| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Boringer

2. Boringens konstruktion

2.1 Indledning

Boringens konstruktion omfatter de arbejder/installationer, der skal udføres, efter at boringens slutdybde er nået. Desuden gennemgås de mest almindeligt forekommende boringskonstruktioner.

Boringens konstruktion omfatter indbygning af filter og forerør, samt de dertil hørende valg af materialer og samlinger. Desuden dimensionering af gruskastning og filterets slidser, samt indbygning af lerspærre og opfyldning mellem disse.

Dertil kommer boringens overbygning med forerørsafslutningen, samt indretning af råvandsstationen eller boringens overbygning.

Normer og bekendtgørelse

Der er her angivet en række definitioner, som er anvendt i "Norm for almene vandforsyningsanlæg DS442" og "Norm for mindre ikke-almen vandforsyningsanlæg DS441" samt "Bekendtgørelsen nr. 4 af 4. januar 1980 om udførelse af boringer efter grundvand".

Definitioner:

Definitioner

Borerør: Arbejdsrør, der anvendes i forbindelse med borearbejdet, og som kan bibeholdes som forerør (se Figur 1 I , II, IV) eller erstattes af forerør (se Figur 1 III). Borerør er som oftest stålrør, der svejses sammen eller samles med gevind. Når borerøret bliver siddende som forerør, anvendes normalt et stålrør st. 37, som er svejset sammen, mens borerør, som genanvendes, ofte er stålrør af stærkere legeringer og med gevindsamlinger.

Se her!

Figur 1
De almindeligste former for udbygning af boringer

Bundprop: Afslutning af boringens filter eller slamboks. Udføres normalt som træprop eller PVC prop. I boringer med løse filtere (se Figur 1 I, II) indbygges der ofte en fangkrog i bundproppen, så filteret kan tages op og renoveres.

Filterrør: Er rør med huller eller slidser, der tjener til indtagning (dræning) af vand fra et vandførende lag og samtidig sikrer, at der ikke siver materiale fra det vandførende lag med vandet. Filterrør er som regel udført i PVC eller PEH, men kan også være udført af mange andre materialer, og gennem tiden er der typisk blevet anvendt kobber belagt med fortinnet kobbervæv, rustfrit stål, egetømmer og stålrør m.m.

Forerør: Rør, som forbinder toppen af boringens filter med boringens overbygning ved terræn. Røret udgør en udforing af selve borehullet, deraf navnet. Uden forerør eller borerør ville boringen forholdsvis hurtigt kolapse/falde sammen. Forerør er normalt udført som limede PVC-rør, men kan dog også være gevindsamlede PVC eller PE-rør eller svejste stålrør.

Forerørsforsegling: Tæt lukning af boringens forerør omkring pumperør i boringens overbygning (se under boringens overbygning).

Forerørstætning: Tæt lukning af mellemrummet mellem boringens forerør og selve borevæggen (se Figur 1 III).

Gruskastning: Opfyldning eller kappe af sorteret kvartssand eller grus mellem filterrør og borevæggen. Gruskastningens formål er at tilbageholde materiale fra det vandførende lag. (se Figur 1 II, III).

Pakstykke: Pakning mellem boringens filterrør og borerør (se Figur 1 I, II). En borings pakstykke kan bestå af en strækning, hvor der ingen gruskastning er. Er denne tilstrækkelig lang, vil der ikke kunne trænge sand ind i boringen denne vej. Ellers blev den i ældre tid udført af bly eller pakgarn og oksetalg. Oksetalgen optager noget vand og udvider sig derved og danner en tæt fleksibel tætning. I dag benyttes som regel ekspanderende gummi- eller bentonite-fugebånd. Disse fugebånd har dog den ulempe, at det er vanskeligt at trække filteret op igen.

Overbygning: Pumpebrønd eller råvandsstation som er anbragt over boringen, og giver frostfri beskyttelse for diverse tekniske installationer og giver adgang til boringen.

2.2 Boringens udbygning og filtersætning

Filtersatte boringer findes i mange varianter, i Figur 1 er vist de almindeligste boringskonstruktioner. At der findes mange varianter, hænger sammen med, at selve boreprocessen og geologien kan begrænse valgmulighederne og afgøre boringens konstruktion. Fx vælges det, at lade kalken stå åben, da det ikke giver nogen unødige virkningsgrads tab, og muligheden for at foretage en tryksyring af boringen senere bevares. Men er der et sandlag over kalken, og er kalken meget opsprækket, risikereres det, at sandet trænger ind i boringen via sprækkerne i kalken, og boringen begynder at give sand. Måske vælges det alligevel, at lade den stå åben, da man normalt senere vil kunne indbygge et filter svarende til Figur 1 I eller II.

Konstruktionstyper

Det er ikke ualmindeligt, at ældre dybere boringer, udført med sandspand og borerør, er udført med flere rørgange (figur 2). Det er fordi, rørene er gået fast, og man har derfor været nødt til at bore indeni, med borerør i en mindre dimension. Har man ladet borerørene sidde som forerør og skåret dem over, således at boringen har flere pakstykker, kan dette give nogle overraskelser, når man fx skal indbygge en større dykpumpe.

Figur 2
Boring med flere pakstykker

Der findes således mange varianter af disse "typiske" konstruktioner, og de skal da også kun betragtes som nogle enkeltstående muligheder. Det er en del af håndværket at designe boringen, så den udnytter de fundne grundvandsressourcer, med den bedst mulige virkningsgrad og med den størst mulige beskyttelse af grundvandsmagasinet.

Det medfører, at man bør tænke på boringens livscyklus, når man konstruerer en udbygning af en boring. Dvs. det er ikke kun den aktuelle driftssituation, som er bestemmende for boringens udformning, Senere, når boringen skal vedligeholdes og eventuelt oparbejdes, skal den være konstrueret sådan, at den kan holde til det. Hvis boringen en dag skal tages ud af drift og dermed sløjfes, skal den være udført sådan, at dette kan ske betryggende, uden risiko for grundvandsforurening.

Det er derfor vigtigt at lave en præcis beskrivelse af, hvordan boringen er udført. De normale indberetningsskemaer til GEUS giver ikke altid tilstrækkelig detaljerede oplysninger om boringerne. Specielt ikke med hensyn til placering af forerørstætninger og dimensioner på filtre og forerør.

Specielt, hvis der er anvendt flere forskellige rørdimensioner, er der ikke tilstrækkelig med felter i indberetningsskemaet til at give en præcis beskrivelse af boringens konstruktion. Man bør derfor lave en skitse af boringen, som man vedhæfter indberetningsskemaet, så denne indgår i GEUS's arkiv som et bilag til indberetningsskemaet.

Filterets funktionskrav

Det er en naturlig ting, at boringen skal kunne vedligeholdes, og at den senere skal kunne sløjfes på betryggende vis, men den færdige boring har også en række andre funktionskrav, som den skal leve op til, jf. Figur 3.

Figur 3
Filterkonstruktionens funktionskrav

Funktionskravene er her nævnt i prioriteret rækkefølge, og det skal bemærkes, at funktionskrav nr. 1 er det primære krav, mens de resterende funktionskrav er underordnede krav, som skal tilgodeses i det omfang, funktionskrav nr. 1 er opfyldt. Det skal her bemærkes, at det er almindelig retspraksis, at giver en boring sand, er brøndboreren ikke berettiget til betaling for sit arbejde. Derimod er brøndboreren ikke ansvarlig for boringens virkningsgrad!

Man skal derfor være omhyggelig med sin dimensionering af filterkonstruktionen og nøje vurdere den lagserie, man ønsker at filtersætte.

Figur 4
Forskellige typer filtre

2.2.1 Dimensionering af gruskastning og filter

Funktionskrav 1 (Figur 3) er således særdeles vigtig. Næst efter at lave et veltilrettelagt og gennemført borearbejde, er det brøndborerens primære opgave at udforme filterkonstruktionen, således at boringen giver sandfrit vand.

"Sandfri" filterkonstruktion

Sædvanligvis består et filter af et rør (ofte PVC), som er forsynet med slidser eller lignende åbninger.

Uden om filteret kastes selve gruskastningen. Det er således et samspil mellem slidsernes spaltebredde og gruskastningen, som skal tilbageholde de finkornede aflejringer.

Udformningen af filterkonstruktionen udføres på baggrund af en sigteanalyse, udført på en eller flere repræsentative prøver af det opborede sand. Her skal man være specielt opmærksom på mere finkornede strækninger af det vandførende lag.

I henhold til de to vandforsyningsnormer "Norm for almen vandforsyning DS442" og "Norm for mindre ikke almen vandforsyning DS441" udføres filterdimensioneringer i Danmark efter d60. Dvs. man bruger 60 % gennemfald som udgangspunkt for dimensioneringen.

