DE102007000328A1

DE102007000328A1 - Korrosionsgeschützte Ortbetongründungspfahlkonstruktion zum Tragen eines auf Pfählen in Gewässern errichteten Bauwerkes, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Erstellung

Info

Publication number: DE102007000328A1
Application number: DE200710000328
Authority: DE
Inventors: Eberhard Gläser
Original assignee: Ed Zueblin AG
Current assignee: Ed Zueblin AG
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-12-18

Abstract

Die erfindungsgemäße Pfahlkonstruktion besteht aus einem Rohr aus faserverstärktem Kunststoff, bevorzugt glasfaserverstärktem Kunststoff (FRP: fiber reinforced plastic), an dessen unterem Ende ein ringförmiger Schneidschuh angeordnet ist, der einen Überschnitt aufweist. Nur der untere Bereich des FRP-Rohres befindet sich im Boden des Gewässers. In seinem Inneren ist das FRP-Rohr mit Beton gefüllt, der sich über den Schneidschuh hinaus noch weiter nach unten in den Boden erstreckt und dort an seinem Ende auch erweitert sein kann. Die Herstellung der Pfahlkonstruktion geschieht im ersten Schritt durch Einrammen, Einrütteln oder auch Einspülen des FRP-Rohres. Hierzu muß Kraft auf den Schneidschuh ausgeübt werden. Zu diesem Zweck ist das FRP-Rohr temporär mit einem Endo- oder Exoskelett versehen, das auf dem Schneidschuh aufsitzt und welches die wesentlichen Kräfte des Hammers, des Rüttlers oder der Presse am FRP-Rohr vorbei in den Schneidschuh und von dort in den Boden weiterleitet. Nach dem Versenken des Unterteils des FRP-Rohres im Boden wird das im Rohrinneren befindliche Material ausgebohrt/ausgespühlt und durch die Seele des FRP-Rohres hindurch noch weiter unter den Schneidschuh hinaus gebohrt und der ausgebohrte Hohlraum einschließlich des FRP-Rohres mit Beton und vorzugsweise auch Bewehrung zur erfindungsgemäßen Pfahlkonstruktion verfüllt. Das FRP-Rohr dient dabei als verlorene Schalung und gleichzeitiger Korrosionsschutz. Das Rohr ist bevorzugt aus ...

Description

Die Erfindung betrifft Pfahltragkonstruktionen für Bauwerke, die in Gewässerböden gegründet sind, z. B. Brücken oder Offshore-Windenergieanlagen.
Stand der Technik
Um Bauwerke, die im Wasser stehen, sicher zu gründen, ist es üblich, tragende Pfahlkonstruktionen zu verwenden. Um eine große Brücke im Meer zu gründen, sind z. B. bis zu 100 Pfähle unter jedem einzelnen Bankett nötig, auf dem die Brücke ruht.
Es ist bislang üblich, sehr stabile und teure Stahlrohre in den Meeresboden zu rammen, durch deren Seele hindurch dann weiter in den Boden zu bohren und anschließend den ausgebohrten Hohlraum einschließlich des Stahlrohres mit Beton und Bewehrung zu einem tragenden Pfahl zu verfüllen. Auf einer ganzen Ansammlung solcher Pfähle ruht dann das eigentliche Bauwerk.
Die Stahlrohre, die als verlorene Schalungen für den darin erstellten Betonbohrpfahl dienen und gleichzeitig diesen Pfahl vor Angriff durch das (meist) stark salzhaltige Wasser schützen, sind teuer und selbst korrosionsgefährdet und müssen aufwendig vor Korrosion geschützt werden.
