DE102004031260A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Pfählen mit einem Rammbären - Google Patents

Abstract

Zur Lösung der Aufgabe, eine Vorrichtung zur Herstellung von Pfählen, insbesondere Rammpfählen, mittels Eintreibens eines freihängenden und/oder durch ein Führungsgerüst gehaltenen Vortreibrohrs und eines höhenverstellbaren Rammbären zur Verfügung zu stellen, welche mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet, wird eine Vorrichtung vorgeschlagen mit mindestens einem in einem Zylinderrohr aufgenommenen Kolben, wobei der Hydraulikbär im Vortreibrohr angeordnet ist und dieses mittels Innenrammung in einen Untergrund treibt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Pfählen, insbesondere Rammpfählen, wie diese insbesondere bei Gründungen in nichttragfähigem Baugrund verwendet werden, mit einem Rammbären sowie einem Verfahren zur Herstellung derartiger Pfähle.
• Pfähle finden allgemein im Bauwesen vielfach Anwendung. Insbesondere im Bereich des Grundbaus kommen neben Bohr- insbesondere Rammpfähle zum Einsatz, bei welchen mittels Innen- oder Kopframmung ein Vortreibrohr in den Baugrund eingetrieben/gerammt wird. Mittels einer sogenannten Kopframmung werden beispielsweise Fußplattenpfähle hergestellt, wobei zur Herstellung derselben Vortreibrohre Einsatz finden, welche an ihrem unteren Ende durch eine verlorengehende Fußplatte verschlossen werden. Unter Zuhilfenahme eines Mäklers wird über einen Bären, welcher auf den Kopf des Vortreibrohrs arbeitet, selbiges in den Baugrund gerammt. Dabei wird Erdreich verdrängt. Anschließend wird ein Bewehrungskorb eingestellt und der Pfahlschaft betoniert unter gleichzeitigem oder nachfolgendem, auch schrittweisem Ziehen des Vortreibrohrs. Die Fußplatte geht dabei verloren.
• Im Unterschied zu den mittels Kopframmung hergestellten Fußplattenpfählen wird bei einem Frankipfahl^® ("Frankipfahl^®" ist eine eingetragene Marke der FRANKI Grundbau GmbH, Seevetal, Deutschland) ein Vortreibrohr mittels Innenrammung in den Baugrund getrieben. Das Vortreibrohr wird dabei mittels eines Mäklers ausgerichtet und ist dabei über in aller Regel zwei Seile mit einer über eine im Kopfbereich des Mäklers angeordneten Umlenkung mit einer ersten Winde verbunden. Mit einem weiteren Seil, welches ebenfalls über die Umlenkung im Kopfbereich des Mäklers geführt ist, ist ein Freifallbär gehalten, welcher im Vortreibrohr geführt ist bzw. arbeitet (sogenannte "Innenrammung").
• In einem ersten Schritt wird dabei zunächst das Vortreibrohr unter Zuhilfenahme des Mäklers angesetzt und im Fußbereich des Rohres ein Pfropfen gebildet durch Einfüllen von körnigem Material, beispielsweise einem Gemisch aus Sand, Kies mit oder ohne Zugabe von Zement. Das Material wird mittels des Freifallbären angestampft.
• In einem zweiten Schritt wird nunmehr mittels des Freifallbären durch Rammung auf den angestampften Pfropfen (Innenrammung) das Vortreibrohr in den Baugrund eingerammt. Hierbei rammt der Freifallbär im freien Fall das Vortreibrohr in den Boden unter Verdrängung des Erdreichs, wobei der im ersten Schritt angestampfte Pfropfen als "Rammhaube" dient und stets einen wasserdichten Abschluss ermöglicht. Dabei wird der Freifallbär über das an diesem befestigte Seil mittels der zweiten Winde mit einer Frequenz von bis zu 10 Schlägen/min. in die Höhe gezogen und rammt im freien Fall bei Lösung der Windenbremse das Vortreibrohr in den Boden.
