DE19940572A1 - Ground sampling method uses freezing lance takes sample from bottom of prebore avoids distortion. - Google Patents
Ground sampling method uses freezing lance takes sample from bottom of prebore avoids distortion.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Gefrierlanze zur Entnahme einer Bodenprobe aus einem erdfeuchten oder wassergesättigten Erdkörper, wobei eine Entnahme eines gefrorenen Erdstoffes von definierter Größe in oberflächenfernen Bodenschichten durchgeführt wird.The invention relates to a method and Freezer lance for taking a soil sample from a earth-moist or water-saturated earth body, whereby a removal of a frozen earth from defined size in surface layers far from the surface is carried out.
Die Bestimmung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Baugrundes ist Voraussetzung für die Planungen bei Bauwerksgründungen und anderen Tiefbauarbeiten. Dabei besteht das Ziel, ungestörte Bodenproben zu entnehmen, um die natürlichen Bodenverhältnisse nachbilden zu können. Eine Möglichkeit zur Gewinnung ungestörter Bodenproben ist die Entnahme von Gefrierkernen. Bei herkömmlichen Methoden zur Gewinnung von gefrorenen Bodenproben weisen die entnommenen Probekörper Spannungsverformungen und Gefügeveränderungen auf. Sie treten infolge des zum Einsatz gekommenen Probenahmeverfahrens auf, bei dem die Entnahmetechnik nach dem Gefrierprozess in den Frostkörper eingebracht wird. Der Gefrierkörper nimmt in Abhängigkeit von den geologischen und hydrologischen Verhältnissen eine sehr unterschiedliche Form an. Dadurch treten große Festigkeitsunterschiede im Übergangsbereich von ungefrorenem und gefrorenem Boden auf. Es besteht die Gefahr von Bohrlochabweichungen durch Verkanten des Bohrgestänges und damit von Abweichungen vom geplanten Entnahmepunkt sowie Beeinflussung der Qualität der Probe, wodurch sie nicht mehr als ungestört eingestuft werden kann.The determination of physical and chemical Soil properties are a prerequisite for the planning of building foundations and others Civil engineering. The goal is undisturbed Take soil samples to the natural To be able to reproduce soil conditions. A Possibility of obtaining undisturbed soil samples the removal of frozen kernels. With conventional Methods for obtaining frozen soil samples show the removed test specimens Stress deformations and structural changes. They occur as a result of the used Sampling method in which the sampling technique after the freezing process in the frost body is introduced. The freezer takes in Dependence on the geological and hydrological Relationships in a very different form. This causes large differences in strength in the Transition area from unfrozen to frozen Floor on. There is a risk of Borehole deviations due to tilting of the Drill pipe and thus deviations from planned withdrawal point and influencing the Quality of the sample, making it no more than can be classified undisturbed.
Des weiteren ist bekannt, dass spezielle Gefrierverfahren eingesetzt werden, bei denen Entnahmetechnik und Gefrierlanze in einem Gerät vereinigt sind. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die gewonnenen Probekörper keine definierte geometrische Form aufweisen, da sie aus dem Boden gerissen werden und auf eine geringe Tiefe begrenzt sind.Furthermore, it is known that special Freezing processes are used in which Withdrawal technology and freezing lance in one device are united. The disadvantage of this procedure is that the test specimens obtained did not define any have geometric shape as they come from the ground be torn and limited to a shallow depth are.
