DE19947214A1

DE19947214A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung einer Kleinrammbohrung

Info

Publication number: DE19947214A1
Application number: DE1999147214
Authority: DE
Inventors: Fred Reinhard
Original assignee: UCR UMWELTCONCEPTE RUHR GmbH
Current assignee: UCR UMWELTCONCEPTE RUHR GmbH
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2001-05-17

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen einer Kleinrammbohrung, bei denen das technische Problem, das stufenweise Durchführen des Bohrverfahrens durch einen einzigen Probengewinnvorgang zu ersetzen, dadurch gelöst ist, daß eine erste Rammkernsonde in den zu untersuchenden Untergrund im wesentlichen vollständig eingerammt wird, daß eine zweite Rammkernsonde mit der ersten Rammkernsonde verbunden wird und die zweite Rammkernsonde in den zu untersuchenden Untergrund im wesentlichen vollständig eingerammt wird und daß nach Erreichen der beabsichtigten Bohrtiefe die miteinander verbundenen Rammkernsonden aus dem Untergrund herausgezogen werden. Die Vorrichtung weist dazu mindestens zwei Rammkernsonden 1, 2 mit jeweils einer durchgängigen Bohrung 3 gleichen Durchmessers auf, wobei die mindestens zwei Rammkernsonden mit Hilfe von ersten und zweiten Verbindungselementen 4, 5 miteinander oder mit einem Bohr- oder Ziehantrieb verbunden werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Kleinrammbohrung und artverwandter Bohrungen, die für die geotechnische Erkundung von Böden an gewendet werden, wie sie bei der Baugrunderkundung oder der Altlastenuntersuchung erforderlich sind. Weiterhin können diese Verfahren und Vorrichtungen zur Bodenuntersuchung für bodenkundliche Zwecke oder im land-/forstwirtschaftlichen Umfeld eingesetzt werden. Generell liegt das Anwendungsge biet dort, wo der Boden erkundet werden soll, um Aussagen über die Beschaffenheit und Zusammensetzung des Untergrundes zu erhalten.

Ramm-Bohrverfahren der genannten Art werden auch als Bohrun gen mit Gewinnung von gekernten Proben bezeichnet, wobei als allgemeine fachspezifische Begriffe "Kleinbohrung", "Son dierbohrung" oder "Rammkernsondierung" in der DIN 4021 ange geben werden.

Das bisher im Stand der Technik angewendete Verfahren sowie die dazugehörige Vorrichtung, also Rammkernsondenanordnung, zum Durchführen von Kleinbohrungen lassen sich wie folgt darstellen. Eine beispielsweise 1 m lange Rammkernsonde wird mittels eines aufgeschraubten Schlagkopfes und eines Bohr hammers in den Boden bis in etwa 1 m Tiefe gerammt. An schließend wird die Rammkernsonde vom Schlagkopf getrennt, eine Bodenplatte über dem Bohrloch zentriert und ein Ziehge rät, beispielsweise in Form eines Hydrozylinders, darauf ge stellt. Eine Sondierstange wird auf die Rammkernsonde aufge schraubt, eine Wechselbackenklemme aufgesetzt und die Ramm kernsonde im Verbund mit der Sondierstange gezogen.

Soll der Boden noch tiefer, d. h. über die vorgegebene Länge der Rammkernsonde hinaus untersucht werden, so wird das Ziehgerät wieder entfernt und die Rammkernsonde wird in das bereits 1 m tiefe Bohrloch herabgelassen. Dann werden eine Sondierstange und der Schlagkopf aufgeschraubt und mit Hilfe des Bohrhammers die Bohrung bis auf den zweiten Meter Teufe durchgeführt. Danach muß erneut der Schlagkopf abgeschraubt, der Hydrozylinder über dem Bohrloch zentriert und eine zwei te Sondierstange aufgeschraubt werden. Dann wird das Gestän ge, bestehend aus einer 1 m langen Rammkernsonde und zwei 1 m langen Sondierstangen gezogen.

Für jeden nachfolgenden weiteren Meter Bohrung muß das zuvor beschriebene Verfahren wiederholt werden, bis schließlich die gewünschte Teufe erreicht wird. Dazu ist, wie beschrie ben, eine Vielzahl von sich wiederholenden und zeitintensi ven Schritten erforderlich.

