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Die Erfindung betrifft einen Gründungspfahl gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6.
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Im Hoch- und Tiefbau gibt es häufig das Problem, dass die Böden für die jeweilige Baumaßnahme eine unzureichende Tragfähigkeit besitzen (z. B. weicher Ton). Hier ist es dann nicht möglich, die Last des Bauwerks über ein Flächen- oder ein Streifenfundament abzuleiten, da diese durch die Last in den weichen Boden gedrückt werden und zerbrechen würden. Um dieses Problem besser in den Griff zu bekommen gibt es die Möglichkeit, tiefe Gründungspfähle herzustellen. Diese haben den Sinn, die auftretende Last in tiefer liegende Schichten (Tonstein o. ä.) über die Aufstandsfläche und der Mantelreibung abzutragen. Diese Pfähle sind z. B. aus Beton und werden mit Betonstahl bewehrt. Hierzu gibt es sehr aufwendige und vor allem kostenintensive Verfahren und Bohrgeräte zum Herstellen dieser Pfähle. Auch die Betonstahlkörbe, welche vor dem Beton in das Bohrloch abgelassen werden, sind meist sehr teuer, da sie wegen ihrer Länge schwierig zu transportieren und auch sehr teuer sind. Diese Körbe haben dann den Sinn, bei Belastung, die auftretenden Zugkräfte im Pfahl aufzunehmen.
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Es gibt aber auch Verfahren, mit geringeren Bohrdurchmessern und geringeren Gründungstiefen, Last in einen unzureichend tragfähigen Boden abzutragen.
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Ein gattungsbildendes vorbekanntes Verfahren zur Herstellung von kurzen Gründungspfählen ist beispielsweise aus der
EP 0 533 890 B1 (entspricht der
DE 692 15 811 T2 ) bekannt geworden. Gemäß diesem bekannten Verfahren zum Verdichten des Bodens wird zunächst in einem Boden eine säulenförmige Vertiefung oder Ausnehmung geschaffen. Anschließend wird der freiliegende Boden in dieser säulenförmigen Vertiefung mit einem entsprechenden Stampfwerkzeug verdichtet. Daraufhin wird eine Schicht aus loser Aggregat in das Loch eingefüllt und mit dem bereits erwähnten Stampfwerkzeug verdichtet. Entscheidungserheblich ist gemäß dieser Vorveröffentlichung, dass ein Stampfwerkzeug verwendet wird, das einen sich in Stampfrichtung nach unten verjüngenden Bereich aufweist, also mit einer mehr oder weniger konischen umlaufenden Begrenzung versehen ist. Dadurch soll sichergestellt werden, dass durch das Stampfwerkzeug das in das Loch gefüllte lose Aggregat nicht nur in Axialrichtung des Loches nach unten hin verdichtet, sondern auch in Radialrichtung zur Seite hin verdrängt wird, um das befüllte lose Material auch in die umgebende Schicht der säulenförmigen Ausnehmung einzudrücken.
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Danach wird eine nächste Schicht von loser Material in das Loch gefüllt und wiederum verdichtet. Dadurch ergeben sich abschnittsweise nacheinander hergestellte und verdichtete Schichten, die leicht bauchförmige Wülste erzeugen, mit der sie in das umgrenzende Erdreich eingepresst werden. Dadurch soll eine verbesserte Lastaufnahme im Boden gewährleistet sein.
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Der so geschilderte Befüllvorgang mit Einfüllen von Schotter in das Bohrloch und dem anschließenden Verdichtungsschritt wird so oft wiederholt, bis die Oberkante des Bodens erreicht ist.
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Bei diesem vorbekannten Verfahren wird das bei der Herstellung des Loches entnommene Material entfernt und entsorgt, wobei zur Verbesserung der Tragfähigkeit so hergestellter Gründungspfähle Schotter als Befüllmaterial verwendet werden soll.
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Ein großer Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass das entnommene Material auf eine Deponie gebracht und neues Material (Schotter) erworben werden muss. Dies ist zuweilen mit hohen Kosten verbunden, auch zum Erwerb des Materials, wie aber auch zur Entsorgung des aus dem Boden entfernten Materials und auch im Hinblick auf die Transportkosten. Daneben erfordert die gesamte Abwicklung auch einen nicht unbeachtlichen logistischen Aufwand.
