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Verfahren zur Baugrundverdichtung und zur Erhöhung der Tragfähigkeit
von Druck- und Zugpfählen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Baugrundverdichtung
und zur Erhöhung der Tragfähigkeit von Druck- und Zugpfählen durch Vibrationsverpressung
des Baugrundes mit einer Flüssigkeit und damit der Herbeiführung einer Verdichtung
und Erhöhung der Tragfähigkeit, sowie einer Fußverbreiterung von Pfählen und der
besonderen Ausbildung der Bewehrung bei Zugpfählen und Ankern, welche einerseits
die Übertragung hoher Kräfte bei geringem Schaftquerschnitt ermöglicht, andererseits
keine oder nur geringe Zugbeanspruchung des Betons bei voller Last bedingt und somit
auch die Rissebildung im Beton ganz vermeidet oder auf ein Minimum beschränkt.
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Bei einem bekannter. Verfahren zur Baugrundverdichtung und Pfahlherstellung,
dem sogenannten Stromrüttelverfahren, werden schwere Rüttelgeräte in den Baugrund
abgelassen., wobei gleichzeitig durch Düsen die an dem Rüttelgerät angeordnet sind,
Wasser in den Baugrund gespült wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß nur
mit Geräten von großen Ab-
messungen gearbeitet werden kann; die Wirtschaftlichkeit
ist bei Pfählen von geringem Schaftdurchinesser nicht mehr gegeben. Außerde1-1 eignet
sich das Verfahren nur bei sandig-kiesigern Material, bei bindi-i,# *an Böden ist
eine Anwendung nicht mehr möglich.
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Ein anderes Verfahren besteht in dem Niederbringen von Bohrlöchern
mit nachträglichen Unterschneidungen. Auch dieses Verfahren kann bei geringem Pfahlschaftdurchmesser
nicht angewendet werden.
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Ein weiteres Verfahren besteht im Niederbringen von Bohrlöchern durch
Bohren oder Rammen, dem nachträglichen Einbringen der Bewehrung, sowie der Ausbildung
einer Pfahlverbreiterung durch Einpressen von Mörtel unter Anwendung von hohem Druck.
Hierbei besteht der Nachteil, daß eine Verbreiterung nur in beschränktem Maße möglich
ist, es besteht keine Kontrolle über die Größe der Verbreiterung. Unter Umständen
findet ein einseitiges Aufreißen des Erdreiches statt, die Überdeckung un
d der Korrosioneschutz der Bewehrung ist auf die Dauer unzureichend. Eine
dieser Methoden sieht außerdem das Verschrauben des Zugankers mit der Rammspitze
vor. Bei geringen Durchmessern ist dabei unter Umständen eine örtliche Überbeanspruchung
des Betons möglich, die Übertragung der Zugkraft auf den Beton durch die Spitze
ist unzureichend.
Ferner sind die Kosten für die Herstellung dieser
Spitzen verhältnismäßig hoch und ohne den gewünschten Effekt. Dies fällt noch mehr
ins Gewicht, wenn mit verlorenen Spitzen gearbeitet wird. Ein weiterer Nachteil
dieser Verfahren ist infolge mangelnder Kraftübertragung am Pfahlende und der hohen
Dehnbarkeit der Zugstähle die unvermeidliche Rissebildung im Beton und eine dadurch
bedingte Zerstörung durch Korrosion.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren verfügbar
zu machen, bei dem die obigen Nachteile vermieden, bzw. beseitigt werden-Dies wird
dadurch erreicht, daß zuerst ein Bohrloch in den Baugrund abgeteuft wird durch Bohren,
Rammen oder Einspülen,dann erfolgt das Einpressen einer Flüssigkeit mit hohem Druck,
wobei gleichzeitig dieser Flüssigkeitsstrom einem Druckwechsel mit hoher Frequenz
ausgesetzt wird. Die dadurch erzeugten Schwingungen bewirken gleichzeitig mit dem-Einspülen
eine Verdichtung des Baugrundes und eine Erweiterung des Bohrloches. Diese Vibrationsverpressung
kann entweder zuerst mit Wasser und anschließend mit einem erhärtenden Baustoff
oder nur mit letzterem vorgenommen werden. Das Einbringen der Zugbewehrung geschieht
entweder vor der ersten oder vor der zweiten Vibrationsverpressung mit Mörtel und
Bindemittel.
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Beim Vorhandensein von feinkörnigen Böden z. B. mit tonig- schluffigem
Material ist eine Vorverdichtung mit Wasser nicht zu empfehlen, weil diese zu Schlammbildung
führen kann. Für diesen Fall sieht die Erfindung das Einbringen eines gefalteten
Schlauches oder Ballons in das Bohrloch vor, wobei anschließend die Vibrationsverpressung
des Schlauches so vorgenommen wird, daß die Flüssigkeit nicht mit dem Erdreich in
Berührung kommt. Anschließend wird die Bewehrung eingebracht und es kann eine nochmalige
Virbrationsverpressung mit Mörtel erfolgen. Da die Bewehrung insbesondere bei Zugpfählen
dieser Konstruktionsweise durch einen Pfahlschaft von nur geringem Durchmesser eingebracht
werden muß, sieht die Erfindung zur Aufnahme der hohen Zugkräfte, zur Vermeidung
der Rissebildung im Beton und zum Schutze gegen Korrosion des Stahles folgende Ausbildung
der Anker vor: der Ankerfuß wird verstärkt durch zusätzliche Bewehrungseisen, so
daß einerseits die Stahlbeanspruchung herabgesetzt, andererseits die Dehnung und
die Neigung zur Rissebildung vermindert wird. Diese kegel- oder korbförmigen Bewehrungsstähle,
welche an dem oder den mittleren Zugankern durch Verschweißen oder Verschraubung
befestigt sind, werden mit dübelartigen Ringen oder Platten und bzw. oder einer
Spiralbewehrung von großem Stabdurchmesser versehen, so daß eine tbertragung der
gesamten Zugkraft am Ende des Pfahles ohne örtliche Überbeanspruchung des Betone
erfolgen kann. Im mittleren Teil des verbreiterten Pfahlfusses sind die Zuganker
von einem Schutzrohr umgeben" welches unten dicht abgeschlossen und oben beim Übergang
in den verengten Schaft mit einer Abschlußplatte versehen ist.
Dadurch
iiit es möglich, zuerst nur den Pfahlfuß verbreiterter Teil des Pfahles) mit dem
Ankerfuß zu verpressen, während die Zuganker im mittleren Schutzrohr noch frei liegen,
d.h. noch nicht mit Mörtel umhüllt sind. Nach dem Erhärten kann der Pfahlfuß vorgespannt
werden und nach Verankerung des Pfahles im fertigen Bauwerk und dem Aufbringen der
vorgesehenen Spannkraft ist es möglich, den Zwischenraum zwischen Stahlankern und
Schutzrohr und den Pfahlschaft auszupressen. Dadurch werden Zugspannungen im Beton
entweder ganz vermieden oder auf ein Minimurn beschränkt. Gegebenenfalles ist es
auch möglich, die Anker etwas zu überspannen, d. h. über die zu erwartende
max. Beanspruchung vorzuspannen und nach Verpressung der Spannkanäle und des Ankerschaftes
wieder zu entlasten, so daß auch diese Teile eine gewisse Vorspannung erhalten.
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Schließlich sieht das Verfahren eine besondere Ausbildung der Rammgeräte
vor, wobei einerseits beim Rammen. die Rammspitzen oder Bohrkronen wieder gewonnen
werden können, andererseits auch eine Teles- -kopierung möglich ist.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand von Zeichnungen erläutert werden,
in denen verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Zeichnungen
ist folgendes zu ersehen: Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Rammgerät,
Ihmpen und Vibrationsgeräten für die Baugrundverdichtung Fig. 2 DurchfWnmng einer
Baugrundverdichtung bzw. einer Pfahlfußverbreiterung durch eine Vibrationsverpressung
Fig. 3 Pfahlfuß mit Spannbewehrung während Vibrationsverpressung Fig. 4 Fertiger
Pfahl mit Fußverbreiterung und Spannbewehrung Fig. 5 Ramm- und Spülvorrichtung
zur Herstellung von Pfählen mit Vibrationsverpressung, wobei die Rammspitze nach
der Niederbringung des Bohrgerätes wieder gewonnen werden kann. Bei Fig. 5a,
b und 5 c ist nur Rammung ohne Teleskopierung möglich, bei Ausführung
nach Fig. 5e, f ist Rammung mit Teleskopierung möglich, wobei jedoch nach
der Teleskopierung die Spitze verloren ist, bei Fig. 5, gg h, i,
k ist Teleakopierung und Wiedergewinnung der Rammspitze möglich Fig.
6 Vibrationsverpreaaung des Pfahlfunaes unter Verwendung eines gefalteten
Schlauches oder Behälters mit Rücklauf und Energievernichter Fig. 7 Vibrationsverpressung
wie Fig. 6. jedoch ohne Rücklauf, dagegen mit eingebauter Kreialaufvorrichtung
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Fig. 1 ist die Niederbringung einer Bohrung 1 durch Abteufen eines
Bohrrohres 2 mit einer Rammspitze 3" an der Spalkan£e 3.a angeordnet sind, die durch
ein Spillrohr 4 und ein am Bohrrohr 2 befestigten Spülkopf 5 mit der Pumpe
6 verbunden sind.. An der Druckleitung'5a ist ein Vibrationagerit
7 mit Membrane 8" Kolben 9 und Exzenter 10, ähnlich einer Membranpumpe
angeschlossen; die Form des Exzenters wird.dabei je nach der gewMwchten Bese bzg#.
Druckanstiegskurve ausgebildet.
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Außerdem ist am Bohrrohr ein weiterer Spülkopf 11 mit Durchtritti
-öffnungen 12, welcher von einer zweiten Pumpe 13 Über eine Druckleitung
l la gespiesen wird. An die Druckleitung lla ist eine Vibrationsvorrichtung 14 mit
einem Kolben 15 und einem Vibrator,18 angeschlossen. Gegebenenfalles kann
auch noch ein zweiter Vibrator 17 mit Kolben 18,
der über ein Gestänge
19 und eine Antriebescheibe 20 mit,Wdli angetrieben wird, in Betrieb gesetzt
werden, d. h. die Erzeugung der Druckstöße kann durch einen oder mehrere
Vibratoren erfolgen, wobei, Amplitude und Frequenz nach den Anforderungen und örtlichen
Bodenverhältnissen variiert werden. Das Eintreiben den Bohrrohren 2 erblgt durch
das Rammgerdt 21., welchen vorzugsweise mit einer Ramm- und Drehvorrichtung versehen
ist. AÜ dem Bohrrohr 2 sind ebenfalls Spül,-und Verpressöffnungen 22 und
25 angebracht, wobei ein Cffmn und Schließen derselben durch gegenseitige
Verschiebung der Rohre 2 und 4 und die damit verbundeno'Verechiebung der Schieber
23 und 28 bzw.
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der Rammspitze 3--terfolgt. Gleichzeitig können an den ÖffUunen
, z. B. bei der Rammspitze Verengungen 24 zur Wannerumleitung und, Er- -höhung
der Austrittsgen#bwindigkeit angebracht worden. 2 zeigt den, Vorgang der
VerbreiterungAes Pfahltusses 27. wobei beieel»weine eine Verpressung durch"die
-Spitt6.3 mit Pumpe 6 bei niede Druck und die Austrittaöffnung 22 mit Pum
13 bei hohem Druck vo ge' mz . neu
pe rg0 wird. Die Vibrationsverpressung
kam sowohl mit dem etum,als auch b mit dem anderen System und beim Rammen
oder auch M kZiehen erfolgen.
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Fig. 3 zeigt einen Zugpfahl mit Spannbewehrung während
der etbratiotwtie#« - ,
verpressung. In Fig. 4 ist der fertige Pfahl
abgebildete ' - wi in das Bohrloch der Spammtahl 30. (en können dabei
Oln oder inehrere Stabanker verwendet werden) mit Ankerfuß 31" Schutsrohr.-34' Ko
pfplatt *37 und Spannkopf 45 eingebracht. Der Ankerfuß besteht aus einer ver.# stärkung
mit mehrereit Rundeisen 32" an-det»n erum, 'ode Platten 33 a - d oder
dü*'#-fou«tsUchie Spiralbewehruag aus n Rundeisen befestigt sind" des der Verstärkung
mit dein (odtr ddt4 Stäbarker 30 kam obtwmWr:dtirm Vere genommexi WeinWä.
schweißen oder Verechraübener Ankerfusses 31 ist der Stabanker
. Von -einem gehuttrohr 34 mit einem unteren dichten Abschluß S6 umgeben.
Dieser untere Absmut, es kam zweckmäßigerweioe mit einem Inwägewinde ver'aebbi "i-de'ig
uM zur
Verschraubung von Anker und Ankerfuß dienen. Im unteren Teil
des Schutzrohres 34 ist ein Injektionsrohr 36 angeordnet zum nachträglichen
Verpressen des Spannkanales 34a. Axn oberen Ende des Pfahlfusses bzw. der Pfahlverbreiterung
befindet sich neben bzw. unterhalb der Kopfplatte 37 mit Spannkopf 45 eine
zusätzliche Verstärkung aus mehreren Platten bzw. Ringen 38 mit vertikalen
Versteifungsrippen 39.
Außerdem befinden sich im Spannkopf 45, der außen zylindrisch
und innen kegelförmig ausgebildet ist, mehrere Keile 46, die an der Außenseite einen
bzw. mehrere Zwischenräume 47 aufweisen, um dadurch bei der Verpressung des Spannkanales
34a 6ine Durchflußmöglichkeit für den Injektionsmörtel zu schaffen. Gleichzeitig
mit der Bewehrung wird ein Dichtungspacker, welcher auf der Kopfplatte
37 aufliegt, eingebracht. Dieser Dichtungspacker dient dazu, einen dichten
Abschluß zwischen der unteren Pfahlverbreiterung 48 und dem schmalen Pfahlschaft
herbeizuführen. Die Ausführung geschieht zweckmäßigerweise durch Anbringen eines
elastischen Dichtungsringes 42 auf der Kopfplatte 37, welcher durch einen
darüberliegenden Ring 43 durch das Hilfsrohr 44 zusammengepreßt und dadurch an das
äußere Bohrrohr bzw. Mantelrohr 2 gedrückt wird. Nach Durchführung dieser Maßnahmen
erfolgt die Verpressung des Pfahlfusses mit Mörtel durch die Injektionsrohre 40,
wobei eine nochmalige Verbreiterung des Pfahlfusses durch Vibration mit den Rüttlern
7, 14 oder 17, wie auf Bild 1 dargestellt, vorgenommen werden
kann. Erforderlichen Falles kann ein zusätzlicher Korrosionssehutz des Ankerfusses
31 durch Anbringen eines glockenförmigen Rohres, an dem Durchflußöffnungen
für den Mörtel angebracht sind, erzielt werden. Nach dem Erhärten des Mörtels im
Pfailfuß 48 kann eine Vorspannung des Pfahlfusses durch Spannen des Ankers
30
und Verkeilen mit den Kellen 46 erfolgen. Dann wird ein Schutzrohr 49 im
itahlschaft über dem Spannkopf 45/46 und.dem Zuganker 30 angebracht. Nach
Befestigung des Ankers am Bauwerk 52 mit Stahlträgern 53,
Unterlagsscheibe
54 und Schraubenmutter 55 wird eine nochmalige Vorspannung des Ankerstahles
30 vorgenommen und dann die Verpressung des Spannkanales 34a und
50 sowie des Ankers bzw. Pfahlschaftes 51
durchgeführt. Die Auspressung
des Spannkanales 34a kann unter Umständen auch schon bei der ersten Vorspannung
des Pfahlfusses vorgenommen werden.
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Fig. 5 zeigt eine andere Anordnung zur Niederbringung des Pfahles
und zur Durchführung der Vibrationsverpressuri& wobei die Bohrspitzen bzw. Bohrkronen
nach dem Abteufen wieder gewonnen werden können; außerdem eine Ausbildung bei welcher
Teleskopierung mEglich ist. Die Ramme sitzt dabei auf dem inneren Rohr 64 auf, welches
über das äußere Mantelrohr 60 bzw. 60a, 60b, 60c hinausragt. Beide Rohre
sind mit einem SpWkopf 61 bzw. 65 versehen und oben mit einem Flansch
63
verbunden" gegebenenfanes raiteinander verschraubt. Bei der Ausführung
nach Fig 5a weist das Rohr 60a am untereri#..Ende eine Wandverstärkung mit Gewinde
auf" 62, wobei an, der Spitze Oßa ein dazu
passendes Außengewinde
angebracht ist, so daß Spitze und Rohr verschraubt werden können. Die Spitze kann
mit dem inneren Rohr 64 entweder lose verbunden oder ebenfalls verschraubt ausgebildet
werden. Bei Ausbildung nach Fig. 5b ist das äußere Rohr 60b unten
verstärkt und weist auf der Innenseite eine konische Verengung 67 au4 wobei
die Spitze 66b auf der Außenseite dazu passend konisch abgeschrägt ist. Fig.
5c zeigt die Ausbildung des äußeren Rohres 60c am unteren Ende mit einem Absatz
bzw. einer Verengung, wobei die Spitze 66e auf diesem Absatz aufliegt. Fig.
5d zeigt die Anordnung eines Ringes 88 bzw. 69
unterhalb dem
Bohrrohr 60, wobei dieser Ring seitlich das Bohrrohr 60,
außenseitig umschließt
und das Bohrrohr 60 und die Spitze 66d1 bzw. 66d2 auf diesem Ring
68 bzw. 69 aufliegen. (68, 66d1 -, Ausbildung mit Absatz#*
69. 66d2 = Ausbildung mit kegelförmigem Auflager). Fig,- 5e wie 5d
'
beim Ziehen der Spitze und des Mantelrohres 60. Fig. bf zeigt Spitze
66 1
mit ringförmiger Unterlage 70 bzw. 71 (70a bündig mit Mantelrohr"
71
überstehend über Mantelrohr 60). Fig. Sg zeigt Spitze
66g mit Keil 74 zwischen Mantelrohr 60 und Spitze 66g sowie
Ringunterlage 73 bzw. Aus-'
bildung von Ring und Konus in einem Stück
72. Pig 5h zeigt Spitze 66h
mit Doppelkeil 75/76 für
teleskopische Niederbringung. so ausgebildet, daß vor der Teleskopierung beide Keile
entfernt werden können oder '
Spitze 66i mit Doppelkeil 76/77 und Ringunterlage
78. Fig. 51 zeigt Ausbildung wie 5h nach der Teleskopierungi
wobei ein zusätzliches Mantelrohr 79 mit Verkeilung 80 eingebaut worden
ist.
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Um gegebenenfalles auch Steine oder- Fels durchbohren zu können" sind
die Rammspitzen 66 und das äußere Mantelrohr 60 mit Hartmetallschneiden
81 zu versehen.
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Fig 5k zeigt eine Ausführung, bei der das innere Bohrrohr Oft
oberhalb von dem Einsatz in die Spitze eine konische Abschrägung erhält Wobei zwischen
den Bohrrohren 64k und 60 Keile 82 eingebracht,worde% die mit
Nocken 83 versehen sind, welche in der Spitze 66k einrasten. Bei der
Verschraubung des Inneren Bohrrohreo 64k mit der Spitze 66k worden diese
Keile 82 an das äußere Rohr 60 angepreilt, beim Unen der Spitze
66k wird diesedurch einen Gabelschlüssel bzw. Rohr zwischen den Keilen festgehalten
und das innere Rohr 94k um einige Windungen hochgeschräubt,# Außer den in Fig.
5 a bis k dargestellten Möglichkeiten sind noch Koznbinationen dieser
Fälle dur chfahrbar, auf deren DarsteUung jedoch verzichtet werden kann.
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Fig. 6 veranschaulicht eine Vibrationaverpreaau4 bei Verwendung
e tue$ geschlossene% - gefalteten Beutels oder Schlauch«,» der an die Druckleitung
91 angeschlossen ist. Der Dichtungspacker #92 dient war Abdichtung
zwischen
Mantelrohr 60 und Druckleitung 91; außerdem führt aus dem Beutel
90 ein Rücklaufrohr 93 in das Mantelrohr 60 und von dort zu
einem Energievernichter 94 mit Ablaßventil'95. Der Energievernichter kann auch anderst
ausgebildet werden und ist nur schematisch dargestellt.
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Fig. 7 zeigt eine ähnliche Ausführung wie Fig. 6, wobei
jedoch kein Rücklauf eingebaut ist, sondern in der Mitte des Behälters
90 ein Rohr 96 angebracht ist, in welchem sich ein itopeller
97 mit Antriebsmotor befindet, welcher eine Zirkulation der Verpresaflüssigkeit
verursacht, die durch eine Blechhaube 98 umgelenkt wird. Nach dem Ausweiten
des Bohrloches wird der Beutel entleert, 90, und aus dem Bohrloch entfernt.
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Um die Dämpfung der Vibration durch die Druckleitungen zu vermindern,
ist es auch möglich, die Vibrationsaggregate 7, 14 oder 17
in das Bohrrohr
einzubauen, wobei gegebenenfalles das Bohrrohr im oberen Teil etwas ausgeweitet
werden muß.
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Fig. 4a zeigt einen Spannbetonzugpfahl wie Fig. 3 und 4, jedoch
mit durchgehendem Korrosionsachutz bzw. Spannkanal. 34 und einer Versehraubung mit
Spannscheibe 56 am unteren Ende des Pfahles, ansonsten gleicher Ausführung
des Ankerfuaaes wie Spannkopf am oberen Ende der Pfahlverbreiterung.