DE10338171B4

DE10338171B4 - Verfahren zum Einbringen eines schlanken Bodenpfahls und nach diesem Verfahren hergestellter Bodenpfahl

Info

Publication number: DE10338171B4
Application number: DE2003138171
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Fritz
Original assignee: Keller Grundbau GmbH
Current assignee: Keller Grundbau GmbH
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: DE10338171A1; PL369389A1; CH697592B1

Abstract

Verfahren zum Einbringen eines schlanken Bodenpfahls 26) in den Boden, der ein Armierungsrohr (14) und eine Ummantelung des Armierungsrohres (14) aus einem bindemittelhaltigen Zugabematerial umfaßt, wobei das Armierungsrohr (14) unter Ausbringung von bindemittelhaltigem Zugabematerial aus Injektionsdüsen (18) in den Boden vorgetrieben wird und wobei das bindemittelhaltige Zugabematerial unter drehendem Antreiben des Armierungsrohres (14) mit mechanischen Mitteln in den Boden eingemischt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bindemittelhaltige Zugabematerial im Bereich der unteren Spitze des Armierungsrohres (14) ausgebracht wird, und
daß das Durchmischen des Bodens mit dem Zugabematerial mittels Rührschwertern (16, 17) in der Nähe der Spitze des Armierungsrohres (14) erfolgt und daß das Armierungsrohr (14) im Boden verbleibt, so daß ein Bodenpfahl mit einer Länge von mehr als 6 m, einem Armierungsrohr (14) mit einem Durchmesser vom 60-300 mm und einem Außendurchmesser der Ummantelung (22, 23, 24) von 400-1000 mm entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines schlanken Bodenpfahls in den Boden, der ein Armierungsrohr und eine Ummantelung des Armierungsrohres aus einem bindemittelhaltigen Zugabematerial umfaßt, wobei das Armierungsrohr unter Ausbringen von bindemittelhaltigem Zugabematerial aus Injektionsdüsen in den Boden vorgetrieben wird und wobei das bindemittelhaltige Zugabematerial unter drehendem Antreiben des Armierungsrohres mit mechanischen Mitteln in den Boden eingemischt wird.. Die Erfindung betrifft weiterhin einen nach diesem Verfahren hergestellten Bodenpfahl.
Ein Verfahren dieser Art ist zur Herstellung der sogenannten MESI-Pfähle der Anmelderin bekannt, bei dem aus Armierungsrohren, die einen als Ventilrohr ausgebildeten ersten unteren Abschnitt mit einer daran befestigten Spitze haben, über das Rohrinnere bindemittelhaltiges Zugabematerial ausgepreßt wird. Die Armierungsrohre können aus Einzelsegmenten zusammengeschraubt sein. Sie verbleiben nach dem Abbinden der Ummantelung im Boden. Die Armierungsrohre können mit einer Kopfplatte versehen sein, über die Lasten in den Pfahl eingeleitet werden können, die über diesen in eine tieferliegende tragfähige Bodenschicht abgetragen werden.
Um einen sicheren Lastabtrag in die tragfähige Bodenschicht zu erreichen, ist aufgrund des relativ geringen Durchmessers der Ummantelung eine große Einbindelänge des Pfahls in die tragfähige Bodenschicht erforderlich. Werden vom Pfahl Weichschichten mit niedriger Tragfähigkeit durchdrungen, wie z. B. Torfschichten, so ist aufgrund der großen Länge und des geringen Pfahldurchmessers die Gefahr des Knickens gegeben.
Aus der aus dem vorigen Jahrhundert stammenden DE PS 120 486 ist ein Verfahren zur Herstellung von Grundbau durch Einpressen von Zementbrei durch in den Boden eingedrehte gelochte Rohre bekannt. Hierbei erstrecken sich gleichmäßig verteilte Öffnungen über die ganze Länge des Rohres, das von einer unteren Spitze verschlossen sein kann. Auf der Oberfläche des Rohres sind Stacheln zum Durchfurchen des Bodens beim Eindrehen des Rohres angeordnet, durch die der Zementbrei mit dem Boden vermischt werden soll. Die verteilten Öffnungen stellen eine Schwächung des Rohres dar.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Bodenpfählen bereitzustellen, das Bodenpfähle mit erhöhter Tragfähigkeit erzeugt.
Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das bindemittelhaltige Zugabematerial im Bereich der unteren Spitze des Armierungsrohres ausgebracht wird und daß das Durchmischen des Bodens mit dem Zugabematerial mittels Rührschwertern in der Nähe der unteren Spitze des Armierungsrohres erfolgt, und daß das Armierungsrohr im Boden verbleibt, so daß ein Bodenpfahl mit einer Länge von mehr als 6 m, einem Armierungsrohr mit einem Durchmesser von 60-300 mm und einem Außendurchmesser der Ummantelung von 400-1000 mm entsteht. Hiermit kann bei im wesentlichen unveränderter Konstruktion des Armierungsrohres und des Injektionsdüsenabschnittes ein vergrößerter Durchmesser der Ummantelung erzielt werden. Bei nur geringfügiger Abwandlung des bekannten Verfahrens entstehen so Bodenpfähle erhöhter Tragfähigkeit, da der Pfahldurchmesser vergrößert und das Material der Ummantelung stärker homogenisiert ist.
In bevorzugter Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß im Bereich der Einbindung des Pfahlfußes der schlanken Pfähle in eine Bodenschicht erhöhter Tragfähigkeit die höhenbezogen ausgebrachte spezifische Zugabematerialmenge erhöht und/oder die Vortriebgeschwindigkeit des Armierungsrohres reduziert wird. Hiermit entsteht im Bereich der Einbindung eine Ummantelung mit erhöhtem Bindemittelanteil. Die Länge des Einbindungsbereichs innerhalb der tragfähigen Bodenschicht kann damit gegebenenfalls reduziert werden.
Nach einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß im Bereich der Durchdringung einer Weichschicht mit geringer Tragfähigkeit durch die schlanken Pfähle abschnittsweise die höhenbezogen ausgebrachte spezifische Zugabematerialmenge erhöht und/oder die Vortriebgeschwindigkeit des Armierungsrohres reduziert wird. Der hiermit hergestellte zylindrische Bereich erhöhter Festigkeit reduziert bzw. vermeidet die Knickgefahr im Bereich von Weichschichten.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß im Bereich der Einbindung des Pfahlfußes der schlanken Pfähle in eine Bodenschicht mit erhöhter Tragfähigkeit abschließend – insbesondere nach einem ersten Abbinden des Zugabematerials – eine Nachverpressung von Zugabematerial aus dem Armierungsrohr erfolgt. Hiermit wird im Einbindungsbereich ein Pfahlfuß mit vergrößertem Durchmesser geschaffen.
Als Zugabematerial wird vorzugsweise Zementsuspension verwendet.
Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren umfaßt die Erfindung einen Bodenpfahl, der aus einem Armierungsrohr und einer Ummantelung des Armierungsrohres aus einem bindemittelhaltigen Zugabematerial besteht, wobei das Material der Ummantelung aus mit dem Material des Bodens in einem zylindrischen Durchmischungsbereich mechanisch durchmischten Zugabematerial besteht, die sich dadurch auszeichnen, daß Injektionsdüsen ausschließlich im Bereich der unteren Spitze des Armierungsrohres vorgesehen sind und daß eine Rühranordnung ebenfalls in Form von Rührschwertern ausschließlich in der Nähe der unteren Spitze des Armierungsrohres angeordnet ist, daß der Bodenpfahl eine Länge von mehr als 6 m hat, einen Durchmesser des Armierungsrohrs von 60-300 mm hat und einen Außendurchmesser der Ummantelung von 400-1000 mm hat.
Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Ummantelung im Bereich der Einbindung des Pfahlfußes in eine Bodenschicht mit größerer Tragfähigkeit einen erhöhten Anteil an Zugabematerial umfaßt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß das Material der Ummantelung im Bereich einer Weichschicht mit geringer Tragfähigkeit abschnittsweise einen erhöhten Anteil an Zugabematerial hat.
Mittel zur Herstellung von Bodenpfählen der genannten Art bestehen somit aus einem schlanken Armierungsrohr mit einem Durchmesser von 60-300 mm, Rührschwertern im Bereich einer unteren Rohrspitze mit einem Durchmesser von 400-1000 mm und Düsenöffnungen und/oder Ventilöffnungen zum Ausbringen von Zugabematerial im Bereich der unteren Rohrspitze und/oder der Rührschwerter. Anstelle der genannten Rührschwerter kann auch ein Schraubengang oder gleichwertige mechanische Rührwerkzeuge an dem vorderen Ende des Armierungsrohres angeordnet sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt.
Hierin zeigt
1 einen Pfahl mit Mitteln zur verbesserten Krafteinleitung