• Anschließend wird in einem dritten Schritt durch Herausschlagen des Pfropfens und Füllung mit Beton ein Pfahlfuß mittels des Freifallbären ausgestampft.
• In einem vierten Schritt wird der Bewehrungskorb, falls statisch oder konstruktiv erforderlich, nach Ziehen des Freifallbären eingesetzt und durch Nachfüllen von Beton schließlich ein fertigbetonierter Pfahl erhalten.
• Nachteilig an diesem Verfahren zur Herstellung des Frankipfahl^® ist, dass der Freifallbär bei seiner Fallbewegung die an ihn gekoppelten Maschinenelemente – Seil, Winde und Seilrollen – mit beschleunigen muss und daher keinen idealen freien Fall durchführt. Vielmehr erfolgt eine erhebliche Bremsung durch diese Masse, welche durch zusätzlich auftretende Reibungskräfte, insbesondere hervorgerufen durch das Abtrommeln der Winde bei Fallenlassen des Freifallbären und die Umlenkung des Seils über die im Kopfbereich des Mäklers angeordnete Umlenkvorrichtung noch erhöht wird.
• Zudem wäre es wünschenswert, die Herstellung von Rammpfählen gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik zu beschleunigen – insbesondere gerade auch im Hinblick auf die dabei auftretenden Lärmemissionen, deren Dauer wünschenswerterweise zu vermindern ist.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher ein Verfahren zur Herstellung insbesondere von Rammpfählen zur Verfügung gestellt wird, welches mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet.
• Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Pfählen, insbesondere Rammpfählen, vor mittels Eintreibens eines freihängenden und/oder durch ein Führungsgerüst gehaltenen Vortreibrohrs und eines höhen verstellbaren Rammbären mit mindestens einem in einem Zylinderrohr aufgenommenen Kolben, wobei der Bär im Vortreibrohr angeordnet ist und dieses mittels Innenrammung in einen Untergrund treibt. Vorzugsweise ist dabei der Bär an einem Seil geführt, welches insbesondere über eine im Kopfbereich eines Mäklers als Führungsgerüst angeordnete Umlenkung geführt und über eine Winde auf- und abtrommelbar ist. Der Rammbär kann dabei hydraulisch, elektrisch oder mit Wasser bzw. Diesel betrieben werden.
• Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass durch die Vorsehung und Anordnung eines Bären im Inneren des Vortreibrohres der Bär eine zusätzliche Führung durch das Vortreibrohr erreicht, so dass eine einaxiale Ausrichtung des Gesamtsystems Vorrichtung/Vortreibrohr erzielt wird. Zudem werden die aus dem Stand der Technik bekannten Energieverluste aufgrund der zu ziehenden Masse durch den Einsatz des Bären kompensiert, und Bewegungsenergie wird einerseits über das Auf- und Abtrommeln des Seiles und zusätzlich durch die Auf- und Abwärtsbewegung und das Arbeiten des Kolbens des Bären auf den Untergrund übertragen. Durch Vorsehen einer entsprechenden Steuerung kann das Auf- und Abtrommeln des Seiles als auch die Bewegung des Kolbens des Bären so synchronisiert werden, dass mit einer maximalen Bewegungsenergie auf den Untergrund gearbeitet und somit das Vortreibrohr in kürzerer Zeit in den Untergrund eintreibbar ist. Des weiteren sind im Hinblick auf die Lärmschutzvorschriften die Emissionen dadurch erheblich reduziert, dass der Hydraulikbär im Inneren des Vortreibrohres, vollständig in der Anfangsstellung, angeordnet ist.
