Großflächige Ortung von Karsthohlräumen auf einem Baufeld durch den mehrstufigen Einsatz geophysikalischer Vorerkundungsmethoden

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Aufgabe

In Durch die indirekte Erkundung des Untergrundes mit geophysikalischen Verfahren sollten mögliche Karsthohlräume nachgewiesen werden.


Vorbemerkung

Beim Fräsen von Fundamentgräben (in Kalkstein, Felsklasse 8) auf einem flächig ausgedehnten Baufeld wurde ein massiver Hohlraum, z.T. lehmverfüllt, aufgeschlossen. Um eine Gefährdung bei weiteren Bauarbeiten auszuschließen und die Standsicherheit des zu errichtenden Gebäudes zu gewährleisten, sollte der Untergrund nach weiteren Hohlräumen bzw. Karsterscheinungen erkundet werden. Die Untersuchungen sollten möglichst schnell und kostengünstig durchgeführt werden, um Stillstandszeiten zu vermeiden.
In einem ersten Untersuchungsschritt wurde geklärt, ob überhaupt weitere Hohlräume zu erwarten sind. Ein zweiter Schritt lieferte detaillierte Aussagen zu Lage und Überdeckung verdächtiger Untergrundveränderungen.

 

Vorgehensweise

Wegen der Größe des Baufeldes (hier ist nur ein Ausschnitt dargestellt) wurde ein mehrstufiges Untersuchungsprogramm durchgeführt. In einem ersten Schritt erfolgte eine elektromagnetische Widerstandskartierung. Dieses Verfahren liefert, bei schneller Durchführbarkeit, einen groben Überblick über die Untergrundsituation. Damit ist erklärbar, ob der gefundene Hohlraum eher singulär oder Teil eins übergeordneten Systems ist. Die detaillierte Erkundung von Bereichen, in denen die elektromagnetische Widerstandskartierung Hinweise auf Untergrundveränderungen liefert, die auf Karsthohlräume zurückzuführen sein könnten, erfolgte mit Georadar. Dieses Verfahren ermöglicht die Erkundung mit hoher Auflösung und lässt eine genauere Bewertung von Strukturen, inkl. der Überdeckung zu.

 

Karstproblematik

Karstproblematik

Karstproblematik

Die in Abb 1 dargestellte Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit ermöglicht eine Beurteilung, mit welcher Wahrscheinlichkeit neben dem bekannten Hohlraum weitere Hohlräume/Karsterscheinungen im Untergrund vorhanden sind. Geringe Leitfähigkeiten (rot) sprechen dabei eher für Hohlräume und starke Auflockerungen. Höhere Leitfähigkeiten (gelb bis dunkelblau) beschreiben eher den gewachsenen Untergrund mit mehr oder weniger stark verwittertem Fels. Leitfähigkeiten darüber (hellblau) kennzeichnen gestörte Messwerte (aufgrund von Metallobjekten/bewehrtem Beton) mit eingeschränkter Aussagesicherheit. Der bekannte Hohlraum befindet sich im Übergang zum Bereich mit starkem Hohlraumverdacht. Die schnelle und kostengünstige elektromagnetische Widerstandskartierung liefert so einen gut abgrenzbaren Bereich, in dem sehr wahrscheinlich weitere Hohlräume zu erwarten sind (rot). Der Auftraggeber entschied sich daraufhin für den zweiten Schritt des Untersuchungskonzeptes: eine Detailuntersuchung mit Georadar. Die Erwartung war, so Hohlräume gezielt aufzufinden und anschließend anbohren und verfüllen zu können.

 

 

Karstproblematik

Karstproblematik

Abb. 2

Ergebnis der manuellen Auswertung aller Georadar-Messwerte (sog. Radargramme = vertikale, parallele Schnitte durch den Untergrund) Dargestellt sind Verdachtsbereiche in drei Verdachtskategorien sowie der Abstand zwischen GOK und Oberkante des Objektes. Die in Abb. 2 dargestellten Ergebnisse resultieren aus der Bewertung und Interpretation der Reflexionsstärke und der Form der nachgewiesenen Untergrundveränderungen. Hohlräume oder starke Auflockerungen zeichnen sich durch deutlich erhöhte Reflexionsamplituden aus. Hohlräume bilden im Untergrund oft eine nachweisbare Dom-Struktur aus. Zu beachten ist, dass Georadar bezüglich der Eindringtiefe limitiert ist. Ein hoher Feinkorn- oder Wasseranteil im Untergrund verringert die Erkundungstiefe von möglichen Hohlräumen erheblich. Die Georadarergebnisse erlauben daher eine deutlich bessere Differenzierung der Ergebnisse der elektromagnetischen Widerstandskartierung und damit der Verdachtsbereiche.

 

Karstproblematik

Karstproblematik

Abb. 3

zusammenfassende Interpretation der Hohlraumwahrscheinlichkeit. Je intensiver das Rot desto wahrscheinlicher ist ein Karsthohlraum im Untergrund vorhanden. Diese Ergebnisse sollten durch direkte Aufschlüsse kalibriert werden.

 

Ergebnis
  1. Die elektromagnetische Widerstandskartierung liefert auf großen Flächen schnell und kostengünstig ein grobes Abbild von Untergrundstrukturen, die Karsterscheinungen beschreiben.
  2. Georadar ermöglicht eine kleinräumige, detaillierte Erkundung von Karsthohlräumen in (unter 1.) als relevant erkannten Bereichen. Georadar ist aber für große Flächen oft zu aufwändig.
  3. An allen Verdachtsstellen wurden Hohlräume erbohrt.