Fehler bei der Brunnenbemessung und Brunnenbaubauarbeiten
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<strong>Fehler</strong> <strong>bei</strong> <strong>der</strong> <strong>Brunnenbemessung</strong> <strong>und</strong> Brunnenbaubauar<strong>bei</strong>ten<br />
1. Einführung<br />
1. Einführung<br />
2. Ermittlung von <strong>Fehler</strong>n<br />
3. Zusammenstellung <strong>der</strong> am häufigsten anzutreffenden <strong>Fehler</strong> <strong>und</strong><br />
ihre Folgen<br />
3.1 Bohrlochgeometrie<br />
3.2 Ringraumkolmationen<br />
3.3 Undichte Aufsatzrohrverbindungen<br />
3.4 Undichte Ringräume<br />
3.5 Erhöhte Sandführung<br />
4. Ursache <strong>der</strong> häufigsten <strong>Fehler</strong><br />
4.1 Ursachen für eine mangelhafte Bohrlochgeometrie<br />
4.2 Ursachen für eine Kolmation im Ringraum<br />
4.3 Ursachen für <strong>und</strong>ichte Rohrverbindungen<br />
4.4 Ursachen für Undichtigkeiten im Ringraum<br />
4.5 Ursachen für eine erhöhte Sandführung<br />
5. Zusammenfassung<br />
Mängel an Brunnenbauwerken lassen sich auf <strong>Fehler</strong> in allen Bauphasen finden:<br />
- Bohrar<strong>bei</strong>ten <strong>und</strong> Probennahme<br />
- Auswahl <strong>und</strong> Einbau <strong>der</strong> Ausbauverrohrung<br />
- Ringraumverfüllung<br />
- Brunnenentwicklungsmaßnahmen<br />
Gründe dürften vor allem <strong>der</strong> Preisdruck <strong>und</strong> die mangelhafte Qualifizierung <strong>der</strong> am<br />
Bau von Brunnen Beteiligten sein. Erschwerend kommt hinzu, dass <strong>der</strong> größte Teil <strong>der</strong><br />
Ar<strong>bei</strong>ten unsichtbar <strong>und</strong> wenig nachvollziehbar unterhalb <strong>der</strong> Geländeoberkante<br />
durchgeführt wird.<br />
Viele Mängel fallen daher im Betrieb auch wenig auf. So führen Kolmationen im<br />
Bereich <strong>der</strong> Brunnenfassung zu einer geringeren Ergiebigkeit <strong>und</strong> schnelleren Alterung,<br />
dass dies auf <strong>Fehler</strong> <strong>bei</strong> <strong>der</strong> Dimensionierung <strong>und</strong> <strong>bei</strong>m Bau zurückzuführen ist <strong>und</strong><br />
nicht am Gebirge liegt, wird schwer nachzuweisen sein.<br />
Gleiches ist <strong>bei</strong> unregelmäßigen Ringräumen aufgr<strong>und</strong> unzureichen<strong>der</strong> Bohrlochgeometrie<br />
festzustellen. Wegsamkeiten im Bereich <strong>der</strong> Abdichtungen, Neigung zur<br />
Versandung bzw. eine schnellere Alterung machen sich häufig erst nach vielen<br />
Betriebsjahren bemerkbar.<br />
Da 90% eines Brunnenbauwerkes „unsichtbar“ sind, ist auch <strong>der</strong> Nachweis baulicher<br />
Mängel schwierig. Zwar hat sich die Geophysik inzwischen durch viele Innovationen<br />
Zugang zum Bohrloch, zur Ausbauverrohrung <strong>und</strong> vor allem zum Ringraum verschafft<br />
<strong>und</strong> neue Tracer-Methoden ermöglichen den Nachweis von Wegsamkeiten bzw.<br />
Undichtigkeiten von einem „gläsernen“ Brunnen zu sprechen, wäre immer noch<br />
vermessen.
