DE102010040332B4

DE102010040332B4 - Gründungselement

Info

Publication number: DE102010040332B4
Application number: DE102010040332.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Kirsch; Nikolaus Schneider
Original assignee: GUD GEOTECHNIK und DYNAMIK DEUTSCHLAND GmbH
Current assignee: GUD GEOTECHNIK und DYNAMIK DEUTSCHLAND GmbH
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2030-09-08
Also published as: DE102010040332A1

Abstract

Gründungselement (1), insbesondere für Windkraftanlagen, mit
Primärpfählen (10) und in ihrer Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu den Primärpfählen (10) verlaufenden Sekundärpfählen (20), wobei
die Primärpfähle (10) jeweils wenigstens ein in ihrer Längserstreckungsrichtung verlaufendes Zugelement (30) aufweisen, mittels dessen sie mit einer sich stirnseitig von den Pfählen (10, 20) erstreckenden Bodenplatte (40) in ihrer Längserstreckungsrichtung verspannt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Primärpfähle (10) und die Sekundärpfähle (20) einen Ring, insbesondere einen Kreisring, bildend angeordnet sind, und
die Primärpfähle (10) und die Sekundärpfähle (20) im Wechsel so angeordnet sind, dass an einen Primärpfahl (10) zwei Sekundärpfähle (20) angrenzen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gründungselement, insbesondere ein Gründungselement für Windkraftanlagen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Anspruch 9, und ein Verfahren zum Herstellen der Gründungelemente gemäß Anspruch 11.
Stand der Technik
Gründungen dienen im Bauwesen als Basis bzw. Fundierung einer Baukonstruktion, z. B. einer Windkraftanlage. Um Windkraftanlagen sicher im Boden zu verankern, wird häufig eine Flachgründung verwendet. Dabei wird am Anlagenstandort auf einer Sauberkeitsschicht eine kreisförmige oder auch eine vier- oder mehreckige Fundamentplatte bewehrt, geschalt und dann mit Beton gegossen. Im Falle von kreisförmigen Fundamentplatten erreichen diese heute Durchmesser bis 30 Meter. Die Fundamentplatte nimmt die Lasten aus dem Eigengewicht der Windkraftanlage und die Windkräfte bzw. die daraus resultierenden Momente auf.
Die horizontal wirkenden Kräfte werden in der Bodenfuge zwischen Boden und Fundamentplatte durch Reibung aufgenommen. Die Vertikalkräfte werden durch Druckkräfte von der Fundamentplatte in den Boden eingeleitet.
Insgesamt sind die Anforderungen zur Gründung einer Windkraftanlage besonders hoch, da neben der statischen Aufnahme der Gewichts- und Windkräfte der Windkraftanlage auch das dynamische Verhalten der Windkraftanlage berücksichtigt werden muss. Die Gründung muss daher eine ausreichende Steifigkeit bzw. Dämpfung aufweisen, um zu verhindern, dass sich das Gesamtsystem aus Windkraftanlage und Gründung hoch schwingen kann und zum Beispiel im Bereich seiner Resonanzfrequenz unzulässig hohe Schwingungsbewegungen ausführt.
Insgesamt geht der Trend zu zunehmend größer werdenden Windkraftanlagen. Schon derzeit sind Windkraftanlagen mit einer Leistung größer als 5 MW und einer Höhe der Rotor Drehachse von über 100 Metern mit einer entsprechenden Turmhöhe im Betrieb. Mit zunehmender Leistungsfähigkeit der Windkraftanlagen werden auch deren Abmessungen und zwangsweise auch die Fundamentkonstruktionen größer. Der Materialbedarf an Stahlbeton für die Fundamentplatte steigt dabei überproportional an und die Kosten für die Gründung werden im Verhältnis zu den Gesamtkosten der Windkraftanlage immer größer.