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Schließlich hat sich aber auch gezeigt, dass mit dem so geschilderten Verfahren nicht sicher verhindert werden kann, dass sich der so hergestellte Gründungspfahl letztlich doch verformt und dadurch die gewünschte Tragfähigkeit nicht dauerhaft gewährleisten kann. Nachteilhaft ist ferner, dass der so hergestellte Pfahl aus einem verdichteten Schottergerüst besteht, welches die anfallenden Zugkräfte zur Seite hin nicht aufnehmen kann.
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Die
WO 00/47826 A1 offenbart einen Gründungspfahl zur Erhöhung der Tragfähigkeit im Erdreich, wobei der Gründungspfahl in seiner Längsrichtung mehrere unterschiedliche Schichten aufweist, die aus einem schüttfähigen Aggregat gebildet sind, wobei zwischen den jeweiligen Schichten jeweils Netzeinsätze angeordnet sein können, die beispielsweise aus Geotextil-Materialien gebildet sein können. Weiterhin offenbart die
WO 00/47826 A1 ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines Gründungspfahls.
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Die
DE 101 49 878 A1 offenbart ein Verfahren zum Stabilisieren von Böden, bei dem eine Umhüllung aus hochfestem Material in ein Bohrloch eingefügt wird, wobei die hochfeste Umhüllung mit Bodenmaterial befüllt wird, das anschließend über unterschiedliche Verfahren verdichtet wird.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein umweltschonenderes und umweltfreundlicheres Verfahren zur Herstellung von belastbaren Gründungspfählen zu schaffen, und dies mit vergleichsweise geringem Aufwand und geringen Kosten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich der Gründungspfähle entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich des Verfahrens zur Herstellung entsprechend den im Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die vorliegende Erfindung wurde aus den Gesichtspunkten der Umweltfreundlichkeit der höheren Tragfähigkeit und der geringeren Kosten entwickelt. Hierbei wird mit den bekannten Techniken ein Loch in den Boden gebohrt. Das hierbei anfallende Material aus dem Bohrloch wird bevorzugt in einem Zwangsmischer gelagert. In diesem kann dann zusätzlich zu dem Material z. B. Zement oder Kalk sowie andere wasserbindende und/oder härtende Materialien gemischt werden. Das jeweilige Zugabematerial und das Mischungsverhältnis kann durch einen fachgeologischen Gutachter festgelegt werden. Dieses Mischverhältnis soll sich individuell auf jede Art, Konsistenz und Festigkeit des vorliegenden Bodens anpassen. Das Verfahren hat somit einen sehr umweltfreundlichen Vorteil, da kein Deponiematerial anfällt. Dies ist gut für die Umwelt und spart gleichzeitig hohe Entsorgungs- und Transportkosten.
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Das vorzugsweise vermengte und somit verbesserte Material wird im Rahmen der Erfindung in speziell für dieses Verfahren angepasste Geotextilien gefüllt. Das Geotextil kann dabei in Sackform oder in einer anderen Form ausgebildet sein.
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Geotextil ist ein Kunststoff (z. B. Polyamid), welcher zu einem Gewebe hergestellt wird. Im Straßenbau ist der Einsatz von Geotextil bereits Stand der Technik.
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Diese werden dann in das Bohrloch herabgelassen. Eine Stampfvorrichtung verdichtet diesen ”Sack” mechanisch. Dazu wird bevorzugt ein Stampfkopf verwendet, der sich durch eine runde Aufstandsfläche auszeichnet. Dieser Stampfkopf kann in das Bohrloch abgelassen und dann entsprechend angehoben und abgesenkt werden, um die Verdichtung durchzuführen.
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Zusammenfassend weist die Erfindung eine Reihe von Vorteilen auf, von denen zumindest die nachfolgenden hervorgehoben werden sollen, nämlich:
- – Bei der vorliegenden Erfindung werden Kosten eingespart. Zum Einen durch Wegfall der Deponiekosten, zum Anderen muss kein Material, wie Schotter, gekauft werden. Daraus resultieren sich gesparte Transportkosten.
- – Wenn man das gleiche Material in verbesserter Art und Weise wieder einbaut, ist man umwelttechnisch klar im Vorteil. Es fällt kein Material an, welches entsorgt werden muss.