Weitere Nachteile des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens sowie der zugehörigen Rammkernsondenanordnung be stehen darin, daß im offenen Bohrloch die Bohrlochwandung zusammenstürzt, was insbesondere bei nicht bindenden, körni gen Böden wie z. B. Sand oder Kies der Fall ist. Dieses kann sogar dazu führen, daß das Bohrloch derart verschlossen ist, daß die gesamte Bohrung aufgegeben werden muß. Ansonsten muß in jedem Fall das zugefallene Bohrloch in einem Zwischen schritt wieder aufgebohrt werden. Dabei ist es erforderlich, wieder zur vorigen Bohrtiefe das Bohrloch aufzubohren, damit das nach dem ersten Bohrgang eingefallene Schüttgut voll ständig ausgetragen wird, um Fehlinterpretationen des geolo gischen Schichtaufbaus weitgehend verhindern zu können. Dazu würde es nämlich kommen, wenn beispielsweise gleichartiger Boden aus einer Tiefe von 0,5-0,8 m in die Tiefe fällt und bei 2,0-2,3 m wieder erbohrt würde.

Weiterhin kommt es in grundwassergesättigten Bereichen dazu, daß sich die Bohrlochwandung zudrückt und das Bohrloch un weigerlich verschlossen wird. Daher muß die Bohrung in der Regel nach wenigen Dezimetern im Grundwasserniveau aufgege ben werden oder es müssen zusätzliche Hilfsmittel in Form einer stützenden Sonde oder eines entsprechenden Mantelroh res eingesetzt werden.

Ein weiteres Problem besteht bei dem mehrfachen Ansetzen bis zum Erreichen der Endteufe der Kleinbohrung, daß Schadstoffe verschleppt werden können. Daher treten die zuvor genannten Nachteile insbesondere bei der Erkundung von Schadstoffen im Boden auf, so daß Fehlinterpretationen bezüglich der Tiefen angabe eintreten können. Ein sorgfältiger Umgang mit wie derkehrenden Reinigungen des Bohrgestänges ist somit zwin gend erforderlich.

Weiterhin besteht ein Problem darin, daß am offenen Bohrloch Ausgasungen auftreten können, die insbesondere bei stark kon taminierten Standorten zu Belastungen der menschlichen Ge sundheit führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Pro blem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durch führung einer Kleinrammbohrung anzugeben, bei denen die zu vor genannten Nachteile aufgehoben sind, insbesondere das stufenweise Durchführen des Bohrverfahrens durch einen ein zigen Probengewinnvorgang zu ersetzen.

Das zuvor aufgezeigte technische Problem ist erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5, d. h. zum einen durch ein Ramm-Bohrverfahren gelöst, bei dem eine erste Rammkernsonde in den zu untersuchenden Untergrund im wesent lichen vollständig eingerammt wird, bei dem eine zweite Rammkernsonde mit der ersten Rammkernsonde verbunden wird und die zweite Rammkernsonde in den zu untersuchenden Unter grund im wesentlichen vollständig eingerammt wird und bei dem nach Erreichen der beabsichtigten Bohrtiefe die mitein ander verbundenen Rammkernsonden aus dem Untergrund heraus gezogen werden.

Das obengenannte technische Problem wird bezüglich einer Vorrichtung durch eine Rammkernsondenanordnung mit minde stens zwei im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildeten Rammkernsonden mit jeweils einer durchgängigen Bohrung glei chen Durchmessers gelöst, wobei die erste Rammkernsonde an einem ersten Ende eine Rammspitze aufweist, die das vordere in den Untergrund einzurammende Ende der Rammkernsondenan ordnung darstellt, wobei die zweite und ggf. jede weitere Rammkernsonde an ihrem einen Ende ein erstes Verbindungs element für eine vorangehende Rammkernsonde aufweist und wobei die mindestens zwei Rammkernsonden an ihrem zweiten Ende jeweils ein zweites Verbindungselement aufweisen, das mit dem ersten Verbindungselement oder einem Bohr- oder Ziehantrieb verbindbar ist.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, mit einem einzigen Schritt die vorgesehene Bohrung bis in die projektierte Tiefe abzuteufen. Da anstatt der im Stand der Technik ver wendeten Sondierstangen erfindungsgemäß jeweils weitere Rammkernsonden aufgeschraubt und eingerammt werden, ist ein Abteufen mit gleichzeitiger durchgehender Bodenprobenahme möglich, ohne schrittweise die Rammkernsonde aus dem Bohr loch herauszuziehen und wieder einzubringen. Denn nach dem Abteufen der ersten Rammkernsonde bis beispielsweise auf eine Tiefe von 1 m wird eine weitere Rammkernsonde aufge schraubt, so daß direkt weitergebohrt werden kann. Bis zum Erreichen der vorgesehenen Teufe wird in dieser Weise ver fahren. Nach Erreichen der vorgesehenen Teufe wird die ge samte Rammkernsondenanordnung bspw. durch übliche Hydrau likziehgeräte gezogen, wobei keine separaten Sondierstangen wie im Stand der Technik benötigt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von Vor teilen gegenüber dem Stand der Technik erreicht. Durch das Abteufen der Kleinrammbohrung in einem Arbeitsschritt wird eine Arbeitserleichterung für die Bedienpersonen erreicht. Erfindungsgemäß wird weiterhin eine durchgehende Bodenprobe bis zur Endteufe der Bohrung gewonnen, wobei wirkungsvoll das Verschließen der Bohrlochwandung verhindert wird, da kein zwischengeschaltetes Herausziehen der Rammkernsonden notwendig ist. Auch ist nur ein einmaliger Ziehvorgang er forderlich. Vorteilhaft ist weiterhin, daß Bodenproben auch in grundwassergesättigten Bereichen gewonnen werden können, wobei die Verschleppungsgefahr von Schadstoffen durch den stetigen Verschluß oder Einbruch der Bohrlochwandung mini miert wird. Minimiert werden ebenfalls auch Probenahmefehler aufgrund des durchgehenden Bohrens, wobei in besonders vor teilhafter Weise der gesamte Teufenabschnitt mittels der Sonde in das untersuchende Labor mitgenommen werden kann. Schließlich wird der Arbeitsschutz durch eine geringere Belastung der Bedienpersonen durch Ausgasungen aus dem of fenstehenden Bohrloch verbessert.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in dem Ausfüh rungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materi alauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem Anwendungsgebiet bekann ten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden kön nen. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegen standes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rammkernsondenanordnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Rammkern sondenanordnung in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten und

