DE102006007144A1

DE102006007144A1 - Pfahlhubkissen

Info

Publication number: DE102006007144A1
Application number: DE102006007144A
Authority: DE
Inventors: Robert Lauerer
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: DE102006007144B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Pfahlhubkissen für Pfahlprobebelastungen, welches in der Mitte des Pfahlschaftes befestigt werden kann und welches eine Durchführung für das Betonierrohr besitzt.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung, mit der im Inneren eines Pfahlschaftes in einer gewissen Höhe oberhalb der Pfahlsohle eine Kraft aufgebracht werden kann, welche den Pfahl in zwei Teilen nach oben und unten verschiebt und dabei auf das Tragverhalten des Pfahles bei Belastung geschlossen werden kann.

Das Patent US 5576494 beschreibt eine solche Vorrichtung, bei der eine Presse mit Kolben am Pfahlfuß des Pfahles einbetoniert wird.

Möchte man diese Vorrichtung in einer höheren Lage im Pfahl anordnen, werden zwischen zwei horizontal liegende Stahlscheiben mehrere solcher Pressen mit Kolben eingebaut.

Um so eine Vorrichtung in einen Pfahl einbauen zu können, wird der Betoniervorgang unterbrochen, die Vorrichtung eingebaut und dann weiterbetoniert. Dies kann zu Störungen in der Homogenität des Pfahls führen.

Insbesondere dann, wenn sich im Pfahl Wasser befindet und der Beton im Kontraktorverfahren eingebracht werden muss, ist so eine Unterbrechung des Betonierens nahezu unmöglich, da man das Schüttrohr aus dem Beton herausziehen und später wieder einführen müsste. Die Unterbrechung führt in jedem Fall zu einer Störung der Homogenität des Betons durch mögliche Bohrschlammeinschlüsse.

Homogenitätsschwankungen wiederum sind sehr problematisch bei der späteren Deutung des Belastungsergebnisses.

Beim Kontraktorverfahren ordnet man deshalb einzelne Pressen auf zwei Scheiben an, die in der Mitte ein Loch besitzen, durch welches das Betonier-Schüttrohr geführt werden kann.

Die Anordnung mehrerer dieser Pressen ist technisch sehr aufwendig und somit teuer. Dies liegt insbesondere in der teuren Konstruktion der einzelnen Pressen.