Ferner stellt sich bei geotechnischen Untersuchungen im Rahmen der Planung von Windkraftanlagen oft heraus, dass die geotechnischen Eigenschaften des Bodens am Standort für die Windkraftanlage nicht zur Aufnahme der erforderlichen Lasten geeignet sind. In diesem Fall kann dann der Baugrund durch Baugrundverbesserungsmaßnahmen, zum Beispiel durch Bodenaustausch, verbessert werden. Eine andere technische Maßnahme ist es, die Lasten aus dem Fundament durch Tiefgründungsmaßnahmen in solche Bodenschichten zu führen, die für die Aufnahme der Lasten geeignet sind. Zeigt sich zum Beispiel aus der Baugrunduntersuchung, dass torfhaltige Schichten im Bereich der Fundamentplatte vorliegen, so wäre mit zeitabhängigen Verformungen unter der dynamischen Wechsellast der Windkraftanlage zu rechnen, so dass dann Baugrundverbesserungen oder Tiefgründungen erforderlich sind. Ähnlich verhält es sich, wenn locker gelagerte Sande vorliegen, die sich dann unter der zyklischen Last der Windkraftanlage verdichten würden.
Ferner offenbart die JP 10-037213 A ein Gründungselement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gründungselement, insbesondere für Windkraftanlagen, zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, hohe Belastungen und insbesondere auch dynamische Belastungen auch bei ungünstigen Baugrundverhältnissen bei geringem Materialeinsatz für die Gründung sicher und anhaltend aufzunehmen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Gründungselement, insbesondere für Windkraftanlagen, und ein Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Gründungselement, insbesondere für Windkraftanlagen, weist Primärpfähle und in ihrer Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu den Primärpfählen verlaufende Sekundärpfähle auf, wobei die Primärpfähle jeweils wenigstens ein in ihrer Längserstreckungsrichtung verlaufendes Zugelement aufweisen, mittels dessen sie mit einer sich stirnseitig von den Pfählen erstreckenden Bodenplatte in ihrer Längserstreckungsrichtung verspannt sind.
Im Boden werden somit erste Pfähle, hier Primärpfähle genannt, und zweite Pfähle, hier Sekundärpfähle genannt, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufend angeordnet. Stirnseitig von den Pfählen, d. h. von den Primärpfählen und den Sekundärpfählen, ist die Bodenplatte angeordnet. Die Bodenplatte liegt dabei wenigstens auf einigen der Pfähle durch sein Eigengewicht oder auch angedrückt durch eine Nutzlast, wie zum Beispiel eine Windkraftanlage, auf. Ein Abheben der Bodenplatte von den Pfählen wird verhindert, besonders dadurch dass die Bodenplatte mittels des an den Primärpfählen vorgesehenen, bevorzugt jeweils einen Zugelements pro Primärpfahl mit den Primärpfählen verspannt ist. Durch die Verspannung der Bodenplatte mit den Primärpfählen mittels der Zugelemente wird die Bodenplatte zu den Sekundärpfählen, auf denen er aufliegt, hingezogen. Ist an der Bodenplatte ein Turm bzw. Mast einer Windkraftanlage befestigt, der durch Windkräfte belastet, ein Biegemoment in die Bodenplatte einleitet, so wird durch die Verspannung erreicht, dass die Bodenplatte immer mit einer definierten Minimalkraft auf den Sekundärpfählen, die die Bodenplatte tragen, aufliegt. Ein Abheben der Bodenplatte von den Sekundärpfählen wird ebenso verhindert, wie ein Losrütteln des unter der Bodenplatte sich befindenden Bodens unter den aus der Windkraft resultierenden Lastwechseln. Die Bodenplatte, also das Fundament, ist durch die Primärpfähle und gegebenenfalls auch die Sekundärpfähle gegen den Ring aus überschnittenen Primär- und Sekundärpfählen vorgespannt. Gestützt wird die Bodenplatte dabei von der unterirdischen Bohrpfahlwand bestehend aus Primär- und Sekundärpfählen. Damit können die Abmessungen der Bodenplatte bzw. der Fundamentplatte deutlich reduziert werden. Dabei werden die Beanspruchungen aus der Windbeaufschlagung durch ein vertikales Kräftepaar aufgenommen. Ein ganz wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gründungselements besteht in der Möglichkeit, dass die Vorspannkraft, mit der das Zugelement vorgespannt ist, eingestellt werden kann. Ist die Vorspannkraft größer als die abhebenden Kräfte an der Bodenplatte, die aus der Windbeanspruchung resultieren, dann unterliegen die vorgespannten Primärpfähle einer stark reduzierten zyklischen Belastung. Daher muss das Tragverhalten der Elemente, die die Last in den Baugrund einleiten, nur in geringem Umfang gemindert werden.