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Rammkernsondenanordnung in einer um 90° gedrehten Darstellung.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Rammkernson denanordnung mit zwei als Hohlzylinder ausgebildeten Ramm kernsonden 1 und 2 dargestellt, die jeweils eine durchgängi ge Bohrung 3 mit gleichem Durchmesser aufweisen. Die erste Rammkernsonde 1 ist an einem ersten Ende mit einer Rammspit ze versehen (nicht in der Zeichnung dargestellt), die das vordere in den Untergrund einzurammende Ende der Rammkern sondenanordnung darstellt. Die zweite Rammkernsonde 2 weist an einem Ende ein erstes Verbindungselement 4 auf, das mit der vorangehenden Rammkernsonde 1 verbunden wird. Weiterhin weisen die beiden Rammkernsonden 1 und 2 an ihren zweiten Enden jeweils ein zweites Verbindungselement 5 auf, das mit dem ersten Verbindungselement 4 verbunden werden kann. Darü ber hinaus ist das zweite Verbindungselement 5 dazu geeig net, mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Bohr- oder Ziehantrieb verbunden zu werden.

Durch aufeinanderfolgendes Anbringen von zweiten Rammkern sonden 2 mit jeweils schon miteinander verbundenen ersten und zweiten Rammkernsonden 1 und 2 entsteht eine durchgängige Rammkernsondenanordnung, die als Ganzes in den Untergrund eingerammt und einen durchgängigen Bohrkern enthaltend wie der aus dem zu untersuchenden Untergrund herausgezogen wer den kann.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind die Verbin dungselemente 4 und 5 als Innen- und Außengewinde ausgebil det, so daß jeweils zwei Rammkernsonden über ein Gewinde miteinander verbunden sind, wobei ein gleicher Innendurch messer eingehalten wird. Dasselbe gilt für die jeweils ober ste Rammkernsonde und dem Bohr- und Ziehantrieb. Auf die genaue Ausgestaltung des Verbindungselementes 4, 5 kommt es vorliegend jedoch nicht an, so daß das Gewinde selbst in un terschiedlicher Form beispielsweise als Trapez-, Rund- oder Sägegewinde ausgebildet sein kann. Darüber hinaus sind statt einer Gewindeverbindung auch alle gängigen Steckverschlüsse anwendbar, beispielsweise ein Bajonettverschluß.

Weiterhin weisen die Rammkernsonden 1 und 2 aufgeschnittene Bereiche 6 auf, die als Probenentnahmefenster dienen. Aus diesen Bereichen wird also die gewonnene Bodenprobe entnom men und eine Bodenansprache, d. h. ein Schichtenverzeichnis erstellt.

Wie Fig. 2 weiterhin zeigt, sind im Bereich einer Verbin dungszone 10 Schlüsselansatzflächen 7 und 8 im Mantel der Rammkernsonden 1 und 2 ausgebildet. Die Schlüsselansatzflä chen 7 und 8 dienen zum Ansetzen von Schraubschlüsseln wäh rend des Zusammen- und Auseinanderschraubens jeweils zweier Rammkernsonden 1 und 2. Damit diese Schlüsselansatzflächen 7 und 8 nicht zu einer Schwächung der Verbindungszone 10 führen, ist die Verbindungszone 10 zwischen den benachbarten Rammkernsonden 1 und 2 nach radial außen querschnittserwei tert, wodurch nicht nur die Stabilität der Verschraubung, sondern auch die für den Sondiervorgang und den Ziehvorgang notwendige Stabilität gewährleistet ist.