Des weiteren ist bekannt ein "Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme einer Bodenprobe" DE OF 35 02 527, wobei erreicht werden soll, dass möglichst ungestörte Bodenproben entnommen werden können, indem in den Boden ein Gefrierrohr einzubringen ist und über das Gefrierrohr dem das Gefrierrohr umgebenden Boden Wärme entzogen wird. Nach dem Gefrierprozess wird der Frostkörper aus dem Boden gezogen. Nachteilig dieser technischen Lösung ist es, dass die gewonnenen Probekörper keine definierte geometrische Form aufweisen, da sie aus dem Boden gerissen werden und auf eine geringe Tiefe begrenzt sind.Furthermore, a "method and Device for taking a soil sample "DE OF 35 02 527, whereby that should be achieved if possible undisturbed soil samples can be taken by a freezer pipe must be placed in the ground and via the freezer tube to the one surrounding the freezer tube Soil heat is extracted. After the freezing process the frost body is pulled out of the ground. The disadvantage of this technical solution is that the obtained test specimen no defined geometric Form as they are torn from the ground and are limited to a shallow depth.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Gefrierlanze zur Entnahme einer ungestörten Bodenprobe zu finden, womit die Voraussetzungen geschaffen sind, die mechanischen, physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Erdstoffes bis in tiefe Bodenschichten zu untersuchen.The aim of the invention is a method and a Freezer lance to remove an undisturbed Soil sample to find what the requirements mechanical, physical, chemical and biological properties of Soil down to deep layers of soil examine.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Gefrierlanze zur Entnahme einer ungestörten Bodenprobe zu realisieren, wobei die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden und eine Entnahme eines Gefrierkörpers in vorgegebenen Abmaßen durchgeführt wird, wobei eine teufenunabhängige Entnahme stattfindet.The object of the invention is a method and Freezer lance to remove an undisturbed Realize soil sample, the disadvantages of State of the art are eliminated and a Removal of a frozen body in the specified dimensions is carried out, a level-independent Removal takes place.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren und eine Gefrierlanze zur Entnahme einer ungestörten Bodenprobe geschaffen wird, wobei die Patentansprüche 1 und 6 und ihre Unteransprüche verwirklicht werden. Dabei wird eine verrohrte Probenahmebohrung als sogenannte Vorbohrung zur Orientierung der späteren Kernbohrung in vorgegebener Tiefe vor dem Gefrierprozess in den Bereich des späteren Gefrierkörpers gebohrt. Nachfolgend bzw. gleichzeitig werden Temperaturlanzen, welche einen Temperaturfühler zur Messung des Gefrierprozesses beinhalten, mit Hilfe von Spülbohrungen in den künftigen Gefrierkörper eingebracht. Nachfolgend werden die Gefrierlanzen ebenfalls in vorbereitete unverrohrte Spülbohrungen niedergebracht. Die jeweilige Anzahl der verrohrten Probenahmebohrungen bzw. der Spülbohrungen für Temperaturlanzen sowie der Spülbohrungen für die Gefrierlanzen richtet sich nach der horizontalen und vertikalen Ausdehnung des zu prüfenden Gefrierkörpers. Dabei ist es möglich, dass eine variable Anzahl der entsprechenden Bohrungen durchgeführt wird. Nach Einbringen der Gefrierlanzen in den definierten Gefrierkörper wird der an sich bekannte Gefrierprozess mit Hilfe von flüssigen bzw. gasförmigen Gefriermitteln durchgeführt. Somit wird ein Gefrierkörper erzeugt, welcher nun in einer definierten Größe über die Temperaturlanzen mit integriertem Temperaturfühler überwacht wird. Sind die Zielstellungen des Gefrierprozesses erreicht, und ist der Frostboden vorhanden, wird eine Kernbohrung in die vorhandenen Probenahmebohrungen geteuft und die Gewinnung einer ungestörten und gefrorenen Bodenprobe vorgenommen. Das Einbringung der Gefrierlanzen bzw. der Temperaturlanzen mittels Spülbohrungen wird mit einer Stützflüssigkeit unverrohrt durchgeführt, womit die Gewährleistung der Teufenunabhängigkeit gegeben ist. The object is achieved in that a method and a freezing lance for removal an undisturbed soil sample is created, whereby claims 1 and 6 and their subclaims be realized. In doing so, a piped Sampling hole as a so-called pilot hole for Orientation of the later core drilling in a given one Depth before the freezing process in the area of the later frozen body drilled. Below or at the same time temperature lances, which one Temperature sensor for measuring the freezing process include, with the help of flushing holes in the future frozen body introduced. Below the freezing lances are also prepared in uncased drilling holes. The respective number of cased sampling bores or the flushing holes for temperature lances and the Flushing bores for the freeze lances follow the horizontal and vertical extent of the testing freezer. It is possible that a variable number of the corresponding holes is carried out. After inserting the freezer lances in the defined freezer body is in itself known freezing process with the help of liquid or gaseous freezing agents. Thus creates a freezer body, which is now in a defined size using the temperature lances integrated temperature sensor is monitored. are achieved the objectives of the freezing process, and if the frost floor is present, a core hole will be drilled sunk into the existing sampling holes and obtaining an undisturbed and frozen Soil sample made. The introduction of the Freezing lances or the temperature lances by means of Rinsing holes are made with a support fluid carried out uncased, thus ensuring the Dependence on depth is given.