2.2.1.1 Sigteanalyse og filterdimensionering

Sigteanalyse

I forbindelse med borearbejdet udtages der jordprøver fra det sandlag, der ønskes filtersat. Som tidligere nævnt skal man være opmærksom på de mere finkornede partier af lagserien, således at disse indgår i dimensioneringen af filteret og gruskastningen.

Jordprøven tørres i ovn eller mikrobølgeovn ved svag varme (60°C). Derefter knuses eventuelle lerklumper, og jordprøven hældes i øverste sigte. Sigterne rystes nu i et passende tidsrum. Vær opmærksom på, at det tager nogen tid, inden de finkornede partikler har arbejdet sig igennem alle sigterne og ned til de nederste sigter, så ryst hellere 10 minutter for længe.

Herefter vejes det aflejrede sand på hver enkelt sigte, og resultatet noteres i et skema som vist i Figur 5. Den tilbageholdte mængde beregnes som en opsummering af det, der lå på de enkelte sigter.

Figur 5
Sigteanalyse med gennemfaldskurve

Gennemfaldsprocent

Gennemfaldsmængden er naturligvis den mængde, som ikke er blevet tilbageholdt, og beregnes ved at trække den tilbageholdte mængde fra den samlede sum af sigtet jord, her i Figur 5 er det således 813 g. For at gøre sigteanalysen uafhængig af jordprøvens størrelse omregnes gennemfaldsmængden til % af hele jordprøven.

Gennemfaldsprocenten plottes derefter som funktion af sigternes maskevidde. På denne måde kan gennemfaldskurven for den sigtede jordprøve konstrueres.

d60

Som nævnt tidligere angiver normens vejledning, at man skal bruge d60 som dimensioneringsgrundlag for sin filterkonstruktion. På Figur 6 er det vist, hvordan d60 og d10 aflæses på gennemfaldskurve.

Uensformighedstal

For at d60 kan bruges som dimensioneringsgrundlag er det en betingelse, at gennemfaldskurven ikke er for stejl eller for flad. Det er således en betingelse, at kurvens uensformighedstal Cu skal være større end 1,5 og mindre end 3,0. En gennemfaldskurves uensformighedstal er defineret ved følgende:

I Figur 6, hvor d10 og d60 henholdsvis kan aflæses til d10 = 0,19 mm og d60 = 0,39 mm. Uensformighedstallet kan da beregnes:

Gennemfaldskurven i Figur 5 overholder således betingelserne for at bruge d60 som dimensioneringsgrundlag, selvom kurven ser noget flad ud. En flad kurve betyder, at jordprøven er meget uens sammensat. Er uensformighedstallet lille og kurven stejl, er jordprøven meget ensartet og velsorteret, og man skal være påpasselig med sin dimensionering.

Figur 6
Gennemfaldskurve med aflæsning af d60 og d10

Figur 7 viser kornkurver med henholdsvis Cu = 1,5 og Cu = 3,0, der således angiver, hvilket område ens gennemfaldskurve skal ligge indenfor, for at d60 kan bruges som dimensioneringsgrundlag.

Figur 7
Eksempel på kornkurver for Cu = 1,5 og Cu = 3,0

Efter at have konstateret, at Cu overholder betingelserne for en dimensionering via d60, benyttes tabellen Figur 8, der sammenfattende angiver de mest gængse typer filterkonstruktioners afhængighed af d60.

Figur 8
Gruskastning og spaltebredde som funktion af d60

Grussortering

I Figur 8 er gruskastningen angivet efter Lund Grusgravs standard. Denne er stadig almindelig brugt, men er ikke efter nogen international standard. Det bliver derfor mere almindeligt, at man angiver sorteringsgrænserne for filtergruset i stedet for hvilket nummer, sorteringen har.

Sorteringsgrænserne for Lund Grusgrav er angivet i tabellen Figur 9.

Figur 9
Grussortering efter Lund Grusgravsstandard

Eksempel

På sigteanalysen i Figur 5 er d60 = 0,39 mm. Denne d60 bruges som 'indgang' til tabellen Figur 8 . Af tabellen Figur 8 ses, at der kan bruges et filter med en slidsning med en spaltebredde på 0,8 mm, og der kan gruskastes med sand nr. 4 svarende til sortering 1,2 - 1,8 mm med en middelkorndiameter på 1,50 mm.

2.2.1.2 Filterteori

På ovennævnte forholdsvis enkle måde sikres det, at boringer yder sandfrit vand, men for at være rustet til at kunne takle grænsetilfældene skal vi se lidt nærmere på teorien bag tabellerne. Den her nævnte måde at anskue teorien på, stammer fra Leo Glensvigs artikel i Vandteknik, samt ældre kursusmateriale ligeledes udfærdiget af Leo Glensvig, da hans artikler har dannet skole for den måde, man dimensionerer filtre og gruskastninger på i Danmark.

Man kan, ad teoretisk vej, søge at klarlægge gruskastningens virkemåde, ved at foretage den idealiserede antagelse, at gruset betragtes som en masse kugler, og dernæst undersøge på hvilken måde, disse kugler kan være lejret blandt hinanden.

Hvis kuglerne skal være lejret tættest muligt, må de indtage en position i forhold til hinanden som vist på Figur 10.

Figur 10
Tæt aflejringsform

I henhold til Figur 10 gælder:

Det vil sige, at den største kugle, der kan ligge mellem de store kugler, har en diameter, som er 1/6,46 gange mindre end de store kuglers diameter.

Er kuglerne derimod lejret med den størst mulige afstand mellem de enkelte kugler, vil man få en lejringsform som vist i Figur 11.

Figur 11
Løs aflejringsform

Da gælder følgende:

De fremgår således af Figur 11, at den største kugle, som kan ligge mellem de store kugler, har en diameter, som er 1/2,41 gange de store kuglers diameter.

Det antages, at kuglerne ikke vil lejre sig på så idealiserede måder som angivet i de to grænsetilfælde. Da gruskastningens lejring naturligt er temmelig åben, vil det være rimeligt at antage, at diameteren af den kugle, der kan ligge i åbningen mellem de store kugler, er ca. 1/4 gange diameteren af de store kugler.

Der vælges derfor en lejringsform, der ligger imellem de ovenfor anførte grænsetilfælde.

2.2.1.3 Sigteanalysen

Som vist under afsnit 2.2.1.1 Sigteanalyse og filterdimensionering er sigteanalysen grundlaget for dimensioneringen af gruskastning og derefter filterets slidsning.

Uensformighedstallets betydning

På grundlag af kornkurven eller også kaldet gennemfaldskurven er det muligt at bestemme det opborede sands d60 og d10, som betegner korndiametrene ved henholdsvis 60% gennemfald og 10% gennemfald.

Ved hjælp af d60 og d10 kan man bestemme sandets uensformighedstal Cu, der er defineret ved:

Uensformighedstallet Cu er et udtryk for, hvor ensartede og velsorteret sandet er. Er sandet sammensat af korn, der er meget ensartet i størrelse, vil kornkurven blive meget stejl, og dermed vil Cu blive meget lille. Modsvarende vil en sandprøve, der består af mange forskellige kornstørrelser, vise sig som en flad kornkurve med en stor Cu værdi.

Ved Cu < 1,5, dvs. et meget velsorteret sandlag med en stejl kornkurve (se Figur 7) er der grund til at være meget omhyggelig og forsigtig med sin dimensionering af gruskastning og spaltebredde. Får man lavet en for åben gruskastning, vil den være meget vanskelig at få sandfri, uanset hvor længe og hvor meget der renpumpes.

Uensformighedstallet Cu og korndiameteren svarende til 60% gennemfald (d60) er således tilstrækkeligt til at vurdere sandlaget og bestemme gruskastningen og slidsningen af filteret.

I Danmark har man tradition for at anvende d60 som filterkriterie. Ses på, hvordan tyskerne dimensionerer filter og gruskastningen, gøres det meget mere gradueret og væsentligt tættere på grænsen for sandgennembrud. De tyske filterkriterier ses i Figur 12.

Figur 12
Filterkriterier i Tyskland

Vi lægger således væsentlig mere vægt på sikkerheden, for at boringen giver sandfrit vand, end tyskerne gør. Tyskernes mere åbne gruskastning vil ofte medføre meget langvarige renpumpninger, idet der skal fjernes betydelige mængder finkornet materiale, inden boringen bliver sandfri.

