DE10346890A1

DE10346890A1 - Hydrostatisches Schlauchwaagenmeßsystem zur kontinuierlichen Erfassung von Setzungen von Bauwerken

Info

Publication number: DE10346890A1
Application number: DE10346890A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Ing. Jakobs; Henry Dipl.-Ing. Knitsch; Rolf Dr. Ing. Wieland
Original assignee: Keller Grundbau GmbH
Current assignee: Keller Grundbau GmbH
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: DE10346890B4

Abstract

Verfahren zur Messung von Setzungen an Bauwerken (Überwachungsobjekten) mittels einer hydrostatischen Schlauchwaage, umfassend ein flüssigkeitsgefülltes Ausgleichsgefäß 21 und einen flüssigkeitsgefüllten Meßzylinder 19, die über einen Schlauch flüssigkeitskommunizierend miteinander verbunden sind, bei dem DOLLAR A - eine Referenzstelle außerhalb des Bauwerks eingerichtet wird, DOLLAR A - eine horizontale Bahn an dem Bauwerk angebracht oder in das Bauwerk eingebracht wird, die Setzungsbewegungen abbildet, DOLLAR A - das Ausgleichsgefäß 21 an der Referenzstelle angeordnet wird und der Meßzylinder entlang der Bahn bewegt und an vorbestimmten Meßpunkten 1 bis n zur Durchführung von Messungen angehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung von Setzungen an Bauwerken (Überwachungsobjekten) mittels einer hydrostatischen Schlauchwaage. Setzungen von Bauwerken werden heute häufig noch mittels der Bewegung von am Bauwerk fest angebrachten Meßpunkten durch optische Höheneinrichtungen wie Theodolit oder Nivelliergerät gemessen. Auch werden Setzungen an Bauwerken über die Messung von Veränderungen von Horizontalbohrungen im Bauwerk festgestellt, wobei Meßketten durch Verschieben des Inklinometers in verschiedene Wegepunkte ermittelt werden.

Für die kontinuierliche Bestimmung relativer Höhenänderungen an Bauwerken infolge von Setzungen des Baugrunds werden auch hydrostatische Vielstellenmeßsysteme seit langem erfolgreich eingesetzt. Diese bestehen im wesentlichen aus mehreren durch Rohrleitungs- oder Schlauchsysteme verbundenen flüssigkeitsgefüllten Meßzylindern, an denen Veränderungen der Höhenlage von Meßpunkten am Überwachungsobjekt relativ zur Höhe eines unveränderlichen Referenzpunkts gemessen und über der Zeit gespeichert werden.

Hierbei ist es üblich, die Höhenänderungen gegenüber einer Referenzstelle über eine Flüssigkeitsstandsänderung in den Meßzylindern mittels elektrischer Aufnehmer zu messen. Es ist jedoch auch bereits bekannt, die Höhenänderung in den Meßzylindern durch Druckaufnehmer in den einzelnen Meßzylindern zu erfassen, die Änderungen des Schweredrucks gegenüber dem Schweredruck an einer Referenzmeßstelle erfassen. Diese Schweredruckänderungen werden in Höhenänderungen Δh umgerechnet. Alle Meßzylinder sind hierbei mit einem Ausgleichsgefäß über einen Schlauch verbunden. Da das Ausgleichsgefäß nicht in die Meßkette eingebunden ist, haben Pegeländerungen der Flüssigkeit im Ausgleichsgefäß keinen Einfluß auf das Meßergebnis. Einer der Meßzylinder dient als höhenkonstante Referenzmeßstelle.

Bei bereits fertiggestellten Bauwerken ist der Einbau eines hydrostatischen Vielstellenmeßsystems nicht immer mühelos möglich. Durch die Vielzahl der Meßstellen wird das Fehlerrisiko erhöht und die Auswertung kompliziert. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Vorrichtung der eingangs genannten Art anzubieten, die einfach aufgebaut ist und in bereits fertiggestellten Bauwerken nachträglich eingebaut werden kann.

