DE3211822C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Extensometer zum Messen von Bewegungen im Fels und Grundbau, insbesondere der Bewe­ gung von Gesteinsschichten, mit einem in ein Bohrloch ragenden Stab, der mit seinem der Bohrlochöffnung abge­ wandten Ende mit dem umgebenden Gestein fest verbunden ist und mit seinem der Bohrlochöffnung zugewandten Ende frei beweglich angeordnet ist.

Extensometer des vorgenannten Aufbaus dienen vor allem zur Messung von Bewegungen in Gesteinsschichten, bei­ spielsweise beim Tunnel- und Staudammbau, aber auch zur Messung von Untergrundverschiebungen beim Hochbau. Die Messung besteht in der Regel in einer Differenzmessung der Bewegung zwischen verschiedenen Schichten, so daß im allgemeinen mehrere einzelne Extensometer in unter­ schiedliche Tiefe niedergebracht und ihre jeweilige La­ geänderung gemessen wird.

In der praktischen Anwendung befinden sich im wesentli­ chen zwei Arten von Meßgeräten, nämlich das Drahtexten­ someter und das Stangenextensometer. Im ersten Fall wird vom Verankerungspunkt im Fels ein Draht zum Extensometer­ kopf geführt, dort über eine Rolle umgelenkt und mit ei­ nem Gewicht belastet. Eine Bewegung des Untergrundes führt zu einer entsprechenden Bewegung des Drahtes auf der Rolle, die mit einer Längen-Meßeinrichtung ausgestat­ tet ist. Veränderungen werden also durch eine Wegmessung aufgenommen. Solche Drahtextensometer lassen sich nur schwierig einbauen, insbesondere bei sehr tief liegenden Verankerungspunkten, aber auch dann, wenn auf engem Raum mehrere Extensomoter-Messungen erforderlich sind.

Für die letztgenannten Fälle haben sich stattdessen die eingangs geschilderten Stangenextensometer bewährt, bei denen am Extensometerkopf die Lageänderung des Gestänges an dessen Abgriffglied gemessen wird, beispielsweise durch eine Meßuhr, einen Taster oder dergleichen. Hierbei ist jedoch die Messung in großen Tiefen wiederum sehr aufwen­ dig, da das Gestänge aus einzelnen handhabungsfähigen Abschnitten bestehen muß, die über Kupplungen miteinan­ der verbunden und sukzessiv in das Bohrloch eingebaut werden. Hierbei ist nicht nur der Bauaufwand als solcher störend, sondern in vielen Fällen auch der Zeitaufwand beim Einsetzen des Extensometers. Es gibt viele Anwen­ dungsbeispiele, z. B. im Tunnelbau nach dem Sohlschluß, bei denen sehr kurzfristig, z. B. in den ersten Stunden und Tagen Messungen notwendig sind, die wiederum für den Ausbau und die Sicherungsarbeiten an einem solchen Ob­ jekt entscheidend sind.