• Durch die Vorsehung eines Hydraulikbären und Einsatz desselben im Rahmen eines Innenrammungsverfahrens gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Schlagfrequenz des Bären im Vergleich insbesondere zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Frankipfahl^® zusätzlich erhöht. Als Hydraulikbären können fast jegliche aus dem Stand der Technik bekannten zum Einsatz kommen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei mit aus dem Stand der Technik bekannten Mäklern als Führungsgerüst betrieben werden, und durch die einaxiale Arbeitsweise des Bären als auch die Führung desselben durch das Vortreibrohr selbst kann eine optimale Kraftübertragung auf den Untergrund erfolgen. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Rammpfählen wird auf einen Freifallbären vollkommen verzichtet. Vorteilhafterweise lässt sich durch Einstellung einer Vorspannung, insbesondere durch Stickstoff, im Hydraulikzylinder eines Hydraulikbären im Unterschied zu der Verwendung eines Freifallbären eine zusätzliche Aktivierung erzeugen, wodurch letztendlich mit einer höheren Energie das Vortreibrohr in den Untergrund gerammt werden kann.
• Die Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorteilhafterweise so ausgelegt, dass stets vor einer erneuten Betätigung des Bären das Seil etwa um diejenige Distanz abgetrommelt wird, um welche das Vortreibrohr weiter in den Untergrund gerammt wurde. Die im Kopfbereich des Mäklers vorgesehene Umlenkung ist bevorzugt als Umlenkrolle ausgebildet und weist Führungsnuten für das oder die mehreren vorgesehenen Seile auf.
• Vorzugsweise ist der Kolben an seinem dem Untergrund zugewandten Ende mit einem Rammelement versehen. Das Rammelement kann dabei insbesondere tellerförmig ausgebildet sein und einen Durchmesser aufweisen, welcher nahe dem Innendurchmesser des Vortreibrohres liegt. Ebenso wird vorteilhafterweise der Durchmesser des Bären bzw. des Zylinderrohres desselben so gewählt, dass zur Erlangung einer möglichst optimalen Führung im Vortreibrohr der Durchmesser des Zylinderrohres nur unwesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Vortreibrohres gewählt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trommelelement einen trapezförmigen Querschnitt auf. Hierdurch ist eine Rammung und ein Arbeiten auf einer eingesetzten Rammhaube, insbesondere bei einer Innenrammung, erleichtert. Als Rammhaube wird körniges Material, bevorzugt Gemische aus Sand, Kies und/oder Zement, eingesetzt.
• Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Pfählen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei nach dem Ansetzen eines Vortreibrohres auf einem Boden die Vorrichtung derart angeordnet wird, dass ein Rammbär mit mindestens einem in einem Hydraulikzylinder aufgenommenen Kolben in das Vortreibrohr einführbar ist und anschließend der Kolben zwischen einer Anfangs- und einer Endstellung betätigt wird und dabei auf eine im Vortreibrohr angebrachte Rammhaube arbeitet, wobei in einer einaxialen, gerichteten Bewegung das Vortreibrohr in den Untergrund gerammt wird. Durch zusätzliches Ab- und Auftrommeln des Seiles, welches mit der Betätigung des Bären synchronisiert werden kann, kann hierdurch vorteilhafterweise eine höhere kinetische Energie auf den Untergrund unmittelbar übertragen werden, als dies bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Frankipfahl^® der Fall ist. Zudem werden im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten Kopframmung Lärmemissionen deutlich verringert. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit hohen Wirkungsgraden und somit auch schneller als die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Durch die Führung des Bären im Vortreibrohr bzw. durch das Vortreibrohr wird eine einaxiale Ausrichtung des Bären sichergestellt, so dass dessen eingesetzte Energie nahezu vollständig und somit optimal auf den Untergrund übertragen wird.
• Des Weiteren wird vorteilhafterweise durch die Innenrammung das Vortreibrohr in den Boden gezogen und nicht wie bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Kopframmung in den Boden gedrückt. Dadurch ergeben sich geringere Erschütterungsemissionen.
• Besonders vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Frequenz des Kolbens von größer gleich 10 Schlägen/min. durchgeführt werden. Vorzugsweise ist der Hydraulikbär mit einem Schlaggewicht von etwa 1 bis etwa 10 t verwendbar, wobei die Wahl im Hinblick auf die Größe des Vortreibrohres getroffen wird.
• Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Pfahl, welcher mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden kann, insbesondere einen Rammpfahl.
• Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
• 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• 1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung, welche einen an einem Seil 13 befestigten Hydraulikbären 4 mit einem Zylinderrohr 5 und einem Kolben 6 aufweist. An dem einem Untergrund 8 zugewandten Ende des Kolbens 6 ist ein Rammelement 10 angeordnet, welches beispielsweise tellerförmig ausgebildet sein kann. Dieses kann in einer alternativen Ausführungsform vorteilhafterweise einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
• Das Seil 13 wird über eine Winde 12 in Richtung des Pfeils 13 auf- und abgetrommelt und über einen Mäkler 3 und eine im Kopfbereich desselben angeordnete Umlenkung 11 geführt. Weitere in 1 nicht gezeigte Seile können ebenfalls über die Umlenkung 11 geführt werden und der Haltung eines Vortreibrohres 2 dienen, wobei diese hier nicht gezeigten Seile an den im Kopfbereich des Vortreibrohres 2 angeordneten Halteelementen befestigt werden.
• Der Hydraulikbär 4 ist vollständig oder zum größten Teil im Vortreibrohr 2 aufgenommen. Der Kolben 6 des Hydraulikbären 4 arbeitet in Richtung des Pfeils 14 zwischen einer Anfangs- und Endstellung.
• Das Einrammen des Vortreibrohres durch eine Innenrammung mittels des Hydraulikbären 4 sei wie folgt erläutert:
• 1 zeigt eine Anfangsstellung, bei welcher das Vortreibrohr 2 auf dem Boden 7 aufgestellt und der Pfropfen als Rammhaube im Fußbereich des Rohres eingefüllt ist. Anschließend wird der Hydraulikbär 4 in das Innere des Vortreibrohres 2 eingeführt, wobei das Seil 13 von der Winde 12 so weit abgetrommelt wird, dass das Rammelement 10 unmittelbar vor einer in das Vortreibrohr 2 eingebrachten Rammhaube 9 angeordnet ist . Der Hydraulikbär befindet sich dabei in einer Ausgangsstellung. Nunmehr wird der Hydraulikbär 4 in Betrieb genommen, wobei der Kolben 6 zwischen einer Ausgangs- und Endstellung entsprechend dem Pfeil 14 auf die Rammhaube 9 arbeitet. Die Rammhaube 9 ist dabei ein Pfropfen aus körnigem Material, beispielsweise aus Sand und Kies und/oder Zement. In Richtung des Pfeils 15 wird durch den Hydraulikbären 4 nunmehr das Vortreibrohr 2 in den Untergrund 8 gerammt. Mit fortschreitender Eintreibung des Vortreibrohrs 2 wird der Hydraulikbär 4 mittels einer vorgesehenen Steuerung über das Seil 13 stets so weit nachgefahren, dass ein gleichmäßiger Energieeintrag in den Untergrund 8 erfolgt. Alternativ kann die Steuerung auch derart ausgelegt sein, dass eine Abtrommelung des Seils 13 synchron mit der Betätigung des Hydraulikbären 4 in Richtung der Pfeile 13 und 14 erfolgt, so dass ein maximaler Wirkungsgrad erreicht wird. Hierdurch wird das Eintreiben des Vortreibrohres 2 erheblich beschleunigt.
• Ist tragfähiger Baugrund erreicht worden, wird mittels des Hydraulikbären 4 und unter Ein- bzw. Nachfüllen von Beton ein Fuß ausgestampft. Die ausgestampfte Betonmenge für den Pfahlfuß kann variiert und damit die Fußgröße an die Baugrundverhältnisse und an die abzutragende Pfahllast angepasst werden. Anschließend wird nach Ziehen des Hydraulikbären 4 durch Auftrommeln des Seiles 13 durch die Winde 12 aufwärts in Richtung des Pfeils 13 gegebenenfalls ein Bewehrungskorb eingestellt und der Schaft betoniert.