2.2.1.4 Bestemmelse af gruskastning

Ud fra betragtningen med kuglerne fandt vi ud af, at den kugle, som kan ligge mellem de store kugler, er ca. 1/4 gange diameteren af de store kugler. Det er ikke praktisk muligt at købe sand, hvor kornene er helt kugleformede og ikke varierer i størrelse, men man indvinder miocænt kvartssand, som sigtes i en række sorteringer som angivet i Figur 9 og klassificeret efter Lund grusgravs standard.

Kvalitetssikring af filtergrus

Dette kvartssand har en kornform og ensartethed, som kommer meget tæt på kugleformen.

De viste sorteringsgrænser i Figur 9 er således et udtryk for, at den pågældende sandtype inden for visse tolerancer ligger indenfor det angivne interval og med den angivne middelkornstørrelse.

Det kan ikke undgås, at der vil være en lille smule sand, der ligger henholdsvis over og under de angivne sorteringsgrænser. Man skal her være opmærksom på, at den finkornede del vil give dårlige spalteforhold, fx sætte sig fast i spalterne og blokere dem, mens den grove fraktion primært vil påvirke middelkorndiameteren og dermed i værste fald kunne forårsage sandgennemgang, da d60 ikke vil kunne tilbageholdes. Det er derfor vigtig, at være opmærksom på den kvalitetssikring og dokumentation, som ens leverandør af filtergrus udøver.

Et andet forhold, som kan forårsage sandgennemgang ved en boring, er den vandsortering, der fremkommer, når der gruskastes. De store tunge korn vil synke hurtigst ned.

Bilag 1 samt Figur 13 er et diagram efter Leo Glensvigs artikel, hvor der for forskellige d60 (x-aksen) er afsat de intervaller, som de forskellige grussorteringer dækker (y-aksen). Der er indlagt et antal rette linier med forskellige hældninger, som angiver fra 1,5 • d60 til 5 • d60.

Figur 13
Grussorteringer i afhængighed d60 efter Leo Glensvig. (se også Bilag 1)

Under hensyntagen til de nævnte variationer i sorteringerne, samt hensyntagen til vandsorteringen, er det ikke tilrådeligt, at sorteringens angivne største kornstørrelse overskrider 5 • d60 .

Ser man på sand nr. 1, fremgår det af diagrammet, at denne sortering kan anvendes fra d60 = 0,16 idet 5 • d60 < 0,80, som er den største kornstørrelse i sand nr. 1, svarende til 0,80/5 = 0,16.

Grussorteringens betydning

Det forhold, at minimumskornstørrelsen er 0,4, bevirker, at mindstekornene kun er 2,5 • d60 svarende til 2,5 • 0,16 = 0,4. Det er her væsentlig at bemærke, at det er den øvre grænse på 5 • d60 der sikrer mod sandgennembrud.

Overlapningen mellem de forskellige sorteringer ses af diagrammet. Den laveste d60, hvor sand nr. 2 må anvendes, er ved d60 = 0,24 idet 5 • 0,24 = 1,2 svarende til sand nr. 2's største kornstørrelse. Det medfører, at man er nødt til at bruge sand nr. 1 i intervallet 0,16 < d60 < 0,24 hvor det for d60 = 0,25 gælder at sand nr. 1's største korn svarer til 3,3 • d60, mens mindste kornstørrelse svarer til 1,7 • d60. Sand nr. 1 er således en forholdsvis tæt gruskastning for et sandlag med en d60 = 0,24, men da grussorteringerne ligger i disse størrelser, må dette accepteres.

I diagrammet Bilag 1 og Figur 13 repræsenterer de vandrette linier middelkornstørrelsen for den enkelte sortering. Ved at gå ind i diagrammet med sin aktuelle d60, vil man således kunne aflæse den valgte gruskastnings forhold med d60 ved at interpolere mellem de skrå forholds linier og den vandrette linie for den valgte grussortering.

Derefter ses, om den valgte gruskastning er tæt på grænserne for sandgennembrud, og dermed bør korrigeres, hvis man fx skal filtersætte et sandlag med en meget stejl kornkurve og dermed et enskornet lag med en lav Cu værdi. Har man derimod et lag med en mere flad kornkurve, vil man ligeledes her kunne vurdere, om man i grænseområdet tør gå op i en mere åben gruskastning.

DS441/DS442

Det er dog vigtigt at bemærke, at de to vandforsyningsnormer DS 441 og DS 442 begge angiver ovennævnte filterkriterier i deres vejledning. Dette medfører, at går man ud over disse filterkriterier, er det på eget ansvar. Dvs. går det galt, og boringen alligevel ikke kan blive sandfri, står man meget dårligt i tilfælde af en retssag om betalingen for arbejdet. Er man i sådan et grænsetilfælde, er det derfor vigtigt at inddrage sin bygherre og dennes rådgiver inden filtersætningen, således at det er bygherres/rådgivers valg, såfremt man afviger fra filterkriterierne i normerne.

2.2.1.5 Spalteteori

For forholdene ved filterets slidser/spalter kan man forudsætte, at man har et antal ens kugler, som er lejret over en spalte (Figur 14).

Figur 14
Ens sandkorn lejret foran spalte i filter.s

Maksimal spaltestørrelse

Det er således interessant at vide, hvilken spaltebredde man skal vælge for at opnå maksimalt frit indstrømningsareal, når gruskastningens (kuglernes) størrelse er fastlagt.

Ved en matematisk behandling af problemet, kan man vise, at man får maksimalt frit indstrømningsareal, når forholdet mellem kuglediameter og spaltebredde er 1,57. Dvs.

Eller sagt på en anden måde er det ideelle forhold mellem grussorteringens middelkornstørrelse og spaltebredden:

Man bestemmer først gruskastningens sammensætning og derefter slidsningen ud fra denne.

Under forudsætning af at ovennævnte forhold er gældende, kan det maksimale frie indstrømningsareal bestemmes som:

Spaltestørrelsens betydning

Spaltebredden er nu lagt fast på grundlag af middelkornstørrelsen for den valgte gruskastning, skal man bemærke, hvad der sker, når gruskastningen udenfor slidserne/ spalterne varierer indenfor sorteringsgrænserne: 

1) D > 1,57 • S

Her fås et større frit indstrømningsareal jf. formel (1), idet det fri indstrømningsareal er proportionalt med kornstørrelsen. Kornstørrelsen kan dog ikke øges til mere end 4 til 5 gange d60 for det vandførende sandlag.

2) D < 1,57 • S

Er kornstørrelsen mindre end 1,57 • S fås et mindre indstrømningsareal. Vær opmærksom på at jo tættere middelkorndiameteren D er på spaltevidden S, jo større tendens vil der være til, at sandkorn kitter sig fast i spalterne og dermed stoppe disse til. Det bevirker, at det kan være vanskeligt at oparbejde boringens filter igen.

Bliver D < S, vil gruskornene gå gennem spalterne og ind i boringen.

Af ovenstående fremgår det således, at man bør vælge sin spaltebredde så tæt på det ideelle forhold (2) som muligt og helst ikke under.

Filterkriterier efter DS442

Som vejledende værdier i normen angives følgende forudsætninger for forholdet mellem gruskastning og spaltevidde:

Samtidig angiver normen en minimumstykkelse for gruskastningen på 35 mm.

I tabellen Figur 15 er forholdet D/S udregnet for de forskellige sorteringer og spaltebredder.

Figur 15
Forholdet D/S for grussorteringer nr. 00 - 5. (Efter Leo Glensvig)

I Figur 15 er de områder, hvor man kan komme i konflikt med normernes vejledning, markeret med gråt. For at sikre gruskastningens tykkelse og sikre boringens filter er centreret i boringen, bør der monteres styr for hver 3 m på filteret. Til støtte for forerøret kan man ligeledes montere styr på dette fx for hver 6 m.

Figur 16

Figur 17
Gruspakningens dimension i forhold til primær gruskastningen

2.2.1.6 Dobbelt gruskastning

Som det ses af Figur 15, er det specielt i forbindelse med anvendelse af de finkornede grussorteringer, at man kommer i konflikt med normens vejledning, samt filterkriterierne. Det skal bemærkes, at anvendelsen af sand nr. 00 og nr. 0 normalt kun sker i forbindelse med en dobbelt gruskastning, hvor man har en grovere gruspakning ind mod slidserne.

Gruspakning

Dvs. når man skal filtersætte sandlag med en d60 < 0,16 mm, er det nødvendigt enten at vælge dobbelt gruskastning eller vævbelagte filtre. Dvs. filtre som er belagt med et finmasket væv. Disse fås som fortinnet kobbervæv eller rustfri stålvæv med maskevide fra 0,125 mm og nedefter.

Af disse alternativer vælges det normalt at udføre filtersætningen med en dobbelt gruskastning (figur 18). Dette kan gøres enten ved at binde en pose med grovere filtersand omkring filteret eller ved at anvende et filter med pålimet gruskastning (figur 19).

