DE2250693A1 - Grundpfeiler und verfahren zu dessen einbringen in erdreich - Google Patents

Description

Grundpfeiler und Verfahren zu dessen Einbringen in Erdreich

Die Erfindung betrifft einen Grundpfeiler zum Eintreiben ir Erdreich sowie ein Verfahren zum Einbringen eines solchen Grundpfeilers in das Erdreich.

In der gegenwärtigen Praxis können, wenn im Erdreich Kuttergestein in vernünftiger Tiefe verläuft, in wirtschaftlicher Weise hochbelastbare H-Stahlpfeiler oder Rohre mit offenem oder geschlossenem Ende in das Erdreich eingetrieben werden, die eine Belastbarkeit bis über 90 to aufweisen. Kompakte Sand- und zähe ionschichten geben Η-Pfeiler Stahlrohrpfeilerr>_rmit Treibdorn eingetriebenen Schalenpfeilern oder vorgefertigten Betonrohrpfeilern gewöhnlich eine Belastbarkeit von über 4-5 to, und diese Pfeiler sind bei mittelmäßiger Länge wirtschaftlich..

309838/0364

BAD ORfQlNAL

Es gibt ,-jedoch Gegenden mit Böden, die für solche Grundpfeilertypen ungeeignet sind. Beispielsweise ist Icings und nahe von sandigen Ozeanküsten oft bis in große Tiefen relativ loses, wenig Zusammenhalt aufweisendes Erdreich anzutreffen. Hier müssen konventionelle Grundpfeiler in beträchtliche Tiefen vorgetrieben werden, um die für eine annehmbare Belastbarkeit erforderlichen Reibungskräfte zwischen der Pfeilcroberflache und dem Erdreich zu entwikkeln. In anderen Gegenden überlagert eine dünne Schicht relativ losen, wenig Zusammenhalt aufweisenden Erdreichs (die gewöhnlich unterhalb einer nicht tragenden Schicht aus Schlamm, Ton oder Füllsand oder Mischungen davon liegt) eine tiefe Formation eines wenig tragfähigen Erdreichs, wie beispielsweise weichen Lehms. Hier muß der Grundpfeiler nach dem Durchtreiben durch die Schicht losen Erdreichs noch durch die tiefe Lehmschicht bis zu einer annehmbaren, tragenden Schicht unterhalb des Lehms getrieben werden.

Für Böden, bei denen das tragende Erdreich relativ lose und körnig ist und nur eine geringe spezifische !Belastbarkeit aufweist (beispielsweise Erdreich mit einem "TT"-'/ert von weniger als JO, und zwar ca. 5 bis 10, v.'obei der N-l/ert die Anzahl der Uammerschlc.ge eines 63,5 kg (140 lbs.)schworen und aus einer Höhe von 76 era (30 inches) fallenden Hammers ist, die erforderlich ist, um eine geschlitzte "ormmusterröhre

309838/0364

BAD ORIGINAL

von 5jO8 cm (2 inches) Durchmesser ?O,5 era (12 inches) voranzutreiben), welches Erdreich unterhalb einer relativ dicken wenig tragfähigen Schicht aus Füll sand oder weichem Lehm liegen kann, wurde die Verwendung eines Grundpfeilers vom "Franki"-^r.Dyp vorgeschlagen. Bei einem solchen Grundpfeiler wird nach dessen Eintreiben in die tragende Erdschicht am Fuß des Pfeilers ein pilzförmige;s Basislager aus· Beton ausgestoßen. Solche' Grundpfeiler sind beispielsweise auf den Seiten 250 - 251 des von Mc Graw-Hill 1951 veröffentlichten Buchs "Pile Foundations I'heory-Design-Practice" von Robert D. Chellis beschrieben. In diesem Buch sind noch zahlreiche andere Grundpfeilertypen beschrieben.. Wie von Giiellis ausgeführt, sind die Franki-Pfeiler insbesondere dort von Vorteil, wo innerhalb wirtschaftlich erreichbarer liefen eine tragende Schicht nur begrenzter Dicke angetroffen ivxrdo Während solche Franki-Pfeiler in vielen Fällen eine groBe Belastbarkeit (z.B. 110 to pro Pfeiler) aufweisen, ist ihr Einbringen recht kompliziert und. teuer. Es ist eine kostspielige Spezia.lausrustu.ng erforderlich, da konventionelle · Technikeii zum automatischen Eintreiben von Pfeilern gewöhnlich nicht verwendbar sind.Außerdem ist das Verhalten'jedes einzelnen, eingetriebenen Pfoilers..nicht ohne weiteres vorhersehbar. Dies mag beispielsweise daher rühren, daß das aus den Fuß des Pfeilers herausgedrückte pilzförinige Basislarrer aus Beton Exentrizitäten in seiner Gestalt aufweist, wobei andere Faktoren eine Rolle spielen können.

309 838/036 4

BAD ORIGINAL

Unter den anderen Grundpfeilern, die gegenwärtig für loses Erdreich in Verwendung sind, befinden sich auch die "Raymond"-Pfeiler, die auf den Seiten 235-235 des Chellis-Buches beschrieben sind sowie der verjüngte Einrohr-Pfeiler in Gemischtbauweise (Monotube composite tapered pile) der in seiner typischen Ausführung eine geriffelte dickwandige Schale aufweist, welche sich nach unten zum Fuß verjüngt. Dort, v/o die lose, körnige Erdschicht nur in begrenzter Dicke vorliegt, durchdringen solche Pfeiler diese Schicht ohne starken Halt zu finden, so daß sie dann in beträchtliche, Tiefen vorangetrieben v/erden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Grundpfeiler zu schaffen, der wenig kostspielig ist und in wirtschaftlicher Weise automatisch mit konventionellen Techniken in den Boden eingebracht v/erden kann und bei den oben beschriebenen Bodenverhältnissen eine hohe Belastbarkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einem Grundpfeiler gelöst, der erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch einen die Last tragenden vertikalen Schaft mit einer aus bewehrtem Beton vorgefertigten Spitze, die insbesondere eine zentrale, zum Schaft ausgerichtete Höhlung, in der das untere Ende des Schaftes sitzt, aufweist, deren Boden in einem Abstand von der Grundfläche der Spitze liegt, so daß dazwischen Beton zur Aufnahme und ,zur Übertragung

