DE2544022C3

DE2544022C3 - Fertigpfahl mit einer Ummantelung aus Bitumen

Info

Publication number: DE2544022C3
Application number: DE2544022A
Authority: DE
Inventors: Tokyo Yokohama Nakagawa
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1981-06-04
Also published as: NL7511739A; DK147891C; JPS5141211A; HK21278A; GB1487452A; NO146576B; NL164346B; DE2544022A1; DK441375A; AU8536775A; DK147891B; FR2286920B1; NO146576C; JPS5321202B2; NL164346C; NO753311L; DE2544022B2; CA1022758A; MY8000265A; FR2286920A1

Description

dxEi:35N,
wobei

d = Schichtdicke der äußeren Schicht (1) (cm),
E — Elastizitätsmodul der äußeren Schicht (kg/cm²), N = Wert der Kennzahl gemäß dem Standard-Eindring-Test eines Pfahles in den Boden.

2. Fertigpfahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitumenschicht (2) eine Schicht aus einem ein Blumen, einen Füllstoff und/oder ein Polymer enthaltenden Gemisch ist.

3. Fertigpfahl nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Zusammensetzung der Bitumenschicht (2), daß in einer grafischen Darstellung, bei der auf der Abszisse der Erweichungspunkt in der Celsius-Temperatur-Skala im linearen Maßstab und auf der Ordinate die Penetration durch den Wert 0,1 mm bei 25°C in logarithmischem Maßstab aufgetragen ist, Erweichungspunkt und Penetration der Bitumenschicht (2) innerhalb eines Polygons liegen, dessen Ecken durch folgende Punkte mit den Abszissenwerten χ und den Ordinatenwerten y gegeben sind:

A (χ = 55;	^= 240).	40	>- »0).
B (χ = 33:	>=240), ³^	.P=IOO),
C (χ = 53;	> = ίο).	Z= 40).
D (χ = 65;	>- 10).	y- 20).
E (χ = 80;	y- 30),	/= 20). 45
vorzugsweise	nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
/ (χ = 40;	zeichnet, daß die Bitumenschicht (2) eine Dicke
H (χ =52:	zwischen 0,3 mm und 1.0 mm aufweist.
L (χ = 63;
K (*=54;
/ f* = 48;
4. Fertigpfahl

Die Erfindung betrifft einen Fertigpfahl mit einer Ummantelung aus Bitumen, die außenseitig von einer lußeren Schicht abgedeckt isi.

Die allgemein übliche Ummantelung aus Bitumen ♦gl. z. B. FR-PS 21 67 533 und GB-PS 9 00 665 - dient dazu, die negative Reibung, die durch sich setzende ftodenschichten bewirkt wird, zu vermeiden oder doch merklich zu reduzieren. In den beiden genannten Vorveröffentlichungen wird darauf abgestellt, daß die Bitumenschicht eine Mindeststärke von 3 mm aufweist. Dies kann /u Schwierigkeilen führen. Einmal nimmt der apparative Aufwand für den Ummantelungsvorgang mit zunehmender Schichtdicke zu. Auch die nachteiligen Folgen einer Erweichung der Ummantelung bei höheren Außentemperaturen werden mit zunehmender Dicke der Ummantelung größer. Umgekehrt gilt, daß

M) bei tiefen Außentemperaturen die Gefahr des Bildens von Rissen usw. in der Ummantelung und von Absplittern ganzer Teile derselben gegeben ist. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Fertigpfähle besteht darin, daß die Bitumenummanteliing aufgrund der während des Eintreibens auf sie einwirkenden Kräfte deformiert und ggf. vom Pfahl gelöst wird.

Zwar offenbart die CH-PS 1 95 585 einen Fertigpfahl der einleitend beschriebenen Art, wobei die äußei-2, eine Schutzumhüllung darstellende Schicht aus Leinen oder dgl. besteht Letzteres hat insbesondere die Funktion, die Bitumenummantelung in ihrer Lage zu halten. Angaben bezüglich der Dicke der Bitumenummantelung und der vorbeschriebenen sich daraus ggf. ergebenden Probleme sind der CH-PS nicht zu entnehmen.