Figur 18
Boring med dobbelt gruskastning
  

Figur 19
Filter med pålimet gruskastning, samt filter med posepakning

Ved at anvende så stor kastning i sin pakning som muligt, svarende til 4 til 5 gange gruskastningens middelkorndiameter, vil man tilsvarende opnå en mere åben gruskastning og mulighed for at vælge en større spaltebredde i sit filter.

Ovennævnte beregninger og overvejelser med hensyn til gruskastningens sammensætning og spaltebredder er samlet i diagrammet Figur 8, som er et stykke anvendeligt værktøj, der under de givne forudsætninger giver en sikker filtersætning.

2.2.1.7 Direkte indbygning af filtre i vandførende sandlag

I forbindelse med udførelse af filtersatte boringer bør man også overveje direkte filtersætning/ indbygning af filtre uden gruskastning jf. Figur 1, I.

Denne form for filtersætning var mere udbredt tidligere, men der kan opstå situationer fx under reparation af en kalkboring, som er begyndt at give sand, hvor det af hensyn til bevarelsen af boringens dimension er nødvendigt at foretage en direkte indbygning af filteret, uden at etablere en gruskastning omkring boringens filter.

Det vælges her at udbygge boringen med en filterdimension, der passer til borediameteren og lade formationssandet "sætte sig" omkring filteret.

Det er kun spaltebredden og den "naturlige gruskastning", der tilbageholder de finkornede dele af det filtersatte sandlag.

Filterkriterier efter DS441/DS442

Normerne DS441 og DS442 angiver følgende filterkriterium for direkte indbygning:

Direkte indbygning: d40 < S < d60
(Uddrag af tabel V 4.4.1 DS442 Norm for almene vandforsyningsanlæg.)

Da den mindste slidsbredde, man kan få skåret sine filtre med p.t. er 0,3 mm, vil det normalt primært være meget grovkornede sandmagasiner med d60 > 0,3, som man er interesseret i at filtersætte direkte. Jesper Magtengaard angiver i sin artikel, at Cu bør være større end 2,5 - 3, og at sandlaget ikke må være for finkornet.

Renpumpning af direkte indbyggede filtre

En direkte filtersætning vil ofte medføre en længerevarende renpumpning, idet man af denne vej er nødt til at fjerne de mere finkornede partikler i sandlaget omkring boringens filter. Det skal bemærkes, at det kan være betragtelige mængder sand, der skal pumpes op, før boringen bliver helt sandfri.

Når boringen er blevet sandfri, har der dannet sig en naturlig gruskastning omkring boringens filter. Denne er tilpasset det aktuelle sandlag og den aktuelle indvindingsmængde. Dette medfører, at det her er specielt vigtigt at renpumpe med en væsentlig større pumpekapacitet end boringens fremtidige driftsydelse.

Filtervæv

Som tidligere nævnt findes der meget finkornede vævtyper, som man kan belægge sine filtre med og dermed gå ind i direkte indbygning af filtre i meget finkornede sandlag, men man skal være meget opmærksom på sin kornkurves udformning.

Ser man på den opborede sandprøve og ønsker at vurdere, om den valgte filtersætning er problematisk, skal man gøre sig følgende klart:

1. Sandfraktioner < 1/4 • maskevidden: Vil blive tilbageholdt af den naturlige gruskastning efter renpumpningen.
2. 1/4 • maskevidden < Sandfraktioner < maskevidden: Vil trænge ind i boringen, og skal således fjernes under renpumpningen.
3. Maskevidden < Sandfraktionen < 1,5 • d60 : Vil have en tendens til at sætte sig i maskerne og dermed kunne lukke vævfilteret og give anledning til stor hydraulisk modstand gennem filteret.

Er sandlaget sammensat, så det indeholder en stor andel sand med en kornstørrelse, der ligger i interval 3, bør man være forsigtig. Udgør sandfraktionen af sand i interval 2 et større volumen, kan renpumpningen tage meget lang tid og være bekostelig i pumpeslitage.

2.2.2 Gruskastningen og filterets betydning for boringens afsænkning

Som det fremgår, af afsnit 2.2.1, er det primære formål med filtersætningen at sikre, at boringen giver sandfrit vand. Samtidig søger man at tilstræbe så åben en filtersætning som mulig, ligesom forholdet mellem gruskastning og spaltebredde tilstræbes at være så gunstigt som mulig for at undgå unødige tryktab gennem boringens filterkonstruktion.

Tryktab i filterkonstruktionen

Den forholdsvis tætte danske filtersætnings indflydelse på boringens virkningsgrad har ofte været diskuteret i fagkredse. Jesper Magtengaard udførte, under sit licentiatstudie af tryktab i filterkonstruktioner, en række forsøg netop for at belyse disse forhold. Forsøgene viste, at gruskastningens bidrag til boringens afsænkning under normale forhold er uden betydning. Forsøgene viste også, at kun ved filtersætning i meget grovkornede og velsorterede samt tynde sandlag, vil gruskastningens bidrag til tryktabet i boringen, og dermed afsænkningen, blive nævneværdig.

Årsagen til dette er, at de sandmaterialer, man anvender til at lave sin gruskastning med, er meget velsorteret og har en meget lav Cu . Dette forhold, at sandet er meget ensartet specielt set i forhold til det sandlag, som der filtersættes, og det forhold, at sands porøsitet varierer meget lidt med kornstørrelsen, bevirker, at gruskastningens hydrauliske ledningsevne, uanset hvor finkornet den er, alt andet lige vil være væsentlig bedre end det filtersatte sandlags hydrauliske ledningsevne. Dvs. at gruskastningens bidrag pga. sin begrænsede tykkelse normalt vil være uden betydning og ifølge Jesper Magtengaard under normale forhold bidrage med mindre end 1% af den samlede sænkning.

Jesper Magtengaards forsøg viste også, at forholdet mellem spaltebredde og grusstørrelse heller ikke har nogen væsentlig betydning for den totale afsænkning i boringen.

Ved at variere filterets spaltebredde i forhold til gruskastningens middelkornstørrelse (fra 37% - 83%) viser Jesper Magtengaard gennem sin forsøgsrække, at spalteåbningens bredde ikke har væsentlig betydning for tryktabet. Derimod har strømningens indsnævring foran spalteåbningerne vist som Hc på Figur 20 nogen betydning.

Figur 20
Principtegning for strømningen til en enkelt slidse i filtret (efter Jesper Magtengaard)

Jesper Magtengaard konkluderer således, at valg og sammensætningen af filterkonstruktionen ikke har nogen væsentlig indflydelse på boringens afsænkning. Filterkonstruktionens samlede indflydelse på boringens afsænkning vil sjældent udgøre mere end 5 - 7 % af boringens totale afsænkning, og ofte vil der være mindre end 0,50 mVS. Magtengaard konkluderer også, at selv ved et optimal valg af slidsning og gruskastning til dette "tab" kun kunne reduceres med nogle få procent.

2.2.3 Gruskastningen og filterets betydning for boringens vedligeholdelse

Ifølge Jesper Magtengaards forsøg er der således ikke de store gevinster at hente ved at optimere gruskastning og slidsning, men det er sandsynligt, at man ved at optimere gruskastningen og filteret kan forlænge boringens driftscyklus, forstået på den måde, at tidsintervallet mellem, at boringen skal oparbejdes, bliver så langt som muligt.

Ofte vil de større enkelttryktab i filterkonstruktionen senere opstå omkring grænsen mellem formationen og gruskastningen (borevæggen) og omkring spalterne i selve filteret. Tryktabene fremkommer enten ved udfældninger af jern og mangan eller/og som opsamling af finere ler/silt/sandpartikler, som afhængig filterkonstruktionens åbenhed vil blive tilbageholdt. I kapitel 3 er forskellige oparbejdningsmetoder beskrevet nærmere.

Vedligeholdelse af filteret

Der vil være nogle typer af filterkonstruktioner, som er nemmere at vedligeholde end andre. Fx har filterfabrikken Johnson argumenteret for, at deres filtre, opbygget med trekantet rustfri ståltråd, med den smalle spalteåbning ud mod formationen, er nemmere at oparbejde ved højtryksspuling end fx et slidset PVC-filter (se Figur 21).

Figur 21
Højtryksspuling af Johnson filter samt slidset filterrør

Er det et væv belagt filter eller et filter med pålimet gruskastning, kan det ligeledes skabe forhold, som gør det vanskeligere at foretage en effektiv mekanisk oparbejdning og skylning af boringens gruskastning ved fx højtryksspuling og blæsning med luft.

