DD246169A1

DD246169A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der wasserdurchlaessigkeit von boeden

Info

Publication number: DD246169A1
Application number: DD28715986A
Authority: DD
Inventors: Dieter Warncke
Original assignee: Adl D Ddr Inst F Futterprodukt
Priority date: 1986-02-19
Filing date: 1986-02-19
Publication date: 1987-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Wasserdurchlaessigkeit des Bodens in seiner natuerlichen Lagerung auf grundwassernahen Standorten, vorzugsweise von Moorboeden. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringem Aufwand eine schnelle, moeglichst schichtweise Erfassung der Wasserdurchlaessigkeit zu erzielen. Das wird dadurch erreicht, dass der zu messende Bereich einem festgelegten Unterdruck ausgesetzt wird, dessen zeitlicher Abfall, bedingt durch das eintretende Wasser, auf einen anderen bestimmten Wert gemessen wird. Diese Zeit korreliert mit einem Durchlaessigkeitswert. Zur Durchfuehrung des Verfahrens dient ein Bohrrohr mit einem entsprechenden perforierten Messbereich und ein Bohrer mit dem das Bohren, die Herstellung des Unterdruckes und die Messung seines Abfalls moeglich ist.

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Wasserdurchlässigkeit des Bodens in seiner natürlichen Lagerung auf grundwassernahen Standorten, vorzugsweise von Moorböden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Messung der Wasserdurchlässigkeit des Bodens in seiner natürlichen Lagerung sind zwei Verfahren bekannt, mit denen Messungen unterhalb des Grundwasserspiegels vorgenommen werden können.

Ein Verfahren beruht auf dem Versickern von Wasser im Boden. Ein Rohr mit einer abstoßbaren Spitze, die das Rohr unten verschließt, wird in den Boden getrieben. Ist die gewünschte Bodenschicht erreicht, wird das Rohr angezogen. Durch die nicht mitangezogene Spitze und den durch das hochgezogene Rohr freigegebenen Abschnitt, wird ein Meßbereich bekannter Größe

im Boden hergestellt. .

Auf das Rohr wird ein durchbohrter Gummistopfen mit einer graduierten Glasrohre aufgesetzt. In diesem Rohr wird die Versickerungsgeschwindigkeit des eingefüllten Wassers gemessen. Durch ein tieferes Eintreiben des Rohres sind weitere schichtweise Messungen möglich.

Das zweite Verfahren beruht auf dem Prinzip des Wasseranstiegs in einem Bohrloch. Vom Grundwasserspiegel aus wird das Wasser herausgepumpt und die Anstiegsgeschwindigkeit des Wassers gemessen.

Beide Verfahren sind zur Messung der Wasserdurchlässigkeit geeignet, weisen jedoch eine Reihe von Mängeln auf.

Bei dem ersten Verfahren ist die Meßgenauigkeit nicht in jedem Fall gegeben. In Lehm- und Tonböden sowie in stark zersetzten Moorböden kann durch das Eintreiben des Rohres das natürliche Porensystem verschmiert werden. Dadurch werden zu geringe Werte ermittelt. Außerdem ist die Messung mit einem relativ hohen meßtechnischen und manuellen Aufwand verbunden. Die Durchlässigkeitswerte müssen nach eienr Formel errechnet werden.

Die Bohrlochmethode gilt international als Standardverfahren. Um die Messung durchführen zu können, muß sich der Grundwasserspiegel im Bohrloch eingestellt haben. In der Regel kann daher erst am Tag nach der Bohrlochherstelltfng die Messung vorgenommen werden. Das trifft auch für Wiederholungsmessungen zu. Ein weiterer Nachteil ist, daß der ermittelte Durchlässigkeitswertes für das ganze wassergesättigte Bodenprofil gilt. Eine schichtweise Erfassung der Durchlässigkeit, die in jedem Fall aussagefähiger ist, kann nur erfolgen, wenn für jede Schichttiefe ein gesondertes Bohrloch angelegt wird. Ein Verschmieren der natürlichen Poren kann auch hier nicht immer ausgeschlossen werden. Der Durchlässigkeitswert liegt auch bei diesem Verfahren nicht sofort vor, sondern muß auch nach einer speziellen Formel oder aus einem Nomogramm ermittelt werden. Die Verfahren sind in der Fachliteratur, z.B. bei EGGELSMAN N, R., Dränanleitung, Verlag Wasser und Boden, 1973 beschrieben.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, mit einem im Vergleich zu den bekannten technischen Lösungen geringeren meßtechnischen und manuellen Aufwand, ein sofort verfügbares und reproduzierbares Meßergebnis zu erhalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die aufgezeigten Mangel der bekannten technischen Lösungen beruhen darauf, daß durch das Eintreiben der Vorrichtungen Pressungen auf den Boden ausgeübt werden, die ungünstige Meßbedingungen hervorrufen können. Der hohe zeitliche, meßtechnische und manuelle Aufwand, resultiert aus den verwendeten Meßprinzipien.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schichtweise Messung der Wasserdurchlässigkeit des Bodens in seiner natürlichen Lagerung in einem Bohrloch zu vereinfachen.

