Glasfaser-Manschetten für Trinkwasser-brunnen und Grundwassermessstellen - Brunnen-Dienst.de
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2016 technik – Brunnenbau Abb.: BPK Brunnen- und Pumpen Service Glasfaser-Manschetten für Trinkwasser- brunnen und Grundwassermessstellen Wie lassen sich Schäden (z. B. in Form von Rissen, Löchern, offenen Rohr- verbindungen und Rohrversatz) in vertikalen und horizontalen Brunnen sowie vertikalen Grundwassermessstellen reparieren? Seit rund 15 Jah- ren können ab einem Durchmesser DN 150 Schadstellen mit Edelstahl- Manschetten (VA, Quicklock) abgedichtet und saniert werden. Für kleinere Durchmesser wurden nun Überlegungen angestellt, ein Verfahren der par- tiellen Sanierung mit Manschetten aus Glasfasermatten im Brunnenbereich anzuwenden. Hierfür musste jedoch zunächst ein geeignetes Harz gefunden werden. Der nachfolgende Artikel gibt eine Übersicht über die ersten Erfah- rungen bei der Anwendung dieses neuen Verfahrens. 2 05-2016
Eine erste Möglichkeit, das Sanierungs- zunächst mit einer Kamerabefahrung in verfahren in einem großen Brunnen zur Augenschein genommen. Bei diesen TV- Anwendung zu bringen, ergab sich im Jahr Untersuchungen wurden an dem stillge- 2013: Ein Stadtwerk betreibt ein etwa 100 legten Brunnen Schäden festgestellt: Jahre altes Wasserwerk, welches in Zeiten Dabei handelte es sich in erster Linie um von erhöhtem Wasserbedarf zum Einsatz Scherbenbildung und ein Loch im Muffen- kommt. Geologisch liegt es im Bereich bereich in etwa 14,5 m Teufe, wobei der eines großen Senkungsfeldes einer Fluss- Filterkies deutlich sichtbar war (Abb. 1). terrasse. Dort hatte der Fluss im Lauf der Auf dem Brunnenboden war ebenfalls Kies jüngeren erdgeschichtlichen Entwicklung erkennbar; der Wasserspiegel war zu die- Sande und Kiese in einer Mächtigkeit von sem Zeitpunkt etwa 0,5 m unter dem Brun- bis zu 30 m als wichtigstes Grundwasser- nenkopf. Damit war eine konkrete Gefahr reservoir abgelagert. Das Grundwasser ist für den Brunnen nachgewiesen: Durch das bei einem Flurabstand von durchschnitt- Loch können der Filterkies und auch das Abb. 1 – Loch im Steinzeugfilter mit sichtbarer lich 5-9 m leicht zugänglich und strömt anstehende Lockergestein, welches aus Kiesschüttung mit einer Geschwindigkeit von 1-3 m/Tag Sand und Kiesablagerungen der Rhein- im Untergrund dem Fluss zu. Terrasse besteht, in den Brunnen infiltrie- Die besagten Brunnen liegen etwa ren. Das Einfließen von Filterkies in den erden kann, wurde durch tatkräftige w 400 m vom Flussufer entfernt in einer Brunnen zerstört die Kiesschüttung um Unterstützung der Firma Hoffmann Um mächtigen Grundwasserschicht; so wird das Brunnenfilterrohr und kann bei Kies- welttechnik (Krefeld) schnell gefunden. die Wasserqualität weder vom Flusswas- sturz zu einem Zusammenbruch des Brun- Die Suche nach einem Harz gestaltete sich ser noch von der Flusswasserhöhe beein- nenausbaus führen. Bei einem fortschrei- etwas aufwendiger, aber nach umfangrei- flusst. Die Wasserfassungsanlagen selbst tenden Prozess besteht die Gefahr, dass chen Recherchen durch die Firma Fluvius bestehen aus einer unterirdischen Brun- das ganze Brunnenbauwerk durch lang- (Düsseldorf) konnte ein Epoxidharz gefun- nengalerie mit vier Vertikalbrunnen, wel- same Absenkung der Tagesoberfläche oder den werden, welches die erforderlichen che als Hebeanlage betrieben wird. Die