Bohrbrunnen

Brunnenbohrgerät

Detail eines Bohrkopf für Pfahlgründung

Ein Bohrbrunnen ist ein Brunnen der mit Hilfe einer Flachbohrung hergestellt wird. Hierfür können verrohrte und unverrohrte Bohrverfahren zur Anwendung kommen. Bei verrohrten Bohrungen übernehmen Stahlrohre die Sicherung der Bohrlochwandung, bei der unverrohrten Bohrung übernimmt dies eine Stützflüssigkeit, beispielsweise eine Bentonit-Suspension).

Bohrbrunnen dienen zur allgemeinen Baugrunduntersuchung, Grundwasserpegelbeobachtung und zur geschlossenen Wasserhaltung für Baugruben. Und nicht zu vergessen zur Trinkwassergewinnung, für welche aber oft Tiefbrunnen gebohrt werden.

Verrohrte Bohrverfahren

Die größte Bedeutung bei der Herstellung von Bohrbrunnen haben die verrohrten Bohrverfahren, da sie einfach zu bewerkstelligen sind und die Baukosten geringer sind als bei unverrohrten Bohrungen. Die Bohrdurchmesser bewegen sich in im Bereich von 250 bis 2000 mm.

Trockenbohrung

Bohreimer - angetrieben durch Gestänge

Großbohrgerät mit Bohrrohren

Bei diesem Bohrverfahren wird keine Stützflüssigkeit verwendet, die Bohrung wird trocken ausgeführt. Oft wird mit diesem Verfahren vorgebohrt für eine tiefere Bohrung und ein Standrohr gesetzt. Ein Bohrgerät bringt ein Stahlrohr durch drehende Bewegungen oder Vibration in den Baugrund ein. Anschließend kann mit der Kernräumung, also dem Entnehmen des Bohrgutes aus dem Rohr, begonnen werden. Dafür eigenen sich folgende Werkzeuge:

• Schlag- und Freifallwerkzeuge
  • Greifer
  • Kreuzmeisel
  • Ventilbohrer (umgangssprachlich: Büchse)

• Drehende Trockenbohrwerkzeuge (angetrieben durch Gestänge)
  • Kernrohre
  • Bohreimer
  • Spindel (umgangssprachlich: Schnecke)
  • Schappe

Während der Ventilbohrer nur im Wasser (also unterhalb des Wasserspiegels im Rohr) eingesetzt werden kann, werden die anderen Schlag- und Freifallwerkzeuge auch oberhalb des Grundwasserspiegels eingesetzt, also noch im trockenen Boden.

Weiterhin können drehende Bohrwerkzeuge auch in bindigen Böden, beispielsweise in Lehm, Ton oder Schluff, genutzt werden.

Seilkernbohrung

Die Seilkernbohrung ist eine Spülbohrung mit durchgehender Gewinnung gekernter Proben im Festgestein. Das Seilkernrohr ist eine spezielle Form des Doppelkernrohres, bei dem das Innenrohr (mit dem Bohrkern) mit Hilfe eines Fängers am Seil aus dem Bohrloch geborgen wird. Das Bohrgut (Kern) wird anschließend in eine Kernkiste gelegt und dem Grundbaulabor übergeben. Angewendet wird dieses Bohrwerkzeug im Baugrundaufschluss und bei der Lagestättenerkundung. Bei dieser Art der Bohrung wird Spülung verwendet. Gebohrt wird mit einem speziellen Gestänge, das gleichzeitig als Verohrung dient. Die Bohrkronen des Seilkernrohres sind sehr dickwandig und mit Hartmetall oder Diamanten besetzt.

Unverrohrte Bohrverfahren

Unverrohrte Bohrungen benötigen eine Stützflüssigkeit, die den anstehenden Erddruck zuverlässig aufnimmt und damit den Einsturz der Bohrlochwandung verhindert.

Imlochhammerbohrung

Die Imlochhammerbohrung ist ein Spülbohrverfahren ohne Kerngewinnung, das für Erdwärmesondenbohrungen und Brunnenbohrungen im Festgestein verwendet wird. Die Spülung ist in diesem Fall Druckluft, die durch einen Kompressor erzeugt, dessen Leistung mit zunehmender Tiefe und Durchmesser sehr hoch sein muss. Die Luft wird durch das Gestänge zum Hammer gefördert, der Fels wird somit durch diesen mit hoher Schlagzahl (600-700 Schläge pro Minute) zertrümmert und das Bohrklein anschließend im Ringraum an die Oberfläche befördert.