309838/0364

der auf den Boden der Höhlung einwirkenden Treibkräfte angeordnet ist, wobei die Spitze insbesondere mit nach, oben sich vergrößerndem Durchmesser mit einer Konizität von weniger als 25 cm pro Meter bei einer axialen Gesamthöhe von mindestens ca. 60 cm konisch zuläuft und deren maximale horizontale Querschnittsfläche 2 bis 15 mal größer ist als die.Querschnittsfläche des Schaftes, und der Schaft entweder ·

a) ein getrennt vorgefertigetes Teil ist, das beim Treiben des Grundpfeilers in das Erdreich die Treibschläge aufnimmt und sie in den Boden der Höhlung einleitet,· oder

b) ein Metallrohr ist, das beim Eintreiben' des Grundpfeilers in das Erdreich in seinem Innern einen Treibdorn aufnimmt, dessen unteres Ende auf dem Boden der Höhlung steht und die Treibschläge in diesen Boden einleitet, wobei nach beendigter Treibarbeit die Höhlung und das Metallrohr mit Beton ausgegossen werden.

Außerdem soll ein Verfahren zum Einbringen eines erfindungsgemäßen Grundpfeilers in das Erdreich geschaffen v/erden. Dieses Vorfahren ist im !Falle eines Grundpfeilers der Alternative a) gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: Einrotζcn des unteren Enden des Schaftes in die Höhlung und Eintreiben der S-oitzc in. das Erdreich, mittels auf das obere Ende dec Schaftes einwirkender Treibschlage; und im !''rille eines Grundpfeilers der Alternative b) gekennzeichnet (Tux'oh c]. j ο V o:e:"ahr ens roh ritte:

309838/036A

BAD ORfGiNAL

Befestigen der Spitze an dem Metallrohr, Anordnen eines Treibdorns innerhalb des Metallrohrs mit in die Höhlung reichendem unteren Ende, Eintreiben der Spitze mit daran befestigtem Metallrohr nittcls oben auf den Treibdorn einwirkender Treibschläge in das Erdreich, Ausbauen des Treibdorns, nachdem die spitze des Grundpfeilers in 'eine tragende Erdrscid.clit getrieben ist, und Ausgießen der Höhlung und des HctallrohreG mit Deton.

Auch wenn die llenn-Traglast des erfindamgsgeraäßen Grundpfeilers unterhalb der einer' vorschriftsmäßig installierten Franzi—Pfeilers sein mag, so ißt diese "raglast doch viel höher als die konventioneller Pfeiler. Die wirtschaftliche · Inntalliermöglichkeit nacht in -der Praxis die geringere Tra.gkraft wieder v/ett, indem eine höhere Anzahl der erfindungsgei:iä"en Grundpfeiler eingetrieben wird. Die Gosamtkosten zim sicheren Abstütaen eines Gebäuden oder einer anderen Κοη3ΐϊ-ιι1:ί;ϊο:α liegen r.iit den orfirtdungsgenäfien Grundpfeilern beträchtlich unterhalb d.or.'jcnigen Kosten, die bei der Ver— v.'endupg von Franki-pf eilern entstünden. Dor erfindungirgeinä.ße Grundpfeiler kann automaticch mittels kor:ve:ütioneller "reibhäpiraerbei liohen Sto-Ofrcquej^acn nit güter steifigkeit und Riclitungrictabilitüt ranch, genau' und leicht in das 'tivd.Tci.c.h eingetri^bop werclon (konventionelle (TreibhMTiiacr nit '}Q bic 120 ;JcIil.".gcn pro Iiinute sind bcifipiclr^/ciso auf don ileiten

309838/0364

BAD ORtQiNAL

70 - 72 des Chellis-Buchas beschrieben, wobei die Treibenergie gewöhnlich in der Größenordnung von 2000 bis 5000 mkp pro Schlag liegt).

V/eitere Merkmale,Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden !Beschreibung von Ausführungsb ei spiel en anhand der Zeichnungen«, Darin zeigt

Fig. i einen maßstabsgerechten Querschnitt einer erfindungsgemäßen Grundpfeiler-Spitze gemäß einer bevorzugten Ausführung s form;

Fig. 2 eine Bodenansicht der Grundpfeiler-Spitze von Fig. 1; Fig. 3 eine Draufsicht auf die Grundpfeiler-Spitze von FIg. 1;

Fig. 4 eine zum Teil aufgebrochene Seitenansicht der mit dem Schaft des Grundpfeilers verbundenen Grundpfeilerspitze von Fig. 1 , mit Darstellung eines in eine Höhlung der Grundpfeiler-Spitze' reichenden und ausbaubaren Treibdorns zum Eintreiben des Grundpfeilers in das Erdreich;

Fig. 5 einen Querschnitt der Spitze· und des unteren Schaftendes des Grundpfeilers, .wob'ei der Schaft bereits mit Beton ausgegossen ist;

Fig. 6 einen maßstabsgerechten Querschnitt einer anderen Ausxührungsform einer erfindungngernlifien Grundpfeiler-Spitze, die mit einem rohrförmigen Schaft verbunden ist;

3 0 9838/0364

Fig. 7 in schematischer V/eise eine Möglichkeit zum Eintreiben des Grundpfeilers nach Fig.- G;

Fig. 8 in schematischer V/eise eine andere Möglichkeit zum Eintreiben des Grundpfeilers von Fig. 6;

Fig. 9 einen Querschnitt der Grundpfeiler-Spitze von Fig. und des unteren Endes des Grundpfeilerschaftes, nachdem der Schaft mit Beton ausgegossen v/orden ist;

Fig.10 einen Querschnitt einer rait dem unteren Ende des Grundpfeilerschaftes verbundenen Grundpfeiler-Spitze gemäß einer v/eiteren Audführungsform der Erfindung;

Fig. 11 einen Querschnitt eines Teils d.er Spitze und des Schaftes eines Grundpfeilers zur Darstellung einer v/eiteren Variante zu deren Verbindung;

Fig.12 eine Seitenansicht des unteren Teils eines Grundpfeilers mit einem Holzschaft;

Fig.13 eine Seitenansicht des unteren Teils eines Grundpfeilers mit einem vorgefertigten Betonschaft;

Fig.14 einen Horizontalschnitt im Bereich des oberen Teils der Grundpfeiler-Spitze von Fig. 13; und

Fig.15 eine Seitenansicht des unteren Teils eines Grundpfeilers mit einem mit Beton vorgefüllten Rohrschaft.