durch plötzlichen fallenden Tagesbruch Eigenschaften für den Sanierungsfall unter vier Brunnen sind durch einen Stollen zerstört wird. Wasser erfüllt. Dieses Harz muss bei Was- miteinander verbunden, um die unterir- sertemperaturen von ca. 8 °C aushärten, dische Wassersammelleitung mit den Etablierte Sanierungsverfahren eine ausreichende Topfzeit von mindes- Brunnenköpfen zu verbinden. Über den scheiden aus tens 20 Minuten haben und darf keine Brunnen geht jeweils ein Schacht zur Ober- Um diese Gefährdung für die Brunnen Stoffe ins Trinkwasser abgeben. Die damit fläche, um Wartungs- und Servicearbei- galerie zu unterbinden, wurden Überle- entwickelte Sanierungstechnik ist in vie- ten an den Brunnen durchführen zu kön- gungen zur Wiederherstellung der Stand lerlei Hinsicht eine Besonderheit, versto- nen. Die gesamte Anlage wurde seinerzeit sicherheit des Brunnens angestellt und ßen die genannten Anforderungen doch in offener Bauweise erstellt, der Ausbau verschiedene Reparaturverfahren dis- gegen alle Regeln der Sanierungstechnik, der Brunnen erfolgte mit Voll- und Filter- kut iert. Das einfachste und zugleich denn Kälte ist für die Aushärtung der nor- rohren DN 400 aus Steinzeug. schnellste Verfahren ist das Setzen einer mal verwendeten Sanierungsharze nicht Die Brunnenköpfe sind mit einem Konus VA-Manschette in dem beschädigten zuträglich. auf DN 250 verjüngt – Diese Besonder- Abschnitt. Diese Möglichkeit schied je heit sollte allen Beteiligten noch Kopfzer- doch aus, da der Mindestdurchmesser brechen bereiten. Aus damaliger Sicht von 280 mm einer eingefahrenen VA- waren Steinzeug-Rohre jedoch eine gute Manschette für einen Rohrdurchmesser Wahl, da sie relativ preisgünstig, langle- DN 400 nicht durch den Brunnenkopf mit big und korrosionsbeständig sind und das DN 250 passt. Eine weitere Möglichkeit Material für die damaligen Regenerierver- wäre das Einbauen einer Einschubver- fahren mit Bürsten, Kolben, Auskochen rohrung und eine Hinterfüllung des Rin- und chemischer Behandlung mit Säuren graumes zwischen Brunnenrohr und Ein- gut geeignet war. Kunststoffrohre für Brun- schubrohr mit Filterkies. Durch diese nen hingegen gab es zu dieser Zeit noch nicht, Stahlrohre wiederum waren teuer und nicht korrosionsbeständig, Kupfer- Maßnahme wäre die Förderfähigkeit des Brunnen jedoch reduziert worden. Als Alternative zu den etablierten Sanie- BuG rohre waren noch kostenintensiver, dafür aber relativ korrosionsbeständig und Edel- stahl war zu dieser Zeit gerade erst erfun- rungsverfahren kam der Vorschlag auf, eine GFK-Manschette in das Steinzeug- Rohr einzukleben. Bei dieser Maßnahme 1/8 Seite den worden und sehr teuer. galt es nur im Vorfeld zu überprüfen, ob GFK-Material und Harze mit Trinkwasser- Maroder Brunnen als Ausgangslage zulassung vorhanden sind. Diesem Vor- Einer dieser Brunnen war seit Jahren still- schlag stimmten die Stadtwerke zu. gelegt und sollte wieder in Betrieb ge In der Folgezeit begannen die Recher- nommen werden. Im Rahmen einer Über- chen: Ein geeigneter Sanierungspacker, prüfung und Instandsetzungsmaßnahme der durch die Öffnung des Brunnenkop- der Brunnengalerie wurden alle Brunnen fes passt und auf DN 400 aufgedehnt 05-2016 3
