door drs.a.hente in verband met een bepaalde studie,

DIENST DER ZUIDERZEEiLERKEN Waterloopkundige a f d .

DE _TECHNIEK VAN GRONDBORINGEN door

drs.A.Hente

Het g r a v e n van o n d i e p e o f d i e p e g a t e n van v e r s c h i l l e n d e a f m e t i n g e n i n de grond mordt door de mens voor v e r s c h i l l e n d e d o e l e n gednan. !Jet gegraven g a t wordt d o o r g a a n s met de algernene benaming "put" a a n g e d u i d en h e t kan op d i v e r s e w i j z e n t o t s t a n d komen.

I n p r i n c i p e k e n t men p u t t e n voor:

-

h e t o n t t r e k k e n van n i n e r a l e d e l f s t o f f e n ( e r t s e n , o l i e , g a s en w a t e r ) ,

-

h e t v e r k r i j g e n van g e g e v e n s ( g e o l o g i s c h e - en s t i j g h o o g t e - g e g e v e n s ) i n verband met een b e p a a l d e s t u d i e ,

-

h e t i n v o e r e n van b e p a a l d e s t o f f e n i n de ondergrond ( a f v a l - s t o f f e n , k u n s t m a t i g e t o e v o e r van o p p e r v l a k t e v r a t e r ) .

De t e c h n i e k i n verband met de u i t v o e r i n g van e e n p u t i s z e e r v e r s c h i l l e n d en k a n v a r i z r e n van handgraafwerk met eenvou- d i g e h u l p m i d d e l e n t o t h e t machinaal g r a v e n , d a t z i c h tegenwoor- d i g t o t de z e e r g e s p e c i a l i s e e r d e b o o r i n d u s t r i e h e e f t o n t o i k k e l d .

Eenvoudig of i n g e w i k k e l d , de t e c h n i e k van h e t maken van p u t t e n komt i n s e z e n op h e t volgende n e e r :

-

h e t graven van e e n g a t i n de grond,

7

-

h e t o p h a l e n u i t h e t g a t van h e t l o s g e w o e l d e m a t e r i a a l ,

-

h e t behoeden t e g e n i n s t o r t i n g van d e wand van h e t g a t ,

-

h e t voorkomen van h e t b i n n e n d r i n g e n i n h e t g a t van onger7enste s t o f f e n ,

-

h e t voorkomen van o v e r m a t i g v e r l i e s van de v l o e i s t o f , d i e men b e z i g t om h e t g r a a f w e r k t e ~ e r g e m a k k e l i j k e n ~

Reeds v r o e g i n de m e n s e l i j k e g e s c h i e d e n i s v i n d t men meldingen van , g a a f - en b o o r t e c h n i e k e n , m e e s t a l i n verband met de watervoor- z i e n i n g . De A r i e d e g e b i e d e n van Aziz, h e t N a b i j e en h e t Midden Oosten kennen h i e r s p r e k e n d e voorbeelden van.

De oudste en ook eenvoudigste manier van putten maken is het graven met de hand en eenvoudige hulpmiddelen van een ondiep gat, waar de gewone welput een voorbeeld van is (figuur'l). De dwars- doorsnede van dit soort putten ligt in de orde van enkele meters en zij reiken doorgaans niet verder dan even onder de vrije grond- waterspiegel. Om het instorten van.de putwand te voorkomen, voor- ziet men een dergelijke put van een wandkonstruktie, meestal van metselwerk. Deze wandkonstruktie voert men gemakkelijk uit door .bet gebruikmaken van een z.g. geleidering of putring van een ge-

wenste grootte. De putring die van verschillend materiaal gemaakt kan zijn, laat men geleidelijk met het voortschrijdende graafwerk in het ontstane gat mee zakken. Dit gebeurt door eigen gewicht van de putring of door speciaal hierop uitgeoefende krachten. A1 zak- kende wordt de wandkonstruktie naar boven toe verlengd. Op deze wijze kunnen diepten van ca 10 m worden bereikt. Er zijn evenwel genoeg voorbeelden aanwezig van welputten van enkele tientallen meters diepte. Deze zijn altijd met veel moeite gemaakt, aangezien de grote wrijvingskrachten van de wand op de putring en bijbehorende wandkonstruktie uitgeoefend, het graven tot grote diepten in de weg staan.

Voor het bereiken van grote diepten is men ertoe overgegaan om de dlameter van de put te verkleinen. Bovendien maakt men als wandsteun gebruik van gladde buizen, zodat de totale wrijving langa de sand zo klein mogelijk wordt gehoaden.

Een verdere vooruitgang in het bereiken van grotere diepten werd geleverd door de snelle ontwikkeling van de techniek van grondboren, d.w.2. het beter loswerken van het gesteentemateriaal in de diepte, het efficienter transporteren van dit materiaal naar de oppervlakte en het afdoender beschermen van boorgat en boorwand.

In het volgende zullen de meest gangbare boortechnieken worden be- handeld.

