DE1208263B - Verfahren zur Erlangung einer im entnommenen Zustand unberuehrten Bodenprobe aus Bohrloechern mittels Sondierrohren - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erlangung einer im entnommenen Zustand unberührten Bodenprobe aus Bohrlöchern mittels Sondierrohren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erlangung einer im entnommenen Zustand unberührten Bodenprobe aus Bohrlöchern mittels Sondierrohren.
• Beim Stechen einer Bodenprobe zur Bestimmung des Bodenprofils oder auch der Eigenschaften des Bodens wird die Erhaltung im unberührten Zustand möglichst angestrebt. Nun tritt im Sondierrohr, in dem die Probe nach oben steigen muß, zwischen der Wandung und der Probe eine Reibung auf, und durch diese Reibung wird die Probe in Längsrichtung zusammengepreßt und somit gestört. Falls der Innendurchmesser des Sondierrohres oder eines gegebenenfalls vorhandenen Probenkastens um vieles größer ist als der Schneidkopfdurchmesser, wird die durch den Druck auf die Wandung verursachte Reibung geringer sein, da die Probe einen größeren Raum vorfindet, sie kann jedoch dann auch noch in dem ihr gebotenen Volumen unter dem Einfluß ihres Eigengewichtes zum »Ausweichen« Gelangen, und auf diese Weise entsteht in der Probe doch eine Störung.
• Bei der Entnahme kurzer Proben, z. B. von 50 cm oder kürzer, ist diese Störung durch die Wandung oft verhältnismäßig gering. Für längere Proben, mit einer Länge von z. B. einigen Metern oder länger, wird die Reibung jedoch so groß, daß die Probe nicht weiter in das Sondierrohr hinaufrückt und eine unzulässige Störung im entnommenen Teil auftritt.
• Um diese Nachteile zu beheben, wird erfindungsgemäß dem Sondierrohr eine Flüssigkeit zugeführt, welche einerseits, da sie eine sehr geringe Innenreibung besitzt, als Schmiermittel dient und andererseits ein so hohes spezifisches Gewicht hat, daß sie sich von dem an der Stelle des Schneidkopfes und in der Probe herrschenden Druck nicht wegpressen läßt, sondern als Unterstützungsflüssigkeit rund um die Probe herum im Sondierrohr stehenbleibt und die Probe intakt erhält. Weiter hat die Unterstützungsflüssigkeit eine derartige Zusammensetzung, daß sie nicht in die Probe eindringt, sondern um die Probe herum ein nahezu wasserdichtes Häutchen bildet, das den Druck der Unterstützungsflüssigkeit auf die Probe als Ganzes überträgt.
• Zu diesem Zweck kann die erfindungsgemäße UnterstützunGsflüssigkeit z. B. aus einer wäßrigen Suspension von Tonmineralien bestehen, wobei beschwerende Mittel, Stabilisatoren und ähnliche geeignete Substanzen zur Bildung eines stabilen, tonartigen Häutchens zugesetzt werden. Durch die Anwesenheit dieses Häutchens bleibt eine Probe aus zusammenhängender Erde in demselben Zustand, in dem sie entnommen wurde.