- – Dadurch, dass alle Vorgänge ”autark” nur auf der Baustelle vorgehen, spart man sich ein Vielfaches an Zeit. Auch bei den Vorgängen auf der Baustelle wird durch einfache, schnelle und leichte Vorgänge Zeit eingespart.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen
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1: ein schematischer Querschnitt durch ein Erdreich, in welches zunächst ein Bohrloch unter Entfernung des Erdmaterials eingearbeitet wurde;
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2: eine entsprechende Darstellung zu 1, bei welcher eine erste Schicht in das freie Bohrloch eingefüllt wird, und zwar unter Verwendung eines befüllten Geotextil-Sackes;
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3: eine Querschnittsdarstellung durch das vertikal verlaufende Bohrloch, nachdem eine erste Schicht unter Verwendung eines befüllten Geotextil-Sackes mittels eines Stampfwerkzeuges verdichtet wurde;
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4: eine entsprechende Darstellung, bei welcher ein loses Aggregat als zweite Schicht auf der zuvor verdichteten ersten Schicht unter Verwendung eines befüllten Geotextil-Sackes in das Bohrloch eingebracht wird;
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5: die Situation, die sich nach dem Verdichten der zweiten, gemäß 4 eingebrachten Schicht, ergibt;
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6: eine vertikale Querschnittsdarstellung, die die Abfolge der verschiedenen Schichten der verschiedenen aufeinander folgenden und jeweils zuvor einzel verdichteten Schichten wiedergibt;
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7a–7c: drei schematische Seitenansichten dreier möglicher Stampfwerkzeuge;
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8a–8c: drei schematische Unteransichten der in 3 gezeigten möglichen Stampfwerkzeuge (unter Darstellung der Aufstandsfläche des Stampfwerkzeuges);
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9a: eine schematische vertikale Längsschnitt-Darstellung durch ein Bohrloch und ein Stampfwerkzeug mit im Verhältnis zum Bohrloch schmalen Durchmesser, zur Verdeutlichung des Verdichtungsvorganges als Bodenmaterial;
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9b: eine schematische Draufsicht auf die Umlaufbewegung des Stampfwerkzeuges im Bohrloch entsprechend der Darstellung nach 9a;
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10a: eine entsprechende Darstellung zu 9a, unter Verwendung eines Stampfwerkzeuges, dessen Außendurchmesser fast dem Innendurchmesser des Bohrloches entspricht; und
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10b: eine Draufsicht auf die schematische Umlaufbewegung des in 10a gezeigten Stampfwerkzeuges im Bohrloch (wobei bei dieser Ausbildung das Stampfwerkzeug fast das ganze Bohrloch ausfüllt).
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Zunächst einmal wird unter Verwendung eines geeigneten Gerätes, insbesondere eines Erdbohrers, ein Bohrloch 3 in der Regel in Vertikalausrichtung in den Boden 1, d. h. in das Erdreich eingearbeitet, wobei dieses Bohrloch 3 nachfolgend aus als Ausnehmung oder Vertiefung 3 bezeichnet wird. Es handelt sich dabei in der Regel um eine säulenförmige Ausnehmung 3 im Erdreich 1, ohne dass diese säulenartige Ausnehmung 3 zwangsläufig einen runden Querschnitt aufweisen muss (1).
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Die erwähnte säulenartige Ausnehmung 3 wird mit einer ausreichenden Tiefe T in das Erdreich eingebracht, entsprechend den Anforderungen, Bodenbeschaffenheiten, Berechnungen eines Geologen etc.
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Auch der Durchmesser D (2) hängt von den vorstehend genannten Faktoren ab und kann in weiten Bereichen unterschiedlich gewählt werden.
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Wie in 1 schematisch dargestellt ist, wird also zunächst ein Bohrloch 3 durch ein herkömmliches Bohrverfahren, wie z. B. durch Schneckenbohrung, Benettogreiferverfahren, Rammkernbohrung etc. hergestellt, und zwar mit einem für geeignet empfundenen Bohrdurchmesser und mit einer geeigneten Bohrtiefe, die von einem Gutachter festgelegt werden.
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Durch die Bohrung anfallendes Bodenmaterial 2 wird entweder in einem Zwangsmischer 4 weitergegeben oder im originalen Zustand auf der Baustelle gelagert.
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Ein Teil des angefallenen Bodenmaterials wird zum Aufbereiten in den erwähnten Zwangsmischer gefüllt (z. B. in Form eines großen LKW-Mischers). Darin wird es mit wasserbindenden und/oder härtenden Materialien vermischt, um somit verbessertes Bodenmaterial herzustellen. Die Menge und die Art der Zugabemittel wird dabei ebenfalls wieder bevorzugt durch den Gutachter festgelegt.