De handboor& die vooral bij bodemonderzoek tot niet a1 te grote diepte wordt gebruikt, is niet anders dan een vergrote kurketrekker met verlengingsbuizen. Grote diepten onder de vrije grondwaterspiegel kan men hiermede niet bereiken, tenzij men een omhullingsbuis met

voortschrijdende diepte mee laat zakken, waarvoor er meestal wat

k r a c h t op u i t g e o e f e n d d i e n t t e worden. D i e p t e n t o t 25 m z i j n onder z e e r g u n s t i g e bodemomstandigheden (voorkomen van k l e i l a g e n ) we1 e e n s b e r e i k t , maar doorgaans b l i j v e n d i e p t e n van meer dan c a

9

m t o t de u i t z o n d e r i n g s g e v a l l e n behoren.

Een s n e l l e e n b e t r e k k e l i j k eenvoudige w i j z e van boren i s de methode w a a r b i j g e b r u i k w o r d t gemaakt van s t e r k e h y d r a u l i s c h e p e r s e n ( f i g u u r 2). Een s t r o o m w a t e r d r i j f t men met k r a c h t u i t h e t u i t e i n d e van een h o l l e b u i s . D i t u i t e i n d e i s bovendien v o o r z i e n van e e n b e i t e l v o r m i g e p u n t , d i e h e t l o s w r o e t e n van h e t g e s t e e n t e - m a t e r i a a l d i e n t t e bevorderen. Het losgemaakte m a t e r i a n l wordt ver- v o l g e n s door h e t omhoogstromende w a t e r u i t h e t b o o r g a t v e r w i j d e r d ~ Deze methode werkt h e e l goed

i n

l o s s e g e s t e e n t e l a g e n saar geen g r o t e k e i e n o f g e s t e e n t e b r o k k e n voorkomen. Voor d e b e s t u d e r i n g van opeen- volgende samenhangende g e s t e e n t e l a g e n is h i j minder g e s c h i k t , aan- g e z i e n d e u i t t r e d e n d e waterstroom z e e r s t e r k gemengd gesteentema- t e r i a a l met z i c h meevoert. Voor h e t s l a a n van w a t e r v o o r z i e n i n g s p u t t e n z i j n z e we1 g e s c h i k t , want onder z e e r g u n s t i g e omstandigheden h e e f t men met de methode op 66n 'dag d i e p t e n van 30 t o t 60 meter kunnen b e r e i k e n .

De p u l s b o o r i s een van de o u d s t e , maar nu nog een van de meest p o p u l a i r e b o o r t e c h n i e k e n ( f i g u u r 3 ) . Een z e e r zware b e i t e l ( g e v i c h t van 1 0 0 t o t 2000 k g ) wordt v o l g e n s h o t p r i n c i p e van de hefboom op en n e e r bewogen, w a a r b i j d e a a n d r i j v i n g met h a n d k r a c h t of mechanisch

g e s c h i e d t . De neerkomende s l a g d o e t h e t g e s t e e n t e v e r b r i j z e l e n ~ Het losgemaakte o a t e r i a a l wordt door een c y l i n d e r v o r m i g e k o k e r f d e p u l a ) , v o o r z i e n van een s p e c i a a l s l u l t s t u k aan de o n d e r z i j d e , p e r i o d i e k u i t h e t b o o r g a t gevoerd. I n d i e n i n z e e r l o s s e g e s t e e n t e l a g e n wordt ge- boord, d i e n t men a1 v r o e g voortzieningen t e t r e f f e n om i n s t o r t i n g van de b o o r g a t e n t e voorkomen. D i t g e b e u r t door h e t inbrengen i n h e t b o o r g a t van een s e r i e l o s s e b u i z e n van e e n b e p a a l d e d i a m e t e r , d i e a a n e l k a a r z i j n gekoppeld. Door h e t t o e p a s s e n van s e r i e s b o o r b u i z e n van s t e e d s afnenende d i a m e t e r (z.g. t o e r e n ) . d i e a l s de d e l e n van e e n

u i t g e s c h o v e n t e l e s c o o p i n e l k a a r p a s s e n , i s men i n staat om d e

w r i j v i n g s k r a c h t l a n g s d e wand van h e t b o o r g a t t e beperken en zodoen- d e p u t t e n t o t a a n z i e n l i j k e d i e p t e n u i t t e v o e r e n ( p r a k t i s c h e eind- d i e p t e van 300 t o t 400 m). De b o o r b u i s d i a m e t e r s v a r i z r e n van

5

t o t 60cm2 I n z e e r h a r d e g e s t e e n t e n i s d e b o o r s n e l h e i d k l e i n

(1.5

t o t

3

m p e r d a g ) , maar i n z a c h t e g e s t e e n t e n kan h e t boren s n e l l e r gaan ( 1 5 t o t

30

m p e r dag). Het v o o r d e e l van p u l s b o r e n is gelegen i n h e t v e r k r i j g e n van monsters grond, d i e h e t doorboorde p r o f i e l goed ka- r a k t e r i s e r e n . Voor s t u d i e d o e l e i n d e n i s gebruikmaking van de p u l s b o o r dus h e e l a a n t r e k k e l i j k .