In der DE-OS-2130115 wird ein Verfahren zur Herstellung von Ortbetonrammpfählen (Verdrängungspfählen) in korrosiv aggressiven Böden (z. B. Müllgruben) beschrieben, die weitestgehend gegen einen Angriff von aggressiven Böden und Grundwasser geschützt sind. Hierzu wird in den oberen Teilabschnitt des stählernen, vorne durch eine verlorene Kappe geschlossenen Vortreibrohres, zeitlich abfolgend auf das Einrammen, ein Schutzrohr aus Kunststoff eingeführt, das dann mit Beton ausgefüllt wird und beim Ziehen des stählernen Vortreibrohres (ohne Kappe) im Boden verbleibt. Innerhalb des Kunststoffrohres (vorzugsweise Polyethylen) ist der Betonpfahl vor Korrosion geschützt.
In der DE 44 02 429 A1 werden Bohrpfähle zur Erzeugung wasserdichter Baugrubenwände beschrieben, die durch ein umgebendes Gewinderohr, das gleichzeitig die Funktion einer verlorenen Schalung hat, wasserdicht gemacht werden und, als nebeneinanderliegende Anordnung, zu wasserdichten Baugrubenwänden zusammengesetzt werden. Das Gewinderohr besteht aus Edel-stahl oder Kunststoff und wird gleichzeitig mit der darin laufenden Bohrschnecke in den Boden eingedreht. Aneinandergrenzende Pfähle weisen entgegengesetztes Gewinde auf.
In der DE 196 41 422 C2 wird eine verlorene Schalung für Betonbohrpfähle beschrieben, die als aufgerollte, überlappende Kunststoffmatte ausgeführt sind. Diese verlorenen Schalungsmatten werden nach Herstellung des durch ein Schutzrohr gestützten Bohrloches in das Bohrloch samt der Bewehrung eingebracht und das Innere der verlorenen Schalung dann mit Beton verfüllt und das Schutzrohr gleichzeitig gezogen, wobei die verlorene Schalung sich aufweitet und gegen das umgebende Erdreich gepreßt wird.
Die beschriebenen Bohrpfähle sind für die Gründung von Offshore-Bauwerken, bei denen der Pfahl auf großer Länge durch offenes Wasser verläuft, nicht verwendbar.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gründungspfahlkonstruktion für in Gewässern stehende Bauwerke, wie z. B. Brücken oder Windenergieanlagen, anzugeben, die kostengünstig und korrosionsgeschützt ist, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erstellung solcher Gründungspfahlkonstruktionen.
Beispiel
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1, 4, und 7 bis 10 angegebenen Merkmale gelöst.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Verwendung faserverstärkter (bzw. gewebeverstärkter), und damit formstabiler Kunststoffrohre (FRP-Rohre: fiber feinforced plastic), für solche Pfahlgründungskonstruktionen. Bevorzugt sind glasfaserverstärkte Rohre (GFK-Rohre).
Diese FRP-Rohre sind dann, selbst mit großen Durchmessern von mehr als 0,3 Metern und Längen von mehr als 10 Metern freistehend in umgebendem Wasser und Luft, ohne umgebendes stützendes Erdreich in der Lage, auch noch nicht erhärteten Beton in ihrem Inneren sicher zu halten.
Die FRP-Rohre sind gleichzeitig langzeitstabil gegen Korrosion und schützen daher auch den darin befindlichen (Stahl-)Betonpfahl.
Unterhalb der Unterkante des FRP-Rohres befindet sich verfahrensbedingt ein Schneidschuh, der gegenüber dem Außendurchmesser des FRP-Rohres (und einem Exo- oder/und Endoskelett, siehe weiter unten) einen Überschnitt aufweist. Die FRP-Rohre ragen mit ihrem unteren Ende mindestens einen Meter tief in den Boden hinein. Der (Stahl-)Betonpfahl in ihrem Inneren erstreckt sich noch mindestens einen Meter weiter über den Schneidschuh hinaus nach unten in den Boden hinein und kann dort, wenn gewünscht, auch eine Pfahlfußerweiterung aufweisen.