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Anschließend wird mit einem später noch erörterten Stampfwerkzeug der zuunterst liegende Boden 7 in der Ausnehmung 3 vorverdichtet.
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Darauf folgend wird eine erste Materialschicht 9 in der säulenförmigen Ausnehmung 3 gebildet. Dazu wird im Rahmen der Erfindung ein Geotextil-Sack 11 verwendet, wobei der Geotextil-Sack 11 mit einem geeigneten loser, rieselfähigen, in der Regel nicht fest abgebundenen Material oder Aggregat 13 zuvor befüllt worden ist. In 2 ist dazu der mit einem Aggregat 13 befüllte Geotextil-Sack 11 zunächst auf der Grundfläche 12 liegend dargestellt, bevor er gemäß Pfeildarstellung 14 in die Ausnehmung 3 geworfen wird. In 2 ist dieser Geotextil-Sack dann auch auf der Bodenfläche 7 ruhend in der säulenförmigen Ausnehmung gezeigt, und zwar noch in seinem unverdichteten Zustand.
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In 2 ist dabei ferner der bereits in 1 gezeigte und erwähnte Zwangsmischer beispielsweise in Form eines LKW-Mischers 4 zu ersehen. Im Mischer befindet sich das verbesserte Bodenmaterial, welches dann zur Befüllung eines Geotextil-Sackes verwendet werden kann, der dann in das Bohrloch 3 herab gelassen wird.
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Anschließend wird die so gebildete erste Schicht 9 ebenfalls wieder unter Verwendung des erwähnten Stampfwerkzeuges 27 verdichtet, bis sich dieses in dem Geotextil-Sack 11 befindliche Aggregat 13 von der in 2 gezeigten Befüllhöhe auf die in 3 gezeigte tieferliegende Füllhöhe verdichtet wurde. Durch den Verdichtungsvorgang wird dabei das Material, welches sich im Geotextil-Sack befindet, durch die axial eingebrachten Kräfte nicht nur nach unten in Axialrichtung sondern auch in Radialrichtung (also in horizontal- oder waagrechter Richtung) verdichtet und kraftbeaufschlagt, wodurch umlaufende Materialwülste 15 gebildet werden, die sich in die das Bohrloch 3 begrenzende Wand 17 (1) der lochförmigen Ausnehmung in Radialrichtung eindrücken, wie dies anhand von 3 zu ersehen ist. Mit anderen Worten wird also mit Hilfe des in das Bohrloch herabgelassenen Stampfkopfes eines nachfolgend noch erörterten Stampfwerkzeuges gewährleistet, dass sich dieser Stampfkopf zentrisch in dem Bohrloch 3 umherbewegen kann und dabei das in dem Geotextil-Sack befindliche Material verdichtet. Durch diese Bewegung des Stampfwerkzeuges und durch die örtlich abwechselnde Verdichtung ist es möglich, dass das in dem Geotextil-Sack 11 befindliche Aggregat/Material 13 zur Seite hin gedrückt wird und die erwähnte Ausbeulung (Wulst) entsteht. Dies ist wichtig, um dadurch eine Lastabtragung auch auf der Mantelfläche 17 des Gründungspfahls entstehen zu lassen. Zudem entsteht nach einiger Zeit eine feste, homogene Verbindung mit dem Material, d. h. in der Regel mit dem Erdreich um das Bohrloch 3 herum.
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In 3 ist dabei das Stampfwerkzeug 27 zu sehen, welches an einem passenden Gerät montiert ist (z. B. Hydraulik-Bagger), um somit Kraft auf die erste Schicht aufzubringen. Ebenso soll eine Rotation des Stampfwerkzeuges möglich sein, wie gemäß der Pfeildarstellung 31 angedeutet ist.
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Während dem Aufbringen der vertikalen Stampfkraft durch Vibration oder bei gleichzeitiger rotatorischer Weiterbewegung des Stampfwerkzeuges gemäß Pfeildarstellung 31 wird also die erste Schicht verdichtet. Die erste Schicht kann als verdichtet bezeichnet werden, wenn sie 97% DPr hat.
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In 3 ist dabei die erste Schicht am Ende des Verdichtungsvorganges zu sehen.
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Anschließend wird eine zweite Schicht 19 in das Bohrloch 3 gegeben, und in einem nachfolgenden zweiten Schritt verdichtet, vergleichsweise dem Verdichtungsvorgang bezüglich der ersten Schicht 9, wobei in 4 die zweite Schicht 19 noch in ihrem unverdichteten Zustand und in 5 in verdichteten Zustand gezeigt ist.