Vorrichtungsseitig wird eine Gefrierlanze zur Durchführung des Verfahrens in herkömmlicher Bauweise benutzt. Dabei ist ein Lanzenschaft mit einem Fallrohr und einem Gefrierrohr vorhanden, worin das entsprechende Gefriermedium ein- bzw. ausgeleitet wird. Gemäß der Erfindung wird die Gefrierlanze dahingehend verändert, dass am unteren Ende der Gefrierlanze entsprechende Lanzenflügel angeordnet sind. Diese Lanzenflügel sind so ausgeführt, dass sie jeweils von Flügel zu Flügel in eine Lanzenspitze oberhalb und unterhalb übergehen. Die Anzahl der Lanzenflügel ist auf minimal 4 begrenzt. Je nach Größe der Herstellung des Gefrierkörpers und in Abhängigkeit der bodenphysikalischen Parameter kann die Anzahl der Lanzenflügel an der Gefrierlanze erhöht werden. Diese speziell entwickelte Konstruktion der Gefrierlanze zur Erzeugung des Gefrierkörpers im Boden mit den vorhandenen Lanzenflügeln ist von wesentlicher Bedeutung für die Frostausbreitung im zu gefrierenden Bodenkörper. Es wird somit die Oberfläche für den Wärmetransport zwischen Boden und Lanze vergrößert. Das hat zur Folge, dass dem Boden in kürzester Zeit Wärmeenergie entzogen wird mit den Vorteilen der Verkürzung und effektiveren Gestaltung der Frostperiode.On the device side, a freezing lance is used Implementation of the process in a conventional manner used. There is a lance with one Downpipe and a freeze pipe available, which is the appropriate freezing medium introduced or discharged becomes. According to the invention, the freezing lance changed so that at the bottom of the Freeze lance corresponding lance wings arranged are. These lance wings are designed to be from wing to wing in a lance tip pass above and below. The number of Lance wings are limited to a minimum of 4. Depending on Size of manufacture of the frozen body and in Dependence of the soil physical parameters can the number of lance wings on the freezer lance increase. This specially developed Construction of the freezing lance to produce the Freezer in the floor with the existing ones Lance wings is essential for that Frost spread in the soil to be frozen. It thus becomes the surface for heat transport enlarged between the bottom and the lance. That has to Consequence that the ground heat energy in no time is withdrawn with the advantages of shortening and more effective design of the frost period.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die besondere erfindungsgemäße Ausführung der Gefrierlanze haben zum Vorteil, dass eine teufenunabhängige Entnahme in vorgegebenen Abmaßen einer ungestörten Bodenprobe durchgeführt werden kann. Eine ungestörte Bodenprobe zu entnehmen ist notwendig, damit die Voraussetzungen für eine Laboruntersuchung gemäß den in situ- Bedingungen exakt gewährleistet sind. Diese Bedingungen werden erreicht, da ein vereister Prüfkörper mit vorgegebenen Abmaßen durch die entnommene Kernbohrung aus den vorher hergestellten verrohrten Probenahmebohrungen entnommen werden kann. Des weiteren ist die Überwachung über die Temperaturlanzen bezüglich einer exakten Gefriertemperatur des Gefrierkörpers Grundvoraussetzung. Durch das neue Verfahren und die Gefrierlanze werden Voraussetzungen geschaffen, die mechanischen, physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Erdstoffes bis in tiefe Bodenschichten zu untersuchen. Weiterhin dient die Erfindung der Erzeugung und Gewinnung von Prüfkörpern für Triaxialversuche.The method according to the invention and the special one have execution of the freezing lance according to the invention to the advantage that a removal independent of the depth in given dimensions of an undisturbed soil sample can be carried out. An undisturbed soil sample it is necessary to infer the requirements for a laboratory examination according to the in situ Conditions are exactly guaranteed. This Conditions are met because of an icy Test specimens with specified dimensions by the removed core hole from the previously made piped sampling holes can be removed. Furthermore, monitoring is via the Temperature lances for an exact Freezing temperature of the freezer body Basic requirement. Through the new process and Freezing lance creates conditions that mechanical, physical, chemical and biological properties of the soil up to to investigate deep layers of soil. Still serves the invention of the production and extraction of Test specimens for triaxial tests.