DE10353485B4

DE10353485B4 - Vorrichtung und Verfahren zur horizontalen monolithischen Entnahme von Bodenkörpern

Info

Publication number: DE10353485B4
Application number: DE10353485A
Authority: DE
Inventors: Ralph Prof. Dr. Meißner; Holger Dr. Rupp; Juliane Seeger; Manfred Dr. Seyfarth; Bernd Fürst; Hartmut Friedrich
Original assignee: UGT UMWELT GERAETE TECHNIK GMB; Ugt Umwelt-Gerate-Technik GmbH; Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ
Current assignee: UGT UMWELT GERAETE TECHNIK GMB; Ugt Umwelt-Gerate-Technik GmbH; Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-11-11
Also published as: DE10353485A1

Abstract

Vorrichtung zur horizontalen monolithischen Entnahme von Bodenkörpern (10) mit
– einem trogförmigen Lysimetergefäß (12) als Entnahmegefäß, das eine in Entnahmeposition seitlich angeordnete und durch Enden einer Wandung (12a) des Lysimetergefäßes (12) begrenzte offene Seite (12b) aufweist, und die offene Seite (12b) mit wenigstens einer Schneideinrichtung (22) ausgestattet ist,
– einer Führungseinrichtung (14) zur Ausrichtung des Lysimetergefäßes (12) in einer Startgrube (18) in wenigstens einer Ebene derart, dass seine offene Seite (12b) dem zu entnehmenden Bodenkörper (10) zugewandt ist, und zur horizontalen Führung des Lysimetergefäßes (12), und
– einer Antriebseinrichtung (16) zum horizontalen Antrieb des Lysimetergefäßes (12) in Richtung seiner offenen Seite (12b) und des zu entnehmenden Bodenkörpers (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur horizontalen Entnahme von Bodenmonolithen.

Für die Entnahme von Bodenproben, beispielsweise zu Untersuchungs- und Forschungszwecken verschiedenster Art, existieren eine Vielzahl unterschiedlicher Einrichtungen und Verfahren. Beispielsweise sind aus der DE 100 48 089 A sowie der DE 42 38 989 A Vorrichtungen zur vertikalen Entnahme von Bodenproben bekannt. Die vertikale Wirkungsweise der bekannten Vorrichtungen bedingt ein horizontales Abschneiden der Bodenprobe, wofür verhältnismäßig aufwändige Schneideinrichtung notwendig sind. Eine besondere Schwierigkeit stellt hierbei die Entnahme von Bodenproben unter Erhalt der realen hydrologischen Bedingungen am Standort dar. Dies erfordert eine weitgehend verformungsfreie Entnahme eines Bodenmonolithen. Die bekannten Verfahren können dies nicht gewährleisten, wodurch eine originalgetreue hydrologische Beurteilung einer Bodenprobe außerhalb ihres natürlichen Standortes insbesondere über einen längeren Zeitraum nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entnahme von Boden monolithen zu schaffen, welche sich durch eine im Wesentlichen verformungsfreie Abtrennung und Lagerung des Bodenkörpers auszeichnen, wodurch eine originalgetreue hydrologische Beurteilung des Bodenkörpers außerhalb seines natürlichen Standortes ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren mit den in Anspruch 20 genannten Merkmalen gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur horizontalen monolithischen Entnahme von insbesondere großvolumigen Bodenkörpern umfasst

– ein trogförmiges Lysimetergefäß als Entnahmegefäß, das eine in Entnahmeposition seitlich angeordnete und durch Enden einer Wandung des Lysimetergefäßes begrenzte offene Seite aufweist, und die offene Seite mit wenigstens einer Schneideinrichtung ausgestattet ist,
– eine Führungseinrichtung zur Ausrichtung des Lysimetergefäßes in einer Startgrube in wenigstens einer Ebene derart, dass seine offene Seite dem zu entnehmenden Bodenkörper zugewandt ist, und zur horizontalen Führung des Lysimetergefäßes, und
– eine Antriebseinrichtung zum horizontalen Antrieb des Lysimetergefäßes in Richtung seiner offenen Seite und des zu entnehmenden Bodenkörpers.

Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass der Bodenkörper im Ganzen verformungsfrei und ungestört abge trennt und aus seinem natürlichen Standort unter Erhaltung seiner originalgetreuen aktuellen hydrologischen Eigenschaften entnommen werden kann. Auf diese Weise lässt sich der Bodenkörper außerhalb seines natürlichen Umfeldes insbesondere über einen längeren Zeitraum hinweg unter natürlichen Bedingungen untersuchen und beurteilen.

Durch die der offenen Seite des Lysimetergefäßes zugeordnete Schneideinrichtung lassen sich die mechanischen Belastungen, welche zu einer Verformung oder Zerstörung des Bodenmonolithen führen können, signifikant reduzieren.

Weiterhin ist in bevorzugter Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen, dass die wenigstens eine Schneideinrichtung wenigstens eine, im Wesentlichen mit der die offene Seite begrenzenden Wandung des Lysimetergefäßes fluchtende Messerleiste umfasst. Der Einsatz von Messerleisten gewährleistet ein besonders druckarmes Abtrennen des Bodenkörpers.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist außerdem, vorgesehen, dass die wenigstens eine Schneideinrichtung wenigstens eine an der dem Bodenkörper zugewandten offenen Seite des Lysimetergefäßes in vertikaler Richtung bewegbare Messerleiste umfasst. Diese kann vorteilhaft an einem unteren Ende einer vertikal bewegbaren Verschlussplatte angeordnet sein, die dem Verschluss des Lysimetergefäßes dient. Hierdurch ist eine besonders einfach zu handhabende und druckarme vertikale Abtrennung des Bodenkörpers möglich.

Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der. Vorrichtung vorgesehen, dass wenigstens eine der Messerleisten alternierend bewegbar ist. Durch diese sägenartige Bewegungsform wird ein besonders effektiver und druckarmer Schneidvorgang erzielt.

Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung de Vorrichtung vorgesehen, dass die wenigstens eine Schneideinrichtung wenigstens einen Schneidantrieb umfasst, welcher besonders bevorzugt hydraulisch, pneumatisch; elektromechanisch oder dergleichen ist. Auf diese Weise lässt sich ein besonders effektives Abtrennen des Bodenkörpers mittels der Schneideinrichtung realisieren.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist weiterhin vorgesehen; dass das Lysimetergefäß mit wenigstens einer Verschlussplatte ausstattbar ist, die ein Verschließen der offenen Seite und/oder der dieser gegenüberliegenden Seite dient. Mittels der wenigstens einen Verschlussplatte lässt sich der Bodenkörper nach seiner Abtrennung besonders einfach lagern, und es ist eine Zugangsmöglichkeit zum Bodenkörper während der Lagerung in verschiedenen Tiefen des Bodenkörpers gegeben. Darüber hinaus wird mittels der wenigstens einen Verschlussplatte ermöglicht, dass das natürlich anstehende Grundwasser zusammen mit dem ungestörten Bodenmonolithen den aktuellen hydrologischen Bedingungen am Standort ent sprechend im Lysimetertrog erhalten bleibt. Weiterhin ist die wenigstens eine Verschlussplatte bevorzugt mit einer Filtereinrichtung ausgestattet, wobei mittels der Filtereinrichtung ein definierter lateraler Wasserzu- oder Wasserabfluss in unterschiedlichen Messebenen des Bodenmonolithen einstellbar ist. Hierdurch lassen sich die hydrologischen Bedingungen auf besonders einfache Weise manipulieren, wodurch sich vielfältige experimentelle Untersuchungsmöglichkeiten ergeben.

In bevorzugter Ausgestaltung der Vorrichtung ist außerdem vorgesehen, dass die Führungseinrichtung wenigstens ein Führungsgestell umfasst, das mit dem Lysimetergefäß verbunden ist. Hierdurch wird vorteilhaft eine besonders einfache Handhabbarkeit des Lysimetergefäßes mittels der Führungseinrichtung erzielt. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Führungseinrichtung wenigstens eine Führungsschiene umfasst und besonders bevorzugt, dass das Führungsgestell wenigstens eine Laufrolle besitzt, welche auf der wenigstens einen Führungsschiene läuft. Auf diese Weise wird eine besonders kraftarme Bewegbarkeit des Lysimetergefäßes erzielt. Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens eine Baggermatratze als Auflagemöglichkeit für die wenigstens eine Führungsschiene umfasst, da hierdurch der Auflagedruck der Führungsschienen auf den Boden am Standort reduziert wird.

Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung wenigstens eine Seilwinde umfasst, die insbesondere bevorzugt elektromechanisch, hydraulisch, pneumatisch, mit Muskelkraft oder dergleichen antreibbar ist. Hierdurch ist eine besonders einfach zu realisierende und handhabbare Antriebsmöglichkeit des Lysimetergefäßes gegeben.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist ferner vorgesehen, dass das Lysimetergefäß wenigstens eine Zugtraverse umfasst, welche mit dem Lysimetergefäß und/oder dem Führungsgestell verbunden ist, und insbesondere bevorzugt, dass die Antriebseinrichtung wenigstens ein Seil umfasst, welches mit der wenigstens einen Seilwinde und der wenigstens einen Zugtraverse verbunden ist. Auf diese Weise wird eine besonders günstige Übertragung der Antriebskraft zur Bewegung des Lysimetergefäßes erzielt.

Schließlich ist in bevorzugtem Ausgestaltung der Vorrichtung in vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung wenigstens einen Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder oder dergleichen umfasst, da hierdurch eine besonders einfach zu handhabende Antriebsmöglichkeit des Lysimetergefäßes unter geringem Aufwand realisierbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur horizontalen monolithischen Entnahme von insbesondere großvolumigen Bodenkörpern mit einem trogförmigen Lysimeter als Entnahmegefäß zeichnet sich dadurch aus, dass ein trogförmiges Lysimetergefäß mit einer seitlich angeordneten, durch Enden einer Wandung begrenzten offenen Seite in einer Startgrube mit vorgegebener Ent nahmetiefe in wenigstens einer Ebene so ausgerichtet wird, dass die offene Seite des Lysimetergefäßes dem zu entnehmenden Bodenkörper zugewandt ist, und dass Lysimetergefäß in horizontaler Richtung in den an die Startgrube angrenzenden Bodenkörper bewegt wird und dabei der Bodenkörper mittels des Lysimetergefäßes ausgeschnitten und aufgenommen wird und nach Erreichen einer vorgegebenen Länge von dem übrigen Bodenstandort abgetrennt wird. Mittels dieses Verfahrens lässt sich der Bodenkörper auf besonders einfache Weise im Ganzen aus seinem natürlichen Umfeld entnehmen. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass das der Bodenkörper im Ganzen und im Wesentlichen verformungsfrei und ungestört abgetrennt und aus seinem natürlichen Standort unter Erhaltung seiner originalgetreuen aktuellen hydrologischen Eigenschaften entnommen wird. Auf diese Weise lässt sich der Bodenkörper außerhalb seines natürlichen Umfeldes insbesondere über einen längeren Zeitraum hinweg untersuchen und beurteilen.