Bei konventionellen Konstruktionen des Standes der Technik, zum Beispiel Fundamenten, die mit Litzenankern vertikal vorgespannt werden, wird das Fundament mittels der Lizenanker gegen den vorhandenen Baugrund vorgespannt. Der Baugrund unterhalb des Fundaments dient dabei als Widerlager für die Vorspannung. Bei der vorliegenden Erfindung hingegen werden die Primärpfähle gegen die Bodenplatte vorgespannt. Der Boden unter der Bodenplatte wird durch diese Vorspannung nicht belastet.
Gemäß der Erfindung sind die Primärpfähle und die Sekundärpfähle einen Ring, besonders bevorzugt einen Kreisring, bildend angeordnet. Durch die Anordnung der Pfähle, insbesondere in Kreisringform, können Momente, die durch die Windkraftanlage in die Gründung eingebracht werden, in den verschiedensten Richtungen gleich gut aufgenommen werden. Eine bevorzugte Belastungsrichtung der Bodenplatte wird dadurch vermieden. Ferner können sich die Primärpfähle und Sekundärpfähle auf diese Weise sehr gut gegeneinander abstützen, was zu einem besonders stabilen Pfahlverbund führt. Hierzu trägt auch bei, dass ein Verschieben der Pfähle gegeneinander durch die dabei auftretende Reibung der Pfähle gegeneinander in Folge der vorgespannten Pfähle und der erzeugten Querdehnung erschwert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Primärpfähle und die Sekundärpfähle im Wechsel so angeordnet, dass an einem Primärpfahl zwei Sekundärpfähle angrenzen. Durch diesen Aufbau werden die durch die Verspannung der Primärpfähle entstehenden Druckkräfte symmetrisch auf die neben den Primärpfählen angeordneten Sekundärpfähle verteilt. Dadurch ergibt sich eine besonders günstige Belastungssituation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen auch die Sekundärpfähle jeweils wenigstens ein in ihrer Längserstreckungsrichtung verlaufendes Zugelement auf, mittels dessen sie mit der Bodenplatte in ihrer Längserstreckungsrichtung verspannt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Primärpfähle durch die Zugelemente mit einer in der Längserstreckungsrichtung der Primärpfähle gerichteten Druckspannung in mindestens der Hälfte ihrer Länge beaufschlagt. Durch die Länge der Zugelemente kann eine ausreichende Elastizität der Vorspannung erzielt werden. Dabei kann sich der nicht im Primärpfahl eingegossene Teil des Zugelements dehnen und damit die Überdrückung definiert herstellen. Die Zugelemente sind bevorzugt als Stahlstangen mit Außengewinde oder mit definierten Verankerungselementen ausgeführt. Diese werden bevorzugt mit einer Verankerungslänge von ca. 5 Metern in den Primärpfählen verankert. Das Verbinden der Primärpfähle mit den Zugelementen geschieht bevorzugt dadurch, dass die Zugelemente mit Beton eingegossen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verlaufen die Zugelemente durch das Innere der Primärpfähle. Durch diese Anordnung ergibt sich eine besonders symmetrische Krafteinleitung der Zugkraft durch die Zugelemente in die Primärpfähle. Eine Biegebelastung in Folge der Zugkräfte durch die Zugelemente wird dadurch an den Primärpfählen vermieden. Es ist aber ebenso im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Zugelemente außen an den Primärpfählen verlaufen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Zugelemente Verankerungselemente zum Befestigen in den Primärpfählen auf. Diese sind beispielsweise als mit Beton vergießbare Rippen- oder Außengewindeabschnitte ausgeführt. Dadurch können die Zugelemente dauerhaft und zugfest in den Primärpfählen verankert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Zugelemente als Einstabanker mit Gewindeabschnitt oder Litzenanker mit Ankerkopf ausgeführt. Der Lizenanker ermöglicht gegenüber dem Einstabanker eine erhöhte Flexibilität. Der Einstabanker bietet den