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, dabei sind drei Zeichnungen vorhanden, welche folgendes aussagen:The invention is based on one Described embodiment, there are three Drawings available, which state the following:
Fig. 1 Gefrierkörper mit Bohrungen Fig. 1 frozen body with holes
Fig. 2 Gefrierlanze Fig. 2 freezer lance
Fig. 3 Draufsicht der Gefrierlanze Fig. 3 top view of the freezing lance
Fig. 1 zeigt eine verfahrensbedingte Darstellung eines Gefrierkörpers (13), welcher in seinem Gefrierbereich eine Probenahmebohrung (1) unmittelbar in der Nähe der Spülbohrung (6) mit beinhalteter Gefrierlanze (8) aufweist. Des weiteren sind zwei Spülbohrungen (4) mit den entsprechenden Temperaturlanzen (3) angeordnet. Darüber hinaus sind weitere Ausführungsvarianten möglich, wobei die Anzahl der Temperaturlanzen (3) sowie der Probenahmebohrungen (1) bzw. der Spülbohrungen (6) mit eingebauten Gefrierlanzen (8) sich ganz nach der horizontalen bzw. vertikalen Ausdehnung des zu prüfenden Gefrierkörpers (13) richten. Die Temperaturlanzen (3) dienen dabei zur Überwachung des Gefrierprozesses. Entsprechend der Fig. 1 werden eine und mehrere Probenahmebohrungen (1) als sogenannte Vorbohrungen zur Orientierung der späteren Kernbohrung zur Entnahme der Bodenprobe in vorgegebener Tiefe vor dem Gefrierprozess niedergebracht. Gegenüber herkömmlichen Gefrierverfahren wird der Temperaturfühler aus der Gefrierlanze (8) herausgenommen und als separate Temperaturlanze (3) in den künftigen Gefrierkörper (13) eingebracht. Für das Abteufen der Temperaturlanzen (3) werden unverrohrte Spülbohrungen (4) bis in den Bereich des künftigen Gefrierkörpers (13) hergestellt. Die Temperaturlanze (3) wird bis zur Sohle der Spülbohrung abgesenkt und dann in den zu gefrierenden Gefrierkörper (13) eingedrückt. In den Lanzenschacht der Temperaturlanze (3) wird der Temperaturfühler eingeführt. Fig. 1 is a procedural view showing a freeze body (13) having in its freezing range a sampling bore (1) in the immediate vicinity of the flushing hole (6) including halteter freezing lance (8). Furthermore, two flushing bores ( 4 ) with the corresponding temperature lances ( 3 ) are arranged. In addition, further design variants are possible, the number of temperature lances ( 3 ) and the sampling bores ( 1 ) or the rinsing bores ( 6 ) with built-in freezer lances ( 8 ) depending entirely on the horizontal or vertical extension of the freezer body ( 13 ) to be tested. judge. The temperature lances ( 3 ) are used to monitor the freezing process. According to FIG. 1, one and several sampling bores ( 1 ) are drilled as so-called pilot bores for orienting the later core bore for taking the soil sample at a predetermined depth before the freezing process. Compared to conventional freezing processes, the temperature sensor is removed from the freezing lance ( 8 ) and introduced into the future freezing body ( 13 ) as a separate temperature lance ( 3 ). To sink the temperature lances ( 3 ), uncased rinsing bores ( 4 ) are made up to the area of the future freezer body ( 13 ). The temperature lance ( 3 ) is lowered to the bottom of the flushing hole and then pressed into the freezer body ( 13 ) to be frozen. The temperature sensor is inserted into the lance shaft of the temperature lance ( 3 ).