Die DE-AS 13 84 533 zeigt eine Vorrichtung zur Veranke­ rung von brüchigen und absturzbefährdeten Felsteilen oder von Bauteilen beliebiger Art in gesundem Fels. Hier­ zu werden Stahlstäbe oder Stahldrahtbündel verwendet, die in der Druckschrift als solche als Felsanker bezeich­ net sind. Diese Stahldrahtbündel sind an ihrem dem Bohr­ lochgrund zugewandten Ende durch Lochscheiben gespreizt und an ihrem äußersten Ende durch einen Klemmkopf zusam­ mengehalten, wobei die Lochscheiben und der Klemmkopf ei­ nen gegenüber dem Bohrlochdurchmesser wesentlich gerin­ geren Durchmesser aufweisen. Die Länge der Spreizung kann nach der Druckschrift durchaus 2 m bis 4 m betra­ gen. Über eine solche Länge wird das Bohrloch nach Ein­ bringen der Stahldrahtbündel mit Beton ausgefüllt, der nach Erhärten die Stahldrahtbündel und damit den aus die­ sen gebildeten Anker durch den hierdurch gebildeten ar­ mierten Betonpfropf halten soll. Die dem Bohrloch zuge­ wandte Seite des Betonpfropfens ist mit einer "Dichtung" begrenzt. Die Stahldrahtbündel finden an ihrem aus dem Bohrloch herausragenden Bereich ihr Widerlager über ei­ nen mit einem Außengewinde versehenen Ankerspannbolzen, auf dem eine Mutter aufgeschraubt ist, die sich gegen eine Ankerplatte abstützt, welche wiederum an einem Kör­ per anliegt und gegen diesen drückt, der wiederum die brüchigen und absturzgefährdeten Felsteile hält. Der Körper dürfte ein an dieser Stelle aus Ortbeton gebil­ deter Betonkörper sein. In den erwähnten Ankerspannbol­ zen, der die der Bohrlochöffnung zugewandten Enden des Stahldrahtbündels hält, ist in einer Bohrung ein Meß­ stab angeordnet, der am Grund der Bohrung festgelegt ist und sich von dort aus nach außen frei erstreckt so­ wie an seinem freien Ende auf einen induktiven Wegauf­ nehmer einwirkt. Hierdurch soll die Dehnung des Anker­ spannbolzens unter dem Einfluß der über die Stahldraht­ bündel auf ihn einwirkenden Ankerspannkraft überwacht werden. Schließlich ist bei der in der genannten Druck­ schrift gezeigten Vorrichtung zur Verankerung von brü­ chigen und absturzgefährdeten Felsteilen weiterhin ne­ ben dem Stahldrahtbündel ein Stab vorgesehen, der mit seinem dem Bohrlochgrund zugewandten Ende in der Dich­ tung verankert ist und von dort aus bis nahe zu der er­ wähnten Ankerplatte ragt, in der ein weiterer indukti­ ver Wegaufnehmer angeordnet ist, auf den das bewegliche freie Ende des Stabs wirkt.

Die DE-OS 28 27 327 betrifft ebenfalls die Verankerung von Zuggliedern und kein Extensometer, wobei ein gegebe­ nenfalls aus glasfaserverstärkten Kunststoffen bestehen­ des Zugglied durch Reaktionsharz hinter einem Packer im Bohrloch festgelegt werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbesser­ tes Stangenextensometer zu schaffen, daß ein solches Stan­ genextensometer Steinbewegungen in sehr großen Tiefen über ein für das Extensometer vorgesehenes und demgemäß dünnes Bohrloch messen kann, das schnell und einfach in das Bohrloch einsetzbar ist und das vielfältige Einsatz­ möglichkeiten erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Extensome­ ter dadurch gelöst, daß der Stab aus biegefähigem und dennoch rückstellfähigem armierten Kunststoff gebildet ist, daß der Stab an seinem der Bohrlochöffnung abge­ wandten Ende mit einem Anker versehen ist, der am Bohr­ lochgrund durch Betoninjektion fixiert ist und daß am anderen Ende des Stabs ein Abgriffglied mit dem Stab verbunden und demgemäß mit dessen freien Ende beweglich ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung bietet folgende Vorteile: Es stehen heute in ausreichendem Maß armierte Kunststof­ fe zur Verfügung, die einerseits beispielsweise bis zu einem Biegeradius von 50 cm biegefähig sind, gleichwohl ein solch gutes Rückstellvermögen besitzen, daß sie aus der gebogenen Form wieder in die lineare Form zurückkeh­ ren. Auf diese Weise ist es möglich, das Extensometer-Ge­ stänge in seiner gesamten Länge aus einem einstückigen Stab zu bilden, der sich auch in große Tiefen bis 100 m ohne weiteres in das Bohrloch einführen läßt und der nach der Einführung wieder seine gestreckte lineare Form an­ nimmt. An der Baustelle sind also nur die notwendigen Bohrungen anzubringen, der Stab und das ihn umgebende Hüllrohr mit dem Anker vorweg in das Bohrloch einzufüh­ ren, der Anker an der Meßstelle durch Injektion zu fixie­ ren und daraufhin der Extensometerkopf aufzusetzen. Da­ durch läßt sich der Einbau gegenüber bekannten Einrich­ tungen erheblich beschleunigen. Eine weitere Vereinfa­ chung sowohl hinsichtlich des Transportes, als auch des Einbaus ergibt sich dadurch, daß das erfindungsgemäße Meßgestänge sich auf einer Vorratsrolle mit entsprechen­ dem Krümmungsradius befinden kann und entweder an die Baustelle in der gewünschten Länge und in komplettierter Form angeliefert oder aber auch erst an der Baustelle abgelängt und komplettiert wird. Sofern notwendig, ist auch der Ausbau solcher Extensometer einfacher und schneller zu bewerkstelligen.

