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Vorrichtung und. Verfahren zur Entnahme von Bodenproben Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entnahme von Bodenproben.
Bei der Entnahme von Bodenproben sollen die Bodenverhältnisse in der entnommenen
Probe möglichst unverändert bleiben. Dies gilt namentlich hinsichtlich der Abmessung
und der Dichte jeder Bodenschicht.
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Bodenproben werden üblicherweise aus der gewünschten Tiefe durch Eintreiben
eines Sondierrohres in den Boden entnommen, wobei sich im Inneren des Rohres ein
relativ zu diesem bewegbarer Einsatz befindet, der die eigentliche Probe aufnehmen
soll. Das Eintreiben eines Sondierrohres in einen gewachsenen, ungestörten Boden
bewirkt schon eine Änderung der Dichteverteilung im Boden, die Änderung wird durch
die Gestaltung des unteren Randes des Rohres in erträglichen Grenzen gehalten. Die
von dem Rohr aufzunehmende Probe unterliegt aber auch der Reibung entlang der Rohrwandung.
Sobald das Rohr hochgezogen wird, entsteht eine Änderung der Dichte der Bodenprobe
durch den Sog und das Eigengewicht der Probe.
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Es ist bekannt, am unteren Ende eines Sondierrohres Klappen oder Schieber
oder Federn vorzusehen, die sich beim Hochziehen des Rohres selbsttätig durch den
Sog des Probengewichtes nach innen bewegen und das Rohr nach unten abschließen.
Hierdurch kann man zwar die Dichte der Bodenprobe während des Herausziehens des
Sondierrahres aus dem Boden weitgehend erhalten, dafür ist jedoch das Herausnehmen
der Bodenprobe aus dem Sondierrohr umständlich und kaum ohne Veränderungen der Probe
zu bewerkstelligen.
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Es sind daher Vorrichtungen zur Entnahme von Bodenproben vorgeschlagen
worden, bei denen im Sondierrohr ein den Bohrkern des Bodens aufnehmender Einsatz
vorgesehen ist, der relativ zum Sondierrohr in diesem in Längsrichtung verschoben
werden kann und mit nach innen bewegbaren Lippen versehen ist, welche dazu dienen,
den Bohrkern vom Untergrund zu trennen, um eine möglichst unveränderte Bodenprobe
an die Oberfläche zu bringen. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, daß die Lippen
beispielsweise um Scharniere nach innen schwenkbar sind. Sie können das untere Ende
des Einsatzes nur verschließen, wenn die Bodenprobe bereits vom Untergrund teilweise
gelöst ist. Hierdurch ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die Bodenprobe wenigstens
an ihrem unteren Ende nicht mehr die ursprüngliche Dichte aufweist. Andererseits
ist es auch bekannt, die Lippen des Einsatzes nach innen abzubiegen, so daß sie
die Bodenprobe vom Untergrund abschneiden. Hierbei besteht jedoch der Nachteil,
daß man niemals mit Sicherheit voraussagen kann, ob die Lippen auch die gewünschte
Biegung um 90° ausführen und die Bodenprobe vollständig vom Untergrund abschneiden.
Falls die Lippen nämlich nur teilweise in die Bodenprobe eindringen und sie dementsprechend
nur teilweise vom Untergrund abtrennen, besteht der Nachteil, daß im Kern der Bodenprobe
trotzdem noch eine Dichteänderung beim Herausziehen aus dem Boden stattfinden kann.
Dies trifft besonders für lockere Bodenproben, wie Sand od. dgl. zu, der sogar aus
dem Einsatz herausrieseln wird, wenn dieser Einsatz an seinem unteren Ende nicht
richtig verschlossen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten
Vorrichtungen zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben zu
schaffen, mit der die Probe vollständig vom Untergrund getrennt wird und in dem
Einsatz praktisch unverändert an die Oberfläche gebracht werden kann. Erfindungsgemäß
wird deshalb vorgeschlagen, daß mindestens eine der Lippen des Einsatzes auf einem
im Sondierrohr nach innen vorspringenden Bund ruht und daß die Lippen durch eine
mit Hilfe eines Stempels in Längsrichtung des
Sondierrohres auf
den Einsatz und die Lippen ausübbare Druckkraft in die Richtung auf die Achslinie
des Sondierrohres bis zum Verschließen des Einsatzes einknickbar sind. Die unteren
Kanten der Lippen bleiben also stets auf dem als Anschlag dienenden Bund liegen,
so daß dieser Bund eine feste Auflagefläche für den Einsatzkasten bildet. Hierdurch
wird gewährleistet, daß die Lippen so weit eingeknickt werden, bis sie sämtlich
aneinanderstoßen und somit den Einsatz nach unten vollständig abschließen.