Udfældninger/aflejringer i filterkonstruktion

Årsagen til, at der sker udfældninger i boringerne, er en følge af ændringer i de grundvandskemiske forhold. Disse kan ske som følge af trykændringer, eller som følge af hastighedsændringer. Hvis der fx opstår turbulent strømning i dele af filterkonstruktionen, vil man normalt forvente, at dette vil medføre en øget tendens til udfældninger.

Ændringer i grundvandets redox-potentiale som følge af ændrede iltningsforhold eller mikrobiologiske aktiviteter i boringens filterkonstruktion er ligeledes en mulig årsag til, at der sker udfældninger i boringens filterkonstruktion.

Der vil i forbindelse med pumpe start/stop kunne ske en vis iltning af vandet i boringen. En defekt bundventil i dykpumpen eller hul på pumpens stigrør kan bevirke, at der løber vand retur i boringen fra naboboringer, som muligvis har en anden kemisk sammensætning, hvilket også kan give anledning til udfældninger.

Nogle af ovennævnte forhold kan man tilstræbe at tilgodese under udformningen af boringens filterkonstruktion, men andre er vanskelige at gøre noget ved.

Turbulens i filterkonstruktionen

Man kan afpasse filterets længde og boringens diameter med den ønskede pumpeydelse, således at det så vidt mulig undgås, at der opstår turbulent strømning i filterkonstruktionen.

Figur 22
Darcy's lov

Forsøg tyder, på at overgangen mellem laminar og turbulent strømning sker ved filterhastigheder 0,3 - 0,4 m/s i en gruskastning med en kornstørrelse på 3 mm. Ser man på Darcy's udtryk for vandhastigheden (Figur 22).

Filterhastighed

Hvor:

Filterhastigheden kan således og skrives som:

Hvor:

Ovennævnte hastighed er en filterhastighed, dvs. at der ikke er taget højde for sandets tilstedeværelse. Darcy's filterhastighed er dog velegnet, hvis man overordnet skal regne på, hvor lang tid en partikel tager om at bevæge sig fra et sted til et andet med grundvandsstrømmen.

Skal det derimod vurderes, om der opstår turbulens i gruskastningen og formationen, skal vi bruge den sande vandhastighed og er således nød til at korrigere tværsnitsarealet med sandlagets porøsitet.

Den sande vandhastighed kan således skrives som:

hvor

Af ovennævnte ses at den sande vandhastigheden er direkte proportional med sandlagets permeabilitet og omvendt proportional med sandlagets porøsitet.

Jesper Magtengaard viste, at den hydrauliske permeabilitet for gruskastningen normalt vil være væsentlig større end for selve grundvandsmagasinet, men da der er tale om en radiær strømning igennem et cylindrisk tværsnit, vil hastigheden stige/falde proportionalt med radius. Dvs. har vi fx en meget lille borings diameter og en forholdsvis stor pumpeydelse, vil hastigheden i overgangszonen mellem gruskastningen og formationen være forholdsvis stor.

Borehullets diameter

Øges derimod borediameteren, øges arealet af borevæggen proportionalt med radius, og vi opnår tilsvarende lavere hastighed i overgangen mellem formation og gruskastning. Det vil sige, skal man lave filtersætninger i meget finkornede aflejringer, vil det normalt være en fordel at få så lave hastigheder i formationen som muligt. Dette kan opnås ved at øge borehulsdiameteren.

Filtretsdiameter

Øges filterdimensionen øges, det fri spalteareal tilsvarende med radiusen, og vi vil således kunne opnå lavere hastighed i de to flaskehalse ved at variere på henholdsvis filterdimension og boringsdiameter.

Beregnes tværsnitsarealet A1 og arealet A2, der er et tværsnit i den dobbelte afstand, pr. meter i Figur 23 fås:

Figur 23
Radiær strømning til en boring

Vandets sande hastighed i et tværsnit kan som tidligere nævnt beskrives ved:

Hvor:

Q er ydelsen gennem tværsnittet målt i m³/s
n er lagets porøsitet i %
A er tværsnittets areal

Af (1) og (2) ses, at fordobles radius, reduceres hastigheden til det halve.

I praksis oplever man ofte, at boringens filter er markant mere tilstoppet i den øverste del af boringen, hvilket tyder på, at der her er specielt dårligere forhold.

Figur 24 viser filterlængder og filterdiametre som funktion af belastningen, idet kriterierne er, at den lodrette hastighed i boringens foringsrør ønskes at være mindre V = Q A • n end 1 m/s, og at den vandrette hastighed gennem filterets slidser ikke ønskes større end 0,3 m/s.

Se her!

Figur 24
Filterlængde og diameter som funktion af belastningen (efter Leo Glensvig)

Diagrammet i Figur 24 kan bruges som en vejledning. Har man således fra bygherren et ønske om en pumpeydelse på fx 100 m³/t, bør filterets længde være minimum 12 m og ø 250 mm i diameter. Ved man fra tidligere boringer, at der er tale om en geologi med meget finkornede aflejringer, kan man øge boringsdiameteren til fx 0,5 m, idet man da vil være sikret, at hastigheden vil være 0,3 m/s selv ved en porøsitet på det halve af gruskastningens porøsitet jf. (2).

Tidligere normkrav

I en tidligere udgave af DS442 var det et normkrav, at den nominelle indløbshastighed i filterrøret ikke måtte overstige 10 m/t. Ved den nominelle filterhastighed forstås pumpeanlæggets største pumpeydelse målt i m³/t divideret med filterets udvendige areal i m².

Dette krav er dog blevet fjernet i den nye norm, formentlig fordi man har vurderet, at det i mange tilfælde var vanskeligt at opfylde dette krav. Man anså det for den enkelte vandforsynings opgave at vurdere, hvorvidt det var ønskeligt, at have få boringer, men større omkostninger til renoveringer. Ovennævnte forhold bør dog betragtes som et minimumskrav, og bør derfor tilstræbes som udgangspunkt.

DS442

DS442 Norm for almene vandforsyningsanlæg stiller ligeledes krav om, at et filter i en boring til vandindvinding som minimum bør have en indvendig diameter på 150 mm og en længde på 3 m, dersom det vandførende lags tykkelse tillader dette.

Filterrøret skal nederst være forsynet med et 0,5 m langt blindrør (slamboks). Det skal bemærkes, at slamboksen er nødvendig, hvis man fx ønsker at oparbejde den nederste del af boringens filter. Gruskastningen skal minimum have en tykkelse på 35 mm og føres 1 m op over øverste spalte i filteret.

Materialevalg til filtre

I afsnit 2.4 er forskellige typer materialer, som kan bruges til valg af foringsrør og filterrør nærmere beskrevet. Filtre bør være i korrosionsbestandige materialer eller korrosionsfrie materialer, som fx PVC og PE.

I forbindelse med reparation af ældre boringer skal man være påpasselig med ikke at anvende materialer, der kan give anledning til galvanisk tæring, eller som erfaringsmæssigt modarbejder hinanden.

Der er således en del ældre boringer, der er udført som stålrørsboringer filtersat med kobberfiltre, beviklet med fortinnet kobbervæv, hvor der erfaringsmæssigt kan opstå tæringsproblemer i overgangen mellem kobberfilteret og stålrøret. Vær opmærksom på, at kombinationen af rustfri stål i tæt kontakt med sort jern ligeledes er uheldig. Igen har råvandskvaliteten indflydelse, idet grundvandstyper, der fx indeholder aggressiv kulsyre, kan være hårde ved de fleste typer metaller.

Sammenfattende er der således meget der tyder på, at man i sin udformning af boringens filterkonstruktion kan medvirke til at reducere boringens vedligeholdelsesomkostninger og forlænge dens levetid, ved at vælge borediameter, under hensyntagen til geologien, hvis denne er kendt. Foretage en korrekt dimensionering af filterdimension og længde i relation til den ønskede ydelse, såfremt dette er muligt på forhånd.

2.3 Forerøret

Funktionskrav til forerøret

Funktionskravene til en borings foringsrør er følgende:

Have en tilstrækkelig dimension til at den ønskede pumpeydelse kan opnås.

Have tilstrækkelig styrke til at modstå jordtrykket og de belastninger, der kan opstå under drift og vedligeholdelse af boringen.

Være tæt for vakuum og tryk.

Ifølge DS442 skal forerørets diameter minimum være 20 mm større end den indbyggede pumpes største tværmål. Her skal man dog være opmærksom på pumpefabrikantens krav til indbygning og montering af pumpeinstallationen. For almene vandforsyningsanlæg er der ligeledes et krav om en indvendig diameter på minimum 150 mm.

Den udvendige belastning på en borings forerør udgøres af et aktuelt jordtryk og et hydrostatisk tryk fra porevandet. På grund af boringens cirkulære udformning er bidraget fra jordtrykket beskedent.