Die Merkmale der Erfindung sind die, daß die Vorrichtung aus einem dünnwandigen Bohrrohr besteht, das zur Messung von schichtweisen Werten einen kurzen oder zur Messung des ganzen Profils einen längeren perforierten Teil aufweist. Die Löcher befinden sich auf dem gesamten Umfang des perforierten Teils und sind für Moorboden groß gehalten, für Mineralböden kleiner. Oben am Rohr ist ein Quergriff fest angebracht. Das untere Rohrende weist eine wellenförmige Ausbildung mit feiner Verzahnung auf. Auf dem Rohr befindet sich ein konisch ausgebildeter verschiebbarer Gummiring, der als Abdichtun'g des Rohraußenmantels zum Boden dient.

Zum Bohrrohr gehört ein Bohrer, der aus einem Rohrgestänge besteht, an dem sich unten eine spiralförmige Bohrschnecke befindet, die dem Innendurchmesser des Bohrrohres angepaßt ist. Das Rohrgestänge ist unten als Spitze ausgebildet. Neben der Spitze befindet sich ein Loch, das eine Verbindung von der Bohrschneckenunterseite zum Rohrinneren herstellt. Oben hat das Gestänge einen Quergriff, ebenfalls aus Rohr. Dieser Griff ist an einer Seite geschlossen, an der anderen befindet sich ein Ventil. In der Mitte des Quergriffs ist ein Vakuummeter aufgeschraubt. Auf dem Rohrgestänge befindet sich eine Klemmvorrichtung. Diese besteht aus einem Teil, das außen zylindrisch ausgebildet ist und dem Innendurchmesser des Bohrrohres angepaßt ist. Ein daran anschließender Flansch dient zur Auflage auf der Rohroberkante. Innen ist das Teil konisch ausgebildet und dem Winkel eines durchbohrten und einmal längsgeschlitzten Gummistopfens angepaßt. Die Bohrung des Stopfens entspricht dem Durchmesser des Rohrgestänges. Der Gummistopfen ist fest mit einer ovalen Blechplatte verbunden, die federbelastet den Gummistopfen in seinem Sitz hält. An den Seiten befinden sich gegenüber am Flansch angeordnet, zwei um 360° schwenkbare Haken. Unter der Platte befindet sich ein gabelförmiger Hebel. Wenn der Bohrer sich im Rohr befindet, die Klemmvorrichtung in oberster Stellung ist und auf der Rohroberkante aufliegt, schließt die Schneide der Bohrschnecke mit der Rohrunterkante ab. Das Meßverfahren läuft so ab, daß das Bohrrohr unter einer Drehbewegung, die in Richtung der positiven Stellung der Zähne an der Unterkante erfolgt, in den Boden gedruckt wird. Der Dichtring befindet sich dabei unmittelbar über dem perforierten Meßbereich. Der in das Rohr gelangte Boden wird mit dem Bohrer entfernt. Dabei ist die Klemmvorrichtung in oberster Stellung und das Ventil geöffnet. Durch das geöffnete Ventil wird erreicht, daß beim Herausziehen des Bohrers Luft durch das Bohrgestänge unter die Bohrschnecke gelangt. Ist die erforderliche Tiefe zur Messung der ersten Schicht erreicht, wird beim letzten Leerbohren des Rohres, der Bohrer mit dem über der Bohrschnecke befindlichen Bodenmaterial bei geöffnetem Ventil soweit angezogen, bis der Meßbereich freigegeben ist. Diese Stellung ist durch eine Markierung am Rohrgestänge ersichtlich. Die Klemmvorrichtung liegt auf dem Rohr auf und ist durch die Haken mit dem Quergriff des Rohres verbunden. Das Ventil wird geschlossen, der Bohrer angezogen, bis ein am Vakuummeter festgelegter Unterdruck erreicht ist. Der über der Bohrschnecke befindliche Boden dichtet nach oben hinab. Durch die Klemmvorrichtung wird der Bohrer in dieser Stellung gehalten. Durch das inden Meßbereich eintretende Wasser, fällt der Unterdruck ab. Die Zeit des Unterdruckabfalls auf einen bestimmten Wert wird gemessen. Danach wird das Ventil geöffnet, die Haken von dem Quergriff gelöst, durch Druck auf den gabelförmigen Hebel die Klemme gelockert und die Klemmvorrichtung hochgeschoben. Der Bohrer wird herausgezogen und das Bohrrohr auf die nächste zu messende Tiefe gedrückt. Hier wiederholen sich die gleichen Schritte der Messung. Die gemessene Zeit korreliert mit einem dafür bestimmten Durchlässigkeitswert, der sofort in einer Tabelle abgelesen werden kann. Für die verschiedenen Böden sind unterschiedliche Unterdruckabfallbereiche vorgesehen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soil nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Bohrrohr mit Dichtungsring und Bohrer mit Klemmvorrichtung (Klemmvorrichtung vergrößert)

