DE867835C

DE867835C - Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Bohren und Entnehmen ungestoerter Bodenkerne

Info

Publication number: DE867835C
Application number: DE1949P0002194
Authority: DE
Inventors: Hans Dr-Ing Lorenz
Original assignee: Dr-Ing Hans Lorenz Berlin-Tempelhof
Current assignee: Dr-Ing Hans Lorenz Berlin-Tempelhof
Priority date: 1949-03-13
Filing date: 1949-03-13
Publication date: 1953-02-19

Description

Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Bohren und Entnehmen ungestörter Bodenkerne Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, eine fortlaufende Entnahme ungestörter Bodenkerne zu ermöglichen, und zwar unabhängig von der Beschaffenheit des Bodens.
Während die Entnahme ungestörter Bodenkerne bei mittleren und schweren Tonböden z. B. mittels besonderer Entnahmegeräte bei jedesmaligem Ausfahren durchführbar ist, versagt dieses Verfahren bei weichen Tonböden und insbesondere bei Sandböden. Die in der Bohrtechnik für Bohrungen in Ton- und Sandböden benutzten Spülverfahren ermöglichen ebenfalls keine brauchbare Entnahme von Bodenkernen für Bodenuntersuchungszwecke.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, einen doppelwandigen Zylinder mit schneidenförmigem Schub am unteren Ende durch bis über Tage geführte, mit denn oberen Rand des Zylindermantels verbundene, zusammensetzbare, hohle Druckrohre, die den freien Innenquerschnitt des Zylindermantels nicht beeinträchtigen, absatzweise abzusenken.
Das Absenken wird mit oder ohne Drehen des Zylinders durch Spülflüssigkeit ermöglicht, die durch Leitungen abwärts geführt und aus in dem hohlen Zylinder angeordneten Kammern durch in Nähe seines unteren Endes nach außen führende Austrittsöffnungen gedrückt wird. Dadurch wird der Boden im Bereich der Austrittsöffnungen ohne Beeinträchtigung der Beschaffenheit des Bodens unterhalb der Schneide so weitgehend aufgelockert, daß das Absenken durch Anwendung axialen Druckes oder eines Drehmomentes von über Tage her ermöglicht wird.
Wesentlich ist es, die seitlichen Austrittsöffnungen oberhalb der Schneide so anzuordnen. daß keine Spülflüssigkeit unter die Schneide tritt, weil dadurch die Beschaffenheit des als Probe zu entnehmenden' Erdreiches verändert würde, Nach Absenken des Zylinders um die Länge des zu- entnehmenden. Bohrkernes wird die Zufuhr weiterer Spülflüssigkeit durch die genannten Leitungen gedrosselt und, nunmehr Spülflüssigkeit durch die anderen Leitungen in eine zweite Kammer des Zylinders und durch nach innen führende Austrittsöffnungen zwecks Abtrennens des Bodenkernes herausgedrückt.
Die abgetrennten Bodenkerne werden durch die aufwärts gerichtete Bewegung der Spülflüssigkeit, die über Tage aus, dem Bohrloch ausfließt, zu Tage gefördert.
Durch die thixotrope Eigenschaft der spezifisch schweren Spülflüssigkeit, die aus einer Mischung von Wasser, Bentonit und Schwerspat oder anderen geeigneten Stoffen besteht, werden die Probenkerne mit einer festen Filmschicht umgeben, die ein Zerfallen des Kernes auch bei Zusammensetzung aus leichtem Ton oder Sand verhindert und gleichzeitig auch seinen natürlichen Feuchtigkeitsgehalt aufrechterhält.
Des weiteren verhindert diese Spülflüssigkeit infolge ihres hohen spezifischen Gewichtes auch ein Abbröckeln oder Einstürzen der unverrohrten Bohrlochwandüng, da der Innendruck der Spülflüssigkeit größer ist als der seitliche Erddruck.
Wird das spezifische Gewicht der Spülflüssigkeit durch entsprechende Bemessung des Schwerspatzusatzes, oder eines geeigneten andern Mittels größer gewählt als daß der Bodenkerne, so werden die Bohrkerne nach dem Abtrennen auch ohne Aufwärtsbewegung der Spülflüssigkeit lediglich durch Auftrieb über Tage gefördert.
Die Bohrkerne erhalten vorzugsweise eine Länge, die etwa das i,25fache ihres -Durchmessers beträgt. Bei einem lichten Durchmesser des Zylinders von z. B. 12 cm werden die Bodenkerne dementsprechend in Längen von etwa 15 cm abgetrennt. Das neue Verfahren erübrigt .eine kostspielige Verrohrüng der Bohrlöcher und ein 'ständiges Ausfahren des Bohr- und Entnahmegerätes zwecks Entnahme der jeweils abgetrennten Bohrkerne.
