Erdwärmesonden

Automatische Überwachung des Abdichtungsvorganges

30.03.2018

Der Qualitätssicherung kommt bei der Installation von Erdwärmesonden grösste Bedeutung zu. An der diesjährigen GeoTHERM am 1./2. März in Offenburg widmeten sich mehrere Referate diesem Thema. Besonders relevant ist die Gewährleistung und Überprüfbarkeit der Qualität der Ringraumverfüllung.

Ulrich Santherr (Santherr Geothermietechnik) ging in seinem Referat auf diese Herausforderung ein und erläuterte die CemTrakker-Messtechnik. Bei dessen Einsatz ist der Verfüllbaustoff zu dotieren. Der Hintergrund: Fast alle bekannten Schäden an Erdwärmesondenanlagen in Baden-Württemberg gehen auf eine nicht sachgerecht ausgeführte Ringraumverfüllung zurück. Deshalb ist in Baden-Württemberg seit 3 Jahren eine automatische Überwachung des Abdichtungsvorganges von Erdwärmesonden vorgeschrieben. Sie dient dem Nachweis, ob und wie verfüllt wurde, ob dabei das Kontraktorverfahren zum Einsatz kam, wann, wo und wie lange Stopfmittel wie Sand und Kies eingesetzt wurden, und wo sich bei der Verfüllung der Suspensionsspiegel im Bohrloch befindet.

Automatische Überwachung am Beispiel CemTrakker
Ulrich Santherr stellte an der GeoTHERM verschiedene Beispiele vor, bei denen dank der Verfüll- und Kontrollmessung mittels CemTrakker eine nicht sachgerechte Verfüllung nachgewiesen werden konnte. Der CemTrakker besteht aus einem Messkoffer mit Bildschirm für die Datenverarbeitung und -speicherung, einer Kabeltrommel mit Meterzähler und Messsonde sowie einem magnetisch induktiven Durchflussmengenmesser. Das Gerät erlaubt, die Aufzeichnung als PDF auszudrucken. Die Daten können dabei nicht verändert und somit auch nicht manipuliert werden.

Im ersten von Ulrich Santherr aufgeführten Beispiel zeigte sich ab 60 m Tiefe ein sehr unregelmässiges Signal, was auf eine mangelhafte Verfüllung hindeutet. Ursache war die Verwendung eines nur 50 m langen Verfüllschlauchs, aus dem der Verfüllstoff nach unten fliessen sollte. Mit der Messung wurde aufgezeigt, dass der Verfüllbaustoff jedoch nicht nach unten geflossen ist. Damit konnte nebenbei auch erneut bestätigt werden, dass ein Verfüllen mit dem Kontraktorverfahren von ganz unten am Sondenfuss notwendig ist. In einem weiteren Beispiel konnte mittels des aufgezeichneten, kaum vorhandenen Signals ab 45 m Tiefe viel Kies nachgewiesen werden, welches infolge eines stark klüftigen Gesteins eingesetzt worden war. Im dritten Beispiel brachte die Messung zutage, dass die Baustoffsuspension nach unten in einen Hohlraum abgesunken war. Hier konnte dank automatischer Überwachung rechtzeitig nachverfüllt werden. In einem weiteren Fall konnte nachgewiesen werden, dass im unteren Bereich der Bohrung die Schutzverrohrung abgerissen war, und in welcher Tiefe diese sich im Bohrloch befand.

Verfüllmessung erlaubt schnelle Reaktion
Während des Verfüllvorgangs hilft der CemTrakker dem Geräteführer, diesen zu überwachen: angezeigt werden die tatsächliche Tiefe, der Verfüllstand, der Volumenstrom und das Volumen. Dabei können Unregelmässigkeiten rechtzeitig erkannt und sofort entsprechende Gegenmassnahmen eingeleitet werden. Das Verfüllprotokoll zeichnet insbesondere Angaben zum Projekt, Datum und Uhrzeit (Dauer), Tiefe, Signalstärke, Durchflussrate und Gesamtvolumen auf.

Das Verfüllprotokoll erlaubt damit Rückschlüsse auf die eingebaute Sondentiefe und deren Durchgängigkeit, den Einsatz des Kontraktorverfahrens und das sukzessive Ziehen der Messsonde. Zudem gibt es Hinweise auf eine Hilfsverrohrung, die eingesetzte Mischtechnik (Volumenstrom) sowie allfällige Unterbrechungen beim Verfüllen. Zusätzlich zum Verfüllprotokoll ist ein Schichtenprofil der Bohrung und ein handschriftlich geführtes Verfüllprotokoll des Geräteführers über allfällige Vorkommnisse notwendig und zu erstellen. Möglich ist auch eine Kontrollmessung direkt nach dem Verfüllvorgang, sodass Fehlstellen erkannt und behoben werden können. Zu diesem Zeitpunkt könnte die Sonde notfalls noch einmal gezogen werden.

Fazit nach drei Jahren Praxis: Bessere Qualität
Für aussagekräftige Messungen müssen bestimmte Voraussetzungen eingehalten werden: GPS-Signal vorhanden, Signal und Tiefe genullt, Injektionsrohr ganz unten, Anmischung des markierten Baustoffes nach Herstellerangaben, Einhaltung und Prüfung der richtigen Suspensionsdichte. Wichtig für den fachgerechten Einsatz ist eine ausreichende Einweisung und Ausbildung. Die in den letzten drei Jahren in Baden-Württemberg gemachte Erfahrung zeigt, dass sich die Qualität allein durch den Einsatz des Kontrollgerätes verbessert, da sorgfältiger gearbeitet wird. Zudem können Probleme rechtzeitig erkannt und entsprechende Gegenmassnahmen getroffen werden. Ein Plus für seriöse Bohrunternehmen ist, dass gute und dem Stand der Technik entsprechende Arbeit durch die automatische Überwachung dokumentiert und damit nachgewiesen werden kann.

Bedeutung für die Schweiz
Die Wichtigkeit der automatischen Überwachung ist auch in der Schweiz erkannt. Die SIA-Norm wird aktuell entsprechend revidiert. Allerdings ist der hier vorgestellte CemTrakker infolge des notwendigen dotierten Baustoffs nur für weniger tiefe Bohrungen bis etwa 100 m Tiefe einsetzbar, wie sie in Deutschland üblich sind. Bei grösseren EWS-Tiefen, wie sie in der Schweiz häufiger anzutreffen sind, könnte es zu einem Eindrücken der Sonde kommen. Bei tieferen Sonden werden deshalb andere Messmethoden empfohlen.

Weitere Informationen zum CemTrakker

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