2. Ermittlung von <strong>Fehler</strong>n<br />
Die hilfreichsten Mittel bieten die geophysikalischen Messverfahren entsprechen<strong>der</strong><br />
Servicefirmen. Diese werden im nachfolgenden Beitrag vorgestellt. Darüber hinaus<br />
kann nur ein intensives Studium <strong>der</strong> hoffentlich umfangreich vorliegenden<br />
Dokumentation <strong>der</strong> <strong>Brunnenbemessung</strong>, des Brunnenbaus <strong>und</strong> –betriebes Hinweise<br />
auf <strong>Fehler</strong>quellen bieten.<br />
3. Zusammenstellung <strong>der</strong> am häufigsten anzutreffenden <strong>Fehler</strong> <strong>und</strong> ihre Folgen<br />
3.1 Bohrlochgeometrie<br />
Unter Bohrlochgeometrie fallen die wichtigsten Merkmale eines ausbauwürdigen<br />
Bohrloches:<br />
- Vertikalität<br />
- Gera<strong>der</strong> Verlauf<br />
- Auskolkungen / Einengungen<br />
Betrachtet man die anschließenden Matrixen, so wird die Bedeutung einer guten<br />
Bohrlochgeometrie für alle nachfolgenden Ausbauar<strong>bei</strong>ten deutlich. Krumme <strong>und</strong><br />
schiefe Bohrlöcher führen zu unregelmäßigen Ringräumen. Gerade eine gleichmäßige<br />
Ringraumgeometrie gewährleistet ein sicheres Einbringen aller Verfüllmaterialien.<br />
Gleichmäßige Filterkiesschüttung gewährleistet eine erfolgreiche<br />
Brunnenentwicklung, eine gleichmäßige Ringraumabdichtung sichert eine<br />
einwandfreie Dichtung gegen vertikale <strong>und</strong> horizontale Wasserbewegungen.<br />
Die Bedeutung einer sorgfältigen Bohrprobennahme für die Festlegung des<br />
Brunnenausbaus wird in Matrix 1,5 <strong>und</strong> 6 deutlich, soll hier aber nicht näher<br />
betrachtet werden.<br />
3.2 Ringraumkolmationen<br />
Ringraumkolmationen sind Ursachen für eine mangelhafte Ergiebigkeit eines<br />
Brunnens. Ein unzureichen<strong>der</strong> Porenraum im Filtersand / -kies <strong>und</strong> dem angrenzenden<br />
GW – Leiter behin<strong>der</strong>n aber nicht nur den Zufluss zum Brunnen, er beschleunigt auch<br />
die Brunnenalterung. Es fehlt sowohl an Speicherraum für Ablagerungen durch<br />
Alterungserscheinungen, <strong>der</strong> geringere freie Porenraum führt zu höheren<br />
Zuflussgeschwindigkeiten, was wie<strong>der</strong>um zur Folge hat, dass <strong>der</strong> Eintrittswi<strong>der</strong>stand<br />
<strong>und</strong> somit die Absenkung im Brunnen zunimmt. Der beste Hinweis auf<br />
Kolmationserscheinungen ist neben den geophysikalischen Messungen eine weit<br />
hinter den Berechnungen zurückbleibende Ergiebigkeit des Brunnens.<br />
3.3 Undichte Aufsatzrohrverbindungen<br />
Undichte Aufsatzrohrverbindungen sind insbeson<strong>der</strong>e <strong>bei</strong> Gr<strong>und</strong>wasser(beschaffenheits)-Messstellen<br />
ein nicht zu akzeptieren<strong>der</strong> Mangel. Da sie aufgr<strong>und</strong> geeigneter<br />
Ausbaumaterialien <strong>und</strong> Einbauverfahren in <strong>der</strong> Regel unnötig sind, sollten hier hohe<br />
Anfor<strong>der</strong>ungen gestellt werden. Sie verfälschen nicht nur Messwerte, son<strong>der</strong>n<br />
ermöglichen während des Brunnenbestandes einen unzulässigen Wasseraustausch.