Im Rahmen des Verfahrens ist bevorzugt vorgesehen, dass ein definierter lateraler Wasserzu- oder Wasserabfluss in unterschiedlichen Messebenen des Bodenkörpers nach der Abtrennung des. Bodenkörpers eingestellt wird. Hierdurch lassen sich die hydrologischen Bedingungen auf besonders einfache Weise manipulieren, wodurch sich vielfältige experimentelle Untersuchungsmöglichkeiten ergeben.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, welche eine Vorrichtung zur horizontalen Entnahme von monolithischen Bodenkörpern zeigt, näher erläutert.
In der Figur ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur horizontalen Entnahme von insbesondere großvolumigen monolithischen Bodenkörpern 10 dargestellt. Ein trogförmiger Lysimeter 12 dient hierbei als Entnahmevorrichtung. Das Lysimetergefäß 12 umfasst Wandungen 12a, die eine im Wesentlichen vertikale, offene Seite 12b begrenzen. Zusätzlich. kann auch die der offenen Seite 12b gegenüberliegende Seite ebenfalls offen ausgestaltet sein. Das Lysimetergefäß 12 befindet sich in einer Startgrube 18, von der aus es mittels einer Antriebseinrichtung 16 in den angrenzenden Boden bewegt werden kann, von dem ein Bodenkörper 10 entnommen werden soll.
Als Antriebseinrichtung 16 ist eine Seilwinde 38 vorgesehen, deren Seil 42 die Antriebskraft über eine mit dem Lysimetergefäß 12 verbundene Zugtraverse 40 auf das Lysimetergefäß 12 überträgt. Alternativ oder zusätzlich ist auch der Antrieb mittels eines Hydraulikzylinders 44 möglich. Mit Hilfe einer Führungseinrichtung 14 wird eine kraftarme, geführte Bewegung des Lysimetergefäßes 12 ermöglicht. Die Führungsein richtung 14 besteht aus einem mit dem Lysimetergefäß 12 verbundenen Führungsgestell 30, das in seinem oberen Bereich mit Laufrollen 34 ausgestattet ist, welche auf Führungsschienen 32 laufen. Die Führungsschienen 32 sind auf Baggermatratzen 36 gelagert, welche auf dem angrenzenden Boden am Standort aufliegen. Somit kann der Auflagedruck der Führungsschienen 32 auf den Boden reduziert werden. Mittels des Führungsgestells 30 ist das Lysimetergefäß 12 in mindestens einer Ebene ausrichtbar.
Das Lysimetergefäß 12 ist mit einer Schneideinrichtung 22 ausgestattet, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Messerleisten 24 und 24a besitzt, von denen drei Messerleisten 24 an der dem angrenzenden Bodenkörper 10 zugewandten offenen Seite 12b des Lysimetergefäßes 12 so angeordnet sind, dass die Messerleisten 24 im Wesentlichen mit den Wandungen 12a fluchten. Die drei Messerleisten 24 sind mit einem Schneidrahmen 20 verbunden und mit Hilfe eines Schneidantriebes 26 alternierend bewegbar. Die vierte Messerleiste 24a ist mit einer Verschlussplatte 28 verbunden, welche vertikal bewegbar ist und dem Verschluss der offenen Seite 12b des Lysimetergefäßes 12 dient. Mit Hilfe dieser Messerleiste 24a kann der Bodenkörper 10 nach dem Erreichen einer vorgegebenen Eindringlänge des Lysimetergefäßes 12 in den angrenzenden Boden abgetrennt werden. Die Schneideinrichtung 22 gewährleistet eine im Wesentlichen verformungsfreie Abtrennung des Bodenmonolithen 10.
Mittels der Verschlussplatte 28 wird das Lysimetergefäß 12 nach der Abtrennung des Bodenkörpers 10 so verschlossen, dass auch das anstehende Grundwasser zusammen mit dem Bodenkörper 10 in dem Lysimetergefäß 12 gelagert werden kann. Eine zweite (nicht dargestellte) Verschlussplatte kann zum Verschluss der der offenen Seite 12b gegenüberliegenden Seite vorgesehen sein, wenn diese ebenfalls offen ist.
Die dargestellte Vorrichtung ermöglicht eine verformungsfreie und ungestörte Abtrennung und Entnahme des Bodenmonolithen 10 aus seinem natürlichen Standort unter Erhaltung seiner originalgetreuen aktuellen hydrologischen Eigenschaften. Auf diese Weise lässt sich der Bodenkörper 10 außerhalb seines natürlichen Umfeldes insbesondere über einen längeren Zeitraum hinweg unter natürlichen Bedingungen untersuchen und beurteilen.
Zudem können eine oder beide Verschlussplatten 28 mit einer Filtereinrichtung 46 ausgestattet sein, welche die Einstellung eines definierter lateralen Wasserzu- oder Wasserabflusses in unterschiedlichen Messebenen des Bodenmonolithen 10 erlaubt. Hierdurch lassen sich die hydrologischen Bedingungen auf besonders einfache Weise manipulieren, wodurch sich vielfältige experimentelle Untersuchungsmöglichkeiten ergeben.

