DE2033477C

DE2033477C - Verfahren und Vorrichtungen zur Entnahme von Bodenproben für geologische Zwecke

Info

Publication number: DE2033477C
Application number: DE19702033477
Authority: DE
Inventors: Manuel Coelho Lissabon. E21c 27-32 Mendes da Rocha
Original assignee: Laboratorio Nacional De Engenharia Civil, Lissabon
Filing date: 1970-07-07
Publication date: 1972-06-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und auf und der von dem Hohlbohrer freigebohrte, durch das Vorrichtungen zur Entnahme von Bodenproben un- Bindemittel an den Kern gebundene Bodenbereich verfestigter und auch verfestigter Gesteinsformatio- als Bodenprobe entnommen wird,
nen, bei denen mit Hilfe von Bohrungen unter der Zur Führung des Bohrers beim Herstellen der

Oberfläche gelegene Materialmengen geschürft S Stufenbohrung bei dem letztgenannten Verfahren werden. dient ein an der Wand der ersten Bohrung sich ab-

Die bekannten Verfahren zur Gewinnung von stützendes Führungsstück, das Führungselemente für Bodenproben bedingen aufwendige Bohrungsarbeiten das Bohrgestänge und das die Bohrkrone tragende und erlauben dennoch nur die Gewinnung von konzentrisch angebrachte Kernrohr für die kleinere Proben, die für Bodenzonen bester Qualität repräsen- 10 Bohrung aufweist.

tativ sind. Es besteht aber ein Problem darin, auch Diese Führungselemente lassen eine Längsvervollständige Proben aus den Zonen niedriger Festig- Schiebung und eine Drehung des Bohrgestänges keit des Gebirges zu entnehmen, weil diese vom gegenüber dem Führungsstück zu und führen das Gesichtspunkt des mechanischen Gebirgsverhaltens Bohrgestänge konzentrisch zu dem Führungsstück von größtem Interesse sind. 15 und zur ersten Bohrung.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von In einer besonders einfachen und zweckmäßigen

Verfahren und von Vorrichtungen, die die Entnahme Ausführungsform besteht das Führungsstück aus unversehrt zusammenhängender, für die zu unter- einem Rohrabschnitt, der eine Querwand mit einer suchenden Schichtfolgen vollständig repräsentativer Führungsbohrung für das Bohrgestänge und eine Bodenproben ermöglichen, ohne die verschiedenen ao Querwand mit einer Führungsbohrung für das Kern-Bodenschichten, Klüfte, Verwerfungen, Brüche sowie rohr aufweist.

die darin enthaltenen Füllungsmaterialien zu stören. Um das Führungsstück sowohl beim Absenken als

Gemäß einer Lösung dieser Aufgabe wird nach auch beim Heraufziehen des Bohrgestänges sicher der Erfindung ein gegen den Azimut markierter Kern mitzunehmen, kann ein Verbindungsteil zwischen in die Bohrung eingebracht, mittels eines Bindemittels 95 Bohrgestänge und Kernrohr vorgesehen sein, daa mit den umgebenden Bodenbereichen verbunden und bundartig das Bohrgestänge und das Kernrohr überdann mit den damit verbundenen Bodenproben aus greift und zwischen den beiden Querwänden angedem Bohrloch gezogen. ordnet ist.

Auf diese Weise werden Bodenproben erhalten, die Eine weitere der Durchführung der Verfahren nach

vorangehend durch einen Kern armiert worden sind. 30 der Erfindung dienende Vorrichtung ermöglicht das Dieser Kern ist durch das Bindemittel mit dem Boden orientierte Einbringen des Kerns und ist dadurch verbunden, wodurch eine Störung der Schichtfolge gekennzeichnet, daß eine zu dem Gestänge koaxiale und ein Durcheinandergeraten des herausgezogenen Verbindungsmuffe zur Aufnahme des Kerns vorge-Materials vermieden wird. Das Verfahren kann von sehen ist.

der Bodenfläche herunter und längs eines ganzen 35 Der Kern wird in die Verbindungsmuffe unter Bohrloches oder nur in bestimmten Zonen, in denen Einhaltung einer bestimmten azimutalen Orientierung die Bodenbedingungen es angeraten erscheinen lassen, eingesetzt, in der Verbindungsmuffe in Längsrichtung angewandt werden. geführt und aus der Verbindungsmuffe beim Ab-

Ein bedeutender Vorzug dieses erfindungsgemäßen senken der Verbindungsmuffe bis auf die Sohle des Verfahrens besteht darin, daß es die Orientierung 40 Bohrlochs unter Erhaltung der Orientierung in der der Bodenproben angibt, d. h. daß sich an den mit dem Bindemittel versehenen kleineren Bohrung herausgeholten Bodenproben ihre ursprüngliche freigesetzt.