• Alternativ kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zusätzliche Baugrundverbesserung am Stahlpfahlstandort ausgeführt werden. Dazu wird nach erfolgtem Einrammen des Vortreibrohres 2 und Herausstampfen des Pfropfens mit dem Hydraulikbären 4 weiter körniges Material, z.B. Kies oder Schotter, in das Vortreibrohr 2 eingefüllt und ausgestampft und dabei sukzessive das Vortreibrohr 2 gezogen über einen Höhenbereich, in dem die Baugrundverbesserung erfolgen soll. Anschließend wird ein neuer Pfropfen mittels des Hydraulikbären 4 im Vortreibrohr 2 gebildet und dieses wieder in das zuvor ausgestampfte körnige Material bis zur erforderlichen Tiefe eingerammt. Diese Schritte der Bodenverbesserung können einmal oder mehrfach hintereinander ausgeführt werden. Nach Fertigstellung der Bodenverbesserung erfolgt, wie oben beschrieben, die Herstellung des Pfahlfußes und des Pfahlschaftes. Mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können unzureichend tragfähige Böden verbessert, die Pfahllänge reduziert und die Pfahltragfähigkeit gesteigert werden.
• Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist damit dem Fachmann ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung insbesondere von Rammpfählen als auch zur Bodenverbesserung an die Hand gegeben, welches einen höheren Wirkungsgrad aufweist bei gleichzeitiger Reduzierung der Lärmemissionen. Wesentlich hierfür ist, dass ein Bär vorgesehen wird, welcher vollständig oder teilweise von einem Vortreibrohr aufgenommen wird, so dass weiterhin vorteilhafterweise eine einaxiale Ausrichtung der die Bewegungsenergie einleitenden und aufnehmenden Teile des Gesamtsystems durch die gegebene Führung vermittelt wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung (1) zur Herstellung von Pfählen, insbesondere Rammpfählen, mittels Eintreibens eines freihängenden und/oder durch ein Führungsgerüst (3) gehaltenen Vortreibrohrs (2) und eines höhenverstellbaren Rammbären (4) mit mindestens einem in einem Zylinderrohr (5) aufgenommenen Kolben (6), wobei der Bär (4) im Vortreibrohr (2) angeordnet ist und dieses mittels Innenrammung in einen Untergrund (8) treibt.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bär (4) an einem Seil (13) geführt ist.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bär (4) über eine im Kopfbereich des Führungsgerüsts (3) angeordnete Umlenkung (11) mittels des Seils (13) mit einer Winde (12) bewegbar ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagkolben (6) des Bären (4) in seiner Fallbewegung zusätzlich beschleunigt wird.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fallhöhe des Schlagkolbens (6) variiert werden kann.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (6) an seinem dem Untergrund (8) zugewandten Ende mit einem Rammelement (10) versehen ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rammelement (10) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung von Pfählen mit einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ansetzen eines Vortreibrohrs (2) auf einem Boden (7) die Vorrichtung (1) derart angeordnet wird, daß ein Rammbär (4) mit mindestens einem in einem Zylinderrohr (5) aufgenommenen Kolben (6) in das Vortreibrohr (2) einführbar ist, und anschließend der Kolben (6) zwischen einer Anfangs- und einer Endstellung betätigt und dabei auf eine im Vortreibrohr (2) eingebrachte Rammhau be (9) arbeitet, wobei in einer einaxial gerichteten Bewegung das Vortreibrohr (2) in den Untergrund (8) gerammt wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Kolbens (6) mit einer Frequenz von größer gleich 10 Schlägen/min. erfolgt.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bär (4) mit einem Schlaggewicht von etwa 1 bis etwa 10 t verwendbar ist.
11. Pfahl, hergestellt mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.