DE19648548C2 - Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahrung oder von Düsenstrahlverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder von Düsenstrahlverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Injektionsmaßnahmen zur Abdichtung oder Verfestigung des Baugrunds gehören zu den Standardaufgaben des Tiefbaus, wobei Injizieren von beispielsweise Zement in den Baugrund mit einem vorgegebenen Porenanteil und einer bestimmten Porengröße beschränkt ist. Injizieren erfolgt mit eingebrachten Injektionsrohren mit einem Füllgut aus Zementsuspension oder Weichgel unter statischem Druck, der von einer Pumpe an der Oberfläche erzeugt wird. Das Düsenstrahlverfahren ist auch in sehr feinkörnigem Baugrund einsetzbar und verhält sich weitgehend neutral gegenüber Baugrund und Grundwasser. Beim Düsenstrahlverfahren wird ein Hochdruck-Injektionsgestänge abgebohrt und beim anschließenden Ziehen und Drehen des Injektionsgestänges wird der anstehende Baugrund mit einem Hochdruckstrahl in seinem Gefüge gelöst und mit einer Zementsuspension durchmischt. Durch das Drehen und Ziehen des Injektionsgestänges entsteht ein homogener zylindrischer Körper aus einem Gemisch von Boden und eingebrachter Zementsuspension. Durch entsprechende Wahl des Schneidstrahldrucks, der Zieh- und Drehgeschwindigkeit lassen sich Form und Größe der entstehenden Körper in Abhängigkeit vom anstehenden Baugrund beeinflussen.

Das Ermitteln der Form und Größe der entstehenden Körper ist in der Praxis jedoch problematisch, da der Ausführungserfolg des Düsenstrahlverfahrens, d. h. die Reichweite des Hochdruckstrahls und auch das Vermischen des Injektionsguts mit dem aufgeschnittenen Boden wesentlich von der anstehenden Geologie abhängt. Um einen Körper mit einem möglichst gleichbleibenden zylindrischen Querschnitt zu erstellen, der beispielsweise mehrere Baugrundschichten unterschiedlicher Geologie durchdringt, müssen die Parameter des Düsenstrahlverfahrens entsprechend den Baugrundschichten variiert werden können.

Bekannt ist aus der DE-OS 195 21 639 ein Verfahren zur online Überwachung eines Düsenstrahlverfahren, bei dem Informationen über die Reichweite des Hochdruckstrahls gewonnen werden und daraus Rückschlüsse auf die Form und Größe der zylindrischen Körper aus dem Gemisch von Boden und eingebrachter Zementsuspension gezogen werden. Gemäß diesem Stand der Technik wird zunächst ein Hochdruck-Injektionsgestänge mit mindestens einer Austrittsdüse für einen Hochdruckstrahl abgebohrt. Beim anschließenden Ziehen und Drehen des Injektionsgestänges werden die vom Injektionsvorgang verursachten Bodenerschütterungen mit mindestens einem Sensor erfaßt und ausgewertet. Für das statische Injektionsverfahren ist kein Meßverfahren zur Qualitätssicherung der Ausbreitung des Injektionsguts bekannt. Nachteilig für das Düsenstrahlverfahren gemäß dem Stand der Technik ist es, daß die Meßpegel in einem Abstand zum Injektionsgestänge in den Baugrund getrieben werden sollen, der der zu erwartenden Reichweite des Hochdruckstrahls entspricht. Diese Bedingung kann von mehreren Meßpegeln immer nur für eine Bohrung mit Injektionsgestänge in ausreichendem Maße erfüllt werden, so daß für eine qualitativ gute Messung für jede Bohrung mit Injektionsgestänge gesonderte Meßpegel gebohrt werden müssen. Bei einer hohen Anzahl Bohrungen ist der Aufwand für die Meßpegel daher relativ groß. Lageungenauigkeiten einer Bohrung mit Injektionsgestänge können mit dem Verfahren gemäß dem genannten Stand der Technik nur unzureichend erfaßt werden und eine Meßwertaufnahme setzt voraus, daß der Baugrund bereits vom Hochdruckstrahl zerschnitten wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren, insbesondere zur Qualitätssicherung beim Düsenstrahlverfahren, bei dem Meßpegel in deutlich geringerer Anzahl als Bohrungen zu einer genauen Lagebestimmung aller Bohrungen ausreichen, auch wenn die Abstände der Meßpegel zu den Bohrungen variieren und bei dem die Ausbreitung von Injektionsgut oder die Ausbreitung der Düsenstrahlkörper zerstörungsfrei geprüft werden kann.