Vorteil, dass er sehr einfach mit einem Gewindeabschnitt zum Befestigen an der Bodenplatte zu versehen ist. Der Gewindeabschnitt bietet den Vorteil, dass mittels einer entsprechenden Mutter, die auf der Bodenplatte aufliegt, eine sehr einfache und genaue Einstellbarkeit der Zugkraft der Zugelemente möglich ist. Ferner ermöglicht das Verspannen mittels Gewindeabschnitt an den Zugelementen, die durch die Bodenplatte hindurchgeführt sind, auf dem dann entsprechende Muttern zum Verspannen aufliegen, eine Nachspannung oder Einstellung der Zugkraft im Gebrauch des Gründungselements.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Primärpfähle und/oder die Sekundärpfähle mit einer Bewehrung versehen. Besonders bevorzugt werden die Sekundärpfähle im Kopfbereich oder bevorzugt auf ihrer gesamten Länge mit einer Bewehrung versehen. Dabei wird der Bewehrungsüberstand bevorzugt so gewählt, dass die Bewehrung der Sekundärpfähle in die Bodenplatte verläuft und dadurch mit dem Beton im Bereich der Bodenplatte vergossen wird. Dadurch bilden die vorgespannten Zugelemente, die die Primärpfähle ab ihrer Verankerung in den Primärpfählen quasi überbrücken, und die Sekundärpfähle, die im Kopfbereich oder auf ihrer ganzen Länge bewehrt sind, eine Einheit mit der darüber hergestellten Bodenplatte für die Aufnahme der Lasten aus der Windkraftanlage. Bevorzugt werden die Zugelemente, die in die Primärpfähle eingebracht sind, im Bereich oberhalb ihrer Verankerung in den Primärpfählen mit einem Wellrohr versehen, so dass sich der Teil der Zugelemente außerhalb der Verankerung in den jeweiligen Primärpfählen leichter verschieben kann und dadurch eine definierte Trennung zwischen dem Krafteinleitungsbereich in dem jeweiligen Primärpfahl und dem Vorspannbereich entsteht.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Primärpfähle einen im Wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt und die Sekundärpfähle einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt oder die Primärpfähle einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und die Sekundärpfähle einen im Wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Besonders bevorzugt weisen die Primärpfähle dabei eine Auskehlung auf und die Sekundärpfähle liegen im Bereich der Auskehlung an den Primärpfählen an. Dazu weist die Auskehlung an den Primärpfählen bevorzugt einen inneren Krümmungsradius auf, der dem Außenkrümmungsradius der Sekundärpfähle entspricht. Dadurch ist es möglich, die Sekundärpfähle so mit den Primärpfählen zu verschachteln, dass sich eine besonders stabile Reihe aus Primärpfählen und Sekundärpfählen ergibt. Ein Herauskippen einzelner Primärpfähle oder Sekundärpfähle aus der Reihe von Primärpfählen und Sekundärpfählen wird dabei dadurch verhindert, dass die Sekundärpfähle in der Auskehlung an den Primärpfählen an den Primärpfählen anliegen. Es ist ebenso im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Sekundärpfähle die Auskehlung aufweisen und Primärpfähle mit einem kreisförmigen Querschnitt im Bereich der Auskehlung der Sekundärpfähle an den Sekundärpfählen anliegen. Durch diese Pfahlanordnung wird bevorzugt ein Ring aus Primärpfählen und Sekundärpfählen im Wechsel hergestellt, der eine besonders hohe Steifigkeit erreicht.