EP3901374A1 - Verfahren und anordnung zum überwachen einer bauwerksgründung - Google Patents

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EP3901374A1
EP3901374A1 EP20171277.5A EP20171277A EP3901374A1 EP 3901374 A1 EP3901374 A1 EP 3901374A1 EP 20171277 A EP20171277 A EP 20171277A EP 3901374 A1 EP3901374 A1 EP 3901374A1
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EP
European Patent Office
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soil
building
foundation
measured values
computer unit
Prior art date
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EP20171277.5A
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EP3901374C0 (de
EP3901374B1 (de
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Fadi HADDAD
Luan Nguyen
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Bauer Spezialtiefbau GmbH
Original Assignee
Bauer Spezialtiefbau GmbH
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Publication date
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Priority to EP20171277.5A priority patent/EP3901374B1/de
Priority to US17/996,998 priority patent/US12345006B2/en
Priority to PCT/EP2021/055475 priority patent/WO2021213723A1/de
Priority to CA3176182A priority patent/CA3176182A1/en
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Publication of EP3901374C0 publication Critical patent/EP3901374C0/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
    • E02D1/02—Investigation of foundation soil in situ before construction work
    • E02D1/022—Investigation of foundation soil in situ before construction work by investigating mechanical properties of the soil
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
    • E02D1/08—Investigation of foundation soil in situ after finishing the foundation structure

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a building foundation in a soil for a building, according to claim 1.
  • the invention further relates to an arrangement for monitoring a building foundation in a soil for a building according to claim 11.
  • Such a system of building monitoring in connection with a bridge is for example in the US 8,990,027 B2 or the corresponding one EP 2 391 776 B1 described.
  • the soil conditions of the soil in which the building foundation is to be created are of decisive importance.
  • the foundation of the building must be designed depending on the load-bearing capacity of the soil.
  • a building foundation on soft or sandy soils must be interpreted considerably differently than on rocky soils.
  • the soil conditions are unclear at many construction sites, as the soil is made up of different layers with varying layer thicknesses or there are different soil areas with rock, gravel, sand, loam and cavities.
  • a soil model is then calculated, which is used as the basis for the design of the building foundation with precautionary safety margins.
  • the soil model determined in this way can sometimes differ greatly from the actual soil conditions.
  • increased safety margins are generally to be provided for the foundation design, which, however, can lead to significantly increased costs, e.g. by increasing the number and / or size of foundation piles, anchors, reinforcing iron and increased masses of concrete.
  • the invention is based on the object of specifying a method and an arrangement with which a particularly reliable monitoring of the condition of a building foundation is made possible.
  • a method for monitoring a building foundation in the ground for a building wherein soil parameters for the soil are determined based on the determined soil parameters by means of a computer unit a preceding soil model is calculated, on which the formation of the building foundation is laid out, taking into account the default data of the building to be erected, during and / or after the creation of the building foundation by means of measuring devices, measured values for settlement, deformation and / or forces on the building foundation or the building are recorded the measured values are fed to the computer unit, which checks whether the measured values are in accordance with the previous soil model, and, if the measured values are not in accordance with the previous soil model, a subsequent soil model is calculated by the computer unit, in which the measured values are be in line with the new floor model.
  • the invention is not limited - as is the case with the classic monitoring methods - to the acquisition of measurement data on a building foundation with a building and a comparison of the measurement data with limit values as to whether a building foundation or a building is still behaving in the expected and permissible manner or changes occur, which make the initiation of security measures necessary.
  • the method according to the invention goes significantly beyond previously known methods in terms of monitoring.
  • the method according to the invention checks whether the measured values of the sensors on the building foundation or the building are in accordance with the soil model on which the design of the building foundation was based. If these measured values are in the expected value range, which has been determined on the basis of the preceding soil model, a correct condition of the structure is determined. If individual or several measured values at the building foundation or the building show unexpected or excessive deviations, even if the individual values should not be critical or problematic for the building, a new subsequent soil model can be calculated according to the method according to the invention, in which the current The measured values are in accordance with the calculated values or are within the expected value range. Based on this new subsequent soil model, a back calculation or repeated calculation of the building foundation can then be carried out and it can be checked whether this still corresponds to the specification data for the building.
