DE3879045T2

DE3879045T2 - Bodenprobennehmer.

Info

Publication number: DE3879045T2
Application number: DE8888307873T
Authority: DE
Inventors: Christopher Ronald Carley; Peter Dunn; David William Scott
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-08-27
Filing date: 1988-08-25
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2008-08-26
Also published as: EP0305178A1; ATE86712T1; DE3879045D1; EP0305178B1; GB8720270D0; ES2038303T3

Description

Die Erfindung betrifft die Entnahme von Bodenproben zur Bestimmung der Natur und der Eigenschaften des Bodens für Bauzwecke und Bauarbeiten an Land.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben.
Eine gegenwärtig verwendete Vorrichtung und ein Verfahren umfaßt das Eintreiben eines äußeren Rohrs in den Boden bis zum Erreichen einer erforderlichen Tiefe, wobei das äußere Rohr eine Anzahl fest miteinander verbundener Verlängerungen enthält. Ein inneres Entnahmerohr das ebenfalls eine Anzahl fest miteinander verbundener Verlängerungen enthält, wird anschließend innerhalb des äußeren Rohrs in den Boden eingetrieben, bis die gewünschte Tiefe oder Tiefen erreicht sind. Bei jeder gewünschten Tiefe kann eine Bodenprobe entnommen werden. Es kann auch in jeder gewünschten Tiefe ein Standardsondenversuch durchgeführt werden.
Es besteht ein relativ großer Abstand zwischen dem inneren Entnahmerohr und dem äußeren Rohr und das äußere Rohr wird entfernt, nachdem die gewünschten Proben entnommen und die Tests durchgeführt wurden. Bei dieser Ausführung und diesem Verfahren ist der relativ große Abstand vorgesehen, um jegliche Abweichung des Entnahmerohr aufgrund von Hindernissen, z.B. Felsen, an dem Entnahmeort zu ermöglichen. Das äußere Rohr kann wegen seines Wertes nicht im Boden zurückgelassen, sondern muß herausgezogen werden. Die Entfernung des äußeren Rohrs kann manchmal schwierig, kompliziert und zeitaufwendig sein. Darüberhinaus ist eine relativ schwere und schwerfällige Antriebsausrüstung erforderlich, um das äußere Rohr in den Boden zu treiben.
Dieses vorliegende Verfahren und die Vorrichtung ist daher relativ kompliziert und schwerfällig in der Handhabung und der Aufbau bzw. Abbau ist zeitaufwendig. Während dieses vorliegende Verfahren und die Vorrichutng für umfangreiche Bauarbeiten geeignet ist, ist es für kleinere Baugeländeuntersuchungen nicht hinreichend geeignet.
Aus der GB-A- 12 68 629 ist ein schweres äußeres Kernbohrrohr und ein leichteres inneres Kernbohrrohr zur Erzeugung von Kernbohrungen unter Wasser bekannt. Das äußere Rohr wird durch Drehung und schlagende Belastung in Stellung gebrcht, während das innere Rohr durch Drehung mit einem konstanten Anpreßdruck positioniert wird. Wenn sich das innere und das äußere Rohr in Position befinden, werden Bohrstangen durch Drehung eingeführt. Das innere Kernbohrrohr bietet Schutz für die Bohrstangen, während das äußere Kernbohrrohr einen Schutz für das innere Kernbohrrohr bildet.
Es bestehen relativ große Abstände zwischen dem inneren und dem äußeren Kernbohrrohr sowie der Bohrstangen und dem inneren Kernbohrrohr. Es ist zu erwarten, daß nach der Entnahme einer Kernprobe sowohl das innere als auch das äußere Kernbohrrohr entfernt werden.
Die GB-A- 31 88 87 offenbart ein Pfahlrohr mit einem inneren und einem äußeren Kern. Das Pfahlrohr wird in den Unterboden eingetrieben und Chemikalien und gefrorene Materialien werden in die Probe eingespritzt, so daß die Probe bei der Herausnahme des inneren Kerns zurückgehalten wird. Auch hier besteht ein relativ großer Abstand zwischen dem inneren und äußeren Kern und es ist davon auszugehen, daß das äußere Rohr nach der Probenentnahme entfernt wird.
Die GB-A- 31 12 86 offenbart ein Pfahlrohr, das dem in der GB-A- 31 88 87 offenbarten ähnlich ist, außer daß es einen mechanischen Probenrückhaltemechanismus am unteren Ende des inneren Kernrohrs hat, um die Probe innerhalb des inneren Kernrohrs zurückzuhalten. Es ist offenbart, daß das äußere Kernrohr des Pfahlrohrs zurückgezogen oder in dem Unterboden zurückgelassen werden kann, um als Trägerpfahl zu dienen.
