DE4442015B4

DE4442015B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen von Schloßsprüngen an Spundwandbohlen und Pfählen

Info

Publication number: DE4442015B4
Application number: DE19944442015
Authority: DE
Inventors: Peter Loster
Original assignee: Profilarbed SA
Current assignee: ArcelorMittal Belval and Differdange SA
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2014-11-26
Also published as: DE4447973B4; DE4442015A1

Abstract

Verfahren zum Feststellen von Schloßsprüngen an Spundwandbohlen oder Pfählen, bei dem im Falle eines Schloßsprunges ohne Eingriff in die bereits montierte Spundwand das gesprungene Schloß eindeutig ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an der tiefsten Stelle des Schlosses an jeder Bohle ein Sensor in das Schloß eingebracht wird, derart, dass eine nachfolgende Bohle bei Erreichen der maximalen Tiefe den Sensor verändert, zerstört und/oder ausstößt, dass der Sensor auf drahtlosem Wege eine Signalübertragung vornimmt, dass der Zustand oder Verbleib des Sensors von der Erdoberfläche aus nachgewiesen oder gemessen oder angezeigt wird, und dass bei einem positiven Nachweis des Sensors ein Schloßsprung zwischen den beiden Bohlen festgestellt und gemeldet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen von Schloßsprüngen an Spundwandbohlen und Pfählen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie Vorrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 2 oder des Anspruches 13.

Im Tiefbaubetrieb werden zum Stützen von Erdwänden bei Erdaushüben, z.B. bei Baugruben, im Kanalbau und dgl. Spundbohlen bzw. Pfähle verwendet, die zu einer kontinuierlichen Spundwand zusammenhängend montiert werden, um eine einwandfreie Abdichtung zu erzielen und die erforderliche mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Dies wird dadurch erreicht, dass die einzelnen Spundwandbohlen miteinander durch Schlösser verbunden werden. Die Bohlen werden dabei in Form von Profilen nebeneinander und ineinandergreifend durch Rammen, Pressen, Vibrationen oder dgl. in den Boden eingetrieben. Bei den hohen Kräften, die während des Einbringens der Bohlen auftreten, entstehen extrem hohe Spannungen, die bei mechanischen Fehlern, Fehlern bei der Bauausführung, aus Gründen der Geologie oder dgl. einen Schloßsprung zur Folge haben können, d.h., dass die Verbindung zweier benachbarter Bohlen unterbrochen wird und die Profile, die die Schloßverbindung herstellen, ab einer bestimmten Tiefe nicht mehr miteinander verbunden sind. Nicht geschlossene Spundwände haben geringere mechanische Eigenschaften als berechnet und sind undicht. Dies kann kurzfristig oder auch erst nach Jahren zu erheblichen Schäden führen, wie z.B. undichte und einstürzende Baugruben oder Schäden durch Hinterspülen oder Absinken einer Kaibefestigung zeigen. Aus diesen Gründen ist es zur Qualitätssicherung erforderlich, die Schloßverbindungen gründlich zu überprüfen.

Um diese Probleme zu lösen, wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem am Bohlenfuß ein Bolzen quer durch das Spundwandschloß geführt wird, der einen Stromkreis schließt. Die erforderlichen Kabel werden entlang des Spundwandschlosses nach oben geführt. Wenn die später gerammte Spundbohle den Bohlenfuß im Schloß erreicht hat, wird der Bolzen automatisch abgeschert und der Stromkreis unterbrochen. Ein derartiges Verfahren hat den Nachteil, dass die zu verlegenden Kabel relativ aufwendig sind und beschädigt werden können, so dass diese Methode keine ausreichende Sicherheit gewährleistet und keine größere Verbreitung gefunden hat.

Des weiteren wurde bereits vorgeschlagen, im Schloßbereich der zu rammenden Bohle einen Sensor zu montieren, der aus einer ein Magnetfeld erzeugenden Spule besteht. Dringt Metall in dieses Magnetfeld ein, führt dies zu einer Impedanzänderung, die von einem Meßgerät registriert wird. Das Meßgerät zeigt an, ob Metall im Schloß nicht vorhanden ist, d.h. ein Schloßsprung vorliegt, oder ob Metall im Schloß vorhanden ist, d.h. keine Schloßsprengung vorliegt. Diese Methode hat den Nachteil, dass sie aufgrund der aufwendigen Installation und hohen Kosten nur teilweise eingesetzt wurde, so dass eine Überprüfung des Schloßsprunges bei allen gerammten Bohlen aus wirtschaftlichen Gründen ausschied.

Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, mit denen die Integrität von Spundwänden auf einfache und sichere Weise überprüft werden kann, ohne dass aufwendige Signalleitungen an den Bohlen verlegt werden oder die Bohlen zur Überprüfung wieder hochgezogen werden müssen bzw. der Boden ausgehoben werden muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass an der tiefsten Stelle des Schlosses an jeder Bohle ein Sensor in das Schloß so eingebracht wird, dass eine nachfolgende Bohle bei Erreichen der maximalen Tiefe den Sensor verändert, zerstört und/oder ausstößt, dass der Sensor auf drahtlosem Wege eine Signalübertragung vornimmt, dass der Zustand oder Verbleib des Sensors von der Erdoberfläche aus nachgewiesen oder gemessen oder angezeigt wird, und dass bei einem positiven Nachweis des Sensors ein Schloßsprung zwischen den beiden Boh len festgestellt und gemeldet wird.

Hierzu ist an jeder eingerammten Bohle der Spundwand ein Sensor (elektrisch oder mechanisch) so angeordnet, dass beim Eintreiben der Bohle die nachfolgende Bohle bei einwandfrei geschlossenem Schloß auf den Sensor auftrifft und ihn zerstört, verändert oder ausstößt, und dass eine Abfragevorrichtung auf der Erdoberfläche oder der Bohleneinbringmaschine vorgesehen ist, die auf drahtlosem Wege auf den Zustand oder den Verbleib des Sensors anspricht. Der Sensor hat dabei vorzugswei-se zylindrische bzw. Bolzenform oder ist der Schloßform angepaßt und enthält z.B. einen Schwingkreis aus Induktivität und Kapazität, der entweder ein kontinuierliches oder ein diskontinuierliches Signal aussendet, bis der Sensor zerstört ist, oder der im Falle einer mechanischen Lösung einen Schwinger, z.B. eine stimmgabelartige Vorrichtung aufweist, die bei Zerstörung des Zylinders akustische Schwingungen aussendet, die durch ein Empfangsgerät auf der Erdoberfläche aufgenommen und ausgewertet werden. Durch entsprechende Codierung ist es möglich, die Signale unterschiedlicher Sensoren voneinander zu unterscheiden, so dass die Stelle des Schloßsprunges auf relativ einfache Weise ermittelt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Erdoberfläche ein Sende-Empfangsgerät bzw. ein Transmitter angeordnet, mit dem es möglich ist, den Nachweis von Schloßsprüngen von der Erdoberfläche aus durchzuführen. Hierzu sind an der Spundwand Sende- und Empfangsmodule einzeln oder kombiniert in geeigneter Weise befestigt. Die Sendemodule senden Signale aus, die sich im Bohlenbereich ausbreiten und von entsprechenden Empfangsmodulen an den Bohlen erfaßt werden. Die Sende- und Empfangssignale werden von dem auf der Erdoberfläche befindlichen Transmitter ausgewertet und Schloßsprünge nachgewiesen. Die Signale werden auf nieder- oder hochfrequentem elektrischem oder elektromagnetischem Wege und/oder durch Schallübertragung über mechanische Schwingungen erzeugt und übertragen. Dabei kann die Laufzeit der Signale von den Sendemodulen zum Empfangsgerät zur Auswertung verwendet werden, es können jedoch auch die Ausbreitungseigenschaften in der Bohle und/oder der Spundwand zur Auswertung her angezogen werden, da die Bohlen vor und nach einem Schloßsprung unterschiedliche Übertragungseigenschaften für entsprechende Signale haben, so dass sich das Ausbreitungsverhalten der Signale innerhalb einer Spundwand durch Schloßsprünge ändert. Zum Nachweis von Schloßsprüngen wird die Ausbreitung der Signale bei verschiedenen Messungen zwischen den Bohlen miteinander verglichen und bei auftretenden Abweichungen lassen sich Schloßsprünge ermitteln.

