Planung und Bau eines Brunnens mit ... - GCI GmbH

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Kornsummen KS, Kornverteilung KV, potentieller Sedimentaustrag S pot [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,63-1 1,4-2,2 1 - 2 3 mm/s beim Verlassen des Kornfilters am äußeren Filterdurchmesser d F ebenfalls für jede einzelne Schicht i der Mächtigkeit Δh i überprüft und bestätigt. Gleichung 4 = � * � * * � Q zul, i h i dF vkrit QFass, i In Gleichung 4 wird die aus v krit resultierende schichtbezogene zulässige Zuflussrate Q zul,i mit der sich bei normalem Brunnen - betrieb mit einer Förderrate Q Betrieb einstellenden anteiligen Zuflussrate verglichen. In den potenziell am stärksten beanspruchten Zuflussabschnitten direkt unter der Filteroberkante und über der Filterunterkante wurden die jeweiligen Zuflüsse aus nicht ausgebauten hangenden und liegenden Aquifer - bereichen mit berücksichtigt. Weitere Nachweise betreffend Filterrohr, Stabilität und Einbau einer UWM-Pumpe vervollständigen die Planung des Brunnens. Konsolidierung der Hinterfüllung Die Brunnenbohrung wurde von der Firma Wilhelm Kolkhorst GmbH im Trockenbohrverfahren niedergebracht und die zweischalige Hinterfüllung in Abschnitten von etwa 2 bis < 4 m oder bis zum Wechsel der Korngruppe mittels Füllrohr 02/2012 SSchluff Feinsand Mittelsand Grobsand Feinkies Mittelkies Grobkies KS,Pr13,Spline Spot,zul,Pr13 Ds,KS,Pr13-Z(1) Ds,KS,Pr13-Z(2) Ds,KS,Pr13-Z(3) Pr13-KS,W113 Pr13-KV,W113 Ds,Pr13,W113 KS,Pr14,Spline Spot,zul,Pr14 Ds,KS,Pr14-Z(1) Ds,KS,Pr14-Z(2) Ds,KS,Pr14-Z(3) Pr14-KS,W113 Pr14-KV,W113 Ds,Pr14,W113 KS,Pr29,Spline Spot,zul,Pr29 Ds,KS,Pr29-Z(1) Ds,KS,Pr29-Z(2) Ds,KS,Pr29-Z(3) Pr29-KS,W113 Pr29-KV,W113 Ds,Pr29,W113 Q Q Betrieb Fass 1-2 0,71- 1,25 1,4-2,2 1,4-2,2 2-3,15 2-3,15 Brunnenbau 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 Maschenweite Sieb, Porenkanalweite DP,hydr. ,KorndurchmesserdS [mm] Pr13 Pr14 Pr29 Abb. 4 Kornsummenlinien der drei Sedimentproben Pr13, Pr14 und Pr29 und entsprechend W 113 und S pot gewählte Filterkorngrößen sowie für HLE und Brunnenbetrieb geschätzte D P,hydr und S pot -Werte � �� eingespült und von der Fa. Teftorec® GmbH mit dem Impulshochdruckverfahren hypop® verdichtet, wobei ein mit rd. 280 bar erzeugter Wasserhochdruckstrahl mit einer Frequenz von 4 Hz pulsierend in die Rohrwassersäule abgegeben und das Werkzeug (Abb. 3) jeweils über den neu hinterfüllten Ausbauabschnitt abwechselnd aufwärts und abwärts bewegt wurde. Bei zweischaliger Hinterfüllung darf die innere Hinterfüllung – auch wenn diese mit einheitlicher Korngruppe ausgeführt wird – nicht zu hoch über die Unterkante des die innere und die äußere Hinterfüllung trennenden Schüttrohres eingebaut werden, da durch die Impulsverdichtung eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Schüttrohr und dem Filterrohr entstehen kann. Aufgrund der relativ kleinen bis sehr kleinen Filterkorngrößen betrug die Setzung der Hinterfüllung innen rd. 0,45 m und außen nur rd. 0,23 m. Dennoch ist die Konsolidierung gerade bei den auszubauenden Wechsellagerungen mittlerer und feiner Sande erforderlich, wenn bei der anschließenden Filterentwicklung der irreversible Eintrag von Schluff und Feinsand aus dem Aquifer in das Filterkorngerüst und daraus resultierende Kolmation dessen Porenraumes vermieden werden sollen. In Abbildung 4 sind die Kornsummenlinien der ausgewählten Proben 13, 14 und 29 aus dem Filterbereich des Brunnens mittels einer spezifischen Spline-Interpolation, die alle Messwerte reproduziert und monoton stetig verläuft, abgebildet (z. B. „KS,Pr13,Spline“). Vergleichsweise sind die aus dem in W 113, Abschn. Hochleistungsentsandung von Vertikal- und Horizontal filterbrunnen bei Neubau, Regenerierung und Sanierung Tel. 0 28 41-1 69 56 89 oder 0 28 41-9 79 16 93 Fax 0 28 41-1 69 56 88 oder 0 28 41-9 79 16 95 info@teftorec-gmbh.de | www.teftorec-gmbh.de 83 Quelle: GCI GmbH