Beim weiterhin bekannten Dywidag Schleuderbetonrammpfahl ist die eine Dicke von 4 — 5 mm aufweisende Bitumenummantelung außenseitig durch einen Blechmantel abgedeckt, der die Ummantelung während des Eintreibens schützen soll, so daß der Pfahl auch nach der Rammung einen völlig unversehrten und fest anhaftenden Bitumenmantel aufweist. Die Herstellung dieses Fertigpfahles ist kompliziert und aufwendig, da das Bitumen in den Zwischenraum zwischen Pfahl und den in eine entsprechende Position zu bringenden Eisenblechmantel eingegossen wird. Die Herstellung des Eisenblechmantels s-rlbst bedingt auch erhebliche Kosten. Die verhältnismäßig dicke Bitumenummantelung dient lediglich als Korrosionsschutz. Das Problem der negativen Reibung wird im Zusammenhang mit dem Dywidag Schleuderbetonrammpfah! nicht erörtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fertigpfahl der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, daß die vorstehend erläuterten Nachteile bekannter Pfähle vermieden werden. Insbesondere wird angestrebt, die Herstellung des Fertigpfahls zu vereinfachen und die Aufwendungen für Ummantelung und äußere Schicht /u verringern, ohne daß der angestrebte Effekt, nämlich Verhinde-ung oder erhebliche Reduzierung der negativen Reibung und Vermeidung von Beschädigungen der Bitumenummantelung während des Eintreibens eine Verringerung erfährt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Bitumenschicht eine Dicke von Maximal 3 mm aufweist und die a ißere Schicht aus einem Polyolefin besteht und folgender Beziehung entspricht:

d = Schichtdicke der äußeren Schicht 1 (cm).
E = Elastizitätsmodul der äußeren Schicht (kg/cm²).
N = Wert der Kennzahl gemäß dem Standard-Eindring-Test eines Pfahles in den Boden

Das Aufbringen einer Bitumenschicht von nicht mehr 3 mm kann auf einfache Weise und unter Anwendung unkomplizierter Mittel durchgeführt werden. Andererseits reicht diese Schichtdicke voll und ganz aus. um die unerwünschte negative Reibung /u vermeiden. Die äußere Schicht aus einem Polyolefin gewährleistet einmal eine lange Lagerzeit auch bei sehr hohen Außentemperaturen. Der Pfahl kann darüber hinaus ohne Schwierigkeiten und mit einem hohen Maß von Genauigkeit eingetrieben werden, ohne daß die Bitumenschicht irgendwelche Beschädigungen erfährt, die die ihr zugedachte Wirkung beeinträchtigen könnten. Die vorgenannte Beziehung bezüglich der äußeren Schicht trägt auch der Tatsache Rechnung, daß

diese selbst eine ausreichende Dicke aufweisen muß, um den während des Eintreibens auf das vordere Ende des Pfahles wirkenden Bodendruck zur Vermeidung von Ausbeulungen zu widerstehen. Diese Widerstandskraft wird bestimmt durch die Dicke der äußeren Schicht und deren Elastizitätsmodul. Die bedeutendste der auf das vordere Ende der äußeren Schicht während des Eintreibens wirkenden Krähe ist eine Kraft, welche in vertikaler Richtung wirkt Sie ist abhängig von der Härte des Bodens. Diese wird durch die Kennzahl N ausgedrückt Zwar wirken zusätzlich zu diesen vertikalen Kräften noch andere Kräfte, beispielsweise die Reibungskraft des Bodens und der Gleitwiderstand des Klebemittels der bindenden Schicht. Diese beiden Kräfte jedoch wirken in entgegengesetzten Richtungen und heben sich daher praktisch gegenseitig auf. Wenn die äußere Schicht durch den vertikalen Bodendruck nach außen gedrückt wird, wirkt diesem der horizontale Bodendruck entgegen. Schließlich wirken einerseits die Adhäsion des Klebemittels der bindenden Schicht auf die äußere Schicht, andererseits die I Irnfangsspannung der äußeren Schicht selbst in ähnlicher Wei^c-.·. Diese Kräfte wirken im Sinne eines Verhinderns des Ausbeulens.

