CH323238A - Verfahren und Vorrichtung zur Untergrundtestung und Probennahme - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zur Untergrundtestung und     Probennahme       Die vorliegende Erfindung bezieht sich  auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur       Untergrundtestung    und     Probennahme.    Dieses  Verfahren und diese Vorrichtung ermöglichen  vor allem die Entnahme ungestörter Proben  von Erdstoffen aller Art, insbesondere von  nichtbindigen Böden.  



  Zur exakten Ermittlung der bautechnisch  wichtigen Eigenschaften der Böden ist an sich  die Entnahme ungestörter Bodenproben Vor  aussetzung. Bei     kohäsionslosen,        rolligen        Erd-          stoffen,    z. B. bei wassersattem Sand, versagen  jedoch die üblichen Entnahmestutzen oder  Kernrohre, da diese Bodenarten aus den Pro  bennehmern ausfliessen.  



  Man hat deshalb für solche Zwecke Schliess  vorrichtungen an den     Probennehmern    ange  ordnet; diese Schliessvorrichtungen weisen  aber grundsätzliche Mängel auf. Ein mechani  scher Verschluss bietet keine Sicherheit gegen  Erschütterungen und     Einrütteln    der Probe  beim Ziehen. Die Probe kann auch, sobald  sie über den Grundwasserspiegel gehoben ist,  nicht gegen Wasserverlust geschützt werden.  Man hat deshalb versucht, in das untere Ende  des     Probennehmerrohres    Stoffe einzuführen,  die wie Zement, bestimmte Chemikalien oder       thixotrope    Lösungen geeignet sind, Erdstoffe  zu verfestigen, um auf diese     Weise    einen       Verschlusspfropfen    zu bilden.

   Man hat ausser  dem versucht, durch zusätzliche Kernhaltevor-         richtung    mechanischer oder mechanisch  hydraulischer     Art    die vom Untergrund abge  löste Probe gegen Herausfallen zu sichern. Es  ist schliesslich bekannt, dass man     kohäsions-          arme    Erdstoffe durch Kälte bindig machen  kann. Da dazu grössere Untergrundbereiche  der Kältebehandlung durch Umlauf von Kühl  sole unterworfen werden müssen, sind jedoch  hierfür grosse Kältemengen und lange Be  handlungszeiten erforderlich. Das Verfahren  kommt aus diesen Gründen für den vorlie  genden Zweck, das heisst für baugeologische  Untergrunderkundungen, nicht in Betracht.  



  Das Verfahren nach der Erfindung ist  demgegenüber dadurch gekennzeichnet, dass  mittels durch Kontakt übertragenen, gerich  teten Kälteüberganges mindestens ein einen  untern Abschluss der Probemasse bildender,  scheibenförmiger Teil derselben an der Ent  nahmestelle in seinem     Konsistenzgrad    ver  ändert wird.  



  Die Vorrichtung zur Durchführung des  Verfahrens besteht erfindungsgemäss aus  einem Entnahmerohr mit auswechselbarem       Schneidenkörper,    der mindestens einen im  Bereich der     aufziuiehmenden    Probemasse an  geordneten, zur Aufnahme eines Kältemittels  vorgesehenen ringförmigen Hohlraum auf  weist, dessen Wandung gegenüber der Probe  masse aus einem kälteleitenden Material be  steht.      Durch Kälteerzeugung in dem     I3ohlraum     ist es möglich, einen kleinen Teil der Probe,  ohne Änderung der Struktur der übrigen  Probe, die durch diesen Frostpfropfen im  Entnahmerohr festgehalten wird, durchzu  frieren.  



  Die Vorrichtung gestattet ausser der un  gestörten Entnahme     rolliger    Erdstoffe eine       praktisch    wichtige, im ungestörten     Untergrund     seither nicht mögliche Messung. Durch Ver  gleich des Wassergehaltes der gefrorenen und  angefrorenen Probe kann die Frostempfind  lichkeit des Erdstoffes  in     Situ     ermittelt wer  den. In der Schneide kann ein Temperatur  messelement untergebracht werden, welches  die Messung der Wasser- und Bodentempera  tur im Aufschluss selbst und die Kontrolle des       Ausfriervorganges    erlaubt.  