• Jedoch hat diese Art Unterstützungsflüssigkeit, welche hier trotz ihres ziemlich hohen spezifischen Gewichtes als leichte Flüssigkeit bezeichnet werden soll, den Nachteil, daß zwischen der Probe und der Flüssigkeit immer Kohäsionskräfte wirksam sind, welche beim Wieder-in-Beweg 5 Setzen des Sondierrohres nach einer Pause zum Aufsetzen eines Ansatzrohres oder während der Entnahme selbst in der Unterstützungsflüssigkeit erhebliche Druckschwankungen auslösen können. Bei körniger, locker geschichteter Bodenbeschaffenheit können die Druckschwankungen ein solches Ausmaß erreichen, daß das zulässige Verhältnis zwischen dem vertikalen Druck und dem benötigten horizontalen Unterstützungsdruck überschritten wird, so daß die Probe örtlich ihre Stabilität verliert und eine weitere Entnahme unmöglich wird. Um auch diesen Schwierigkeiten vorzubeugen, wird erfindungsgemäß um die Probe herum eine hautbildende Flüssigkeit in das Sondierrohr hineingebracht, welche ein oder mehrere inerte beschwerende Mittel in einer homogenen Suspension nebst einer Lösung eines wasserunlöslichen Kunststoffes in einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel enthält, wobei primär unter dem Einfluß des in der Probe vorhandenen Wassers ein zusammenhängendes Kunststoffhäutchen auf der Manteloberfläche der Probe entsteht. Die Kohäsionskräfte, welche zwischen der Probe und der umgebenden Flüssigkeit entstehen könnten, werden von diesem Häutchen aufgehoben, und damit werden auch die infolge dieser Kräfte auftretenden Druckschwankungen vermieden.
• Es ist jedoch weniger empfehlenswert, daß bei der Entnahme langer, durchgehender Proben die ganze Länge des Sondierrohres und Eintreiberohres mit allen Zusatzstücken, die dazu verwendet werden, um das Sondierrohr tief in die Boden hineinzutreiben, mit dieser hautbildenden Flüssigkeit von hohem spezifischem Gewicht auszufüllen.
• Nach der Erfindung geht man daher vorzugsweise so vor, daß man diese hautbildende Flüssigkeit allein rund um die Probe herum in das Sondierrohr hineinbringt und bei einem weiteren Eintreiben des Sondierrohres dem Eintreiberohr und seinen Zusatzstücken eine leichte Unterstützungsflüssigkeit mit einem etwas niedrigeren spezifischen Gewicht vom obenerwähnten Typus zuführt.
• Bei der Probeentnahme wird die eintretende Bodenprobe längs der hautbildenden Flüssigkeit geführt, und unter dem Einfluß des in der Probe vorhandenen Wassers schlägt sich ein dünnes Häutchen aus Kunststoff auf der Manteloberfläche nieder. Im Sondierrohr steht auf der hautbildenden Flüssigkeit eine Säule von leichter Flüssigkeit, und sobald die Manteloberfläche und auf ihr das noch sehr schwache, aber schon zusammenhängende Kunststoffhäutchen beim Hochsteigen in den Eintreiberohren mit der wäßrigen leichten Flüssigkeit in Berührung kommt, wird der Kunststoffilm zu einer Haut verfestigt. Auch diejenigen Teile der Probe, die verhältnismäßig wenig Wasser enthalten, die aber, weil sie durch die hautbildende Flüssigkeit geführt worden sind, zwar ein Häutchen bekamen, in denen aber der Kunststoff nicht in völlig niedergeschlagenem Zustand vorliegt, werden bei der Berührung mit der leichten Flüssigkeit mit einer geschlossenen Kunststoffhaut versehen. Die Haut wächst in den wasserhaltigen Teilen der Probe am ersten aus der hautbildenden Flüssigkeit heraus sozusagen nach innen hin. In den wenig oder gar nicht wasserhaltigen Teilen der Probe wächst es nach außen hin, weil in diesem Falle das Wasser an der Außenseite der zu bildenden Haut vorhanden ist.
• Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die ganze Probe mit einer völlig geschlossenen Kunststoffhaut, welche um die Probe herum eine Art Röhre bildet, versehen. Die leichte Flüssigkeit, die sich in den Zusatzstücken rund um diese Röhre befindet, fungiert dabei wieder als Unterstützungsflüssigkeit und übernimmt die in der Haut vorhandene, aus dem vertikalen Druck des Eigengewichtes stammende, horizontale Spannung.
• Die Haut wirkt außerdem abstoßend auf die leichte Flüssigkeit, so daß nicht länger Kohäsionskräfte zwischen der sich bewegenden Probe und der leichten Flüssigkeit entstehen.
