DE1634430B2 - Verfahren zum Entnehmen einer Bodenprobe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entnehmen einer Bodenprobe, wobei ein Rohr in den Boden eingebracht, beim Einbringen in Schwingung versetzt und mit der Bodenprobe wieder herausgezogen wird.

Ein solches Verfahren ist z. B. aus der Druckschrift VERHANDELINGEN VAN HET KONINKLIJK NEDERLANDS GEOLOGISCH MIJNBOUWKUN-DIG GENOOTSCHAP, Geol. Serie, deel 21-2, 1963, aus dem Artikel »A New Apparatus For Taking Cores In Unconsolidated Sediments« bekannt.

Aus dem DT-Gm 1 918 693 ist eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben bekannt, bei der unter Einwirkung eines Rammgewichtes eine Stechsonde in eine zu untersuchende Formation eingetrieben wird. Die Besonderheit dieser bekannten Vorrichtung liegt in zwei druckmittelgesteuerten Verschlußgliedern für das Stechrohr, die nach dem Eintreiben des Stechrohres in die Formation die dabei in das Stechrohr hineingetriebene Probe abschließt und damit gegen ein Verrutschen oder Herausfallen sichert. Die Verschlußglieder bestehen dabei aus elastischen Schläuchen, die wahlweise zum Schließen des Verschlußgliedes mit Druckluft und zum Öffnen des Verschlußgliedes mit einem Unterdruck beaufschlagt werden können.

Aus der US-PS 2 650 068 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben aus unter Wasser liegenden Formationen bekannt, die von einem Schiff an einem Seil auf den jeweiligen Wassergrund abgesenkt wird und dort mit einem mit dem Sondenrohr verbundenen Schlagwerk eingetrieben wird. Diese bekannte Meßsonde verfügt dabei über eine Aufzeichnungseinrichtung, die nach dem Eintreiben der Sonde in die jeweilige Formation den Neigungswinkel der Sonde gegenüber der Senkrechten ermittelt und aufzeichnet. Diese Maßnahme dient bei der bekannten Vorrichtung jedoch lediglich dazu, die tatsächliche Lage der Schichtungen der zu untersuchenden Formation genau feststellen zu können, wozu selbstverständlich dann auch der jeweilige Neigungswinkel der Sonde gegenüber der Formation zu berücksichtigen ist.

Bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ergeben sich beim Ziehen einer Bodenprobe Schwierigkeiten wegen der zunehmenden Reibung zwischen der Rohrwand der Meßsonde und dem zu uniersuchenden Boden. Infolge dieser Reibungskräfte tritt eine Verstopfung am Ende des Meßrohres ein, so daß das Rohr bei seinem weiteren Eindringen in den Boden wie ein Pfahl in diesen eingetrieben wird. Die Folge ist, daß das zu untersuchende Material nicht über die .ganze Arbeitstiefe in das Meßrohr eindringt, die erwünschte Grundprobe also unzulänglich ist.

Aufgabe der Erfindung-ist ;<ks\ iejijqeues Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem diese störenden Reibungskräfte weitgehend ausgeglichen

ίο werden, so daß zufriedenstellende Bodenproben gezogen werden können.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß während des Einbringens der Druck in dem Rohr gegenüber dem Außendruck mit steigender Eindringtiefe allmählich herabgesetzt wird.

Mit dieser einfachen erfindungsgemäßen Maßnahme sind die auftretenden Reibungskräfte beim Einbringen des Meßrohres in den Boden so weit herabgesetzt, daß

ao mit der tatsächlichen zu untersuchenden Formation genau übereinstimmende Bodenproben gewonnen werden können. Da mit keinen der bekannten Verfahren oder Vorrichtungen in der gleichen einfachen Weise durch Herabsetzung der Reibungskräfte Bodenproben vergleichbarer Qualität bezogen werden können, ist mit dem neuen Verfahren gegenüber dem Stand der Technik ein erheblicher technischer Fortschritt zu erzielen.

Das neue Verfahren dient insbesondere zum Ziehen einer Bodenprobe aus einem Boden, der unter Wasser liegt. In diesem Fall wird das Rohr, wenn es mit.dem Boden in Berührung kommt, ganz oder teilweise mit Wasser gefüllt sein. Nach einer Weiterbildung wird nun ehe oder im Augenblick, in dem das Rohr den Boden berührt, das Wasser durch Preßluft aus dem Rohr hinausgepreßt, worauf das Eindringen des Rohres beginnt. Wenn nun beim Eindringen der Druck in dem Rohr herabgesetzt wird, werden die von der Rohrwand auf die in das Rohr gedrungene Proben ausgeübten Reibungskräfte ausgeglichen. Die auf die Bodenprobe infolge der Druckdifferenz ausgeübte Kraft braucht nicht groß zu sein, weil die Reibungskräfte durch das Schwingen gering bleiben. Diese Reibungskräfte werden jedoch bald größer, wenn der Druckunterschied zu gering ist oder fortfällt, was zur Folge hat, daß die Bodenprobe bei weiterem Schwingen sich festsetzt. Ein zu großer Druckunterschied führt, wenn unter Wasser eine Bohrung in Sandschichten vorgenommen wird, die Entwässerung der Bodenprobe herbei. Wenn am Anfang des Eindringens der Druckunterschied zu groß ist, saugt sich das Rohr großenteils mit Wasser voll. Die Höhe des Druckunterschieds ist also für eine gleichmäßig vor sich gehende Bohrung und zur Erhaltung einer guten Bodenprobe von großer Bedeutung Außerdem kann dann ein Vibrator geringer Leistung und kleinen Gewichts benutzt werden.