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Gründungselement, insbesondere für Windkraftanlagen, weist Primärpfähle und in ihrer Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu den Primärpfählen verlaufende Sekundärpfähle und einen sich stirnseitig von den Pfählen erstreckenden Bodenplatte auf, wobei die Primärpfähle und die Sekundärpfähle mittels einer Kopfbolzenverdübelung aneinander befestigt sind und kraftschlüssig mit der Bodenplatte verbunden sind. In diesem Fall wird das gemeinsame Tragverhalten zwischen den Primärpfählen, den Sekundärpfählen und der Bodenplatte durch die Kopfbolzenverdübelung, die eine Schubkraftverdübelung darstellt, der Primär- und Sekundärpfähle erreicht. Die Primärpfähle und die Sekundärpfähle werden dabei kraftschlüssig in die Bodenplatte eingebunden. Der Schubkraftverbund ist dabei so konstruiert, dass die nebeneinander stehenden Primär- und Sekundärpfähle sich nicht gegenseitig verschieben können und damit das System wie ein großer Ring trägt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Primärpfähle und bevorzugt auch die Sekundärpfähle Leerrohre zur Anbringung der Kopfbolzenverdübelung auf. Die Leerrohre ermöglichen es dabei, dass zunächst die Primärpfähle gegossen werden können und anschließend nach dem Aushärten der Primärpfähle die Kopfbolzenverdübelung leicht angebracht werden kann. Dadurch kann der Aufwand an Bohrarbeiten, die am ausgehärteten Beton durchzuführen sind, gering gehalten werden. Die Herstellungskosten für die Kopfbolzenverdübelung und damit für das Gründungselement insgesamt lassen sich durch diese Maßnahme senken.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Gründungselementes weist folgende Verfahrensschritte auf: Herstellen von ersten Löchern in einem Baugrund; Einbringen von den Primärpfählen in die ersten Löcher; Herstellen von zweiten Löchern in dem Baugrund; Einbringen von den Sekundärpfählen in die zweiten Löcher; Positionieren der Bodenplatte, so dass sie sich stirnseitig von den Pfählen erstreckt; Verbinden der Primär- und Sekundärpfähle mit der Bodenplatte mittels der Bewehrung oder zusätzlichen Zugelementen.
Das Einbringen der Primärpfähle und der Sekundärpfähle in die Löcher wird erfindungsgemäß besonders bevorzugt durch Gießen von Beton in die ersten Löcher bzw. zweiten Löcher durchgeführt, wobei bevorzugt für die Primärpfähle und besonders bevorzugt für die Sekundärpfähle eine Armierung vor dem Betongießen in den Löchern vorgesehen wird. Nach dem Herstellen und Aushärten der Pfähle wird die Bodenplatte stirnseitig von den Pfählen angeordnet und anschließend mittels der Bewehrung oder der Zugelemente mit den Primärpfählen verspannt. Es liegt ebenso im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Primärpfähle und Sekundärpfähle im Wechsel in entsprechende Löcher eingebracht werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird beim Herstellen der zweiten Löcher, d. h. der Löcher in die später die Sekundärpfähle eingefügt werden, Material von den Primärpfählen so abgetragen, dass die Auskehlungen an den Primärpfählen erzeugt werden. Dafür ist es vorteilhaft, dass die Primärpfähle armierungsfrei sind. Das Herstellen der zweiten Löcher mit dem Abtragen von Material von den Primärpfählen kann so durchgeführt werden, dass mittels eines entsprechenden leistungsfähigen Bohrers die zweiten Löcher gebohrt werden und dabei dann gleichzeitig das Material von den Primärpfählen abgetragen wird. In die so hergestellten zweiten Löcher können dann, zum Beispiel auch nach dem Einfügen von Metallarmierungsmaterial, die zweiten Pfähle gegossen werden. Der Beton der zweiten Pfähle kommt dadurch zum direkten Anliegen an der Auskehlung von dem an den zu gießenden Sekundärpfahl angrenzenden Primärpfahl. Dadurch ergibt sich eine besonders feste Verbindung von Sekundärpfahl und Primärpfahl, insbesondere im Bereich der Auskehlung. Wird das Gründungselement auf diese Weise hergestellt, wirken die nebeneinander angeordneten Pfähle wie ein großer, durchgehender Ring. Dadurch wird eine besonders große Festigkeit des Rings aus Primärpfählen und Sekundärpfählen erzeugt. Das Abtragen von Material von den Primärpfählen bei der Herstellung der zweiten Löcher erfolgt besonders bevorzugt durch Schneiden oder durch Bohren.