Das neue Verfahren ist auch für Bohrtiefen bis zu -ioö m anwendbar, solange kein gewachsener Ziels angetroffen wird. Ebenso kann das neue Verfahren auch dann Anwendung finden, wenn es weniger - auf sorgfältige Entnahme ungestörter Proben als auf ein schnelles Niederbringen einer Bohrung ankommt (Brunnen-, Pfahlbohrung od: dgl.). In diesem Falle werden die nach außen führenden Austrittsöffnungen in der - Zylinderwandung möglichst tief und nach unten wirkend angeordnet, um eine starke Freispülung der Schneide zu erwirken.
In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des Verfahrens. geeignete Vorrichtung beispielsweise dargestellt. Es stellt dar Abb.. i das Gerät im Längsschnitt, Abb.2 das bleiche Gerät im Horizontalschnitt II-II der Abb. i, , Abb.3 das gleiche Gerät im Horizontalschnitt III-III der Abb. -i, Abb. q. das gleiche Gerät im Horizontalschnitt IV-IV der Abb. i: Die genannten: Abbildungen zeigen das eigentliche Kernbohrgerät i bis 12 mit dem Anschluß an die aufgehenden Druckrohre. Am unteren, Ende des Gerätes befindet sich eine Schuhschneide 2. Das Gerät besteht aus den beiden gegeneinander verschraubbaren Hülsen i und 3. Die Verbindung stellt das Gewinde :4 dar. Durch eine Trennwand 5 werden zwischen den Teilen außen und innen zwei Kammern 6 und -7 abgetrennt. Von der Kammer tritt die durch die Rohrleitung ä eingepreßte Spülflüssigkeit durch die Öffnungen io nach außen und bewirkt das Freispülen der Schneide zwecks Abse_ nkens des Gerätes, während durch die Öffnungen i i die durch die Rohrleitung 9 eingepreßte Flüssigkeit nach innen tritt .und in jeder gewünschten Stellung des Gerätes den Kern. 14 von dem darunter verbleibenden Bodenteil 15 abtrennt. Sollen möglichst ungestörte Bodenproben entnommen werden,, läßt man die Öffnungen io in gewisser Höhe über der Schneide 2 münden, so daß eine Beeinträchtigung des Materials unterhalb der Schneide nicht eintreten kann. Kommt es hingegen nur darauf an; die Bohrungen möglichst schnell herünterzutreiben und legt man keinen; großen Wert auf die Beschaffenheit des Bodenkernes, dann werden die Austrittsöffnungen so tiefer angeordnet, so daß die Spülflüssigkeit auch unter die Schneide treten kann.
Durch die Gewindeverbindung 12 ist das vorstehend beschriebene Gerät mit dem Druckrohr 13 von etwas größerem lichten Durchmesser als dem lichten Durchmesser der Schneide 2 verbunden und wird gemäß. dem fortschreitenden Absenken durch Aufsetzen neuer Rohrtouren 13 stets bis über Tage verlängert. Der größere lichte Durchmesser des Rohres 13 verhindert die Wandreibung an dem nach aufwärts gehenden Bodenkern 1,4. Ebenso werden die Rohrleitungen 16 und 17 z. B. durch tlerwurfmuttern 18 an den Verbindungsstellen der Rohre angeschlossen. Die Rohrleitungen 16 und 17 sind über Tage je für sich zusammengefaßt und durch Ventile an eine oder zwei Druckpumpen angeschlossen. Am oberen Ende der Rohre 13 ist ein Kopf aufgesetzt, durch den die Rohre 13, 16 und 17 und damit das am unteren Ende befindliche Gerät i bis 12 heruntergedrückt werden können; Außerdem ist in diesem Kopf ein Auslauf und eine Fangvorrichtung für »den aufwärts geleiteten Kern 14 vorgesehen, Erfolgt das Absenken bei gleichzeitigem Drehen des Zylinders, so wird das Drehmoment über das Rohr 13 auf die in. diesem Fall zahnförmig ausgebildete Schneide 2 übertragen.
Am oberen Ende des. Bohrloches wird zweckmäßig ein besonderes Schutzrohr von größerem Durchmesser als das, Druckrohr 13 zur Sicherung der Bohrlochwandung vorgesehen. Es ist ausreichend, dieses Schutzrohr in einer Länge von etwa 3 bis q. m auszubilden. An Stelle der Rohrleitungen 16 und 17 kann die Spülflüssigkeit auch durch den Zwischenraum . zwischen dem Rohr 13 und einem etwas größeren Rohr abwärts gepreßt werden. Der Zwischenraum muß zu diesem Zweck durch Längswände in Kammern unterteilt sein, wovon eine Kammer zu den Öffnungen io, die andere zu den Öffnungen i I führt.