Die äußere Schicht verhindert auch das Eindringen von Kies oder anderen festen, körnigen Bestandteilen des Bodens in die Pfahlummantelung, die einer Reduzierung der negativen Reibung engegenwirken könnte. Auch die Einv/irkung von in Umfangsrichtung wirksamen Reibungskräften auf die Bitumenschicht wird durch die äußere Schicht vermieden, deren Beschaffenheit außerdem so gewählt ist, daß ein Abschälen, Abbrechen oder dgl. von Teilen derselben während des Eintreibens vermieden werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Fig. I zeigt einen zweifach ummantelten Fertigpfahl im Querschnitt wobei mit 1 die äußere Schicht mit 2 die Bitumenummantelung und mit 3 der eigentliche Pfahl bezeichnet sir t

Fig. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen Erweichungpunkt und der Penetration des Bitumens, wobei auf der Abszisse der Erweichungspunkt ("C) im linearen Maßstab auf der Ordinate die Penetration im logarithmischem Maßstab aufgetragen ist.

F i g. 3 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit zwischen der Tiefe und der vertikalen Verteilung der durch die negative Reibung verursachten Axialkräfte, wobei die Kur e feinem Pfahl entspricht. der mit Bitumen gemäß der Erfindung ummantelt ist. Während die Kurve (b) einem Pfahl entspricht, der in konventioneller Weise mit Bitumen ummantelt ist und die Kurve fcjeinem nicht ummantelten Pfahl entspricht.

Fig.4 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Dicke und dem Elastizitätsmodul der äußeren Schicht und den Wert Nzeigt.

Der Ausdruck »Penetration« bezieht sich auf einen Wert von 0.1 mm Eindringtiefe einer Nadel in das Bitumen gemessen gemäß ASTM D5.

Der Wert Λ/ stellt die Härte des Bodens dar, welche nach dem Standard-Test-Verfahren des Eindringens eines Pfahles in den Boden gemäß JIS A 1219 bestimmt wird.

Bei den Ausfürrungsformen, auf die sich die Zeichnungen beziehen, besteht das verwendete Bitumen aus Asphaltbitumen. Fali« -.rforderlich, kann auch jede andere Art bituminöser Substanz, beispielsweise ein Gemisch aus Bitumen mit einem Füllstoff und einem Polymer, oder ein Gemisch aus Bitumen mit einem Füllstoff oder einem Polymer verwendet werden. Das Polymer kann beispielsweise ein Gummipolymer sein, das mit dem Bitumen zusammengemischt ist beispielsweise Butadien-Polymer. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen liegt die Dicke der Bitumenschicht zwischen 0,3 und 1,0 mm. Die Bitumenschicht kann auf den eigentlichen Pfahl durch Anwendung einer einfa-

Hi chen Methode aufgebracht werden. So kann beispielsweise ein Beton- oder Stahlpfahl in horizontaler Stellung gedreht werden, wobei eine Bitumen-Ausflußöffnung, die über dem Pfahl angeordnet ist in einer solchen Richtung bewegt wird, daß eine Schicht aus

ι ί Bitumen auf den Pfahl aufgebracht wird.

Eine Beschichtung aus einem Polyolefin kann im Extrusionsverfahren nach bekannten Methoden auf den Pfahl aufgebracht werden. Das Polyolefin kann auch in Form eines Bandes extrudiert und um den rotierenden

in Pfahl gewickelt werden, um so die beschichtung zu bilden.