a) in einer ersten Phase der Pfahlherstellung
b) in einer zweiten Phase der Pfahlherstellung
c) als fertigen Pfahl;

2 einen Pfahl nach 1c in abgewandelter Ausführung mit verstärkter Krafteinleitung;
3 einen Pfahl nach 1c in abgewandelter Ausführung mit Mitteln zur Reduzierung der Knickgefahr.
Die 1a bis c werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist eine Bodenoberfläche oder Geländeoberkante 11 gezeigt, unter der eine nicht tragfähige Bodenschicht 12 und darunter eine tragfähige Bodenschicht 13 liegt. In den Boden wird ein schlankes Armierungsrohr 14 mit einer vorderen bzw. unteren Spitze 15 eingetrieben. Nahe der Spitze 15 sind Rührschwerter 16, 17 angeordnet, von denen erstere größeren Durchmesser als die zweiten haben. Nahe der Spitze 15 sind Austrittsdüsen 18 im Rohr 14 vorgesehen, durch die Suspension über das Rohrinnere beim Niederbringen ausgebracht werden kann. Im Bereich der Rührschwerter 16, 17 sind Ventilöffnungen 19 im Rohr 14 vorgesehen, aus denen später Suspension nachverpreßt werden kann. Beim Eintreiben nach Darstellung a) wird das Rohr 14 drehend angetrieben, so daß ein zylindrischer Durchmischungsbereich 22 entsteht, in dem die Bodenschicht 12 mit der Suspension mechanisch durchmischt ist. In Darstellung b) ist dargestellt, daß beim Eintritt der Spitze 15 in die tragfähige Bodenschicht 13 die Eintreibgeschwindigkeit des Rohres 14 reduziert wird oder daß das Rohr 14 mehrfach vorgetrieben und zurückgezogen wird. Hierbei entsteht ein Einbindungsbereich 23 mit gegenüber dem Durchmischungsbereich 22 erhöhtem Anteil an in den Boden eingemischter Suspension. Hiermit ist eine verbesserte Krafteinleitung über den Pfahl in die tragfähige Bodenschicht 13 möglich. In Darstellung c) ist der fertige Pfahl 26 gezeigt, bei dem der zylindrische Einbindungsbereich 23 abschließend die Einbindetiefe te erhalten hat. Der Durchmesser D der zylindrischen Durchmischungsbereiche 22 und 23 ist hier ebenfalls bezeichnet. Der Anteil an Suspension im Einbindungsbereich 23 in der tragfähigen Bodenschicht 13 ist gegenüber dem Anteil im Durchmischungsbereich 22 in der Weichschicht 12 höher. Das Rohr 14, an dem eine Verbindungsmuffe 20 zur Verbindung einzelner Abschnitte und eine Kopfplatte 21 erkennbar ist, bleibt in die Zylinderbereiche 22 und 23 eingebunden und stellt einen integralen Teil des erfindungsgemäßen schlanken Pfahls dar.
In 2 ist ein ähnlicher fertiger Pfahl 26 wie in 1c dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Abweichend von 1c ist hierbei innerhalb der tragfähigen Bodenschicht 13 zur Vergrößerung des Pfahlfußes über den Durchmesser D hinaus eine Nachverpressung 25 aus den Ventilöffnungen 19 heraus erfolgt.
In 3 ist ein ähnlicher fertiger Pfahl 26 wie in 1c dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Abweichend von 1c ist hierbei innerhalb der wenig tragfähigen Bodenschicht 12 zur Reduzierung der Knickgefahr des Pfahls innerhalb der Weichschicht 12 ein zylindrischer Durchmischungsbereich 24 mit erhöhtem Bindemittelanteil erzeugt.