Modsvarende er der et vandspejl inde i boringen, som giver et udadrettet tryk på boringens foring.

Udvendigt overtryk

Leo Glensvig angiver følgende empiriske formel for den indadrettede belastning på boringens foringsrør.

Hvor:

q = det hydrostatiske tryk på boringens foringsrør (kp/cm²)
d = dybden (m)

Som nævnt vil vandet inden i boringen give anledning til et udadrettet tryk og i en vis grad udligne den udvendige belastning på foringsrøret.

Det er således der, hvor der er et lavt primært grundvandspejl og et højtstående sekundært vandspejl eller, hvor man udfører boringer med meget store afsænkninger af vandspejlet inden i boringen, at belastningen på foringsrøret kan blive kritisk.

Figur 25
Belastningssituation under opstarten af en renpumpning

Figur 25 angiver en situation i forbindelse med opstart af renpumpningen af en ny boring, hvor der kan opstå kritiske belastninger på boringens foringsrør.

Man har placeret sit filter og indbygget gruskastningen og den første lerspærre/forerørstætning og ønsker at starte renpumpningen af boringens filter, for at kontrollere lerspærrens tæthed.

Er boringen udført som skylleboring, vil der således være boremudder i hullet, når man starter sin pumpe. Boremudderet udvendigt på forerøret står helt op til terræn og vil blive stående under renpumpningen, mens der indvendigt i boringen vil ske en afsænkning af vandspejlet og en udskiftning af boremudderet med rent vand. Specielt under opstarten af renpumpningen, hvor borevæggen og filteret er mættet med boremudder, kan der opstå store afsænkninger i boringen.

Resulterende tryk

I niveau med GVS og nedefter, kan den resulterende udvendige belastning på forerøret beregnes som:

Hvor:

GVS er afsænket vandspejl under terræn målt i mVS.

Det vil sige, at antager man, at der altid står et vandspejl i terræn, er det udvendige resulterende tryk i boringens foringsrør lig med afstanden fra terræn til boringens vandspejl målt i mVS. Man skal dog være opmærksom på, at vægtfylden på boremudderet ofte ligger på 1,1 - 1,2, svarende til, at den er 10 - 20% større end formationsvandet, og man bør derfor tillægge en sikkerhed på minimum 20%.

Ovennævnte belastning er således udvendigt overtryk på foringsrøret. Rørfabrikanterne angiver ikke trykspecifikationer for udvendige overtryk, men derimod kun for indvendige overtryk.

Når man anvender et PN 8 foringsrør, er det ikke et rør, der kan holde til en udvendig trykbelastning på 80 mVS, men et rør som kan holde til et indvendigt overtryk på 80 mVS.

Tabellen Figur 26. angiver maksimale udvendige resulterende tryk for PVC rør i forskellige tryktrin.

Figur 26
Maksimal udvendig belastning på PVC rør efter DS972

PVC-rørets godstykkelse

Det skal her bemærkes, at det er væsentligt, at rørene er produceret efter DS972 eller efter den nordiske standard Sigma 100 (S100), idet dette angiver et bestemt forhold mellem rørenes diameter og godstykkelse, mens rør produceret efter Sigma 125 (S125), som fx bruges i den resterende del af Europa, tillader en væsentlig mindre godstykkelse.

Det er ikke rørets trykklasse, der er afgørende for, hvor meget det kan holde til, men derimod godstykkelsen, idet det er rørets ringstivhed, som er afgørende.

Sammenligner man fx et PN 10 rør produceret efter DS972 med et PN 10 rør produceret efter DS/R2138 fås, at et DS/R2138 rør kun kan klare det halve udvendige tryk, af hvad et DS972 rør kan tåle. Svarende til et PN 8 rør jf. Figur 26.

DS442

Normen angiver, at der minimum skal benyttes PN 8 rør ned til 40 m og derunder minimum PN 10 rør.

2.3.1 Opfyldning langs forerøret

Afhængig af valg af borings konstruktion jf. Figur 1 vil der være et hulrum mellem forerøret og selve borevæggen, som skal retableres.

Normen (DS442) angiver, at hulrummet skal opfyldes med grus, og ud for hvert gennemboret, vandstandsende lerlag skal etableres mindst én tætning med vandtæt materiale. Denne tætning skal være minimum 1 m lang målt i forerørets længderetning.

Vejledningen i normen angiver, at dette kan gøres ved kastning af bentonite granulat, lergranulat eller lerkugler. Alternativt kan tilførslen ske med ovennævnte materialer i opslemmet tilstand via rør eller slange til det ønskede niveau.

Miljøstyrelsens bekendtgørelse nr. 4 af 4. januar 1980 om udførelse af boringer efter grundvand angiver, at hulrummet mellem forerøret og borevæggen skal opfyldes med materialer af en sådan beskaffenhed, at grundvandsreservoiret ikke forurenes ved nedsivning langs forerøret, og således at uønsket hydraulisk kontakt mellem forskellige reservoirer ikke finder sted.

Afhængig af den gennemborede lagserie er der således flere muligheder for opfyldning af hulrummet udenfor forerøret. Specielt når man ser på valg af ekspanderende lermaterialer, så er udbudet stort og dokumentationen ringe. Dette medførte, at to ingeniørstuderende ved Horsens Teknikum valgte at teste en række materialer og sammenholde deres egenskaber med den måde, de blev anvendt på.

På forhånd kan det være vanskeligt at definere hvilke egenskaber ved fyldmaterialet, som har størst betydning for etableringen af en tæt og holdbar lerspærre.

Indbygning af lerspærrer

Normalt indbygges lerspærren omkring forerøret på samme måde som gruskastningen omkring filteret. Dvs. den hældes i tør form som pellets, kugler eller granulat ned i hulrummet mellem borevæggen og forerøret, hvorefter leren synker ned og lægger sig ovenpå gruset.

Lermaterialerne er normalt forskellige former for bentonite eller syntetisk bentonite, som alle har ekspanderende egenskaber. Dvs. i det øjeblik at forseglingsmaterialet kommer i kontakt med boremudderet, vil det begynde at optage vand og ekspandere.

Efterhånden som bentoniten ekspanderer, bliver dens vægtfylde mindre, og dens nedsynkningshastighed mindskes. Hvis den ekspanderer for meget for hurtigt, vil den have en tendens til at hænge fast på styr og danne hængende propper undervejs ned i boringen, specielt hvis man har for travlt og hælder forseglingsmaterialet i for hurtigt.

Det sikreste ville være et materiale, der bevarede sin form eller kun har begrænset ekspansion inden for den første time, hvorefter materialet gerne må ekspandere og derved udfylde sprækker i borevæggen og danne en tæt overflade med forerøret.

Figur 27
Ekspansionsforløb for forskellige typer lerforseglingsmaterialer

Bentonite typer

Ses på forsøgsresultaterne fra Horsens Teknikum Figur 27 bemærkes, at den plastiske ler ekspanderer voldsomt og hurtigt, mens de tre mest anvendte typer Granulat QS, Compactonit og Pellets TS har et nogenlunde ensartet forløb de første 20 minutter. Derefter ekspanderer Pellets TS og Compactoniten hurtigt, og efter 4-8 timer har de overhalet den plastiske ler, mens granulaten ikke ekspanderer så hurtigt og voldsomt. Umiddelbart vil man vurdere, at den plastiske ler ikke er så anvendelig som lerforsegling under vandspejlet, mens de mest anvendte typer alle tre bør kunne bruges som lerforseglingsmateriale inden for de øverste 100 m. Som lerforseglingsmateriale til dybere boringer bør granulaten have en fordel i sit mere rolige ekspansionsforløb.

Pumpebentonite

Alternativet til en kastet lerforsegling er, at man udrører bentoniten til en grød eller tynd mørtel og derefter pumpe det ned i boringen. Da bentoniten således er flydende form, når den pumpes ned i boringen, er den vanskelig at lokalisere i boringen i modsætningen til den kastede lerforsegling, hvor overfladen vil kunne pejles under hele forløbet. Nedpumpning af flydende bentonite kræver derfor et nøje regnskab med den nedpumpede mængde, ligesom injektionen bør ske fra bunden af lerforseglingen for at sikre, at bentoniten ikke bliver fortyndet af boremudderet.

I forbindelse med etablering af airspargingsboringer og luftinjektionsboringer til ventilering af forurenet grundvand og jord har man brugt cementstabiliseret bentonite til etablering af forerørsforseglinger i den umættede zone.

