CH617978A5

CH617978A5 -

Info

Publication number: CH617978A5
Application number: CH558077A
Authority: CH
Inventors: Phillip Andrew Abbott
Original assignee: Phillip Andrew Abbott
Priority date: 1976-05-05
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1980-06-30
Also published as: GB1539014A; DE2704100A1; ATA291577A; IE44828B1; SE7705207L; US4046657A; BR7702870A; FR2350431A1; JPS52155808A; CA1062200A; IE44828L; IT1082804B; BE854127A; NL7702252A; DK197077A; NO771572L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erleichterung des Eintreibens von hohlen Pfählen in das Erdreich durch Elektroosmose, wobei wenigstens die Innenseite des Pfahles elektrisch nichtleitend und das Innere des Pfahles mit Wasser gefüllt ist.

Das Prinzip der Elektroosmose wird auf dem Gebiet der Erdreichmechanik zur Erläuterung des Effekts herangezogen, nach dem sich Wasser durch nicht-körniges Erdreich von einer Anode zu einer Kathode bewegt, nachdem an diese ein Gleichstrom angelegt worden ist. Dieses Prinzip wurde bisher zur Entwässerung von Böden zur Erhöhung ihrer Festigkeit angewandt. Die Elektroosmose wurde auch bereits zur Erleichterung des Eintreibens von Pfählen herangezogen, indem der Pfahl als Kathode ausgebildet wurde und an seiner Aussenseite Anoden angeordnet wurden. Diese bisher üblichen Verfahren sind jedoch nicht zweckmässig, wenn die Bodenschicht unter dem Wasserspiegel liegt, weil hierbei der Strom durch das Wasser geleitet wird und nur eine geringe Wirkung im Erdreich besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Erleichterung des Eintreibens eines hohlen Pfahls in das Erdreich unter Ausnutzung der Elektroosmose, welche das Eintreiben eines hohlen Pfahles auch ins Erdreich erleichtern sollen, das unter dem Wasserspiegel liegt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, dass dann, wenn der Pfahl in das Erdreich teilweise eingedrungen ist, ein Gleichstrom so angelegt wird,

dass er an der Innenseite des Pfahles durch das Erdreich nach unten, an der Unterseite des Pfahles nach aussen und an seiner Aussenseite nach oben geleitet wird, so dass das Wasser von der Innenseite des Pfahles in das Erdreich nach aussen und oben zur Aussenseite des Pfahles verdrängt wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen die Innenfläche des elektrisch leitenden Pfahls beschichtenden elektrischen Isolator und durch einen elektrischen Stromkreis mit einer Gleichstromquelle, einer Anode und einer Kathode, sowie dadurch, dass die Anode an der Innenseite des Pfahles innerhalb des Isolators mit dem den Pfahl ausfüllenden Wasser in Berührung steht und dass die Kathode elektrisch mit der Aussenseite des leitenden Pfahles verbunden ist.

Ein Strom wird durch das Innere des Pfahls hindurch nach unten und an der Aussenseite des Pfahls durch das Erdreich hindurch nach oben zum Bereich der Stelle geleitet, an welcher der Pfahl eingerammt wird, um das Wasser sich durch das Erdreich bewegen zu lassen, so dass sich der Pfahl leichter einrammen lässt. Das Eintreiben wird dabei nicht nur aufgrund der Zunahme des Wassergehalts an der Aussenfläche des Pfahls, sondern auch aufgrund zweier weiterer Erscheinungen erleichtert. Die eine Erscheinung ist eine Abstossung zwischen der negativ geladenen Pfahl-Aussenfläche und der natürlichen negativen Ladung der Erdreichteilchen. Zum anderen bilden sich an der Pfahl-Aussenfläche Wasserstoffgasblasen infolge einer Elektrolyse, wobei diese Blasen ebenfalls die Adhäsion eines zäh zusammenhängenden Erdreichs am Pfahl herabsetzen.