Die Regulierung des Drucks im Inneren des Rohrs wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dazu benutzt, beim Herausziehen des Rohres einen Unterdruck in diesem herzustellen. Die Anwendung eines Rückschlagventils auf der unteren Seite des Rohres ist dann nicht von wesentlicher Bedeutung, und im allgemeinen kann die Zuführung von Ergänzungsluft unterbleiben. Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf diese Vorrichtung und Γ i g. 2 in etwas vergrößertem Maßstab teilweise

einen Längsschnitt und teilweise eine Ansicht des oberen und unteren Teiles einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach F i g. 1.

Die Vorrichtung besteht aus einem Gestell 1, das sich aus einem Sockel 2 und einer von zwei Ständern 4 gebildeten Führung 3 zusammensetzt. Der Sockel 2 ist mit vier Beinen 5 versehen. Ein Vibrator 6 kann sich mittels vier die Ständer 4 umgreifender Ösen 7 entlang den Führungen 3 schieben. Der Vibrator 6 ist in üblicher Weise zusammengebaut und wird deshalb nicht in Einzelheiten beschrieben. An dem oberen Ende des Vibrators 6 ist eine Aufhängeöse 8 vorgesehen, an der die ganze Vorrichtung aufgehängt werden kann, damit dieselbe auf den zu untersuchenden Boden abgesenkt werden kann. Mittels dieser Aufhängeöse soll weiter das noch näher zu beschreibende Rohr 12 aufgezogen und die ganze Vorrichtung wieder an Bord geschafft werden.

Der Vibrator 6 weist an seinem unteren Ende einen Flansch 9 auf, an dem über einen Keil 10 ein Kupplungsstück 11 befestigt werden kann. Mit diesem Kuppiungsstück 11 ist ein Rohr 12 verbunden, das aus mehreren Teilen aufgebaut ist und als Ganzes das eigentliche Probenrohr bildet. Das Rohr 12 besteht mindestens aus zwei konzentrischen Rohren 13 und 14, zwischen *5 denen ein kleiner, ringförmiger Zwischenraum 15 vorhanden ist. Das Kupplungsstück 11 ist mit zwei Anschlüssen 16 und 17 versehen. Der erste Anschluß 16 ist mit dem Inneren des inneren Rohres 14 verbunden und dient zur Zuführung von Preßluft an diesen Raum und dessen Evakuation. Der Anschluß 17 ist mit dem Zwischenraum 15 verbunden und dient zur Zuführung von Ergänzungsluft, wie nachstehend beschrieben wird.

An dem unteren Ende des Rohrs 12 ist in üblicher Weise ein Rückschlagventil 18 vorgesehen. Der Zwischenraum 15 erstreckt sich bis zu diesem unteren Ende, und über einige, hier nicht dargestellte Löcher in der Rohrwand steht dieser Zwischenraum mit der Zone an dem unteren Ende des Rohres 12 in Verbindung. Das Rohr 12 ist an seinem oberen Ende bei 19 abgeschlossen.

Um einen der Ständer 4 des Gestells 1 ist eine Vorrichtung 20 schiebbar vorgesehen, die aus einem bei 22 der Stütze 23 angelenkten Kasten 21 besteht. Mittels einer Feder 24 wird der Kasten 21 in einer bestimmten Stellung gehalten. In der Ausführung nach F i g. 2 ist diese Stellung parallel zur Mittelachse 25 der ganzen Vorrichtung. Innerhalb des Kastens 21 ist ein auf die Winkelstellung des Gestells 1 hinsichtlich der Senkrechten rückwirkendes Glied vorgesehen. Weiter befindet sich in dem Kasten 21 ein Stromschalter, welcher über eine Leitung 26 in den Stromkreis des elektrisch angetriebenen Vibrators 6 aufgenommen ist. Die erwähnte Vorrichtung 20 und der Schalter sind nicht näher dargestellt, da dieselben in üblicher Weise ausgebildet sind und z. B. aus einem Quecksilberröhrenschalter bestehen können.

Der Kasten 21 ist über einen in Richtung des Ständers 4 verlängerten Arm 27 mit dem Gelenk 22 der Stütze 23 verbunden. Die untere mit den in F i g. 2 links abgebildeten Ständer zusammenarbeitende Öse 7 dient als Anschlag für diesen verlängerten Arm 27. Wenn die Öse 7 des Vibrators 6 den Arm 27 berührt, wird der Kasten 21 verkantet, was in F i g. 2 gestrichelt dargestellt ist. Durch diese Verdrehung wird die Vorrichtung 20 betätigt, wodurch die Stromzufuhr zu dem Vibrator 6 unterbrochen wird.