Orientierung zum Gebirge feststellen läßt. Dies wird Dabei kann die Verbindungsmuffe über ein einen

durch das orientierte Einbringen des Kerns erreicht, Kolben aufweisendes Zwischenstück mit dem Gean dem natürlich eine bestimmte Vorzugsrichtung in 45 stange verbunden sein, das mit dem Kolben einen Gestalt einer azimutalen Markierung erkennbar sein Innenbund der Verbindungsmuffe hintergreift,
muß. Bei einem Druck von Seiten des Gestänges drückt

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbeson- das Zwischenstück über den Kolben unter Verschiedere in der Weise ausgeführt werden, daß die Bohrung bung des Kolbens in der Verbindungsmuffe den Kern mit Bindemittel gefüllt und der Kern von einem den 50 aus der Verbindungsmuffe heraus.
Durchmesser der Bohrung unterschreitenden Durch- Um bei einem Absenken des Gestänges der Vermesser in das noch nicht abgebundene Bindemittel bindungsmuffe eine möglichst großflächige Auflage eingebracht werden; dabei verdrängt der Kern das auf der Sohle der Bohrung zu verschaffen, weist sie an Bindemittel teilweise. dem beim Absenken in die Bohrung voreilenden Ende

Gemäß einer weiteren Lösung der gestellten Auf- 55 einen Auflageflansch zum Aufsetzen auf die Sohle gäbe beinhaltet die Erfindung auch ein Verfahren der Bohrung kleineren Durchmessers auf.
zur Entnahme von Bodenproben für geologische Zum Einpressen des Bindemittels und des Küh-

Zwecke, bei dem mit Hilfe von Bohrungen Proben lungs- und Spülwassers weisen das Bohrgestänge, das aus unterirdischen Formationen entnommen werden, Verbindungsteil, das Kernrohr und die Bohrkrone daß dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst eine 60 zweckmäßig Durchlässe auf. Das Gestänge, das erste Bohrungsstufe niedergebracht und von der Sohle Zwischenstück, die Verbindungsmuffe und der Kern dieser Bohrung ausgehend gleichachsig eine zweite können auch Durchlässe haben, die zum Durchlassen Bohrung mit einem geringeren Durchmesser vorge- des Bindemittels bestimmt sind,
trieben wird, in die dann ein gegen den Azimut In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der

markierter Kern und ein Bindemittel eingebracht ⁶S Erfindung dargestellt.

werden, nach dem Abbinden des Bindemittels kon- F i g. 1 bis 6 zeigen verschiedene Phasen der

zentrisch zum Kern mit Abstand von diesem eine Niederbringung der Bohrungen und der Gewinnung Bohrung mit einem Hohlbohrer niedergebracht wird der Bodenprobe;

Claims

3 4

F i g, 7 zeigt das Bohren des Bohrloches kleineren rung 12 kleineren Durchmessers herstellt, Das FUh-

Durchmessers zum Einführen des Kerns; rungsstück 6 weist Querwandungen 15, 16 auf, deren

F i g, 8 zeigt die Einführung des Kerns in das Axialbohrungen von dem Bohrgestänge 3 bzw, dem

Bohrloch kleineren Durchmessers, Kernrohr 4 durchgriffen werden. Auf diese Weise

Gemäß F i g. 1 wird zunächst bis in eine Tiefe, in 5 wird das Kernrohr 4 mit der Bohrkrono 5 genau milder die Bodenprobe genommen werden soll, dne tig gegenüber der Bohrung 10 geführt. Das Verbin-Bohrung 10 niedergebracht. Die Bohrung 10 kann dungsteil 7 weist einen Bund 17 auf, der sich zwisenkrecht oder auch schräg erfolgen. Der Bohrungs- sehen den Querwänden 15,16 des Führungsstückes 6 durchmesser entspricht dem gewünschten Durch- befindet und so das Führungsstück 6 mitnehmen messer der Bodenprobe. io kann. In der Ausgangsstellung ist das Kernrohr 4

Gemäß F i g. 2 wird sodann, von der Sohle 11. der ganz in das Führungsstück 6 eingezogen. Sobald das

Bohrung 10 ausgehend, eine weitere Bohrung 12 untere Ende des Führungsstücks 6 auf der Sohle 11

kleineren Durchmessers durchgeführt. Die Bohrung des Bohrlochs 10 aufliegt und die Bohrung des Bohr-