Die Gefrierlanzen (8) werden ebenfalls in vorbereitete unverrohrte Spülbohrungen (6) niedergebracht. Ihre Anzahl richtet sich nach der Größe des zu schaffenden Gefrierkörpers (13). In Abhängigkeit von Teufe und Größe des Gefrierkörpers (13) kommen zwei bis drei Gefrierlanzen (8) zum Einsatz. Die Konstruktion der Gefrierlanze (8) mit Fallrohr (10) für das flüssige Gefriermittel und Gefrierrohr (11) für das aufsteigende gasförmige Medium ist vom Stand der Technik her bekannt.The freezing lances ( 8 ) are also brought down into prepared uncased flushing bores ( 6 ). Their number depends on the size of the frozen body to be created ( 13 ). Depending on the depth and size of the freezer body ( 13 ), two to three freezer lances ( 8 ) are used. The construction of the freezing lance ( 8 ) with downpipe ( 10 ) for the liquid freezing agent and freezing pipe ( 11 ) for the rising gaseous medium is known from the prior art.
Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Gefrierlanze (8). Die erfindungsgemäße Veränderung gegen herkömmliche Gefrierlanzen ist das Anbringen von Lanzenflügeln (9), deren Anzahl mindestens vier Stück ist, aber in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung erweiterbar ist. Die Länge der Lanzenflügel (9) beträgt ca. zwei Meter, ist aber je nach geforderter vertikaler Ausdehnung des Gefrierkörpers (13) veränderbar. Die Lanzenflügel (9) sind 50 mm breit. Zum Schutz der Gefrierlanze (8) und insbesondere der Lanzenflügel (9) beim Eindrücken in den Erdkörper wird eine Lanzenspitze (12) als Übergangsbereich der Lanzenflügel (9) am unteren Ende der Gefrierlanze (8) hergestellt. Schlussfolgernd aus dieser konstruktiven Maßnahme des Anbringens von Lanzenflügeln (9) an der Gefrierlanze (8) wird die Oberfläche für den Wärmetransport zwischen Boden und Lanze vergrößert. Das hat zur Folge, dass dem Boden in kürzerer Zeit Wärmeenergie entzogen wird, mit den Vorteilen der Verkürzung und effektiveren Gestaltung der Frostperiode. Fig. 2 shows an embodiment of the freezing lance (8) according to the invention. The change according to the invention compared to conventional freezer lances is the attachment of lance wings ( 9 ), the number of which is at least four, but can be expanded depending on the task. The length of the lance wing ( 9 ) is approximately two meters, but can be changed depending on the required vertical extent of the freezer body ( 13 ). The lance wings ( 9 ) are 50 mm wide. To protect the freezer lance ( 8 ) and in particular the lance wing ( 9 ) when it is pressed into the earth, a lance tip ( 12 ) is produced as a transition area of the lance wing ( 9 ) at the lower end of the freeze lance ( 8 ). In conclusion from this constructive measure of attaching lance blades ( 9 ) to the freezing lance ( 8 ), the surface for heat transfer between the floor and lance is increased. As a result, heat energy is extracted from the soil in a shorter time, with the advantages of shortening and making the frost period more effective.