2016 technik – Brunnenbau Nachdem ein Epoxidharz mit den entspre- Strumpf und das Überstülpen des mit setzt. Der Kran wurde benötigt, um den chenden technischen Eigenschaften und Harz getränkten GFK-Strumpfes unter Ein- mit ca. 180 kg beschwerten Packer schnell vor allem erteilter Trinkwasserzulassung, satzbedingungen. in den Brunnen einfahren zu können. Die- d. h. mit erfolgreichen Prüfungen nach Nach dem Fixieren der GFK-Manschette ses enorme Gewicht war notwendig, um KTW A und DVGW-W 270, gefunden war, auf dem Setzpacker wurde dieser in das den Packer beim Aufweitprozess nicht wurde ein neuartiger GFK-Strickstrumpf Steinzeug-Rohr eingefahren und mit Druck- auftreiben zu lassen. Der Setzvorgang anstatt einer herkömmlichen Glasfaser- luft aufgeweitet. Nach ca. sechs Stunden musste schnell erfolgen, da nach zehn matte ausgewählt. Dieser Strumpf wird Aushärtezeit wurde der Packer anschlie- Minuten Anmischen und Einlaminieren auf Maß für den jeweiligen Anwendungs- ßend entspannt und gezogen. Die Man- nur noch weitere zehn Minuten für das fall gefertigt und kann alle Dehnbewegun- schette saß erwartungsgemäß glatt und Einfahren und Aufweiten des Packers zur gen des Setzpackers mitmachen. gleichmäßig an der Rohrwand an und hatte Verfügung standen. glatte Übergänge (Abb. 2). Dieses enge Zeitfenster resultierte ver- Tests im Versuchsstand Die Ergebnisse dieser Vorab-Tests wur- ständlicherweise in einem enormen Druck Nachdem alle Komponenten für das Sanie- den in einer Besprechung mit den Stadt- bei den Mitarbeitern der Service-Kolonne, rungsprojekt vorhanden waren, wurde werken vorgestellt. Da das Ergebnis des da bisher keiner der Beteiligten einen zunächst auf einem Versuchsstand ein Setzversuches erfolgreich war, wurde in Setzversuch mit einer GFK-Manschette in Test unter ähnlichen Bedingungen wie in der Folge kurzfristig ein Termin anberaumt, dieser Teufe unter Wasser durchgeführt Der Setzvorgang erfolgt unter enormem Zeitdruck: Nach dem Anmischen des Harzes und dem Einlaminieren verbleiben noch rund zehn Minuten für das Einfahren und Aufweiten des Packers dem zu sanierenden Brunnenbauwerk da steigende Grundwasserstände keine hatte und somit bei diesem Prototyp auch durchgeführt. Dazu wurde ein Steinzeug- lange Wartezeit mehr zuließen. keine Erfahrungswerte vorlagen. Rohr DN 150 vorbereitet und in ein mit Nach erfolgter Laminierung wurde der Wasser gefülltes PVC-Rohr gestellt. Im Durchführung der Arbeiten GFK-Strumpf auf den Packer gestülpt und Anschluss erfolgte die Durchführung Für die Sanierungsarbeiten wurde eine fixiert. Anschließend wurde der Packer aller Arbeitsschritte für die Konfektionie- typische Brunnenservice-Kolonne mit mit dem Ladekran über den Brunnen geho- rung des GFK-Strumpfes, die Anmischung einem Servicewagen sowie einem Allrad- ben und mit dem bereits vorab am Brun- und das Einlaminieren des Harzes in den LKW mit Heckladekran mit Winde einge- nen abgehängten 180-Kilo-Gewicht ver- bunden. Dann wurde mit höchster Geschwindig- keit der Packer in den Brunnen eingefah- ren und unter ständiger Beaufschlagung mit Druckluft auf Setzteufe gefahren. Bei Erreichen der Setzteufe von 14,5 m mit der Manschettenmitte erfolgte die Auf- weitung des Packers. Alle Arbeiten im Brunnen wurden per- manent mit einer kleinen Brunnenkamera überwacht, sie ermöglichte eine konti nuierliche Beobachtung des Packers. Auch wurde der Aushärteprozess stän- dig durch die Überwachung des Packer- drucks sowie durch stündliches Be- obachten eines laminierten Teststückes, welches in den Brunnen unter Wasser eingehängt wurde, kontrolliert. Nach etwa sechs Stunden wurde der Packer entspannt und gezogen, an diese Maß- nahme schlossen sich eine Kamerabe- fahrung sowie eine Begutachtung der Sanierungsstelle an. Wie erwartet, saß die GFK-Manschette an der richtigen Position und hatte die Schadstelle abgedeckt, darüber hinaus Abb. 2 – Prototyp der GFK-Manschette nach Aushärtung und Aufsägung lag sie ebenmäßig mit glatten Übergän- gen am Rohr an. 4 05-2016