12 verläuft gleichachsig zur Bohrung 10 und geht bis lochs 12 begonnen hat, bewegt sich der untere Teil

in die zur Erhaltung der gewünschten Bodenprobe 15 des Bohrgestänges 3 mit dem Verbindungsteil 7 und

erforderliche Tiefe. dem Kernrohr 4 längs des Führungsstücks 6 nach

Die Bohrung 12 wird sodann von der Sohle her mit unten.

einem Bindemittel 1 ausgefüllt, das die im Bohrloch Das Kernrohr 4 und die Bohrkrone 5 haben eine

vorhandene Luft bzw. das darin enthaltende Wasser nicht dargestellte Längsbohrung, die zur Durchfüh-

verdrängt (F i g. 3). Als Bindemittel 1 kommen 20 rung des Kühlungs- und Spülwassers und gegebenen-

Zementschlämme, Kunststoff od. dgl. in Frage. Das falls des Bindemittels dient.

Bindemittel 1 kann auch mit einem Färbemittel ge- In Fig. 8 ist eine Vorrichtung zur orientierten mischt sein. Es muß einerseits eine gute Verbindung Einbringung des Kerns 2 in die Bohrung 12 kleineren mit dem Boden und andererseits eine gute Haftung Durchmessers dargestellt. An einem Gestänge 8, das an einem Kern 2 gewährleisten, dessen Bedeutung 25 auf eine bestimmte azimutale Orientierung eingestellt nachstehend noch erläutert wird. Außerdem muß die werden kann, sitzt eine Verbindungsmuffe 9, in die Abbindezeit des Bindemittels regulierbar sein. Das der Kern 2 ebenfalls unter einem bestimmten Azimut Bindemittel 1 kann durch die Längsbohrung, die im eingesetzt werden kann. Die Verbindung zwischen Bohrgestänge zum Bohren des Bohrlochs 12 kleineren dem Gestänge 8 und der Verbindungsmuffe 9 erfolgt Durchmessers im Verbindungsteil, im Kernrohr und 30 über ein Zwischenstück 18, das mit seinem kolbenin der Bohrkrone vorliegt, durch eine Längsbohrung, artigen Ende 19 einen Innenbund 20 der Verbindie im Gestänge, in der Verbindungsmuffe und im dungsmuffe 9 hintergreift. An ihrem beim Absenken Kern vorliegt oder durch ein sonstiges dazu geeignetes in die Bohrung voreilenden Ende weist die Verbin-Gerät eingebracht werden. dungsmuffe 9 einen Auflageflansch 21 auf, der beim

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird vor dem Ab- 35 Absenken der Verbindungsmuffe9 auf der Sohle 11

binden des Bindemittels in die Bohrung 12 ein Kern 2 der Bohrung 10 zur Auflage kommt,

aus Metall, Kunststoff oder anderem Material mit Beim Arbeiten mit der Vorrichtung wird der in

einer geeigneten Rauhigkeit bis an die Sohle des die Verbindungsmuffe 9 eingesetzte Kern 2 an dem

Bohrloches 12 kleineren Durchmessers eingeführt. Gestänge 8 in die Bohrung 10 abgesenkt und in die

Der Kern 2 preßt das Bindemittel 1 aus dem Bohr- 4° mit dem Bindemittel 1 gefüllte Bohrung 12 einge-

loch 12 heraus und zwingt es, in etwaige Bodenspalten drückt. Wenn die Verbindungsmuffe 9 auf der Sohle

einzudringen. 11 der Bohrung 10 angelangt ist, wird bei fortge-

^v ich dem Abbinden des Bindemitteis 1 wird setztem Absenken des Gestänges 8 der Kern 2 über gemäß F i g. 5 die Bohrung in dem Bohrloch 10 den Kolben 19 aus der Verbindungsmuffe 9 herauswieder aufgenommen. Es wird eine Hohlbohrung 13 45 gedruckt und schließlich freigesetzt, so daß die Verdurchgeführt, die den Kern 2 sowie den durch das bindungsmuffe 9 von dem Gestänge hochgezogen Bindemittel damit verbundenen ring- bzw. rohr- werden kann und den Kern 2 in einer bestimmten förmigen Bodenbereich 14 freilegt. Orientierung in der Bohrung 12, in der das Binde-

Der Kern 2 kann dann mit dem anhaftenden mittel 1 nunmehr erhärten kann, beläßt. Dem Kern 2

Bodenbereich 14 aus der Bohrung 10 herausgezogen 50 ist dabei eine bestimmte azimutale Orientierung er-

werden (F i g. 6). Der Bodenbereich 14 ist durch das teilt, die sich nach dem Herausholen aus der Boh-

Bindemittel 1 verfestigt und in seiner ursprünglichen rung wieder feststellen läßt.