Die Lösung erfolgt gemäß der Erfindung mit einem Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder zur Qualitätssicherung von Düsenstrahlverfahren, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder zur Qualitätssicherung beim Düsenstrahlverfahren werden Meßpegel an Eckpunkten von mindestens einem Polygon in den Baugrund getrieben und in diese Sender und Empfänger abgesenkt. Die Sender emittieren Radarstrahlen oder Ultraschallwellen in den Baugrund, die von den in den Meßpegeln enthaltenen Empfängern empfangen und anschließend ausgewertet werden, wobei die Auswertung vorzugsweise in einer Auswerteelektronik, wie z. B. einem PC, außerhalb der Bohrung erfolgt. Die Auswertung kann zunächst zur Kontrolle der Vertikalität der Bohrung herangezogen werden. Mindestens eine Bohrung innerhalb des mindestens einen Polygons wird in den Baugrund getrieben. Der Bohr- oder Rammvorgang kann von den Sendern und Empfängern überwacht werden. Injektionsgestänge mit mindestens einer Austrittsdüse wird in die mindestens eine Bohrung abgerammt oder gebohrt. Ein mit Injektionsgut vermischter Strahl pro Austrittsdüse wird von einer Bohrung in den Baugrund gerichtet und die Austrittsdüse vorzugsweise kontinuierlich gedreht, so daß sich ein zylindrischer Körper bildet, dessen Profil von den von den Sender emittierten Radarstrahlen oder Ultraschallwellen abgetastet wird. Die Empfänger erfassen die aus dem Baugrund übertragenen Radarstrahlen oder Ultraschallwellen und führen die daraus abgeleiteten Meßwerte einer Auswertung zu. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt zerstörungsfreie Meßwertaufnahmen, die unabhängig sind von dem Vorhandensein eines Erschütterungen auslösenden Hochdrucktrahls aus Injektionsgut. Die unter anderem über die Intensität der emittierten Radarstrahlen oder Ultraschallwellen variierbare Reichweite des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ermöglicht den Einsatz von Meßpegeln zur Vermessung von Bohrungen in verschiedenen Abständen, so daß mit einem Meßpegel eine Vielzahl von Meßwertaufnahmen unterschiedlicher Bohrungen möglich ist. Zur vollständigen Erfassung der entstehenden zylindrischen Körper aus dem Gemisch von Boden und eingebrachter Zementsuspension sind die Meßpegel erfindungsgemäß an Eckpunkten von Polygonen angeordnet, so daß die zylindrischen Körper über ihren gesamten Umfang direkt mit Radarstrahlen oder Ultraschallwellen beaufschlagt werden können. Die Anordnung der Meßpegel in einem über den Baugrund verteilten Raster erlaubt Meßwertaufnahmen einer um ein Vielfaches größeren Anzahl von zylindrischen Körpern als die Anzahl der Meßpegel, so daß der Aufwand für die erfindungsgemäße Meßwertaufnahme gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren ermöglicht die Herstellung zylindrischer Injektions- und Düsenstrahlkörper im Baugrund, insbesondere die Herstellung hoch- und tiefliegender Sohlen bei synchroner, kontinuierlicher Beobachtung des Herstellvorgangs durch Bestimmung der Position, der radialen Ausbreitung und Überschneidung der Injektions- und Düsenstrahlkörper im Baugrund während der gesamten Baumaßnahme. Das erfindungsgemäße Verfahren ist als baubegleitendes Verfahren ohne negative Einflüsse auf die eigentlichen Produktionskörper und Bauabläufe. Das erfindungsgemäße Verfahren kann als ständige Kontrolle zur Qualitätssicherung dienen und erlaubt frühzeitiges Erkennen von Lageungenauigkeiten mit der Möglichkeit präventiver Korrekturmaßnahmen.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren wird durch zum Drehen synchrones kontinuierliches Ziehen der Austrittsdüse aus dem Bohrloch ein Düsenstrahlkörper im Baugrund erstellt, der synchron vermessen werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren wird ein Rohr in jeden Meßpegel abgesenkt. Die Rohre schützen die Sender und Empfänger in den Meßpegeln und können zur Steuerung des Übertragungsverhaltens mit geeigneter Füllung und Wanddicke oder -material versehen sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren wird durch die Verwendung eines nichtmetallischen Rohrs die Übertragung elektromagnetischer Wellen vom Typ Radar begünstigt und so die Meßgenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei reduzierter Leistung der Sender begünstigt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren wird durch die Verwendung eines nichtmetallischen Rohrs im Fußbereich der Meßpegel die Vermessung von Sohlen begünstigt, wobei das Rohr kostengünstig und stabil ausgestaltet ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren wird durch die Verwendung von Dreiecken für die Polygone, eine Meßfläche aufgespannt aus nur wenigen Meßpegeln.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren wird durch die Verwendung von Vierecken für die Polygone, eine Meßfläche aufgespannt aus vier Meßpegeln, die eine vollständige direkte Beaufschlagung aller Rand- und Oberflächen der zylindrischen Injektionskörper mit Wellen ermöglichen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren kann durch Nachführen der Sender und Empfänger in den Meßpegeln synchron zu der durch kontinuierliches Ziehen bewegten Austrittsdüse das axiale Profil der zylindrischen Injektionskörper erfaßt und zur Auswertung übermittelt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren kann durch Absenken von Sendern und Empfängern in den Meßpegeln vor dem Eintreiben einer Bohrung innerhalb des mindestens einen Polygons in den Baugrund eine Analyse des Baugrunds über die gesamte axiale Erstreckung des Meßpegels erfolgen, so daß Inhomogenitäten des Baugrunds erfaßt werden und die Bohrung und/oder die Injektion an die tatsächlichen lokalen Verhältnisse im Baugrund präventiv vorbereitet werden kann. Die Erfassung der Abstände der Meßpegel kann zur Auswertung der Orientierung der Meßpegel zueinander verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren unterscheiden sich die Wellenfrequenzen synchron emittierender Sender jeweils meßbar, so daß die Meßwertaufnehmer die Signale der einzelnen Sender von reflektierten Wellen unterscheiden können. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung können bei Anordnung von drei Meßpegeln in einem Dreieck jeweils mit Sender und Empfänger gleichzeitig sechs Abstandswerte zwischen den Eckpunkten ermittelt werden, wobei die zur Bestimmung des Dreiecks redundanten drei Abstandswerte zur Abweichungsmittlung und damit zur Meßwertkalibrierung oder -korrektur herangezogen werden können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren können die Sender und Empfänger in den Meßpegeln gedreht werden, so daß Meßpunkte vom Sender immer genau angepeilt werden können. Insbesondere können die Sender und Empfänger in den Meßpegeln eines Polygons auf diese Weise auch zu Sender und Empfänger in benachbarten Polygonen gerichtet werden, so daß ein Meßpegel zur Auswertung mehrerer Polygone herangezogen werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren und Düsenstrahlverfahren können ein oder mehrere Sender und Empfänger in den Meßpegeln angeordnet sein. Die Anordnung wird besonders kostengünstig, wenn nacheinander die Meßpegel mit ein und demselben Sender und Empfänger durchgemessen werden, was allerdings keine zum Produktionsablauf vollständig synchrone Meßwerterfassung erlaubt. Die Anordnung ist weniger aufwendig zu steuern, wenn in jedem der Meßpegel mehrere Sender und Empfänger enthalten sind und dafür geringere Anforderungen an die synchrone Bewegung der Sender und Empfänger in den verschiedenen Meßpegeln zu stellen ist, weil die mehreren Sender und Empfänger beispielsweise die zu vermessende Strecke vollständig überstreichen können, ohne dazu im Meßpegel verschoben werden zu müssen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung für das erfindungsgemäße Verfahren.