Im Verlauf der Sanierung konnten weitere Beobachtungen gemacht werden: So zog sich der gewählte Sanierungspacker beim Aufweitprozess etwas zusammen, und mit ihm auch der GFK-Strumpf in der glei- chen Höhe. Dieses Phänomen ist bei der Dimensionierung von zukünftigen GFK- Manschetten zu beachten. Mit dem erfolgreichen Abschluss der Sanierungsmaßnahme war der Beweis erbracht, dass schadhafte Brunnenrohre über und unter Wasser mit GFK-Strumpf- Manschetten repariert und abgedichtet werden können. Obwohl das Verfahren eigentlich nur für kleine Durchmesser angedacht war, konnte es in der Folge auch bei einer Sanierung mit größerem Durchmesser seine Tauglichkeit unter Beweis stellen. Beispiel 2: Sanierung eines Raffinerie-Betriebsbrunnens Ein Betriebsbrunnen in einer Raffinerie Abb. 3 – GFK-Strumpfmanschette mit Kiesklebe-Eternit-Rohr DN 600 als Aus- bei Montage auf Packer baumaterial, hatte sechs undichte Rohr- verbindungen im oberen Vollrohrbereich. Diese Undichtigkeiten führten zu einem Abb. 4 – Einfahrt GFK-Manschette erheblichen Grundwasserkurzschluss; in Brunnen DN 600 dabei strömte das Grundwasser des ers- ten Grundwasserstockwerkes durch die undichten Muffen in den Brunnen. An einer der Muffen war in der Vergangen- heit schon ein Sanierungsversuch mit einer VA-Manschette erfolgt, diese war aber undicht: Vermutlich war bei Ausbau- arbeiten der Steigleitung ein Flansch an der VA-Manschette hängengeblieben und hatte dabei die Unterseite der Manschette aufgebogen und somit die Undichtigkeit verursacht. Die sechs Muffen konnten im Verlauf der Maßnahme erfolgreich mit der Glas- faser-Manschette abgedichtet werden. Dabei wurde neben dem Glasfaserstrumpf auch eine normale Glasfasermatte einge- setzt. Diese erwies sich in der Verarbei- tung sowohl bei der Laminierung als auch beim Montieren und Fixieren auf dem Setz- packer als wesentlich handlicher und hatte auch ein besseres Setzbild aufzu- weisen (Abb. 3 & 4). Die undichte Edel- stahl-Manschette wurde erfolgreich mit zwei Glasfaser-Manschetten dicht über- klebt. Die aufgebogene Unterseite der VA- Manschette hatte anschließend einen glatten Übergang, zukünftig Verhakungen waren damit unmöglich. Der Erfolg der Sanierungsmaßnahme stellte sich unmittelbar nach Abdichtung der sechs Muffen ein, da der Wasserspie- gel nach der Sanierung um zwei Meter gefallen war. Somit strömte kein Wasser 05-2016 5
2016 technik – Brunnenbau Im Vergleich zu VA-Manschetten können Glasfaser-Manschetten bereits bei kleineren Nennweiten ab DN 50 erfolgreich eingesetzt werden. mehr aus dem oberen Grundwasserstock- draht abgedichtet werden, weil die Fil- fahrt in den Brunnen wahrscheinlich zu werk in den Brunnen und der Grundwas- teroberkante im Pumpbetrieb trocken fiel weit aufgeblasen, denn er verhakte sich serkurzschluss war gestoppt. und der Brunnen dadurch in kürzester Zeit mehrfach. Die daraufhin getroffene Ent- Auch bei dieser Sanierungsmaßnahme verockerte. scheidung, den Packer nicht