Lage durch die Armierung mit dem Kern 2 präpariert. Es können auch das Gestänge 8, die Verbindungs-

Da der Kern 2 in einer bestimmten Orientierung in muffe 9 und der Kern Längsbohrungen aufweisen,

die Bohrung 12 eingebracht worden ist und diese 55 die dem Durchlaß von Bindemittel dienen. Falls die

Orientierung an dem Kern 2 nach dem Herausziehen Umstände es erfordern, kann das Eindrücken des

aus der Bohrung erkennbar ist, läßt sich auch fest- Kerns 2 in die mit Bindemittel gefüllte Bohrung 12

stellen, wie der Bodenbereich 14 ursprünglich im mittels des Führungsstücks 6 erfolgen. Die Vorrich-

Gebirge gesessen hat. tung 8, 9 dient dann nur dazu, dem auf diese Weise

In F i g. 7 ist eine Hilfsvorrichtung dargestellt, die 6° eingesetzten Kern 2 die gewünschte Orientierung zu die Einachsigkeit der Bohrungen 10, 12 größeren verleihen,
bzw. kleineren Durchmessers zu gewährleisten bestimmt ist. Sie umfaßt ein rohrförmiges Führungs- Patentansprüche:
stück 6, das an der Wand der Bohrung 10 anliegt und

mit dem Bohrgestänge 3 abgesenkt wird. Mit dem 65 l. Verfahren zur Entnahme von Bodenproben Bohrgestänge 3 ist über ein Verbindungsteil 7 ein unverfestigter Gesteinsformationen, bei dem mit Kernrohr 4 drehfest verbunden, das an seinem vor- Hilfe von Bohrungen unter der Oberfläche geleeilenden Ende eine Bohrkrone 5 trägt, die die Boh- gene Materialmengen geschürft werden, d a -

durch gekennzeichnet, daß ein gegen den Azimut markierter Kern in die Bohrung eingebracht, mittels eines Bindemittels mit den umgebenden Bodenbereichen verbunden und dann mit den damit verbundenen Bodenproben aus dem Bohrloch gezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung mit dem Bindemittel gefüllt und der Kern von einem den Durchmesser der Bohrung unterschreitenden Durchmesser in das noch nicht abgebundene Bindemittel eingebracht werden.
3. Verfahren zur Entnahme von Bodenproben für geologische Zwecke, bei dem mit Hilfe von Bohrungen Proben aus unterirdischen Formationen entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine erste Bohrungsstufe niedergebracht und von der Sohle dieser Bohrung ausgehend gleichachsig eine zweite Bohrung mit einem geringeren Durchmesser vorgetrieben wird, in die ein gegen den Azimut markierter Kern und ein Bindemittel eingebracht werden, nach dem Abbinden des Bindemittels konzentrisch zum .Kern mit Abstand von diesem eine Bohrung mit einem Hohlbohrer niedergebracht wird und der von dem Hohlbohrer freigebohrte, durch das Bindemittel an den Kern gebundene Bodenbereich als Bodenprobe entnommen wird.
4. Vorrichtung zur Führung des Bohrers beim Herstellen der Stufenbohrung bei dem Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein an der Wand der ersten Bohrung (10) sich abstützendes Führungsstück (6) umfaßt, das Führungselemente für das Bohrgestänge (3) und das die Bohrkrone (5) tragende, konzentrisch angebrachte Kernrohr (4) für die kleinere Bohrung (12) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (6) aus einem Rohrabschnitt besteht, der eine Querwand (15) mit einer Führungsbohrung für das Bohrgestänge (3) und eine Querwand (16) mit einer Führungsbohrung für das Kernrohr (4) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungsteil (7) für das Bohrgestänge (3) und das Kernrohr (4) vorgesehen ist, das bundartig das Bohrgestänge (3) und das Kernrohr (4) übergreift und zwischen den beiden Querwänden (15,16) angeordnet ist.
7. Vorrichtung zur Anwendung bei dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu dem Gestänge (8) koaxiale Verbindungsmuffe (9) zur Aufnahme des Kerns (2) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmuffe (9) über ein einen Kolben (19) aufweisendes Zwischenstück (18) mit dem Gestänge (8) verbunden ist, das mit dem Kolben (19) einen Innenbund (20) der Verbindungsmuffe (9) hintergreift.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmuffe (9) einen Auflageflansch (21) zum Aufsetzen auf die Sohle der Bohrung (10) kleineren Durchmessers aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (3), das Verbindungsteil (7), das Kernrohr (4) und die Bohrkrone (5) Durchlässe für das Bindemittel (1) und das Kühlungs- und Spülwasser aufweisen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (8), das Zwischenstück (18), die Verbindungsmuffe (9) und der Kern (2) Durchlässe für das Bindemittel aufweisen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen