DE3837565C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur deformationstechnischen Über­ wachung eines Baugrundes und/oder eines Bauwerkes, wobei an zu­ mindest einem geometrischen Ort des Baugrundes bzw. des Bauwerkes eine deformationsinduzierte Meßgröße gemessen wird und wobei die Meßgröße elektronisch oder optisch erfaßt und zur Anzeige gebracht wird. - Der Ausdruck Baugrund umfaßt beliebige geologische Forma­ tionen, einschließlich künstlich erzeugter, unterhalb und/oder in der Umgebung eines Bauwerkes oder eines zu errichtenden Bauwerkes. Der Ausdruck Bauwerk bezeichnet insbesondere Großbauwerke, Hochbauten, Brücken, Kraftwerke, unterirdische Bauwerke und Untertageräume, aber auch Staudämme, Speicherseen und Fundamente von Bauwerken. Die Überwachung dient der Schadensfrüherkennung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung, die für die Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens besonders geeignet ist, die aber auch unab­ hängig davon, z. B. in der Erdbebenforschung zur Messung mikro­ tektonischer Neigungsprozesse, einsetzbar ist.

Im Rahmen der aus der Praxis bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht, ist die Meßstelle ein festgelegter Punkt, ggf. mit besonders eingerichteter Oberfläche. Die Meßgröße wird optisch er­ zeugt, z. B. dadurch, daß ein Laserstrahl auf die Meßstelle gerichtet und an der Meßstelle reflektiert sowie der Reflexionswinkel und dessen Veränderung nach der Methode der Triangulation gemessen werden. Dabei erfolgt eine elektrotechnische Erfassung der Meßgröße, selbstver­ ständlich mit den Hilfsmitteln der modernen Elektronik. Die bekannten Maßnahmen führen zu Genauigkeitsgrenzen im Bereich von plus/minus 0, 1 mm. Die Verhältnisse liegen insoweit nicht anders als bei der direkten Beobachtung von Deformationen eines Bauwerkes. Diese Ge­ nauigkeit reicht nicht aus, wenn die Erfassung von Feinstrukturen im Deformationsgeschehen das Ziel der Messungen sind. Es kommt hin­ zu, daß im Rahmen der bekannten Maßnahmen aus methodischen Grün­ den nur in Ausnahmefällen eine kontinuierliche Erfassung der Ziel­ größen möglich ist. Üblicherweise können solche Messungen nur zu dis­ kreten Zeitpunkten ausgeführt werden. Wird bei solchen Messungen eine meist empirisch gestützte Deformationstoleranz überschritten, so ist es häufig nicht möglich, daraus physikalisch gesicherte Erkennt­ nisse über die tatsächliche Gefährdung beispielsweise eines Bauwerkes abzuleiten, da nicht bekannt ist, ob es sich um viskoelastische Aus­ gleichsvorgänge handelt, die den Aufbau kritischer Spannungsfelder verhindern, oder um Wirkungen von auftretenden Spannungsakkumula­ tionen, die zu Bruchvorgängen führen können. Eine Erhöhung der geo­ dätischen Meßfrequenz ist aus Kostengründen unrealistisch. Darüber hinaus würde allein dadurch der Nachteil der diskreten Messung nicht prinzipiell beseitigt.

Zur Durchführung von Neigungsmessungen in einem Bohrloch ist eine Vorrichtung bekannt (DE-AS 14 48 598), die als Schwerependel ausge­ führt ist und im Bereich des Pendelendes einen elektrischen Abgriff für auftretende Winkeländerungen des durch das Schwerependel ge­ bildeten Schwerevektors aufweist, an den eine Registriereinrichtung zur laufenden Registrierung der Winkeländerungen angeschlossen ist. Das Schwerependel sowie der elektrische Abgriff werden in der ver­ rohrten Bohrung niedergebracht. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß der am Fuße der Bohrung fixierte Vertikalpendel-Nei­ gungsmesser einen zusätzlichen Neigungswinkelgeber enthält, der eine dem jeweiligen Neigungswinkel proportionale Spannung abgibt, wobei im Vertikalpendel-Neigungsmesser eine durch Betätigungsmittel der Fernsteuertechnik bedienbare Stellvorrichtung vorhanden ist, welche die Pendelaufhängung unter Berücksichtigung der vom zusätzlichen Neigungswinkelgeber erzeugten Spannung in ihre Ausgangsmeßlage bringt. Diese bekannten Maßnahmen, insbesondere das Einrichten der Vorrichtung insgesamt in dem Bohrloch mit Anordnung des elektrischen Abgriffs in dem Bohrlochtiefsten, sind aufwendig. Der elektrische Ab­ griff arbeitet mit Wechselstrom und benötigt elektrische Energie, was im Bohrlochtiefsten zu einer Wärmeentwicklung führt, die über Wärme­ dehnungen und Auftrieb die Meßgenauigkeit beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem ein­ gangs beschriebenen Verfahren vereinfachtes Verfahren anzugeben, welches nichtsdestoweniger zu sehr viel genaueren Meßergebnissen führt und ohne Schwierigkeiten sowie ohne großen Aufwand auch zur kontinuierlichen Erfassung der Meßwerte eingesetzt werden kann, so daß die Deformationsentwicklung als Information für die tatsächliche Gefährdung, beispielsweise eines Bauwerkes, herangezogen werden kann. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung anzugeben, die zur Durchführung dieses Verfahrens beson­ ders geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Ver­ fahren zur deformationstechnischen Überwachung eines Baugrundes und/oder Bauwerkes, wobei an zumindest einem geometrischen Ort des Baugrundes bzw. des Bauwerkes eine deformationsinduzierte Meßgröße gemessen wird und die Meßgröße elektrotechnisch oder optisch erfaßt und zur Anzeige gebracht wird, wobei an dem geometrischen Ort in den Baugrund bzw. in das Bauwerk eine Bohrung eingebracht wird und in die Bohrung ein langgestrecktes Gehäuse eingeführt wird, welches mit Hilfsmitteln, die am Gehäuseboden und im Bereich des oberen Randes angeordnet sind, in der Bohrung mit im wesentlichen vertikaler Achse eingerichtet und festgesetzt wird, wobei das Gehäuse mit einer Flüssigkeit gefüllt wird und in dem Gehäuse an einem Ankerfaden, der im Bereich des Gehäusetiefsten befestigt wird, ein Auftriebspendel in Form eines Schwimmsensors angeordnet wird, der in der Flüssigkeit schwimmt und von dem Gehäuse umgeben ist, und wobei als Meßgröße Veränderungen des Schwimmsensors gegenüber einem Meßwertaufnehmer, der an einer durchsichtigen Platte pendelnd aufge­ hängt wird, die auf dem oberen Rand des Gehäuses aufliegt und an diesem eingerichtet wird, erfaßt werden. - Zur Neigungsmessung an einem Bauwerk ist es grundsätzlich bekannt (FR-PS 21 79 682), mit einer Vorrichtung zu arbeiten, welche ein mit einer Flüssigkeit ge­ fülltes Gehäuse und ein Auftriebspendel mit einem Schwimmsensor auf­ weist. Der Schwimmsensor ist an einem Ankerfaden am Boden des Ge­ häuses befestigt. Das Gehäuse befindet sich in einem Rohr, welches Fenster aufweist, die es erlauben, die Stellung des Schwimmsensors gegenüber einem festen Punkt per Augenschein abzulesen. Diese be­ kannte Vorrichtung erfüllt die Funktion eines Lots und hat zur Weiter­ entwicklung der eingangs beschriebenen Technik zur deformationstech­ nischen Überwachung eines Baugrundes und/oder Bauwerkes nichts beigetragen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Änderung des Abstandes des Schwimmsensors gegenüber dem Gehäuse ein Maß für die Neigungs­ änderung der Achse des Gehäuses, so daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Neigungsprozesse meßtechnisch erfaßt werden können, und zwar auch extrem kleine Neigungsänderungen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die hochauflösende Erfassung von Neigungsprozessen an der Erdoberfläche und in einem Bauwerk relativ zur momentanen Richtung des Schwerevektors. Das beruht wesentlich auch darauf, daß das Auftriebspendel in Form des Schwimmsensors mit einem Meßwertauf­ nehmer zusammenwirkt, der seinerseits wie beschrieben, d. h. als Schwerependel, aufgehängt ist. Hochauflösend bedeutet, daß auch klinometrische Gezeiten gemessen werden können, also meßtechnisch eine Größenordnung von etwa plus/minus 0′′, 001, entsprechend plus/ minus 0,005 mm pro Kilometer, erreicht wird. Die Erfindung öffnet so neue Möglichkeiten zur kontinuierlichen Beobachtung neigungsrelevan­ ter Vorgänge tektonischer aber auch bautechnischer Art, insbesondere bei Großbauwerken, um Wirkungen von Deformationsprozessen bereits dann zu erfassen, wenn die Deformationen selber noch nicht gemessen werden können, da sie noch weit unterhalb der Signalauflösung der insoweit einsetzbaren Instrumente liegen und/oder innerhalb der Tole­ ranzen, mit der Meßmarken realisiert werden können. Die Erfindung erlaubt die Früherkennung des Aufbaus möglicher kritischer Zustände, die in irgendeiner Form Gefährdungen hervorrufen können, wie etwa Brüche in Bauwerken. Es versteht sich, daß man im allgemeinen das Gehäuse in einer im wesentlichen vertikalen Bohrung anordnen und festsetzen wird. Sollen die Messungen in einem Bauwerk durchgeführt werden, so kann das Gehäuse in Form eines Rohrstutzens bei Errich­ tung des Bauwerkes bereits eingebaut werden. Die weiteren, für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlichen Maß­ nahmen können danach verwirklicht werden, wenn die Messungen durchzuführen sind. Im allgemeinen ist es ausreichend, mit Bohrungen zu arbeiten, die eine Tiefe von ein bis zwei Metern aufweisen.