Grundwasserabsenkungen

Entwässerung Baugruben

Bei weichen strukturempfindlichen Böden ist ein Ausheben der Baugruben meist erst möglich, wenn das Bodenmaterial genügend entwässert ist.

Bei weichen strukturempfindlichen Böden ist ein Ausheben der Baugruben meist erst möglich, wenn das Bodenmaterial genügend entwässert ist. Bei hochliegendem Grundwasserspiegel ausserhalb der Baugrube besteht bei feinkörnigen Böden das Risiko eines hydraulischen Grundbruches. Indem der Wasserdruck durch eine Grundwasserabsenkung entspannt wird, kann dieses Risiko vermindert werden.

Grundsätzlich muss der Grundwasserspiegel bei jeder Grundwasserabsenkung innerhalb und ausserhalb der Baugrube mit Piezometern laufend überwacht werden, da sonst bei zu starker Absenkung des Wasserspiegels das Risiko von Setzungsschäden bei Nachbarbauten besteht.

Bei der Grundwasserabsenkung von Baugruben kommen verschiedene Entwässerungsverfahren zum Einsatz. Zwei davon sind Filterbrunnen und Wellpoint.

Filterbrunnen

Filterbrunnen eignen sich in erster Linie für sandig-kiesige Böden mit guter Durchlässigkeit, also für grosse Wassermengen.

Anwendungsbereich

Man unterscheidet Kleinfilterbrunnen (ø < 250 mm) und Grossfilterbrunnen (ø > 250 mm). Die Reichweite eines Brunnens ist dabei von der Durchlässigkeit des Bodenmaterials (k-Wert) und vom Durchmesser des Brunnens abhängig. Diese Reichweite bestimmt massgeblich den Abstand von Brunnen zu Brunnen. Der Durchmesser der Brunnen muss basierend auf der voraussichtlichen Pumpwassermenge berechnet werden. Im Anschluss daran ergibt sich der Bohrdurchmesser aus Brunnendurchmesser plus Kies-Sand-Filteraufbau. Der Filteraufbau ist dabei so zu wählen, dass das gepumpte Wasser so sandfrei wie möglich gefördert wird. Zugleich sollen die feinsten Bodenbestandteile den Filter mit geringem Widerstand passieren können, damit der Brunnen nicht verstopft. Bei Transport, Versetzen oder durch Erddruck sind die Brunnenrohre starken Belastungen ausgesetzt. Die Wandstärke der Brunnenrohre darf daher nicht zu gering gewählt werden.

Filterbrunnen werden auch zur permanenten Gewinnung von Trinkwasser aus Grundwasservorkommen erfolgreich eingesetzt. Für solche Brunnen verwendet man rostfreie Materialien und richtet die Filterdimensionierung auf einen langfristigen Betrieb aus.

 

Verfahren – vom Bohren bis zur Piezometermessung

Filterbrunnenbohrungen können sowohl im Spülbohr- und Drehbohrverfahren als auch im Greiferaushubverfahren erstellt werden. Nach dem Abteufen der verrohrten Bohrung wird das Filterrohr versetzt, wobei dieses im Bereich der Filterstrecke gelocht oder geschlitzt ist (Schlitzbrückenfilter). Im nächsten Schritt kann der Filterkies, je nach Bodenaufbau, eingefüllt werden. Mit dem Einbau des Filterkieses wird die Verrohrung Stück für Stück zurückgezogen.

In Gebieten, in denen das Grundwasser als Trinkwasser dient, wird im oberen Bereich des Brunnens eine Abdichtung mittels Tonkugeln (Compactonit) eingebaut. Diese verhindert eine Verschmutzung des Grundwasserträgers durch Oberflächenwasser.

Nachdem der Brunnen erstellt ist, wird er entsandet. Dafür kommen Pumpen zum Einsatz, die unempfindlich auf Sand im Pumpwasser reagieren. Zuerst wird mit minimaler Leistung gepumpt und diese dann stufenweise gesteigert. Die Feinanteile des Bodenmaterials rund um den Brunnen werden durch das Pumpen ausgeschwemmt. Das geförderte Wasser wird zunehmend sauberer. Nach dem Entsanden können die endgültigen Pumpen, Ableitungen und elektrischen Steuerungen installiert werden. Mithilfe von Niveau-Steuerungen wird sichergestellt, dass die Pumpe den Brunnen nie leersaugt. Dies verhindert eine Beschädigung des Pumpenmotors.