Gemäß Fig .1 besteht die Spitze 11 aus bewehrtem Beton. Sie weist eine symetrische Kegelstumpfform rait einer im wesentlichen ebenen Grundfläche 12 auf. Die Grundfläche 12 ist in

309838/0364

_ 9 —

■ ^χ

wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Achse 13 der Spitze angeordnet. Die Konizität der Spitze beträgt in Fig. Λ ca 4 cm pro Meter, Die Betonspitze ist um eine relativ kurze Wellblech-Hülse 14 üblicher Bauart gegossen, so daß sich in oberen Teil der Betonspitze eine zentrale, im wesentlichen zylindrische, nach oben geöffnete Höhlung 16 befindet. Ein Teil 17 der Hülse 14- steht über die im wesentlichen ebene Oberfläche 18 der Betonspitze 11 vor· Die Hülse 14 kann aus Stahlblech, sonstigen Metallen oder aus solchen Materialien bestehen, die wie Metalle eine beträchtlich höhere Zugfestigkeit als Beton aufweisen. Solche Materialien sind beispielsweise organische Kunststoffe wie Polycarbonate (z.B. "lexaii") oder Oxymethylen Polymere (z.B."Celcon^M). \

In Pig. 1 besteht die Betonbewehrung aus einer Reihe von Bewehrungsstangen 19j die in gleichen Abständen, etwa in Richtung der Achse 13 verlaufend, um die Höhlung 16 angeordnet sind und sich unterhalb die Ebene des Höhlungsbodens erstrecken. Die Stangen 19 sind durch Quer-Bewehrungsstangen 21 zusammengebunden, welche mit den Stangen 19 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Umwickeln mit. Draht.verbunden sind.! Anstelle oder zusätzlich zu den Bewehrungsstäben können im Beton lletallblechstücke verteilt sein, oder der Beton kann Verstärkungsfasern enthalten (z.B. Fasern hoher

309838/0364

Zugfestigkeit wie Stahlfasern von ca 2,5 nun Durchmesser und 2,5 bis 5 crn Länge, die einen kleinen Teil wie etwa 2 # des Gesaratbetonvolumens einnehmen).

Bei Gebrauch v;ird die Spitze 11 mittels einer geeigneten Verbindung an den Schaft 22 (Fig. 4) des Grundpfeilers angeschlossen. Eine solche Verbindung ist beispielsweise· ein mit Grinde versehener Adapter 25 üblicher Bauart, der sowohl den vorstehenden Teil der Hülse 14 aisjauch das untere Ende des Schaftes 22 umfaßt. Innerhalb der Höhlung 16 ist ein Treibdorn 24 angeordnet. Er ruht beispielsweise auf einer Stahlplatte 26 auf, welche den Boden der Höhlung bildet. Diese Platte weist vorteilhaft einen größeren Durchmesser auf als die Hülse und wird in Stellung gebracht bevor der Beton der Spitze vergossen wird. Der Treibdorn 24 nimmt die Schläge eines Treibhammers auf und überträgt diese nach unten in die Betonspitze. Der in Fig. 4 gezeigte Treibdorn üblicher Bauart erstreckt sich über die gesamte Länge des Schaftes. In Fig. 4 ist der obere Abschnitt in verkleinertem Maßstab dargestellt und ein Teil des unteren Abschnitts ist zur Verdeutlichung von Einzelheiten des Treibdorns weggebrochen gezeichnet.

Es ist ersichtlich, daß die dargestellte Spitze stabil in aufrechter, vertikaler Position auf ihrer in wesentlichen

309838/0364

.ebenen Grundflache stehen wird, "and sie somit aufrecht genau an dem Ort, an dem der Grundpfeiler eingetrieben werden soll, aufgestellt v/erden kann» Sie bleibt in dieser aufrechten Lage beim Anbauen des Schaftes und Einführen des Treibdoras ohne daß eine spezielle Abstützung erforderlich wäre.

Beim Eintreiben des Grundpfeilers durchdringt die Spitze das nicht tragende Erdreich bis sie in -tragende Erdschichten gelangt. Fortgesetzte Treibschlage treiben die Spitze in die tragenden Erdschichten bis"aufgrund des der Treibkraft entgegenwirkenden Widerstandes angezeigt wird, daß der Grundpfeiler ausreichenden Halt gewonnen hat. Τν.τ diese Anzeige können übliche Berechnungsmethoden angewandt werden, Vielehe die Tragfähigkeit des Gx-undpf eilers zum Tr eibwi der stand.,- in Beziehung setzen.Oder es können statische Tragtests veranstaltet v/erden, bei denen der Grundpfeiler mit der doppelten als erwarteten Last belastet wird. Es wird dann die Bewegung des Grundpfeilers unter dieser Belastung gemessen, wobei eine Bewegung von ca 2,5 cm oder weniger gewöhnlich anzeigt, daß der Grundpfeiler die erwartete Last tragen wird.