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Um ein vorzeitiges Aneinanderstoßen der nebeneinanderliegenden Lippen
beim Einwärtsbiegen und damit eine gegenseitige Behinderung beim Abknicken zu verhüten,
ist der die unteren Enden der Lippen abstützende Bund beispielsweise ausgezackt
oder gewindegangähnlich geneigt oder als mehrgängiges Gewinde ausgebildet. Hierdurch
erreicht man, daß die einzelnen Lippen nacheinander nach innen gebogen und abgeknickt
werden. Den gleichen Erfolg erzielt man, wenn die Lippen des Einsatzes ungleich
lang sind.
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Damit die Lippen an bestimmten Stellen abknicken und der Biegevorgang
begünstigt wird, sind sie erfindungsgemäß mit Ausnehmungen versehen, die eine örtliche
Schwächung zum Einknicken darstellen.
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Um eine möglichst geringe Reibung zwischen der Bodenprobe und der
Wand des Sondierrohres und des Einsatzes zu erzielen, wird erfindungsgemäß im Sondierrohr
auf der Außenseite des Einsatzes eine thixotrope Flüssigkeit nach unten geführt,
die durch die Ausnehmungen zwischen bzw. in den Lippen hindurch in das Innere des
Einsatzes gelangt. Die Bodenprobe kann also praktisch ohne Reibung an der Wand des
Einsatzes in diesen hineingedrückt werden und verändert sich dadurch praktisch nicht.
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Die Beseitigung der Reibung entlang der Rohrwand macht es unmöglich,
den Einsatz mit der Probe hochzuziehen, da die Probe nicht von der Adhäsionskraft
gegen die Wand gehalten wird. Es ist deshalb notwendig, am unteren Ende des Einsatzes
einen Verschluß, d. h. die Lippen, vorzusehen.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann kontinuierlich gearbeitet
werden, da der zusätzliche Druck auf den Probeneinsatz wirkt, so daß die Lippen
zum Knicken und zum Schließen gebracht werden und die entnommene Probe im Einsatz
eingeschlossen wird, wonach der Einsatz hochgezogen und das Rohr, das am Ort bleibt;
mit einem neuen Einsatz beschickt werden kann. Durch die Beseitigung der Wandreibung
ist es nunmehr naturgemäß auch möglich, einen Probeneinsatz von derartiger Länge
anzuwenden, daß ohne Unterbrechung eine Probe der ganzen Bohrung entnommen werden
kann.
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Weitere Einzelheiten der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind aus
den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zu ersehen. Es zeigt F
i g. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Sondierrohres mit Einsatz, F i
g. 2 einen Längsschnitt durch das untere Ende des Sondierrohres, F i g. 3 einen
unteren Rand eines Einsatzes mit ungleich langen Lippen, F i g. 4 den unteren Rand
des Einsatzes mit gestuften Lippen, F i g. 5 einen Längsschnitt der Vorrichtung,
bei der der Bund des Rohres eine radiale untere Fläche und der Einsatz eingeknickte
Lippen hat, F i g. 6 einen Längsschnitt des Sondierrohres, dessen Bund eine ausgezackte
untere Fläche hat,-F i g. 7 einen Längsschnitt des Sondierrohres, dessen Bund eine
schraubenwindungsartig verlaufende untere Fläche hat, F i g. 8 den unteren Rand
des Einsatzes, dessen Lippen Ausnehmungen aufweisen, und F i g. 9 den unteren Rand
des Einsatzes mit örtlich geschwächten Lippen.
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Ein Sondierrohr zur Entnahme von Bodenproben besteht aus einem an
seiner unteren Seite mit einer scharfen Schneidkante 2 versehenen zylindrischen
Hohlkörper 1, dessen Außendurchmesser und Innendurchmesser von der Schneidkante
2 ab bis zu Abstufungen 3, 3' zunehmen. Die Verjüngung unterhalb der Abstufungen
3, 3' ist in bekannter Weise ausgeführt. Die Abstufungen 3, 3' sind vorgesehen,
um das Loslösen des Bodens vom Rohr zu erleichtern und beim Eintreiben die Reibung
an den Wänden zu vermindern.