Nachdem alle Elemente in den zu gefrierenden Erdkörper (13) installiert sind, erfolgt der Gefrierprozess. Nach Erreichen der vorgegebenen Temperaturen, die von den Gebern in den Temperaturlanzen (3) zur Überwachung übertragen werden, kann die Entnahme der gefrorenen Bodenprobe durchgeführt werden. Hierzu wird in den verrohrten Probenahmebohrungen (1) das Bohrwerkzeug zur Entnahme eines Gefrierkerns (2) niedergebracht. Die Kernbohrung sichert die Gewinnung einer ungestörten, gefrorenen Bodenprobe.After all elements have been installed in the earth body ( 13 ) to be frozen, the freezing process takes place. After reaching the specified temperatures, which are transmitted by the sensors in the temperature lances ( 3 ) for monitoring, the frozen soil sample can be taken. For this purpose, the drilling tool for removing a freezing core ( 2 ) is placed in the piped sampling bores ( 1 ). The core drilling ensures the extraction of an undisturbed, frozen soil sample.
Ein wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens und der Gefrierlanze ist gegeben, indem eine Probeentnahme teufenunabhängig erfolgen kann, womit eine wesentliche Aufgabenstellung erfüllt ist. Des weiteren werden durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Gefrierlanze (8) erreicht, dass durch die Entnahme ungestörter Bodenproben die in situ- Verhältnisse originalgetreu nachbildbar sind und physikalische Untersuchungen mit höchsten Qualitätsanforderungen durchgeführt werden können, wie zum Beispiel Triaxialversuche. Durch die erfindungsgemäße Anwendung der Gefrierkerngewinnung sind die Voraussetzungen geschaffen, die Qualitätssicherung bei Untergrundverdichtungsarbeiten aller Art zu gewährleisten. A major advantage of the new method and the freezer lance is that sampling can be done regardless of the depth, which fulfills an important task. Furthermore, the method according to the invention and the freezing lance ( 8 ) ensure that the in situ conditions can be reproduced true to the original by taking undisturbed soil samples and that physical examinations with the highest quality requirements can be carried out, such as triaxial tests. The use of freezing core extraction according to the invention creates the prerequisites for ensuring quality assurance in all types of underground compaction work.
11
Probenahmebohrung
Sampling hole
22nd
Gefrierkern
Freezing core
33rd
Temperaturlanze
Temperature lance
44th
Spülbohrung
Rinsing hole
66
Spülbohrung
Rinsing hole
88th
Gefrierlanze
Freezer lance
99
Lanzenflügel
Lance wing
1010th
Fallrohr
Downpipe
1111
Gefrierrohr
Freezer tube
1212th
Lanzenspitze
Lance tip
1313
Gefrierkörper
Frozen body
Claims (8)
- - vor dem Gefrierprozess verrohrte Probenahmebohrungen (1) in einer definierten Tiefe eines Gefrierkörpers (13) eingebracht werden
- - sowie Temperaturlanzen (3) in einer definierten Tiefe in den Gefrierkörper (13) eingebracht werden,
- - nach dem Gefrierprozess des Gefrierkörpers (13) eine Entnahme einer gefrorenen Bodenprobe mittels einer Kernbohrung in den Probenahmebohrungen (1) erfolgt.
- - Before the freezing process, piped sampling bores ( 1 ) are made in a defined depth of a freezing body ( 13 )
- - and temperature lances ( 3 ) are introduced into the freezer body ( 13 ) at a defined depth,
- - After the freezing process of the freezer body ( 13 ), a frozen soil sample is removed by means of a core hole in the sampling holes ( 1 ).
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