Bei dem erfindungsgemäßen Extensometer wird kein Zug aus­ geübt, wie dies bei Drahtextensometern der Fall sein mag, bei denen ein Draht zum Extensometerkopf geführt und dort über eine Rolle umgelenkt und mit einem Gewicht belastet ist. Vielmehr weist bei dem erfindungsgemäßen Extensome­ ter die Stange eine hinreichende Biegefestigkeit und hin­ reichende Rückstellkräfte auf, damit sie sich gerade durch das Bohrloch erstreckt und nicht beispielsweise unter ih­ rem Eigengewicht sich in ihrem Mittelteil verbiegt. Ande­ rerseits hat sie eine hinreichende Biegefähigkeit, so daß sie in bequemer Weise zum Einsatzort transportiert und von dort in das Bohrloch bis zu einer Länge von mehreren 10, insbesondere bis zu 100 m eingebracht werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Kunst­ stoffstab in eine Bohrung des Ankers eingeklebt, einge­ schraubt oder dergleichen sein. Hierbei kann es sich um eine relativ einfache Verbindung handeln, da sie keine nennenswerten Kräfte übertragen muß.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kunst­ stoffstab mit dem Abgriffglied über ein Gewindestück ver­ bunden. Dieses Abgriffteil kann also nachträglich aufge­ bracht und insbesondere nach dem Einbau einjustiert wer­ den.

Das Gewindestück besteht zweckmäßigerweise aus einer auf den Kunststoffstab aufgeschraubten Gewindehülse und ei­ ner mit dieser verbundenen Gewindestange, auf die das Abgriffglied aufschraubbar ist. Durch Auswechseln der Gewindestange läßt sich der Justierbereich noch erweitern.

Schließlich kann der Kunststoffstab mit einem Schutzüber­ zug versehen sein, um ihn beispielsweise verschleißfest zu machen, auch wenn bei der Bewegung des Gestänges in­ nerhalb des Hüllrohrs keine nennenswerten Reibungskräfte auftreten.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur ein erfindungsgemäßes Exten­ someter im Längsschnitt im Einbauzustand.

Das erfindungsgemäße Extensometer besteht in seinen funk­ tionswesentlichen Teilen aus einem Meßkopf 1 mit dem Ex­ tensometerkopf 2, einem Meßgestänge 3 mit einem dieses umgebenden Hüllrohr 4 und einem Anker 5. Das Meßgestänge 3 ist aus einem armierten, z. B. glasfaserverstärkten Kunst­ stoffstab 3 gebildet, der sich über annähernd die gesam­ te Bohrlochtiefe erstreckt und an seinem unteren Ende an dem Anker 5 durch Schrauben, Kleben oder dergleichen befestigt ist. Der Anker ist außenseitig mit einer Pro­ filierung 6 versehen, um an der Meßstelle in der zu un­ tersuchenden Gesteinsschicht eine einwandfreie Fixierung zu erhalten, die beispielsweise durch Beton-Injektion geschieht. Der Kunststoffstab 3 ist zumindest in dem im Hüllrohr 4 verlaufenden Abschnitt mit einem Schutzüberzug 7 versehen. An seinem freien oberen Ende ist der Kunst­ stoffstab 3 über ein Gewindestück mit einem Abgriffglied 8 verbunden. Das Gewindestück besteht aus einer Gewinde­ stange 9 und einer Gewindehülse 10, in die die Gewinde­ stange eingesetzt ist und die ihrerseits auf das freie Ende des Kunststoffstabs 3 aufgeschraubt ist. Auf die andere Seite der Gewindestange 9 ist das mit einem In­ nengewinde versehene Abgriffglied 8 aufgeschraubt. Das Innengewinde des Abgriffglieds 8 gestattet nach Einbau des Extensometers eine Verstellung zur Einjustierung des Abgriffgliedes auf den Meßkopf 1. Eine Erweiterung des Justierungsbereichs ist durch Austausch der Gewindestan­ ge 9 und Einsatz einer kürzeren oder längeren Gewinde­ stange möglich.