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Auf einem im oberen Teil des Sondierrohres 1 vorgesehenen inneren
Bund 4 kann sich ein Einsatz 5 aus dünnem Metall, Kunststoff od. dgl. zur Aufnahme
der Bodenproben abstützen. Dieser Einsatz hat eine oder mehrere durch Öffnungen
voneinander getrennte Lippen 6. Der Einsatz 5 liegt passend im Sondierrohr
1. Auf der oberen Seite des Einsatzes 5 ruht ein Stempel 7, der einen Druck
auf den Einsatz ausüben kann. Der Druck wird von der unteren Fläche des Bundes 4
des Sondierrohres 1 aufgenommen. Sobald dieser Druck eine gewisse Größe überschreitet,
verbiegen sich die Lippen 6 nach der Mittellinie 8 des Sondierrohres 1 zu (F i g.
5).
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Vorzugsweise sind die Lippen 6 ein wenig nach außen gebogen, damit
sie an der Wand des Rohres anliegen und immer auf der unteren Fläche des Bundes
aufliegen, wobei sie zugleich den Einsatz zentrieren.
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Um ein gegenseitiges Aneinanderstoßen der gebogenen Lippen zu verhüten,
können die Lippen 6 verschiedene Länge haben, wie es in den F i g. 3 und 4 gezeigt
wird.
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Wenn der nach innen vorspringende Bund 4 mit einer ausgezackten unteren
Fläche, wie in F i g. 6 gezeigt wird, oder mit einer schraubenwindungsartig verlaufenden
unteren Fläche versehen ist (s. F i g. 7), so wird der Augenblick, in dem eine Lippe
gebogen wird, abhängig sein von dem Augenblick, in dem sie die untere Fläche erreicht.
Demzufolge werden die Lippen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander gebogen, so
daß sie aneinander vorbeigleiten und nicht aneinanderstoßen können.
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Vorzugsweise erhalten die Lippen dort Schwächungen, wo sie einen geringeren
Widerstand gegen Biegung oder Knickung leisten sollen. Zum Beispiel können die Lippen
örtlich schmaler gestaltet sein, indem die Öffnungen durch entsprechende Ausnehmungen
9 Rautenform erhalten, wie F i g. 9 zeigt, oder indem Ausnehmungen oder Bohrungen
10 in den Lippen vorgesehen werden (s. F i g. 8).
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Es ist klar, daß der Einsatz 5 mit den Lippen 6 ein Ganzes bilden
kann. Es kann aber auch ein loser Schließkopf mit diesen Lippen auf dem Einsatz
befestigt werden. Der Schließkopf kann nach dem Schließen der Lippen und nach dem
Hochziehen des Einsatzes von diesem entfernt werden. Der Schließkopf mit den Lippen
ist dann unbrauchbar, aber der Einsatz selbst kann aufs neue verwendet werden.
Auch
das Ausdrücken der Probe aus dem Einsatz ist erleichtert, wenn der Kopf mit den
gebrauchten Lippen vom Einsatz abnehmbar ist.
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Im zylindrischen Probeneinsatz treten durch den Unterschied zwischen
dem inneren Durchmesser und dem Durchmesser der Schneidkante 2 sowie durch die Reibung
an der Wand Verformungen der Probe auf. Es ist wichtig, dies zu vermeiden.
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Da der Einsatz mit den Lippen 6 mit zwischen diesen liegenden Öffnungen
10 und mit Ausnehmungen 9 versehen ist, ist es erfindungsgemäß möglich, eine thixotrope
Flüssigkeit im Sondierrohr 1 außerhalb des Einsatzes 5 durch einen getrennt angeordneten
Kanal oder im Raum zwischen dem Rohr und dem Einsatz hindurch nach unten zu leiten.
Die Flüssigkeit gelangt durch die Ausnehmungen der Lippen und durch die Öffnungen
zwischen den Lippen über die Bodenprobe bis auf die Innenwand des Einsatzes 5.
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Die in den Einsatz 5 eindringende Probe wird somit über die ganze
Peripherie von dieser Flüssigkeit umgeben und unterliegt keinerlei Verformungen
durch Reibung. Zudem kann der Druck auf die Flüssigkeit derart geregelt werden,
daß die Dichte in der Probe nahezu konstant bleibt, auch wenn der die Probe enthaltende
Einsatz geschlossen ist und hochgezogen wird.