Der Treibdorn 24- kann von üblicher Bauart sein. Beispielsweise besteht er aus einem Paar fast halbzylindrischer Hälften 27, die während des Einsatzes auseinander gegen die Innenwandung des Schaftes gedrückt werden (in diesem EaIl auch

309838/0364

BAD

gegen die Innenwandung der Hülse 14-)· Zum Auseinanderpressen der Hälften 27 ist ein dehnbares Element 28 vorgesehen, in das Luft (oder ein anderes Strömungsmittel) unter Druck eingeführt wird, um das Element 28 gegen die Innenwände der Treibdorn-Hälften 27 zu dehnen. Wenn der Treibdorn aus der Höhlung ausgebaut v/erden soll, wird der Druck in den ausdehnbaren Element vermindert, so daß sich die Treibdorn-Hälften unter dem Einfluß von Federn 29, die auf Bolzen J\, welche die Treibdorn-Hälften durchtreten, angeordnet sind, weg von den Schaft- bzw. Hülsenwänden zusammenbev/egen. Dabei stützt sich ein Ende jeder Feder an einer Wand einer Treibdom-Hälfte 27 ab, während das andere Ende jeder Feder am äußeren Ende des Bolzens gehalten ist.

Ein anderer in Gebrauch befindlicher Treibdorn, der Verwen dung finden könnte, besteht einfach aus einem dickwandigen Rohr, das sich durch den Schaft in die Höhlung erstreckt und auf dem Boden der Höhlung aufruht. Wenn beispielsweise der Schaft und die Höhlung einen Innendurchmesser von 33 cm aufweisen, könnte der Treibdorn ein dickwandiges Rohr mit . ■ einem innendurchmesser von ca 32,4 cm sein, das die Schläge von dem Treibhammor aufnimmt und sie in den Boden 26 der Höhlung einleitet.

309838/0364

Fach dem Ausbau des 9?reibdorns werden der Schaft 22 und die Hülse 14 mit Beton ausgefüllt. Wie in Fig. 5 gezeigt, füllt der Beton die Höhlung, wodurch eine ausgezeichnete ■Verbindung zwischen der Spitze und dem Schaft entsteht, so daß sich beide selbst bei Zugbelastung wie eine.Einheit verhalten. Falls gewünscht, kann eine Bewehrung wie die Bewehrungsstäbe 32, die sich von der Höhlung aufwärts in den Schaft erstrecken ,vor dem Ausgießen mit Beton angeordnet werden»

In der in den Fig. 6 bis 9 dargestellten Spitze ist die Hülse 3^ ein kurzes Rohrstück, beispielsweise ein geradwandiges Stahlrohr nit eines Durchmesser von etwa 20 bis 35 oder selbst 45 cm und einer Wandstärke von etwa 4,3 bis 10 nm und mehr. Als Werkstoff kann der für Rohrpfeiler gebräuchliche verwendet werden. Die Hülse 34 kann mittels eines Verbindungseleraents mit dem Schaft 36,einer Rohrsäule, verbunden werden. Als Verbindungselement kommt beispielsweise eine innen verjüngt zulaufende Muffe"". 37 in Frage, deren Innendurchmesser, etwa gleich ist dem Außendurchniesser der Hülse 34- vxiä. des Schaftes 36» so daß ein Treibsitz sowohl zx/ischen der Huffe" 37 und dem Oberteil der Hülse 3'i- ^a^-^s auch zwischen der Muffe und dem Bodenteil des Schaftes erhalten wird. Falls gewünscht, kann die Verbindung noch verschweißt v/erden. Zur besseren Verankerung der Hülse in der

309838/0364

Betonspitze kann die Hülse ⁷A gemäß Fig. 6 noch eine an ihren Bodenrand angeschweißte ebene Querplatte 38 von Größerer Fläche als die Querschnittsfläche der Hülse aufweisen. Diese Querplatte, die beispielsweise aus 12,5 mn starkem Cüahlblech bestellt, wird zweckmäßig an die Hülse yA angeschweißt bevor die Botonspitse gegossen wird. Der Grundpfeiler kann durch Treibhamnerschläge eingetrieben werden, die entweder oben in den ScIiEf t selbst eingeleitet werden (Fig. 7) oder die, insbesondere bei einem dünnwandigen Schaft mit evtl sogar gewellten oder gefalteten Wänden, von einem Treibdorn ?A (Fig. 8) aufgenommen"und übertragen werden, welcher in die innerhalb der Hülse ^r'A gebildete Höhlung 39 eingreift. Die Quorplctte 38 liilft auch, die vertikalen Treibkräfte gleichmäßiger über die Betonspitae zu verteilen. Vie in Fig. 9 geneigt, füllt eier in den Schaft 36 eingegossene Beton auch die Höhlung 39· Auch hier können Bewehrungen angeordnet werden, die sich von der Höhlung aufwärts in den Schaft erstrecken.

Die in den Zeichnungen dargestellten besonderen Spitzen sind zur Verwendung mit einem Schaft bestimmt, der einen Durchmesser von etwa 30,^:3 cm (für die Ausführung nach Pig.6) odor von 3*3,3 cm (für die Ausführung nach Ρχρ.'Ί) aufweist. Die Grundfläche Λ2 der Spitze besitzt einen Durchmesser von etwa 61 cn, dor also beträchtlich größer ist als der eic κ

309838/03 6 4

BAOORiQINAL

Schaftes. Der maximale Durchmesser oben an der Spitze ist ert'wa ?6»2 cm und die axiale Höhe der Spitze, gemessen zwischen der Grundfläche 12 und der Oberseite 10, an der die Spitze ihren maximalen Durchmesser erreicht, beträgt ca 152 cm, co daß die Konizität bei etwa· 5 cm pro Heter liegt.

Im allgemeinen können die Spitzen ger-iäP. dieser Erfindung mit Schäften von etwa 20 bis 4-6 cm Durchmesser verwendet" weTden. Die Spitze weist vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt auf, wobei auch andere Querschnittsformen zur Erzielung einer im wesentlichen gleichförmigen Lastverteilung über den Pfeiler, wie z.B. quadratische Querschnitte verwendet werden können. Die Querschnittsfläche der Spitze ist an ihrem maximalen Durchmesser über 2 und vorzugsweise etwa 5 bis 15 laal größer als die Querschnittsfläche des Schaftes.' Die Grundfläche der Spitze weist, vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 20 cm auf, wobei im Rahmen der Erfindung auch scharfe Spitzen Verwendung finden können. Die axiale Höhe der Spitze ist vorteilhaft mindestens 61 cm. Sie übertrifft die Tiefe der Höhlung um wenigstens 30 cm, und sie beträgt weniger als 1/2 , gewöhnlicher jedoch weniger als 1/3 der Gesamthöhe des Grundpfeilers (einschl. des Schaftes). Die Konizität ist gewöhnlich geringer als 2F> cm pro Meter' (und vorzugsweise weniger als 12,5 cm pro Meter) und über 2 cm pro Meter (wobei auch die Verwendung von nichtkonischen

309838/0364 IAO ORIGINAL

Spitzen in den Rahmen der Erfindung fällt). Die Tiefe der Höhlung liegt im allgemeinen im Bereich von 1/10 bis 9/10 der axialen Höhe der Spitze, vorteilhaft jedoch zwischen 3/10 und 7/10 der Höhe und sie weist vorzugsweise 0,4 biß 0,6 der Höhe der Spitze auf.