Die beiden vorbeschriebenen unterschiedlichen Methoden zum Nachweis von Schloßsprüngen können gemäß der Erfindung vorzugsweise auch miteinander kombiniert werden. Die Verwendung zweier unabhängiger Nachweissysteme von Schloßsprüngen ist aus Sicherheitsgründen in der Regel sinnvoll und in einer Reihe von Anwendungsfällen notwendig. Während die erste Methode bzw. das erste System des Nachweises eines Schloßsprunges beim Einbringen der Bohle entscheidende Vorteile dadurch aufweist, dass dieser Nachweis sofort erbracht werden kann, dient die zweite Methode bzw. das zweite System zur Durchführung nachträglicher Prüfungen bzw. zum Prüfen bei Reparaturen. Die Kombination beider Methoden führt zu einer erhöhten Sicherheit.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt.
1 eine aus vier Bohlen bestehende angedeutete Spundwand, bei der die vierte Bohle teilweise eingerammt ist,
2 vier nebeneinander eingerammte Bohlen mit einem zerstörtem Sensor,
3 vier nebeneinander eingerammte Bohlen mit einem ausgeworfenen Sensor, 4 eine Darstellung zweier miteinander verbundener Bohlen in Aufsicht,
5 ein Blockschaltbild eines batteriegespeisten Sensors,
6 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit passivem akustischem Sensor,
7 eine Ausführungsform eines passiven akustischen Sensors,
8 eine Teildarstellung einer Bohle mit Sensor im Schloß und nachfolgender Bohle, in Aufsicht
9 den Sensor nach 8 in seitlicher Ansicht,
10 eine andere Ausführungsform eines Sensors,
11 eine weitere Ausführungsform eines Sensors,
12 eine vierte Ausführungsform eines Sensors,
13 einen Ausschnitt aus einer Spundwand mit teilweise eingetriebener Bohle mit Sensor und Meßgerät,
14 einen Teil einer Spundwand mit Schloßsprung (a) und mit Meßkurve (b).
In 1 ist schematisch eine Spundwand aus Stahl dargestellt, die aus einzelnen Bohlen 1, 2, 3, 4 besteht, die miteinander durch Schloßverbindungen so befestigt sind, dass die einzelnen Bohlen mechanisch abdichtend in beiderseitigen Führungen eingerammt werden. Mit 5 ist die Schloßverbindung schematisch angedeutet. Am Fuß einer jeden Bohle, z.B. der Bohle 3, ist ein Sensor 6 befestigt, der beim Einrammen einer benachbarten Bohle 4 von dieser Bohle getroffen wird und entweder, wie in 2 mit 7 angedeutet, zerstört, oder, wie in 3 mit 8 angedeutet, ausgeworfen wird, so dass bei einwandfreier Führung und Schloßsicherung die Funktion des Senders unterbunden wird, z.B. der Sensor keine Signale mehr aussendet. Wenn ein Schloßsprung auftritt, d.h. die Bohle 4 beim Einrammen im unteren Bereich einen Abstand von der Bohle 3 aufweist, ist die Schloßverbindung in diesem Bereich unterbrochen, und der Fuß der Bohle 4 trifft nicht auf den Sensor 6 auf, so dass dieser nicht zerstört bzw. nicht ausgeworfen wird, woraus geschlossen werden kann, dass ein Schloßsprung vorliegt. Die Darstellung nach 4 zeigt in einer Ansicht von oben zwei miteinander durch ein Schloß 5 verbundene Bohlen 1, 2.
Der Sensor mit elektrischer Signalgabe nach 5 weist eine elektronische Schaltung mit Batteriespeisung auf, die im Blockschaltbild dargestellt ist. Die Batterie 9 speist beim Schließen eines Schalters 10 (z.B. durch Entfernen eines Sicherungsstif tes) einen Signalgenerator 11 in Form eines Einchip-Mikrokonrollers, und eine Senderendstufe 12. Der Signalgenerator 11 erzeugt intermittierend, z.B. alle zehn Sekunden, einen Code, der in Abhängigkeit von einem Zustandsanzeigeelement 13 (Knopf eingedrückt oder nicht) und von Sensor zu Sensor variiert. Die Abstrahlung erfolgt über eine Antenne 14 mit geringem Wirkungsgrad, da eine weitgehende Abschirmung vorliegt. Bei niedrigen Frequenzen bietet sich die Auskopplung über eine Spule an, bei hohen Frequenzen genügt eine Kapazität im Inneren des Sensors. Ein ausreichend empfindlicher Empfänger wertet das Signal aus.