  • measured values at the foundation of the building or a building are used in order to determine a refined soil model.
  • This refined and thus more realistic soil model can then be used to check the extent to which the building foundation meets the requirements.
  • the preceding soil model is compared with the following soil model to determine the extent to which specified data for the foundation have been achieved.
  • structural measures can then be determined or proposed by the computer unit in order to achieve or ensure that the specified data or requirements are achieved in the new soil model.
  • the default data include a load-bearing capacity and / or service life of the building foundation or the building.
  • the load-bearing capacity of a building foundation is a decisive requirement that must be complied with when erecting a building on the building foundation.
  • dams which are also often provided with enclosing walls in the ground
  • the service life of both the dam and the enclosing walls in the ground which in the context of the invention are also to be regarded as a building foundation
  • more precise knowledge of the soil can lead to considerable extensions or shortening of the service life.
  • reliable information on the expected service life can have an impact on the type and number of maintenance and / or renovation measures as well as the premium level for building insurance.
  • the soil parameters for determining the first soil model can be determined in any suitable manner, for example using empirical values the area in which the building site is located or based on findings from other comparable building projects in the area.
  • the soil parameters are determined by soil examinations, in particular test bores.
  • core drillings can be carried out, with the structure of the soil being able to be determined on the basis of the drill cores obtained.
  • boreholes with probes or soundings can be carried out from the soil surface in order to determine soil parameters.
  • the soil parameters include the type, structure and size of soil layers as well as a soil load-bearing capacity. This can also include recording a rock horizon in the ground. In this way, a particularly good and realistic determination can be achieved for the first soil model to be calculated.
  • any type of suitable measuring device can be used to record changes to the foundation of the structure or the structure.
  • sensors in particular strain gauges and / or load cells, are attached to or in the building foundation and / or the building as measuring devices. These sensors can record measurement data from the time of installation and over a long period of several years or decades, which allow reliable conclusions to be drawn about the condition of the building foundation or the structure.
  • the measuring devices can be connected to the computer unit or a transmission unit by wire.
  • a particularly flexible arrangement according to an embodiment of the invention consists in the fact that the measuring devices are connected to the computer unit in a wireless manner.
  • the measuring devices can thus be queried continuously or at predetermined time intervals by a central computer unit or a mobile computer unit. It can be particularly expedient here for the measuring devices to be completely or largely self-sufficient in terms of energy, for example with a lifetime battery.
  • the measuring devices are provided with a transponder which responds to an incoming signal which at the same time transmits the necessary energy, carries out a measurement and / or sends measurement data to the computer unit via a transmission unit.
  • a particularly reliable monitoring of a building or a building foundation is achieved in that the method is carried out repeatedly, in particular at regular time intervals. If measured values are obtained that show no changes or changes to be expected based on the preceding soil model, no further calculations are required, since the structure or the structure foundation are in a proper condition. However, if the transmitted measured values result in changes outside a permissible framework, the computer unit checks whether and to what extent the preceding soil model needs to be refined or corrected. This then results in a subsequent soil model, on the basis of which the design of the structure is checked again and it is calculated to what extent all relevant default data are adhered to, also taking into account the new soil model.
  • the method according to the invention can be used in such a way that the following soil models are only carried out after the foundation of the structure or the structure as a whole has been completed.
  • findings and measurement results can already be processed for a first completed construction section with the method according to the invention, as to whether and to what extent the previous underlying soil model has been determined in accordance with reality.
  • refined soil models can be taken into account when considering subsequent construction phases, for example for the design of foundation piles, retaining walls, anchoring, etc.
  • An improvement in building safety is achieved, in particular, in that the computer unit issues a warning if the default data for the building foundation are no longer achieved in the subsequent soil model.
  • remedial or security measures can be taken to ensure the safety of the structure and, if necessary, of users. For example, if necessary, additional foundation piles or stiffeners can be introduced.
  • the structure could also be relieved through relief measures, so that the risk of overstressing is counteracted.