Das FRP-Rohr ist in seiner Länge bevorzugt aus mehreren vorkonfektionierten, bevorzugt sogar handelsüblichen, Rohrteilabschnitten durch Laminieren oder durch hierfür vorgesehene Verbindungsmuffen zusammengesetzt, wodurch seine Herstellung in unterschiedlichen Längen leicht und kostengünstig möglich ist. Ein solches zusammengesetztes FRP-Rohr weist trotz seiner Verbindungsnähte radial volle Stabilität gegen den hydrostatischen Druck des flüssigen Betons auf.
Das Verfahren zur Erstellung der erfindungsgemäßen Gründungspfahlkonstruktion für Bauwerke in Gewässern sieht vor, das FRP-Rohr direkt in den Boden einzubringen und nicht erst, wie z. B. in der DE-OS-2130115 , nachträglich nach dem Vortreiben eines Stahlrohres.
Hierzu bedarf es einer besonderen Vorrichtung als Hilfskonstruktion:
Das FRP-Rohr wird für den Vortreibvorgang mit einem Endo- oder/und Exoskelett versehen und außerdem an seiner Unterkante mit einem (verlorenen) Schneidschuh, auf den das Endo- oder Exoskelett mit seiner Unterkante aufsetzt. Das Endo- oder Exoskelett dient der Kraftübertragung auf den Schneidschuh beim Eintreiben des FRP-Rohres in den Boden. Hierbei über-trägt es Schlag-, Druck- oder Rüttelkräfte von seiner Oberkante nach unten unter weitgehender Umgehung des FRP-Rohres, das für die Aufnahme und Weiterleitung solcher Kräfte nicht ausgebildet ist.
Das Endo- oder Exoskelett ist selbst ein Stahlrohr oder auch ein Stahlkorb mit sehr massiver Längsbewehrung.
Das Exoskelett umschließt das FRP-Rohr äußerlich und leitet die Kräfte um das darin befindliche Rohr herum, das Endoskelett leitet die Kräfte in der Seele des FRP-Rohres nach unten in den Schneidschuh.
Ein Exoskelett schützt das FRP-Rohr während des Eintreibvorganges äußerlich.
Ein Endoskelett wiederum führt zu einer besseren Einbindung des FRP-Rohres in den Boden, weil kein Exoskelett gezogen werden muß.
Es ist auch möglich, das FRP-Rohr gleichzeitig äußerlich mit einem Exoskelett und innerlich mit einem Endoskelett zu umfassen. Dann müssen Exo- und Endoskelett jedes für sich nicht so massiv sein.
Exo- oder/und Endoskelett weisen bevorzugt etwas Spiel zum FRP-Rohr auf, damit sie nach dem Vortriebsvorgang leichter gezogen werden können.
Es ist aber auch möglich, Exo- und Endoskelett seitlich von der Wandung des FRP-Rohres abklappbar auszugestalten (durch Längsteilung des Skeletts in mindestens 2 Teile, die z. B. auch durch Scharniere miteinander verbunden sein können). Dann kann das Exo- oder/und Endoskelett auch direkt an der FRP-Rohrwandung anliegen und diese gleichzeitlich seitlich stützen.
Nachdem das FRP-Rohr unter Zuhilfenahme des Exo- oder/und Endoskeletts mittels Rammens, Rüttelns oder Einspülens bis auf Solltiefe in den Boden des Gewässers eingebracht worden ist, wird durch die Seele des FRP-Rohres mittels auch bei Stahlrohren üblicher Verfahren eine Bohrung (oder auch Bodenvermörtelung) über den Schneidschuh hinaus weiter nach unten in den Boden getrieben. Hierzu kann ein eventuell vorhandenes Endoskelett zuvor entfernt werden. Ein Exoskelett verbleibt hingegen bevorzugt weiter außen am Rohr, bis der Bohrvorgang oder noch folgende Arbeitsgänge abgeschlossen sind. Es bildet eine zusätzliche Stütze für das FRP-Rohr.
Das Bohrloch ist üblicherweise stabil. Sollte dies nicht der Fall sein, wird eine Stützflüssigkeit verwendet.