Die Lösung hierfür liegt in einem Verfahren zur Messung von Setzungen an Bauwerken (Überwachungsobjekten) mittels einer hydrostatischen Schlauchwaage, umfassend ein flüssigkeitsgefülltes Ausgleichsgefäß und einen flüssigkeitsgefüllten Meßzylinder, die über einen Schlauch flüssigkeitskommunizierend miteinander verbunden sind, bei dem

– eine Referenzstelle außerhalb des Bauwerks eingerichtet wird,
– eine horizontale Bahn an dem Bauwerk angebracht oder in das Bauwerk eingebracht wird, die Setzungsbewegungen abbildet,
– das Ausgleichsgefäß an der Referenzstelle angeordnet wird und der Meßzylinder entlang der Bahn bewegt und an vorbestimmten Meßpunkten 1 bis n zur Durchführung von Messungen angehalten wird. Mit diesen Messungen wird jeweils die Höhendifferenz Δh gegenüber der Höhe h0 der Referenzstelle ermittelt. Die Referenzstelle wird hierzu vorzugsweise an einem von Setzungsbewegungen unbeeinflußten Ort eingerichtet oder es wird vor jeder Meßreihe die Setzungsbewegung der Referenzstelle von davon unbeeinflußten Orten aus, insbesondere geodätischen Punkten, jeweils neu eingemessen.

Die Lösung umfaßt weiterhin eine Anordnung zur Messung von Setzungen an Bauwerken (Überwachungsobjekten) mit

– einer außerhalb des Bauwerks befindlichen Referenzstelle,
– einer an dem Bauwerk angebrachten bzw. in das Bauwerk eingebrachten horizon talen Bahn, die Setzungsbewegungen abbildet,
– einer Schlauchwaagenanordnung mit einem flüssigkeitsgefüllten Ausgleichsgefäß, das an der Referenzstelle fest angeordnet ist und
– einem Meßzylinder, der längs der Bahn transportabel ist, wobei Ausgleichsgefäß und Meßzylinder über einen Schlauch flüssigkeitskommunizierend miteinander verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt damit nur noch das Ausgleichsgefäß und einen Meßzylinder, wobei ersteres an einem Referenzpunkt, der vorzugsweise von den Setzungen nicht betroffen ist, bzw. dessen Setzungen durch ein vorgeschaltetes unabhängiges Meßverfahren bekannter Art bestimmt werden können müssen, fest installiert werden muß und letzterer längs einer vorgegebenen Bahn geführt an vorgegebenen Meßpunkten zur Durchführung von Messungen angehalten werden muß. Die genannte Bahn kann in einfacher Ausführung ein in eine Horizontalbohrung eingebrachtes flexibles Rohr sein, das in diese Horizontalbohrung außen durch Vergießen oder Ausschäumen spielfrei eingesetzt ist und Setzungsbewegungen der die Bohrung enthaltenden Teile des Bauwerkes wiederstandsarm abbildet, damit die Messung nicht durch die Meßanordnung selber beeinflußt wird. Möglich ist somit die Verwendung eines dünnwandigen Kunststoffrohres, innerhalb dessen der horizontal transportable Meßzylinder definiert geführt werden kann. Der horizontal transportable Meßzylinder kann dabei auf einem Schlitten gleitend gegenüber der Rohrwandung abgestützt werden oder in einem Wagen abrollend gegenüber der Rohrwandung abgestützt werden. Günstig ist in jedem Fall ein Dreipunktkontakt des Schlittens oder Wagens gegenüber dem Umfang des Rohres.

Wie in den Bezeichnungen Bahn einerseits und Schlitten bzw. Wagen andererseits schon deutlich wird, können auch gänzlich andere Ausführungen dieser Teile als vorstehend beschrieben vorgesehen werden, beispielweise können freiliegende Meßanordnungen mit am Bauwerk angebrachten Schienen verwendet werden, auf denen ein rollengeführter Wagen, der den beweglichen Meßzylinder trägt, geführt werden kann. Die Bahn muß nicht linear sein, sondern kann auch in der horizontalen Ebene gekrümmt oder ringförmig sein.

