DE19917253A1 - Verfahren zur Herstellung biegesteifer Pfähle direkt unter vorhandenen Fundamenten bei beengtem Arbeitsraum - Google Patents

Abstract

Mit dem Verfahren soll eine Lösung geschaffen werden, vorab eingepreßte lose aufeinander stehende Segmentpfahlelemente durch das Einbringen flexibler Bewehrungselemente beliebigen Querschnitts bei beengten Platzverhältnissen nachträglich die Eigenschaften eines biegesteifen Pfahles zu geben. Dadurch ist die direkte Einleitung von vertikalen und horizontalen Belastungen in ihrer Lastachse aus dem Bauwerk in den Pfahlkopf ohne den Einsatz ergänzender Konstruktionen zur Lastumleitung möglich. Die ursprünglichen Vorteile der Segmentpfähle, wie z. B. flexible Länge, kleiner Arbeitsraum, kleine Geräte, hohe Tragfähigkeit, bleiben dabei erhalten. DOLLAR A Diese wird über die Herstellung rauher Kanäle in den Betonsegmenten und Einbringen von flexiblen Bewehrungselementen erreicht, welche mit einem hochfestem Mörtel verpreßt werden und einen Verbund aufweisen, der die Betonschubfestigkeit übertrifft. DOLLAR A Derart hergestellte Pfähle können somit horizontale, vertikale und Momentenbelastungen in den tiefer liegenden Baugrund übertragen, wenn dieses aus bestimmten Gründen, wie z. B. einer erforderlichen Nachgründung oder einer Unterfangung, erforderlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von biegesteifen Pfählen direkt unterhalb bestehender Fundamente bei beengten Arbeitsraumverhältnissen.

Fundamente unter Gebäuden haben die Aufgabe, die aus dem Bauwerk resultierenden vertikalen und horizontalen Lasten so zu verteilen, daß sie ohne Beeinträchtigung des Gebrauchszustandes des Gebäudes in den Untergrund übertragen werden können. Aus verschiedenen Gründen, wie z. B. unzureichender Gründung, Grundwasserabsenkung, tieferliegender Neubebauung in unmittelbarer Nachbarschaft etc., kann die Gebrauchstauglichkeit der vorhandenen Fundamente eingeschränkt werden. In diesen Fällen muß die Belastung aus dem Bauwerk über eine neue Gründung in ausreichend tragfähigen Baugrund geleitet werden.

Zur Weiterleitung des Fundamentbelastung in den i. d. R. tiefer liegenden ausreichend tragfähigen Baugrund sind verschiedene Verfahren bekannt. Eine grobe Einteilung kann erfolgen, indem die Verfahren in zwei Gruppen unterteilt werden. Die erste Gruppe beinhaltet diejenigen Verfahren, welche neben den bestehenden Fundamenten neue Tiefgründungselemente einbringt und die Belastung über Hilfskonstruktionen auf diese übertragt, wie. z. B. Kleinbohr- oder Wurzelpfähle in Kombination mit einem oder mehreren Streichbalken. Zur zweiten Gruppe werden die Verfahren gezählt, welche direkt unter das vorhandene Fundament gehen und die Bauwerkslasten somit direkt übernehmen. Zu dieser Gruppe zählen z. B. die klassische Unterfangung oder auch bekannte Verfahren, welche mittels der Vorpressung von Fertigteil-Segmentpfählen direkt unter dem Fundament angreifen. Diesen Verfahren ist gemein, daß i. d. R. nur ein jeweils kleiner Arbeitsraum unter dem Fundament zur Verfügung steht. Ihr Vorteil liegt im wesentlichen darin begründet, daß sie die Bauwerkslasten direkt in der Wirkungslinie der resultierenden Gebäudelast aufnehmen und keine Umbaumaßnahmen am Gebäude selbst vorgenommen werden müssen.

Bei den Systemen mit Fertigteil-Segmentpfählen entstehen unter dem Fundament Pfähle, welche zwar mit einem Nut- und Federsystem in ihrer Lage gegeneinander gesichert sind, die aber keine durchgängige Bewehrung aufweisen und somit nicht in der Lage sind planmäßige Horizontalbelastungen am Pfahlkopf oder eine Biegemomentenbelastung zu übertragen. Es sind zwar Vorschläge bekannt (Europäische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer: 0 580 098 A1, Erfinder = Anmelder = Dr. B. Sudbrack, Gebrauchsmusterschutz DE 42 24 042) nachträglich eine Bewehrung in diese Pfähle einzubringen, praktisch sind diese jedoch nur umsetzbar, wenn über dem Pfahlkopf ausreichend Platz zur Verfügung steht, um die steifen Bewehrungseisen in die vorgesehenen Öffnungen einbringen zu können. Hierbei wird aber die Zielsetzung der direkten Aufnahme der Bauwerkslasten in ihrer Wirkungslinie nicht mehr erreichbar. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung zu schaffen, mit welcher biegesteife Pfähle bei beengten Platzverhältnissen direkt unter bestehenden Fundamenten hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erreicht, bei welchem zunächst bekannte Stahlbetonfertigteil-Segmentpfähle unter dem Fundament hergestellt werden. Die Pfähle werden bereits während der Herstellung für die spätere Aufnahme von durchgäniger Bewehrung vorbereitet, indem entsprechende Kanäle mittels Leerkörpern vorbereitet werden. Es ist nun überraschend gefunden worden, daß durch den Einsatz einer flexiblen Bewehrung ein nachträglicher Verbund auch unter beengten Platzverhältnissen direkt unter dem Fundament hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß kommen daher flexible Bewehrungselemente zum Einsatz, welche eine deutliche Krümmung ihrerseits während des Vorganges des Einschiebens in die vorgesehenen Kanäle ohne größeren Widerstand zulassen. Ein derartiges Verfahren war bislang nicht möglich, da bei den beengten Platzverhältnissen lediglich Bewehrungseisen eingeschoben werden konnten, welche mit einem maximalen Stabdurchmesser von bis zu ca. 8 mm eine deutliche Krümmung beim Einbau zuließen. Somit hatten sich die statischen Anforderungen an den Bewehrungsgehalt nach den herstellungstechnischen Vorgaben zu richten. Es besteht nunmehr überraschend die Möglichkeit, einen beliebigen Bewehrungsanteil nach statischen Anforderungen und damit nach den maßgeblichen Anforderungen an die Pfähle einzubringen. Abschließend werden die Kanäle mit der enthaltenen Bewehrung zur Erzielung eines schub- und biegefesten Verbundes mit einem Mörtel verpreßt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kommen je nach Anforderungsprofil Stahlseile, Litzen aus hochfestem Stahl oder hochfeste Kunststoffe, wie z. B. Aramid, als flexible Bewehrungselemente zum Einsatz. Im Gegensatz zu gängigen Bewehrungsstäben tragen diese Glieder nur eine Zugbelastung in der Zugzone des Stahlbetonquerschnittes infolge Biegebelastung ab, wirken somit nicht verstärkend auf die Durckbelastbarkeit der Pfähle, welche i. d. R. durch ausreichende Betonfestigkeitsklasse und Querschnittsgröße eingestellt werden kann. Daher kann vorteilhaft auch auf eine Umschnürung der Bewehrungsglieder verzichtet werden. Es nun gefunden worden, daß der Verbund zwischen Bewehrungseinlage, vorgefertigtem Kanal und umgebenden Beton mit einem hochfesten Mörtel (2 Prüfzeugnisse des Staatlichen Materialprüfamtes liegen als Anlage bei) hergestellt werden kann, bei welchem die Verbundfestigkeit die Betonschubfestigkeit des umgebenden Betons übertrifft. Hierdurch wird voller Verbund zwischen Bewehrungseinlage und Betonquerschnitt erreicht und die Flexibilität der Bewehrungslagen im Endzustand unterbunden. Der Verbund zwischen Kanal und Verpreßmaterial kann besonders günstig beeinflußt werden, wenn man keine Hüllrohre einsetzt, sondern eine rauhe nackte Betonoberfläche verwendet. Diese kann dadurch vorteilhaft hergestellt werden, indem man beim Herstellen der Pfahlsegmente Platzhalter für die Kanäle, z. B. in Form von runden Holzstücken, einbringt und diese nach einer definierten Dauer von z. B. 6 Std. um ihre eigene Achse dreht. Somit wird der Verbund zwischen Beton und Platzhalter zerstört und der Platzhalter kann folgend herausgezogen werden. Übrig bleibt eine rauhe Betonoberfläche. Die Platzhalter film mehrere Kanäle müssen untereinander und zum Segment selbst mittels einer Lehre ausgerichtet sein, damit die Kontinuität des Kanalbildes über alle gefertigten Segmente erhalten bleibt. Die Ausrichtung der Segmente untereinander während des Einpreßvorganges kann mittels eines einfachen Nut- und Federsystems erreicht werden. Der zum Einsatz kommende Verpreßmörtel hat weiterhin die vorteilhafte Eigenschaft, daß er eine ausreichende Verankerungslänge zur Aufnahme der gesamten Zugkraft schon im ersten und letzten Pfahlsegment gewährleistet und somit die Zugkraft über die gesamte Bewehrungslänge gewährleistet ist. In Ausziehversuchen (Anlage) führte eine Einbindelänge von ≦ 25 cm bei allen getesteten Stäben zum Bruch im Stahlquerschnitt. Da die Segmente i. d. R. eine Länge von 50 cm aufweisen, kann die volle Kraft der Bewehrungseinlagen schon innerhalb des ersten Segments mobilisiert werden.

