Brunnenbau

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Schachtbrunnen ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel. Nach dem Stifter benannter Brunnen siehe: Schachtbrunnen (Quedlinburg).
Schematische Ausbauzeichnung eines Bohrbrunnens mit geologischem Schichtenprofil
Zum Brunnenbau umgenutzter Sprengschachtfertiger B3A auf Magirus-Deutz 310D26FAK der Bundeswehr in Matabaan (Somalia)

Der Brunnenbau dient der Errichtung von Bauwerken zur Förderung und Überwachung des Grundwassers. Diese Bauwerke umfassen in der Regel Brunnen und Grundwassermessstellen.

Folgende Bauarten sind gebräuchlich:

Schachtbrunnen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch manuellen oder maschinellen Aushub wird ein vertikaler Schacht bis in den Grundwasserkörper errichtet. Im Zuge des Tieferschreitens wird der Schacht mit Mauerwerk oder Betonfertigteilen gesichert, die aus (Stahl)beton vorgefertigt wurden. Die Zuströmung des Grundwassers zum Brunnen erfolgt durch die Sohle des Schachtes und/oder eine vertikale Filterstrecke. Das Verfahren eignet sich nur für geringe Tiefen (zumeist wesentlich weniger als 40 m).

Üblicherweise erfolgt die Errichtung eines Schachtbrunnens bei einfacher Bauweise für kleine Tiefen und Einzelobjekte wie folgt (diese Arbeit ist gefährlich und sollte von einem Fachunternehmen ausgeführt werden):

  • Es werden Beton-Schachtringe (Durchmesser z. B. 1.000 mm) verwendet.
  • Es erfolgt ein geringer Erdaushub, auf dem der erste Schachtring (ohne Steigeisen) exakt horizontal aufgesetzt wird. Dieser erste Ring kann an der Unterseite mit einer Stahlschneide versehen sein.
  • Der Boden unter dem ersten Schachtring wird ausgehoben, der Schachtring sinkt nach, weitere Schachtringe können aufgesetzt werden.

Diese Form des Brunnenbaus gibt es auch bei gemauerten Brunnen und wird Senkbrunnen genannt. Statt vorgefertigter Betonringe wird ein Brunnenkranz gemauert und dieser stetig abgeteuft, bis das Grundwasser erreicht ist. Nach jeder Abteufung wird der Mauerkranz oben erneut aufgemauert.

Eine Sonderform des Schachtbrunnes ist der Kanat. Burgbrunnen sind sehr häufig Schachtbrunnen.

Ramm- und Schlagbrunnen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Rammbrunnen

Ein Rohr mit Spitze und unten angeordneter Filterstrecke (offener Teil des Rohres) wird bis in das Grundwasser durch Rammen vorgetrieben. Diese Methode wird besonders von Hobbywerkern bei kleinen Anlagen und geringen Tiefen verwendet. Der Schlagbrunnen wird auch als Abessinierbrunnen oder „Norton- Brunnen“ bezeichnet. Vorteil: leicht und kostengünstig zu errichten. Nachteil: die Fördermenge ist aufgrund der kleinen Filteroberfläche gering. Bei zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten am Filter aufgrund zu großer Wasserentnahme, bilden sich schnell Ablagerungen, die die Lebensdauer in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit auf wenige Jahre verringern können.

Bohrbrunnen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Bohrbrunnen

Eine Bohrung wird bis in den Grundwasserleiter vorgetrieben. Im Bereich der wasserführenden Schicht ist eine Filterstrecke vorgesehen. Die Filterstrecke entsteht üblicherweise durch die Kiesschüttung, welche bei verrohrter und unverrohrter Bohrung ausgeführt werden kann. Oft erfolgt eine einfach oder mehrfach abgestufte Schüttung, wobei die größte Korngröße direkt am Filterrohr anliegt. Selbst bei Bohrungen im Festgestein wird oft Kies eingebracht, hier aber vor allem mit einer Stützfunktion und präventiv hinsichtlich der Erosion. Alternativ werden auch Glaskugeln verwendet.[1] Diese Methode kann bis in große Tiefen (über 1.000 m) eingesetzt werden.

Sickerrohrleitungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zur Erschließung flach liegender und gering mächtiger, aber ausgedehnter wasserführender Schichten dienen horizontale Sickerrohrleitungen, ursprünglich entwickelt aus offenen Sickergräben. Dazu werden in mindestens 4 bis 5 Metern Tiefe meist Brunnenfilterrohre verwendet, die auf Länge und Umfang vollständig durchlässig ausgebildet sind.

Quellfassungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine potentielle Quelle soll möglichst an der Austrittsstelle, vor Verunreinigungen geschützt, ohne ein Anstauen gefasst werden. Quellfassungen sind oft in hygienischer Hinsicht problematisch.

Horizontalfilterbrunnen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Horizontalfilterbrunnen

Von einem Schacht ausgehend werden horizontale Bohrungen mit Filterstrecken in den Grundwasserkörper vorgetrieben (Horizontalbrunnenbau). Diese Brunnen ermöglichen große Entnahmemengen. Die Brunnen sind durch eine Abdeckung und eine seitliche Abdichtung des Schachtes oder der Bohrung gegenüber der Oberfläche gegen das Eindringen von Verunreinigungen zu sichern.

Die Wasserförderung kann durch saugende Pumpen oder Tauchpumpen bzw. Unterwassermotorpumpen erfolgen.
Die Wasserentnahme richtet sich nach der Ergiebigkeit des Grundwasservorkommens und der Leistungsfähigkeit der Filterstrecke, die ein Ausschwemmen des Bodens in den Brunnen zu vermeiden hat.

Lage von Wasserspiegel und Pumpe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die maximale Saughöhe einer Pumpe entspricht dem Luftdruck der Atmosphäre minus dem Dampfdruck von Wasser (Faustregel für kaltes Grundwasser: 5–12 Torr bei 5–12 °C). Dies entspricht auf Meereshöhe dem Druck einer 10,13 Meter hohen Wassersäule. Aus diesem Grund lässt sich mit einer Saugpumpe theoretisch Wasser nur aus einer Tiefe bis maximal 10,13 Meter fördern, praktisch nur aus einer Tiefe von etwa sieben bis acht Metern.

Noch um 1970 wurden elektromotorisch angetriebene Kreiselpumpen von Hauswasseranlagen typisch am Grund eines besteigbaren Schachts von etwa 1 m Durchmesser aufgestellt. Der Schachtgrund soll dauerhaft oberhalb des schwankenden Grundwasserspiegels liegen, da der Elektromotor nicht wasserfest ausgeführt ist und ein Mensch hier stehend oder hockend arbeiten können soll.

Von hier ist ein Stahlrohr von etwa 12–20 cm Durchmesser und maximal 10 m Länge mit seiner Unterkante bis ein Stück unter den niedrigsten zu erwartenden Grundwasserspiegel abgeteuft. Zweckmässig hat es im ins Grundwasser eintauchenden Bereich seitlich Bohrungen oder Schlitze, um ein Querdurchspülen mit dem Grundwasserstrom zu ermöglichen.

In dieses Brunnenrohr ist das Saugrohr, ein Gewinderohr mit etwa 3 cm Durchmesser, für die Motorpumpe hinuntergelassen. Am unteren Rohrende befindet sich ein Saugkorb mit etwa 6 cm Durchmesser (typisch aus grob geschlitztem, stabilem Gusseisen) und ein Rückschlagventil, das die Wassersäule im Rohr hält, wenn die Pumpe auch für längere Zeit steht. Das Saugrohr ist oben mit einem Riegel aus zwei mittig gesickten Flacheisen verschraubt, der auf der Oberkante des Brunnenrohrs aufliegt. Die Tiefenlage des Saugrohrs wird so justiert, dass der Saugkorb deutlich über dem Grund des Brunnensumpfs liegt, um das Einsaugen von Feinteilen zu verhindern. Oben am Saugrohr ist ein Rohrknie montiert und daran ein Holländer oder ein Flansch um die Pumpe leicht anschließen zu können.