sofort zu ent- konnten wertvolle Erkenntnisse gewon- Vor der Sanierung wurde der Brunnen lüften und auszufahren, stellte sich in der nen werden: So besteht bei starken Infil- durch Hochdruckinnenspülung und Druck- Folge als Fehler heraus: Wie sich nach trierungen die Gefahr, dass Harz aus dem wellen-Impulsgenerator regeneriert. Bei sechs Stunden Aushärtung bei der Kame- Glasfasermaterial ausgewaschen wird. In dieser Sanierung wurde ein 3,5 m langer rakontrolle zeigte, hatte sich die Glasfa- dem hier beschriebenen Fall musste eine Packer ausgewählt (Abb. 5). Die Filterstre- ser-Manschette bei der Einfahrt vom Packer Manschette überklebt werden, um die cke sollte in einem Setzvorgang mit Glas- abgestreift und sich in der ersten Man- undichte Stelle endgültig abzudichten. fasermatten zugesetzt und abgedichtet schette verfaltet verklebt. Der Brunnen war Es wurden auch Überlegungen angestellt, werden, bei minimalster Querschnittsver- damit blockiert und nicht mehr nutzbar. Einlagen in das Glasfasergewebe einzu- ringerung. Hier musste ein weiteres Sanierungs- arbeiten und die Überlappung der Glas- Bei den Einbauarbeiten der Glasfaser- verfahren gefunden werden, um die falsch faserlagen zu vergrößern, um durchgän- Manschette trat jedoch ein Messfehler gesetzte Glasfaser-Manschette zu entfer- gige Auswaschungen zu unterbinden. auf, sodass die optisch gut gesetzte Man- nen, ohne den Brunnenausbau und die schette etwa 0,5 m zu hoch saß. In der richtig sitzende Manschette zu beschä- Beispiel 3: Geothermiebrunnen DN 200 Folge musste noch ein halber Meter Fil- digen. Erneut wurde eine Technik aus der Der dritte beschriebene Anwendungsfall terstrecke zugesetzt werden, zu diesem Kanalsanierung zum Einsatz gebracht: zeigt die Schwierigkeiten des Verfahrens Zweck wurde ein kurzer Sanierungspa- Eine mit einem Hochdruckspülaggregat auf: In einem Geothermiebrunnen DN 200 cker gewählt. Bei den nachfolgenden Ein- angetriebene, speziell zentrierte Schlag- sollten 2,5 m Filterstrecke aus VA-Wickel- bauarbeiten wurde der Packer bei der Ein- bohrfräse wurde in den Brunnen einge- Abb. 5 – Langer Sanierungs- Abb. 6 – Bergung packer für GFK-Manschette des ausgefrästen 2,5 m Länge DN 200 GFK-Reststückes 6 05-2016
fahren. Die Schneidplatte der Fräse war dafür mit Hartmetall- Chemikalien sowie nicht zuletzt die Einsatzmöglichkeiten sowohl Schneidmessern ausgerüstet, welche so angeordnet waren, in horizontalen als auch in vertikalen Brunnen machen das Ver- dass die Brunnenwand nicht beeinträchtigt werden konnte. Nach fahren zu einer echten Alternative. Diesen zahlreichen Vortei- langsamem Fräsen war die falsche Glasfasermatte nach meh- len stehen als Nachteile lediglich die vergleichsweise lange Aus- reren Stunden aus dem Brunnen ausgefräst. Das letzte GFK-Stück härtungszeit sowie die relativ kurze Topfzeit entgegen. fiel dabei in den Brunnen, konnte aber nach aufwendigen Fang- Mittlerweile sind von der BPK Brunnen- und Pumpen Service arbeiten mit einem Setzpacker aus dem Brunnen geborgen wer- sechs vertikale Brunnen von DN 100 bis DN 1000 mit dem GFK- den (Abb. 6). Im Anschluss daran wurde der letzte halbe Meter Manschetten-Verfahren erfolgreich saniert worden. Auch eine Filterstrecke erfolgreich mit einer neuen Glasfaser-Manschette erste Sanierung mit dem Verfahren in einem Horizontalfilter- abgedichtet. Der Brunnen war damit saniert und betriebsbereit. brunnen