Die Verwendung der erfindungsgemäP-en Spitze erlaubt die Verwendung kürzerer Grundpfeiler bei einer gegebenen Tragkraft. Im allgemeinen liegt die Gesamtlänge des Grundpfeilers (einschl. der Spitze) im Bereich von 3-15 Meter und mehr.

Die mit dem Erdreich in Berührung kommenden Oberflächen der Betonspitze können glatt oder geriffelt (gewellt) sein«

V/enn die Spitze durch gewisse nichttragende Böden getrieben wird, fließt das Erdreich oberhalb der Spitze nicht zurück um den Schaft, so daß um den Schaft Leerräume entstehen. Diese Leerräume v/erden vorzugsweise von oben aufgefüllt, beispielsv/eise durch zustampfen oder indem Materialien, etwa Sand in trockenem Zustand oder mit Wasser eingeführt bzw. eingeschweinmt wird. ·■ . *

Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, eine Grundpfeiler-Spitze ohne die beschriebene Höhlung zu verwenden. Wie beispielsweise in 5*ig. 10 dargestellt, kann die Spitze .51 niit

309838/0364

einer oberen Platte.52 versehen sein, an welche sich nach unten erstreckende Bewehrimgsstäbe 53 (oder andere geeignete Verankerungen) angeschweißt sind, um die der Beton 54- cLe^ Spitze so gegossen ist, daß er in Berührung mitder unteren Oberfläche der Platte 52 steht. Eine Hülse 56 (die ein kurzes Kolir stück sein kann, wie es in der Ausführungsform nach 3?ig. 6 vervrendeij'ist) ist auf die Oberseite der Platte geschweißt (entweder bevor oder nachdem der Beton gegossen ist). Die Hülse 56 schafft eine Verbindung zum Schaft 57 des Pfeilers. ITach dem Eintreiben des . Grundpfeilers werden der Schaft und die Hülse wie zuvor beschrieben mit Beton gefüllt.

Während die Sr>itze gemäß vorliegender Erfindung insbesondere zur Verwendung mit einem längeren Grundpfeilerschaft geeignet ist, liegt es dennoch innerhalb des Rahmens der Erfindung, die Spitze mit einem sehr kurzen Schaft oder sogar ganz ohne Schaft zu verwenden, beispielsweise dort, wo bisher Pfeiler oder andere eingetriebene Elemente nicht verwendet worden sind..Wenn z.B. das tragende Erdreich (z.B. ein feiner bis mittlerer Sand mit einem Η-Wert von etwa 8-10) an oder sehr nahe der Erdoberfläche verläuft und nicht von anderen nichttragenden Formationen von bedeutender Dicke überlagert ist, kann dio Spitze selbst (ohne einen Schaft) direkt in die Erdoberfläche eingetrieben werden. Beispielsweise kann die in I?ic« 1 dargestellte Spitze mittels eines konventionellen

309838/0364

Treibharamers, der auf einen Dorn innerhalb der Höhlung der Spitze einwirkt, etv;a 1,BO m in den Erdboden eingetrieben
v/erden. In Abstand angeordnete Reihen solcher eingetriebener Spitzen (wobei die Achsen benachbarter Spitzen etwa einen
Abstand aufweisen, der dem 1 1/2 fachen den größten Durch— messern der Spitze entspricht) können ein schv/eres Gebäude oder eine andere Konstruktion tragen ohne daß kostspielige Erdarbeiten erforderlich wären und ohne daß größere Fun&amente gesetst werden Müssten.

Anstatt eine über die obere Oberfl:'.ehe der Betonspitze vorstehende Hülse zürn Einfassen der Höhlung zu verv/enden, kann auch eine Büchse benutzt werden, die nicht über die Oberfläche der Det-onspitse vorsteht, und die geeignet ist, rait dem Grundpfeiler schaft verbunden au werden. Genäß. einer r;e— eigneten, in Fig. 11 dargestellten Konstruktion, besteht
die Büchse 61 aus einem gewellten Werkstoff. Sie weist einen etwas größeren Durchmesser'auf als die Schale des Pfei— 3-erschaftc.s 62, so daß, nachdem die Spitze gefertigt und bereit zur Verwendung 5.st, der Schaft nit dor Spitze verbunden v/erden kann, indem er in die Büchse G1 eingeschraubt v/ird· Der Schaft .kann auch in anderer './eise an der Spitze befestigt werden, indem er direkt in eine -imgcfai'te Höhlung eingeschraubt v/ird, deren Gewindegänge im Beton der Spitze verlaufen. Diof'G Gewindegänge kommen direkt mit dorn untere?« Endo