  • the invention further relates to an arrangement for monitoring a building foundation in a soil for a building with a computer unit, by means of which a previous soil model can be determined based on certain soil parameters, based on which a design of the building foundation is carried out taking into account specified data, and measuring devices on the building foundation or the building, the measuring devices registering settlements, deformations and / or forces on the foundation of the building or the building, the computer unit being in data connection with the measuring devices for the transmission of measurement data and the computer unit being able to check whether the measured values are consistent with the first Soil model, and a subsequent soil model can be calculated by the computer unit, in which the measured values are in agreement with the subsequent soil model if the measured values are not in agreement with the preceding soil model.
  • Fig. 1 the determination of the soil model, which is referred to here as the calculation model, is further clarified. Based on given soil parameters, which is a stiffness modulus or a specific weight of the soil and soil shear parameters as well as loads from the environment and geometric conditions, such as the thickness of soil layers, a first soil model is calculated.
  • soil parameters which is a stiffness modulus or a specific weight of the soil and soil shear parameters as well as loads from the environment and geometric conditions, such as the thickness of soil layers.
  • measured data or measured values for example on deformations, settlements, anchor and lateral forces, can be recorded by appropriate sensor devices on the building foundation and the structure, which can also include the construction site and the subsoil.
  • these measured data or measured values which are specified as d0, are compared with the expected measured values d, which theoretically result from the calculation model. If there is a difference between the theoretically determined nominal values d and the actually measured measured values d0 within a tolerance eps, the input soil parameters are confirmed. In this case, the soil or calculation model is not recalculated.
  • optimization algorithms are carried out by a computer unit, in which the previously assumed soil parameters are changed until a subsequent soil model or calculation model based on changed soil parameters m i is created, which reflects the actual conditions reproduce the floor more realistically.
  • the new soil model or calculation model determined in this way can then according to Fig. 2 can be used for a back calculation or recalculation of the design of the building foundation or the building.
  • the original design variables relating to the layout which can be the installation depth, number, length and position of the anchors, the diameter and spacing of a pile wall and the thickness of a diaphragm wall, for example for securing the excavation, are checked again and recalculated on the basis of the new calculation model.
  • the computer unit can be used to minimize settlement and cutting forces in the wall, floor slab and foundation elements and the total costs, as well as maximize structural safety, for example.
  • the computer unit can use multi-criteria optimization algorithms Calculate for further construction phases, for example, whether design variables can or must be changed under the given criteria. In this way, for example, a material-optimized, cost-effective and / or particularly safe structural design can be achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen einer Bauwerksgründung in einem Boden für ein Bauwerk, wobei zu dem Boden Bodenparameter bestimmt werden, basierend auf den bestimmten Bodenparametern mittels einer Rechnereinheit ein vorausgehendes Bodenmodell errechnet wird, auf welchem eine Ausbildung der Bauwerksgründung unter Berücksichtigung von Vorgabedaten des zu errichtenden Bauwerks ausgelegt wird, beim und/oder nach dem Erstellen der Bauwerksgründung mittels Messeinrichtungen Messwerte zu Setzungen, Verformungen und/oder Kräften an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk erfasst werden, die Messwerte der Rechnereinheit zugeführt werden, welche überprüft, ob die Messwerte im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen, und, fass die Messwerte nicht im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen, durch die Rechnereinheit ein nachfolgendes Bodenmodell errechnet wird, bei welchem die Messwerte im Einklang mit dem neuen Bodenmodell stehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Bauwerksgründung in einem Boden für ein Bauwerk, gemäß dem Anspruch 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Überwachen einer Bauwerksgründung in einem Boden für ein Bauwerk gemäß dem Anspruch 11.
  • Zur Überwachung von Bauwerksgründungen ist es grundsätzlich bekannt, verschiedene Sensoren in der Gründung eines Bauwerkes oder an dieser vorzusehen, durch welche der Zustand der Bauwerksgründung überwacht werden kann. Mit derartigen Sensoren können Verformungen, Risse, Setzungen oder Kräfte in der Bauwerksgründung gemessen werden. Dabei ist es weiterhin bekannt, die Messdaten einer Zentrale zuzuführen, welche die gemessenen Werte mit hinterlegten Grenzwerten vergleicht, um so frühzeitig zu ermitteln, wenn übermäßige oder unzulässige Änderungen an der Bauwerksgründung auftreten. Dies erlaubt beispielsweise die Möglichkeit, frühzeitig Sanierungsmaßnahmen an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk durchzuführen, um größere Schäden zu vermeiden.
  • Ein derartiges System einer Bauwerküberwachung im Zusammenhang mit einer Brücke wird beispielsweise in der US 8,990,027 B2 oder der hierzu korrespondierenden EP 2 391 776 B1 beschrieben.
  • Für die Bestimmung der Tragfähigkeit einer Bauwerksgründung sind die Bodenverhältnisse des Bodens von maßgeblicher Bedeutung, in welchem die Bauwerksgründung zu erstellen ist. In Abhängigkeit von der Tragfähigkeit des Bodens ist die Bauwerksgründung auszulegen. Insbesondere bei größeren Bauwerken ist eine möglichst wirklichkeitsgetreue Bestimmung der Bodenverhältnisse von maßgeblicher Bedeutung. So ist eine Bauwerksgründung auf weichen oder sandigen Böden erheblich anders auszulegen als auf felsigen Böden. Allerdings sind an vielen Bauplätzen die Bodenverhältnisse unklar, da etwa der Boden aus verschiedenen Schichten mit variierenden Schichtdicken aufgebaut ist oder unterschiedliche Bodenbereiche mit Fels, Kies, Sand, Lehm und Hohlräumen vorhanden sind.
  • Bei der Erstellung größerer Bauwerke ist es daher üblich, Probebohrungen an mehreren Stellen eines Bauplatzes durchzuführen, um nähere Kenntnisse zum genauen Bodenaufbau zu erlangen. Basierend auf den einzelnen Probebohrungen wird dann ein Bodenmodell errechnet, welches der Auslegung der Bauwerksgründung mit vorsorglichen Sicherheitszuschlägen zugrunde gelegt wird. Insbesondere an Baustellen mit einem nicht-homogenen Boden kann das so bestimmte Bodenmodell teilweise stark von den tatsächlichen Bodenverhältnissen abweichen. In einem solchen Fall sind grundsätzlich erhöhte Sicherheitszuschläge bei der Gründungsauslegung vorzusehen, welche jedoch zu erheblich erhöhten Kosten führen können, etwa durch Erhöhung der Anzahl und/oder Größe von Gründungspfählen, Verankerungen, Bewehrungseisen und erhöhten Massen an Beton.
  • Zudem besteht ein Problem dahingehend, dass trotz entsprechender Sicherheitszuschläge bei unerwartet großen Abweichungen zwischen dem Bodenmodell und den tatsächlichen Bodenverhältnissen langfristig Schäden an dem Bauwerk auftreten und auch die Lebensdauer eines Bauwerkes verkürzen können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit welchen eine besonders zuverlässige Überwachung eines Zustandes einer Bauwerksgründung ermöglicht werden.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen einer Bauwerksgründung im Boden für ein Bauwerk vorgesehen, wobei zu dem Boden Bodenparameter bestimmt werden, basierend auf den bestimmten Bodenparametern mittels einer Rechnereinheit ein vorausgehendes Bodenmodell errechnet wird, auf welchem eine Ausbildung der Bauwerksgründung unter Berücksichtigung von Vorgabedaten des zu errichtenden Bauwerks ausgelegt wird, beim und/oder nach dem Erstellen der Bauwerksgründung mittels Messeinrichtungen Messwerte zu Setzungen, Verformungen und/oder Kräften an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk erfasst werden, die Messwerte der Rechnereinheit zugeführt werden, welche überprüft, ob die Messwerte im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen, und, falls die Messwerte nicht im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen, durch die Rechnereinheit ein nachfolgendes Bodenmodell errechnet wird, bei welchem die Messwerte im Einklang mit dem neuen Bodenmodell stehen.
  • Die Erfindung beschränkt sich dabei nicht - wie bei den klassischen Überwachungsverfahren - auf eine Erfassung von Messdaten an einer Bauwerksgründung mit einem Bauwerk und einem Vergleich der Messdaten mit Grenzwerten, ob sich eine Bauwerksgründung oder ein Bauwerk noch in erwarteter und zulässiger Weise verhält oder Veränderungen auftreten, welche die Einleitung von Maßnahmen zur Sicherung erforderlich machen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren geht hinsichtlich der Überwachung über bisher bekannte Verfahren deutlich hinaus. Es wird durch das erfindungsgemäße Verfahren überprüft, ob die Messwerte der Sensoren an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk im Einklang mit dem Bodenmodell stehen, welches der Auslegung der Bauwerksgründung zugrunde gelegt worden ist. Liegen diese Messwerte in dem erwarteten Wertebereich, welcher anhand des vorausgehenden Bodenmodells bestimmt worden ist, so wird ein korrekter Zustand des Bauwerks festgestellt. Weisen einzelne oder mehrere Messwerte an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk nicht erwartete oder übermäßige Abweichungen auf, selbst wenn die einzelnen Werte für das Bauwerk nicht kritisch oder problematisch sein sollten, so kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein neues nachfolgendes Bodenmodell errechnet werden, bei welchem die aktuellen Messwerte im Einklang mit den rechnerisch zu erwartenden Werten oder innerhalb des erwartenden Wertebereichs sind. Basierend auf diesem neuen nachfolgenden Bodenmodell kann dann eine Rückrechnung oder wiederholte Berechnung der Bauwerksgründung erfolgen und geprüft werden, ob diese noch den Vorgabedaten für das Bauwerk entspricht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also Messwerte an der Bauwerksgründung oder einem Bauwerk herangezogen, um ein verfeinertes Bodenmodell zu bestimmen. Dieses verfeinerte und damit wirklichkeitsnähere Bodenmodell kann dann herangezogen werden, um zu prüfen, inwieweit die Bauwerksgründung anforderungsgemäß ist.
  • Es kann somit als eine Grundidee der Erfindung angesehen werden, Messdaten an einer Bauwerksgründung und eventuell einem Bauwerk heranzuziehen, um Rückschlüsse auf die Bodenbeschaffenheit zu ziehen und ein ursprüngliches oder vorausgehendes Bodenmodell zu verfeinern und näher an der Wirklichkeit auszurichten.
  • Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass das vorausgehende Bodenmodell mit dem nachfolgenden Bodenmodell verglichen wird, inwieweit Vorgabedaten der Gründung erreicht sind. Insbesondere können durch die Rechnereinheit hierauf bauliche Maßnahmen ermittelt oder vorgeschlagen werden, um ein Erreichen der Vorgabedaten oder Anforderungen bei dem neuen Bodenmodell zu erreichen oder sicherzustellen.
  • Besonders zweckmäßig ist es, dass die Vorgabedaten eine Tragfähigkeit und/oder Lebensdauer der Bauwerksgründung oder des Bauwerks umfassen. Insbesondere die Tragfähigkeit einer Bauwerksgründung ist eine maßgebliche Vorgabe, die zur Errichtung eines Bauwerkes auf der Bauwerksgründung einzuhalten ist. Insbesondere bei Staudämmen, welche auch häufig mit Umfassungswänden im Boden versehen sind, ist eine Lebensdauer sowohl des Staudamms als auch der Umfassungswände im Boden, welche im Sinne der Erfindung auch als eine Bauwerksgründung anzusehen sind, ein maßgeblicher Vorgabefaktor. Besonders bei derartigen Bauwerken oder Bauprojekten können genauere Kenntnisse über den Boden zu erheblichen Verlängerungen oder Verkürzungen der Lebensdauer führen. Insbesondere bei Staudämmen können gesicherte Angaben zur erwartenden Lebensdauer einen Einfluss auf Art und Anzahl von Wartungs- und/oder Sanierungsmaßnahmen sowie zur Prämienhöhe notwendiger Bauwerksversicherungen haben.
  • Grundsätzlich können die Bodenparameter zur Bestimmung des ersten Bodenmodells in jeder geeigneten Weise ermittelt werden, so etwa durch Erfahrungswerte zu der Gegend, in welcher der Bauplatz liegt, oder durch Erkenntnisse aus anderen vergleichbaren Bauprojekten in der Gegend. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass die Bodenparameter durch Bodenuntersuchungen, insbesondere Probebohrungen, bestimmt werden. Insbesondere können Kernbohrungen durchgeführt werden, wobei anhand der gewonnenen Bohrkerne ein Aufbau des Bodens ermittelt werden kann. Weiter können auch Bohrungen mit Sonden oder Sondierungen von der Bodenoberfläche aus durchgeführt werden, um Bodenparameter zu ermitteln.
  • Besonders zweckmäßig ist es weiterhin, dass die Bodenparameter Art, Aufbau und Größe von Bodenschichten sowie eine Bodentragfähigkeit umfassen. Dies kann auch eine Erfassung eines Felshorizontes im Boden beinhalten. So kann schon für das erste zu errechnende Bodenmodell eine besonders gute und realitätsnahe Bestimmung erreicht werden.
  • Zur Erfassung von Änderungen an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk können jede Art von geeigneten Messeinrichtungen eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass als Messeinrichtungen Sensoren, insbesondere Dehnungsmessstreifen und/oder Kraftmessdosen, an oder in der Bauwerksgründung und/oder dem Bauwerk angebracht werden. Diese Sensoren können dabei vom Zeitpunkt des Einbaus an und über eine lange Zeitdauer von mehreren Jahren oder Jahrzehnten Messdaten erfassen, welche einen zuverlässigen Rückschluss auf den Zustand der Bauwerksgründung oder des Bauwerks zulassen.
  • Abhängig von der Einbausituation können die Messeinrichtungen drahtgebunden mit der Rechnereinheit oder einer Sendeeinheit in Verbindung stehen. Eine besonders flexibel einsetzbare Anordnung nach einer Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass die Messeinrichtungen drahtlos mit der Rechnereinheit in Verbindung stehen. Die Messeinrichtungen können so beständig oder in vorgegebenen Zeitabständen durch eine zentrale Rechnereinheit oder eine mobile Rechnereinheit abgefragt werden. Besonders zweckmäßig kann es dabei sein, dass die Messeinrichtungen vollständig oder weitgehend energieautark, etwa mit einer Lebensdauerbatterie, versehen sind. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass die Messeinrichtungen mit einem Transponder versehen sind, welcher auf ein eingehendes Signal, welches gleichzeitig die notwendige Energie überträgt, eine Messung durchführt und/oder Messdaten über eine Sendeeinheit zur Rechnereinheit abgibt.
  • Eine besonders zuverlässige Überwachung eines Bauwerks oder einer Bauwerksgründung wird dadurch erzielt, dass das Verfahren wiederholt, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen, ausgeführt wird. Werden dabei Messwerte erhalten, welche keine oder basierend auf dem vorausgehenden Bodenmodell zu erwartende Änderungen anzeigen, so bedarf es keiner weiteren Berechnungen, da sich das Bauwerk oder die Bauwerksgründung in einem ordnungsgemäßen Zustand befinden. Ergeben die übermittelten Messwerte jedoch Änderungen außerhalb eines zulässigen Rahmens, wird durch die Rechnereinheit überprüft, ob und inwieweit das vorausgehende Bodenmodell zu verfeinern oder zu korrigieren ist. Hieraus ergibt sich dann ein nachfolgendes Bodenmodell, anhand dem nochmals die Auslegung des Bauwerks überprüft und berechnet wird, inwieweit alle maßgeblichen Vorgabedaten auch unter Berücksichtigung des neuen Bodenmodells eingehalten sind.
  • Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren so eingesetzt werden, dass die nachfolgenden Bodenmodelle erst nach Abschluss einer Bauwerksgründung oder des Bauwerkes insgesamt durchgeführt werden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann es jedoch besonders wirtschaftlich sein, dass beim Erfassen der Messwerte noch beim Erstellen der Bauwerksgründung das nachfolgende Bodenmodell für die Auslegung der Bauwerksgründung in nachfolgenden Bauabschnitten berücksichtigt wird. Insbesondere bei größeren Bauwerken, welche in einzelnen Bauabschnitten erstellt werden, können so bereits Erkenntnisse und Messergebnisse zu einem ersten abgeschlossenen Bauabschnitt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden, ob und inwieweit das vorausgehende zugrunde gelegte Bodenmodell realitätsentsprechend ermittelt ist. Auf diese Weise können gegebenenfalls verfeinerte Bodenmodelle bei der Berücksichtigung nachfolgender Bauabschnitte, etwa zur Auslegung von Gründungspfählen, Stützwänden, Rückverankerungen etc., berücksichtigt werden.
  • Eine Verbesserung der Bauwerkssicherheit wird insbesondere dadurch erzielt, dass durch die Rechnereinheit eine Warnung ausgegeben wird, wenn bei dem nachfolgenden Bodenmodell Vorgabedaten zur Bauwerksgründung nicht mehr erreicht sind. In einem solchen Fall können Sanierungs- oder Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden, um die Sicherheit des Bauwerkes und gegebenenfalls von Nutzern zu gewährleisten. Beispielsweise können nötigenfalls zusätzliche Gründungspfähle oder Versteifungen eingebracht werden. Auch könnte durch Entlastungsmaßnahmen das Bauwerk entlastet werden, so dass einer Gefahr einer Überbeanspruchung entgegengewirkt wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zur Überwachung einer Bauwerksgründung in einem Boden für ein Bauwerk mit einer Rechnereinheit, durch welche basierend auf bestimmten Bodenparametern ein vorausgehendes Bodenmodell ermittelbar ist, basierend auf welchem eine Auslegung der Bauwerksgründung unter Berücksichtigung von Vorgabedaten erfolgt, und Messeinrichtungen an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk, wobei die Messeinrichtungen Setzungen, Verformungen und/oder Kräfte an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk erfassen, wobei die Rechnereinheit mit den Messeinrichtungen zur Übertragung von Messdaten in Datenverbindung steht und durch die Rechnereinheit überprüfbar ist, ob die Messwerte im Einklang mit dem ersten Bodenmodell stehen, und durch die Rechnereinheit ein nachfolgendes Bodenmodell errechenbar ist, bei welchem die Messwerte im Einklang mit dem nachfolgenden Bodenmodell stehen falls die Messwerte nicht im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen.
  • Mit dieser Anordnung kann insbesondere das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden. Es können dabei die zuvor dargelegten Vorteile erzielt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ablaufdiagrammen zu bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    ein erstes schematisches Ablaufdiagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
    Fig. 2
    ein weiteres schematische Ablaufdiagramm zu einer Weiterbildung zu dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • In Fig. 1 ist die Bestimmung des Bodenmodells, welches hier als Berechnungsmodell bezeichnet ist, weiter verdeutlicht. Basierend auf vorgegebenen Bodenparametern, welche ein Steifmodul oder eine Wichte des Bodens und Bodenscheerparameter sowie Lasten aus der Umgebung und geometrische Gegebenheiten, etwa die Mächtigkeit von Bodenschichten, umfassen können, wird ein erstes Bodenmodell berechnet.
  • Weiterhin können an der Bauwerksgründung und dem Bauwerk, welche auch die Baustelle und den Baugrund miteinschließen können, Messdaten oder Messwerte zum Beispiel zu Verformungen, Setzungen, Anker- und Seitenkräften, durch entsprechende Sensoreinrichtungen erfasst werden. Diese Messdaten oder Messwerte, welche als d0 angegeben sind, werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den zu erwartenden Messwerte d, welche sich theoretisch aus dem Rechnungsmodel ergeben, verglichen. Liegt eine Differenz zwischen den theoretisch ermittelten Sollwerten d und den tatsächlich gemessenen Messwerten d0 innerhalb einer Toleranz eps, sind die Eingangsbodenparameter bestätigt. In diesem Fall erfolgt keine Neuberechnung des Boden- oder Berechnungsmodells.
  • Überschreitet der Differenzwert zwischen den Sollwerten und den Istwerten jedoch den vorgegebenen Toleranzbereich eps, werden durch eine Rechnereinheit Optimierungsalgorithmen durchgeführt, bei denen die vorausgegangenen unterstellten Bodenparameter geändert werden, bis ein nachfolgendes Bodenmodell oder Berechnungsmodell basierend auf geänderten Bodenparametern mi erstellt sind, welche die tatsächlichen Verhältnisse des Bodens realitätsnäher wiedergeben.
  • Das so ermittelte neue Bodenmodell oder Berechnungsmodell kann dann gemäß Fig. 2 für eine Rückrechnung oder Neuberechnung der Auslegung der Bauwerksgründung oder des Bauwerkes herangezogen werden. Dabei werden zunächst die ursprünglichen Designvariablen betreffend die Auslegung, welche beispielsweise für eine Baugrubensicherung eine Einbautiefe, Anzahl, Länge und Lage der Anker, Durchmesser und Abstand einer Pfahlwand und Dicke einer Schlitzwand sein können, auf Grundlage des neuen Berechnungsmodells nochmals überprüft und neu berechnet.
  • Dabei kann durch die Rechnereinheit eine Minimierung etwa von Setzungen und Schnittkräften in Wand, Bodenplatte und Gründungselementen und der Gesamtkosten sowie eine Maximierung etwa der Bauwerkssicherheit vorgegeben sein. Basierend auf diesen Vorgaben kann die Rechnereinheit über multikriterielle Optimierungsalgorithmen etwa für weitere Bauabschnitte berechnen, ob Designvariablen unter den vorgegebenen Kriterien geändert werden können oder müssen. Hierdurch kann beispielsweise eine materialoptimierte, kostengünstige und/oder besonders sichere Bauwerksauslegung erzielt werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Überwachen einer Bauwerksgründung in einem Boden für ein Bauwerk, wobei
    - zu dem Boden Bodenparameter bestimmt werden,
    - basierend auf den bestimmten Bodenparametern mittels einer Rechnereinheit ein vorausgehendes Bodenmodell errechnet wird, auf welchem eine Ausbildung der Bauwerksgründung unter Berücksichtigung von Vorgabedaten des zu errichtenden Bauwerks ausgelegt wird,
    - beim und/oder nach dem Erstellen der Bauwerksgründung mittels Messeinrichtungen Messwerte zu Setzungen, Verformungen und/oder Kräften an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk erfasst werden,
    - die Messwerte der Rechnereinheit zugeführt werden, welche überprüft, ob die Messwerte im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen, und
    - falls die Messwerte nicht im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen, durch die Rechnereinheit ein nachfolgendes Bodenmodell errechnet wird, bei welchem die Messwerte im Einklang mit dem neuen Bodenmodellstehen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das vorausgehende Bodenmodell mit dem nachfolgenden Bodenmodell verglichen wird, inwieweit Vorgabedaten der Gründung erreicht sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorgabedaten eine Tragfähigkeit und/oder Lebensdauer der Bauwerksgründung oder des Bauwerks umfassen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bodenparameter durch Bodenuntersuchungen, insbesondere Probebohrungen, bestimmt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bodenparameter Art, Aufbau und Größe von Bodenschichten sowie eine Bodentragfähigkeit umfassen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Messeinrichtungen Sensoren, insbesondere Dehnungsmessstreifen und/oder Kraftmessdosen, an oder in der Bauwerksgründung und/oder dem Bauwerk angebracht werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Messeinrichtungen drahtlos mit der Rechnereinheit in Verbindung stehen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verfahren wiederholt, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen, ausgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Erfassen der Messwerte noch beim Erstellen der Bauwerksgründung das nachfolgende Bodenmodell für die Auslegung der Bauwerksgründung in nachfolgenden Bauabschnitten berücksichtigt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch die Rechnereinheit eine Warnung ausgegeben wird, wenn bei dem nachfolgenden Bodenmodell Vorgabedaten zur Bauwerksgründung nicht mehr erreicht sind.
  11. Anordnung zum Überwachen einer Bauwerksgründung in einem Boden für ein Bauwerk, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit
    - einer Rechnereinheit, durch welche basierend auf bestimmten Bodenparametern ein vorausgehendes Bodenmodell ermittelbar ist, basierend auf welchem eine Auslegung der Bauwerksgründung unter Berücksichtigung von Vorgabedaten erfolgt, und
    - Messeinrichtungen an der Bauwerksgründung oder einem Bauwerk, wobei durch die Messeinrichtungen Setzungen, Verformungen und/oder Kräfte an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk erfassbar sind,
    wobei
    - die Rechnereinheit mit den Messeinrichtungen zur Übertragung von Messdaten in Datenverbindung stehen und durch die Rechnereinheit überprüfbar ist, ob die Messwerte im Einklang mit dem ersten Bodenmodell stehen, und
    - durch die Rechnereinheit ein nachfolgendes Bodenmodell errechenbar ist, bei welchem die Messwerte im Einklang mit dem nachfolgenden Bodenmodell stehen, falls die Messwerte nicht im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen.
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