Voor de u i t v o e r i n g van z e e r d i e p e p u t t e n , v o o r a l wanneer h a r d e g e s t e e n t e l a g e n van g r o t e d i k t e doorboord moeten worden, i s men aan- gewezen op de r o t a r y - b o o r ( f i g u u r

4 ) .

Het v e r b r i j z e l e n van h e t ge- s t e e n t e m a t e r i a a l g e s c h i e d t door e e n - s n e l i n h a t b o o r g a t r o n d d r a a i e n - de b e l t e l o f boor van b i j z o n d e r g r o t e hardheid. De rondwentelende k r a c h t n o r d t v i a e e n h o l l e , s t a l e n b u i s o f b o o r s t a n g t o t s t a n d ge- b r a c h t . Bet losgemaakte g e s t e e n t e m a t e r i a a l wordt u i t h e t boorgat ge- s p o e l d door middel van een c o n t i n u e stroom van b o o r v l o e i s t o f (modder) door de h o l l e b o o r s t a n g en d a a r b u i t e n . Op d i t p r i n c i p e van doorspoe- l e n k e n t men twee v a r i a t i e s , t e wetenr 1 ) de v l o e i s t o f s t r o o m wordt door middel van perspompen door de h o l l e b o o r s t a n g omlaag en vervol, g e n s door de r u i m t e t u s s e n de s t a n g en de boorgatwand weer omhoog gestuwd; 2) met b e h u l p van zuigpompen wordt j u i s t de omgekeerde s t r o - ming b e w e r k s t e l l i g d , d u s v l o e s t o f s t r o o m omlaag l a n g s de boorgatwand e n b o o r s t a n g e n weer omhoog door de h o l l e boorstang. Behalve als door- s p o e l e r van 10s g e e t e e n t e m a t e r i a a l h e e f t de b o o r v l o e i s t o f nog een an- d a r e f u n k t i e , n o l o h e t u i t o e f e n e n van s t e u n d r u k op de onbeklede wand van h e t b o o r g a t , waardoor i n s t o r t i n g wordt voorkomen. Bet r o t a r y - boren wordt voornamelijk t o e g e p a s t b i j de e x p l o r a t i e en e x p l o i t a t i e van a a r d g a s en a a r d o l i e , waar d i e p t e n van e t t e l i j k e duizenden m e t e r s dienen t e worden b e r e i k t . Soms wordt h e t ook voor a n d e r e d o e l e i n d e n

met

k l e i n e r e e i n d d i e p t e n g e b r u i k t , b.v. b i j bronbemalingen e n d r i n k - watervoorzieningen. De s n e l l e w i j z e van u i t v o e r i n g is h i e r dan een winstgevende f a k t o r . I n z a c h t e g e s t e e n t e l a g e n kunnen d i e p t e n van

90

t o t

150 m

e n i n h a r d e g e s t e e n t e n d i e p t e n van

9

t o t

15

m p e r d a g wor- den b e r e i k t . Voor s t u d i e d o e l e i n d e n is h e t r o t a r y - b o r e n minder akku- raat e n d e r h a l v e 'ook minder geschikt.

Tegenwoordig b e e t a a n ook pneumatische boren voor h e t maken van d i e p e p u t t e n . De k r a c h t voor h e t l o s n e r k e n van g e s t e e n t e n e n h e t wegvoeren u i t h e t b o o r g a t van h e t l o s g e w e r k t e m a t e r i a a l wordt door n o t e hoeveelheden samengeperste l u c h t g e l e v e r d o Hoewel deze methode u i t e r s t s n e l t e werk kan gaan, is de t o e p a s s i n g s m o g e l i j k h e i d b e p e r k t t o t gebieden met h a r d e en z e e r d i c h t e g e s t e e n t e n (b.v. g r a n i e t ) . I n

gesteentepakketten van zeer losse gesteenten, die het"absorberenW van de aangewende lucht toestaan waardoor drukverliezen optreden, i s de methode onbruikbaar. Onder gunstige omstandigheden echter kunnen er diepten van 15 tot

30

rn per dag mee worden bereikt.

Het eal uit het bovenstaande duidelijk zijn, dat de keuze van de boormethode sterk afhankelijk is an de aard van het doe1

I.

dat men zich heeft g e s t e l d ~ Hierbij zijn de geotechnische opbouw van het interessegebied en de beschikbaar staande financizle mid- delen ook nog bepalende faktoren bij die k e u z e ~

-- - -

gdeide- of putring

. . . ⁰ . . .

. . . . . . . ^{- 0 . .}

f r e a t i v h vlak

I

-

--- _---

- - - -

. - . _{. . . .} . . .

-

. . .

-

s .

-

_{. . . .} ^o. . . . - - - _{0 -} - _.----.

-

_ .

- _---

. . ^e-

-

_-e-. 770-

-

^{. .}

_- --- -

^{0 - _}

-

_{. .} ^,-

F1g.1 Konstruktie van een welput

reservoir waterreservoir

Fig. 2 Hydraulische pcrsboor

-_

I

I ~

I

Fig. 3 Pulsboff

-.

-

stromingsrichting van de boorvloeistof

F i g 4 Rotary-boor

--__

\

- .