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

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Quelle: Teftorec® GmbH Feststoffaustragsmenge [L/AA]. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 AA: 29,3 - 29,8 m nach unten mit einer für die Filterkonstruktion berechneten erforderlichen Förderrate von 80 m³/h zur Reinigung des Kornfilters sowie zum Aufbau des Stützkornskeletts in der Bohraureole während insgesamt 27,6 Stunden behandelt, was einschl. Verrücken der Kammer 30,1 Arbeitsstunden erforderte. Die Behandlung jedes Arbeitsabschnittes (AA) wurde gemäß Abbildung 6 überwiegend bei geringer Sedimentrestaustragsrate zwischen < 0,1 und 1 ml/m³ beendet, wobei sich die AA an der realisierten Filtereinbauteufe von 29,3 bis 41,8 m u. GOK orientieren. Anschließend wurde in Phase 2 mit der Doppelkolbenspaltkammer DKSK®-400.500.250 in 10 jeweils 1,25 m langen Arbeitsabschnitten mit einer auf den Filter abgestimmten Kammerförderrate von 30 m³/h eine Feinreinigung des Kornfilters in insgesamt 5,1 Stunden Behandlungszeit durchgeführt, wobei die Abschnittbehandlung überwiegend bei Sedimentaustragsraten < 0,1 ml/m³ beendet worden ist. Die Prozessüberwachung wurde kontinuierlich mit Intervallmessungen über jeweils 6 Minuten im Teilförderstrom von 10 m³/h über abwechselnd beschickte Siebbehälter (s. Abb. 5, Hintergrund) mit Maschenweite 0,063 mm und Sediment- Beratung Gutachten Planung Bauüberwachung Projektmanagement Grundwasser Hydrogeologie Wasserwirtschaft Grundwassermanagement Monitoring Altlasten Sanierung Grundwassermodellierung Softwareentwicklung Brunnen Zustandsanalyse und Planung für Neubau, Regenerierung und Sanierung 02/2012 Kontrollmessungen in Arbeitsabschnitten (AA) bei 80 m³/h Intensiventnahme mittels SDKK ® und hypop ® -Impulstechnologie mit 270 bar und 1,7 Hz AA: 29,8 - 30,3 m AA: 30,3 - 30,8 m AA: 30,8 - 31,3 m AA: 31,3 - 31,8 m AA: 31,8 - 32,3 m AA: 32,3 - 32,8 m AA: 32,8 - 33,3 m AA: 33,3 - 33,8 m AA: 33,8 - 34,3 m AA: 34,3 - 34,8 m AA: 34,8 - 35,3 m AA: 35,3 - 35,8 m AA: 35,8 - 36,3 m Brunnenbau � Schlamm/Sand/Kies � Sand � Schlamm � Kies Abschnittbearbeitungszeit Abbruchkriterium Abb. 6 Ergebnisse der Prozessüberwachung in jedem Arbeitsabschnitt (AA) der SDKK® bei der HLE von Br. 20 in Phase 1 AA: 36,3 - 36,8 m AA: 36,8 - 37,3 m AA: 37,3 - 37,8 m AA: 37,8 - 38,3 m AA: 38,3 - 38,8 m AA: 38,8 - 39,3 m AA: 39,3 - 39,8 m messungen im Imhofftrichter realisiert. Ins gesamt wurden mit der HLE in Phase 1 rd. 48,5 L und in Phase 2 noch rd. 0,5 L Sediment ausgetragen. Der abschließend in vier Stufen mit 60, 80, 100 und 120 m³/h durchgeführte Brunnentest ergab in jeder Stufe mit < 0,1 ml/m³ keinen technisch messbaren restlichen Sedimentaustrag und eine spezifische Ergiebigkeit von 21,5 (m³/h)/m bei einer Förderrate von 80 m³/h. Die Leistungsparameter der HLE Impulsdruck, Impulsfrequenz und Kammerförderraten in den Phasen 1 und 2 wurden bereits bei der Planung des Brunnens gewählt und im Leistungsverzeichnis (LV) der Ausschreibung festgelegt. Die im LV für die Angebotskalkulation anhand des Filterausbaues geplante