Weiterhin kann nach dem Eintreiben des Pfahls der Strom-fluss durch den elektrischen Stromkreis umgekehrt werden, um den Wassergehalt des Erdreichs am Pfahl zu reduzieren und dadurch die Belastbarkeit des Erdreichs zu erhöhen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Pfahlramme zum Eintreiben eines Pfahls in das Erdreich unterhalb einer Wasserfläche und

Fig. 2 eine in vergrössertem Masstab und im Teilschnitt gehaltene Seitenansicht eines unter Anwendung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eingetriebenen Pfahls.

Zur Erläuterung ist die Erfindung nachstehend in Verbindung mit dem Eintreiben eines Pfahls 10 in das unter einer Wasserfläche 14, etwa des Ozeans, befindliche Erdreich 12 beschrieben. Der Pfahl 10 wird dabei durch eine geeignete Pfahlramme 16 eingetrieben, die auf einem schwimmenden Kahn 18 o. dgl. montiert ist.

Obgleich die Erfindung das Eintreiben verschiedener Arten von Hohlpfählen, wie Beton- oder Kunststoffpfähle, zu erleichtern vermag, ist sie lediglich zur Veranschaulichung in Verbindung mit dem Eintreiben eines hohlen, elektrisch leitenden Pfahls, insbesondere eines hohlen Stahlpfahls beschrieben. Der Pfahl 10 wird dabei dadurch in das Erdreich 12 eingetrieben, dass die Pfahlramme 16 einen Amboss bzw. ein Widerlager 17 beaufschlagt. Beim Eintreiben des Pfahls 10 in Erdreich 12 mit einem wesentlichen Tongehalt trifft der Pfahl jedoch auf Erdreich mit minimalen Feuchtigkeitsgehalt, so dass das Eintreiben des Pfahls 10 infolge der Adhäsion und der Scherfestigkeit des Erdreichs 12 an der Innenseite und speziell an der Aussenseite des Pfahls 10 zunehmend schwieriger wird. Die Erfindung zieht dabei Nutzen aus dem Prinzip der Elektroosmose, indem ein elektrischer Strompfad vorgesehen wird, wobei in das Erdreich 12, in welches der Pfahl eingetrieben wird, Wasser hinein verdrängt wird, welches die Festigs

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keit des Erdreichs verringert, so dass sich der Pfahl 10 leichter eintreiben lässt.

In Fig. 2 ist der Pfahl in seinem Zustand veranschaulicht, in welchem er mit dem Erdreich in Berührung steht und in dieses eingetrieben wird. Wenn der Pfahl 10 in das Wasser eingetaucht und zum Boden 12 abgelassen wird, füllt sich selbstverständlich das Innere des Pfahls 10 bis zur Höhe des Wasserspiegels 14 mit Wasser 20. Dabei wird ein allgemein mit 22 bezeichneter elektrischer Stromkreis vorgesehen, der eine herkömmliche umschaltbare Gleichstromversorgung 24, eine Anode 26 und eine oder mehrere Kathoden 28 und 28a umfasst und welcher einen elektrischen Strompfad durch das Innere des Pfahls 10 nach unten und an seiner Aussenseite nach oben festlegt. Hierdurch wird das Wasser 20 an der Innenseite des Pfahls 10 nach unten und an seiner Aussenseite nach oben geleitet und dabei an der Stelle, an welcher der Pfahl 10 eingetrieben wird, in das Erdreich hineingeführt. Die Anode 26 verläuft durch einen Anschluss bzw. eine Durchführung 27 zur Innenseite des hohlen Pfahls 10 und unter den Wasserspiegel 14 in das im Inneren des Pfahls befindliche Wasser. Die gegebenenfalls verwendete Kathode 28 wird ausserhalb des hohlen Pfahls 10 im Wasser 15 angeordnet. Wahlweise kann eine Kathode 28a verwendet werden, die mit der Aussenfläche des elektrisch leitenden Pfahls 10 verbunden ist. Da es sich beim Seewasser 15 um Salzwasser handelt,

bildet das Wasser 15 einen geeigneten Elektrolyten, wobei die einfach in das Wasser 15 eingesetzte Kathode 28 durch das Wasser 15 hindurch einen elektrischen Stromkreis mit der Aussenfläche des Pfahls 10 herstellt.