Beispiel 1

Es wurden Versuche durchgeführt, um den Umfang zu bestimmen, indem die negative Reibungskraft bei einem zweifach ummantelten Pfahl herabgesetzt ist, der unter Verwendung des Bitumens gemäß der Erfindung hergestellt ist. Die bei den Versuchen verwendeten Pfähle waren Stahlrohrpfähle von 609,6 mm Durchmes-

jo ser, 9,6 mm Dicke und 12 m Länge. Einige dieser Pfähle wurden ohne jede Behandlung verwendet, während andere mit einer von zwei verschiedenen Bitumenarten in einer Dicke von 03 mm beschichtet waren und auf die Oberfläche der Bitumenschicht eine äußere Schicht aus

j-, Polyäthylen von 1,8 mm Dicke aufgebracht war. Eine der beiden verschiedenen Bitumenarten oder Bitumen (a)war von der erfindungsgemäßen Art und das andere Bitumen oder Bitumen (b)war von konventionelle·· Art. Das Bitumen (a) hatte einen Erweichungspunkt von 55°C und eine Penetration von 60, während das Bitumen (b) °inen Erweichungspunkt von 80⁰C und eine Penetration von 60 besaß. Um den Anteil der negativen Reibungskraft zu bestimmen, welche auf die mit einer der beiden verschiedenen Bitumenarten besciiichteten

4-, Pfähle einwirkte, wurde die vertikale Verteilung der axialen Kräfte, die durch die negative Reibungskraft hervorgerufen waren, gemessen. Dazu wurden die beschichteten Pfähie von 12 m Länge im Feld zusammengeschweißt und dann bis zu einer Tiefe von

-,o 60 m in einen Boden eingetrieben, der aus einer eingefüllten Sandschicht bestand, welche eine ringförmige Einsenkung von etwa 200 bis 300 mm aufwies. Die in vertikaler Richtung wirkende Axialkraft wurde unter Ve.-wendung eines Dehnungsmeßgerätes gemessen, das

-,-, an jedem Pfahl angeordnet wurde. Fig..¹ zeigt die vertikale Verteilung der Axialkraft gemessen nach 350 Tagen. Wie in F i g. 3 gezeigt, betragen die negativen Reibungskräfte, die auf den unbehandelten Pfahl (c)und den mit Bitumen 'b) beschichteten Pfahl einwirken.

ho jeweils etwa 500 t i 5000 kN bzw. 2001 = 2000 kN. während auf den mn Bitumen (a) beschichteten Pfahl nur die sehr kleine negative Reibungskraft 'on weniger als 10 t einwirkte. Berechnet in Einheiten der Reibungskraft in Umfangsrichtung sind diese negativen

μ Reibungskräfte je<v;ils geringer als etwa 0.1 t/m² = 1 kN/m² im Fall des mit Bitumen (a) beschichteten Pfahls bzw. etwa 2 t/m² - 20 kN/m² im Fall des mit Bitumen (b) beschichteten Pfahles und

•j ιίιι' = 50 kN/m' im KaII des Pfahles (c).

Aus dem vorangegangenen kann man ersehen, dall der crfindungsgemäße Pfahl aufgrund der Tatsache, dall die iiiil.lere Oberfläche des Pfahles mit einer Beschichtung aus einem synthetischen Harz oder dgl. versehen ist. eine bedeutende praktische Verwendbarkell aufw eis!, indem sogar in der heißen Sommerzeit eine lange I.agerz.eit des Pfahles möglich ist. indem der Pfahl ohne Schwierigkeiten transportiert werden kann, indem der Pfahl in einer Fabrik hergestellt werden kann und auf " diese Weise eine Massenproduktion möglich ist, indem dir Pfahl leicht und mit einem hohen Grad von (ienaiiigkeil eingetrieben werden kann und indem ihm mn Leichtigkeit der nötige seitliche Widerstand zugcieilt werden kann. Insbesondere wenn die Zusammensetzung des Bitumens so gewühlt ist. daß sein Erweichungspunkt und seine Penetration innerhalb Ci(H¹S Polygons liegen, daß durch die Ecken /, /. K, L und // in I ι g. 2 definiert ist. hat der Pfahl einen hohen « i[ ivL ucifiiiL'S'ici'i Wcii. indem ei sein gui /in i.iigcrutig und zum Transport nach der Herstellung geeignet ist.