  Die Anordnung erlaubt weiterhin Fest  stellungen über den funktionellen Zusammen  hang zwischen der Temperatur und Zähig  keit des Bodenwassers mit dem     Wasserdurch-          lässigkeitswert    nach     Darcy.     



  Der Erfindungsgegenstand wird im fol  genden an Hand der Zeichnung beispielsweise  erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung       zeigt    eine Vorrichtung zur Durchführung des  Verfahrens im teilweisen Längsschnitt.  



  Im einzelnen bedeutet 1 die aufge  schraubte Schneide des Entnahmerohres 2, das  in sich eine Probehülse 3 aufnimmt. Das Ent  nahmerohr 2 ist über eine     Gestängekupplung     4 mit einem Gestänge 5 verbunden. Der Druck  des Gestänges 5 wird über eine Druckplatte 6,  der Zug des Gestänges über einen Spann  ring 7, einen Spannkonus 8 und Spannkeile 9  auf das Entnahmerohr 2 übertragen. Die  Hülse 3 wird oben von einem Hülsenteller 10,       -unten    durch einen Hülsenring 11 gehalten.

    Unter dem Druck des Gestänges 5 dringt die  Schneide 1 kontinuierlich in den ungestörten  Boden ein, wobei mit der dargestellten Aus  führung nur ein geringer seitlicher Druck  auf die Wände des entstehenden Loches über  tragen wird, während der von der kreisförmi  gen vordern     Schneidkante    ausgestochene     Erd-          zylinder    ohne zusätzlichen seitlichen Druck  in das Innere der Sonden     hineingleitet,       In dem     Schneidenkörper    1 sitzt ein nach  unten konisch zulaufender hohler     Frierring     12, mit einer Kontaktfläche     12a.     



  Die Heranführung der Kälte an den     Erd-          stoff:    und die Geschwindigkeit des gerichteten  Kälteüberganges in den Erdstoff kann in ver  schiedener Weise erreicht und gesteuert wer  den. Beispielsweise dadurch, dass von der Erd  oberfläche aus durch eine Metallkapillare 13  hochkomprimierte Kohlensäure in den Frier  ring 12 geleitet und dort über einen Luft  spalt 14 zwischen Entnahmerohr 2 und Hülse  3 und eine Schlauchverbindung 15 auf Atmo  sphärendruck entspannt wird.

   Das Entnahme  rohr 2 ist aus Stahl, die Hülse 3, die nur durch  die Wandreibung des eindringenden     Erd-          stoffes    beansprucht wird, aus Blech, Hart  papier oder transparentem Werkstoff, der  möglichst hart und kratzfest sein mass und  gegen Sand und Ton einen möglichst gerin  gen Reibungsbeiwert haben soll. Eine trans  parente Hülse aus geeigneten Kunststoffen,  z. B.     Zellulosederivaten    oder Kunstharzen,  erlaubt eine Beurteilung der entnommenen  Probe von aussen; sie kann wiederholt ver  wandt oder zur Gewinnung der Probe ohne  Auspressen aufgeschnitten werden.  



  Im Hülsenteller 10 sitzt eine Filterplatte  16, durch die beim Filtertest das Porenwasser  aus dem gesamten Hülsenquerschnitt in das  durch Dichtungsringe 17 abgedichtete     Ge-          stängeinnere    eintreten kann, wobei das Ge  häuse als     Messrohr    für das in der Zeiteinheit  durch die Probe eintretende Bodenwasser oder  - bei Schichten über dem Grundwasser -  durchsickernde     Einfüllwasser    benutzt wird.  Vor der Vornahme des Filtertestes ist es  möglich, die Schlammbüchse 1 &  mittels des  Saugkorbes 19 und einer Pumpe, welche sich  an der Erdoberfläche befindet, von     aufge,     schlämmten     Erdstoffen    zu befreien.