Nach dem Ziehen des Bohrstranges wird das Bohrloch und das FRP-Rohr als verlorene Schalung ausbetoniert. Entweder wird vor dem Verfüllen mit Beton eine Bewehrung eingebracht, oder es wird erst verfüllt und dann eine Bewehrung in den flüssigen Beton eingerüttelt.
Der Pfahlfuß kann, wenn erforderlich, mit Methoden nach Stand der Technik aufgeweitet werden.
Das Exo- bzw. Endoskelett schützt das FRF-Rohr während des Eintreibens in den Boden vor der Reibung des Bodenmaterials. Ähnliche Wirkung hat auch der über die Wandung des FRP-Rohres und des Exo- bzw. Endoskelett hinausreichende Überschnitt des ringförmigen Schneidschuhs.
Ein in seiner Länge geteiltes Exo- bzw. Endoskelett läßt sich nach Einbringen des Rohres in den Boden durch seitliches Abklappen vom Rohr leichter Entfernen, als ein ungeteiltes rohr- oder käfigförmiges Skelett.
Das Endo- bzw. Exoskelett kann in einer einfachen Ausführung z. B. auch lediglich aus einer Ansammlung von mehreren (mindestens 3) massiven Stahlstangen oder Trägern bestehen, die radial entlang der Wandung des FRP-Rohres (u. U. etwas beabstandet von diesem) angeordnet sind. Diese Stahl-stangen/-träger, die die Eintreibkräfte von oben her in den Schneidschuh weiterleiten, stecken mit ihrem unteren Ende in Ausnehmungen des Schneidschuhs. Mit ihren oberen Enden stecken sie ebenfalls in Ausnehmungen einer Kappe (kann auch ringförmig sein) oberhalb des oberen Endes des FRP-Rohres. Auf diese Kappe wirken die eintreibenden Kräfte ein.
Zum Entfernen des Endo- bzw. Exoskeletts wird die Kappe abgenommen und die Stäbe/Träger nach oben abgezogen. Bevorzugt ist dabei, die Stäbe zuvor seitlich etwas vom Rohr wegzuklappen/biegen, wobei es dann von Vorteil ist, wenn die Stäbe in den Ausnehmungen im ringförmigen Schneidschuh ausreichend Spiel haben, um gut herausziehbar zu sein. In diesem bevorzugten Fall des losen Sitzes im Schneidschuh ist es aber nötig, den Schneidschuh sicher mit Kontakt zu den Stäben zu halten und ein Abfallen (vor allem vor dem Eintreibvorgang) zu verhindern. Dies kann mittels einer Spannvorrichtung (z. B. Litzen) erreicht werden, die die Kappe und den Schneidschuh gegeneinander spannen und dadurch die Stäbe/Träger einspannen. Dieses Einspannen der Stäbe/Träger gewährleistet auch eine gute Übertragung der eintreibenden Kräfte von oben her in den Schneidschuh.
Eine andere Ausführung verwendet keine Stäbe/Träger, sondern Stahlrohrsegmente in Form längsgeteilter Stahlrohre, die sich aber nicht unbedingt zu einem Gesamtrohr ergänzen müssen. Auch diese Stahlrohrsegmente stecken bevorzugt mit ihrem unteren Ende in Ausnehmungen des ringförmigen Schneidschuhs. Und sie können auf gleiche Weise, wie kurz zuvor bei den Stäben/Trägern beschrieben, entfernt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht die Verwendung eines verlorenen Endo- oder/und Exoskeletts am FRP-Rohr vor: Hierzu werden radial verteilt auf die Innenwandung bzw. Außenwandung herkömmlicher FRP-Rohre in Längsrichtung des Rohres Stahlstäbe auflaminiert, die der Kraftübertragung in den Schneidschuh dienen. Bevorzugt werden solche Stahlstäbe auf der nicht sichtbaren Innenwandung angeordnet und können dann gleichzeitig einen Teil der Funktion des Bewehrungsstahls im späteren Betonpfahl übernehmen. Der Korrosionsschutz erfolgt dann durch das FRP-Rohr, eine Betonüberdeckung ist für diesen Stahl nicht mehr notwendig.