Fig. 1: Eine Bohrebene 1 eines Baugrunds ist mit zueinander rechtwinkligen und parallelen Netzlinien 2, 3 unterteilt.

An ausgewählten Schnittpunkten der Netzlinien 2, 3 werden Meßpegel 4, 5, 6 in den Baugrund eingebracht, die als Polygon ein Dreieck bilden. In einen oder alle Meßpegel 4, 5, 6 werden in einem unteren Bereich oder über die ganze Länge nichtmetallische Rohre (nicht dargestellt) und in einer Sonde (nicht dargestellt) vereinigte Sender und Empfänger abgesenkt. Die Sender emittieren Radarstrahlen oder Ultraschallwellen bestimmter Wellenlängen in den Baugrund. Die von den Empfängern in benachbarten Meßpegeln aufgenommenen Radarstrahlen oder Ultraschallwellen können ausgewertet und zur Analyse des Baugrunds sowie zur Bestimmung der Positionen der benachbarten Meßpegel, insbesondere der Vertikalität der Meßpegel herangezogen werden. Die Sonden mit Sender und Empfänger können in den Meßpegeln jeweils gedreht werden, um z. B. ein benachbartes Polygon auszuwerten oder um eine Messung zu variieren.

An jedem der Schnittpunkte der Netzlinien 2, 3 ist eine Bohrung 8 für eine Düsenstrahlinjektion in den Baugrund einzubringen. Das von den Meßpegeln 4, 5, 6 aufgespannte Dreieck umfaßt mehrere Bohrungen. Die Meßpegel 4, 5, 6 werden bis auf das Niveau der Bohrungen in den Baugrund abgesenkt.