Mit Hilfe eines Kranes wird die an der Aufhängeöse 8 hängende Vorrichtung über die Stelle gebrächt, wo auf dem Wassergrund eine Bodenprobe entnommen werden soll. Das Aufzugseil wird abgefiert und die Vorrichtung senkt sich in das Wasser und verschwindet unter den Wasserspiegel, bis das Schlaffhängen des Aufzugseils zeigt, daß der Sockel 2 sich auf dem Boden abstützt. Während dieses Absenkens befindet sich der Vibrator 6 hinsichtlich der Führung 3 in seiner oberen Stellung, d. h., die oberen Ösen 7 befinden sich oben an den Ständern 4. In diesem Zustand befindet sich das Rohr 12 in seiner am weitesten zurückgezogenen Stellung, wobei das untere Ende über einer sich durch die unteren Enden der Beine 5 erstreckenden imaginären Ebene liegt. Dieser Zustand ist in F i g. 2 dargestellt. Wegen der Verriegelungsvorrichtung 28 ist kein Versetzen des Vibrators 6 hinsichtlich der Führung 3 möglich. Über den Anschluß 16 wird jetzt Preßluft in das Rohr 14 eingebracht, so daß das Wasser aus diesem Rohr 14 hinausgetrieben wird. Darauf wird der Hauptschalter für den Vibrator 6 geschlossen, wodurch gleichzeitig die Vorrichtung 20 betätigt wird. Wenn die Abweichung der Winkelstellung der Mittelachse 25, d. h. des Rohrs 12 hinsichtlich der Senkrechten größer als ein annehmbarer Wert, z.B. 10° ist, so wird der Stromschalter in dem Kasten 21 sich öffnen und hierdurch die Speisung des Vibrators 6 unmöglich machen. Durch die Verlegung der Vorrichtung mittels des Aufzugseils an der Öse 8 kann eine Stellung gewählt werden, die der gewünschten senkrechten Stellung genügend nahe liegt, so daß die Vorrichtung 20 unwirksam wird und das Bohren beginnt. Sobald der Vibrator 6 arbeitet, gibt die Verriegelungsvorrichtung 28 den Vibrator 6 mit dem Rohr 12 frei. Während des Eindringens des Rohres 12 in den Boden wird der Druck in dem Rohr 12 gesenkt, so daß ein Unterdruck in dem Rohr 12 entsteht. Diese Regulierung wird derart ausgeführt, daß das Rohr 12 sich regelmäßig senkt, was an einer Markierung am Aufzugseil beobachtet werden kann.

Der Vibrator 6 schiebt sich entlang der Führung 3 abwärts, bis die Öse 7, d. h. der Anschlag, den Arm 27 berührt. Hierdurch wird der Kasten 21 verkantet und die Vorrichtung 20 betätigt, wodurch die Stromzufuhr zu dem Vibrator 6 unterbrochen wird. Das Überwachungspersonal weiß dann, daß das Rohr 12 aus dem Boden wieder herausgezogen werden kann. Da die Stellung des Gestells 1 praktisch lotrecht ist, kann dieses Herausziehen ohne weiteres über das mit der Aufhängeöse 8 verbundene Aufzugseil erfolgen. Der Kran zieht die ganze Vorrichtung herauf.

Während des Aufholens wird ein Unterdruck von z. B. 20 bis 40 cm QS bei Sand, in dem Rohr 12 eingestellt oder aufrechterhalten, wodurch vermieden wird, daß infolge des an dem Rohrende in dem Boden auftretenden Unterdrucks die gezogene Bodenprobe wieder »herausgezogen« wird. Auch kann über den Anschluß 17 und den Zwischenraum 15 zwischen den Rohren 13 und 14 Ergänzungsluft an das untere Ende des Rohres 12 zugeführt werden, während auch noch das Rückschlagventil 18 wirksam wird. Beim Herausziehen des Rohres 12 aus Kleiboden wird das Vakuum möglichst hoch gewählt. Die Schwingungsfrequenz kann zwischen 1000 bis 5000 Schwingungen je Minute liegen. Die auftretenden Beschleunigungskräfte sind 10 bis 15 g, wobei g die Gravitationskraft ist.

Das Rohr 14 kann als eine abnehmbare Einlage aus durchscheinendem Kunststoff ausgeführt sein, so daß nach dem Aufholen der Vorrichtung das Rohr 12 ent-

kuppelt, die Probe daraus entfernt und das äußere Rohr 13 mit einer neuen Auskleidung versehen werden kann. Hierauf ist die Vorrichtung wieder betriebsfähig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entnehmen einer Bodenprobe, bei dem ein Rohr in den Boden eingebracht, beim Einbringen in Schwingung versetzt und mit der Bodenprobe wieder herausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Einbringens der Druck in dem Rohr gegenüber dem Außendruck mit steigender Eindringtiefe allmählich herabgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bodenberührung des Rohres vor Beginn des Eindringvorgangs das Wasser durch Preßluft aus dem Rohr hinausgepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herausziehen des Rohres in diesem ein Unterdruck hergestellt wird.