Als Material für die Primärpfähle und die Sekundärpfähle können je nach Anforderungsprofil und Gegebenheiten verschiedene Materialien eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden die Primärpfähle aus Beton und die Sekundärpfähle aus Stahlbeton hergestellt. Bevorzugt kann auch Spannbeton oder Stahlfaserbeton für die Pfähle verwendet werden. Die Verwendung von Beton für die Primärpfähle bietet den Vorteil, dass bei der Herstellung der zweiten Löcher für die Sekundärpfähle leichter Material von den Primärpfählen abgetragen werden kann, um die Auskehlung herzustellen. Die Verwendung von Stahlbeton für die Sekundärpfähle bietet eine maximale Festigkeit zur Aufnahme der Lasten der Windkraftanlage. Die Bodenplatte wird besonders bevorzugt ebenfalls aus Stahlbeton hergestellt, wobei beim Gießen der Bodenplatte bevorzugt wenigstens aus den Sekundärpfählen herausstehende Armierungen in den Beton der Bodenplatte mit eingegossen werden. Dadurch ergibt sich eine kraftschlüssige Verbindung der Sekundärpfähle mit der Bodenplatte. Erfindungsgemäß können jedoch auch Armierungen der Primärpfähle in den Stahlbeton der Bodenplatte miteingebunden werden. Im Falle der Primärpfähle erfolgt zusätzlich die Verspannung mit der Bodenplatte mittels der Zugelemente.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Primärpfähle und die Sekundärpfähle in Folge der beschriebenen Herstellungsfolge mittels einer Kopfbolzenverdübelung aneinander befestigt. Dadurch wird verhindert, dass die nebeneinander stehenden Primärpfähle und Sekundärpfähle sich gegeneinander verschieben können, was die Festigkeit des Verbundes aus Primärpfählen und Sekundärpfählen erhöht. Es können dabei sowohl jeweils ein hergestellter Primärpfahl und ein benachbart hergestellter Sekundärpfahl miteinander verbunden werden, als auch nach dem Herstellen aller Primärpfähle und Sekundärpfähle in den ersten und zweiten Löchern die Primärpfähle mit den benachbarten Sekundärpfählen durch jeweils eine Kopfbolzenverdübelung aneinander befestigt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnungen näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gründungselements gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Gründungselements aus 1; und
3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kopfbolzenverdübelung eines erfindungsgemäßen Gründungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gründungselements 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Von dem erfindungsgemäßen Gründungselement 1 ist eine Bodenplatte 40 oben im Bild dargestellt, von dem sich im Bild links rechteckförmig nach unten ein Primärpfahl 10 und im Bild rechts nach unten ein Sekundärpfahl 20, ebenfalls als Rechteck dargestellt, erstrecken. Dazu sind in den Baugrund 2 für den Primärpfahl 10 ein erstes Loch 11 und für den Sekundärpfahl 20 ein zweites Loch 21 eingebracht. Durch den Primärpfahl 10 erstreckt sich ein Zugelement 30, das mittels eines im Bild unten dargestellten Verankerungselements 32 durch Vergießen in den Beton des Primärpfahls 10 befestigt ist. Das Zugelement 30 ist von dort, wo es aus dem Primärpfahl 10 nach oben austritt, durch die Bodenplatte 40 durchgeführt. Es läuft nach oben hin mit einem Gewindeabschnitt 34 aus der Bodenplatte 40 aus, wo es dann mittels einer Mutter 50 mit der Bodenplatte 40 verspannt ist. Der dargestellte Sekundärpfahl 