Da das Skelett verloren ist (nicht gezogen wird), kann es eine feste Verbindung zum ebenfalls verlorenen ringförmigen Schneidschuh aufweisen.
Im weiteren Verlauf der Gründungspfahlherstellung wird durch die Seele dieses bewehrten FRP-Rohres der Bohrpfahl unterhalb des FRP-Rohres hergestellt, wie zuvor beschrieben. Das Ziehen eines temporären Skeletts entfällt dabei natürlich.
Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung einer erfindungsgemäßen, über große Längen in Wasser frei verlaufenden Pfahlkonstruktion mit verlorener korrosionsfester Schalung aus faserverstärktem Kunststoff im Bereich des direkten Kontaktes mit freiem Wasser und Luft sieht vor, zuerst ein Schutzrohr aus Stahl mit ringförmig umlaufendem (verlorenem) Schneidschuh in den Gewässerboden einzurammen oder einzurütteln, dann durch die Seele des Schutzrohres hindurch weiter nach unten in den Boden zu bohren (unverrohrt), anschließend durch die Seele des Schutzrohres bis ungefähr zum Schneidschuh mit etwas Spiel zum Schutzrohr ein FRP-Rohr einzuführen sowie eine Bewehrung bis zum Grund des Bohrloches, und dann das Bohrloch und das FRP-Rohr als verlorene Schalung auszubetonieren und das Schutzrohr anschließend zu ziehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2130115 [0005, 0016]
- DE 4402429 A1 [0006]
- DE 19641422 C2 [0007]

Claims

Ortbetongründungspfahlkonstruktion zum Tragen eines auf Pfählen in Gewässern errichteten Bauwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß der Ortbetonpfahl in seinem gesamten mit Wasser in Kontakt kommenden Bereich eine verlorene Schalung aus faserverstärktem Kunststoffrohr (FRP-Rohr) aufweist und dadurch vor Korrosion geschützt ist, und daß diese verlorene Schalung noch mindestens einen Meter weit in den Boden hineinreicht und am unteren Ende dieser Schalung ein verlorener ringförmiger Schneidschuh sitzt und sich unterhalb des Schneidschuhs der ungefähr zylinderförmige oder am Fuß aufgeweitete Ortbetonpfahl mindestens einen Meter weiter in den Boden hinein als Bohrpfahl fortsetzt.
Ortbetongründungspfahlkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das FRP-Rohr aus mehreren handelsüblichen kürzeren Rohrabschnitten durch Laminieren oder mittels Verbindungsmuffen zusammengesetzt ist.
Ortbetongründungspfahlkonstruktion nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß radial auf die Innen- oder/und Außenwandung des FRP-Rohres in Längsrichtung des Rohres Stahlstäbe/-träger als verlorenes Endo- bzw. Exoskelett auflaminiert sind, die der Übertragung des größten Teils der Kräfte auf den Schneidschuh beim Eintreibvorgang des Rohres dienen.
Vorrichtung zur Erstellung einer Ortbetongründungspfahlkonstruktion nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich dabei um ein temporäres stählernes Exo- oder/und Endoskelett handelt, das an seinem unteren Ende kraftübertragend mit dem Schneidschuh Kontakt hat und welches das FRP-Rohr während des Eintreibvorganges äußerlich bzw. innerlich einrahmt und die von oben kommenden Kräfte größtenteils am FRP-Rohr vorbei in den Schneidschuh einleitet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Exo- bzw. Endoskelett ein Stahlrohr oder ein Stahlkäfig mit massiven Längsstangen ist, die der Kraftweiterleitung beim Eintreibvorgang gewachsen sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Exo- bzw. Endoskelett längsgeteilt aus mindestens 2 Teilen besteht, die abklappbar und herausziehbar in Nuten oder Ausnehmungen des Schneidschuhs sitzen.
