DD246169A1

DD246169A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE WATER THERMALITY OF 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.The invention relates to a method and a device for measuring the water permeability of the soil in its natural storage on groundwater near sites, preferably of moorland. The aim and object of the invention is to achieve a fast, possible layered detection of water permeability with little effort. This is achieved by exposing the area to be measured to a defined negative pressure, the time difference of which, due to the incoming water, is measured to another specific value. This time correlates with a permeability value. To carry out the method, a drill pipe with a corresponding perforated measuring range and a drill with the drilling, the production of the negative pressure and the measurement of its waste is possible.

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Wasserdurchlässigkeit des Bodens in seiner natürlichen Lagerung auf grundwassernahen Standorten, vorzugsweise von Moorböden.The invention relates to a method and a device for measuring the water permeability of the soil in its natural storage on groundwater near sites, preferably peat soils.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Messung der Wasserdurchlässigkeit des Bodens in seiner natürlichen Lagerung sind zwei Verfahren bekannt, mit denen Messungen unterhalb des Grundwasserspiegels vorgenommen werden können.To measure the water permeability of the soil in its natural storage two methods are known, with which measurements can be made below the groundwater level.

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 GrößeOne method is based on the infiltration of water in the soil. A tube with a repulsive tip closing the tube below is driven into the ground. When the desired soil layer is reached, the pipe is tightened. By unraised tip and released by the raised pipe section, a measuring range of known size

im Boden hergestellt. . made in the soil. ,

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.A pierced rubber stopper with a graduated glass tube is placed on the tube. In this tube, the infiltration rate of the filled water is measured. By deeper driving the tube further layer-by-layer measurements are possible.

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.The second method is based on the principle of water increase in a borehole. From the groundwater level, the water is pumped out and the rate of increase of the water is measured.

Beide Verfahren sind zur Messung der Wasserdurchlässigkeit geeignet, weisen jedoch eine Reihe von Mängeln auf.Both methods are suitable for measuring water permeability, but have a number of shortcomings.

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.In the first method, the measurement accuracy is not always given. In clay and clay soils as well as in highly decomposed peat soils, the natural pore system can be smeared by the driving in of the pipe. As a result, too low values are determined. In addition, the measurement is associated with a relatively high metrological and manual effort. The permeability values must be calculated according to a formula.

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.The borehole method is internationally accepted as the standard method. To be able to carry out the measurement, the groundwater level must have set in the borehole. In general, therefore, the measurement can be made only on the day after the Bohrlochherstellfng. This is also true for repeat measurements. Another disadvantage is that the determined permeability value applies to the entire water-saturated soil profile. A layered registration of the permeability, which is in each case more meaningful, can only be done if a separate drill hole is created for each layer depth. A smearing of the natural pores can not always be excluded here as well. The permeability value is not immediately available in this method, but must also be determined by a special formula or from a nomogram. The methods are known in the literature, e.g. at EGGELSMAN N, R., Dränanleitung, Water and Soil, 1973 described.

Object of the invention

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.The invention aims to obtain an immediately available and reproducible measurement result with a lower technical and manual effort compared to the known technical solutions.

Explanation of the essence of the invention

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.The indicated deficiency of the known technical solutions based on the fact that the driving of the devices presses are exerted on the ground, which can cause unfavorable conditions of measurement. The high temporal, metrological and manual effort, resulting from the measuring principles used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schichtweise Messung der Wasserdurchlässigkeit des Bodens in seiner natürlichen Lagerung in einem Bohrloch zu vereinfachen.The invention has for its object to simplify the layered measurement of the water permeability of the soil in its natural storage in a wellbore.

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.The features of the invention are that the device consists of a thin-walled drill pipe which has a short perforated part for measuring stratified values or a longer perforated part for measuring the whole profile. The holes are located on the entire perimeter of the perforated part and are kept large for marshy soil, smaller for mineral soils. At the top of the pipe a cross handle is firmly attached. The lower end of the tube has a wave-like design with fine toothing. On the tube there is a conical sliding rubber ring, which serves as a sealing of the outer tube shell to the ground.