Filterbehandlungszeit von 30 Stunden wurde mit 32,7 Stunden bei Einhaltung aller Qualitätskriterien nur geringfügig überschritten. Die Prüfung der bei der HLE ausgetragenen Feststoffe zeigte, dass nur Sedimente aus dem Aquifer ausgetragen wurden, jedoch kaum Filtermaterial. Abrieb aus dem gut gerundeten Filtermaterial war als Menge zu gering für eine separate GCI GmbH GCI Grundwasser Consulting Ingenieurgesellschaft AA: 39,8 - 40,3 m AA: 40,3 - 40,8 m 15711 Königs Wusterhausen, Bahnhofstraße 19 Tel. 0 33 75 / 29 47 85; Fax 0 33 75 / 29 47 18 E-Mail mail@gci-kw.de; Internet: www.gci-kw.de AA: 40,8 - 41,3 m AA: 41,3 - 41,8 m 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Abschnittbearbeitungszeit [min], Feststoffaustrag-Abbruchkriterium [ml/m³]. 85
Technik Erfassung. Die maximalen Korngrößen der abschnittweise ausgebrachten Sedimente entsprachen sehr gut den anhand der äußeren Hinterfüllung abgeschätzten hydraulisch wirksamen Porenkanalweiten der drei Filtersande. Bezieht man die ausgebrachten 49 L Sediment mit Korngrößen < ~0,4 mm auf die Bohraureole und verwendet einen über die Schichtmächtigkeiten der 12,5 m Filterlänge gewichteten mittleren potenziellen Sedimentaustrag von rd. 28 %, so resultiert daraus eine durchschnittliche Dicke des Stützkorngerüsts der Bohr - aureole von ca. 9 mm. Dieses Maß erscheint in Anbetracht der relativ kleinen Korndurchmesser der ausgebauten Sedimente für die Realisierung der in [2] postulierten Filterstufen in der Bohraureole nach deren Konsolidierung plausibel. Die bohrlochgeophysikalische Kontrolle des Brunnens bestätigte den planungstreuen Ausbau mit vernachlässigbaren Maßtoleranzen betreffend die Hinterfüllung mit Kornfiltern und Ringraumsperren, die alle ohne Hohlräume und gleichmäßig verdichtet nachgewiesen wurden. Der spezifische Zufluss ist oberhalb der Filterunterkante am größten und deutet auf größere Aquifermächtigkeit oder bessere Zuflussbedingungen an der Basis des Brunnens hin als in der Aufschlussbohrung festgestellt werden konnte. Das Zuflussprofil über die Filterlänge ist sehr ausgeglichen und zeigt im oberen Filterabschnitt erwartungsgemäß sehr geringen spezifischen Zufluss mit einer moderaten Zuflusserhöhung unter der Fil - teroberkante. Schlussfolgerungen Die Herstellung einer qualitativ hochwertigen Hinterfüllung eines Brunnenfilterrohres muss den größtmöglichen freien Porenraum in einem instationär stabilen Kornfilter gewährleisten und ein Stützkornskelett in der Bohraureole erzeugen, das Sedimenteintrag beim Brunnenbetrieb unterbindet. Dazu dient die sog. Entwicklung (auch Entsandung oder Aktivierung) des Filters, die mit verschiedenen Verfahren durchgeführt werden kann und deren Art bei der Filterkornbemessung zu berücksichtigen ist. Da betriebsbedingt immer eine Konsolidierung der Hinterfüllung eintritt, kann unerwünschter irreversibler Sedimenteintrag nur verhindert werden, wenn die Hinterfüllung bereits bei der Herstellung endgültig verdichtet wird. Die Filterkornbemessung gemäß DVGW-Merkblatt W 113 gewährleistet bei kleinen Ungleichkörnigkeiten auszubauender Sedimente nicht immer die