Eine mechanische Ausführung eines Sensors mittels Schall, z.B. nach dem Stimmgabelprinzip, ist in den 6 und 7 dargestellt. Ein Schallsignal wird von einem Transmitter 15 über einen Sender 16 in die Bohle 17 gesendet. Im Sensor 18 am Fuß der Bohle 17 wird durch Erregung nahe der Resonanz oder durch breitbandige Erregung die Masse 19 des Sensors in Schwingungen versetzt. Die Schwinungsfrequenz f₁ hängt von der Masse und den Federkonstanten D1 und D2 ab. Ein im Sensor 18 angeordneter Knopf 20 ist so ausgelegt, dass er beim Auftreffen der Folgebohle die Federkonstante D2 verändert, damit eine andere Resonanzfrequenz f₂ erzeugt wird oder bei einer anderen Ausführungsform der Sensor zerstört wird. Die Masse 19 schwingt nach der Erregung nach und gibt Energie in Form mechanischer Schwingungen an die Bohle ab, die von dem Empfänger 21, z.B. einem Körperschall-Mikrophon, im Transmitter 15 aufgezeichnet werden. Der Schwinger arbeitet vorzugsweise im Bereich von 100 Hz bis 10 kHz.
In 8 ist ein Spundwandschloß 22 dargestellt, das durch die einander zugewandten gefalzten Enden der Bohlen 23, 24 ausgebildet wird. Im Schloß ist ein zylinderförmiger Sensor 25 mit einer unteren Abschlußplatte 26 angeordnet. Der Sensor 25 ist in Seitenansicht in 9 dargestellt. Er besitzt an der Kopfseite einen Knopf 27, auf den die Folgebohle auftrifft, die den Sensor z.B. aktiviert, zerstört, oder dgl. In den 10, 11 und 12 sind weitere Ausführungsformen eines entsprechenden zylinderförmigen Sensors dargestellt. Bei der Ausführung nach 10 ist der Sensor mit 28 bezeichnet. Der Knopf 29 ist auf seiner Bodenseite vorgesehen, die einem Schutzbolzen 30 zugewandt ist, auf dessen Oberseite der Knopf 29 und der Sensor 28 beim Einrammen einer Folgebohle auftreffen..
Der Sensor 37 nach 11 ist innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 38 angeordnet und gegenüber diesem Sensorgehäuse über Federn 39 und 40 abgestützt, damit der beim Einrammen der Bohle auf den Sensor ausgeübte Schlag abgefedert wird.
Der Sensor 25 nach 12 ist in seiner Form zur besseren Haftung und Volumenvergrößerung des Schlosses der Form der Bohle 23 angepaßt.
13 zeigt einen Ausschnitt aus einer Spundwand mit bereits eingerammten Bohlen 41, 42, 43 und einer teilweise eingerammten Bohle 44. Am Fuß der Bohle 43 ist ein Sensor 45 und am Fuß der Bohle 44 ein Sensor 46 festgelegt. Die beiden Sensoren 45 und 46 wirken mechanisch oder elektrisch zusammen, wenn das Schloß beim Eintreiben der Bohle 44 einwandfrei ist und die Sensoren 45 und 46 einander zugeordnet sind. Bei einem Schloßsprung haben die beiden Sensoren 45 und 46 einen erheblich größeren Abstand voneinander, so dass das Zusammenwirken der beiden Sensoren verändert bzw. gestört ist, und es ist auch möglich, nur den Sensor 46 vorzusehen, der mißt, ob das Schloß der Bohle 43 sich im unteren Ende der Bohle 44 befindet. Nach einem Schloßsprung ist dies nicht mehr der Fall; dies kann dem Meßgerät angezeigt werden.
Bei einer Ausführungsform nach 14 sind eine Anzahl zu einer Spundwand zusammengestzter Bohlen dargestellt, von denen zwei, nämlich 47 und 48, miteinander einen Schloßsprung aufweisen. Ein über der Erdoberfläche angeordneter Transmitter 49 erzeugt mit Hilfe eines Senders 50 ein kurzes Ultraschallsignal, das in die Bohle 47 abgegeben wird. An Stellen mit innigem Kontakt zwischen den Bohlen 47 und 48 kann dieses Signal bevorzugt von der Bohle 47 in die Bohle 48 übergehen. Insbesondere unterhalb der Stelle 51 des Schloßsprunges ergibt sich lediglich ein sehr schwacher oder kein Kontakt. Dem Kopf der Bohle 48 ist ein Körperschal Imikrophon 52 zugeordnet, das vom Sender 50 stammende Ultraschallsignale auf nimmt. Die aufgenommenen Signale zeigen über der Laufzeit aufgetragen Kontaktpunkte P an, an denen die vom Empfänger ausgesandten Signale von der Bohle 47 in die Bohle 48 übergehen und dort im Körperschallmikrophon 52 empfangen werden. Das Fehlen eines Echos läßt hierbei auf fehlenden Kontakt schließen. Zur Auswertung werden die Laufzeit und bei geeigneten Frequenzen auch die Dämpfung herangezogen. Bei einer Ausgangsfrequenz von 50 kHz ergibt sich z.B. eine Auflösung von 50 cm, bei zusätzlicher Phasenauswertung eine Auflösung im Zentimeterbereich.