• Eine nichtzusammenhängende Bodenschicht, welche sich unter dem Einfluß dieses vertikalen Druckes verformen und den Durchmesser der von der Kunststoffhaut gebildeten Röhre vergrößern möchte, behält durch die Zusammenarbeit der geschlossenen Haut und der umgebenden Unterstützungsflüssigkeit ihre ursprüngliche Form bei. Auch beim Hochziehen der Probe, wobei der Druck der Unterstützungsflüssigkeit naturgemäß abnimmt und verschwindet, hält die geschlossene Haut die Probe völlig intakt. Auf diese Weise wird die Beschaffenheit der Bodenarten über die ganze Länge der Probe in dem im Moment der Entnahme vorhandenen Zustand festgelegt. Die Kunststoffhaut wird ja auf der Manteloberfläche der Probe unmittelbar hinter dem Schneidkopf aufgebracht, und die Probe behält dabei einen Durchmesser, über dem der Innendurchmesser des Schneidkopfes nahezu gleich ist. Der zwischen der Probe und ihrer Haut vorhandene Spielraum in der inneren Wandung der Zusatzstücke ist dann mit der leichten Flüssigkeit, welche als Schmiermittel und zugleich als Unterstützungsflüssigkeit wirkt, angefüllt.
• Dadurch, daß man unten im Sondierrohr eine schwere hautbildende Flüssigkeit und im Eintreiberohr und in den Zusatzstücken die leichte Flüssigkeit auf Wasserbasis verwendet, könnte sich unter dem Einfluß des Wassers zwischen den beiden Flüssigkeiten eine Haut bilden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dies nicht in großem Maßstab der Fall ist, wahrscheinlich weil die ringförmige Grenzfläche bezüglich der Manteloberfläche der Probe sehr klein ist, und eine eventuelle Haut, die sich gebildet hat, mit dem Häutchen, das sich auf der Mantelfläche gebildet hat, zusammenhängt und stets unmittelbar mit hochgezogen wird.
• Die Menge an hautbildender Flüssigkeit, die dem Sondierrohr beim Anfang der Entnahme zugeführt wird, soll naturgemäß hinreichend sein, um die ganze Probe, auch wenn diese eine Länge von vielen Metern besitzt, mit einer Kunststoffhaut zu versehen. Das Nachfüllen mit hautbildender Flüssigkeit während der Entnahme stößt bei Anwesenheit einer leichten Flüssigkeit auf Schwierigkeiten. Durch ihr höheres spezifisches Gewicht würde die hautbildende Flüssi'-keit schon durch die leichte Flüssigkeit hindurchsickern, wenn nicht der Kunststoff unmittelbar mit dem Wasser aus der leichten Flüssigkeit reagieren würde, so daß der Kunststoff unterwegs schon ganz gefällt würde, was zu unzulässiger Verstopfung und Störung Anlaß geben würde.
• Die leichte Flüssigkeit hingegen, die sich allein in den Ansatzrohren befindet, kann beim Aufsetzen dieser Rohre bequem nachgefüllt werden.
• Nach der Erfindung sind die bevorzugten hautbildenden Stoffe Vinylpolymere, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylazetat und Polymethylmethakrylat, Vinylmischpolymere, wie von Vinylazetat und Vinylchlorid oder Vinylterpolymere, wie Terpolymer von Vinylazetat, Vinylchlorid und Maleinsäure. Nach der Erfindung wird vorzugsweise als Lösungsmittel für den Kunststoff in der hautbildenden Flüssigkeit das Azeton verwendet, es lassen sich aber auch verschiedene andere, mit Wasser mischbare, organische Lösungsmittel wie Diacylazeton, ein- oder mehrwertige Alkohole mit nicht mehr als 4 C-Atomen, wie Methanol, Äthanol, Glyzerin und Methylenglykol, Aminoalkohole, Dioxan, Pyridin und heterozyklische Alkohole hierzu verwenden.
