Meßeinrichtungen und Messungen an der Gewölbesperre Dobra

51 Pages·1957·9.824 MB·German

by  Hans Petzny

DIE TALSPERREN
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STERREICHS
VON DER
SCHRI~TENREIHE/HERAUSGEGEßEN
OSTERREICH ISCH EN STAU BE CKEN KOMMISSION
UND DEM ÖSTERREICHISCHEN WASSERWIRT'
SCHNTSVERBAND WIEN' SCHRIr:TLEITUNG:
PROj:·DR· HERMANN GRENGG
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Dr.]ng.Hans PetJny
MeßeinrichtungeJll und Messungen
an der uewölbesperre Dobra
WIEN 1957 . IM SELBSTVERlAO DES
OSTERREICHISCHEN WASSERWIRTSCHAITSVERBANDES
DIE TALSPERREN
ÖSTERREI CHS
Dr.Jng.HaJll5 PetJJIlY
MeßeinrichtungeJII und Messungen
an der aewölbesperre Dobra
SPRINGER-VERLAG WIEN GMBH 1957
ISBN 978-3-7091-4496-1 ISBN 978-3-7091-4495-4 (eBook)
DOI 10_1007/978-3-7091-4495-4
Übersicht
I. ) Zweck und Art der Messungen
II. ) Die Messeinrichtungen und Instrumente
III. ) Ergebnisse der Messungen
I.)Zweck und Art der Messungen
Wenn auch die sorgfältigeProjektierung und die Einhaltung der massge
bendenVorschriften den sicheren Bestand eines Bauwerkes - in unserem Falle
einer Talsperre - nach menschlichem Ermessen gewährleistet, ist die Kon
trolle des fertigen Objektes erforderlich, um die Güte der Ausführung und die
der Berechnung zu Grunde gelegten Annahmen zu überprüfen.
Nicht minder wichtig ist die ständige Beobachtung des Verhaltens des
Bauwerkes bei verschiedenen Belastungsfällen, um daraus im Vergleich mit
den Berechnungsergebnissen Rückschlüsse auf den jeweiligen Zustand des
Objektes ziehen zu können.
Neue Methoden für die Berechnung von Talsperren ermöglichen, je nach
dem Rechnungsaufwand, eine genaue Bestimmung der Deformation des Bau
werkes; jedoch beruhen diese Ermittlungen auf Annahmen, die eine genaue
Kenntnis der Materialeigenschaften und des Verhaltens des Untergrundes vor
aussetzen. Nur durch zahlreiche Versuche sowie langjährige Beobachtungen
und Messungen am fertigen Bauwerk wird es möglich, die Richtigkeit der
Bemessungsgrundlagen zu überprüfen und diese Erfahrungen für dieProjektie
rung neuer Anlagen zu verwenden.
Die am fertigen Bauwerk gemessenen Verformungen sind den verschie
densten Einflüssen unterworfen und es wird nicht leicht, den Einfluss, den die
Berechnung gerade zu berücksichtigen gestattet, aus dieser Vielfaltherauszu
schälen und zum Vergleich heranzuziehen; denn neben der Belastung durch
Wasserdruck, Sohlenwasserdruck, Eigengewicht, eventuell Gebirgsdruck, be
wirken Temperatureinflüsse, elastische und plastische Nachgiebigkeit des
Untergrundes, Schwinden und Kriechen des Betons, massgebliche Verfor
mungen des Bauwerkes.
Daraus erkennt man schon, dass nicht nur ein e Messung, ein e Beobach
tungsart genügen kann, um alle Einflüsse auf das Talsperrenobjekt zu erfas
sen und rechnerisch abzuklären, sondern, dass eine ganze Reihe sinnvoll in
einandergreifender Beobachtungen und Messungen dazu notwendig ist.
Es ist nun Aufgabe des planenden Ingenieurs, die Art der Messungen
und die Zahl der Beobachtungen nach der Grösse des Bauwerkes so zu wählen,
dass eine sichere Beurteilung der Messergebnisse möglich wird. Anderer
seits soll aber der Aufwand für diese Einrichtungen der Bedeutung des Ob
jektes angemessen sein. So bedarf wohl jede Talsperrenart ihrer besonde
ren, eigenen Art der Beobachtung. Jene der Sperre Dobra soll im Nach
folgenden beschrieben werden.
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Abb.1 Grundriss der Sperre mit Blockeinteilung
Die Talsperre Dobra ist eine 52 m hohe Gewölbesperre von 220 m Kro
nenlänge mit einem Radius von 106,5 m an derWasserseite, von 2,40 m Kro
nenbreite und 20 m Fussbreite und besteht aus 90.000 m3 Beton, welcher mit
240 kg Bindemittelgehalt ( Zement und Trass) eingebracht wurde. Das Gewöl
be ist in 16 m breite Baublöcke unterteilt, deren Fugen durch Zementauspres
sungen verbunden und durch Schubdübel an gegenseitigen Verschiebungen ge
hindert sind. Besonders die letzten rechtsufrigen Baublöcke sind ausserdem
durch Bewehrungseisen zu einem massiven Widerlagerblock miteinander ver
bunden, der tief im Hangfelsen fundiert ist.
Die Staumauer ist im kristallinen Gneismassiv gegründet, dem ein
Elastizitätsmodul, halb so gross wie jener des Betons, zugemutet wird. Das
Gebirge musste sorgfältig und ausgiebig durch einen Injektionsschleier abge
dichtet werden und ist in der Maueraufstandsfläche durch Kontaktinjektionen
verfestigt worden.
Die Sperre ist wasserseitig von einem Kontrollgang längs der Gründungs
sohle durchzogen, von welchem ein Kontrollschacht bis zur Krone des Blockes
11 führt, in dem die wichtigsten Messeinrichtungen untergebracht sind.
Massgebend für die auftretenden Verformungen des Mauerkörpers ist
die Te m per at ur desselben, daher stellt deren Kenntnis, verm ittelt durch
eine ausreichende, verlässliche Messung innerhalb und ausserhalb der Mauer,
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einen wesentlichen Faktor für die Beurteilung aller Deformationsmessungen
dar. Ohne gleichzeitige Temperaturmessung kann die richtige Beurteilung
anderer Messergebnisse unmöglich werden.
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Abb.2 Messeinrichtungen; Pendel, Bolzen, Thermometer
Ansicht von der Luftseite
Die Temperaturmessungen müssen schon beim Abbinden desBe
tons und seiner dadurch bedingten inneren Erwärmung beginnen, denn diese
ist der Ausgangspunkt für alle folgenden Verformungszustände - sowohl für
eine Bewegung der Mauerkrone in radialer Richtung durch die ungleichmässi
ge Auskühlung der Mauerteile - als auch für die Schrumpfung der einzelnen
Baublöcke in tangentialer Richtung und die damit verbundene Öffnung der ra
dialen Blockfugen.
Ausserdem ist das durch die Abbindewärme entstehende Temperatur
gefälle zwischen dem warmen Innenbeton und den abgekühlten Aussenschichten
entscheidend für die Rissbildung im jungen Beton und es können schon aus den
ersten Temperaturmessungen Rückschlüsse auf die Rissanfälligkeit der Be
tonaussenschichten gezogen und Massnahmen zu deren Verhinderung getroffen
werden.
Die laufenden Messungen der Luft- und Wassertemperaturen am fertigen
Bauwerk sollen sich über Jahre erstrecken, denn erst langjährige Beobach
tungen geben die Grundlage für die richtige Beurteilung aller immer wieder
kehrendenMauerdeformationen, welche durch den jahreszeitlichen Wechsel der
Ausseneinflüsse im Bauwerk entstehen.
Der Ort der Temperaturmessungen wurde bei der Sperre Dobra auf
einen Messquerschnitt im Mittelteil der Mauer beschränkt und in jenenMauer
block verlegt, in welchem auch die Durchbiegungen gemessen werden. Es war
dies jener Block, welcher am tiefsten fundiert, bei grösster Kragträgerhöhe
auch die grössten Durchbiegungen erwarten liess. Da dieser Messquerschnitt
im Mittelteil der Mauer fast gleich weit vom sonnenbestrahlten Nordhang des
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Kamptales, als auch vom schattenreichenSüdhang des Tales entfernt war, sol
len diese Messergebnisse als Mittelwerte für alle Untersuchungen angesehen
werden.
Als Hauptmessung wurde die P end e llotm es s ung im vertikalen, bis
in den Felsuntergrund reichenden Kontrollschacht im Mittelteil der Mauer,
in dem oben noch zugänglichen Block 11 eingerichtet. Von dieser Pendelmes
sung sind die genauesten Messergebnisse zu erwarten und sie ist so rasch
durchführbar, dass auch Tagesschwankungen der Kronendeformation erfasst
werden können. Als Bezugsnullpunkt wurde ein tief im Felsuntergrund gelege
ner Punkt an der Sohle des Schachtes gewählt, von dem angenommen werden
konnte, dass er keiner Lageänderung unterworfen ist. Auf diesen werden alle
anderen Messungen bezogen, so dass die ermittelte Biegelinie des Mess
profiles auch die Verformungen der Fundamentsohle miteinschliesst. Dadurch
war diese Messung für den Vergleich mit den errechneten Durchbiegungs
werten im Kragträgerquerschnitt geeignet, da auch die statische Berechnung
die Verschiebungsgrössen in der Fundamentsohle berücksichtigt.
Mit Rücksicht auf die besonderen geologischen Verhältnisse des rechten
Talhanges an der Sperrenstelle wurde im Hangblock eine weitere Pendellot
messung im 17m tiefen Kontrollschacht dieses Blockes eingerichtet, aus der
jedoch mangels eines Bezugspunktes im Fels nur die relative Verschiebung
zweier Blockpunkte, d. i. eine mögliche Verdrehung dieses Widerlager
blockes, abgeleitet werden konnte.
Für die Bestimmung der Bewegungen der Widerlager und für die Kontrolle
der absoluten Ver schiebungen von Ma uerpunkten wurde die tri gon 0 met r i -
sc h e Fe i n ei nm es s u n g dieser Punkte gewählt und durchgeführt. Die
Messpunkte wurden so angesetzt, dass sie in Horizonte zu liegen kamen, wel
che in der statischen Berechnung aufscheinen, oder im Querschnitt der Lot
anlage, an der Luftseite, so versetzt, dass sie mit den Messpunkten der Pen
dellotanlage höhenmässig korrespondieren. Dies ermöglichte Kontrollen und
Vergleiche beider Messungsarten.
Auch eine Al i gn e me nt-M e s s un g zur raschen Bestimmung der Durch
biegung eines Punktes der Mauerkrone im Block 11 wurde vorgenommen, je
doch wegen ungenauer Messergebnisse nicht weiter verfolgt und aufgelassen.
Durch die vorbeschriebenen Messmethoden war es nicht möglich, die
Bewegungen der Mauerpunkte in der Richtung der Bogenachse so genau zu er
fassen, wie es zur Beurteilung des Fugenschlusses und der Bogenwirkung der
Mauer notwendig gewesen wäre. Deshalb wurde an zugänglichen Stellen der
Maueroberfläche eine F ug e n s pa 1 tm e s s ung angesetzt ,welche darin besteht,
dass der Abstand zweier Messbolzen mittels D e f or met er bestimmt wird.
Dieser Messung kam besondere Bedeutung für die hydraulische Vorspan -
nung dieser Gewölbemauer zu, ausserdem dient sie dazu, nach erfolgter Ze
mentauffüllung der Blockfugen, den Fugenschluss ständig zu kontrollieren und
damit den Nachweis der geschlossenen Bogenwirkung zu erbringen. Da die
Messpunkte vor allem auf der Mauerkrone, in der temperaturempfindlichen
obersten Bogenlamelle angebracht sind, wird ein Au.fgehen der Fugen an die
ser Stelle am deutlichsten offenbar. Es kann unter Zuhilfenahme der gemes
senen Temperaturverteilung auf eine Fugenöffnung im Inneren der Mauer ge
schlossen werden, sofern bei belasteter Gewölbemauer ein Fugenspalt über
haupt zustande kommt.
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Durch die besondere Bolzenanordnung in Dreieckform konnte - im Bau
zustand - auch die gegenseitige Verschiebung freistehender Baublöcke beobach
tet werden und zwar in dem Masse, als diese Bewegungen nicht durch die vor
handenen Schubdübel aufgefangen und zunichte gemacht wurden. Dieser Bau
zustand ergab sich im Winter 1952/53, als die oberste Bogenlamelle durch
eine Öffnung für die Hochwasserabfuhr unterbrochen war, die Fugen der Bau
blöcke noch nicht verpresst waren und daher radiale, temperaturbedingte Ver
schiebungen der Punkte in der Sperrenkrone an den einzelnen Blöcken möglich
waren.
Abb.3 Bauzustand der Mauer 1952
Ausser den vorgenannten Messungen wurde natürlich auch der für die
Mauerverformung massgebende Stauwasserdruck aus den täglichen Wasser
standsmessungen ermittelt und zur Beurteilung des Verformungszustandes
herangezogen. Ebenso konnte der in einzelnen Punkten gemessene Sohlen
wasserdruck in seinem Mittelwert den Berechnungsannahmen gegenüberge
stellt werden.
Die Messeinrichtungen
a) Te m per at ur me s s u n g
Die Messung der Temperatur im Inneren der Betonstaumauer erfolgt mit
elektrischen Widerstandsthermometern, bei welchen die Änderung des Wider
standes eines elektr. Leiters unter dem Einfluss der Temperatur dazu be -
nützt wird, aus einer vorermittelten Relation die Temperatur zu bestimmen.
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Ein solches elektro WiQerstandsthermometer besteht daher aus einem isolierten Dorn. um
welchen der temperaturempfindliche Draht (Ni-Legierung) aufgewickelt ist.
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Abb.4 Elektrische Widerstandsthermometer
Schaltung und Querschnitt
Es ist durch eine starke. metallische Hülse gegen Beschädigung geschützt. Der Anschluss
der Messkabelleitung muss besonders sorgfältig gegen jedes Eindringen von Feuchtigkeit geschützt
sein. weshalb die Klemmenanschlüsse durch eine Gummistopfdichtung geführt sind. Denn die ge
naueste Messung wird zunichte. wenn durch Eindringen von Feuchtigkeit der Widerstand der Zu
leitungsadern geändert wird.
Um den Einfluss von Temperaturunterschieden auf die Zuleitung zu den Messstellen zu elimi
nieren. wird jedes Thermometer durch eine "Drei-Leiter-Schaltung" mit einem dreiadrigen Kabel
angeschlossen. Die unterschiedlichen Längen der Messkabel werden durch Abgleichwiderstände
in der Messschaltung ausgeglichen.
Beim Einbau der Thermometer wurden diese und besonders der An
schluss der Messkabel durch eine Ummantelung geschützt. Es war notwen
dig, die auf der letzten Betonschichte frei-liegenden Leitungskabel vor Be
schädigung durch die Einbringung des Rüttelbetons zu schützen. Die Kabel
mussten bereits beim Einsetzen der Thermometer in ihrer endgültigen Länge
angeschlossen werden und verblieben so in Trommeln bis zu ihrer Verlegung
aufgerollt. An den freiliegenden, verlässlich bezeichneten Enden der Adern
konnten die ersten Ablesungen der Abbindetemperatur mit einem tragbaren
Messgerät vorgenommen werden. Die wasserdichte Ablesestation Norma
Mod-326 für 30 Anschlüsse wurde erst nach Bauvollendung, nach Beendigung
aller Bohr-, Stemm- und Aufräumungsarbeiten im Kontrollgang der Mauer,
an einer leicht zugänglichen Stelle eingebaut. :öieser Ableseapparat ist mit al
len seinen Anschlüssen, Abgleichwiderständen und Kontakten in einem voll
kommen wasserdicht verschlossenen Stahlkasten untergebracht. denn an der
Ablesestelle, besonders beim Eingang in den Kontrollgang treten durch die
Temperaturunterschiede die stärksten Schwitzwasserbildungen auf.
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Wie bereits erwähnt, wurden die Temperaturmessungen in jenen Bau
block verlegt, in dem auch die Deformationsmessungen durchgeführt werden,
um für die Auswertung letzterer die Temperatur-Verteilung im Messblock
direkt benützen zu können.
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Abb.5 Anordnung der Messstellen
Die Anordnung der Messstellen im Querschnitt erfolgte so, dass im un
teren Horizont, inHöhe 393,12, alle 4 Thermometer tief im Mauerinneren ein
gebettet wurden, um hier die Grösstwerte der Abbindetemperaturen, den ge
ringen Ausseneinfluss und das langsame Abströmen der Wärme beobachten zu
können. Letzterem Zwecke dienen auch zwei an der Sohle eingelegte Thermo
meter.
Nach anderem Prinzip erfolgte die Anordnung der Messstellen in den
Horizonten 407 und 420, in dem 12 mund 8 m starken Mauerquerschnitt. Dort
ist nur eine Messstelle inMauermitte angeordnet, hingegen sind sowohl wasser
als auch luftseitig Thermometer in 10 cm, 35 cm und 150 cm Abstand von der
Aussenseite verlegt, damit ausser dem einmaligen Abgang der Abbindewärme
späterhin das mehr oder weniger tiefe Eindringen von Kältewellen bzw. Wär
mewellen der Aussentemperatur und der zeitliche Ablauf dieses Vorganges er-
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