Zur Fortbewegung des Schlittens oder Wagens können Zugseile oder Zugstäbe am Wagen angebracht werden, wobei über die genannte Teile im Vergleich zur Festpunkten die Wagenposition längs der Bahn oder speziell innerhalb des Rohres erfaßt werden kann, so daß der Wagen an vorbestimmten Meßpunkten zur Durchführung von Messungen angehalten werden kann. Der Wagen kann auch roboterartig mit Eigenantrieb und Mitteln zur Wegmessung ausgestattet werden, so daß er ferngesteuert die verschiedenen Meßpositionen anfahren kann. Anstelle der Wegmessung kann auch ein elektronisches Navigationssystem im Wagen das Erreichen des jeweiligen Meßpunktes bestimmen.

Die Meßanordnung im engeren Sinn umfaßt in bevorzugter Ausführung das Ausgleichsgefäß und den Meßzylinder, die mit Flüssigkeit gefüllt sind und die über einen Schlauch untereinander verbunden sind. Jeweils am Boden des Meßzylinders sind Drucksensoren bzw. Druckaufnehmer angeordnet, die über Meßleitungen den jeweiligen Druck im Meßzylinder zu einer Auswertestelle (Computer, Prozessor) übermitteln. Das Ausgleichsgefäß und Meßzylinder sind weiterhin über eine Schlauchleitung mit dem Umgebungsdruck verbunden, die einen gleichen Referenzgasdruck über der Flüssigkeit bildet.