Dette er for at udnytte bentoniten og cementens gode egenskaber i forening, idet en ren bentonite vil svinde ind tilsvarende, når den tørrer ud, mens en betonprop vil give en bedre tæthed, når det er over grundvandsspejlet. Er der den mindste smule jordfugt, vil bentoniten ekspandere og lukke små eventuelle sprækker og revner. Her kan en lerspærre etableret af fx granulat være uegnet, idet man kan risikere, at der ikke er vand nok til, at den ekspanderer.

I forbindelse med opstarten af AP Møllers bentoniteindvinding ved Rødby forventes det, at der kommer en række veldokumenterede og mere specialiserede produkter på markedet.

Der er som nævnt mange forskellige måder at udføre lerforseglinger på. Det man dog skal være opmærksom på, er kvalitetssikringen af sin lerspærre. Det er vanskeligt at afprøve alle de etablerede lerspærrer i en boring, men den første lerspærre over filteret kan man afprøve, inden man fylder mere materiale ovenpå denne.

Kontrol af lerspærrer

Normalt er det en god ide af hensyn til boringens virkningsgrad at få påbegyndt sin renpumpning så hurtigt som muligt. Man kan starte renpumpningen, når bentoniten i de første lerspærrer er kvældet ud, jf. Figur 2. Det bevirker, at man får en trykprøvning af lerspærren med trykforskellen mellem den udvendige og den indvendige væskesøjle, og derved kan kontrollere, om forerørsforseglingen er tæt. Er lerspærren ikke tæt, har man stadig en mulighed for at udbedre den og ilægge supplerende forseglingsmateriale. Et andet forhold, der er vigtigt ved denne afprøvning, er, at man kun tæthedsprøver lerforseglingen og ikke det dækkende lerlags tæthed, idet borevæggen stadig er stabiliseret og tætnet med bentonite under afprøvningen.

De øverste lerspærrer i en boring har man således ikke mulighed for at tæthedsprøve, uden at der etableres separate pejlemuligheder fx i form af pietzometre (små pejlefiltre) mellem de enkelte lerspærrer. Selvom man gør dette, kan det være vanskelig at se, om en lækagepåvirkning sker via den etablerede lerspærre, eller om det er en lækage igennem fx en moræne.

Fyldmaterialer

Som fyldmateriale mellem lerspærrer bør anvendes rent usorteret grus, man skal være omhyggelig med opfyldningen, idet for hurtig opfyldning kan medføre lunker, som ikke bliver ordentligt opfyldt og dermed kan give anledning til sætninger og i værste fald forskydninger i placeringen af forerørsforseglingerne.

2.3.2 Pakstykket

Pakstykket er som vist i Figur 1 overgangsstykket mellem filteret og forerøret. Specielt mange ældre boringer er udført med en større dimension forerør, idet det er selve borerørene, der er blevet siddende som forerør. Når man har monteret filteret, er borerørene trukket tilbage.

DS442

Normen DS442 angiver, at ved anvendelse af denne metode skal filterets forlængelsesrør og boringens forerør overlappe med mindst 2 m (figur 28). Pakningen derimod kan udføres som gruspakning, hvilket er det mest almindelige. Dvs. man lader sin gruskastning fra filteret fortsætte ca. 1 m op mellem forerøret og filterets forlængelsesrør.

Figur 28
Filterets pakstykke, definitioner

En anden metode er at lave en oksetalgspakning, bestående af pakgarn mættet med smeltet oksetalg. Dette vikles om filterets forlængelsesrør til en tæt, hård og kompakt masse. Når oksetalgen kommer i vand, vil den suge vand til sig og ekspandere lidt og dermed skabe en tæt pakning. Ligelede kan der i dag fås ekspanderende fugebånd og gummi-bentonitebånd, som ekspanderer i vand.

Fordelen ved grus- og talgpakningen er, at man har mulighed for at trække filteret op og renovere gruskastning og filter, hvilket kan være vanskeligt ved anvendelse af ekspanderende fugebånd.

2.4 Valg af materialer til forerør og filter

I afsnit 2.2 og 2.3 er opstillet en række funktionskrav til filteret og forerøret, ligesom der er opstillet nogle metoder til at beregne de belastninger, som filter og forerør udsættes for. Disse forhold skal der tages hensyn til ved valg af materialer. Boringens formål har også indflydelse på materialevalget, idet der ikke bruges samme type foringsrør til fx etablering af midlertidige korte grundvandssænkningsboringer, som til udførelse af overvågningsboringer til fx den landsdækkende grundvandsmonitering (GRUMO, nu NOVA 2000). Der er skærpede krav til materialevalget, der så vidt mulig skal bestå af inerte materialer dvs. materialer, som ikke påvirker de parametre, som man ønsker at overvåge.

Materialevalget har dels noget med økonomi at gøre, men også noget med at vælge den materialekombination, som giver en boring, der kan opfylde bygherrens forventninger til holdbarhed, drift og vedligeholdelse. Det er således ikke sikkert, at det dyreste materialevalg er det bedste.

Under afsnit 2.3 er der regnet nogle eksempler på de belastningssituationer, som man kan blive udsat for. Tabellen - Figur 26 - angiver eksempler på nogle maksimale udvendige belastninger for PVC forerør.

Styrkekrav

Af Figur 26 fremgår det, at hvis man skal udføre en boring, hvor man ønsker at kunne sænke vandspejlet mere end 75 meter under den udvendige væskehøjde, så har de gængse PN 10 PVC-rør ikke en tilstrækkelig styrke til at klare denne belastning. Der skal derfor tages stilling til, om det kritiske belastningskrav kan undgås, ellers er man nødt til at vælge fx et stålforingsrør med en tilstrækkelig styrke.

I Danmark begyndte man at bruge PVC rør som forerør og filterrør i begyndelsen af tresserne, og langt de fleste boringer bliver i dag udført med PVC foringsrør og filterrør. PVC har således som materiale trådt sine barnesko og vist sig særdeles anvendelig i langt de fleste gængse boringskonstruktioner. PVC er et korrosionsfrit materiale, hvilket adskiller materialet fra tidligere anvendte kobber og rustfri stålfiltre. Man skal tilbage til egetræsfiltre for at finde et tidligere anvendt materialer, som er korrosionsfrit. Fx anvender man en del steder i Østeuropa perforerede stålrør, beviklet med stålvæv som filtre, og typisk har man under forholdsvise moderate grundvandstyper maksimale levetider på 8 - 15 år, inden der er sket gennemtæringer, og boringen begynder at give sand. Til gengæld er stålforingsrørene forholdsvise robuste som foringsrør med typiske levetider på 30 - 50 år afhængig af grundvandstypen og de geologiske forhold.

Korrosionsforhold

Selv om grundvandstypen ikke er aggressiv, bør man stadig prioritere rørmaterialets modstandsdygtighed overfor korrosion højt, idet man senere jf. Kap. 3, må påregne at skulle renovere/oparbejde sin borings filtre med syre.

Spændingsrækken

Arbejder man med stålrørsboringer, bør man være opmærksom på metallernes spændingsrække, således at eventuel galvanisk korrosion på uhensigtsmæssige steder undgås.

Metallernes spændingsrække:
(positiv ende, ædle metaller)
Rustfri stål (oxyderet)
Nikkel (oxyderet)
Bronze
Kobber
Messing (kobberzink)
Bly-Tin
Stål
Aluminium
Zink
(negativ ende, uædle metaller)

Spændingsrækken er opstillet således, at hvis to metaller er i kontakt med hinanden, vil det nederste i rækken korroderes.

Plastmaterialer

PVC er velegnet, men har dog nogle styrkemæssige begrænsninger, som vi normalt ikke har problemer med i forbindelse med vandindvindingsboringer i Danmark.

Inden for miljøboringerne hvor kravet om inerte materialer har gjort, at man har nedprioriteret PVC pga. risiko, for at man kunne spore de organiske hærdemidler fra PVCen. Man vælger derfor ofte at udføre disse i ufarvede PEmaterialer.

For at kunne anvende forskellige plastmaterialer bør man kende deres egenskaber, og bedst er det, hvis man kan få oplyst kritiske styrkeegenskaber, samt deres robusthed overfor forskellige ydre fx kemiske påvirkninger. Det skal her nævnes, at fx PE materialer er meget åbne over for diffusion af benzin og oliekomponenter, hvilket kunne være et argument for ikke at bruge PE materialer i nærheden af eller ved forurenede grunde.

Ses på plastmaterialernes styrkeegenskaber kan disse beregnes efter følgende formler:

Formlen for beregning af et plastmateriales kritiske tryk er følgende:

Hvor:

Det ses af formlen, at materialernes kritiske styrke er direkte proportional med materialets elasticitetsmodul, mens rørets Sigmaværdi indgår i nævneren. Dvs. større Sværdi mindre styrke. Sigma værdien beregnes efter følgende formel:

Hvor:

S = Sigmaværdi, D = Rørets udvendige diameter og e = Rørets godstykkelse

S-værdien er således en geometrisk størrelse, mens E-værdien (elastcitetsmodulet) er en materialekonstant.