Die quer zur Längsrichtung der Rammkernsondenanordnung aus gerichteten Anlageflächen zwischen den beiden Rammkernsonden 1 und 2 im Bereich der Verbindungselemente 4 und 5 stellen die Flächen dar, die beim Einrammen der Rammkernsondenanord nung die Schlagkraft übertragen. Für eine Minderung des Ver schleißes können diese Stoßflächen durch Sprengringe zusätz lich gesichert sein, was jedoch nicht in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Das erfindungsgemäße Ramm-Bohrverfahren wird nun folgender maßen durchgeführt. Die erste Rammkernsonde 1, die die Ramm spitze aufweist, wird am der Rammspitze gegenüberliegenden Ende mit einem Schlagkopf und einem Bohrhammer verbunden und zunächst im wesentlichen vollständig in den Untergrund ein gerammt. Danach werden der Schlagkopf und der Bohrhammer entfernt und eine zweite Rammkernsonde 2 mit der ersten Rammkernsonde 1 mittels der Verbindungselemente 4 und 5 verbunden. Am freien Ende der zweiten Rammkernsonde 2 wird dann wiederum der Schlagkopf und der Bohrhammer befestigt und die aus nunmehr zwei Rammkernsonden 1 und 2 bestehende Rammkernsondenanordnung in den Untergrund eingerammt. Falls erforderlich werden weitere Rammkernsonden 2 wie zuvor be schrieben mit der bereits bestehenden Rammkernsondenanord nung verbunden und jeweils in den Untergrund eingerammt. Nach Erreichen der beabsichtigten Bohrtiefe wird die gesamte Rammkernsondenanordnung in einem Schritt aus dem Untergrund herausgezogen, wozu der Schlagkopf und der Bohrhammer nach dem letzten Rammvorgang durch ein Ziehgerät ersetzt werden. Das Ziehgerät zieht dann die miteinander verbundenen Ramm kernsonden als eine Einheit aus dem Boden heraus. Der so gewonnene durchgehende Bohrkern kann dann einer genauen geologischen Analyse zugeführt werden.

Bezugszeichenliste

1

Rammkernsonde

2

Rammkernsonde

3

Bohrung

4

erstes Verbindungselement

5

zweites Verbindungselement

6

Probenahmefenster

7

Schlüsselansatzfläche

8

Schlüsselansatzfläche

9

Bohrkern

10

Verbindungszone

Claims

1. Bohrverfahren, insbesondere zum Durchführen einer Kleinrammbohrung,

a) bei dem eine erste Rammkernsonde in den zu unter suchenden Untergrund im wesentlichen vollständig eingerammt wird,
b) bei dem eine zweite Rammkernsonde mit der ersten Rammkernsonde verbunden wird und die zweite Ramm kernsonde in den zu untersuchenden Untergrund im wesentlichen vollständig eingerammt wird und
c) bei dem nach Erreichen der beabsichtigten Bohrtie fe die miteinander verbundenen Rammkernsonden aus dem Untergrund herausgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in den Verfahrens schritten a) und b) die jeweils obere Rammkernsonde mit einem Schlagkopf und einem Bohrhammer verbunden und eingerammt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verfah rensschritt b) wiederholt mit weiteren Rammkernsonden durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem im Verfah rensschritt c) mit Hilfe eines Ziehgerätes die Ramm kernsonden herausgezogen werden.

5. Rammkernsondenanordnung, insbesondere für ein Ramm- Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

- mit mindestens zwei im wesentlichen als Hohlzylin der ausgebildeten Rammkernsonden (1, 2) mit je weils einer durchgängigen Bohrung (3) gleichen Durchmessers,
- wobei die erste Rammkernsonde (1) an einem ersten Ende eine Rammspitze aufweist, die das vordere in den Untergrund einzurammende Ende der Rammkernson denanordnung darstellt,
- wobei die zweite und ggf. jede weitere Rammkern sonde (2) an ihrem einen Ende ein erstes Verbin dungselement (4) für eine vorangehende Rammkern sonde (1) aufweist und
- wobei die mindestens zwei Rammkernsonden (1, 2) an ihrem zweiten Ende jeweils ein zweites Verbin dungselement (5) aufweisen, das mit dem ersten Verbindungselement (4) oder einem Bohr- oder Zieh antrieb verbindbar ist.

6. Rammkernsondenanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verbindungselemente (4, 5) als Gewinde oder als Steckverschluß ausgebildet sind.

7. Rammkernsondenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Rammkernsonde (1, 2) ein Probenentnahmefenster (6) aufweist.

8. Rammkernsondenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungszone (10) zwischen benachbarten Rammkernsonden (1, 2) nach radial außen querschnitsserweitert ist.