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Obgleich auch für die zweite Schicht 19 ebenfalls wieder ein Geotextil-Sack 11 verwendet werden könnte, der mit einem geeigneten Aggregat befüllt ist (wobei jede Schicht nicht zwangsläufig mit dem gleichen Aggregat oder der gleichen Aggregat-Mischung befüllt sein muss), wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass nach Verwendung und Herstellung einer Schicht mittels eines mit einem entsprechenden Aggregat befüllten Geotextil-Sackes 11 nunmehr eine zweite Schicht 19 hergestellt wird, die aus loser, das heißt riesel- oder schüttfähigem Aggregat 21 besteht, welches nicht in einen Geotextil-Sack 11 zuvor eingefüllt wurde.
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Dabei kann aus 4 entnommen werden, dass beispielsweise durch die Bohrung angefallenes Bodenmaterial im Originalzustand als nächste Schicht in das Bohrloch 3 befüllt wird, oder dass alternativ oder zusätzlich auch vom Zwangsmischer 4 verbessertes Bodenmaterial gemäß den Pfeildarstellung 6 in das Bohrloch als nächste Schicht gegeben wird.
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Die Höhe der Schicht sowie die Wahl des Materials wird bevorzugt ebenfalls wieder durch den Gutachter festgelegt.
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Durch das erwähnte Stampfwerkzeug 27 wird ebenfalls eine Verdichtung vorgenommen, so dass die zwischenzeitlich sich ergebende Befüllhöhe (wie in 4 gezeigt ist) durch den Verdichtungsvorgang unter Verwendung des Stampfwerkzeuges auf die in 5 gezeigte erniedrigte Befüllhöhe abgesenkt wird.
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Auch durch diesen Verdichtungsvorgang kann das lose Material in der Schicht 19 so verdichtet werden, dass auch hier umlaufende Materialwülste 15 entstehen, die sich in die an sich eher säulenförmige Wandung 17 im Erdreich 1 radial nach außen eindrücken, wie dies anhand von 5 im Querschnitt zu ersehen ist.
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Obgleich also die erwähnte zweite Schicht 19 nur unter Verwendung von loser Material gebildet ist könnte auch umgekehrt die erste Schicht 9 nur unter Verwendung von loser Material ausgebildet sein, und die darauf befindliche zweite Schicht 19 beispielsweise unter abgefüllten Geotextil-Säcken 11 gebildet sein.
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Als dritte Schicht wird nunmehr wiederum bevorzugt eine Schicht 9 unter Verwendung eines entsprechend befüllten Geotextil-Sackes 11 in die säulenartige Ausnehmung 3 geworfen und dann wiederum unter Verwendung eines Stampfwerkzeuges verdichtet. Darauf folgt wiederum bevorzugt eine Schicht 19 aus loser schüttfähigem Aggregat und so weiter, so dass sich abwechselnd Schichten ergeben unter Verwendung eines befüllten Geotextil-Sackes 11 und einer nachfolgenden losen Schicht ohne Verwendung eines Geotextil-Sackes 11. Diese Abfolge ist besonders gut anhand von 6 zu ersehen.
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Dieser abfolgende Wechsel der unterschiedlichen ersten und zweiten Schichten 9, 19 unter Verwendung von loser Material und unter Verwendung von befülltem Geotextil-Säcken 11 wird so oft vorgenommen, bis die gesamte Höhe oder zumindest näherungsweise die gesamte Höhe des Bohrloches 3 befüllt ist (wie in 6 dargestellt ist), wobei 6 das Ergebnis darstellt, wenn fertig verdichtetes loses Material in verbessertem oder originalem Zustand bearbeitet worden ist, und die einzel verdichteten Schichten 9 beispielsweise befüllte Geotextil-Säcke 11 umfassen. Mit anderen Worten besteht der Unterschied bei Verwendung von Säcken zu den losen Bahnen im wesentlichen darin, dass ein Geotextil-Sack 11 eine durchgängige Gewebetextil-Bahn darstellt, die eine Schicht 9 oben- und unterliegend begrenzt, wohingegen ansonsten eine lose obere oder zu jeder Schicht eine untere Geotextil-Bahn 11' vorgesehen wäre, wie vom Grundsatz her aus den in 6 dargestellten (beiden Varianten) zu ersehen ist.