11: Bodenoberfläche
12: nicht tragfähige Bodenschicht
13: tragfähige Bodenschicht
14: Armierungsrohr
15: Rohrspitze
16: Rührschwert
17: Rührschwert
18: Injektionsdüse
19: Ventilöffnung
20: Muffe
21: Kopfplatte
22: Durchmischungsbereich (arm)
23: Einbindungsbereich (reich)
24: Durchmischungsbereich (reich)
25: Einbindungsbereich (nachverpreßt)
26: Bodenpfahl

Claims

Verfahren zum Einbringen eines schlanken Bodenpfahls 26) in den Boden, der ein Armierungsrohr (14) und eine Ummantelung des Armierungsrohres (14) aus einem bindemittelhaltigen Zugabematerial umfaßt, wobei das Armierungsrohr (14) unter Ausbringung von bindemittelhaltigem Zugabematerial aus Injektionsdüsen (18) in den Boden vorgetrieben wird und wobei das bindemittelhaltige Zugabematerial unter drehendem Antreiben des Armierungsrohres (14) mit mechanischen Mitteln in den Boden eingemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das bindemittelhaltige Zugabematerial im Bereich der unteren Spitze des Armierungsrohres (14) ausgebracht wird, und daß das Durchmischen des Bodens mit dem Zugabematerial mittels Rührschwertern (16, 17) in der Nähe der Spitze des Armierungsrohres (14) erfolgt und daß das Armierungsrohr (14) im Boden verbleibt, so daß ein Bodenpfahl mit einer Länge von mehr als 6 m, einem Armierungsrohr (14) mit einem Durchmesser vom 60-300 mm und einem Außendurchmesser der Ummantelung (22, 23, 24) von 400-1000 mm entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Einbindung (23) des Pfahlfußes der schlanken Pfähle (26) in eine Bodenschicht (13) mit erhöhter Tragefähigkeit die höhenbezogen ausgebrachte spezifische Zugabematerialmenge erhöht und/oder die Vortriebsgeschwindigkeit des Armierungsrohres (14) reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Durchdringung (22) einer Weichschicht (12) mit geringer Tragfähigkeit durch die schlanken Pfähle (26) abschnittsweise die höhenbezogen ausgebrachte spezifische Zugabematerialmenge erhöht und/oder die Vortriebsgeschwindigkeit des Armierungsrohres (14) reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Einbindung (23) des Pfahlfußes der schlanken Pfähle (26) in eine Bodenschicht (13) mit erhöhter Tragfähigkeit abschließend – insbesondere nach einem ersten Abbinden des Zugabematerials – eine Nachverpressung (25) von Zugabematerial aus dem Armierungsrohr (14) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Zementsuspension als Zugabematerial verwendet wird.
Bodenpfahl (26), der aus einem Armierungsrohr (14) und einer bindemittelhaltigen Ummantelung des Armierungsrohres (14) besteht, wobei das Material der Ummantelung (18, 19) aus mit dem Boden in einem zylindrischen Durchmischungsbereich (22, 23) mechanisch durchmischten Zugabematerial besteht, dadurch gekennzeichnet, daß Injektionsdüsen (18) ausschließlich im Bereich der unteren Spitze des Armierungsrohres (14) vorgesehen sind und daß eine Rühranordnug in Form von Rührschwertern (16, 17) ebenfalls ausschließlich in der Nähe der unteren Spitze des Armierungsrohres (14) angeordnet ist, daß der Bodenpfahl eine Länge von mehr als 6 m hat, einen Durchmesser des Armierungsrohres (14) von 60-300 mm hat und einen Außendurchmesser der Ummantelung (22, 23, 24) von 400-1000 mm hat.
Bodenpfahl nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung im Bereich der Einbindung (23) des Pfahlfußes in eine Bodenschicht (13) mit höherer Tragfähigkeit einen höheren Anteil an Zugabematerial hat, als die übrige Ummantelung.
Bodenpfahl nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung im Bereich (24) einer Weichschicht (12) mit geringer Tragfähigkeit abschnittsweise einen höheren Anteil an Zugabematerial hat, als die übrige Ummantelung.