20 ist dadurch, dass seine Armierung in der Bodenplatte 40 mit eingegossen ist, fest und kraftschlüssig mit der Bodenplatte 40 verbunden. Die Bodenplatte 40 liegt direkt auf dem Sekundärpfahl 20 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die Primärpfähle 10 tief, d. h. hier 13 Meter, in den Baugrund 2 hinein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Sekundärpfähle 20 kürzer als die Primärpfähle 10 gestaltet und weisen lediglich eine Länge von 8 Metern auf. Das so gestaltete Gründungselement 1 ermöglicht es, dass auf ihm Bauwerke jeglicher Art, insbesondere Windkraftanlagen, sehr kippstabil angeordnet werden können. Die tief in den Baugrund 2 reichenden Primärpfähle 10 ermöglichen dabei die Aufnahme sehr großer Zugkräfte in Längsrichtung der Primärpfähle 10. Die Kräfte werden dabei durch die Stützung der Primärpfähle 10 über ihre große Länge im Baugrund 2 abgegeben. Das Zugelement 30 trägt dazu bei, dass ein Brechen des Primärpfahls 10 verhindert wird. Da die Primärpfähle 10 durch die jeweiligen Zugelemente 30 in Längsrichtung verspannt sind, kann bei den Primärpfählen 10 auf eine weitere Stahlarmierung verzichtet werden. Das Aufnehmen der Druckkräfte der Bodenplatte 40, insbesondere durch die Auflagekräfte eines Bauwerks auf der Bodenplatte 40, erfolgt hauptsächlich durch die Primärpfähle 10 und Sekundärpfähle 20, auf denen die Bodenplatte 40 direkt aufliegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Sekundärpfähle 20 eine Bewehrung 22 aus Stahl auf.
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Gründungselements 1 aus 1. In der Querschnittsdarstellung von 2 ist gut zu erkennen, dass Primärpfähle 10 und Sekundärpfähle 20 bei diesem Ausführungsbeispiel im Wechsel in Kreisringform angeordnet sind. Die Kreisringform ermöglicht eine sehr gute symmetrische Abstützung von bei Windkraftanlagen in unterschiedlichen Richtungen auftretenden Kräften. Die Primärpfähle 10 wurden bei diesem Ausführungsbeispiel beim Bohren der Löcher für die Sekundärpfähle 20 teilweise mit weggebohrt, so dass an ihnen Auskehlungen 14 vorgesehen sind. In diese Löcher wurden die Sekundärpfähle 20 eingegossen, so dass diese flächig und unmittelbar an die Primärpfähle 10 angrenzen. Dadurch wird ein besonders stabiler Pfahlverbund erreicht, der sich ähnlich einem durchgehenden Ringquerschnitt verhält.
3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kopfbolzenverdübelung 60 eines erfindungsgemäßen Gründungselements 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dargestellt sind rechts ein Primärpfahl 10 und links ein Sekundärpfahl 20, die mittels einer Kopfbolzenverdübelung 60 miteinander verbunden sind. Dazu wird die Kopfbolzenverdübelung 60 sowohl im Primärpfahl 10 als auch im Sekundärpfahl 20 mittels Beton vergossen. Die Verbindung der beiden Pfähle 10, 20 wird durch Kraftübertragung im Beton zwischen den Kopfbolzen 60 erreicht. Die dargestellte Kopfbolzenverdübelung 60 erstreckt sich längs der beiden Pfähle 10, 20, d. h. in die Bildebene von 3 hinein. Für den Einbau der Kopfbolzenverdübelung 60 können Leerrohre 65 vorgesehen werden, von denen eins im Sekundärpfahl 20 dargestellt ist. Leerrohre 65 ermöglichen einen Einbau der Kopfbolzenverdübelung 60 vor dem Betonieren im Schutz der Leerrohre 65. Die Leerrohre 65 werden beim Bohren der Sekundärpfähle 20 mit einem Bohrwerkzeug aufgeschnitten.