Selbstansaugende Pumpen schaffen schon alleine mit der Luftfüllung einen Unterdruck herzustellen, der die Wassersäule bis zur Kreiselpumpe hebt. Einfache Pumpen haben jedoch einen obenliegenden Füllstutzen mit einer Verschlussschraube. Bei geöffneter Schraube können hier mit einer Giesskanne typisch mehrere Liter Wasser eingegossen werden, um das Saugrohr zu befüllen und zugleich die Pumpe zu entlüften. Erst die mit Wasser gefüllte Pumpe arbeitet effektiv, saugt also effizient und drückt zugleich Wasser mit ausreichendem Druck in den Windkessel als Wasserspeicher.

Ein kleiner Druckkessel kann im Brunnenschacht untergebracht sein, typisch liegt er jedoch im zu versorgenden Haus. Wird die Zuleitung etwa auf 1–2 Drittel der Höhe des aufrecht stehenden Windkessels gelegt, wird gewährleistet, dass zur Pumpe hin in den Brunnen zurück absackende Strömung den Windkessel nicht ganz leeren kann.

Beim Betrieb ist auf Frostgefahr im Bereich aller wasserführenden Elemente zu achten. Auch wenn der Grund eines Brunnenschachts in mehr als 1 m Tiefe, also üblicherweise in frostsicher tiefem Boden liegt, so wird die Pumpe binnen mehrerer Stunden ohne Wasserdurchfluss, durch in den Schacht eindringende Kaltluft von außen oder Konvektionskühlung vom Schachtdeckel (typisch Stahl oder Beton) her frierend abgekühlt, was ein wassergefülltes Pumpengehäuse sprengen kann.

Tauchpumpen, die selbst unter dem Grundwasserspiegel liegen, können über eine längere Achse von einem über Wasser liegenden Elektromotor angetrieben werden.

Heute verbreitet sind hingegen rostfrei und im elektrischen Teil wasserdicht aufgebaute Unterwasserpumpen. Diese haben die Form eines Zylinders ab 75 mm, häufig mit 93 mm Durchmesser für ab 100 mm Brunnenrohrinnendurchmesser. Sie werden bis 1 m Über den Brunnensumpf oder Filterschlitze des Brunnenrohrs an einem Kunstfaser oder Niro-Stahlseil abgelassen, um möglichst keine Sandpartikel einzusaugen, die die Pumpenlager und die Wasseranlage schädigen. Das Kabel ist typisch flach ausgeführt und muss trinkwassertauglich sein. Wird ein leichtes Polypropylenrohr als Druckrohr verwendet, braucht der (typisch: Permanentmagnet-)Motor einen Sanftanlauf um das Reaktions-Drehmoment auf das Rohr gering zu halten.[2]

Handpumpen mit Pumpenschwengel tauchen mit ihrem Rohr von typisch 1 1/4 Zoll Nenndurchmesser in das Grundwasser. Am oder nahe dem oberen Ende dieses Rohrs ist ein Rückschlagventil eingebaut. Darauf sitzt ein gusseiserner Zylinder mit 75 mm Innendurchmesser, indem der Kolben mit Lederdichtung und Ventil von einem Pleuel durch den Schwengel wiederholt angehoben wird. Um zu starten muss der Zylinder dieser Pumpe mit Wasser gefüllt werden.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Erich Bieske, Wilhelm Rubbert und Christoph Treskatis: Bohrbrunnen, R. Oldenbourg Verlag München, Wien, 1998
  • Edward E. Johnson, Inc.: Ground Water and Wells, Saint Paul, Minnesota, 1966
  • Raymond Rowles: Drilling for Water- A Practical Manual, Cranfield Press, Bedford UK, 1990
  • Drilling: the manual of methods, applications and management/ produced by the Australian Drilling Industry Training Committee Limited, - 4th edition, 1997
  • Bohrtechnik: Normen Hrsg.: DIN, Deutsches Institut für Normung e.V., 1. Aufl., Stand der abgedr. Normen: August 1998, Berlin, Wien; Zürich: Beuth, 1999 (DIN Taschenbuch; 272)
  • Fachmagazin bbr Leitungsbau Brunnenbau Geothermie, wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbh, Bonn

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Brunnenbau mit Glaskugeln, abgerufen am 17. April 2017
  2. https://www.brunnenpumpen.com/Einbauanleitung-Tiefbrunnenpumpen