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Grundsätzlich wird angemerkt, dass beispielsweise auch zwei oder mehrere Schichten gleichzeitig eingebracht und gemeinsam verdichtet werden können. So wäre es beispielsweise durchaus denkbar, ausgehend von der Darstellung gemäß 3, zunächst eine lose Schicht 19 (wie in 4 dargestellt ist) in das Bohrloch 3 einzufüllen und darauf aufliegend vor einer Verdichtung der losen Schicht 19 bereits eine nächste Schicht 9 in Form eines mit entsprechenden Materials befüllten Geotextil-Sackes 11 einzufüllen. Anschließend könnten dann mit einem Stampfwerkzeug beide noch unverdichtete Schichten 9 und 19 gemeinsam verdichtet werden. Durch die unterschiedliche Ausbildung dieser beiden Schichten werden auch schichtbezogene Wülste erzeugt, die sich in dem Umfangsrand 17 des Bohrloches in das jeweilige Erdreich mit horizontalen Kräften einpressen.
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Die vorstehend erwähnten beiden gleichzeitig verdichteten Schichten 9 und 19 können auch in umgekehrter Reihenfolge nacheinander in das Bohrloch 3 eingefüllt und dann gemeinsam verdichtet werden.
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Schließlich wäre theoretisch auch möglich (vor allem dann, wenn ausreichend hohe Stampf- bzw. Presskräfte erzeugt werden können) beispielsweise drei Schichten gemeinsam zu befüllen, in dem beispielsweise von 4 ausgehend zunächst loses Schüttgut 19, dann ein befüllter Geotextil-Sack 11 als nächste Schicht 9, daraufhin wieder loses Schüttgut als dritte Schicht 19 und darauf nochmals ein befüllter Geotextil-Sack 11 als vierte Schicht 9 in das Bohrloch eingefüllt werden, um dann diese vier Schichten gemeinsam zu verdichten. In der Regel würden aber die ausreichenden Verdichtungs- und Presskräfte des Stampfwerkzeuges hierfür nicht ausreichen, so dass sich eine sugszessive Befüllung des Bohrloches mit den einzelnen Schichten 9 und 19 anbietet, die stets eingefüllt und verdichtet werden, wenn eine nächste Schicht in das Bohrloch 3 eingefüllt wird.
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Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel könnte natürlich auch umgekehrt mit einer losen Schicht 19 mit der Befüllung des säulenförmigen Bohrloches 3 begonnen werden, die zunächst verdichtet wird, und auf der dann aufliegend eine Geotextil-Sack-Schicht 11 eingefüllt und ebenfalls verdichtet wird. Als besonders günstig hat sich im Rahmen der Erfindung der Wechsel zwischen zwei unterschiedlichen Schichten erwiesen, nämlich unter Verwendung einmal eines Geotextil-Sackes 11 und unter Verwendung einer losen schüttfähigen Schicht.
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Schließlich könnte grundsätzlich auch auf die erwähnte Vorverdichtung des Bodens 7 in der Ausnehmung 3 verzichtet werden, da der Boden 7 in der Regel auch dann mit verdichtet wird, wenn die erste eingefüllte Schicht 9 oder 19 mittels des Stampfwerkzeuges verdichtet wird.
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Grundsätzlich kann jedes geeignete lose Aggregat, d. h. bevorzug schütt-, gieß- und/oder rieselfähige Aggregat, verwendet werden, und zwar als loses Aggregat 21 in der sogenannten zweiten Schicht 19 oder aber auch als abgepacktes Aggregat 13, wie es zuvor in Geotextil-Säcke 11 eingefüllt ist.
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Ein besonderer Vorteil im Rahmen der Erfindung wird ferner dadurch gewährleistet, wenn das Material, welches aus dem Boden 1 während der Erstellung des Bohrloches 3 herausgehoben wurde, wieder zur Verdichtung des Bodens und der Herstellung des Gründungspfahls verwendet wird.
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Dazu ist im Rahmen der Erfindung wie erwähnt vorgesehen, dass während der Herstellung des Bohrloches 3 (also der säulenartigen Ausnehmung 3) das hierbei anfallende Material vorzugsweise einem Zwangsmischer zugeführt wird. In diesem Zwangsmischer können dann zusätzlich dem ausgehobenen Bodenmaterial auch noch weitere geeignete, der Verfestigung der Gründungspfähle dienende Materialien beigemengt werden, nämlich sogenannte Zusatzstoffe. Diese Zusatzstoffe können beispielsweise Zement oder Kalk oder andere wasserbindende und/oder härtende Materialien und Medien und dergleichen umfassen. Das jeweilige Zugabematerial und das Mischungsverhältnis kann dabei durch einen fachgeologischen Gutachter festgelegt werden, wobei das Mischverhältnis individuell auf jede Art, Konsistenz und Festigkeit des vorliegenden Bodens anzupassen ist. Dadurch erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren als sehr umweltfreundlich, da kein Deponiematerial anfällt. Zudem erweist es sich auch deshalb als umweltfreundlich, da gleichzeitig hohe Entsorgungs- und Transportkosten eingespart werden können.
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Das so vermengte und verbesserte Material oder Aggregat kann dann in die Geotextil-Säcke 11 gefüllt werden.
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Bei den Geotextil-Säcken handelt es sich um ein textiles Material, das heißt ein textiles Gewebematerial, in der Regel aus Kunststoff (z. B. aus Polyamid). Derartige geotextile Gewebe werden beispielsweise auch beim Straßenbau eingesetzt. Dabei ist im Rahmen der Erfindung stets von Geotextil-Säcken 11 gesprochen worden. Formgestaltungen oder Ausgestaltungen dieser Säcke 11 sind beliebig. Es handelt sich also insoweit im Sinne der Erfindung lediglich um geotextile ”Behältnisse”, in denen ein entsprechendes Material abgefüllt werden kann. Die Säcke müssen gegebenenfalls nicht einmal verschlossen werden, bevor sie in das Bohrloch geworfen werden. Bevorzugt werden die Säcke allerdings nach dem Befüllen mit geeignetem Material verschlossen, da hierdurch eine bessere Verdichtungswirkung unter Verwendung des Stampfwerkzeuges erzielt wird.
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Mit entsprechenden Zusatzstoffen versehenes Aushubmaterial kann also zur Befüllung der Geotextil-Säcke 11 verwendet werden. Derartiges mit Zusatzstoffen versehenes Aushubmaterial kann aber vor allem auch aus dem erwähnten Zwangsmischer entnommen und als loses Aggregat 21 für die Zwischenschichten 19 verwendet werden, die zwischen zwei Schichten 9 aus Geotextil-Säcken 11 gebildet werden.
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Die Dimensionierung des jeweiligen in das Bohrloch 3 abgelassenen Geotextil-Sackes 11 sowie des darauf liegenden Materials kann ebenfalls in Abhängigkeit der örtlichen Gegebenheiten unter Berücksichtigung eines fachgeologischen Gutachters festgelegt werden.
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Durch die Verwendung der geotextilen Säcke 11 werden überraschende Vorteile realisiert. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei Belastung von Gründungspfählen, in der Regel durch vertikal (von oben nach unten) auf die Pfähle wirkenden Kräfte dazu führen, dass auch waagrechte (horizontale) Zugkräfte im Inneren des Gründungspfahls erzeugt werden. Dies würde an sich tendenziell dazu führen, dass sich der Pfahl unter der Last verformt und auf Grund der radial nach außen wirkenden Zugkräfte im Inneren des Pfahls Risse entstehen können. Diese senkrecht verlaufenden Risse würden letztlich zu einer starken Beeinträchtigung der Tragfähigkeit des Gründungspfahls führen.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Schichten unter Verwendung von Geotextil-Säcken wird gewährleistet, dass die entsprechenden waagrechten oder horizontalen Zugkräfte durch das Geotextil-Material mit aufgenommen werden können. Dies ergibt sich auch durch die Sandwich-Bauweise der Schichten unter Verwendung von geotextilen Säcken, wobei unabhängig von der Abfolge der verschiedenen Schichten sichergestellt wird, dass die auftretenden Zugkräfte durch das Textil aufgenommen werden können. Der so hergestellte Pfahl hat somit den wesentlichen Vorteil, dass sich die Scherparameter um ein Vielfaches verbessern und sich somit die Tragfähigkeit entscheidend erhöht.
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Wie bereits ausgeführt, lassen sich vergleichbare Ergebnisse aber auch dann erzielen, wenn zwischen einzelnen Schichten aus verdichtetem losen Material im verbesserten oder originalen Zustand lediglich geotextile Materialien, d. h. geotextile Bahnen oder Schichten 11, als sich quer zur Längsrichtung des Bohrloches erstreckende oder verlaufende Schichten zwischengefügt sind, die auch dazu beitragen, dass während des Verdichtungsvorganges das Material stärker in Radialrichtung in die Außenwandung des Bohrloches gepresst wird, so dass sich hier wulstförmige Vorsprünge 31 ergeben, wie dies aus den erläuterten Zeichnungen zu ersehen ist.