Bezugszeichenliste

1: Gründungselement
2: Baugrund
10: Primärpfahl
11: erstes Loch
14: Auskehlung
20: Sekundärpfahl
21: zweites Loch
22: Bewehrung der Sekundärpfähle
30: Zugelement
32: Verankerungselement
34: Gewindeabschnitt
40: Bodenplatte
50: Mutter
60: Kopfbolzenverdübelung
65: Leerrohr

Claims

Gründungselement (1), insbesondere für Windkraftanlagen, mit Primärpfählen (10) und in ihrer Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu den Primärpfählen (10) verlaufenden Sekundärpfählen (20), wobei die Primärpfähle (10) jeweils wenigstens ein in ihrer Längserstreckungsrichtung verlaufendes Zugelement (30) aufweisen, mittels dessen sie mit einer sich stirnseitig von den Pfählen (10, 20) erstreckenden Bodenplatte (40) in ihrer Längserstreckungsrichtung verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpfähle (10) und die Sekundärpfähle (20) einen Ring, insbesondere einen Kreisring, bildend angeordnet sind, und die Primärpfähle (10) und die Sekundärpfähle (20) im Wechsel so angeordnet sind, dass an einen Primärpfahl (10) zwei Sekundärpfähle (20) angrenzen.
Gründungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zugelemente (30) die Primärpfähle (10) mit einer in der Längserstreckungsrichtung der Primärpfähle (10) gerichteten Druckspannung in mindestens der Hälfte ihrer Länge beaufschlagt werden.
Gründungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente (30) durch das Innere der Primärpfähle (10) verlaufen.
Gründungselement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente (30) Verankerungselemente (32) zum Befestigen an den Primärpfählen (10) aufweisen.
Gründungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente (30) als Einstabanker mit Gewindeabschnitt (34) oder Litzenanker mit Ankerkopf ausgeführt sind.
Gründungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpfähle (10) und/oder die Sekundärpfähle (20) bewehrt sind.
Gründungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpfähle (10) einen im Wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt und die Sekundärpfähle (20) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt oder die Primärpfähle (10) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und die Sekundärpfähle (20) einen im Wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen.
Gründungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpfähle (10) eine Auskehlung (14) aufweisen und die Sekundärpfähle (20) im Bereich der Auskehlung (14) an den Primärpfählen (10) anliegen oder die Sekundärpfähle (20) eine Auskehlung aufweisen und die Primärpfähle (10) im Bereich der Auskehlung an den Sekundärpfählen (20) anliegen.
Gründungselement (1), insbesondere für Windkraftanlagen, mit Primärpfählen (10) und in ihrer Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu den Primärpfählen (10) verlaufenden Sekundärpfählen (20), und einer sich stirnseitig von den Pfählen (10, 20) erstreckenden Bodenplatte (40), wobei die Primärpfähle (10) und die Sekundärpfähle (20) mittels einer Kopfbolzenverdübelung (60) aneinander befestigt sind und kraftschlüssig mit der Bodenplatte (40) verbunden sind.
Gründungselement (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpfähle (10) und/oder die Sekundärpfähle (20) Leerrohre (65) zur Anbringung der Kopfbolzenverdübelung (60) aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den Verfahrensschritten: (a) Herstellen von ersten Löchern (11) in einem Baugrund (2); (b) Einbringen von den Primärpfählen (10) in die ersten Löcher (11); (c) Herstellen von zweiten Löchern (21) in dem Baugrund (2); (d) Einbringen von den Sekundärpfählen (20) in die zweiten Löcher (21); (e) Positionieren der Bodenplatte (40), so dass sie sich stirnseitig von den Pfählen (10, 20) erstreckt; (f) Verbinden der Primärpfähle (10) und der Sekundärpfähle (20) mit der Bodenplatte (40) mittels der Bewehrung (22) oder zusätzlichen Zugelementen (30).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen der zweiten Löcher (21) Material von den Primärpfählen (10) so abgetragen wird, dass eine Auskehlung (14) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen der zweiten Löcher (21) Material durch Bohren oder Schneiden von den Primärpfählen (10) abgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Primärpfähle (10) in die ersten Löcher (11) und/oder das Einbringen der Sekundärpfähle (20) in die zweiten Löcher (21) als Einbringen von Beton, Stahlbeton, Spannbeton oder Stahlfaserbeton erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpfähle (10) und die Sekundärpfähle (20) nach ihrer Herstellung mittels einer Kopfbolzenverdübelung (60) aneinander befestigt werden.