   Gege  benenfalls kann man dabei unter Zugabe von  Spülwasser arbeiten.  



  Die in der Zeichnung veranschaulichte  Ausführungsform stellt nur ein Beispiel dar.  Die Erfindung beschränkt sich nicht auf diese  Ausführung. Es können beispielsweise auch in  einem Entnahmerohr, das     dtzrcli        Rammen,         Drehen oder hydraulisches Stanzen in den  Untergrund eingetrieben wird, mehrere     Ge-          frierringe    in verschiedenen Höhenlagen vor  gesehen werden, um den Probekern statt nur  in seinem untern Abschluss, in verschiedenen  Höhen in sich zu verfestigen und zur besseren  Haftung in dem Kernrohr zu bringen.  



  Man kann auch ein Kältegefäss als Kopf  eines Hohlgestänges so auf die     Bohrlochsohle     absenken, dass durch Berührung einer die  Kälte gut übertragenden Kontaktfläche mit  der     Bohrlochsohle    ein Probekörper der ange  bohrten Untergrundschicht angefroren wird  und durch Ziehen des Gestänges herausgelöst  werden kann.  



  Die Technik des     Ausfrierens    von Scheiben  in einem Rohr kann auch zur Sicherung des  Kernes oder Kernabschnittes in Rammpfählen  nach     Burckhardt    verwendet werden. Es ist  auch möglich, den Hohlraum für die Auf  nahme des Kältegefässes mit Kontaktfläche  in andern üblichen     Vorschuhen    für Bohrrohre  oder in Bohrkronen einzubauen.  



  Wenn es sich um die     Ausfrierung    grösserer  Bereiche handelt, so ist es zweckmässig, den  Hohlraum für das Kältemittel durch einen       Skelettkörper    zu stützen. Hierfür kommen  grossporige, keramische Füllungen, wie  Schaumbeton oder künstliche Massen nach       Art    von Filterkies,     Verbackungen    mit Kunst  harzbindung oder keramischer Bindung und  grossem     Hohlraumvolumen    in Betracht. In  solchen Fällen kann unter Umständen die  Kontaktfläche auch durch Netze oder gal  vanische Überzüge gut leitfähiger Metalle  gebildet sein oder durch Häute aus     thixotropen     Lösungen, z.

   B. solcher, wie sie     zur    Sicherung  von     Baugrundwänden    gebräuchlich sind. Die  Schneide,     beispielsweise    die hohle Ringschneide  wie dargestellt, kann in dem Kurvenverlauf  der Krümmung ihrer Aussenfläche so ausge  bildet sein, dass hierdurch der Steif der durch  fahrenen Schichten möglich ist.  



  Schliesslich kann man im Entnahmerohr  oder aussen an diesem druckfeste Metall  kapillarrohre anordnen, durch welche Salz  lösungen in den untern Bereich der Probe im  Stutzen oder Rohr     eingepresst    werden können,    deren Wanderungsgeschwindigkeit bis zum  obern Teil der Probe durch eine     Messanord-          nung    im obern Teil der Probe gemessen wer  den kann. Als     Messanordnung    kann beispiels  weise die Änderung des elektrischen Wider  standes eines     zwischen    zwei Elektroden einge  schlossenen Teils der Probe dienen.  



  Mit Hilfe der ganzen Vorrichtung wäre  z. B. das spannungsfreie Porenvolumen des       Erdstoffes    für die Wasserdurchlässigkeit fest  stellbar. Durch die     genannten    Druckleitungen  kann man auch Druckluft oder ein anderes  Gas bzw. eine Flüssigkeit mit solcher Span  nung in den untern Teil der noch nicht vom  Untergrund abgelösten Probe einpressen, dass  dadurch die Probe vom gewachsenen Boden  abgetrennt wird. Man kann auch durch auf  blasbare oder bewegbare Organe die Probe  vom gewachsenen Boden abquetschen oder  abschneiden und zusätzlich im Entnahmerohr  sichern.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Untergrundtestung und Probennahme, dadurch gekennzeichnet, dass mittels durch Kontakt übertragenen, gerich teten Kälteüberganges mindestens ein einen untern Abschluss der Probemasse bildender, scheibenförmiger Teil derselben an der Ent* nahmestelle in seinem Konsistenzgrad ver ändert wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in den Boden ein Entnahmerohr bis in den zu untersuchenden Bodenbereich eingebracht und nach Eindrin gen der Probemasse in das Entnahmerohr min destens ein in der Höhe begrenzter Teil der Probemasse durch gerichtete und über eine Kontaktfläche übermittelte Kälteübertragung verfestigt wird. 2.