309838/0364

,.., BAOORtGINAt

_ 19 -

des Schaftes ohne Zwischenschaltung einer Einfassung in
Eingriff. In diesem Fall wird der Beton um eine geeijpiete Fona gegossen (welche die gleiche Gestalt wie die vorerwähnte Büchse auf v/eisen kann) und diese Form wird nach dem Gießen der Spitze entfernt, wodurch, eine Höhlung· mit Innengewinde im Beton entsteht, in welche der Schaft vor dera
Eintreiben des Pfeilers eingeschraubt wird. Alternativ
kann die ungefaßte Höhlung ohne Gewindegänge* sein;." sie ist dann beispielsweise so ausgestaltet, daß sie durch Reibung mit dem Schaft verbunden werden kann. D^e'Höhlung" kann sich leicht verjüngende Wände aufweisen (wodurch beispielsweise ein nach unten gerichteter Kegelstumpf gebildet wird) und das untere Ende des Schaftes (das sich entsprechend verjüngt) kann in die Höhlung eingepresst werden, so daß
zwischen dem Schaft und der Höhlung ein {Dreibsitz- entsteht. Das untere Ende des Schaftes kann noch beispielsweise"mittels' eines geeigneten' Zements oder Klebers mit den inneren V/änden der ungefassten Höhlung verbunden v/erden. Der Schaft kann auch durch -Einschraiiben in eine gefaßte Höhlung befestigt werden, wobei din Einfassung (lutter .) einen etwas größeren Durchmesser aufweist als der Schaft. Man sieht, dal? in diesen Fällen das untere Ende des Schaftes auch gsms oder als Teil des Futters der Höhlung dient.

309438/0364 BAD ORIGINAL

Die vorliegende Erfindung ermöglicht relativ große Mengen Betons, verglichen- mit den Mengen ausgestoßenen Materials in Franki-Pfeilern, inwirtschaftlicherer l/eise und mit gleichförmigeren Ergebnissen in tiefen Erdschichten unterzubringen. Wie bei den Franki-Pfeilern beruht die '/irkungs-

'¹I

weise der Pfeiler vorliegender Erfindung weitgehend, in dem Verdichten des wenig tragfähigen Erdreichs und sie erreichen eine sehr hohe Tragfähigkeit in relativ seichten Formationen. Typische Beispiele solcher Verhältnisse sind die folgenden:

a) 5»5 ei gemischten Füllsandes und grauem lehnigem organinischem Schlamm, der eine 4,5 m dicke Schicht (IT-l/ert ca 25) feiner Verlandunssstoffe(mittleren Kies enthaltend) überlagert, die ihrerseits eine Schicht von mehr als 15 π Ton überlagert;:

b) 4,5 m von gemischten Füllsand (geschütteter Boden)j Torf und grauem Schlamm, der eine 3 ßi dicke Schicht mittleren bis feinen losen Sandes (IT-Wert ca 12) überlagert, die

. ihrerseits eine v/eitere Schicht von 15 ro Dicke rotbraunen schlammigen feinen Sandes abdeckt;

c) 3 bis 4,5 m Füllsand, der eine Schicht V.on 0,3 bis 1,2 m Torf überlagert und unter einer Schicht losen Sandes mit einem I-T-V/ert von 6-30 liegt.

Vorliegende .Erfindung macht auch das Eintreiben des Grundpfeilers genau in¹ der gewünschten Richtung möglich. Sin

309 838/0364

Grund dafür ist, daß während des Sintreibens der steife Treibdorn innerhalb der Höhlung angeordnet ist. Dieser Treibdorn hilft sicherzustellen, daß die Spitze bei unterschiedlchem Bodenwiderstand,a.B. aufgrund von eingebettetem Go-' stein, Aufschüttungen, ungleichen !Formationen u.s.w., nicht verläuft. Sobald die Spitze seitlich nachgeben will, erfolgt ein Druck von der inneren Wand der Höhlung auf die entsprechende äußere "and d.es steifen, robusten Treibdorns, der sich einer solchen seitlichen Auswanderung widersetzt.

Die ijev/eilige Spitzengröße kann selbstverständlich, der gev/ünschten Tragfähigkeit angepaßt werden. So können z.B. Spitzen gewählt werden

a) eine Spitze mit einer Höhe von v86,2 cm, einem ^:Durchmesser von 501S cm an ihrer Grundfläche und 61 cm an ihrer Oberseite für einen Schaft"mit 27,3 cm; und

b) eine Sptze mit einer Höhe von 152,²I- cm und Durchmessern von 58?4 cm an ihrer Grundfläche und 73₅ 5 cm an ihrer Oberseite für einen Schaft mit 32,4- cm .

Die Tragfähigkeit -der größeren Spitze ist höher, jedoch ist die kleinere Spitze wirtschaftlicher zu fertigen und in das Erdreich einzutreiben. .

Die Grundpfeiler vorliegender Erfindung können leicht inspiziert und geprüft werden. Sollte die Spitze ernsthaft be-

3 09838/0364

schädigt sein (3.3. gesprungen), so kann dies ohne weiteres entdeckt v/erden, da in diesem Pail die Treib-Charakteristik

so ist als wäre keine Spitze vorhanden. Der Schaft des eingetriebenen Pfeilers kann ohne weiteres mit optischen Methoden untersucht werden, bevor er mit Beton ausgegossen wird.

Die Spitzen vorliegender Erfindung können auch mit unterschiedlichen Schäften oder Säulen verwendet v/erden, die direkt ohne Verwendung eines Treibdoms eingetrieben v/erden.

Die in Fig. 12 dargestellte Anordnung ist für relativ geringe Pfeilerbelastungen geeignet (13 bis 28 to). Die Spitze 11 weist eine Hülse ⁷A auf,die,wie in den Pig. 6 bis 9»ein kurzes Rohrstück ist (beispielsweise ein Stahlrohr von etwa 20 cm Außendurchmesser und 5 mm Wandstärke). Um, während, des Gießens der Spitze das Einlaufen von Beton in die IIu3.se au verhindern, ist diese durch eine Sperre 63 aus geeignetem Material abgeschlossen. Gewöhnlich ist diese Sperre eine Rohrkappe aus dünnem Me-tallblecli, die vox'· dem Gießen des Betons in den Boden der Hülse 34 eingetrieben worden ist. In die Höhlung der Hülse 34 ist ein gewöhnlicher IToI sp feil or 64 eingotriebon, so daß dessen unteres Ende fest in der Hülse sitzt. (Dan untere Ende wird vorteilhaft zunächst auf einen Querschnitt gebracht, der geringfügig großer ist als der der