Um zu gewährleisten, dass der elektrische Stromkreis von der Anode 26 zu einer der Kathoden 28 oder 28a durch den Boden bzw. die Unterseite des Pfahls 10 verläuft, wird die Innenfläche des Pfahls 10 mit einem geeigneten Nichtleiter 32, wie Wachs oder Kunststoff, isoliert, um einen elektrischen Stromfluss unmittelbar durch die Wand des Pfahls 10 hindurch zu verhindern. Wenn der Pfahl 10 aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht, kann die Isolierbeschichtung 32 weggelassen werden.

Wenn der Pfahl 10 beim Eintreiben desselben mit dem Erdreich bzw. Meeresboden 12 in Berührung steht, wird von der Stromversorgung 24 her elektrischer Strom zwischen die Anode 26 und eine oder mehrere der Kathoden 28 oder 28a angelegt. Auf diese Weise wird ein Potentialunterschied zwischen dem Wasser 20 im Inneren des Pfahls und seiner Aussenseite 33 hergestellt. Infolgedessen wandert das Wasser 20 aus dem Inneren des Pfahls 10, wie durch die Pfeile angedeutet, innerhalb des Pfahls 10 nach unten, an seiner Unterseite 30 nach aussen und an seiner Aussenseite nach oben. Wenn der Pfahl 10 in das Erdreich eingedrungen ist, werden durch diese Wasserverdrängung die Adhäsion des Tons im Erdreich an der Aussenfläche des Pfahls 10 vermindert und die Scherfestigkeit des Erdreichs sowohl an Innen- als auch an Aussenseite des Pfahls 10 verringert, was auf die Zunahme des Wassergehalts (des Erdreichs) aufgrund des an der Innenseite des Pfahls 10 nach unten verdrängten und an seiner Aussenfläche hochsteigenden Wassers zurückzuführen ist. Ausserdem tritt dabei eine negative Abstossung zwischen der Aussenfläche des Pfahls 10 und dem Erdreich 12 auf, und an der Aussenfläche des Pfahls 10 bildet sich Wasserstoffgas, das ebenfalls zur Herabsetzung der Adhäsion bzw. Haftung des Erdreichs 12 am Pfahl 10 beiträgt. Infolgedessen lässt sich der Pfahl 10 durch die Pfahlramme 16 leichter in das Erdreich 12 eintreiben.

Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf das Eintreiben eines Hohlpfahls an Land muss selbstverständlich Wasser 20 in das Innere des hohlen Pfahls eingefüllt werden, wobei dann ersichtlicherweise nur die Kathode 28a benutzt wird, die unmittelbar mit der Aussenfläche 33 des Pfahls 10 verbunden ist. Obgleich dies nicht die bevorzugte Ausführungsform darstellt, braucht in den Fällen kein Wasser zugegeben zu werden, in denen das Erdreich mit Wasser getränkt ist. In diesen Fällen wird die Anode 26 an der Innenfläche des Pfahls 10 in das Erdreich eingesetzt, wobei das Wasser von der Innenseite her zur Aussenfläche des Pfahls verdrängt und damit der Wassergehalt an der Aussenfläche erhöht wird, an welcher die Adhäsionskräfte des Erdreichs am grössten sind.

Das Prinzip der Elektroosmose ist insofern umkehrbar, als bei Umschaltung der Polarität des elektrischen Stromkreises das Erdreich 12 im Bereich des Pfahls 10 ausgetrocknet werden kann, so dass es seine ursprünglichen Festigkeits- und Adhäsionseigenschaften wieder annimmt. Aus diesem Grund sieht die Erfindung nach dem Eintreiben des Pfahls bis zu vorgesehenen Tiefe die Umkehrung des Stromflusses im elektrischen Stromkreis 22 vor, um dadurch den Wassergehalt des Erdreichs 12 im Bereich des Pfahls 10 zu verringern und mithin die Belastbarkeit des Erdreichs zu erhöhen.