Quelle: FixEmotions(mg) Technik Abb. 5 Symmetrische Doppelkolbenkammer SDKK®-400.500 mit integriertem Impulsgeber hypop® und Duplexsiebbehälteranlage (Bildhintergrund) zur Prozessüberwachung und -steuerung 5.2.2 „Analysensiebe“, empfohlenen Siebsatz mit jeweils doppelter Maschenweite sich ergebenden Kornsummenlinien als Polygone (z. B. „Pr13-KS,W113“) und die zugehörigen Kornverteilungslinien (z. B. „Pr13-KV,W113“) dargestellt. Die sich nach dem Merkblatt W 113 ergebenden Filterkorngruppen (vgl. Tab. 1) sind in der Grafik erwähnt und durch Marker (z. B. „Ds,Pr13,W113“) so platziert, dass sie für eine Porenzahl e = 0,9 (locker, nicht verdichtet) und einen im Regelwerk als Durchschnittswert empfohlenen Durchgangswert F = 0,6 auf der Abszisse die hydraulisch wirksame Porenkanalweite des Kornfilters (bei Probe 13 D P,hydr = 0,29 mm) und auf der Ordi nate den für die angrenzende Sedimentschicht anzunehmenden potenziellen Sedimentaustrag (93,1 % für Filtersand 1-2 mm) kennzeichnen. In [4], Bild 3/7, wird für den Durchgangswert 0,12 < F < 0,4 in Gleichung 1 eine funktionale Abhängigkeit vom charakteristischen Korndurchmesser, der von der Korngröße der transportierten und der den Porenkanal bildenden Körner abhängig ist, angegeben. Busch & Luckner [4] erwähnen: „Bei pulsierender Strömung und Er- schütterungen können die F-Werte bis zum Doppelten ansteigen.“ Durch Beschränkung auf den Maximalwert von F = 0,4 (für Sediment mit d 50 > 2 mm) und dessen 1,5-fache Erhöhung zur Berücksichtigung hydromechanischer Kräfte beim Pumpbetrieb resultiert daraus der üblicherweise verwendete Durchgangswert F = 0,6. Wendet man Gleichung 1 auf den Kornfilter an, um zu prüfen, welche Kornfraktionen aus dem in der Bohraureole angrenzenden Sediment den Kornfilter in Abhängigkeit von dessen Verdichtung (e = 0,7: verdichtet; e = 0,9: unverdichtet) und vom Strömungszustand (pulsierend, Impulseintrag: F = 0,8; intermittierender Pumpbetrieb: F = 0,6) passieren können, so ergeben sich in Abhängigkeit von der Ungleichkörnigkeit des Aquifersediments unterschiedlich große Spannweiten des potenziellen Sedimentaustrages, wie z. B. die für drei Zustände ermittelten S pot -Werte Ds,KS,Pr13-Z(1), –Z(2) und –Z(3) in Abbildung 4 belegen. Zustand Z(1) beschreibt mit e = 0,9 und F = 0,8 die größtmöglichen hydraulisch wirksamen Porenkanalweiten, Z(2) kennzeichnet den Kornfilterzustand bei der HLE nach erfolgter Impulskonsolidierung (e = 0,7; F = 0,72) und Z(3) den künftigen Brunnenbetrieb mit UWM-Pumpe (e = 0,7; F = 0,6) nach der HLE. Mit der äußeren Hinterfüllung gemäß Sp. 13 in Tabelle 1 werden sich die Schichten 14 und 29 sehr gut mittels HLE entwickeln lassen (s. Sp. 15), während die Schicht 13 mit S pot,HLE ≈ 50 % eine erhöhte Restaustragsrate kennzeichnet. Im normalen Betrieb (Sp. 14) sind alle drei Filterabschnitte mit S pot,Betr-Werten von 23 %, 5 % und 3 % gering bzw. nicht gefährdet hinsichtlich hydromechanischer Kolmation des Kornfilters durch Sedimenteintrag aus der angrenzenden Schicht. Würden auf Grundlage der Empfehlung W 113 die in Sp. 8 oder Sp. 11 bautechnisch angepassten Korngruppen eingebaut, nicht konsolidiert und konventionell entwickelt werden, ergäben sich die S pot,W-Werte in Sp. 9 bzw. 12 der Tabelle 1, wobei die Ampelfarbe rot hohe hydromechanische Kolmationsgefahr anzeigt, gelb moderate und grün geringe. Die in Sp. 13 unter Beachtung von S pot,Betr und S pot,HLE gewählte technisch noch gut herstellbare äußere Hinterfüllung gewährleistet normalen Brunnenbetrieb ohne Gefahr hydromechanischer Kolmation (Sp. 14), erfordert allerdings wegen der ausgeprägten Wechsellagerungen in einigen Abschnitten besondere Sorgfalt bei der HLE (s. Sp. 15). Hochleistungsentwicklung des Brunnenfilters Ziel der HLE ist eine ein- oder mehrschalige verdichtete „instationär stabile“ Filterkornschüttung, deren Poren keine Verschmutzungen und kein Sediment aus dem angrenzenden Aquifer enthalten und an die sich in der Bohraureole ein in radialer Richtung abgestuftes Stützkornskelett anschließt, das den Transport von Sedimentkörnern in den Kornfilter beim Brunnenbetrieb verhindert. Am Br. 20 wurde die HLE von der Teftorec® GmbH durch Intensiventnahme mit einer gemantelten UWM-Pumpe über eine symmetrische Doppelkolbenkammer SDKK®-400.500 durchgeführt. Der Sedimenttransport wurde durch simultanen Impulseintrag mittels eines im unteren Kolben der SDKK integriertem hypop®-Impulsgenerators (s. Abb. 5) mit 270 bar Impulsdruck und 1,7 Hz Impulsfrequenz stimuliert. Die HLE wurde in zwei Phasen ausgeführt. In Phase 1 wurde der Filter mit der 1,5 m langen SDKK® in 25 Arbeitsabschnitten der Länge 0,5 m von oben 84 02/2012
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