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Anhand von 7a, 7b und 7c ist in schematischer Seitenansicht und in 8a, 8b und 8c in schematischer Unteransicht jeweils ein Beispiel für ein mögliches Stampfwerkzeug 27 gezeigt, wie es im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann.
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Dabei ist schon anhand der 3 und 5 angedeutet, dass das Stampfwerkzeug beispielsweise eine Zylinderform aufweisen kann (aber nicht muss), also beispielsweise eine kreisrunde unten liegende Stampffläche 27a aufweist. Der Durchmesser des so gebildeten Stampfwerkzeuges 27 kann dabei nur einen Bruchteil des Durchmessers der säulenartigen Ausnehmung 3 aufweisen. Bei den geschilderten Varianten gemäß 3 und 5 kann der Durchmesser des Stampfwerkzeuges 27 so bemessen sein, dass er weniger als 80%, das heißt insbesondere weniger als 70%, 60%, 50% oder sogar weniger als 40% des Durchmessers der säulenartigen Ausnehmung 3 aufweist. In diesem Falle würde während des Verdichtungsvorganges das in 9a gezeigte schmale Stampfwerkzeug 27 stets angehoben und abgesenkt (fallengelassen) werden, und dabei beispielsweise umlaufend in der säulenartigen Ausnehmung 3 herumgeführt werden, wie dies in der schematischen Draufsicht gemäß 9b zu ersehen ist. Dort sind die jeweiligen Abdrücke 27b der kreisförmigen unten liegenden Stampffläche 27a eingezeichnet, zusammen mit einer Pfeildarstellung 31, um zu zeigen, wie das Stampfwerkzeug 27 in der Ausnehmung 3 umlaufend fortbewegt und mehrfach angehoben und abgesenkt wird, um die jeweils gesamte Schicht 9 oder 19 Druck zu beaufschlagen und zu verdichten.
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Abweichend dazu kann aber auch ein Stampfwerkzeug verwendet werden, das einen Durchmesser und damit eine unten liegende Stampffläche 27a aufweist, die an den Durchmesser des Bohrloches 3 angepasst ist, eventuell nur einen um einige wenige Prozent kleineren Außendurchmesser aufweist, um möglichst reibungsfrei in dem Bohrloch 3 angehoben und abgesenkt werden zu können.
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Dabei ist in 10a ein Vertikalschnitt durch das Bohrloch 3 und in 10b ein Querschnitt durch das im Verhältnis groß bemessene Stampfwerkzeug gezeigt, dessen Durchmesser fast dem Innendurchmesser des Bohrloches 3 entspricht. Gemäß 10b verbleibt hier also ein geringer Abstand 37 zwischen Innendurchmesser des Bohrloches und dem Außenumfang des Stampfwerkzeuges 27. Gleichwohl wird aber auch dieses Stampfwerkzeug bevorzugt entsprechend einer Kreisbewegung 31 leicht kreisend während der Aufeinanderfolge von Abheben und Absenken bewegt, um eine besonders gute Verdichtung des Materials im Bohrloch zu gewährleisten.
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Grundsätzlich kann aber jedes geeignete Stampfwerkzeug verwendet werden, beispielsweise auch eines, welches hydraulisch angetrieben wird, mit anderen Worten also nicht durch Fallenlassen und durch Erzeugen von Beschleunigungskräften entsprechend der Erdgravitation in eine Stampfbewegung umgesetzt wird.
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Diese Gründungspfähle werden nicht einzeln angeordnet, sondern immer mehrere, in bestimmten Rastern. Nach einem Baugrundgutachten kann der zuständige fachgeologische Gutachter mit Hilfe von Berechnungen die einzelnen Abstände der Raster festlegen. Der Vorteil bei der hier vorliegenden Erfindung ist es, dass bei einer wesentlich höheren Tragfähigkeit, im Gegensatz zu den bisherigen Erfindungen, die Abstände in dem Raster erhöht werden können. Alternativ kann auch eine höhere Last des Bauwerks bei gleichem Raster angesetzt werden. Dies ermöglicht ein kostengünstigeres Bauen auf schlechtem Boden.