Mit der Erfindung wird also die eingangs genannte Aufgabe unter Gewährleistung zahlreicher Vorteile voll und ganz gelöst. Obgleich vorstehend nur einige derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele offenbart sind, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen der Konstruktions- und Ausführungseinzelheiten, der Teileanordnung und der Verfahrensschritte möglich, ohne dass vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.

Zusammenfassend werden mit der Erfindung also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erleichterung des Eintreibens eines hohlen Pfahls in das Erdreich durch Elektroosmose geschaffen, wobei ein elektrischer Gleichstrom durch das Innere des Pfahls nach unten, an seiner Unterseite nach aussen und an seiner Aussenseite nach oben geleitet wird, so dass das Wasser aus dem Inneren des Pfahls durch das Erdreich verdrängt und hierdurch das Eintreiben des Pfahls erleichtert wird. Bei diesem Verfahren wird ein elektrisch leitender Pfahl vorzugsweise an seiner Innenfläche mit einem elektrischen Nichtleiter isoliert, und Wasser wird in das Innere des hohlen Pfahls eingefüllt. Dabei wird ein elektrischer Stromkreis mit einer Gleichstromversorgung sowie einer Anode und einer Kathode vorgesehen, bei welchem die Anode in das Wasser im Inneren des hohlen Pfahls eingesetzt und die Kathode ausserhalb des elektrisch leitenden hohlen Pfahls und in elektrischer Verbindung mit seiner Aussenseite angeordnet wird, wodurch ein elektrischer Stromkreis zwischen Anode und Kathode durch das im Inneren des Pfahls befindliche Wasser und über die Unterseite des Pfahls hergestellt wird. Wenn dem Stromkreis elektrischer Strom zugeführt wird, wird das Wasser an der Innenseite des Pfahls nach unten und an seiner Aussenseite nach oben und in das Erdreich im Bereich des Pfahls hinein verdrängt, so dass der Pfahl leichter in das Erdreich eintreibbar ist. Nach dem Eintreiben des Pfahls kann zusätzlich der Stromfluss durch den Stromkreis umgekehrt werden, um den Wassergehalt des Erdreichs im Bereich des Pfahls zu verringern und dadurch die Belastbarkeit des Erdreichs zu erhöhen.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur Erleichterung des Eintreibens eines hohlen Pfahles ins Erdreich durch Elektroosmose, wobei wenigstens die Innenseite des Pfahles elektrisch nicht leitend und das Innere des Pfahles mit Wasser gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Pfahl in das Erdreich teilweise eingedrungen ist, ein Gleichstrom so angelegt wird, dass er an der Innenseite des Pfahles durch das Erdreich nach unten, an der Unterseite des Pfahles nach aussen und an seiner Aussen-seite nach oben geleitet wird, so dass das Wasser von der Innenseite des Pfahles in das Erdreich nach aussen und oben zur Aussenseite des Pfahles verdrängt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom nach unten durch das den Pfahl ausfüllende Wasser geleitet wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite eines elektrisch leitenden Pfahles mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Wasser im Inneren des hohlen Pfahles eine Anode des Gleichstromkreises und in das Wasser ausserhalb des hohlen Pfahles oberhalb des Erdreiches eine Kathode eingesetzt und unter elektrischen Strom gesetzt werden.

5. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode an der Aussenseite des elektrisch leitenden Pfahles angeordnet wird.

6. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch einen die Innenfläche des elektrisch leitenden Pfahls (10) beschichtenden elektrischen Isolator (32) und durch einen elektrischen Stromkreis (22) mit einer Gleichstromquelle (24), einer Anode (26) und einer Kathode (28,28a) sowie dadurch, dass die Anode (26) an der Innenseite des Pfahles innerhalb des Isolators (32) mit dem den Pfahl (10) ausfüllenden Wasser (20) in Berührung steht und dass die Kathode (28a) elektrisch mit der Aussenseite (33) des leitenden Pfahles (10) verbunden ist.