Zusätzlich kann eine Mörtelüberdeckung im ersten Pfahlsegment von ca. 5 cm eingestellt werden, damit die Bewehrungseinlagen im untersten Segment, welches in direktem Kontakt zum Boden ist, ausreichenden Korrosionsschutz aufweisen. Dieser Kanalverschluß erfolgt für das erste Element vorteilhaft schon bei seiner Herstellung.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 schematisch den Verfahrenszustand während des Einschieben der flexiblen Bewehrungselemente direkt unterhalb bestehender Fundamente bei beengten Platzverhältnissen.

Ein erfindungsgemäße Verfahrensstufe zur Herstellung biegesteifer Pfähle direkt unter bestehenden Fundamenten bei beengten Platzverhältnissen ist in prinziphafter Darstellung im Schnitt in Fig. 1 dargestellt. Zunächst wird in Anlehnung an DIN 4123, Gebäudesicherung im Bereich von Ausschachtungen, Gründungen und Unterfangungen, 1972, ein Abschnitt 1 unter dem vorhandenen Fundament 2 freigelegt, welcher senkrecht zur Zeichenebene eine maximale Länge von 1,25 m aufweisen darf und damit beschränkt ist. Die Höhe des Abschnittes beträgt i. d. R. zwischen 1,0 m bis 1,5 m. Die Fundamentlasten werden in diesem Zustand über Lastumlagerungen im aufgehenden Gebäude auf andere Fundamentbereiche übertragen. Durch die so beschriebene Geometrie werden oben angeführte beengte Platzverhältnisse näher definiert. In der Regel wird folgend zunächst ein Lastverteilungsbalken 3 unter dem Fundament angeordnet. Mittels einer hydraulischen Presse 4 werden sukzessive die Pfahlsegmente 5 vorgepreßt, bis der Pfahl ausreichende Tiefe und/oder ausreichende Tragfähigkeit aufweist. Folgend werden Presse und Lastverteiler ausgebaut und erfindungsgemäß die flexiblen Bewehrungselemente 6 in die vorbereiteten Kanäle 7 eingeschoben, wobei sie zur Zentrierung mit Abstandshaltern ausgerüstet sind (Der Übersichtlichkeit halber ist nur jeweils ein Element in Fig. 1 dargestellt). An den Bewehrungselementen ist der Verpreßschlauch 8 provisorisch befestigt, so daß der abschließende Verpreßvorgang von der Unterkante des Pfahles beginnend durchgeführt werden kann. Der Verpreßschlauch wird dabei sukzessive mit herausgezogen, wobei eine Mindesteinbindung von 1 m in den frischen Mörtel gewährleistet bleibt, um Lufteinschlüsse zu vermeiden. Diese Einbindung kann mittels Messung der momentanen Schlauchlänge innerhalb des Pfahls, dem bekannten Verpreßvolumen und der Messung der momentan verpreßten Mörtelmenge bestimmt werden.

Anzahl und Größe der Bewehrungskanäle und -elemente können im bestimmten Anwendungsfall variieren und den im Einzelfall auftretenden Bauwerkslasten angepasst werden. Es bestehen erfindungsgemäß keine herstellungsbedingten Einschränkungen hinsichtlich Anzahl und Größe der Bewehrungselemente. Durch Herstellung des vollständigen Verbundes und Einsatz nahezu beliebiger Bewehrungsquerschnitte kann die Berechnung des Querschnittes mittels bekannter Bemessungsdiagramme erfolgen. Anteile der Bewehrung als Bewehrung auf Druck dürfen hierbei nicht berücksichtigt werden. Durch Anbringen von Anschlußbewehrung an das vorhandene Fundament, bewehren und ausbetonieren des Pfahlkopfbereiches um das oberste Segment herum, kann auch ein biegesteifer Kopfanschluß eingestellt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung biegesteifer Pfähle direkt unter vorhandenen Fundamenten bei beengten Arbeitsraumverhältnissen dadurch gekennzeichnet daß,

• - bei beengten Platzverhältnissen flexible Bewehrungseinlagen beliebigen Querschnittes nachträglich in vorgefertigte Kanäle in vorab eingepreßte Segmentpfähle eingebracht werden, um nach dem Verpressen mit hochfesten Mörtel die Bauwerksbelastung über biegesteife Pfähle in einen neuen Gründungshorizont abzutragen.
• - der nachträgliche Verbund zwischen Bewehrungseinlage und Verpreßmörtel sowie zwischen Verpreßmörtel und umgebenden Beton durch die Herstellung rauher Kanäle und den Einsatz hochfesten Mörtels schon vollständig im ersten und letzten Pfahlsegment gewährleistet werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß,

• - flexible Bewehrungselemente verschiedener Ausbildung und verschiedenen Materials zum Einsatz kommen können.