Während bei der vorliegenden Erfindung das äußere Rohr oder der größere Teil davon in dem Boden verbleiben kann, weist das äußere Rohr eine unzureichende Größe auf, um als Trägerpfosten zu dienen.
Die US-A- 36 96 873 offenbart eine Bodenentnahmeeinrichtung mit einer äußeren Antriebshülse und einem inneren Probenentnahmerohr. An der Antriebshülse ist ein Antriebsaufsatz angeordnet und sowohl die Antriebshülse als auch das Probenentnahmerohr werden durch einen Antriebskopf in den Boden eingetrieben. Sobald eine Probe bzw. Proben entnommen wurden, indem das Bodenentnahmerohr zurückgezogen und die Antriebshülse im Boden zurückgelassen wurde, wird die Antriebshülse selbst durch Greifer entfernt, die an der Antriebshülse angeordnet sind.
Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung das äußere Rohr bzw. der größere Teill von ihnen im Boden zurückgelassen, nachdem die Bodenproben entnommen wurden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bodenentnahme und zur Untersuchung zu schaffen, bei dem die Vorrichtung ein relativ geringes Gewicht aufweist und keine aufwendige Ausrüstung zum Eintreiben des äußeren Rohrs und des inneren Probenentnahmerohrs in den Boden benötigt.
Die Erfindung sieht eine Ausrüstung (10) zur Entnahme von Bodenproben vor, die ein wiederverwendbares inneres Entnahmerohr (14) mit einem Ende (14a) zum Durchstoßen des Bodens, ein äußeres Rohr (12) mit einem Ende (12a) zum Durchstoßen des Bodens und einen Antriebskopf (16) aufweist, der mit den von den Enden (12a, 14a) zum Durchstoßen des Bodens entfernten Enden des inneren und äußeren Rohrs in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verlängerungsstücke (12b) für das äußere Rohr (12) und mehrere Verlängerungsstücke (14b) für das Entnahmerohr (14) vorgesehen sind und daß das äußere Rohr (12) und das angrenzende Verlängerungstück (12b) sowie die nachfolgenden Verlängerungsstücke (12b) opferbar sind, aneinander anstoßen und in Bezug aufeinander durch Bundansätze (12c) an einem Ende jedes Verlängerungsstücks (12b) angeordnet sind.
Das äußere Rohr und die entsprechenden Verlängerungsstücke sind vorzugsweise durch Hülsen miteinander verbindbar, die an einem Ende jedes Verlängerungsstücks angeordnet sind.
Zwischen dem inneren und äußeren Rohr besteht vorzugsweise ein Spielsitz und der Antriebskopf, der an dem inneren Rohr befestigbar ist, ist mit dem obersten Verlängerungsstück des äußeren Rohrs in Kontakt bringbar. Jeder geeignete Antriebsmechanismus, der zum Eintreiben des inneren und äußeren Rohrs in den Boden in Kontakt mit dem Antriebskopf steht, kann verwendet werden, beispielsweise ein schlagend angetriebenes Gewicht oder ein pneumatischer oder hydraulischer Zylinder.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bodenentnahme durch Verwendung einer vorstehend beschriebenen Bodenentnahmeausrüstung, mit folgenden Schritten: Zusammenbauen des Antriebskopfs (16) und des Entnahmerohrs (14) mit einer ersten Länge des äußeren Rohrs (12), Eintreiben der zusammengebauten inneren und äußeren Rohre (14, 12) in den Boden auf eine vorbestimmte Tiefe, Zurückziehen des Entnahmerohrs (14) und Entnahme der Probe, gekennzeichnet durch Hinzufügung jeweiliger Verlängerungsstücke an die beiden inneren und äußeren Rohre (12, 14), Eintreiben der inneren und äußeren Rohre (12, 14) in den Boden auf eine weitere vorbestimmte Tiefe, Herausziehen des Entnahmerohrs (14) und Entnahme der Probe, Hinzufügung weiterer Verlängerungen (12b, 18) an die beiden Rohre (12, 14), bis die endgültig erforderliche Tiefe erreicht ist und Zurückziehen des Entnahmerohrs (14) aus der endgültigen Tiefe und Zurücklassen des äußeren Rohrs (12, 12b) und der Verlängerungsstücke zu den äußeren Rohren in deren Lage.
Das Verfahren kann das Zurückziehen des obersten Verlängerungsstücks des äußeren Rohrs umfassen, während der verbleibende Teil des äußeren Rohrs in seiner Lage zurückgelassen wird.
Das Verfahren sieht nach der Entnahme einer der Bodenproben nur die Hinzufügung eines Verlängerungsstücks zu dem Entnahmerohr und das Eintreiben des Entnahmerohrs in den Boden zur Durchführung eines Standardsondenversuchs, das Zurückziehen des Entnahmerohrs und die Entnahme der Probe vor.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch die Enden des inneren und äußeren Rohres zum Durchstoßen des Bodens nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bodenentnahmeeinrichtung;
Fig. 2 die Eintriebsenden des inneren und äußeren Rohres nach Figur 1 zusammen mit Verlängerungsstücken;
Fig. 3 ein typisches Verlängerungsstück für das äußere Rohr; und
Figuren 4 bis 7 die Anwendungsweise der Bodenentnahmevorrichtung in den Figuren 1 bis 3 in Aufeinanderfolge.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen umfaßt die Bodenentnahmeeinrichtung (10) ein äußeres Rohr (12) und ein inneres Entnahmerohr (14) zusammen mit einem Antriebsaufsatz (16).
Das äußere Rohr (12) umfaßt ein Ende (12a) zum Durchstoßen des Bodens und eine Anzahl von Verlängerungsstücken (12b), während das Entnahmerohr (14) ein Ende (14a) zum Durchstoßen des Bodens, ein geschlitztes Rohr (14b) und ein Verbindungsstück (14c) aufweist, wobei das Entnahmerohr an einer Anzahl von Verlängerungsstangen (18) befestigbar ist.
Die Verlängerungsrohre (12b) sind nicht aneinander oder am Ende (12a) zum Durchstoßen des Bodens befestigt, sondern stoßen aneinander an und sind durch Hülsen (12c) in Stellung gebracht.
Das Ende (14a) ist an dem geschlitzten Rohr (14b) festgeschraubt, das seinerseits an das Verbindungsstück (14c) angeschraubt ist. Der Antriebsaufsatz (16) ist an dem Verbindungsstück (14c) angeordnet und weist eine Schulter (16a) auf, die an das oberste Ende anstößt, welches vom Ende (12a) eines der Verlängerungsrohre (12b) zum Durchstoßen des Bodens entfernt ist.
Die Figur 1 zeigt die erste Montagestufe der erfindungsgemäßen Bodenentnahmeeinrichtung, bei der das Ende des Entnahmerohrs (14a) an dem Antriebsaufsatz (16) durch das Verbindungsstück (14c) angeordnet wird und anschließend durch das Ende des äußeren Rohrs (12a) geführt wird, bis die Schulter (16a) an das oberste Ende des äußeren Rohrs (12a) anstößt.
Die Figur 2 zeigt die in Position befindlichen Enden (12a) und (14a) mit ihren jeweiligen Verlängerungsrohren (12b) und Verlängerungsstangen (18).
Unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 7 sind in Figur 4 die Enden (12a), das Entnahmerohr (14) und der Antriebsaufsatz (16)zusammengebaut, wie in Figur 1 gezeigt. Die Enden (12a) und (14a) des Entnahmerohrs und des äußeren Rohrs werden dann gleichzeitig durch Aufbringung einer Last in Richtung eines Pfeiles "A" durch jedes geeignete Mittel in den Boden getrieben. Die Last kann beispielsweise ein mechanisch betriebener Hammer, ein gesteuert aus einer vorgegebenen Höhe auf den Antriebsaufsatz herabfallendes Gewicht oder ein hydraulischer bzw. pneumatischer Zylinder sein.
Wenn die Enden (12a) und (14a) auf die erforderliche Tiefe eingetrieben wurden, wird das Entnahmerohr (14) durch Anheben des Antriebsaufsatzes (16) herausgenommen und die Probe wird aus dem Inneren des Entnahmerohrs (14b) zur Analyse und Untersuchung entnommen. Ein Verlängerungsrohr (12b) wird am Ende (12a) angebracht und eine Verlängerungsstange (18) wird an das Entnahmerohr (14a) angefügt. (Figur 5).
Wie in Figur 6 gezeigt, wird noch einmal eine Last auf den Antriebsaufsatz (16) aufgebracht, um die Enden (12a) und (14a) zusammen mit den Verlängerungsrohren (12b) und Verlängerungsstangen (18) bis zum Erreichen der erforderlichen Tiefe in den Boden einzutreiben. Die Herausnahme der Probe zur Analyse und Untersuchung sowie die Hinzufügung von Verlängerungsstangen und -rohren wird - wie in Figur 5 gezeigt - fortgesetzt, bis die endgültige erforderliche Tiefe erreicht ist.
Als Alternative kann nach Entnahme der Probe nur eine Verlängerung (18) an dem Entnahmerohr angebracht und ein Standardsondenversuch (SPT) durchgeführt werden, wie in Figur 7 gezeigt. Die Entnahme von Proben kann dann durch Hinzufügung eines äußeren Verlängerungsrohrs fortgesetzt werden, wie unter Bezug auf die Figuren 5 und 6 gezeigt ist. Der Standardsondenversuch kann in jeder gewünschten Tiefe innerhalb des Betätigungsbereiches der Bodenentnahmeeinrichtung durchgeführt werden.
Das Entnahmerrohr (14) kann jede Standardausführung sein, z.B. eine in Figur 1 gezeigte zweischneidige Bohrschappe oder ein dünnwandiger Probenentnehmner.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung von Standard-Entnahmerohren und Verlängerungsstangen in Verbindung mit einem relativ billigen opferbaren äußeren Rohr und Verlängerungsstücken, die einen derartigen Innendurchmesser haben, daß das Entnahmerohr einen relativ engen Spielsitz darin aufweist.
Der Außendurchmesser des äußeren Rohrs kann beispielsweise zweieinhalb Zoll mit einer Wanddicke von 2 mm sein und das Entnahmerohr kann einen Außendurchmesser von zwei Zoll aufweisen. Bei so einer Ausführung beträgt der Abstand zwischen dem inneren und äußeren Rohr ungefähr 4 mm.
Bei so einer Ausführung kann die Einrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Einrichtungen relativ einfach transportiert werden, erfordert keine schwerfälligen und massiven Maschinen zum Eintreiben der äußeren und inneren Rohre in den Boden, ist anpassungsfähiger und benötigt weniger Zeit beim Aufbau, beim Betrieb und beim Abbau.
Neben den zweischneidigen Bohrschappen oder den dünnwandigen Probennehmern können auch als Reduzier-Schlitz- Probenentnahmerohre (reducing slot tube samplers) bekannte Entnahmerohre verwendet werden.
Reduzier-Schlitz-Probenentnahmerohre umfassen Stahlrohre mit unterschiedlichen Durchmessern, in denen die Rohre mit längsverlaufenden gegenüberliegenden Schlitzen an unterschiedlichen Stellen entlang der Länge des Rohres vorgesehen sind, so daß eine innerhalb des Rohrs enthaltene Probe betrachtet werden kann.
Reduzier-Schlitz-Probenenthamerohre sind insbesondere für die Probenentnahme in schweren Tonböden geeignet.
Um die Reduzier-Schlitz-Probenentnahmerohre gemäß der Erfindung einzusetzen, wird das innere Entnahmerohr (14) - wie oben erläutert - durch ein Schlitz-Probenentnahmerohr ersetzt, das ein Rohr einer einfachen Länge oder einer Serie von Längen sein kann, in denen das Schlitz-Probenentnahmerohr einen derartigen Durchmesser aufweist, daß es einen relativ festen Sitz innerhalb des äußeren Rohrs 12 aufweist. Das innere und äußere Rohr werden in den Boden eingetrieben, wie unter Bezug auf die Figuren 4 bis 7 erläutert wurde, und das Schlitz-Probenenthamerohr wird zur Entnahme der Proben bei der gewünschten Tiefe zurückgezogen. Schlitz-Probenentnahmerohre mit nachfolgend kleinerem Durchmesser können in den Boden eingetrieben werden und diese Schlitz-Probenentnahmerohre werden nicht nur durch das äußere Rohr (12) gehalten, das in dem Boden verbleibt, sondern auch durch den Boden, der im Inneren des Entnahmerohrs (12) zurückbleibt, nachdem aufeinanderfolgende Proben durch Verwendung von Schlitz-Probenentnahmerohre mit verringerten Durchmessern entnommen wurden.
Es ist unwahrscheinlich, daß das Fehlen eines relativ großen Abstandes, der eine Abweichung des Entnahmerohrs ermöglicht, einen Nachteil im Operationsbereich von bis zu 6 Metern bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt. Die Entnahme von Bodenproben und die Durchführung von Standardsondenversuchen kann mit geringeren Kosten und einem geringeren Zeitaufwand als bei herkömmlich bekannten Ausrüstungen durchgeführt werden. Die Ausrüstung ist auch vergleichsweise leichter, da das äußere Rohr und die Verlängerungsrohre sehr viel leichter als die bestehenden Außenrohre sind.

Claims

1. Vorrichtung (10) zur Entnahme von Bodenproben, die ein wiederverwendbares inneres Entnahmerohr (14) mit einem Ende (14a) zum Durchstoßen des Bodens, ein äußeres Rohr (12) mit einem Ende (12a) zum Durchstoßen des Bodens und einen Antriebskopf (16) aufweist, der mit den von den Enden (12a, 14a) zum Durchstoßen des Bodens entfernten Enden des inneren und äußeren Rohrs in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verlängerungsstücke (12b) für das äußere Rohr (12) und mehrere Verlängerungsstücke (14b) für das Entnahmerohr (14) vorgesehen sind und daß das äußere Rohr (12) und das angrenzende Verlängerungsstück (12b) und die nachfolgenden Verlängerungsstücke (12b) opferbar sind, aneinander anstoßen und in Bezug aufeinander durch Bundansätze (12c) an einem Ende jedes Verlängerungsstücks (12b) angeordnet sind.

2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativer enger Spielsitz zwischen den inneren und äußeren Rohren (14, 12) besteht.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskopf (16) an dem inneren Rohr (14) oder an dessen Verlängerungsstück (18) sicherbar und mit dem äußeren Rohr (12) oder dessen Verlängerungsstück (12b) in Kontakt bringbar ist.

4. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Antriebseinrichtung zum Eintrelben der inneren und äußeren Rohre (14, 12) und deren jeweiligen Verlängerungsstücke (12b, 18) in den Boden enthält.

5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen hydraulischen oder pneumatischen Druckzylinder umfaßt.

6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein stoßend betriebenes Gewicht aufweist.

7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr (14) eine geschlitzte Bohrschappe oder einen dünnwandigen Probennehmer aufweist.

8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr (14) eine geschlitzte Rohrentnahmesonde aufweist.

9. Verfahren zur Bodenentnahme durch Verwendung einer Vorrichtung (10) zur Entnahme von Bodenproben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: Zusammenbauen des Ahtriebskopfs (16) und des Entnahmerohrs (14) mit einer ersten Länge des äußeren Rohrs (12), Eintreiben der zusammengebauten inneren und äusseren Rohre (14, 12) in den Boden auf eine vorbestimmte Tiefe; Zurückziehen des Entnahmerohrs (14) und Entnahme der Probe, Hinzufügung jeweiliger Verlängerungsstücke (18, 12b) an die beiden inneren und äußeren Rohre (14, 12), Eintreiben der inneren und äußeren Rohre (14, 12) in den Boden auf eine weitere vorbestimmte Tiefe, Herausziehen des Entnahmerohrs (14) und Entnahme der Probe, Hinzufügung weiterer Verlängerungen (12b, 18) an die beiden Rohre (12, 14) bis die endgültig erforderliche Tiefe erreicht ist und Zurückziehen des Entnahmerohrs (14) aus der endgültigen Tiefe und Zurücklassen des äußeren Rohrs (12, 12b) und der Verlängerungsstücke zu den äußeren Rohren in deren Lage.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das oberste Verlängerungsstück des äußeren Rohrs (12) zurückgezogen wird, während das verbleibende Verlängerungsstück (12b) in seiner Lage zurückgelassen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verlängerungsstück (18) dem Entnahmerohr (14) zugefügt wird nur nachdem eine Bodenprobe entnommen und das Entnahmerohr (14) in den Boden eingetrieben wurde, um einen Standardsondenversuch durchzuführen, daß das Entnahmerohr (14) zurückgenommen und die Proben entnommen und ein Verlängerungsstück (12b) zu dem äußeren Rohr (12a) hinzugefügt wird.

12. Bodenentnahmeverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr (14) eine geschlitzte Rohrentnahmesonde aufweist, in die geschlitzte Entnahmerohre mit reduzierenden Durchmessern nacheinander in den Boden getrieben werden, um Proben von aufeinanderfolgend geringerem Durchmesser zu entnehmen.