Wenn jedoch der zweifache ummantelte Pfahl in den Buden eingetrieben wird, ist ein Teil der äußeren Randschicht in Abhängigkeit von den Bedingungen des Bodens am vorderen Ende einem Umknick", organg unterworfen, der auf den auf das vordere finde wirkenden vertikalen Bodendruck zurückzuführen ist Dieses Umknicken wird auf die gesamte Umhüllung übertragen, was zur Folge hat. daß die äußere Schicht in Längsrichtung des Pfahles beschädigt wird. Fs ist als <■ Gegenmaßnahme vorgeschlagen worden, am vorderen finde der äußeren Schicht eine Manschette oder Krempe vorzusehen. Dies hat aber den Nachteil, daß die Herstellung und das Anbringen einer speziell ausgebildeten Manschette oder Krempe komplizierte Arbeit ; erfordert.

Aus diesem Grunde ist es wichtig, daß die äußere Schicht selbst eine ausreichende Dicke besitzt, um dem auf das vordere Ende des Pfahles wirkenden Bodendruck zu widerstehen, während der Pfahl eingetrieben "■ wird, und daß auf diese Weise das Umknicken vermieden wird.

Im Hinblick auf dip Matprialrlirkp ist Hiptp WiHpr. Standskraft bestimmt durch die Dicke der äußeren Schicht und den Elastizitätsmodul bzw. Youngschen =" Modul der äußeren Schicht selbst.

Andererseits ist die bedeutendste der auf das vordere Ende der äußeren Schicht während des Eintreibens wirkenden Kräfte eine Kraft, weiche in vertikaler Richtung wirkt und diese Kraft ist abhängig von der "' Härte eines Bodens. Diese Härte des Bodens wird repräsentiert durch r!;n Wert einer Kennzahl N, welche durch einen Standard-Boden-Eindring-Test erhalten wird. Es gibt zwar zusätzlich zu der vertikalen Kraft noch andere wirkende Kräfte, beispielsweise die Reibungskraft des Bodens und der Gleitwiderstand des Klebemittels der bindenden Schicht, aber diese beiden Kräfte wirken in entgegengesetzten Richtungen und heben sich daher praktisch gegenseitig auf. Wenn weiterhin die äußere Schicht durch den vertikalen e>o Bodendruck nach außen gedruckt wird, wirkt diesem der horizontale Bodendruck entgegen. Schließlich wirken einerseits die Adhäsion des Klebemittels der bindenden Schicht auf die äußere Schicht und andererseits die Umfangsspannung der äußeren Schicht selbst in ähnlicher Weise. Diese Kräfte wirken in vorteilhafter Weise gegen das Umknicken.

Im Hinblick auf die oben erwähnten verschiedenen

auf da<- vordere Ende der iiußeren Schicht wirkenden Kräfte wurden die Beziehungen zwischen der geforder ten Dicke der äußeren Schicht unter bestimmten Bodenbcdiiigungen (Werte von N)\md F.lasti/iläts Mo cliilen untersucht, und es wurden Eintreibtests durchgeführt, bei denen Pfahle in wirklicher Große verwendet wurden und damit die im folgenden dargestellten Ergebnisse erhalten wurden.

Mit anderen Worten, es wurde gefunden, daß das Abschälen. Abbrechen oder dgl. der Beschichtung ewics Pfahles wahrend des Eintreibens vermieden werden kann durch eine bestimmte Auswahl der Zusammensetzung der äußeren Schicht, weiche im Hinblick auf Jen Elastizitätsmodul folgende Beziehung erfüllt:

i/x /:£ i).V
wobei

J = Sehn htdickc der anderen Schicht (cm).

/·' = Elastizitätsmodul der äußeren Schicht (kg cm').

einet r Ulms π

den Boden.

Die oben .ingegehe e Beziehung wird grafisch dargestellt in F ι g. 4 mn dem Wert von /VaIs Parameter.

I" ig. 4 zeigt, daß bei Verwendung e er äußeren Schicht, deren Dicke und Elastizitätsmodul in der oberen Kegion rechts der Linien der /V= 10, /V= 20 und V= 30 liegen daß Umknicken der äußeren Schicht während ,:s Eintreibeverfahrens vermieden werden kann, wenn entsprechende Bodenbedingungen vorliegen. Die sich an die Linie /V= 30 anschließende Region ist schraffiert dargestellt.