Fig.2: Vorrichtung in Meßtiefe

Fig. 3: Vorrichtung vor der Messung

Fig.4: Vorrichtung während des Meßvorganges

Die Vorrichtung besteht aus einem Bohrrohr 1 mit einem perforierten Meßbereich 2, einem Quergriff 3 und einem nach unten hin konisch ausgebildeten verschiebbarem Dichtring 4. Dazu gehört ein Bohrer, der aus einem Rohrgestänge 5 mit daran angebrachter Bohrschnecke 6 und einem Quergriff 7, sowie einem Ventil 8 und einem Vakuummeter 9 besteht. Auf dem Gestänge befindet sich eine Klemmvorrichtung 10. Diese besteht aus einem zylindrischen Teil mit Flansch. Innen befindet sich ein konischer Sitz mit einem dazu passenden durchbohrten und einmal längsgeschlitzten Gummistopfen 11. Dieser ist mit einer ovalen, durchbohrten Stahlplatte 12 fest verbunden. Der Stopfen wird durch zwei Druckfedern 13, die auf zwei Bolzen 14 sitzen und durch die Schrauben 15 in ihrer Spannung verstellt werden können, in den konischen Sitz gedrückt. Unter die Stahlplatte 12 greift ein gabelförmiger Hebel 16, mit dessen Hilfe durch Hochdrücken der Stahlplatte 12 mit dem Stopfen 11, die Klemmwirkung beseitigt werden kann. An dem Flanschteil sind zwei gegenüberliegende und um 360° schwenkbare Haken 17 angebracht, deren Form so bemessen ist, daß beim Aufliegen der Klemmvorrichtung 10 auf dem Bohrrohr 1 eine Arretierung mit

dem Quergriff 3 möglich ist. Der Meßbereich 2 kann je nach Erfordernis unterschiedlich gestaltet sein. Der Vorteil des Verfahrens mit dieser Vorrichtung liegt darin, daß mit geringem Aufwand bei einer Bohrung, die schichtweise Messung oder auch die eines ganzen Profils vorgenommen werden kann, wobei das Ergebnis sofort vorliegt. Eine Wiederholung der Messung ist in einem nächsten Bohrloch auch sofort möglich. Durch das dem Verfahren zugrunde liegende Prinzip der Unterdruckabfallmessung wird die Verfälschung des Meßergebnisses durch verschmierte Poren oder verdichtete Zonen ausgeschlossen.

Claims

Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zur schichtweisen Messung der Wasserdurchlässigkeit des Bodens in seiner natürlichen Lagerung auf grundwassernahen Standorten, vorzugsweise von Moorböden, unter Verwendung eines Bohrrohres mit Bohrer, gekennzeichnet dadurch, daß ein im Grundwasser des Bodens stabilisierter Meßbereich einem Unterdruck bestimmter Größe ausgesetzt wird, dessen zeitlicher Abfall auf einen festgelegten Wert gemessen wird und diese Zeit mit einem Durchlässigkeitswert korreliert.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung aus einem Bohrrohr (1) mit einem Quergriff (3) einem Dichtring (4) sowie einem Bohrer mit Rohrgestänge (5), Bohrschnecke (6), Quergriff (7), einem Ventil (8), einem Vakuummeter (9) und einer Klemmvorrichtung (10) besteht.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Bohrrohr einen perforierten Meßbereich (2) in unterschiedlicher Lochgröße und unterschiedlicher Länge aufweisen kann und die Unterkante wellig mit einer darauf befindlichen Verzahnung ausgebildet ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Dichtring (4) aus Gummi besteht, eine nach unten konisch ausgebildete Form hat und dichtend auf dem Rohr verschiebbar ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Rohrgestänge (5) unten als Spitze ausgebildet ist, von der Unterseite der Bohrschnecke (6) durch ein Loch eine Verbindung zum Inneren des Rohrgestänges (5) und des Quergriffs (7) besteht und dieser ein Ventil sowie ein Vakuummeter aufweist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Klemmvorrichtung einen konischen"Sitz aufweist, der einen durch Federn (13), Bolzen (14), Schrauben (15) geführten, längsdurchbohrten und einmal längsgeschlitzten Gummistopfen (11) mit einer daran befestigten und durchbohrten Stahlplatte (12) aufnimmt, unter der Stahlplatte (12) ein gabelförmiger Hebel (16) angeordnet ist und am Flansch zwei gegenüberliegende, schwenkbare Haken (17) angebracht sind.