Schwebestoffe im abgepumpten Wasser werden in einem Absenkbecken ausgeschieden. Damit der Grundwasserspiegel in der weiteren Umgebung nicht zu stark abgesenkt wird, kann das Wasser auch über Rückgabebrunnen in den Grundwasserträger rückgeführt werden. Je nach Bedarf wird das Wasser vorgängig in einer Neutralisationsanlage neutralisiert. In manchen Fällen müssen mit den Filterbrunnen sehr grosse Mengen Wasser abgepumpt werden. Dann sind die Grundwasserstände in der Umgebung zwingend mittels Piezometermessungen zu beobachten.

Wellpoint

Eine Grundwasserabsenkung mittels Wellpointverfahren eignet sich für feinkörnige Böden (Silt).

Anwendungsbereich

Wellpoint-Filter sind kleine Vakuum-Brunnen (ø ca. 200 mm), die in der Regel rund um die zu entwässernde Baugrube angeordnet werden. Der Abstand von Filter zu Filter beträgt dabei zwischen einem und drei Metern. Die einzelnen Filter werden an eine Saugleitung (ø150 bis 200 mm) angeschlossen. Über eine Vakuum-Pumpe wird das Wasser mit Unterdruck aus dem Boden gesaugt. Oft braucht man für die Entwässerung einer Baugrube hundert oder mehr solcher Filter. Die erforderliche Anzahl Vakuum-Pumpen richtet sich nach der Länge der Saugleitung, dem Wasseranfall und der Anzahl der Filter. Die Leistung gängiger Wellpoint-Pumpen beträgt ca. 3’500 Liter pro Minute und Anlage.

Schwebestoffe im abgepumpten Wasser werden in einem Absenkbecken entfernt. Anschliessend kann das Wasser in die Meteorwasserkanalisation oder in einen Bach geleitet werden. Meistens ist keine Neutralisation nötig, da in der Regel sauberes Grundwasser gepumpt wird.

Vorsicht ist angesagt, wenn Betonarbeiten auf der Baustelle ausgeführt werden. Bei Regen können dann alkalische Wässer in den Untergrund einsickern. Daraus resultieren hohe pH-Werte im abgepumpten Wasser. Ist dies der Fall, muss eine Neutralisationsanlage installiert werden, damit das Grundwasser neutralisiert werden kann.

Verfahren

In weichen Böden können die Filter mit Druckwasser eingespült werden. Nach dem Versetzen der Filter wird der Hohlraum um den Saugschlauch mit einem Filtermaterial (im Allgemeinen Splitt 2 mm bis 4 mm) aufgefüllt. In härteren Böden (mit Steinen) müssen die Filter eingebohrt werden. Bei standfesten Böden geschieht das mit unverrohrter Bohrung. Wo es notwendig ist, kommen verrohrte Bohrungen mit Ankerbohrgerät zur Anwendung.

Die maximale Absenktiefe (vertikale Distanz zwischen Pumpe und Wasserspiegelkote) beträgt aus physikalischen Gründen
ca. 8 m. Andernfalls tritt Kavitation auf. Wenn der Grundwasserspiegel tiefer abzusenken ist, können die Filter in mehreren Stufen angelegt werden. Es ist möglich, die Vakuum-Pumpe und die Saugleitung mit fortschreitendem Aushub tieferzulegen.

Für die Sicherheit der gesamten Baugrube

Eine einwandfreie Funktion der Grundwasserabsenkung ist existentiell für die Sicherheit der gesamten Baugrube. Für das Funktionieren der Wellpoint-Anlage etwa ist die Aufrechterhaltung des Vakuums unerlässlich.

Um diese Sicherheit zu gewährleisten, kommen Notstromanlagen für die Pumpen zum Einsatz sowie Telefon-Alarmanlagen, die beim Absinken des Vakuums einen Alarm auslösen.

Wellpoint JMS RISI

Systemskizze einer Wellpoint-Anlage

Wellpoint JMS RISI

Zweistufiges Wellpoint für die Entwässerung einer geböschten Baugrube: Durch den im Boden entstehenden Unterdruck werden die Böschungen zusätzlich stabilisiert, so dass diese steiler ausgeführt werden können.

Ihre Ansprechpartner

René Kaufmann

Leiter Spezialtiefbau Rapperswil-Jona
Mitglied der Geschäftsleitung
Klein- und Grossbohrungen

rene.kaufmann@jms-risi.ch
+41 55 286 14 57

René Schmidli

Leiter Tief- und Spezialtiefbau Baar
Mitglied der Geschäftsleitung
Baugruben, Pfähle, Wasserbau, Erdbau, Rückbau

rene.schmidli@jms-risi.ch
+41 41 766 99 23