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Bohrungen haben einerseits den Zweck, Informationen über den Untergrund sowie über die Grundwasserverhältnisse zu gewinnen. Im Bereich der Hydrogeologie werden durch Brunnenbohrungen hingegen Wasserressourcen zugänglich gemacht.

Die Verfügbarkeit von Wasser ist angesichts klimatischer Extremitäten heute zunehmend beeinträchtigt. Perioden mit zu viel Wasser und Perioden mit zu wenig Wasser wechseln sich ab, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, wasserbauliche Maßnahmen zu setzen und durch Brunnenbohrungen oder den Bau von Speicherbecken in den natürlichen Wasserhaushalt einzugreifen.

Als Erkundungsmethoden stehen im Bereich von Brunnenbohrungen geophysikalische Untersuchungen zur Verfügung, die seismische Wellen, Geoelektrik oder Georadar vorsehen.

Einen direkten Einblick gewähren allerdings nur Schürfe oder Gräben. Bohrungen sind demgegenüber vorteilhafter, weil durch Probebohrungen mit geringem Durchmesser (Aufschlussbohrungen) sowohl Probematerial entnommen als auch die Höhe des Grundwasserspiegels ermittelt werden kann.

Bohrtechnik: Einteilung

Bohrungen können entweder mit

• kontinuierlicher (ununterbrochener) Bohrgutförderung durchgeführt werden. Bei flüssigkeitsunterstützten Bohrungen werden drehende oder schlagende Bohrwerkzeuge verwendet; oder
• diskontinuierlicher (unterbrochener) Bohrgutförderung durchgeführt werden. Dabei werden mehrere Bohrstangen (Kellystangen) verwendet, die teleskopartig aufgebaut sind.

Bohrungen können ausgeführt werden als

• Drehbohrverfahren: Werden in homogenen Böden kontinuierlich mit durchgehender Schnecke oder diskontinuerlich mit Kellystange durchgeführt (für alle Bodenarten, auch Fels, allerdings kostenintensiv)
• Schlagbohrverfahren mit Greifer (Greiferbohrung), die universell einsetzbar sind. Das Verfahren ist geräteschonend und vor allem in kiesigen und sandigen Böden wirtschaftlich, jedoch in bindigen Böden eingeschränkt.

Bohrungen sind

• Gestützt (verrohrt), indem Rohrteilstücke verschraubt und am unteren Ende mit einem Schneidschuh ausgestattet werden. Dabei eilt das Rohr dem Aushub voraus.
• Gestützt mittels Bohrspülung (Bentonit / Polymerspülung)
• Stützung durch durchgehende Bohrschnecke: Schnecken-Ortbeton-Bohrpfahl (SOB)
• Ungestützte Bohrung in standfesten Böden (steife Tone, Schluffe, Fels)

Trockenbohrungen und Spülbohrverfahren

Trockenbohrverfahren ohne Bohrspülung können drehend (Drehbohrverfahren) oder schlagend (Schlagbohrverfahren) ausgeführt werden. Im Lockergestein werden Schappe, Schnecke, Kiespumpe oder Greifer als Bohrwerkzeuge eingesetzt. Es ist eine Absicherung durch eine Verrohrung notwendig. Im Festgestein wird eine schwere Meißel verwendet, die entweder an einem Seil oder an einem Gestänge hängt und durch eine Schlag- und Drehvorrichtung mechanisch auf das Festgestein einwirkt, dieses lockert und das Bohrgut durch Greifwerkzeuge an die Oberfläche befördert. Bei harten Gesteinen werden luftdruckbetriebene Bohrlochhämmer verwendet, welche den Hammer kühlt und Bohrgut ausbläst.

Trockenbohrverfahren werden angewandt, wenn eine Bohrspülung nicht zur Verfügung steht. Die Bohrverfahren sind robust. Zudem können Veränderungen im Grundwasserstand festgestellt werden, was vorteilhaft ist. Ebenso können bei Mineralwasserbohrungen Zutritte von Mineralwässern und Kohlesäureaustritte festgestellt werden. Der Bohrfortschritt ist allerdings geringer.

Spülbohrverfahren sind effizienter und häufiger. Das Bohrgestänge, zumeist Rollenmeißel, wird über einen Kraftdrehkopf angetrieben. Der Bohrandruck erfolgt über Eigengewicht oder durch zusätzliche Schwerstangen. Als Bohrspülung dient Wasser oder Luft. Direkte Spülbohrverfahren: Spülung über den Bohrkopf. Indirekte Spülbohrverfahren: Das Bohrloch selbst wird durch die Bohrspülung gefüllt.

Drehbohrverfahren zeichnen sich durch einen hohen Bohrfortschritt aus. Allerdings ist dieser von der Gesteinsart abhängig. Bei härteren Gesteinen wird tendenziell das Drehschlagbohrverfahren angewandt, welches eine Kombination aus Drehbohren und Schlagbohren darstellt. Das Verfahren ist schneller, allerdings eignet sich dieses folglich weniger, um den Grundwasserspiegel zu beobachten.

In Festgestein kann der Fall auftreten, dass Bohrungen zur Wassergewinnung zu wenig Ergiebigkeit erbringen. In diesem Fall können durch Sprengungen (Bohrlochsprengen) zusätzliche Risse im Gestein erzeugt werden.

Grundsätzlich stehen im Bereich der Bohrtechnik die folgenden Methoden zur Verfügung:

• Schlagendes Bohren
• Drehendes Bohren ohne Spülung, wozu auch das Schneckenbohrvergahren gehört
• Rammkernverfahren mit oder ohne Spülung
• Drehendes Bohren mit Spülung
• Drehschlagbohren mit Spülung

Bauen in weichen Böden

Literatur:

[1] Bernward Hölting & Wilhelm G. Coldwey: „Hydrogeologie – Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie“, Springer Spektrum, Berlin 2019

[2] Heinrich-Otto Buja: „Handbuch dr Baugrunderkundung: Geräte und Verfahren“, Springer Vieweg, Wiesbaden 2009