Ein Ausführungsbeispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
1 zeigt eine Verfahrenssituation zu Beginn des Verfahrens;
2 zeigt eine Verfahrenssituation während des Verfahrens;
3 zeigt einen Querschnitt der Verfahrenssituation nach 2;
4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Prinzipdarstellung.
In 1 ist ein gewachsener oder verdichteter Baugrund 11 mit einer in wesentlichen horizontalen Geländeroberkante 12 gezeigt. Auf der Geländeroberkante 12 ist ein Bauwerk in Form einer Dammschüttung 13 errichtet. Im wesentlichen auf der Geländeroberkante 12 ist im Bauwerk 13 eine horizontale Bahn 14 eingerichtet, die z. B. als flexible Röhre mit Kreisquerschnitt ausgeführt sein kann. Zumindest an einem Ende dieser Röhre ist ein Referenzpunkt 15 bezeichnet, von dem angenommen werden kann, daß er über die Meßperiode in seiner geodätischen Höhe unverändert bleibt, d. h. insbesondere, daß er von Setzungen des Baugrunds 11 nach dem Errichten des Bauwerks 13 nicht betroffen oder beeinflußt wird, oder dessen durch Setzungen veränderte Höhenlage vor jeder Meßreihe durch ein unabhängiges vorgeschaltetes Meßverfahren bestimmt wird. Ausgehend von dem mit der laufenden Zahl 0 bezeichneten Referenzpunkt sind längs der Bahn n Meßpunkte mit unveränderlichen definierten horizontalen Abständen voneinander festgelegt und eingezeichnet. Ein Meßwagen 16 ist längs der Bahn 14 horizontal verfahrbar und dabei reproduzierbar an jeder der n Meßstellen zur Durchführung einer Messung anhaltbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Meßwagen 16 von einem Zugstab oder Zugseil 17 bedarfsweise horizontal angetrieben oder abgebremst. In abgewandelter Ausführung kann der Meßwagen jedoch auch Eigenantrieb haben und ferngesteuert sein, so daß das Anfahren der n Meßstellen in gleicher Weise möglich wird. Der Meßwagen 16 enthält einen Meßzylinder 20 einer Schlauchwaagenanordnung, auf die noch eingegangen wird.
Die hier gezeigte Situation stellt die Idealsituation unmittelbar nach Errichtung des Meßaufbaus dar. Die Bahn 14 verläuft innerhalb des gerade erstellen Bauwerks 13 vollständig horizontal, so daß keine Höhendifferenzen zwischen der geodätischen Höhe h0 des Bezugspunktes 15 und den geodätischen Höhen der einzelnen Meßpunkte 1 bis n vorhanden sind. Eine solche ideal horizontale Ausrichtung ist nicht notwendig, da nach dem Einrichten der Meßanordnung ein Eichvorgang oder eine Nullung der einzelnen Meßstellen erfolgt, bei der Höhendifferenzen gegenüber der Bezugsmeßstelle 15 ermittelt und gespeichert werden können. Im weiteren sind dann nur noch die Änderungen der Höhendifferenzen der einzelnen Meßstellen 1 bis n gegenüber der Bezugsmeßstelle 15 von Interesse.
In 2 ist eine Situation mit größerem zeitlichen Abstand von der Errichtung des Bauwerks 13 und der Einrichtung der Meßanordnung gezeigt. Unter der Last des Bauwerks 13 hat sich der Baugrund 11 gesetzt, wobei die im Baugrund oder im Bauwerk oder wie hier an der Trennlinie zwischen Baugrund und Bauwerk eingerichtete Bahn 14 den Setzungsbewegungen des Baugrundes gefolgt ist. Bei geringfügig veränderter geodätischer Höhenlage der Referenzmeßstelle 15, hat sich die Bahn 14 im übrigen deutlich nach unten durchgebogen. Zunächst ist somit die neue Höhenlage h0' der Referenzstelle 15 einzumessen, wonach an jedem der Meßpunkte 1 bis n mittels des Meßzylinders der Schlauchwaagenanordnung eine Höhendifferenz Δh1 bis Δhn gegenüber der neuen Höhe h0' des Referenzpunkts 15 festzustellen ist. Danach bleibt es der bautechnischen Auswertung überlassen, festzustellen, ob die Setzungserscheinungen des Baugrundes 11 im Bereich des zulässigen liegen oder ob Maßnahmen ergriffen werden müssen, um übermäßige Setzungen z. B. durch Bodeninjektionen auszugleichen.
In 3 sind gleiche Einzelheiten wie in 2 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es ist der Querschnitt nach 2 durch den Meßwagen 16 gezeigt. Hierbei ist zu erkennen, daß die Bahn 14 als Röhre ausgeführt ist, die auf der Bodenoberkante des Baugrundes 11 aufliegt und vom aufgeschütteten Bauwerk 13 eingeschlossen ist. Der Meßwagen 16 ist hier mit Rollen 18 und dem aufgesetzten Meßzylinder 20 näher ausgeführt, ohne daß die Darstellung anders als symbolisch zu verstehen wäre. Es wird hier klar, daß die Bahn 14, hier wiedergegeben durch das Rohr, ideal flexibel sein müßte, um die Messung selber nicht zu beeinflussen. Ideal dürfte es bei Verwendung einer Röhre der hier gezeigten Art sein, wenn der Wagen 16 im Querschnitt an zumindest drei Punkten gegenüber der Röhre abgestützt ist und Mittel aufweist, die eine gleichbleibende und horizontale Lage im Querschnitt sicherstellen.
In 4 ist eine erfindungsgemäße Schlauchwaage als Prinzipbild dargestellt. Ein Ausgleichsbehälter 21 ist in der mit 0 bezeichneten Referenzposition (15) dargestellt. Weiterhin ist ein Meßzylinder in einer ersten mit 1 bezeichneten Position mit 19₁ und in einer unten mit n bezeichneten Position mit 19_n bezeichnet. Ausgleichsbehälter 21 und Meßzylinder 19 sind durch einen flexiblen Schlauch 22 miteinander verbunden. Im Meßzylinder 19 ist ein Druckaufnehmer 23 vorgesehen. Der Druckaufnehmer 23 ist über eine flexible Meßleitung 25 mit einer Auswerteeinheit 27 verbunden. Der Meßzylinder 19 ist weiterhin über eine flexible Leitung 28 mit dem Umgebungsdruck 29 verbunden. Dieser stellt sicher, daß unabhängig vom Flüssigkeitsstand im Ausgleichsbehälter 21 ein gleichbleibender Referenzdruck in dem Meßzylinder 19 und dem Ausgleichsgefäß 21 herrscht. Die Messung der Höhendifferenzen Δh1 bis Δhn sind nach Differenzbildung vom Füllstand im Ausgleichsgefäß 21 unbeeinflußt. Durch einen Horizontalpfeil ist angedeutet, daß der Meßzylinder 19 zwischen den Meßpositionen 0 bis n horizontal hin und her bewegt werden kann. Durch die Ziffer 0 ist symbolisiert, daß der Ausgleichszylinder 21 in der Referenzposition (15) festgehalten wird.