In die Bohrungen 8 wird Injektionsgestänge (nicht dargestellt) mit jeweils einer Austrittsdüse abgelassen. Injektionsgut aus Zementsuspension wird mit Hochdruck durch die sich mitdrehende Austrittsdüse radial in den Baugrund gepreßt, so daß das Gefüge des Baugrunds aufgeschnitten und mit einem Gemisch aus Baugrund und Zementsuspension gefüllt wird, das zu einem zylindrischen Körper 7 erhärtet, der durch Verbinden mit weiteren analog hergestellten, überschneidenden Körpern 7 z. B. eine Sohle bildet. Die sich mitdrehende Austrittsdüse kann auch langsam aus der Bohrung gezogen werden, wobei Injektionsgut weiterhin durch die Austrittsdüse gepreßt wird, so daß der zylindrische Körper länger wird, bis die Zufuhr von Injektionsgut abgestellt wird.

Synchron zu der Aufwärtsbewegung der Austrittsdüse können sich die Sonden in den Meßpegeln nach oben bewegen, wobei die Sonden gegenüber der Austrittsdüse etwas zurückbleiben sollen. Die Sender emittieren kontinuierlich Radarstrahlen oder Ultraschallwellen, die von den Empfängern in den Meßpegeln 4, 5, 6 in Abhängigkeit von der Ausbildung des zylindrischen Körpers 7 aufgenommen werden. Die Auswertung der von den Empfängern aufgenommenen Radarstrahlen oder Ultraschallwellen aus dem Baugrund liefert Informationen über die Form und die Position des zylindrischen Körpers 7. Die Sender und, Empfänger können in den Meßpegeln 4, 5, 6 gedreht werden, so daß Meßwerte aus einem benachbarten Polygon aufgenommen oder variiert werden können.

Ergibt die Auswertung der von den Empfängern aufgenommenen Radarstrahlen oder Ultraschallwellen in einem auf dem Baugrund vorgesehenen PC eine Ausbildung des Körpers 7, die von den gewünschten Formen und Positionen abweicht, können die Parameter für die Dreh- und Ziehgeschwindigkeit der Austrittsdüse sowie den Druck auf das Injektionsgut so variiert werden, daß die Abweichungen reduziert oder aufgehoben werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren, oder zur Qualitätssicherung beim Düsenstrahlverfahren, bei dem Meßpegel (4, 5, 6) an Eckpunkten von mindestens einem Polygon in den Baugrund getrieben werden,
Sender und Empfänger in die Meßpegel (4, 5, 6) abgesenkt werden,
mindestens eine Bohrung (8) innerhalb des mindestens einen Polygons in den Baugrund getrieben wird,
Injektionsgestänge mit mindestens einer Austrittsdüse in die mindestens eine Bohrung (8) abgebohrt oder abgesenkt werden,
ein mit Injektionsgut vermischter Strahl pro Austrittsdüse erzeugt und in den Baugrund gerichtet wird, und
die Austrittsdüse in Drehung versetzt wird,
gekennzeichnet, durch
Emittieren von Radarstrahlen oder Ultraschallwellen durch die in den Meßpegeln (4, 5, 6) enthaltenen Sender in den Baugrund,
Aufnehmen der vom Baugrund übertragenen Strahlen oder Wellen von den in den Meßpegeln (4, 5, 6) enthaltenen Empfängern und Auswerten der Meßwertaufnahme.

2. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch zum Drehen synchrones kontinuierliches Ziehen der Austrittsdüse aus der Bohrung (8).

3. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Absenken eines Rohrs in jedem Meßpegel (4, 5, 6).

4. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines nichtmetallischen Rohrs.

5. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines nichtmetallischen Rohrs im Fußbereich der Meßpegel (4, 5, 6).

6. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von Dreiecken für die Polygone.

7. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von Vierecken für die Polygone.

8. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Nachführen der emittierenden Sender und aktiven Empfänger in den Meßpegeln (4, 5, 6) synchron zu der durch kontinuierliches Ziehen bewegten Austrittsdüse.

9. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Absenken emittierender Sender und aktiver Empfänger in den Meßpegeln (4, 5, 6) vor dem Eintreiben mindestens einer Bohrung (8) innerhalb des mindestens einen Polygons in den Baugrund.

10. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch emittierende Sender, deren Wellenfrequenzen sich jeweils meßbar unterscheiden.

11. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch emittierende Sender und Empfänger, die in den Meßpegeln (4, 5, 6) gedreht werden.

12. Verfahren zur Qualitätssicherung von Injektionsverfahren oder Düsenstrahlverfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere emittierende Sender und Empfänger in den Meßpegeln (4, 5, 6).