Für eine Erdwärmesonde reicht ein kleiner Kompressor, da diese max. 150 m tief gebohrt werden mit einem Durchmesser von ca 150 - 200 mm. Der im Durchmesser größte Imlochhammer hat einen Durchmesser von 800 mm, dieser wird aber nur zu Brunnenbohrungen verwendet. Für diesen Durchmesser benötigt man schon mindestens 3 große Kompressoren, die insgesamt um die 80 bar Luftdruck erzeugen können.

Spülbohrung

Spülbohrung eines Brunnens zur Wassergewinnung

Dreiflügelmeißel

Es gibt zwei Verfahren von Spülbohrungen, die direkte und die indirekte Spülbohrung. Hauptmerkmal einer Spülbohrung ist, dass das Bohrloch nur auf den ersten Metern verrohrt ist und der Rest des Bohrloches von der Spülflüssigkeit gehalten wird, die einen Überdruck erzeugt. Das Bohrgut wird kontinuierlich mithilfe dieser Spülung gefördert. Die Spülung läuft im Kreis und kann durch spezielle Spülungszusätze wie Bentonit oder Carboxymethylcellulose ergänzt werden. Carboxymethylcellulose verhilft der Spülung zu höherer Tragfähigkeit, somit kann das Bohrgut besser aufsteigen. Bentonit stützt die Bohrlochwandung und produziert den so genannten Filterkuchen am Bohrlochrand, der verhindert, dass das Wasser in den Boden fließt. Des Weiteren sorgt das Bentonit dafür, dass beim Stillstand der Bohrung (beispielsweise zum Nachsetzen des Gestänges) das Bohrgut nicht wieder auf die Bohrlochsohle zurückfällt, sondern die Spülung mit dem Bohrgut eine geleeartige Masse bildet.

Beim Spülbohren werden Stabilisierer und Schwerstangen als Werkzeuge eingesetzt, außerdem verschiedene Meißel, u.a. Dreiflügelmeißel, Vierflügelmeißel, Exzentermeißel, Rollen- und Stufenrollenmeißel.

Beim direkten Spülbohren wird die Spülung durch das Gestänge gepumpt und das Bohrgut im Ringraum der Bohrung nach oben gefördert. Die Spülableitung geht zu einem Spülbecken, wo sich das Bohrgut am Grund absetzen kann und die Spülflüssigkeit wieder in das Bohrloch gepumpt wird.

Bei der indirekten Spülbohrung dagegen gibt es nochmals drei unterschiedliche Weisen des Bohrens. Bei allen drei Bohrverfahren wird das Bohrgut durch das Gestänge gefördert.

Lufthebebohren

Das klassische Verfahren, basierend auf dem Prinzip der Mammutpumpe, ist das Lufthebebohren. Man benötigt hierfür zusätzlich einen Kompressor. Beim Lufthebebohren lässt man die Spülung in den Ringraum um das Bohrloch laufen und durch ein meist doppelwandiges Gestänge wird Luft bis in das unterste Gestänge direkt über dem Meißel gepresst. In diesem letzten Gestänge sind Lufteinlässe vorhanden. Dadurch, dass die Luft wesentlich leichter ist als das Wasser, wird die Spülung mitsamt Bohrgut nach oben gedrückt und zum Spülbecken gefördert.

Saugbohren

Zum Saugbohren wird eine Pumpe eingesetzt, die Flüssigkeit ansaugen kann, wie beispielsweise die Kolbenpumpe. Der Kreislauf ähnelt dem Kreislauf des Lufthebebohrens, nur dass beim Saugbohren kein doppelwandiges Gestänge und kein Kompressor benötigt werden.

Saug-Strahlbohren

Für dieses Spülbohrverfahren wird in der Auswurfleitung am Spülbecken eine Wasserstrahldüse integriert.

Siehe auch

• Brunnenbau
• Brunnenbauer
• Grundbau

Quellen

• Konrad Simmer: Baugruben und Gründungen. B. G. Teubner Verlag, 1999, ISBN 3-519-35232-X
• K. Zilch: Handbuch für Bauingenieure. Springer Verlag, 2002, ISBN 3-540-65760-6