wurde inzwischen erfolgreich abgeschlossen. Obwohl die beschriebenen Komplikationen die Sanierung die- ses Geothermiebrunnens zu einer wahren Herausforderung Danksagung machten, konnten auch in diesem Fall wichtige Erkenntnisse für Der Autor bedankt sich bei Karl-Heinz Blank, Markus Hoffmann, den weiteren Einsatz des Verfahrens gezogen werden. Ricada Bockreis, Markus Frede, Christian Schönfeld sowie dem kürzlich verstorbenen Dr. Peter Marquardt und den Brüdern Beispiel 4: Wäscherei-Betriebsbrunnen Paikert für die tatkräftige Unterstützung bei den beschriebe- Der vierte Einsatzfall lag dann endlich einmal im ursprünglich nen Projekten sowie den Mitarbeitern für die gelungenen Durch- geplanten Durchmesserbereich: Der Betriebsbrunnen einer führungen. Wäscherei mit PVC-Ausbau DN 100 sollte regeneriert werden. Bei der TV-Untersuchung im Vorfeld der Maßnahme stellte sich Autor heraus, dass die Filterstrecke stark mit Verockerungen belegt war und eventuell vorhandene Schäden in der Folge nicht erkannt Martin Knobbe werden konnten. Nach der Regenerierung durch eine Hochdruck BPK Brunnen- und Pumpen Service innenspülung wurde zur Endkontrolle eine TV-Untersuchung Schalker Straße 44 durchgeführt, bei der ein faustgroßes Loch im Filterbereich fest- 45327 Essen gestellt wurde. Tel.: 0201 83011-32 In diesem Fall gelang die Sanierung ohne Komplikationen, Fax: 0201 83089-78 und nachdem die Glasfaser-Manschette erfolgreich gesetzt wor- post@brunnen-dienst.de den war, war der Brunnen nach nur einem Sanierungstag wie- www.brunnen-dienst.de der vollständig einsatzbereit. Ohne das Sanierungsverfahren mit Glasfaser-Manschette hingegen hätte der Brunnen über- bohrt oder verfüllt werden müssen. Beispiel 5: Trinkwasserbrunnen DN 1000 Bei diesem Brunnen mit beschichtetem Stahlrohr wurde nach einer Regenerierung im Rahmen eines Pumpversuchs eine durch Lochfraß induzierte Wasserinfiltration unterhalb des Ruhewas- serspiegels festgestellt. Da VA-Manschetten in dieser Größe nicht lieferbar sind und auch kein Rohreinschub eingebaut wer- den sollte, wurde erneut das Sanierungsverfahren der partiel- len Glasfaser-Manschette gewählt. Dafür waren natürlich ein großer Setzpacker mit schwerem Senkgewicht und ein großer Kranwagen notwendig. Da die Maßnahme im Winter stattfand, war darüber hinaus ein beheiztes Zelt erforderlich, um die Glas- faser-Manschette mit entsprechend temperiertem Harz zu lami- Stüwa nieren und auf dem Packer zu montieren. Die Undichtigkeit wurde durch die Setzung der Glasfaser-Manschette im Verlauf der Sanierungsarbeiten erfolgreich beseitigt. 1/4 Seite hoch Zusammenfassung Die in diesem Beitrag erläuterten Beispiele zeigen, dass schad- 90 x130 hafte Brunnenrohre über und unter Wasser mit GFK-Manschet- ten repariert und abgedichtet werden können. Somit steht ein neues Sanierungsverfahren für Brunnen und Grundwassermess- stellen zur Verfügung, welches ab Durchmessern von DN 50 bis DN 1000 eingesetzt werden kann. Das GFK-Manschetten-Verfahren vereint hierbei eine Vielzahl von Vorteilen in sich: Dazu zählen die Einsetzbarkeit ab DN 50 (VA-Manschetten: ab DN 150), die geringen Wanddicken, die glatten Übergänge im Rohr und die günstigen Materialien. Auch die Tatsache, dass die Manschettenlänge frei gewählt werden kann, die Ausfräß- und Überbohrbarkeit, die Beständigkeit gegen 05-2016 7
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