Weiterhin stellt die Verlegung mehrerer Leitungen von den einzelnen Pressen zur Erdoberfläche ein hohes Gefahrenpotential für deren Beschädigung dar.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Erzeugung der Kräfte im Inneren des Pfahlschaftes auf einfache, preiswerte und wenig schadensanfällige Weise zu erreichen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Patentansprüche und werden anhand der 1 bis 3 erläutert.
1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Pfahlhubkissen.
2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Bohrung eines Pfahles, in den ein erfindungsgemäßes Pfahlhubkissen in der Pfahlmitte angeordnet ist.
3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Pfahlhubkissen, wobei das Pfahlhubkissen 20 im Innenbereich 25 der Öffnung 7 und im äußeren Umfangsbereich 26 durch zylindrische Schutzelemente 31 und 32 davor geschützt wird, dass während des Einbringens des Betons dieser zwischen die Blechringscheiben 2 ... und 4 ... gelangen kann.
Im dargestellten Zustand wird gerade über ein Betonierrohr 21, welches durch die Öffnung 7 des Pfahlhubkissens 20 geführt ist, der Pfahlbeton 23 eingebracht.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Pfahlhubkissens 20 besteht darin, dass es wie ein ringförmiger Faltenbalg aufgebaut ist.
Die 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Mittelachse 6 eines bevorzugten Ausführungsbeispieles für das erfindungsgemäße Pfahlhubkissen.
Das Pfahlhubkissen besteht aus einer oberen Blechringscheibe 1 und einer unteren Blechringscheibe 3, welche einen Außenradius R4 besitzen.
Dieser Außenradius R4 ist bezüglich des Pfahldurchmessers bzw. des Innendurchmessers der Pfahlverrohrung so groß wie möglich gewählt.
Je größer dieser Radius R4 ist, umso größer sind die Kräfte, die später mit dem Pfahlhubkissen aufgebracht werden können.
Die Blechringscheiben 1 und 3 besitzen in der Mitte ein Loch oder eine Öffnung 7, die so groß gewählt ist, dass später beim Betonieren das Betonierrohr durchgeführt werden kann.
Bevorzugterweise wird die Öffnung 7 mit einem Durchmesser zwischen 200 und 300 mm ausgeführt und die Öffnung ist bevorzugterweise rund, sie kann jedoch auch durch einen Polygonzug begrenzt sein, das heißt, dass die Umrandung nicht genau kreisrund sein muss, sondern auch etwas unregelmäßig oder kantig sein kann. Prinzipiell könnten die Umrandun gen auch rechteckig, quadratisch oder vieleckig oder oval sein. Dies gilt sowohl für die inneren als auch für die äußeren Ränder.
Zwischen den Blechringscheiben 1 und 3 befinden sich mehrere Blechringscheiben 2, 2', 2'' ... sowie Blechringscheiben 4, 4', 4'' ....
Der Innenradius R3 der Blechringscheiben 4, 4', 4''... ist dabei bevorzugterweise größer als der Außenradius R2 der Blechringscheiben 2, 2', 2'' .... Grund dafür ist, dass im Inneren des Pfahlhubkissens ein Hohlraum entsteht, von dem aus später ein flüssiges Verpressmedium leichter zwischen die Blechringscheiben eindringen kann.
In den Bereich dieses Hohlraums münden bevorzugterweise Auffüllrohre 5, welche bis zur Oberkante des Bohrpfahles geführt werden und welche dicht mit der oben liegenden Blechringscheibe 1 verbunden sind.
Für die Abmessungen der Blechringscheiben 2, 2', 2'' ... und 4, 4', 4'' ... gilt folgender geometrischer Zusammenhang: R4 > R3 > R2 > R1und wobei R1 größer als der Radius des Betonierrohres 21 für den Pfahlbeton ist.
Die Blechringscheiben 1, 2, 2', 2'' ..., 4, 4', 4'' ... und 3 werden aus Fertigungsgründen bevorzugt mit kreisrunder Begrenzung hergestellt, da in diesem Fall die einzelnen Blechringscheiben am einfachsten dicht und kraftschlüssig miteinander verbunden werden können.
Wie in 1 dargestellt, werden jeweils benachbarte Blechringscheiben 2 ... und 4 ... am Innenrand oder Außenrand mittels Schweißnähten 10 kraftschlüssig und wasserdicht miteinander verschweißt.
Durch die einzelnen, umlaufenden Schweißnähte 10 entsteht aus den inneren Blechringscheiben 2, 2', 2'' ... und 4, 4', 4'' ... und den äußeren Blechringscheiben 1 und 3 ein ziehharmonikaartiger, ringförmiger Faltenbalg, wobei das Besondere des Pfahlhubkissens darin liegt, dass es aus zwei im Wesentlichen konzentrisch angeordneten, ringförmigen Faltenbalgen besteht.
Durch die Anordnung und Verschweißung der Blechringscheiben untereinander ist es möglich, dass bei Einbringen eines flüssigen Mediums durch die Leitungen 5 sich der ringförmige Faltenbalg im Wesentlichen parallel zur Symmetrieachse 6 des Hubkissens 20 öffnen kann.
Zum Schutz des Hubkissens kann es zweckmäßig sein, oberhalb der Blechringscheibe 1 und unterhalb der Blechringscheibe 3 zusätzliche, dickere Bleche anzuordnen.
Damit sich das Pfahlhubkissen möglichst parallel und gleichmäßig beim Aufpumpen öffnet, ist es zweckmäßig, dass die Abmessungen 11 und 12 der Blechringscheiben 2, 2', 2'' ... und 4, 4', 4'' ... möglichst gleich groß sind.