Claims

PATEN T A N S P I i . i. Verfahren zum fortlaufenden Bohren und Entnehmen ungestörter Bodenkerne, dadurch gekennzeichnet, daß -ein. doppelwandiger Zylinder mit einem sch.neidenförmigen Schuh am unteren Ende durch bis. über Tage geführte, mit dem oberen Rand des Zylinders verbundene, zusammensetzbare Druckrohre absatzweise abgesenkt wird, wobei das Absenken durch Spülflüssigkeit ermöglicht wird, die durch Leitungen und Kammern und von da in nach außen führende Austrittsöffnungen in Schneidennähe gedrückt wird, und daß nach jedesmaligem Absenken des Zylinders durch andere Leitungen und Kammern Spülflüssigkeit aus nach innen führenden Austrittsöffnungen zwecks Abtrennens des Bodenkernes herausgedrückt wird. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Entnahme ungestörter Bodenkerne die Spülflüssigkeit oberhalb der Schneide ohne Beeinträchtigung des unterhalb der Schneide liegenden Materials nach außen gedrückt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülflüssigkeit durch möglichst tief und nach unten wirkende Austrittsöffnungen nach außen gedrückt wird, wenn es lediglich auf ein schnelles Herunterbringen der Bohrung ankommt. ,4. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3. dadurch gekennzeichnet, d'aß die abgetrennten Bodenkerne durch die Aufwärtsbewegung der Spülflüssigkeit zu Tage gefördert werden. 5. Verfahren nach den Ansprüchen i bis dadurch gekennzeichnet, daß Spülflüssigkeit möglichst hohen spezifischen Gewichtes Verwendung findet. 6. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der Spülflüssigkeit z. B. durch entsprechende Bemessung des Schwerspatzusatzes oder ähnlicher Mittel größer als das der Bodenkerne bemessen wird, so daß diese nach dem Abtrennen in dem mit Spülflüssigkeit angefüllten Bohrloch selbsttätig nach oben steigen. ;. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 6, gekennzeichnet durch einen doppelwandigen Zylinder, dessen unteres Ende als schneidenförmiger Schuh ausgebildet ist und dessen hohler Mantel zwei Kammersysteme für Spülflüssigkeit besitzt, von denen das eine zu in Schneidenähe liegenden, nach außen führenden Austrittsöffnungen und das zweite zu nach innen führenden Austrittsöffnungen führt, sowie durch auf den hohlen Zylinder aufsetzende, den Zylinderinnenquerschnitt nicht beeinflussende zusammensetzbare Druckrohre für die absatzweise Absenkung des Zylinders und durch zwei oder mehrere nach oben führende zusammensetzbare Leitungen zur Zuführung der Spülflüssigkeit. B. Gerät nach Anspruch ; , dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr als Hohlgestänge ausgebildet und an, eine über Tage stehende Vorrichtung zum Drehen des hohlen. Zylinders und dessen in .diesem Falle zahnförmig ausgebildeten Schuhes. angeschlossen ist. 9. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß doppelwandige Druckrohre mit zwei Kanalsystemen an Stelle der erwähnten Zuführungsleitungen vorgesehen werden. io. Gerät nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr einen etwas größeren lichten Durchmesser hat als die Schuhschneide des hohlen Zylinders, um bei der Aufwärtsbewegung der abgetrennten Bodenkerne keine störende Mantelreibung zu verursachen. Angezogene Druckschriften: Sonderabdruck aus Zeitschrift »Organ des Verein der Bohrtechniker«, Wien 1907, S. 3 und 4..