309838/0364

BAD

Hülse, so daß das Holz beim Eintreiben in die Hülse susanmeng epres st wird und dadurch, ein fester Sitz entsteht). Das Eintreiben geschieht, indem die Spitze mit nach oben gerichteter Hülse an dem Punkt auf dem Erdboden aufgestellt wird, an dem der Grundpfeiler eingetrieben werden soll. Sodann wird der Holzschaft 64 oberhalb der Hülse in Stellung gebracht und mit Hilfe des Treibhammers in die Hülse getrieben. Der Holzstamm kann dann in geeigneter V/eise, beispielsweise mittels eines Bolzens 65 mit Muttern an der Hülse befestigt werden. Ein derartiger Grundpfeiler wird mit'einem Treibhammer niedriger Schlagenergie (z.B. ca 965 bis 2690 mkp pro Schlag) in den Erdboden getrieben. Der Grundpfeiler dieser Bauart ist geeignet, den erforderlichen Treibwiderstand in wesentlich lockeren Böden zu entwickeln als ein Eolzpfeiler, der ohne die Spitze 11 eingetrieben wird. Verglichen mit gewöhnlichen Jlolzpfcilerii weist der erfindungsgemäßc Pfeiler eine höhere Tragfähigkeit auf und / oder er kann in lockeren und körnigen Böden kurzer ausgeführt werden. H¹Ur diesen Verwendungszweck weist die Spitze gewöhnlich eine Höhe von ca 76 cm und Durchmesser von ca 43 cm (an der Grundfläche) und 50 cm (an der Oberseite) auf. Die Hülse 34 ist etwa 7S cm lang, wobei die eine Hälfte in Beton eingebettet ist. Der Holzpfeilerstamm, kann beispielsweise eine Länge von 3 bis 27 ra. besitzen.

309838/0364

In der Ausführungπforra nach J?ig. 13 wird eine vorgefertigte begehrte Betonsäule 66 verwendet. Solche Säulen sind (siehe beispielsweise die Seiten 200-206 des Buches von Chellic) in verschiedenen Querschnitten erhältlich, gewöhnlich jedoch mit quadratischem Querschnitt, wie in Fig. 14 dargestellt. Andere Querschnitte wie sechseckige, .achteckige oder kreisförmige können ebenso vorwendet werden. Das Element 67 kann ein topfförraiges Teil (oder ein Zusammenbau mehrer Teile) sein und aus leichtem Material, v/ie z.B. aus Metallblech bestehen. Dieses Element 67 dient als eine Form zur Eildung der Höhlung in der Oberseite der Spitze, ■wenn diese gegossen wird. Vorzugsweise ist das Element leicht konisch (v/obei das obere linde weiter ist) und das untere Ende der Betonsäule 66 kann in entsprechender Weise konisch verlaufen, so daß der Pfeiler in einfacher Weise zusammengebaut werden kann, indem die Säule in die Höhlung getrieben und dadurch das untere Ende der Säule in der Höhlung eingezwängt wird. Es ist möglich, das ganze Element 67 oder einen Teil davon wegzunehmen, nachdem die Spitze gegossen und ausgehärtet ist, so öa.ß beim Zusammenbau des Pfeilers die Betonoberfläche des unteren Endes der Säule in Kontakt mit der inneren Betonoberfläche der Höhlung an der Spitze kommt. Pfeiler dieser Bauart können beispielsweise in Größen gefertigt werden, die geeignet sind, Traglasten von etwa 27 bis 907 to und mehr aufzunehmen, nachdem sie mit .Treibhämmern

309838/0364

eingetrieben sind, deren Treibenergie im Bereich von ca . 2070 bis 4-950 mkp und mehr pro Schlag- liegt. Bei einem typischen Grundpfeiler· dieser Bauart weist der Säulenquer-• schnitt etwa 35 cm im Quadrat auf. Die Spitze besitzt eine Höhe von etwa 91 cm und weist an der Oberseite eine Quadratseite von etv/a 71 cm und an der Grundfläche eine Quadratseite von etwa, 50 era auf.

In "Fig. 15 ist der Schaft 6C ein Rohr, das mit Beton gefüllt worden ist* der Beton ist in das Rohr (das, wie angedeutet, in Abstand angeordnete Bewehrungsdrähte oder stäbe enthält) eingegeben und dort ausgehärtet worden bevor der Schaft an die Spitze befestigt worden ist. Diese Anordnung bietet eine sehr steife Konstruktion- zur Übertragung der [üreibschlage mit der Wirtschaftlichkeit des vorgefertigten Pfeilerschaftes. Ein solcher Pfeiler kann beispielsweise für Traglasten von ca 22 bis 907 to und mehr verwendet v/erden, nachdem er mit einem Hammer in den Erdboden eingetrieben worden ist, dessen Treibenergie beispielsweise etv/a bei 2620 bis 4 140 mkp pro Schlag liegt. Das Rohr des Schachtes kann ein dickwandiges Stahlrohr sein mit einem solchen Außendurchmesser, daß es mit einem engen . Gleitsitz im Innern der Hülse 34 sitzt.'Damit der Pfeiler auch gehoben werden kann, -kann der Schaft mit der.Hülse 34· verschweißt werden, wie durch die Schweißnaht am oberen Rand der Hülse 34 in SIg. 15 angedeutet-ist.

309338/0364

Claims (12)

1. Patentansprüche

   Λ.) Grundpfeiler zum Eintreiben in Erdreich, gekennzeichnet durch einen die Bast tragenden vertikalen Schaft (22, 36, 57» 62, 64, 66) mit einer aus bewehrtem Beton vorgefertigten Spitze (11), die eine zentrale, zum Schaft ausgerichtete Höhlung (16, 39), die im wesentlichen durch das untere Ende des Schaftes ausgefüllt ist, aufweist, deren Boden (26, 38, 63) in einem Abstand von der Grundfläche (12) der Spitze liegt, so daß dazwischen Beton der Spitze zur Aufnahme und zur übertragung der auf den Boden der Höhlung einwirkenden Treibkräfte angeordnet ist, wobei die Spitze einen größeren Durchmesser als der Schaft aufweist und mit nach oben sich von der Grundfläche vergrößerndem Durchmesser mit einer Konizität von weniger als 25 cm pro Meter bei einer axialen Gesamthöhe der Spitze von mindestens ca. 60 cm konisch zuläuft und deren maximale horizontale Querschnittsfläche 2 bis 15 mal größer ist als die Querschnittsfläche des Schaftes, und der Schaft entweder

   a) ein getrennt vorgefertigtes Teil (62, 64, 66) ist, das beim Treiben des Grundpfeilers in das Erdreich die Treibschläge aufnimmt und sie in den Boden (63) der Höhlung einleitet, oder

   309838/0364

   b) ein Metallrohr (22, 36, 57) ist, das beim Eintreiben des Grundpfeilers in das Erdreich in seinem Inneren einen Treibdorn (24) aufnimmt, dessen unteres Ende auf dem Bo-. den (26, 38, 52) der Höhlung (16, 39) steht und die Treibschläge in den Boden einleitet, wobei nach beendigter Treibarbeit die Höhlung und das Metallrohr mit Beton ausgegossen werden.
2. 2. Grundpfeiler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schaft ein zur Übertragung der ;.-Treibschl'äge ungeeignetes dünnes Wellblechrohr (22) enthält, das zusammen mit der Höhlung (16) nach beendigter Treibarbeit der Spitze durch den Treibdorn (24·) mit Beton ausgegossen wird. ,
3. 3. Grundpfeiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft eine, vorgefertigte Holz- oder Betonsäule (64 bzw. 66) ist, welche die Treibschläge aufnimmt und überträgt.
4. 4. Grundpfeiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch· gekennzeichnet , daß die Spitze in einer Schicht lose gekörnten Bodens mit einem. U-Wert von weniger als 30 eingebettet ist, die beim Eintreiben des Grundpfeilers durch dessen Spitze (11) verdichtet worden ist.

   309838/0364

   2250633
5. 5. Grundpfeiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhlung (16, 39) sich von der Ebene (18) der Spitze in der diese eine maximale Querschnittsfläche aufweist, nach unten über ca. 3/10 bis 7/10 der axialen Hohe der Spitze erstreckt.
6. 6. Verfahren zum Einbringen eines Grundpfeilers in das Erdreich nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (11) an dem Metallrohr (22, 36, 57) befestigt wird, daß ein Treibdorn (24) in dem Metallrohr mit in die Höhlung (16, 39) reichendem unteren Ende angeordnet wird, daß die Spitze mit daran befestigtem Metallrohr mittels oben auf den Treibdorn einwirkender Treibschläge in das Erdreich eingetrieben wird, daß der Treibdorn entfernt wird, nachdem die Spitze des Grundpfeilers in eine tragende Erdschicht getrieben ist, und daß die Höhlung und das Metallrohr mit Beton ausgegossen werden.
7. 7- Verfahren zum Einbringen eines Grundpfeilers in das Erdreich nach einem der Ansprüche 1, 3i 4 und 5» dadurch gekennzeichnet , daß das untere Ende des Schaftes (62, 64, 66) in die Höhlung eingesetzt und daß die Spitze (11) in das Erdreich mittels auf das obere Ende des Schaftes einwirkender Treibschläge eingetrieben wird.

   309838/0364
8. 8. Vorgefertigte Betonspitze zur Verwendung mit einem Grundpfeiler nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch ge kennzeichnet, daß die Spitze (11) aus bewehrtem
   Beton besteht und eine obere zentrale Höhlung (16, 39) zur
   Aufnahme des Grundpfeilerschaftes (22₅ 36_? 57, 62_? 64, 66)
   aufweist, wobei die Spitze mit von dem unteren Ende nach
   oben sich vergrößerndem Durchmesser mit einer Konizität von
   weniger als 25 cm pro Meter bei einer axialen Gesamthöhe

   von mindestens 60 cm konisch zuläuft und ihre maximale
   horizontale Querschnitt^flache (18) 2 bis 15 mal größer
   ist als die Querschnittsfläche des Schaftesο
9. 9. Betonspitze nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spitze eine obere zentrale, röhrenförmige fest in den Beton der Spitze eingebettete Auskleidung (14) aufweist, an welcher der Grundpfeilerschaft (22) vor dem Eintreiben des Grundpfeilers in das Erdreich befestigbar ist
   und die aus einem kurzen Stück einer gewellten Metallhülse besteht, und daß die Höhlung (16) eine ausreichende Größe zur
   Aufnahme eines Treibdorns (24) aufweist, durch den die Treibkräfte eines Treibhammers in den Boden (26) der Höhlung eingeleitet werden. . .
10. 10. Betonspitze nach Anspruch 8 oder 9»g®kennzeichnet durch einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, eine Grundfläche (12) von wenigstens
    20 cm Durchmesser und eine axiale Höhe von wenigstens 60 cm

    309838/0364

    und mindestens 30 cm mehr als die Tiefe der Höhlung, die ihrerseits ca. 0,4 bis 0,6 der axialen Höhe aufweist.
11. 11. Betonspitze nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet d α r c h eine im wesentlichen ebene Grundfläche (12), auf welcher die Spitz« (11) vor dem Eintreiben in das Erdreich aufrecht ohne zusätzliche Abstützung auf dem Erdboden aufstellbar ist.
12. 12. Vorgefertigte Betonspitze zur Verwendung mit einem Grundpfeiler nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Spitze (11) aus bewehrtem Beton besteht und mit dem Erdreich in Berührung kommende Betonoberflächen aufweist sowie insbesondere mit einer oberen zentralen fest in den Beton eingebetteten dünnen gewellten Metallhülse (14, 61) versehen ist, an welche der Grundpfeilerschaft (22, 62) vor dem Eintreiben des Grundpfeilers in das Erdreich befestigbar ist, wobei die Spitze (11) eine im wesentlichen ebene Grundfläche (12) besitzt, die größer ist als die Querschnittsfläche des Schaftes und eine solche Konizität aufweist, daß ihr oberer Teil (18) eine größere Querschnittsfläche hat als ihre Grundfläche, wobei diese Konizität jedoch geringer ist als 25 cm pro Meter.

    309838/0364