Dabei müssen nicht alle Blechringscheiben 2, 2', 2'' ... gleich groß sein, jedoch empfiehlt es sich, dass jeweils die in einer horizontalen Ebene liegenden Paare von Blechringscheiben 2, 2' und 4, 4' gleiche oder ähnliche Maße 11, 12 besitzen. Auch dieses ist einem gleichmäßigen Öffnen des ringförmigen Faltenbalges förderlich.
Das Aufblasen des Pfahlhubkissens während des Belastungsversuches erfolgt bevorzugterweise mit einer Flüssigkeit, welche nicht oder nur sehr langsam erhärtet. Bevorzugterweise ist dies Wasser, das über die Leitungen 5 unter hohem Druck eingebracht wird.
Nach Beendigung des Belastungsversuches wird das Wasser, das sich im aufgeblähten Pfahlhubkissen befindet, durch einen nachgepumpten Zementleim oder einen Mörtel ersetzt.
Auf diese Weise kann der Testpfahl auch nach dem Belastungsversuch im Bauwerk genutzt werden.
Zur Fertigung der Blechringscheiben wird bevorzugt Metall verwendet. Insbesondere ist es Stahl sowie besondere Stahllegierungen und besonders Edelstähle.
Für die Durchführung eines Pfahlbelastungsversuches mit einem Pfahlhubkissen, das zwischen der Pfahlsohle und dem Pfahlkopf angeordnet ist, ist es von Bedeutung, um welche Beträge sich der untere Pfahlteil und der obere Pfahlteil verschieben. Kennt man die Wege, so kann man auf die Mantelreibung und die Verformungen in unterschiedlichen Bodenschichten schließen.
Zur Ermittlung dieser Verschiebungen der Pfahlteile befinden sich bevorzugterweise an der oben liegenden Blechringscheibe 1 und/oder an der unten liegenden Blechringscheibe 3 des Pfahlhubkissens Extensometerstangen 8 und 9, welche fest mit den Blechringscheiben verbunden sind und im Schutze von Hüllrohren bis zum Pfahlkopf hoch geführt werden.
Die Bewegungen der luftseitigen Enden dieser Extensometerstangen während des Belastungsversuches werden bevorzugterweise über geodätische Messverfahren oder über Messuhren, die an Messbrücken befestigt sind, ermittelt.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Anwendungsfall wird nur eine der Blechringscheiben 3 oder 1 mit Hilfe einer Extensometerstange beobachtet, während der Abstand zwischen den Blechringscheiben 1 und 3 während des Belastungsversuches mit einem Wegaufnehmer ermittelt wird, der sich im Inneren des Pfahlhubkissens zwischen den Blechringscheiben 1 und 3 befindet.
Die Messwerte dieses Wegaufnehmers werden dann über Leitungen an die Pfahloberfläche geführt.
Die Größe der Last, welche während des Pfahlbelastungsversuches auf den Pfahlschaft wirkt, wird bevorzugterweise durch Manometer am luftseitigen Ende der Leitungen 5 ermittelt oder durch Druckaufnehmer, die im Inneren des Pfahlhubkissens angeordnet werden.
Die Größe des Hubweges der Pfahlhubkissen kann durch die Anzahl der innen liegenden Blechringscheiben 2, 2', 2'' ..., 4, 4', 4'' ... variiert werden.
Gegenüber dem Einsatz von mehreren Kolbenpressen nach dem Stand der Technik können mit geringem Materialeinsatz und Fertigungsaufwand Hubwege des Pfahlhubkissens im Bereich von mehreren Dezimetern erreicht werden.
Die Blechdicke der verwendeten Blechringscheiben liegt in einem bevorzugten Bereich von 1–5 mm.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in der geringen Bauhöhe des zusammengefalteten Pfahlhubkissens.
Gegenüber den Abmessungen von Pfahlpressen nach dem Stand der Technik, welche bei größeren Hubwegen im Dezimeterbereich eine sehr große Bauhöhe benötigen, liegt die Bauhöhe eines gleichwertigen erfindungsgemäßen Pfahlhubkissens im zusammengefalteten Zustand bei nur wenigen Zentimetern.
Um das sichere und gleichmäßige Öffnen des Pfahlhubkissens zu gewährleisten, kann es zweckmäßig sein, den Innenbereich 25 sowie den äußeren Umfangsbereich 26 besonders zu schützen.
Diese Ausführungsvariante ist in 3 dargestellt.
Ein bevorzugtes Schutzsystem sind im Wesentlichen zylindrisch oder tubusförmig ausgebildete Schutzelemente 31 und 32, welche so ausgebildet sind, dass während des Betoniervorgangs kein Beton oder kein Zementleim aus dem Beton in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Blechringscheiben 2, 2', 2'' ... bzw. 4, 4', 4'' ... gelangen kann.
Diese Schutzelemente 31, 32 können dünne Bleche, Kunststoffplatten, Kunststofffolien, Klebebänder usw. sein. Sie müssen in ihrer Dicke und Stabilität so gewählt sein, dass sie dem Betondruck widerstehen können.
Die Befestigung dieser Schutzelemente 31 und 32 erfolgt so, dass sie beim Aufblasen der Pfahlhubkissen keinen wesentlichen Widerstand leisten.
Zudem kann es zweckmäßig sein, dass in die Zwickel zwischen den einzelnen Blechringscheiben ein umweltfreundliches Fett oder ein Kunstharzschaum eingebracht wird.
Die Befestigung der Schutzelemente 31, 32 kann durch Punktschweißen, Kleben oder mittels Klebebändern oder Klemmvorrichtungen erfolgen.
Zum leichteren Einbau wird das Pfahlhubkissen direkt oder indirekt, z. B. über dickere Platten an den Bewehrungskörben befestigt.

