Seismic on piles - monitoring soil properties on offshore structures

Abstract

Die Forschungsaktivitaeten in diesem Projekt waren der Entwicklung und Anwendung geophysikalischer Methoden zur Bestimmung von Veraenderungen von Baugrundeigenschaften im Pfahlnahbereich vor und nach der Installation von Pfaehlen gewidmet: Fraunhofer IWES stellte sich der Herausforderung, Funktionalitäten zu entwickeln, um geophysikalische Parameter im Pfahlnahbereich zu messen und daraus die Veränderung relevanter Baugrundparameter abzuleiten. Dazu wurden über einen längeren Zeitraum wiederholt seismische Messungen an der Gründungsstruktur vorgenommen und ausgewertet: Diese sogenannte 4D-Seismik stellt eine etablierte Methode für Überwachungsmessungen und zur Detektion zeitlich veränderlicher Phänomene dar (Bangs et al., 2011). Solche Wiederholungsmessungen erfordern eine hohe Genauigkeit in der Datenaufnahme und -verarbeitung, um kleinskalige physikalische Veränderungen im Untergrund, z.B. in den Baugrundparametern (set-up-Effekt) zu erfassen. Synthetische Seismik wurde damit Messungen kombiniert. Die Entwicklungsumgebung für die Messkonfiguration stellt die vom IWES genutzte Grundbauversuchsgrube (GVBG) dar, in der unter offshore-ähnlichen Bedingungen Untersuchungen zur Installation und zum Tragverhalten von Gründungssystemen unter spezifischen Belastungsszenarien durchgeführt werden können. Ausserdem wurden geotechnische Vergleichsmessungen zur Kalibration der seismischen Messungen durchgefuehrt. Alle Modellversuche wurden parallel und komplementär durch numerische Modelle und Simulationen begleitet, was eine virtuelle Abbildung der Modellversuche und Skalierung der experimentellen Ergebnisse ermöglicht. Damit stand eine erstklassige Kalibrierungsgrundlage für die durch seismische Messungen bestimmten veränderten Baugrundeigenschaften und deren Auswirkungen auf die Tragstruktur zur Verfügung. Gelingt es, mittels seismischer Methoden die durch Drucksondierung (CPT) und dynamische Pfahlmessungen bestimmbaren Parameterveränderungen aufgrund von Installation und Belastungssituation zu verifizieren, ist damit die Grundlage für ein kostensparendes Monitoring der Tragwerk-Boden-Interaktion an Offshore-Strukturen gelegt. Die Überwachung von Baugrundeigenschaften nach der Installation durch seismische Methoden verspricht deutliche Kostensenkungen verglichen mit herkömmlichen geotechnischen Messungen im Pfahlnahbereich.