Beispiel 2

Ein .Stahlrohrpfahl von 609.6 mm Durchmesser. 9.5 mm Wanddicke und 12 m Länge wurde mit einer Schicht aus Bitumen ummantelt, welche eine Dicke von 0.5 mm hatte, mit einer Penetration von 45 (25 C) und einem Erweichungspunkt von 55°C und dann wurde Polyäthylenharz mit einem Elastizitätsmodul von 7500 kg/cm² = 75 kN/cm² (25" C) als umhüllende äußere Schicht von 2.5 mm Dicke aufgebracht. Der so hergestellte Pfahl wurde mit einem Dieselhammpr his 711 einer Tiefe von 24 m in den Boden eingetrieben, wobei folgende Bodenbedingungen herrschten:

Bode n bedingungen

Tiefe	Natur der	Wert
	Bodenschicht	von V
im 1
0 -11	mittelfeiner Sand	7-15
	mit Kies
11 -15	Schlamm	2- 3
15 -16.5	grober Sand	15-30
	mit Kies
16.5-18	mittelfeiner Sand	5-25
	mit Kies
18 -24	Schlamm	1
Oberhalb 24	toniger Schlamm	1-25

Gleich nach dem Abschluß des Eintreibens des Pfahles in den Boden wurde der Pfahl mit Hilfe eines Vibrohammers herausgezogen. Es ergaben sich keiner-

iei Sporen einer Hcslhikliυιιπμ. bcisini-Kw ι ι ->■ eines Ahliiii:·- ins der äußeren Sehn hl

H e i s ρ ι c ! 3

Ein !-itahlrrihrpfahl. ahnhch wie in !'. -ispic; 1. ν ü^limit einer Schicht aus Bitumen iimniitMi.il. welcher eine Dicke vim <).■"> πιπί. eine Penetration \<ίι 7'Ί {2ί (.') ίιηΙ einen rrweichungspimk' von 70 ( .mfwies und der l'f.ihl wirde d.inn nut c>^r er Bfsrhich' .ng .ms lOUarln lenhiir/ mit einer Dicke μίι I i-mi und einem l'.hiMi/it.itsiiKidiil vein hOOO kg.-rm- -- hll Pi'Vm' \er ♦ehen. Der so hergestellte Pfahl winde nut einem Dievelhammer bis /ii einer I efe Min 1 2 m in den Heiden eiiu'etneben I--.■ i den gleichen Bodcilbcdingung'.'n wie in Beispiel 2 und wurde sofort nach dem Kmtreiben mn einem Vibrohammer vieder herausge/ogen. Is waren keine Spuren einer Beschädigung der äußeren unihu¹ k'nden Schicht du h Abblättern fest/usiellen.

B e ι s ρ i e I 4

I.in Stahlrohrpfahl, ähnlich dem genullt Beispiel I. wurde mit einer Schicht aus Asphai' ummantelt, we:, her eine Dicke von 0.5 mm. eine Penct. .ition son Vi ).Ί C) ιΐ[\<\ einen Erweichungspunkt von M) C aufwies und de: Pfahl wurde dann mit einer Beschichtung au·- Poljprnpylenhar/. versehen, welcher eine Dicke von 1.2 mm und einen Elastizitätsmodul von 12 000 kg cm·' - !2OkN/cm2 besaß. Der so hergestellte Pfahl wurde mit einem Dieselhammer bis zu einer Tiefe von 24 in in den Boden eingetrieben, bei den gleichen Rodenbedingiingen wie in Beispiel 2 und wurde sofort wieder mittels eines Vibrohammers herausgezogen. Es waren keine Spuren einer Beschädigung der äuHeren umhüllenden Schicht, beispielsweise durch Abblättern, festzustellen.

11ic:/ii I Ii:.ill /cicliininuer

Claims

Patentansprüche:

1. Fertigpfahl mit einer Ummantelung aus Bitumen, die außenseitig von einer äußeren Schicht abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitumenschicht (2) eine Dicke von maximal 3 mm aufweist und die äußere Schicht (1) aus einem Polyolefin besteht und folgender Beziehung entspricht: