GRUNDUNG

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 Bauwerks gründung in einem Boden für ein Bauwerk gemäß dem Anspruch 11.

Zur Überwachung von Bauwerksgründungen ist es grundsätzlich bekannt, verschie dene 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 Bauwerks gründung 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 Ände rungen an der Bauwerksgründung auftreten. Dies erlaubt beispielsweise die Mög lichkeit, frühzeitig Sanierungsmaßnahmen an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk durchzuführen, um größere Schäden zu vermeiden.

Ein derartiges System einer Bauwerküberwachung im Zusammenhang mit einer Brü cke wird beispielsweise in der US 8,990,027 B2 oder der hierzu korrespondierenden EP 2391 776 B1 beschrieben.

Für die Bestimmung der Tragfähigkeit einer Bauwerksgründung sind die Bodenver hältnisse des Bodens von maßgeblicher Bedeutung, in welchem die Bauwerksgrün dung zu erstellen ist. In Abhängigkeit von der Tragfähigkeit des Bodens ist die Bau werksgründung auszulegen. Insbesondere bei größeren Bauwerken ist eine mög- liehst wirklichkeitsgetreue Bestimmung der Bodenverhältnisse von maßgeblicher Be deutung. 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 vari ierenden 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 meh reren 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 vor sorglichen 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 vor zusehen, welche jedoch zu erheblich erhöhten Kosten führen können, etwa durch Erhöhung der Anzahl und/oder Größe von Gründungspfählen, Verankerungen, Be wehrungseisen und erhöhten Massen an Beton.

Zudem besteht ein Problem dahingehend, dass trotz entsprechender Sicherheitszu schläge 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 A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit welchen eine besonders zuverlässige Überwachung eines Zustan des einer Bauwerksgründung ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 und zum anderen durch eine Anordnung mit den Merkmalen des An spruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhän gigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen einer Bauwerksgründung im Boden für ein Bauwerk vorgesehen, wobei zu dem Boden Bodenparameter be stimmt werden, basierend auf den bestimmten Bodenparametern mittels einer Rech- nereinheit ein vorausgehendes Bodenmodell errechnet wird, auf welchem eine Aus bildung der Bauwerksgründung unter Berücksichtigung von Vorgabedaten des zu errichtenden Bauwerks ausgelegt wird, beim und/oder nach dem Erstellen der Bau werksgründung 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 Messwer te im Einklang mit dem vorausgehenden Bodenmodell stehen, und, falls die Mess werte 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 Überwachungs verfahren - auf eine Erfassung von Messdaten an einer Bauwerksgründung mit ei nem Bauwerk und einem Vergleich der Messdaten mit Grenzwerten, ob sich eine Bauwerksgründung oder ein Bauwerk noch in erwarteter und zulässiger Weise ver hält oder Veränderungen auftreten, welche die Einleitung von Maßnahmen zur Si cherung 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 er warteten Wertebereich, welcher anhand des vorausgehenden Bodenmodells be stimmt 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 Wer te 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 Bauwerks gründung oder einem Bauwerk herangezogen, um ein verfeinertes Bodenmodell zu bestimmen. Dieses verfeinerte und damit wirklichkeitsnahere Bodenmodell kann dann herangezogen werden, um zu prüfen, inwieweit die Bauwerksgründung anfor derungsgemäß ist.

Es kann somit als eine Grundidee der Erfindung angesehen werden, Messdaten an einer Bauwerksgründung und eventuell einem Bauwerk heranzuziehen, um Rück schlüsse auf die Bodenbeschaffenheit zu ziehen und ein ursprüngliches oder vo rausgehendes Bodenmodell zu verfeinern und näher an der Wirklichkeit auszurich ten.

Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass das vor ausgehende Bodenmodell mit dem nachfolgenden Bodenmodell verglichen wird, in wieweit 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 Bodenmo dell 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. Insbesonde re 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 anzuse hen sind, ein maßgeblicher Vorgabefaktor. Besonders bei derartigen Bauwerken o- der Bauprojekten können genauere Kenntnisse über den Boden zu erheblichen Ver längerungen oder Verkürzungen der Lebensdauer führen. Insbesondere bei Stau dämmen können gesicherte Angaben zur erwartenden Lebensdauer einen Einfluss auf Art und Anzahl von Wartungs- und/oder Sanierungsmaßnahmen sowie zur Prä mienhöhe notwendiger Bauwerksversicherungen haben.

Grundsätzlich können die Bodenparameter zur Bestimmung des ersten Bodenmo dells 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 Bodenuntersu chungen, 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 Son den oder Sondierungen von der Bodenoberfläche aus durchgeführt werden, um Bo denparameter 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 Be stimmung erreicht werden.

Zur Erfassung von Änderungen an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk kön nen jede Art von geeigneten Messeinrichtungen eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass als Messeinrichtun gen 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 Zeitdau er von mehreren Jahren oder Jahrzehnten Messdaten erfassen, welche einen zuver lässigen 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 be steht darin, dass die Messeinrichtungen drahtlos mit der Rechnereinheit in Verbin dung 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 Messein richtungen vollständig oder weitgehend energieautark, etwa mit einer Lebensdauer batterie, versehen sind. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass die Messeinrichtun gen mit einem Transponder versehen sind, welcher auf ein eingehendes Signal, wel- ches 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 Bauwerks gründung wird dadurch erzielt, dass das Verfahren wiederholt, insbesondere in re gelmäßigen Zeitabständen, ausgeführt wird. Werden dabei Messwerte erhalten, wel che keine oder basierend auf dem vorausgehenden Bodenmodell zu erwartende Än derungen anzeigen, so bedarf es keiner weiteren Berechnungen, da sich das Bau werk oder die Bauwerksgründung in einem ordnungsgemäßen Zustand befinden. Ergeben die übermittelten Messwerte jedoch Änderungen außerhalb eines zulässi gen Rahmens, wird durch die Rechnereinheit überprüft, ob und inwieweit das vo rausgehende 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 Erfin dung kann es jedoch besonders wirtschaftlich sein, dass beim Erfassen der Mess werte noch beim Erstellen der Bauwerksgründung das nachfolgende Bodenmodell für die Auslegung der Bauwerksgründung in nachfolgenden Bauabschnitten berück sichtigt wird. Insbesondere bei größeren Bauwerken, welche in einzelnen Bauab schnitten 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 Boden modell 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 nachfol genden 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 ge währleisten. Beispielsweise können nötigenfalls zusätzliche Gründungspfähle oder Versteifungen eingebracht werden. Auch könnte durch Entlastungsmaßnahmen das Bauwerk entlastet werden, so dass einer Gefahr einer Überbeanspruchung entge gengewirkt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zur Überwachung einer Bauwerks gründung in einem Boden für ein Bauwerk mit einer Rechnereinheit, durch welche basierend auf bestimmten Bodenparametern ein vorausgehendes Bodenmodell er mittelbar ist, basierend auf welchem eine Auslegung der Bauwerksgründung unter Berücksichtigung von Vorgabedaten erfolgt, und Messeinrichtungen an der Bau werksgründung oder dem Bauwerk, wobei die Messeinrichtungen Setzungen, Ver formungen und/oder Kräfte an der Bauwerksgründung oder dem Bauwerk erfassen, wobei die Rechnereinheit mit den Messeinrichtungen zur Übertragung von Messda ten in Datenverbindung steht und durch die Rechnereinheit überprüfbar ist, ob die Messwerte im Einklang mit dem ersten Bodenmodell stehen, und durch die Rech nereinheit ein nachfolgendes Bodenmodell errechenbar ist, bei welchem die Mess werte 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 er zielt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ablaufdiagrammen zu bevorzugten Aus führungsbeispielen 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 Mäch tigkeit von Bodenschichten, umfassen können, wird ein erstes Bodenmodell berech net.

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 entspre chende Sensoreinrichtungen erfasst werden. Diese Messdaten oder Messwerte, welche als dO angegeben sind, werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den zu erwartenden Messwerte d, welche sich theoretisch aus dem Rechnungs model ergeben, verglichen. Liegt eine Differenz zwischen den theoretisch ermittelten Sollwerten d und den tatsächlich gemessenen Messwerten dO innerhalb einer Tole ranz 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 Optimie rungsalgorithmen durchgeführt, bei denen die vorausgegangenen unterstellten Bo denparameter geändert werden, bis ein nachfolgendes Bodenmodell oder Berech nungsmodell basierend auf geänderten Bodenparametern m, 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 Bauwerks gründung 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 kön nen, 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 Gesamtkos ten sowie eine Maximierung etwa der Bauwerkssicherheit vorgegeben sein. Basie rend auf diesen Vorgaben kann die Rechnereinheit über multikriterielle Optimie- rungsalgorithmen 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.