DE10346040A1

DE10346040A1 - Verfahren und Prüfanordnung zum Bestimmen des Tragverhaltens von Verdrängungspfählen

Info

Publication number: DE10346040A1
Application number: DE10346040A
Authority: DE
Inventors: Ing. Erwin Emil Dipl.-Ing.Dipl.-Wirtsch Stötzer
Original assignee: Bauer Maschinen GmbH
Current assignee: Bauer Maschinen GmbH
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2005-05-25
Also published as: US20050074297A1; US7175368B2; EP1520938A3; CN1603527A; CN1303290C; EP1520938A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Prüfanordnung zum Bestimmen des Tragverhaltens von Verdrängungspfählen. die Verdrängungspfähle werden durch Einbringen eines Bohrloches mittels eines Verdrängerkopfes und anschließendes Verfüllen des Bohrlochs mit einer aushärtbaren Suspension unter Belassung des Verdrängerkopfes im Bohrloch hergestellt. Der so erstellte Testpfahl wird mittels einer Belastungseinrichtung mit einer Prüfbelastung beaufschlagt, wobei das Tragverhalten mittels einer Messeinrichtung gemessen wird. Eine effiziente Versuchsdurchführung ergibt sich dadurch, dass der Verdrängerkopf in den Boden mittels eines metallischen Pfahlstranges eingebracht wird, welcher einen Teil des Testpfahles bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Tragverhaltens von Verdrängungspfählen, welche durch Einbringen eines Bohrloches mittels eines Verdrängerkopfes und anschließendes Verfüllen des Bohrloches mit einer aushärtbaren Suspension unter Belassung des Verdrängerkopfes im Bohrloch hergestellt werden, wobei ein Testpfahl erstellt und mittels einer Belastungseinrichtung mit einer Prüfbelastung beaufschlagt wird und mittels einer Messeinrichtung das Tragverhalten gemessen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Prüfanordnung zum Bestimmen des Tragverhaltens von Verdrängungspfählen.

Für die Erstellung von Bauwerken ist es in vielen Fällen erforderlich, zur Sicherstellung einer ausreichenden Tragfähigkeit Gründungspfähle in den Boden einzubringen. Die Tragfähigkeit eines einzelnen Gründungspfahles hängt dabei maßgeblich von den lokalen Bodengegebenheiten ab, so dass das Tragverhalten der Gründungspfähle auf rein theoretischem Berechnungsweg kaum zuverlässig zu bestimmen ist.

Zur Ermittlung des tatsächlichen Tragverhaltens eines Verdrängungspfahles ist es daher in vielen Fällen erforderlich, in dem Baugrund einen oder mehrere Testpfähle zu erstellen. Diese Testpfähle können dann mit einer vorgegebenen Prüflast beaufschlagt werden, wobei sich dann das entsprechende Tragverhalten, insbesondere eine Setzung des Pfahles, messen lässt. Hierzu wird der Testpfahl mittels einer Belastungseinrichtung beaufschlagt, welche einen vorgegebenen Druck auf den Test pfahl ausübt. Bei Betonpfählen ist es hierbei erforderlich, dass der Beton bereits abgebunden und verfestigt ist. Dies kann jedoch mehrere Wochen dauern, so dass insgesamt die Bestimmung des tatsächlichen Tragverhaltens vom Beginn des Einbringens des Pfahles bis zum Abschluss des Testes eine sehr lange Zeit in Anspruch nimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Prüfanordnung zum Bestimmen des Tragverhaltens von Verdrängungspfählen aus Beton mit einem Verdrängerkopf anzugeben, mit welchen das Tragverhalten dieser Verdrängungspfähle besonders schnell und wirtschaftlich ermittelt werden kann.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Prüfanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkopf in den Boden mittels eines metallischen Pfahlstranges eingebracht wird, welcher zusammen mit dem Verdrängerkopf den Testpfahl bildet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei Verdrängerpfählen mit einem so genannten verlorenen Verdrängerkopf das Tragverhalten maßgeblich durch den Verdrängerkopf bestimmt wird. Gemäß der Erfindung wird der Verdrängerkopf unmittelbar durch einen Pfahlstrang in den Boden eingebracht, welcher zusammen mit dem Verdrängerkopf den Testpfahl bildet. Der Pfahlstrang ist dabei in seinem Durchmesser und in seiner Länge so an den tatsächlich vorgesehenen Verdrängerpfahl aus der erhärteten Suspension, insbesondere Beton, angepasst. Der Verdrängerkopf kann dabei aus Metall, Beton oder einem anderen geeigneten Material bestehen.

Anders als etwa bei einem Betonpfahl, kann bei dem erfindungsgemäßen Testverfahren die Prüfbelastung unmittelbar nach dem Einbringen des Pfahlstranges mit dem Verdrängerkopf in den Boden erfolgen. Dies erspart Zeit und Kosten.

Da nach einer Erkenntnis der Erfindung das Tragverhalten eines Verdrängungspfahles mit verlorenem Verdrängerkopf maßgeblich durch die Aufstandsfläche des Verdrängerkopfes und nur zu einem geringeren Teil durch die Reibung entlang des Umfangs des Pfahles mit dem Boden erfolgt, können die beim Test ermittelten Messwerte zum Tragverhalten direkt auf das Tragverhalten der tatsächlichen Verdrängungspfähle übertragen werden. Aufgrund des höheren Reibungsfaktors zwischen Boden und Beton im Vergleich zu dem Reibungsfaktor zwischen Metall und Boden ergibt sich bei der unmittelbaren Übertragung der Ergebnisse sogar ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor für die tatsächlichen Verdrängungspfähle.

Nach der Erfindung kann eine besonders genaue Bestimmung des Tragverhaltens dadurch erreicht werden, dass die von den Messeinrichtungen ermittelten Werte für den metallischen Testpfahl mittels eines Korrekturfaktors entsprechend den Eigenschaften der Verdrängungspfähle aus der erhärteten Suspension umgerechnet werden.

Für ein effizientes Einbringen der Prüflast ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass am oberen Ende des metallischen Pfahlstranges ein Lastverteilkopf angeordnet wird, welcher die Prüfbelastung auf den Pfahlstrang überträgt. An seinem oberen Ende kann der Pfahlstrang eine Verbindungseinrichtung aufweisen, mit welcher der Lastkopf oder eine Presseneinrichtung einfach befestigt werden kann.

Eine bevorzugte Weiterbildung hierzu besteht darin, dass mindestens zwei Ankerelemente um den Testpfahl herum in den Boden eingebracht werden und dass der Lastverteilkopf mit den Ankerelementen zur Kraftableitung verbunden wird. Die Ankerelemente können insbesondere Schraubanker sein, welche in der notwendigen Anzahl in einem gewissen Anstellwinkel zum Testpfahl in den Boden eingeschraubt werden. Der Lastverteilkopf wird dann mit den Schraubankern verspannt, so dass eine Druckkraft auf den Testpfahl ausgeübt werden kann.

Zum Erzeugen eines definierten Lastprofils ist es erfindungsgemäß, dass zwischen dem Pfahlstrang und dem Lastverteilkopf eine Presseneinrichtung angeordnet ist, durch welche die Prüfbelastung erzeugt wird. Die Presse kann insbesondere ein Hydraulikdruckzylinder sein, welcher beim Auseinanderfahren zwischen dem Lastverteilkopf und dem Testpfahl die gewünschte Druckkraft erzeugt.

Im Vergleich zu anderen üblichen Testpfählen aus Beton ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Vorteil, dass nach der Messung der Pfahlstrang mit oder ohne dem Verdrängerkopf aus dem Boden entfernt wird. Der Pfahlstrang und der Verdrängerkopf können so nach dem Versuch wieder verwendet werden.

