In eine im Druckspülverfahren bis
zu einer Tiefe von -210 m gebohrte Bohrung 1 mit einem Durchmesser von 220 mm im Bereich
von 0 bis -50 m und einem Durchmesser von 175 mm im Bereich von -50 bis - 210 m wurde
eine aus Kunststoffrohren zusammengesetzte Rohrleitung 2 eingebaut, die an ihrem unteren
Ende im Bereich von -198 bis -206 m ein Filterrohr 3 und daran anschließend ein Sumpfrohr
4 aufweist. Das Sumpfrohr 4 endet in einer Tiefe von -208 m und ist dort verschlossen.
Der Nenndurchmesser der Rohrleitung 2 beträgt von 0 bis -40 m 115 mm und darunter
65 mm. Der Ringraum 5 zwischen der Rohrleitung 2 und der Wand der Bohrung 1 ist mit
verschiedenen Füllmaterialien verfüllt. Im untersten Abschnitt 6 welche von der Sohle
der Bohrung 2 bis in eine Tiefe von -195 m reicht, befindet sich eine Kiesschüttung
der Körnung 1 - 2, durch die das Grundwasser zu dem Filterrohr 3 gelangt. Der darüberliegende
Abschnitt 7 ist bis zu einer Tiefe von -161 m mit Füllkies der Körnung 2 - 8 verfüllt.
Um die Abschnitte 6, 7 von darüberliegenden Stockwerken zu trennen, ist der Abschnitt
8 als Tonabdichtung ausgebildet. Darüber folgen im Abschnitt 9 eine Schüttung aus
Füllkies und in wechselnder folge wiederum Tonabdichtungen in den Abschnitten 10 -
13 und dazwischen Schüttungen aus Füllkies in den Abschnitten 14 - 17. Die beschriebene
Verfüllung des Ringraums 5 zwischen der Rohrleitung 2 und der Wand der Bohrung 1
ergibt sich aus dem bei der Herstellung der Bohrung ermittelten Art und Lage der durchbohrten
Schichten und der Notwendigkeit die dabei durchbohrten Sperrschichten durch den Einbau
von Tonabdichtungen wieder zu verschließen, um eine Vermischung von Wasser aus verschiedenen
Stockwerken und eine damit eventuell verbundene Verunreinigung des Grundwassers zu
verhindern.
[0014] Das Einbringen der einzelnen Tonsperren beim Verfüllen der Bohrung ist sehr schwierig
und zeitaufwendig, da mittels Lotungen immer wieder der richtige Sitz der einzelnen
Schüttungen überwacht werden muß. Sind die Tonsperren undicht oder befinden sie sich
durch Setzungen des Kieses nicht an der richtigen Stelle, so ist die Grundwassermeßstelle
für eine genaue Überwachung des Grundwassers unbrauchbar.
[0015] Durch das in Figur 2 veranschaulichte Verfahren werden diese Nachteile vermieden.
Das Verfahren wird anhand des bereits in Figur 1 dargestellten Beispiels erläutert.
Nach diesem wird in die Rohrleitung 2 einige Meter über dem Filterrohr 3 ein rohrförmiges
Zwischenstück 18 eingesetzt, dessen Wand radiale Durchbrüche hat. An die Durchbrüche
im Zwischenstück 18 wird ein durch die Rohrleitung eingeführtes Zementiergestänge
19 angeschlossen, welches über Tage mit einer Pumpe 20 verbunden ist. Nun wird zunächst
zum Beschütten der Filterstrecke in den unteren Abschnitt 6 von außen in die Bohrung
1 Filterkies der Körnung 1 - 2 bis nahe unterhalb des Zwischenstücks 18 eingebracht.
Steigt die Abschüttung von Filterkies versehentlich über das Zwischenstück 18 hinaus,
so kann die überschüssige Menge durch Anschluß des Zementiergestänges an eine Spülpumpe
wieder an die Oberfläche gefördert werden. Wenn die Kiesschüttung die richtige Höhe
hat, wird mit Hilfe der Pumpe 20 über das Zementiergestänge 19 und die Durchbrüche
im Zwischenstück 18 eine flüssige, pumpfähige Dichtmasse in den Ringraum 5 gepumpt
bis der Ringraum im Bereich der Stockwerke 7 - 17 vollständig ausgefüllt ist. Danach
wird zur Reinigung der Pumpe und des Zementiergestänges eine ihrem Aufnahmevolumen
entsprechende Wassermenge nachgepumpt.
[0016] Die Dichtmasse wird in einer Mischanlage angemischt, wobei aus Tonmehl, Zement und
Wasser eine pumpfähige Suspension hergestellt wird, die nach dem Einbringen durch
Abbinden des Zements ohne oder mit geringer Volumenzunahme fest wird.