11: Baugrund
12: Geländeroberkante
13: Bauwerk
14: Bahn
15: Referenzpunkt
16: Meßwagen
17: Zugstab
18: Rollen
19: Meßzylinder
20
21: Ausgleichsbehälter
22: Schlauchleitung
23: Druckmeßdose
24: Druckmeßdose
25: Meßleitung
26
27: Auswerteeinheit
28: Schlauchleitung
29: Druckquelle

Claims

Verfahren zur Messung von Setzungen an Bauwerken (13) (Überwachungsobjekten) mittels einer hydrostatischen Schlauchwaage, umfassend ein flüssigkeitsgefülltes Ausgleichsgefäß (21) und einen flüssigkeitsgefüllten Meßzylinder (19), die über einen Schlauch (22) flüssigkeitskommunizierend miteinander verbunden sind, bei dem – eine Referenzstelle (15) außerhalb des Bauwerks (13) eingerichtet wird, – eine horizontale Bahn (14) an dem Bauwerk angebracht oder in das Bauwerk eingebracht wird, die Setzungsbewegungen abbildet, – das Ausgleichsgefäß (21) an der Referenzstelle (15) angeordnet wird und der Meßzylinder (19) entlang der Bahn (14) bewegt und an vorbestimmten Meßpunkten 1 bis n zur Durchführung von Messungen angehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstelle (15) an einem von Setzungsbewegungen unbeeinflußten Ort eingerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Setzungsbewegungen der Referenzstelle (15) von davon unbeeinflußten Orten aus eingemessen werden.
Anordnung zur Messung von Setzungen an Bauwerken (Überwachungsobjekten) mit – einer außerhalb des Bauwerks (13) befindlichen Referenzstelle (15), – einer an dem Bauwerk (13) angebrachten bzw. in das Bauwerk (13) eingebrachten horizontalen Bahn (14), die Setzungsbewegungen abbildet, – einer Schlauchwaagenanordnung mit – einem flüssigkeitsgefüllten Ausgleichsgefäß (21), das an der Referenzstelle (15) fest angeordnet ist und – einem flüssigkeitsgefüllten Meßzylinder (19), der längs der Bahn (14) transportabel ist, wobei Ausgleichsgefäß (21) und Meßzylinder (19) über einen Schlauch (22) flüssigkeitskommunizierend miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzylinder (19) einen Druckaufnehmer (23) zur geodätischen Lagemessung über den Schweredruck aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgefäß (21) und der Meßzylinder (19) mit dem Umgebungsdruck beaufschlagt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (14) als flexibel ausgekleidete Bohrung im Bauwerk (13) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der transportable Meßzylinder (19) auf einem auf der Bahn (14) beweglichen Meßwagen (16) oder Schlitten angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen (16) oder Schlitten schienengeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen (16) kugelgelagerte Rollen aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen (16) oder Schlitten mit einem Seilzugantrieb oder Zugstabantrieb ausgerüstet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen (16) oder Schlitten Eigenantrieb sowie Wegmeßmittel hat.