Da dieser in <strong>der</strong> Regel von oben nach unten verläuft, sind kostbare Wasserressourcen<br />
nachhaltig gefährdet.<br />
3.4 Undichte Ringräume<br />
Weitaus problematischer, weil schlechter erkennbar <strong>und</strong> nachweisbar, sind<br />
Wegsamkeiten in Ringräumen. Eigentlich sollen sie durch ausreichend bemessene Tono<strong>der</strong><br />
Suspensionssperren verhin<strong>der</strong>t werden. Die Matrix 4 zeigt aber die vielfältigen<br />
<strong>Fehler</strong>möglichkeiten, die nur sehr schwer aufzudecken sind. Drainagen durch<br />
unsachgemäße Wie<strong>der</strong>herstellung von GW – Nichtleitern zwischen verschiedenen<br />
Gr<strong>und</strong>wasserstockwerken gefährden für alle Zeit weniger belastete GW – Leiter in<br />
größeren Tiefen, auf die wir in Zukunft zur Sicherstellung <strong>der</strong> Wasserversorgung<br />
angewiesen sein werden. Gerade hier müssen an die Ausführungssicherheit die<br />
höchsten Anfor<strong>der</strong>ungen gestellt werden. Insbeson<strong>der</strong>e <strong>bei</strong> <strong>der</strong> Planung von<br />
Brunnenbauwerken müssen die optimalen Abdichtungsvarianten auf den<br />
gegenwärtigen Stand <strong>der</strong> Technik berücksichtigt werden!<br />
3.5 Erhöhte Sandführung<br />
Eine erhöhte Sandführung wirkt sich in <strong>der</strong> Regel störend auf den Brunnenbetrieb aus.<br />
Mitgeführter Sand kann För<strong>der</strong>einrichtungen zerstören, Armaturen unbrauchbar<br />
machen <strong>und</strong> Aufbereitungsanlagen verstopfen. Allerdings sollte die Höhe des<br />
gefor<strong>der</strong>ten Restsandgehalts den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt sein. Je<br />
höher nämlich die Anfor<strong>der</strong>ungen an den Restsandgehalt, desto sicherer d.h. feiner<br />
wird <strong>der</strong> Planer bzw. Brunnenbauer die Filtersand- / kiesschüttung wählen, was immer<br />
Auswirkungen auf die Wirksamkeit von Brunnenentwicklungsmaßnahmen haben<br />
wird. So kann ein unnötig hoher Restsandgehalt eine geringere Ergiebigkeit <strong>und</strong><br />
schnellere Brunnenalterung zur Folge haben.<br />
4. Ursache <strong>der</strong> häufigsten <strong>Fehler</strong><br />
Zwischen <strong>Fehler</strong>n <strong>und</strong> Ursachen zu unterscheiden, ist ausgesprochen schwierig. So ist<br />
<strong>der</strong> <strong>Fehler</strong>, eine Spülbohrung mit stumpfem Werkzeug <strong>und</strong> unzulässig hohem Andruck<br />
abzuteufen gleichzeitig Ursache für eine krumme Bohrung. Der <strong>Fehler</strong>, eine schiefe<br />
Bohrung abgeteuft zu haben, ist gleichzeitig Ursache für einen unregelmäßigen<br />
Ringraum. Dieser <strong>Fehler</strong> kann wie<strong>der</strong>um Ursache für eine <strong>und</strong>ichte Sperrschicht o<strong>der</strong><br />
unzulässig hoher Sandführung sein.<br />
Wir werden also von <strong>Fehler</strong>- bzw. Ursachenketten sprechen müssen, die <strong>bei</strong> einem<br />
Schadensbild <strong>bei</strong> <strong>der</strong> Bauwerksabnahme bzw. im Brunnenbetrieb beginnen. Diese<br />
Ketten werden sich zwangsläufig verzweigen, da verschiedene <strong>Fehler</strong> die Ursache für<br />
einen Mangel in <strong>der</strong> Bauausführung sein können.<br />
So können hier nur exemplarisch für einzelne Schadensfälle <strong>Fehler</strong>- <strong>und</strong><br />