• Die Kunststofflösung wird mit Hilfe einer oder mehrerer nicht mit Wasser mischbaren und nicht als Weichmacher für die Kunststoffhaut wirkenden Verdünnungsflüssigkeiten auf die verlangte Viskosität gebracht. Diese Flüssigkeiten beeinflussen auch das spezifische Gewicht der hautbildenden Flüssigkeit, und deswegen ist es vorteilhaft, wenn die Verdünnungsflüssigkeit ein hohes spezifisches Gewicht hat, so daß sie zugleich als Beschwerungsmittel wirken kann. Nach der Erfindung werden daher die Halogenkohlenwasserstoffe wie Tetrachlorkohlenstoff. Trichloräthylen und Tetrabrommethan vorgezogen.
• Aus verschiedenen Gründen ist der Tetrachlorkohlenstoff am meisten Geeignet. In diesem Fall ist einem in Tetrachlorkohlenstoff unlöslichen Kunststoff der Vorzug zu geben, und als solche sind Mischpolymere von Vinylchlorid und Vinylazetat und Terpolymere von Vinylazetat, Vinylchlorid und Maleinsäure sehr geeignet.
• Um das verlangte hohe spezifische Gewicht der hautbildenden Flüssigkeit zu erhalten, können erfindungsgemäß auch schwere, inerte Füllmittel zugesetzt werden. Hierbei wird ein Färbefüllmittel, wie Titandioxyd, Baryt, Bleichromat, Bleititanat und Bleimennige, bevorzugt, das ganz oder teilweise von der Haut absorbiert wird und somit einen scharfen Farbkontrast sowohl mit der Probe als mit der leichten Flüssigkeit ergibt, welche letztere vorzugsweise auch in bezug auf das Muster gefärbt ist.
• Weiter empfiehlt es sich, der Suspension an sich bekannte Stabilisatoren, wie Talg, Bentonit und Kaofnit, zuzusetzen, während oberflächenaktive Stoffe, wie Harzseife und Polyäthylenglykolmonooleat, einen günstigen Einfluß auf die Suspension ausüben. Naturgemäß finden vorzugsweise voneinander verschiedene Stabilisatoren, Füllstoffe ii. d-1. in der leichten Flüssigkeit lind in der hautbildenden Flüssigkeit Verwendung.
• Als Beispiel einer leichten Flüssigkeit möge die untenstehende Zusammensetzung dienen: 8000 cni3 Wasser, 300 cin3 10°/@iae wäßrige Lösung von Quebracho, 7,5- Natriumhydroxyd, 400 g Bentonit, 60 g Carboxymetliylzellulose, 1500g Kolkotliar (Englisel)rot). 8000 n Baryt. Als Beispiel einer hautbildenden Flüssigkeit unten im Sondierrolir möge die nachfolgende Zusammensetzung Dienst tun: 750g 20 °/oige Lösung in Azeton von Teipolynier von Polyvinylazetat, PolyvinAchlorid und Maleinsäure, 700- Tetrachlorkohlenstoff, 200 `@ Tal- , 900g Bleimennige. 15 - Harzseife, 10 @@ Polyätliylenglykol-400-Monooleat. Selbstverständlich sind auch andere Zusammensetzungen als die oben aufgeführten unter Verwendung der obengenannten Lund ähnlicher, eine stabile Haut uni die Probe herum bildender Stoffe möglich. Es ist sogar für die leichte Flüssigkeit eine der zunehmenden Tiefe entsprechende Änderung möglich, wobei der Wassergehalt der den Zusatzstücken letztzugeführten Menge größer als der Wassergehalt der unmittelbar auf die hautbildende Flüssigkeit- aufgegebenen Flüssi;-keit ist-Wichtig ist noch, daß der Rohr,#verkstoff der Entnahmevorrichtung nicht von den verschiedenen Flüssigkeiten korrodiert wird. Die Rohre werden deshalb vorzu`asweise aus rostfreiem Stahl hergestellt oder mit verchromten Innenwandungen versehen, damit auf diesen Wandungen keine Hautbildung entstehen kann. Wenn die Probeentnahme erst in einer bestimmten Tiefe beginnen darf, z. B. bei der Entnahme unter dem Wasser, kann im Schneidkopfmundstück ein Verschlußorgan angeordnet werden, das sich in der korrekten Tiefe löst. Die hautbildende Flüssigkeit und die leichte Flüssigkeit werden dann vorzugsweise beim Eindrücken der Entnahmevorrichtung in der gewünschten Menge zugeführt, so daß das Verschlußorgan, nachdem es gelöst worden ist, in der Flüssig keit hochschwimmen und mühelos über der Erde aus den Zusatzstücken entfernt werden kann.