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird mit einem Schwimmsensor gearbeitet, der aus dem Flüssigkeitsspiegel teilweise herausragt, wobei in diesem herausragenden Bereich des Schwimm­ sensors die Veränderungen des Abstandes gemessen werden. Ohne weiteres besteht die Möglichkeit, mit einer Flüssigkeit solcher Viskosi­ tät zu arbeiten, daß die Flüssigkeit eine ausreichende mechanische Dämpfung des gesamten Meßsystems bewirkt, wodurch die Meßgenauig­ keit erhöht und störende Einflüsse ausgedämpft werden können. Um die Meßgenauigkeit nicht zu stören, ist eine bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungen des Abstandes der Meßsonde gegenüber dem Gehäuse berührungslos ge­ messen werden. Beispielsweise können die Veränderungen des Abstandes kapazitiv gemessen werden. Ohne Schwierigkeiten können die Verände­ rungen des Abstandes kontinuierlich über größere Zeitspannen ermittelt werden, was die Früherkennung des Aufbaus kritischer Zustände er­ leichtert, zumal die entsprechenden Parameter erfindungsgemäß wesent­ lich genauer gemessen werden als die steuernde Deformation. Darüber hinaus erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren ein hohes Maß an Flexibilität, weil im allgemeinen ohne große Schwierigkeiten dort ge­ messen werden kann, wo die deformationsinduzierten Vorgänge be­ sonders aussagekräftig sind.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, die für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens besonders geeignet, aber darüber hinaus von selbständiger Bedeutung ist. Sie ist Gegenstand der Ansprüche 6 bis 10 und wird im folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher er­ läutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung für die Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung ist für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens bestimmt, aber auch unabhängig davon von Bedeutung. Sie ist in ihrem grundsätzlichen Aufbau gekennzeich­ net durch ein langgestrecktes Gehäuse 1 mit im montierten Zustand im wesentlichen vertikaler Achse 2, welches mit Flüssigkeit 3 gefüllt ist, einen Schwimmsensor 4 im Bereich des Flüssigkeitsspiegels 5, der an einem dünnen im Bereich der vertikalen Achse 2 verlaufenden An­ kerfaden 6 verankert ist und durch einen auf das Gehäuse 1 aufge­ setzten Meßwertaufnehmer 7. Das Gehäuse 1 ist in eine Bohrung B des Baugrundes bzw. des Bauwerkes eingeführt und festgesetzt. Die Fest­ setzung erfolgt im Ausführungsbeispiel an den Stellen 8, 9 und 10 mit geeigneten Hilfsmitteln. Der Meßwertaufnehmer 7 ist gegenüber dem Schwimmsensor 4 einrichtbar. Das Gehäuse 1 besitzt einen kreisförmi­ gen Querschnitt, ist also als kreiszylindrisches Gehäuse ausgeführt. Der Schwimmsensor 4 besitzt demgegenüber, wie die Fig. 2 erkennen läßt, einen quadratischen Querschnitt. Er besitzt Wände 11, die im montierten Zustand des Schwimmsensors 4, aufgehängt an dem Anker­ faden 6, im wesentlichen vertikal verlaufen. Der Meßwertaufnehmer 7 besitzt den vertikalen Wänden 11 des Schwimmsensors 4 im wesent­ lichen parallele Kondensatorplatten 12, die einer entsprechenden kapazitiven Meßeinrichtung angehören, die an sich bekannt ist und hier im einzelnen nicht weiter erläutert ist. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, weil die Abstandsänderung durch zwei orthogonale Komponenten eindeutig festlegbar ist. Der Meßwertauf­ nehmer 7 könnte mit den Kondensatorplatten 12 einen geschlossenen Schwimmsensor 4 außen umgeben. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so ge­ troffen, daß der Schwimmsensor 4 als oben offener Hohlkörper ausge­ führt ist und der Meßwertaufnehmer 7 mit den Kondensatorplatten 12 in den Schwimmsensor 4 eintaucht. Der Meßwertaufnehmer 7 ist an einer durchsichtigen Platte 13 aufgehängt, die auf dem oberen Rand des Gehäuses 1 aufliegt und an diesem, z. B. mit Hilfe von Schrau­ ben 14, einrichtbar ist. Ein beschwerendes Gewicht 16 ist an dem pendelnd aufgehängten Meßwertaufnehmer angeschlossen und hängt in einer Flüssigkeit 17. Durchsichtig ist die Platte 13, damit das Ein­ richten beobachtet werden kann, notfalls unter Zuhilfenahme einer ge­ eigneten und geeignet angeordneten Lichtquelle 15, die wegen stören­ der Wärmeentwicklung ausgeschaltet wird, sobald die Einrichtung er­ folgt ist. Die Meßelektronik ist entfernt von dem Gehäuse 1 angeordnet und kann durch Wärmeentwicklung die Messung nicht beeinflussen.

Claims (10)

1. Verfahren zur deformationstechnischen Überwachung eines Bau­ grundes und/oder Bauwerkes, wobei an zumindest einem geometrischen Ort des Baugrundes bzw. des Bauwerkes eine deformationsinduzierte Meßgröße gemessen wird und die Meßgröße elektrotechnisch oder optisch erfaßt und zur Anzeige gebracht wird,
wobei an dem geometrischen Ort in den Baugrund bzw. in das Bauwerk eine Bohrung eingebracht wird und in die Bohrung ein langgestrecktes Gehäuse eingeführt wird, welches mit Hilfs­ mitteln, die am Gehäuseboden und im Bereich des oberen Randes angeordnet sind, in der Bohrung mit im wesentlichen vertikaler Achse eingerichtet und festgesetzt wird,
wobei das Gehäuse mit einer Flüssigkeit gefüllt wird und in dem Ge­ häuse an einem Ankerfaden, der im Bereich des Gehäusetiefsten be­ festigt wird, ein Auftriebspendel in Form eines Schwimmsensors ange­ ordnet wird, der in der Flüssigkeit schwimmt und von dem Gehäuse umgeben ist, und wobei als Meßgröße Veränderungen des Schwimm­ sensors gegenüber einem Meßwertaufnehmer, der an einer durchsichti­ gen Platte pendelnd aufgehängt wird, die auf dem oberen Rand des Gehäuses aufliegt und an diesem eingerichtet wird, erfaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mit einem Schwimmsensor gearbei­ tet wird, der aus dem Flüssigkeitsspiegel teilweise herausragt, und wobei in diesem herausragenden Bereich die Veränderungen des Ab­ standes gemessen werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei mit einer Flüssigkeit einer solchen Viskosität gearbeitet wird, daß durch die Flüssigkeit eine ausreichende mechanische Dämpfung des gesamten Meß­ systems bewirkt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verände­ rungen des Abstandes der Meßsonde gegenüber dem Gehäuse be­ rührungslos gemessen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verände­ rungen des Abstandes kapazitiv gemessen werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, mit
einem langgestreckten Gehäuse, welches bei der Durchführung der Messungen mit einer Flüssigkeit gefüllt ist,
einem Schimmsensor in dem Gehäuse, der am Grund des Gehäuses zu einem Ankerfaden befestigt ist, und
einer Meßwertanzeigeeinrichtung,
wobei der Schwimmsensor in der Flüssigkeit vertikal aufschwimmt und mit der Meßwertanzeigevorrichtung eine Abweichung der Achse des Gehäuses von der Vertikalen feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) Hilfsmittel (8, 9, 10) aufweist, mit denen das Gehäuse (1) in einer Bohrung (B) des Baugrundes oder Bauwerkes mit im wesentlichen vertikaler Achse (2) einrichtbar und festsetzbar ist, und daß auf das Gehäuse (1) ein Meßwertaufnehmer (7) aufgesetzt ist, der an einer durchsichtigen Platte (13) pendelnd aufgehängt ist, die auf dem oberen Rand des Gehäuses (1) aufliegt und an diesem einrichtbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) als kreiszylindrisches Gehäuse ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwimmsensor (4) einen quadratischen Querschnitt und Wände (11) aufweist, die im montierten Zustand des Schwimm­ sensors (4) in der Flüssigkeit im wesentlichen vertikal verlaufen, und daß der Meßwertaufnehmer (7) mit den vertikalen Wänden (11) des Schwimmsensors (4) im wesentlichen parallelen Kondensatorplatten (12) einer entsprechenden kapazitiven Meßeinrichtung versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (7) einen geschlossenen Schwimm­ sensor außen umgibt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwimmsensor (4) als oben offener Hohlkörper aus­ geführt ist und der Meßwertaufnehmer (7) in den Schwimmsensor (4) eintaucht.