   Verfahren nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass nach Eindringen der Probemasse in das Entnahmerohr (2) innerhalb desselben durch Zuführung eines Kältemittels von der Erdoberfläche gegen eine Kontaktfläche (12a) in einem begrenz ten Bereich der aufgenommenen Probemasse tiefe Temperaturen erzeugt werden, bis die gewünschte Konsistenzänderung erzielt ist. 3.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass dem Entnahme ; rohr (2) komprimierte Kohlensäure zuge führt wird, welche hernach über einen Luft spalt (14) und eine Schlauchverbindung (15) mit der Erdoberfläche auf Atmosphärendruck entspannt wird. 3 4. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in verschiedenen Höhenbereichen eines die Probemasse aufneh menden Rohres begrenzte Abschnitte der Probemasse in ihrer Konsistenz verändert und zu erhöhter Haftung gebracht werden.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeich net durch ein Entnahmerohr mit auswechsel barem Schneidenkörper, der mindestens einen im Bereich der aufzunehmenden Probemasse angeordneten, zur Aufnahme eines Kälte mittels vorgesehenen ringförmigen Hohlraum aufweist, dessen Wandung gegenüber der Probemasse aus einem kälteleitenden Ma terial besteht. UNTERANSPRÜCHE 5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass in der Höhe des die Probemasse aufzunehmenden Rohres in Abständen mehrere Hohlräume zur Aufnahme eines Kältemittels vorgesehen sind, die an eine gemeinsame Entlüftungsleitung angeschlossen sind. 6.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Auf nahme eines Kältemittels bestimmten Hohl räume Skelettkörper aus grossporigem Ma terial zur Abstützung enthalten. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Auf nahme eines Kältemittels bestimmten Hohl räume mit in ihnen angeordneten isolierten Kältegefässen ausgestattet sind, die dazu be stimmt sind, über Kontaktflächen aus kälte leitendem Material die Kälte an die Probe masse zu übertragen. B. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältegefäss mit einer Kontaktfläche innerhalb des hohlen, die Probemasse aufzunehmenden Rohres ab senkbar und von seiner Aufhängung lösbar angeordnet ist. 9.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine Hülse zur Auf nahme der Probemasse, welche Hülse aus licht durchlässigem Werkstoff besteht und in das Entnahmerohr bündig mit dessen Innenwand auswechselbar eingesetzt ist. 10: Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil der Hülse als Messrohr zur Messung der in der Zeiteinheit durch die Probemasse hin durchtretenden Wassermenge ausgebildet ist. 11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, gekennzeichnet durch mindestens eine bis zum untern Ende des Entnahmerohres reichende Druckleitung zur Einführung von Fluida. 12.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Messung der Temperatur im Bereich der Kälteübertragung vorgesehen sind. 13. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks über tragung des Druckes von der Gestängekupp- lung auf das Entnahmerohr (2) eine Druck platte (6) und zwecks Übertragung des Zuges eine Spannvorrichtung, bestehend aus einem Spannring (7), einem Spannkonus (8) und Spannkeilen (9), vorgesehen ist, die in den, innen gezahnten Kopf des Entnahmerohres (2) eingreifen. 14.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch ein hohles, muffenloses, verschraubtes Gestänge, in dem auswechsel bar und längsverschieblich ein Saugkorb (19) zur Entleerung eines über der Probemasse befindlichen Raumes vorgesehen ist.