Ursachenketten erstellt werden. Es hängt vom Sachverstand des jeweiligen Gutachters<br />
ab, alle Einflussfaktoren in die Ursachenforschung mit einzubeziehen <strong>und</strong> ggf. durch<br />
ein Ausschlussverfahren die <strong>Fehler</strong>quelle einzugrenzen.<br />
Die oben gezeigt <strong>Fehler</strong>-Ursachen-Matrix kann beliebig erweitert werden <strong>und</strong> entbehrt<br />
jeglichem Anspruch auf Vollständigkeit. Deutlich wird aber, dass viele
Querverbindungen herzustellen sind <strong>und</strong> die Ursachenforschung einem Puzzle gleicht.<br />
Da im Nachhinein die meisten Maßnahmen nicht mehr nachzuvollziehen sind, wird<br />
vielfach eine Auswertung <strong>der</strong> Baudokumentation Aufschluss geben, sofern diese<br />
vorhanden ist. Dies unterstreicht einmal mehr die Bedeutung einer lückenlosen<br />
Dokumentation , zumal durch sie viele <strong>Fehler</strong> vermeidbar wären!<br />
4.3 Ursachen für eine mangelhafte Bohrlochgeometrie<br />
MangelhafteBohrlochgeometrie<br />
Bei Spülbohrungen<br />
Geologisch<br />
bedingte<br />
Abweichungen<br />
Bei Trockenbohrungen<br />
Gerätetechnisch<br />
Zu geringe<br />
Hakenlast<br />
Zu kleines<br />
bedingte Abw. Bohrgestänge<br />
Ungeeignete<br />
o<strong>der</strong> stumpfe<br />
Bohrwerkzeuge<br />
Mangelnde Spülpumpenleistung<br />
Schief aufgestell- Unzureichende Sp.ter<br />
Bohrmast Kontrolle<br />
Bohrungsbedingte Falsche<br />
Ungeeignete<br />
Abweichungen Spülung<br />
Sp.-Zusätze<br />
Zu hoher Schlechte<br />
Bohrhin<strong>der</strong>nisse Bohrandruck Vermischung<br />
Schräg einfallen-<br />
Unzureichende<br />
de Schichten<br />
Spülwannen-/<br />
Klüfte Schief aufgestel.<br />
Bohrgerät<br />
-teichgrösse<br />
Bohrungsbedingte Schief angesetz- Vermischte<br />
Abweichungen te Rohrtour Bohrproben<br />
Zu geringe Auskolkungen<br />
Wasserauflast hinter Verrohrung<br />
Unzureichende Auflockerung <strong>der</strong><br />
Verrohrungseinr. Bohrlochsohle<br />
Gerätetechnisch Zu geringes<br />
bedingte Abw. Drehmoment<br />
Ungeeignetes od.<br />
stumpes<br />
Bohrwerkzeug<br />
Eine schlechte Bohrung taucht in fast allen Matrixen auf, ist sie doch Ursache für<br />
entscheidende Ausbaumängel. Eine gute Bohrlochgeometrie ist Voraussetzung für die<br />
problemlose Nutzung einer Bohrung. Daher sollte vor Beginn <strong>der</strong> Ausbauar<strong>bei</strong>ten die<br />
Ausbauwürdigkeit einer Bohrung am besten mittels Geophysik nachgewiesen werden.<br />
Lei<strong>der</strong> gibt das Regelwerk bisher wenige Hinweise auf die einzuhaltenden Bohrlochparameter!<br />
4.4 Ursachen für eine Kolmation im Ringraum<br />
ungeeigneter<br />
Filtersand /-kies<br />
Zu großer Unterkornanteil<br />
Gebrochene<br />
Körner
Abdichtungen<br />
(Kolmation) im<br />
Ringraum<br />
Mangelhafte<br />
Ergiebigkeit<br />
od. Leistungsrückgang<br />
Brunnenneubau<br />
Brunnenalterung<br />
Ausführungs<br />
-fehler<br />
Verunreinigung<br />
<strong>der</strong> Bohrlochwand<br />
Zu feiner Filtersand<br />
/-kies<br />
Planungs- zu geringe Filterfehlereintrittsfläche<br />
Zu kleine<br />
Filterschlitzweite<br />
zu grosser<br />
Ringraum<br />
Unzurei- Zu geringe<br />
chende Abpumpmenge<br />
Entsandung Nicht abschnittsweise<br />
entsandet<br />
Unzureichende<br />
Sandmengenerf.<br />
Versandung Nicht „geschockt“<br />
Verockerung Kornbrücken<br />
Versinterung zerstört<br />
Verschmieren durch<br />
Bohrrohre<br />
Stark aufgeladene<br />
Spülung<br />
Unzureichende<br />
Filterkuchenbildung<br />
Innere Kolmation<br />
Bohrlochwand wird<br />
nicht erreicht<br />
Falsches Abbruchkriterium<br />
Falsche Restsan<strong>der</strong>fassung<br />
Teilstrom falsch<br />
angeordnet /<br />
betrieben<br />
Eine Kolmation hinter <strong>der</strong> Filterstrecke als Ursache mangeln<strong>der</strong> Ergiebigkeit wird<br />
selten erkannt. Obwohl viele <strong>Fehler</strong>quellen in <strong>der</strong> Planungs- <strong>und</strong> Bauphase möglich<br />
sind, wird am häufigsten eine „Angstschüttung“ hinter den Filterrohren Ursache eines<br />
zu geringen Porenraumes sein. Eine schnellere Alterung ist also vorprogrammiert, da<br />
<strong>der</strong> Brunnenbauer in Hinblick auf eine mögliche Sandführung vorsichtig sein muss,<br />
denn nur die technische Sandfreiheit im Betrieb muss er nach DIN 18302<br />
gewährleisten.<br />
4.3 Ursachen für <strong>und</strong>ichte Rohrverbindungen<br />
Undichte<br />
Aufsatzrohrverbindungen<br />
<strong>Fehler</strong>hafte<br />
Rohrverbindungen<br />
Falsches<br />
Ausbaumaterial<br />
<strong>Fehler</strong>haftes<br />
Ausbaumaterial<br />
<strong>Fehler</strong>hafter<br />
Einbau<br />
Undichtigkeiten im<br />
Ringraum<br />
(s. <strong>Fehler</strong>) Unzureichende<br />
Bohrlochgeometrie<br />
Ungeeignetes<br />
Ausbaumaterial<br />
Verbindungen nicht<br />
nach DIN<br />
Rohre unr<strong>und</strong><br />
Dreckige Rohre<br />
Unsauberes<br />
Gewinde<br />
Unsachgemäß<br />
gelagert<br />
Fehlende<br />
Dichtringe<br />
Zu stark angezogene<br />
Verbindungen<br />
Zu schwach angez.<br />
Verbindungen<br />
Ausbauverrohrung<br />
geknickt<br />
Ausbauverrohrung<br />
liegt einseitig an
Dieser Mangel dürfte eigentlich kaum auftreten, wenn nicht die Zulieferindustrie<br />
bisher nur dichte Rohrverbindungen bis max. DN 125 anbieten würde (SBF norip,<br />
ABDI). Unverständlicher Weise werden dichte Rohrverbindungen für größere<br />
Ausbaudimensionen vom Markt nicht gefor<strong>der</strong>t.<br />
Allerdings kommt es auch <strong>bei</strong> den Ausbauverrohrungen für Gr<strong>und</strong>wassermessstellen<br />
insbeson<strong>der</strong>e durch o.g. Verar<strong>bei</strong>tungsmängel zu Undichtigkeiten.<br />
4.4 Ursachen für Undichtigkeiten im Ringraum<br />
Undichtigkeit<br />
Im Ringraum<br />
Bei geschütteten<br />
Abdichtungen<br />
schlechte<br />
Bohrlochgeometrie<br />
Bei verpressten<br />
Abdichtungen<br />
Materialfehler<br />
Einbaufehler<br />
Einbaufehler<br />
Materialfehler<br />
Quillt nicht in<br />
Spülung<br />
Keine ausreichende<br />
Quelldruckspannung<br />
Quillt vor Erreichen<br />
<strong>der</strong> Einbautiefe<br />
Zu schnelles<br />
Schütten<br />
Einseitiges<br />
Schütten<br />
Schüttgüter hängen<br />
sich auf<br />
Ungeeignete<br />
Verpressmaterialien<br />
Abbindevorgang<br />
beginnt zu schnell<br />
Verpressgestänge<br />
wird zu früh / spät<br />
Gezogen<br />
Schlotbildung, es<br />
bleiben Nester<br />
Nachsackungen wg.<br />
Kiessetzung<br />
Ungeeignetes<br />
Material<br />
Falsche Mischung <strong>der</strong><br />