[0017] Das Zementiergestänge kann unmittelbar nach dem Einpumpen der Dichtmasse ausgebaut
werden, wenn die Durchbrüche im Zwischenstück durch besondere Mittel verschließbar
sind. Ist dies nicht der Fall, oder erweist sich der Verschluß als undicht, so muß
das Zementiergestänge bis zur Verfestigung der Dichtmasse eingebaut bleiben. Nach
dem Ausbau des Zementiergestänges ist der Durchgang durch das Zwischenstück frei.
Das Zwischenstück bildet einen geschlossenen Teil der Rohrleitung, da die Durchbrüche
durch die Dichtmasse und gfs. die zusätzlichen Mittel dicht verschlossen sind. Die
Grundwassermeßstelle kann nun freigepumpt und in der üblichen Weise in Betrieb genommen
werden.
[0018] In Figur 3 ist eine Ausführungsform des Zwischenstücks 18 und eines daran angepaßten
Anschlußstücks 21, welches sich am unteren Ende des Zementiergestänges 19 befindet,
dargestellt. Das Zwischenstück 18 besteht aus einem zylindrischen Rohr 22, das an
seinen beiden Enden ein Außengewinde 23 für das Aufschrauben einer Gewindemuffe zum
Anschließen des Zwischenstück 18 an den oberen und unteren Strang der Rohrleitung
2 hat. Das Rohr 22 weist in seiner Wand zwei einander gegenüberliegende Durchbrüche
24 auf, die die Form eines Langlochs haben. Im Bereich der Durchbrüche 24 sind auf
der
[0019] Außenfläche des Rohres 22 ebene Anlageflächen 25 ausgebildet auf denen plattenförmige
Klappen 26 dicht aufliegen, die die Durchbrüche 24 vollständig bedecken. Die Klappen
26 werden von Blattfedern 27 gehalten und gegen die Anlageflächen 25 gedrückt. Die
Blattfedern 27 sind jeweils unter Zwischenlage eines Futterstücks 28 an der Außenseite
des Rohrs 22 angeschraubt. In der Bohrung 29 des Rohrs 22 befinden sich unterhalb
der Durchbrüche 24 zwei einander gegenüberliegende Anschlagnoppen 30. Die Anschlagnoppen
30 sind in der Wand des Rohrs 22 befestigt und stehen aus der Bohrung 29 hervor.
[0020] Das Anschlußstück 21 besteht aus einem Rohr 31, das an seinem oberen Ende ein Innenkegelgewinde
32 hat, in das das untere Ende des Zementiergestänges 19 einschraubbar ist. In seinem
mittleren Bereich weist das Rohr 31 einen Absatz mit geringerem Aussendurchmesser
auf, auf den zwei Dichtringe 33 und eine zwischen den Dichtringen angeordnete Hülse
34 aufgeschoben sind. Die Dichtringe 33 und die Hülse 34 werden in ihrer Lage von
einem Kopfstück 35 gehalten, das auf das untere Ende des Rohrs 31 aufgeschraubt ist.
Zwischen dem Kopfstück 35 und dem Rohr 31 ist weiterhin ein Dichtring 36 angeordnet.
Das Kopfstück 35 weist eine Bohrung 37 auf, die durch eine im unteren Ende 38 des
Rohrs 31 angeordnete Ventilkugel 39 verschließbar ist. Ein Bund 40 in der Bohrung
des Rohrs 31 verhindert, daß die Ventilkugel 39 durch das Rohr 31 nach oben gespült
werden kann.
[0021] Das Anschlußstück 21 ist wie die Darstellung zeigt in die Bohrung 29 einschiebbar.
Die Lage des Anschlußstücks 21 wird dabei durch zwei Nuten 41 im Kopfstück 35 bestimmt,
in die die Anschlagnoppen 30 eingreifen. Auf diese Weise wird das Anschlußstück 21
in seiner axialen Lage und in seiner Winkelstellung jim Zwischenstück 18 fixiert.
In dieser Lage befinden sich die beiden Dichtringe 36 oberhalb und unterhalb der Durchbrüche
24 und den Durchbrüchen 24 liegen Durchbrüche 42 gleicher Größe gegenüber, die im
Rohr 31 und in der Hülse 34 ausgebildet sind. Auf diese Weise wird durch das Anschluß
stück 21 eine druckdichte Verbindung zwischen der Bohrung des Zementiergestänges 19
und den Durchbrüchen 24 geschaffen. Die durch das Zementiergestänge 19 geförderte
Dichtmasse kann daher nicht in die Bohrung 19 des Zwischenstücks 18 und die daran
angeschlossene Rohrleitung eindringen.