Möglichkeit optimaler Filterentwicklung. Unter Einbeziehung der Werte des potenziellen Sedimentaustrages kann für jedes Sediment und jede Art der Filterentwicklung eine zuverlässige Ausführung geplant werden. Die Qualität einer Brunnenkonstruktion kann dadurch erhöht werden, dass die Bemessung für jede erkannte Sedi - mentschicht durchgeführt und anschließend eine bautechnisch praktikable Konstruktion gewählt und deren Zulässigkeit geprüft wird. Die schichtweise Bemessung betrifft sowohl die Korngrößen des Kornfilters und die Entwicklung eines Stützkornskeletts in der Bohraureole für sandfreie Wasserförderung als auch die technische Durchführbarkeit einer optimalen Filterentwicklung wie auch strömungsmechanisch stressarmen Zufluss über die gesamte Filterlänge. 86 In Verbindung mit vorausgehender Impuls-Konsolidierung der Hinterfüllung kann die Hochleistungsentsandung mittels Doppelkolbenkammer und simultanem Impulseintrag bei richtig bemessenem Kornfilter in verhältnismäßig kurzer Arbeitszeit zur Herstellung qualitativ hochwertiger instationär stabiler Kornfilter mit ausgeprägtem Stützkornskelett in der Bohraureole angewandt werden. Das technische Verfahren der HLE kann z. B. bei „Verockerung“ wiederholt zur hydromechanischen Regenerierung in einem so entwickelten Brunnen eingesetzt werden, ohne dass Veränderungen in der Struktur des Kornfilters zu befürchten sind. Literatur [1] GCI, Nillert, P. (2009): Wasserwerk Gifhorn – Analyse der Brunnenfassung und Empfehlungen zu Erhaltungs- und Ersatzbaumaßnahmen. GCI GmbH für Wasserwerk Gifhorn GmbH & Co. KG, Königs Wusterhausen, 36 S., unveröff. [2] Houben, G. & U. Weihe (2011): Verockerung im Grundwasserleiter eines Brunnens nach 38 Jahren Laufzeit. bbr 62 (11): 42-47. [3] Nahrgang, G. & W. Schweizer (1982): Untersuchung über die Stabilität und das Dichtfahren von Filtern aus Sanden und Kiesen bei Bohrbrunnen. Stufe I und II. DVGW-Schriftenreihe Wasser Nr. 11, Eschborn. [4] Busch, K.-F., & L. Luckner (1973): Geohydraulik. – VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig. [5] Sichardt, W. (1928): Das Fassungsvermögen von Rohrbrunnen und seine Bedeutung für die Grundwasserabsenkung, insbesondere für größere Absenkungstiefen 89 S., Berlin (Springer). [6] Huisman, L. (1972): Groundwater Recovery. Winchester Press, New York. [7] Beyer, W. (1964): Zur Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit von Kiesen und Sanden aus der Kornverteilungskurve. WWT 14(6), 165-168. Autoren: Dr.-Ing. Peter Nillert GCI GmbH Grundwasser Consulting Ingenieurgesellschaft Bahnhofstr. 19 15711 Königs Wusterhausen Tel.: 03375 294785 Fax: 03375 294718 E-Mail: peter.nillert@gci-kw.de Internet: www.gci-kw.de Dipl.-Ing. Manfred Gades Wasserwerk Gifhorn Im Heidland 1 38518 Gifhorn Tel.: 05371 8022140 Fax: 05371 14244 E-Mail: gades@wasserwerk-gifhorn.de www.wasserwerk-gifhorn.de Uwe Schmitz-Habben Teftorec® GmbH Liebrechtstr. 87d 47445 Moers Tel.: 02841 16956-89 Fax: 02841 16956-88 E-Mail: u.schmitz-habben@teftorec-gmbh.de Internet: www.teftorec-gmbh.de 02/2012
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