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Erlangung einer dem Entnahmezustand entsprechenden ungestörten Bodenprobe aus Bohrlöchern mittels Sondierrohren, insbesondere langen Bodenprobe, unter Verwendung einer Entnahmevorrichtung, wobei dem Sondierrohr eine Flüssigkeit zugeführt wird, ge- kennzeichnet durch Verwendung, Einbringung und Halten einer Flüssigkeit unter Druck mit sehr geringer Innenreibung und hohem spezifischem Gewicht als Unterstützungsflüssigkeit, zwischen die angeschnittene Probe und das Sondierrohr, wobei die Flüssigkeit außerdem in ihrer Zusammensetzung derart verwendet wird, daß sie um die Probe herum ein nahezu wasserdichtes Häutchen bildet, das den aufgebrachten Druck der Flüssigkeit auf die Probe als Ganzes überträgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ggekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einer wäßrigen Suspension von Tonmineralien unter Zusatz von beschwerenden Mitteln, Stabilisatoren und ähnlichen, zur Bildung eines tonartigen, stabilen Häutchens Geeigneter Substanzen besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine hautbildende Flüssigkeit verwendet wird, welche in einer homogenen Suspension nebst einer Lösung eines wasserunlöslichen Kunststoffes in einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel ein oder mehrere inerte beschwerende Mittel enthält, wobei primär unter dem Einfluß des in der Probe vorhandenen Wassers ein zusammenhängendes Kunststoffhäutchen auf der Manteloberfläche der Probe entsteht.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entnahmevorrichtung und oben auf die rundum die Probe befindliche schwere hautbildende Flüssigkeit eine leichte Flüssigkeit zugeführt wird, welche aus einer wäßrigen Suspension von beschwerenden Mitteln und anderen Stoffen besteht, wodurch sekundär die auf der Manteloberfläche der Probe befindliche Kunststoffhaut verstärkt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leichte Flüssigkeit andere beschwerende Mittel und Stabilisatoren enthält als die hautbildende Flüssigkeit.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der hautbildenden Flüssigkeit Azeton, Diacylazeton, ein ein- oder mehrwertiger Alkohol mit nicht mehr als 4 C-Atomen, ein Aminoalkohoi, Dioxan, Pyridin und/oder ein heterozyklischer Alkohol als mit Wasser mischbares Lösungsmittel verwendet wird. 7.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein Vinylpolymer, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylazetat und Polymethylmethakrylat, ein Mischpolymer, wie von Vinylazetat und Vinylchlorid, oder ein Terpolymer, wie von Vinylazetat, Vinylchlorid und Maleinsäure, Verwendung findet. B.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Tetrachlorkohlenstofff und/oder Trichloräthylen und/oder Tetrabrommethan als Verdünnungsflüssigkeit, die zugleich als beschwerendes Mittel dient, verwendet wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein farbiges Füllmittel, das ganz oder teilweise von der Kunststoffhaut absorbiert wird, wie Titandioxyd, Baryt, Bleichromat, Bleititanat und/oder Bleimennige, als beschwerendes Mittel in der hautbildenden Flüssigkeit verwendet wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere oberflächenaktive Stoffe, wie Harzseife und Polyäthylenglykolmonooleat, der Suspension zugesetzt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 896 253; USA.-Patentschrift Nr. 2 823 753; »Baumaschine und Bautechnik«, 1962, Juni-Heft, S.252.