[0022] Das Anschlußstück 21 kann beim Bau einer Grundwassermeßstelle bereits über Tage in
das Zwischenstück 18 eingesetzt und zusammen mit diesem mit der Rohrleitung 2 in die
Bohrung 1 eingebaut werden. Hierbei ermöglicht die Ventilkugel 39 das Eindringen der
in der Bohrung vorhandenen Flüssigkeit in das Innere der Rohrleitung 2, um dadruch
einen erhöhten Auftrieb zu vermeiden. Ist die Rohrleitung 2 eingebaut, so wird das
Zementiergestänge 19 eingefahren und mit dem Innenkegelgewinde 32 des Anschlußstücks
21 verschraubt. Hierbei sichern die Anschlagnoppen 30 das Anschlußstück 21 gegen Drehen.
Beim Einpumpen der Dichtmasse verschließt die Ventilkugel 39 die Bohrung 37, während
die Klappen 26 durch den Förderdruck von den Anlageflächen 25 nach außen abgehoben
werden, so daß die Dichtmasse ungehindert in den Ringraum 5 gelangen kann. Ist das
Füllen des Ringraums 5 beendet, so werden die Klappen 26 von den Blattfedern 27 wieder
gegen die Anlageflächen 25 gedrückt, wodurch die Durchbrüche 24 verschlossen werden.
Das Zementiergestänge 19 kann nun zusammen mit dem Anschlußstück 21 aus dem Zwischenstück
18 und der Rohrleitung 2 herausgezogen werden. Nach dem Ausbau des Zementiergestänges
19 und des Anschlußstücks 21 ist der freie Durchgang in der Rohrleitung 2 bis zum
Sumpfrohr 4 gegeben.
1. Verfahren zum Bau einer Grundwassermeßstelle, bei dem in eine Bohrung im Erdreich
eine Rohrleitung mit einer Wassereintrittsöffnung an ihrem unteren Ende eingebaut
wird und bei dem der Ringraum zwischen der Rohrleitung und der Bohrungswand im Bereich
der Wassereintrittsöffnung mit Filtermaterial und zur Abdichtung wasserführender
Schichten mit im wesentlichen wasserundurchlässigem Material verfüllt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß in die Rohrleitung (2) oberhalb der Wassereintrittsöffnung (3)
ein Zwischenstück (18) mit verschließbaren, radialen Durchbrüchen (24) eingesetzt
wird, daß nach dem Einbau der Rohrleitung (2) und dem Einfüllen der Filtermaterialschicht
(6) ein Zementiergestänge (19, 21) in die Rohrleitung eingeführt und mit den Durchbrüchen
(24) im Zwischenstück (18) verbunden wird und daß durch das Zementiergestänge (19)
und die Durchbrüche (24) eine flüssige, sich nach der Einbringung verfestigende Dichtmasse
in den Ringraum (5) über der Filtermaterialschicht (6) gepumpt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse aus einer
pumpfähigen Suspension aus Tonmehl, Zement und Wasser besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ca. vier
Teile Tonmehl und ca. ein Teil Zement enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dichte der Dichtmasse mindestens 1,3 g/cm3 beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
vor dem Einbringen der Dichtmasse das Filtermaterial mit einer Schicht aus Ton abgedeckt
wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch ein in die Rohrleitung (2) einbaubares, rohrförmiges Zwischenstück
(18) mit verschließbaren radialen Durchbrüchen (24), das im Innendurchmesser gleich
oder kleiner ist als der Innendurchmesser der Rohrleitung und das unterhalb der Durchbrüche
einen in seine Bohrung (29) hineinragenden Anschlag (30) hat, durch ein in das Zwischenstück
(18) einsetzbares Anschlußstück (21), das bis zur Anlage an dem Anschlag (30) durch
die Rohrleitung (2) in das Zwischenstück einführbar ist und die Bohrung (29) des
Zwischenstücks verschließt, und durch ein mit dem Anschlußstück (21) verbindbares,
in die Rohrleitung (2) einbaubares Zementiergestänge (19), dessen Austrittsöffnung
durch einen Kanal (42) im Anschlußstück (21) mit den Durchbrüchen (24) verbindbar
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück oberhalb
und unterhalb der Durchbrüche (24, 42) Dichtringe (33) aufweist, die an der Bohrung
(29) des Zwischenstücks (18) druckdicht anliegen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Durchbrüche
(24) im Zwischenstück (18) durch Klappen (26) verschließbar sind, die auf der Außenfläche
des Zwischenstücks (18) aufliegen und von Blattfedern (27) radial beweglich gehalten
sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück
(21) eine Längsnut (41) aufweist, in die der als Noppen (30) ausgebildete Anschlag
des Zwischenstücks (18) eingreift.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück
(21) aus einer am unteren Ende (38) verschließbaren Hülse (31) mit Radialen, in der
Orientierungslage den Durchbrüchen (24) im Zwischenstück (18) gegenüberliegenden Durchbrüchen
(41) besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden
(38) des Anschlußstücks (21) ein zum Sumpf hin sperrendes Rückschlagventil (37, 39)
angeordnet ist, das mit dem Kanal (42) in Verbindung steht.