Aufgrund der langen Testdauer bei den herkömmlichen Testverfahren wurden diese an einer abgelegenen Stelle des Baugrundes erstellt, um den Fortgang der Bauarbeiten nicht unnötig zu behindern. Nach der Erfindung besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, dass der Verdrängerkopf im Boden verbleibt und beim Entfernen des Pfahlstranges die aushärtbare Suspension eingeleitet wird. Der Pfahlstrang ist dabei lösbar mit dem Verdrängerkopf gekoppelt, etwa durch ein Gewinde. Der Testpfahl kann dabei nach dem Testversuch in einfacher Weise in einen das Bauwerk tragenden Verdrängerpfahl umgewandelt werden. Der Testpfahl kann dabei unmittelbar an der Stelle eines tragenden Pfahles durchgeführt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Testpfahl mit dem metallischen Pfahlstrang unmittelbar im Boden verbleibt und zusammen mit den weiteren zu erstellenden Verdrängerpfählen aus Beton das Bauwerk trägt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Pfahlstrang ein zylindrisches Element, insbesondere ein Rohr ist, dessen Außenfläche zur Erhöhung eines Reibungsfaktors mit dem Boden verändert wird. Beispielsweise kann die Außenfläche des Pfahlstranges aufgeraut oder mit Profilelementen, etwa Schraubwendeln versehen sein. Hierdurch kann der Reibungsfaktor einem empirischen Reibungsfaktor zwischen einem Betonpfahl und dem Boden angepasst werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Prüfanordnung zum Bestimmen des Tragverhaltens eines Verdrängungspfahles mit einem Verdrängerkopf, umfassend eine Belastungseinrichtung zum Aufbringen einer Prüflast. Die erfindungsgemäße Prüfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischer Bohrstrang vorgesehen ist, an dessen unterem Ende ein Verdrängerkopf und an dessen oberem Ende die Belastungseinrichtung lösbar befestigt ist. Mit dieser Prüfanordnung kann insbesondere das vorher beschriebene Verfahren ausgeführt und die damit verbundenen Vorteile erreicht werden. Die Messeinrichtung kann in den Pfahlstrang oder in die Belastungseinrichtung integriert werden. Alternativ kann eine mobile Messeinrichtung separat angeschlossen werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben, welches schematisch in der Zeichnung dargestellt ist. Die einzige Figur zeigt eine schematische Seitenansicht einer Prüfanordnung zum Bestimmen des Tragverhaltens von Verdrängungspfählen.
Gemäß der erfindungsgemäßen Prüfanordnung 10 wurde ein Testpfahl 30 in den bereichsweise dargestellten Boden mit einem Verdrängerkopf 32 eingetrieben, welcher den Boden in den umgebenden Bodenbereich verdrängt. Der Testpfahl 30 weist neben dem Verdrängerkopf 32 einen metallischen Pfahlstrang 34 auf, welcher über eine Verbindungseinrichtung 36 lösbar mit dem Verdrängerkopf 32 verbunden ist. Der Testpfahl 30 entspricht hinsichtlich seiner Länge und seines Durchmessers den tatsächlichen Verdrängungspfählen, welche aus Beton hergestellt werden.
Oberirdisch wird am Testpfahl 30 eine Belastungseinrichtung 12 mit einem Lastverteilkopf 14 und einer hydraulischen Pressen einrichtung 18 angeordnet. Zur Kraftableitung ist der Lastverteilkopf mit seitlich in einem vorgegebenen Anstellwinkel eingeschraubten Ankerelementen 16 gekoppelt. Mittels der Presseneinrichtung 18 wird eine vorgegebene Prüflast auf den Testpfahl 30 ausgeübt. Während und/oder nach der Lastaufbringung wird mittels einer nicht dargestellten Messeinrichtung das Tragverhalten, insbesondere die Setzung des Testpfahls 30, gemessen. Nach Kenntnis der Erfindung entspricht das Setzungsverhalten des Testpfahls 30 mit dem metallischen Pfahlstrang mit überraschend großer Genauigkeit dem Setzungsverhalten eines Verdrängungspfahles aus Beton. Zur Angleichung des Reibungswertes des metallischen Pfahlstranges 34 an eine Betonsäule können beispielsweise als Wendeln ausgebildete Profilelemente 38 entlang des Pfahlstranges 34 ausgebildet sein.
Nach Abschluss der Prüfung kann der rohrförmige Pfahlstrang 34 von dem Verdrängerkopf 32 etwa durch entgegengesetzte Drehung gelöst und aus dem Bohr rückgezogen werden. Gleichzeitig mit der Rückzugsbewegung kann der entstehende Hohlraum mit einer aushärtbaren Suspension, insbesondere Beton, verfüllt werden. Auf diese Weise kann der metallische Testpfahl problemlos in einen Betonpfahl umgearbeitet werden, welcher dann zur Bauwerksgründung eingesetzt werden kann.

Claims

Verfahren zum Bestimmen des Tragverhaltens von Verdrängungserpfählen, welche durch Einbringen eines Bohrloches mittels eines Verdrängerkopfes (32) und anschließendes Verfüllen des Bohrloches mit einer aushärtbaren Suspension unter Belassung des Verdrängerkopfes (32) im Bohrloch hergestellt werden, wobei ein Testpfahl (30) erstellt und mittels einer Belastungseinrichtung (12) mit einer Prüfbelastung beaufschlagt wird und mittels einer Messeinrichtung das Tragverhalten gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkopf (32) in den Boden mittels eines metallischen Pfahlstranges (34) eingebracht wird, welcher zusammen mit dem Verdrängerkopf (32) den Testpfahl (30) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Messeinrichtung ermittelten Werte zu dem Testpfahl (30) mit dem metallischen Pfahlstrang (34) mittels eines Korrekturfaktors entsprechend den Eigenschaften der Verdrängungspfähle aus der erhärteten Suspension umgerechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende des metallischen Pfahlstranges (34) ein Lastverteilkopf (14) angeordnet wird, welcher die Prüfbelastung auf den Pfahlstrang (34) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ankerelemente (16) um den Testpfahl (30) herum in den Boden eingebracht werden und dass der Lastverteilkopf (14) mit den Ankerelementen (16) zur Kraftableitung verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pfahlstrang (34) und dem Lastverteilkopf (14) eine Presseneinrichtung (18) angeordnet wird, durch welche die Prüfbelastung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Messung der Pfahlstrang (34) mit oder ohne dem Verdrängerkopf (32) aus dem Boden entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkopf (32) im Boden verbleibt und beim Entfernen des Pfahlstranges (34) die aushärtbare Suspension eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahlstrang (34) ein zylindrisches Element, insbesondere ein Rohr ist, dessen Außenfläche zur Erhöhung eines Reibungsfaktors mit dem Boden verändert wird.
Prüfanordnung zum Bestimmen des Tragverhaltens von Verdrängungspfählen mit Verdrängerkopf (32), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Belastungseinrichtung (12) zum Aufbringen einer Prüflast, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischer Pfahlstrang (34) vorgesehen ist, an dessen unterem Ende der Verdrängerkopf (34) und an dessen oberem Ende die Belastungseinrichtung (12) lösbar befestigt ist.