Verfahren zur Erstellung einer Ortbetongründungspfahlkonstruktion nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2 mittels einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante des einzutreibenden FRP-Rohres mit einem ringförmigen Schneidschuh geschützt wird, anschließend ein Endoskelett durch die Seele des FRP-Rohres oder/und ein Exoskelett um das FRP-Rohr herum bis zum Schneidschuh geführt und mit diesem lösbar aber druckkraftübertragungsfähig verbunden wird, diese Gesamtkonstruktion dann auf übliche Weise durch Rammen, Rütteln oder Einspülen in den Boden des Gewässers eingebracht wird, anschließend das Endo- oder/und Exoskelett entfernt wird, dann durch die Seele des FRP-Rohres hindurch durch Bohrung oder Spülung nach Stand der Technik unterhalb des Schneidschuhs eine Ausnehmung im Boden hergestellt wird, die dann unter Einbringung einer Bewehrung einschließlich des FRP-Rohres als verlorener Schalung ausbetoniert wird.
Verfahren zur Erstellung einer Ortbetongründungspfahlkonstruktion nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2 mittels einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante des einzutreibenden FRP-Rohres mit einem Schneidschuh geschützt wird, anschließend ein Endoskelett durch die Seele des FRP-Rohres oder/und ein Exoskelett um das FRP-Rohr herum bis zum Schneidschuh geführt und mit diesem lösbar aber druckkraftübertragungsfähig verbunden wird, diese Gesamtkonstruktion dann durch Rammen, Rütteln oder Einspülen in üblicher Weise in den Boden des Gewässers eingebracht wird, anschließend ein eventuelles Endoskelett entfernt und dann unterhalb des Schneidschuhs durch Bohren oder Ausspülen nach Stand der Technik eine Ausnehmung im Boden hergestellt wird, die dann unter Einbringung einer Bewehrung einschließlich des FRP-Rohres als verlorener Schalung ausbetoniert wird und dann ein eventuell vorhandenes Exoskelett entfernt wird.
Verfahren zur Erstellung einer Ortbetongründungspfahlkonstruktion nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante des einzutreibenden FRP-Rohres mit einem ringförmigen Schneidschuh geschützt wird, der kraftschlüssig mit den Längsstäben/-trägern verbunden ist, diese Gesamtkonstruktion dann durch Rammen, Rütteln oder Einspülen in üblicher Weise in den Boden des Gewässers eingebracht wird, dann durch Bohren oder Ausspülen nach Stand der Technik unterhalb des Schneidschuhs eine Ausnehmung im Boden hergestellt wird, und anschließend unter Einbringung einer eventuellen zusätzlichen Bewehrung einschließlich des FRP-Rohres als verlorener Schalung ausbetoniert wird.
Verfahren zur Erstellung einer Ortbetongründungspfahlkonstruktion nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzrohr aus Stahl mit an dessen Unterkante lösbar befestigtem verlorenem ringförmigem Schneidschuh durch Rammen, Rütteln oder Einspülen auf übliche Weise mindestens einen Meter tief in den Boden des Gewässers eingebracht wird, anschließend durch die Seele des Schutzrohres hindurch unterhalb des Schneidschuhs nach Stand der Technik eine Ausnehmung gebohrt/ausgespült wird, dann durch die Seele des Schutzrohres hindurch ein FRP-Rohr mit geringem Spiel zum Schutzrohr bis ungefähr zum Schneidschuh eingeschoben wird, anschließend die Ausnehmung und das Innere des FRP-Rohres mit Beton verfüllt und dann eine Bewehrung eingerüttelt wird oder erst eine Bewehrung eingebracht und dann mit Beton verfüllt wird und schließlich das Schutzrohr nach oder vor Erhärtung des Betons gezogen wird.