Claims

Verfahren zum Feststellen von Schloßsprüngen an Spundwandbohlen oder Pfählen, bei dem im Falle eines Schloßsprunges ohne Eingriff in die bereits montierte Spundwand das gesprungene Schloß eindeutig ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an der tiefsten Stelle des Schlosses an jeder Bohle ein Sensor in das Schloß eingebracht wird, derart, dass eine nachfolgende Bohle bei Erreichen der maximalen Tiefe den Sensor verändert, zerstört und/oder ausstößt, dass der Sensor auf drahtlosem Wege eine Signalübertragung vornimmt, dass der Zustand oder Verbleib des Sensors von der Erdoberfläche aus nachgewiesen oder gemessen oder angezeigt wird, und dass bei einem positiven Nachweis des Sensors ein Schloßsprung zwischen den beiden Bohlen festgestellt und gemeldet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Feststellen von Schloßsprüngen an Spundwandbohlen oder Pfählen, bei dem im Falle eines Schloßsprunges ohne Eingriff in die bereits montierte Spundwand das gesprungene Schloß eindeutig ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Fuß einer eingeschlagenen Bohle der Spundwand ein Sensor so angeordnet ist, dass beim Eintreiben die nachfolgende Bohle bei einwandfrei geschlossenem Schloß auf den Sensor auftrifft und ihn verändert, zerstört oder ausstößt, und dass eine Abfragevorrichtung auf der Erdoberfläche oder der Bohleneinbringmaschine vorgesehen ist, die auf drahtlosem Wege auf den Zustand oder Verbleib des Sensors anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragevorrichtung so ausgelegt und angeordnet ist, dass sie auf Signale des Sensors anspricht, wenn ein Schloßsprung vorliegt, d. h. der Sensor beim Eintreiben der nachfolgen den Bohle nicht verändert, zerstört oder ausgestoßen worden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung auf elektrischem oder elektromagnetischem Wege erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung auf akustischem Wege erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Hohlstift oder Hohlzylinder mit aus Kondensator und Spule bestehendem Schwingkreis ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor so ausgelegt ist, dass er ein kontinuierliches oder ein unterbrochenes Signal sendet, bis er zerstört ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor dadurch, dass er verändert, zerstört oder ausgestoßen wird, ein im Empfangsgerät auf der Erdoberfläche aufgenommenes Signal erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein aktives oder passives Antwortsignal erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kodierung vorgesehen ist, die die Unterscheidung verschiedener Sensoren ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Schloßform angepaßt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor am unteren Ende des Schlosses der teilweise eingerammten Bohle angebracht ist und mechanisch, elektrisch oder magnetisch das Vorhandensein des Gegenschlosses der vorangehenden, eingerammten Bohle drahtlos anzeigt.
Vorrichtung zum Feststellen von Schloßsprüngen an Spundwandbohlen oder Pfählen, bei dem im Falle eines Schloßsprunges ohne Eingriff in die bereits montierte Spundwand das gesprungene Schloß eindeutig ermittelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Erdoberfläche ein Sende-Empfangsgerät (Transmitter) vorgesehen ist, dass an der Spundwand Sende- und Empfangsmodule einzeln oder kombiniert angebracht sind, und dass die von den Sendemodulen ausgesandten Signale mit den Empfangsmodulen erfaßt und zur Auswertung oder Feststellung eines Schloßsprunges an das Sende-Empfangsgerät geliefert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere Signale über ein oder mehrere Sendemodule in die Spundwand einbringt, deren Ausbreitung mit einem oder mehreren Empfangsmodulen erfaßt wird, und dass die Sende- und Empfangssignale im Transmitter zum Nachweis eines Schloßsprunges ausgewertet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Signale auf nieder- oder hochfrequentem elektrischem oder elektromagnetischem Wege überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Signale durch Schallübertragung bzw. mechanische Schwingungen überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Signale durch den Transmitter ein Paramater die Signallaufzeit und/oder die Dämpfung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 – 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungseigenschaften der Signale in der Bohle und/oder in der Spundwand bei der Auswertung durch den Transmitter berücksichtigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Ausbreitung der Signale bei verschiedenen Messungen zwischen den Bohlen miteinander vergleicht und aufgrund der festgestellten Abweichungen Schloßsprünge ermittelt.