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.The drill pipe includes a drill which consists of a pipe string at the bottom of which a helical auger is located, which is adapted to the inner diameter of the drill pipe. The pipe string is formed at the bottom as a tip. Next to the tip there is a hole that connects the drill bit bottom to the inside of the pipe. Above, the linkage has a cross handle, also made of pipe. This handle is closed on one side, on the other there is a valve. In the middle of the cross handle, a vacuum gauge is screwed on. On the pipe string is a clamping device. This consists of a part which is cylindrical outside and adapted to the inner diameter of the drill pipe. An adjoining flange serves as a support on the pipe's top edge. Inside, the part is conical and adapted to the angle of a pierced and once longitudinally slotted rubber stopper. The bore of the plug corresponds to the diameter of the pipe string. The rubber stopper is firmly connected to an oval sheet metal plate, which holds the rubber stopper in its seat spring-loaded. On the sides opposite to the flange, two hooks can be swiveled by 360 °. Under the plate is a fork-shaped lever. When the drill is in the pipe, the clamp is in the uppermost position and resting on the pipe's top edge, the cutting edge of the auger ends with the bottom edge of the pipe. The measuring process proceeds in such a way that the drill pipe is pressed into the ground under a rotational movement which takes place in the direction of the positive position of the teeth on the lower edge. The sealing ring is located directly above the perforated measuring range. The soil entering the pipe is removed with the drill. The clamping device is in the uppermost position and the valve is open. Through the open valve is achieved that when pulling out of the drill air passes through the drill pipe under the auger. If the required depth for measuring the first layer is reached, the last time the pipe is empty, the drill with the soil material above the auger is tightened with the valve open until the measuring range is released. This position is indicated by a mark on the pipe string. The clamping device rests on the tube and is connected by the hook with the transverse handle of the tube. The valve is closed, the drill is tightened until a vacuum set at the vacuum gauge is reached. The soil above the auger seals upwards. By the clamping device of the drill is held in this position. By entering into the measuring range water, the negative pressure drops. The time of the negative pressure drop to a certain value is measured. Thereafter, the valve is opened, the hooks released from the transverse handle, by pressing the fork-shaped lever, the clamp loosened and the clamping device pushed up. The drill is pulled out and the drill pipe is pushed to the next depth to be measured. Here repeat the same steps of the measurement. The measured time correlates with a specific permeability value, which can be read off immediately in a table. Different vacuum waste areas are planned for the different floors.

embodiment

Die Erfindung soil nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: Bohrrohr mit Dichtungsring und Bohrer mit Klemmvorrichtung (Klemmvorrichtung vergrößert)Fig. 1: drill pipe with sealing ring and drill with clamping device (clamping device enlarged)

Fig.2: Vorrichtung in MeßtiefeFig.2: Device in measuring depth

Fig. 3: Vorrichtung vor der MessungFig. 3: device before the measurement

Fig.4: Vorrichtung während des MeßvorgangesFig.4: device during the measuring process

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 mitThe device consists of a drill pipe 1 with a perforated measuring range 2, a transverse handle 3 and a downwardly tapered sliding sealing ring 4. This includes a drill, consisting of a tubular rod 5 with attached auger 6 and a transverse handle 7, and a valve 8 and a vacuum gauge 9 is. On the linkage there is a clamping device 10. This consists of a cylindrical part with flange. Inside is a conical seat with a matching pierced and once longitudinally slotted rubber stopper 11. This is firmly connected to an oval, pierced steel plate 12. The plug is pressed by two compression springs 13, which sit on two bolts 14 and can be adjusted by the screws 15 in their tension in the conical seat. Under the steel plate 12 engages a fork-shaped lever 16, by means of which by pressing the steel plate 12 with the plug 11, the clamping action can be eliminated. On the flange part two opposite and pivotable by 360 ° hooks 17 are mounted, whose shape is dimensioned so that when resting the clamping device 10 on the drill pipe 1 with a lock

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.the cross handle 3 is possible. The measuring range 2 can be designed differently depending on requirements. The advantage of the method with this device is that with little effort in a hole, the layered measurement or that of an entire profile can be made, the result is available immediately. A repetition of the measurement is immediately possible in a next borehole. By the principle underlying the method of vacuum drop measurement, the falsification of the measurement result is excluded by smeared pores or compressed zones.

Claims

Invention claims:

Anspruch [en] A process for measuring in layers the water permeability of the soil in its natural storage on sites close to groundwater, preferably peatlands, using a drill pipe with a drill, characterized in that a measuring area stabilized in the groundwater of the soil is exposed to a vacuum of a certain magnitude, whose temporal decline is measured to a fixed value and correlates this time with a transmission value.

2. A device for carrying out the method according to item!, Characterized in that the device consists of a drill pipe (1) with a transverse handle (3) a sealing ring (4) and a drill with pipe string (5), auger (6), transverse grip ( 7), a valve (8), a vacuum gauge (9) and a clamping device (10).

3. Apparatus for carrying out the method according to item 1 and 2, characterized in that the drill pipe may have a perforated measuring range (2) in different hole size and different lengths and the lower edge is wavy formed with a toothing thereon.

4. Apparatus for carrying out the method according to item 1 and 2, characterized in that the sealing ring (4) consists of rubber, has a downwardly conical shape and is sealingly displaceable on the tube.

5. Apparatus for carrying out the method according to item 1 and 2, characterized in that the pipe frame (5) is formed at the bottom as a tip, from the bottom of the auger (6) through a hole a connection to the interior of the pipe string (5) and Transverse handle (7) and this has a valve and a vacuum gauge.

6. A device for carrying out the method according to item 1 and 2, characterized in that the clamping device has a conical "seat, one by springs (13), bolts (14), screws (15) guided, longitudinally pierced and once longitudinally slotted rubber stopper ( 11) with an attached and pierced steel plate (12) receives, under the steel plate (12) a fork-shaped lever (16) is arranged and on the flange two opposite, pivotable hooks (17) are mounted.