Claims

Vorrichtung zur horizontalen monolithischen Entnahme von Bodenkörpern (10) mit – einem trogförmigen Lysimetergefäß (12) als Entnahmegefäß, das eine in Entnahmeposition seitlich angeordnete und durch Enden einer Wandung (12a) des Lysimetergefäßes (12) begrenzte offene Seite (12b) aufweist, und die offene Seite (12b) mit wenigstens einer Schneideinrichtung (22) ausgestattet ist, – einer Führungseinrichtung (14) zur Ausrichtung des Lysimetergefäßes (12) in einer Startgrube (18) in wenigstens einer Ebene derart, dass seine offene Seite (12b) dem zu entnehmenden Bodenkörper (10) zugewandt ist, und zur horizontalen Führung des Lysimetergefäßes (12), und – einer Antriebseinrichtung (16) zum horizontalen Antrieb des Lysimetergefäßes (12) in Richtung seiner offenen Seite (12b) und des zu entnehmenden Bodenkörpers (10).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schneideinrichtung (22) wenigstens einen Schneidrahmen (20) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schneideinrichtung (22) wenigstens eine im Wesentlichen mit der die offene Seite (12b) begrenzenden Wandung (12a) des Lysimetergefäßes (12), fluchtende Messerleiste (24) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schneideinrichtung (22) wenigstens eine an der offenen Seite (12b) des Lysimetergefäßes (12) in vertikaler Richtung bewegbare Messerleiste (24a) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Messerleisten (24, 24a) alternierend bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schneideinrichtung (22) wenigstens einen Schneidantrieb (26) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigste eine Schneidantrieb (26) hydraulisch, pneumatisch ober elektromechanisch ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lysimetergefäß (12) mit wenigstens einer Verschlussplatte (28) zum Verschließen der offenen Seite (12b) und/oder einer der offenen Seite (12b) gegenüberliegenden Seite ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Verschlussplatte (28) mit einer Filtereinrichtung (46) ausgestattet ist, wobei mittels der Filtereinrichtung (46) ein definierter lateraler Wasserzu- oder Wasserabfluss in unterschiedlichen Messebenen des Bodenmonolithen (10) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Verschlussplatte (28) an ihrem unteren Ende eine Messerleiste (24a) zum Abtrennen des Bodenkörpers (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (14) wenigstens ein Führungsgestell (30) umfasst, das mit dem Lysimetergefäß (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (14) wenigstens eine Führungsschiene (32) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsgestell (30) wenigs tens eine auf der wenigstens einen Führungsschiene (32) laufende Laufrolle (34) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Baggermatratze (36) als Auflagemöglichkeit für die wenigstens eine Führungsschiene (32) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (16) wenigstens eine Seilwinde (38) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Seilwinde (38) elektromechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder mit Muskelkraft antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Lysimetergefäß (12) wenigstens eine Zugtraverse (40) umfasst, welche mit dem Lysimetergefäß (12) und/oder dem Führungsgestell (30) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (16) wenigstens ein Seil (42) umfasst, welches mit der wenigstens einen Seilwinde (38) und der wenigstens einen Zugtraverse (40) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (16) wenigstens einen Hydraulikzylinder (44) oder einen Pneumatikzylinder umfasst.
Verfahren zur horizontalen monolithischen Entnahme von Bodenkörpern (10), wobei – ein trogförmiges Lysimetergefäß (12) mit einer seitlich angeordneten, durch Enden einer Wandung (12a) des Lysimetergefäßes (12) begrenzten offenen Seite (12b) in einer Startgrube (18) mit vorgegebener Entnahmetiefe in wenigstens einer Ebene so ausgerichtet wird, dass die offene Seite (12b) des Lysimetergefäßes (12) dem zu entnehmenden Bodenkörper (10) zugewandt ist, und – das Lysimetergefäß (12) in horizontaler Richtung in den an die Startgrube (18) angrenzenden Bodenkörper (10) bewegt wird und dabei der Bodenkörper (10) mittels des Lysimetergefäßes (12) ausgeschnitten und aufgenommen wird und nach Erreichen einer vorgegebenen Länge von dem übrigen Bodenstandort abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein definierter lateraler Wasserzu- oder Wasserabfluss in unterschiedlichen Messebenen des Bodenkörpers (10) nach der Abtrennung des Bodenkörpers (10) eingestellt wird.