Das den Kunststoffstab 3 umgebende Hüllrohr 4 besteht gleichfalls aus Kunststoff, beispielsweise PVC, und ist über eine elastische Hülse 11 an den Anker 6 angeschlos­ sen. Das andere Ende des Hüllrohrs sitzt in dem Exten­ someterkopf 2 und ist dort beispielsweise eingeklebt. Der Extensometerkopf 2 ist außenseitig mit mehreren über­ einanderliegenden Sechskant-Profilen versehen. Auf diesen Extensometerkopf ist eine Montageplatte 12 mit einer Kon­ termutter 13 aufgesetzt. Schließlich läßt sich der Ex­ tensometerkopf durch eine Gewindekappe 14 verschließen.

Die Montageplatte 12 kann so ausgebildet sein, daß sie mehrere Meßköpfe 1 unterschiedlich langer Extensometer aufnimmt, wobei sich die Köpfe 2 dieser Extensometer durch Anlage der Sechskant-Flächen in einfacher Form bündeln lassen.

Eine Lageänderung des Ankers 6 bzw. eine Bewegung der ihn fixierenden Gesteinsschicht äußert sich in einer Lageänderung des Abgriffgliedes 8 gegenüber der Montage­ platte 12 bzw. dem Extensometerkopf 2, so daß sie durch ein Wegmeßgerät, z. B. eine Meßuhr oder dergleichen am Abgriffglied festgestellt werden kann.

Claims (6)

1. Extensometer zum Messen von Bewegungen im Fels­ und Grundbau, insbesondere der Bewegung von Ge­ steinsschichten, mit einem in ein Bohrloch ragen­ den Stab, der mit seinem der Bohrlochöffnung abge­ wandten Ende mit dem umgebenden Gestein fest ver­ bunden ist und mit seinem der Bohrlochöffnung zu­ gewandten Ende frei beweglich angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stab (3) aus biege­ fähigem und dennoch rückstellfähigem armierten Kunststoff gebildet ist, daß der Stab (3) an sei­ nem der Bohrlochöffnung abgewandten Ende mit ei­ nem Anker (5) versehen ist, der am Bohrlochgrund durch Betoninjektion fixiert ist und daß am ande­ ren Ende des Stabs (3) ein Abgriffglied (8) mit dem Stab (3) verbunden und demgemäß mit dessen freien Ende beweglich ist.

2. Extensometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kunststoffstab (3) in eine Bohrung des Ankers (5) eingeklebt, eingeschraubt oder dergleichen ist.

3. Extensometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kunststoffstab (3) mit dem Abgriffglied (8) über ein Gewindestück (9) verbun­ den ist.

4. Extensometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gewindestück aus einer auf den Kunst­ stoffstab (3) aufgeschraubten Gewindehülse (10) und einer mit dieser verbundenen Gewindestange (9), auf die das Abgriffglied (8) aufschraubbar ist, besteht.

5. Extensometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunststoffstab (3) mit einem Schutzüberzug (3) versehen ist.

6. Extensometer nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (3) von einem Hüllrohr (4) umgeben ist.