E-værdien siger noget om materialets plastiske egenskaber, og jo hårdere og mere stift et materiale er, desto større E-værdi har materialet.

Figur 30 er et eksempel på tekniske specifikationer for en leverandørs PVC og PE materialer. Figur 31 er samme leverandørs godkendelser og produktionsstandarder.

Figur 30
Tekniske specifikationer for Wavin PVC og PE rør
  

Figur 31
Godkendelser og produktionsstandarder for Wavin PVC rør

E-modulet

Ses fx på PE materialernes E-modul, er disse væsentlig lavere end E-modulet for PVC, hvilket medfører, at disse rør tilsvarende har en væsentlig ringere ringstivhed ved samme godstykkelser. PE-rørene har dog generelt større godstykkelser, men man skal bemærke, at E-modulet for den enkelte PE-type kan variere meget, mens den stort set er konstant for PVC.

Umiddelbart vil man her få en reduktion i den kritiske spænding på henholdsvis 60% og 76% i forhold til et PVC-rør med samme geometriske udformning. Dette forhold kan have betydning ved specielt dybe boringer. Andre aktuelle E-moduler er anført i tabellen, Figur 29.

Se her!

Figur 32
Kemisk bestandighed for plastmaterialer

Kemisk bestandighed

På Figur 32 er anført en oversigt over plastmaterialers kemiske bestandighed over for forskellige kemiske stoffer, som her er angivet ved deres handelsnavne.

2.5 Samlingsmetoder

Stålrør

Ser vi først på stålrørsboringerne, er disse ofte svejset sammen eller samlet med gevindsamlinger. Svejsesamlingerne udføres ikke altid under ideelle forhold og stiller således store krav til svejserens håndværksmæssige kunnen, mens gevindsamlingerne ikke medfører problemer.

PVC-rør

Er forerør og filterrør i PVC, har der været tradition for at samle disse med lim.

Lim-samlinger

Man anvender en PVC lim, idet man smører spidsenden og muffen, bruger limen som glidemiddel og låser rørene med selvskærende skruer. Disse afpasses i længde, således at de ikke er gennemgående, ligesom skruerne naturligvis bør være i rustfri stål.

Ser man på limfabrikantens anvisninger, vil man ofte bemærke, at der stilles krav, til at rørene er tørre og rene, ligesom der ikke bør være frostgrader. Disse forhold kan ikke altid overholdes, hvilket i den senere tid har medført en del diskussion om anvendelsen af limede samlinger i boringer. I praksis har det dog vist sig at være forholdsvis sjældent, at der er problemer med utætte limede samlinger.

Gevindsamlinger

Man ser dog, at der bliver brugt flere og flere PVC og PE forerør og filtre med gevindsamlinger. Der er i dag ikke nogen dansk standard på udformningen af gevindsamlinger til forerør og filtre, så hver producent har udviklet sine egne gevindtyper.

Der er udviklet nogle koniske gevindtyper og gevindtyper med O-ring tætninger, således at man undgår at skulle pakke samlingerne med teflontape. Umiddelbart har der været flere uheld med gevindsamlingerne, end man ville forvente, så omhyggelig kontrol med samlingerne kan tilrådes. Vær opmærksom på, at specielt PVC rør kan revne, hvis de pakkes for hårdt eller skrues for hårdt sammen.

Status i dag er således, at der ikke er nogen entydig anbefalelsesværdig måde at samle sine rør på, så valget må i vid udstrækning bero på, hvad man selv mener, er den rigtigste måde at samle rørene på.

Utætte forerørssamlinger har i nogle situationer vist sig at være årsagen til, at dybe boringer er blevet pesticidforurenede, idet der har været utætte terrænnære samlinger, hvor vand fra øvre sekundære sandlag har kunnet sive ind i boringen.

Disse forhold kan man tildels sikre ved at fylde op med ekspanderende bentonite eller cementstabiliseret bentonite langs hele forerøret også gennem evt. sandlag. Dette er dog forholdsvis bekosteligt, og det er et spørgsmål, om den enkelte vandforsyning/ bygherre vil betale denne merpris.

2.6 Boringens overbygning

I henhold til Miljøstyrelsens bekendtgørelse vedrørende udførelser af boringer efter grundvand, skal boringen afsluttes med en "forerørsforsegling". For at undgå forviklinger med normernes definitioner vil vi her kalde det en "forerørsafslutning".

Forerørsafslutninger

Den skal være tæt og yde sikkerhed mod indsivning af forurening, fx hvis der løber overfladevand ind i råvandsstationen. Den skal være udført med en afproppet pejlestuds, som kan åbnes i tilfælde af, at boringen skal pejles. Pejlestudsen skal minimum have en indvendig diameter på 15 mm. Derudover skal forerørsafslutningen være udført således, at der kan ske sætninger af overbygningen, uden at dette beskadiger boringen. Er der udluftning på forerørsafslutningen, skal denne føres minimum 0,5 m over gulvet i råvandsstationen. Åbningen skal vende nedad og være forsynet med insektnet. Altså en hel række lovkrav til indretning af boringens afslutning.

Overbygningen

Tilsvarende er der stillet krav til råvandsstationernes udformning, idet der omkring boringen skal indrettes en fritliggende og let tilgængelig overbygning. Overbygningen må ikke tjene andre formål end beskyttelse af boringen og tilhørende tekniske installationer.

Hvis overbygningen laves som en betonbrønd, bør den minimum være 125 cm i diameter og minimum 1,3 m høj. Det skal her bemærkes, at det ikke er nemt at arbejde nede i en brønd, der kun er 1,3 m dyb, og i det hele taget må man stille spørgsmål ved, om disse pumpebrønde er let tilgængelige og hygiejniske.

DS442

DS442 nævner ikke beton pumpebrønden som en mulighed, men anbefaler i sin vejledning, at disse udføres som præfabrikerede råvandsstationer, enten som en terrænliggende råvandsstation eller en installationsbrønd jf. Figur 33 og Figur 34 .

Figur 33
Installationsbrønden
        

Figur 34
Den terrænliggende råvandsstation

Installationsbrønden

Som det ses af Figur 33, er installationsbrønden en forbedret udgave af den gamle pumpebrønd. Den kan således være lidt snæver at komme ned i, specielt i minimumsudgaven. Den fås dog i flere versioner, og vælger man en af de lidt større modeller, fås en god løsning.

Den terrænliggende råvandsstation er derimod meget tilgængelig. Den er desværre ikke frostfri og skal derfor sikres fx med en lille 240V termostatstyret elradiator eller et termobånd. Ligeledes kan man frostsikre den ved at starte pumpen kortvarigt, fx når rørtemperaturen når -2°C .

Trykafaflastning

Bemærk forerørsafslutningen på billedet, idet det er en topflange med strømtee med prøvehane og pejlestuds. Topflangen er monteret på boringens forerør direkte med en trækfast flange. Afslutningen er hævet over terræn og er således sikret mod indsivende overfladevand eller anden forurening. Det er således en tæt løsning, som er nem at adskille og servicere. Dog bør man være opmærksom på, at ved tungere pumpeinstallationer bør man aflaste boringen, således at pumpeinstallationens vægt ikke hviler direkte på boringens forerør, jf. Figur 37.

Figur 37
Forerørsafslutning med aflastningsrør for pumpe

I normen for mindre ikke-almene vandforsyningsanlæg DS441 tillades installationsbrønden udført i beton brøndringe jf. Figur 36, samt det svenske adapter system, jf. Figur 35.

Figur 35
Adapter efter DS441
   

Se her!

Figur 36
Installationsbrønd i beton brøndringe ifølge DS441

2.7 Litteratur

Dimensionering af gruskastningsboringer. Af civ.ing. Leo Glensvig

Norm for mindre ikke-almene vandforsyningsanlæg DS441

Norm for almene vandforsyningsanlæg DS442

Bekendtgørelse om udførelse af boringer efter grundvand, Miljøministeriets bekendtgørelse nr. 4 af 4. januar 1980.

Tryktab i filterkonstruktioner. Af civ. ing. Jesper R. Magtengaard, Vandteknik

Fejlmuligheder ved brug af PVC-forerør. Af Henning Espersen Nordisk Wavin A/S, Brøndboreren nr. 3 1991.

Undersøgelse af forseglingsmaterialer. Af Dorthe Friis-Nielsen og Hanne Nielsen, Laboratoriet for Geoteknik - Horsens Teknikum.

Bilag 1