Claims

Pfahlhubkissen zur Aufbringung einer Kraft im Inneren eines Bohrpfahls und zur Messung der Belastbarkeit eines Bohrpfahls dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer oben liegenden Blechringscheibe (1) mit einem Innenradius (R1) und einem Außenradius (R4) und einer unten liegenden Blechringscheibe (3) mit einer bevorzugt ähnlichen Abmessung wie die Blechringscheibe (1) besteht und dass dazwischen mehrere Blechringscheiben (2, 2', 2'' ...) mit Innenradien (R1) und Außenradien (R2) sowie Blechringscheiben (4, 4', 4'' ...) mit Innenradien (R3) und Außenradien (R4) angeordnet sind, wobei gilt, dass R4 > R3 > R2 > R1 und größer als der Radius des Betonierschüttrohres (21) ist und dass alle aufeinander liegenden, benachbarten Blechringscheiben (1, 2, 2', 2'' ..., 4, 4', 4'' ..., 3) untereinander an ihren inneren oder äußeren Rändern durch einzelne, umlaufende Schweißnähte (10) kraftschlüssig und wasserdicht so verschweißt sind, dass ein Faltenbalg entsteht, der sich senkrecht zu den Blechringflächen öffnen kann und wobei ein freier Durchgang (7) für ein Pfahlbetonierrohr gebildet wird und dass das Innere des Pfahlhubkissens mit mindestens einer Auffüllleitung (5) verbunden ist und mit einem flüssigen Medium aufgefüllt werden kann.
Pfahlhubkissen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Blechringscheiben (2, 2', 2'' ...) und die Blechringscheiben (4, 4', 4'' ...) jeweils bevorzugterweise im Wesentlichen gleiche Abmessungen haben.
Pfahlhubkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Blechringscheiben (2, 2', 2'' ...) unterschiedliche Abmessungen haben.
Pfahlhubkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Blechringscheiben (4, 4', 4'' ...) unterschiedliche Abmessungen haben.
Pfahlhubkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Blechringscheiben (1, 2, 2', 2'' ..., 4, 4', 4'' ..., 3) im Wesentlichen polygonzugartig umrandet sind.
Pfahlhubkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Blechringscheiben aus Metall, insbesondere Stahl, Stahllegierungen oder Edelstahl bestehen.
Pfahlhubkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Außenradius (R4) des Pfahlhubkissens möglichst geringfügig kleiner als der Pfahldurchmesser ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass an der unteren Blechringscheibe (3) eine Extensometerstange (9) und/oder an der oberen Blechringscheibe (1) eine Extensometerstange (8) befestigt ist, welche bis zur Pfahloberkante geführt wird und zur Bestimmung der absoluten Höhenlage der Blechringscheibe (3) oder der Blechringscheibe (1) dient.
Pfahlhubkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Blechringscheibe (3) und der Blechringscheibe (1) mindestens ein Wegaufnehmer angeordnet ist, dessen Messergebnis über eine Messleitung zur Geländeoberfläche übertragen wird.
Pfahlhubkissen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass im Innenbereich (25) der Öffnung (7) und/oder am äußeren Umfangsbereich (26) des Pfahlhubkissens (20) flächenhafte Schutzelemente (31, 32) angeordnet werden.
Pfahlhubkissen nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzelemente (31, 32) im Wesentlichen zylinderförmig oder tubusförmig ausgebildet sind.
Pfahlhubkissen nach Anspruch 10 und 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzelemente (31, 32) aus Blechen, Kunststoff, Kunststofffolien oder Klebebändern bestehen, welche die Zwickel zwischen den Blechringscheiben (2, 2', 2'' ...) und (4, 4', 4'' ...) vor Zutritt von Beton oder Zementleim während des Betonierens schützen.