Feststoffe<br />
Falscher Wasser-<br />
Feststoffwert<br />
Unzureichende<br />
Mischeinrichtung<br />
Unzureichendes<br />
Loten<br />
Setzungsrisse<br />
Nicht volumenbeständig<br />
Kein Anhaften<br />
an Sperrrohren<br />
Schrumpfungsrisse<br />
Die Vielzahl <strong>der</strong> Ursachen welche zu Undichtigkeiten in Ringräumen führen machen<br />
deutlich, dass dieses wichtigste Qualitätskriterium eines Brunnens am besten durch<br />
konstruktive Maßnahmen zu erzielen ist. So sollten Abdichtungen immer über die<br />
gesamte Mächtigkeit <strong>der</strong> Sperrschicht / des GW-Nichtleiters geschüttet / verpresst<br />
werden. Im Zweifelsfall muss ein Ausbau mit Sperrrohr vorgesehen werden,<br />
insbeson<strong>der</strong>e wenn die oberen Bereiche kontaminiert sind.<br />
4.5 Ursachen für eine erhöhte Sandführung
Sandführung<br />
im Betrieb<br />
unzureichen<br />
de<br />
Entwicklung<br />
fehlerhafte<br />
Schüttung<br />
fehlerhafte<br />
Filterkiesbesti<br />
m.<br />
falscher<br />
Brunnenbetrieb<br />
zu geringe<br />
Anströmgesc<br />
hw.<br />
nicht<br />
abschnittweise<br />
entsand.<br />
unregelmäßi<br />
g. Ringraum<br />
ungenaue<br />
Schichtgrenz<br />
.<br />
keine<br />
Verdich-<br />
tungsmaßn.<br />
ungenaue<br />
Probennahm<br />
e<br />
falsche Fikibestimmung<br />
falscher<br />
Pumpenstandort<br />
defektes<br />
Rück-<br />
schlagventil<br />
zu hohe Anlaufmenge<br />
zu hohe<br />
Schalthäufigkeit<br />
einseitiges<br />
Schütten<br />
fehlende/<br />
falsche<br />
Zentrierunge<br />
n<br />
Ausbauverro<br />
hr. Steht auf<br />
Mangelhafte<br />
Bohrtechnik<br />
Mangelhafte<br />
Probenentna<br />
h.<br />
krummes<br />
Bohrloch<br />
unzureichen<br />
de Spülung<br />
zu hoher<br />
Andruck<br />
stumpfes<br />
Bohrwerkzeu<br />
g<br />
schiefe<br />
Verrohrung<br />
Spülungsüberdruck<br />
Nachfall Spülungszusammensetz.<br />
Spülungsumlaufmenge<br />
zu kurze<br />
Beruhigungs-<br />
strecke<br />
Ungeeignete<br />
r<br />
Entnahmeort<br />
zu geringe<br />
Wasseraufl.<br />
Alle Ursachen <strong>und</strong> Zusammenhänge können auch in <strong>der</strong> oben abgebildeten Matrix<br />
nicht dargestellt werden. So kann eine nach vielen Jahren sandfreier För<strong>der</strong>ung<br />
plötzlich auftretende Sandführung darauf zurückzuführen sein, dass große Bereiche<br />
<strong>der</strong> Fassung durch Alterung <strong>und</strong>urchlässig geworden sind. Bisher kaum durchflossene<br />
Bereiche werden nun aktiviert. Diese sind aber häufig aufgr<strong>und</strong> unzureichen<strong>der</strong><br />
Verfahrenstechnik nie ausreichend entsandet worden.<br />
5. Zusammenfassung<br />
Von einem „gläsernen“ Brunnen zu sprechen wäre zwar immer noch vermessen,<br />
geophysikalische <strong>und</strong> sonstige Messverfahren ermöglichen heute eine gute<br />
Qualitätskontrolle <strong>und</strong> Schadensfeststellung.
Eine große Hilfe könnte eine lückenlose Dokumentation <strong>der</strong> Bohr- <strong>und</strong> Ausbauar<strong>bei</strong>ten<br />
sein. Lei<strong>der</strong> wird diese einfachste Form <strong>der</strong> Qualitätssicherung <strong>und</strong> Gr<strong>und</strong>lage aller<br />
späteren Maßnahmen noch immer viel zu sorglos gehandhabt.
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