DE2626762C2 - Verfahren zur Herstellung von Pfahlgründungen unter Verwendung von Fertigbetonpfählen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pfahlgründungen unter Verwendung von Fertigbetonpfählen, welche eine in Achsrichtung durchgehende öffnung aufweisen, bei dem ein Bohrloch mittels eines mit einem Bohrgestänge verbundenen Bohrmeißels und mittels unter Druck stehenden Spülwassers bis in die tragenden Bodenschichten abgetäuft wird, wobei ein Spülstrom durch das Bohrgestänge hindurchgeleitet und dadurch das Bohrgut außerhalb des Bohrgestänges in einem Ringraum zutage gefördert wird, nach Erreichen der Gründungstiefe der Bohrmeißel radial vergrößert und das Bohrloch mit einem erweiterten Fußraum versehen wird, wobei das anfallende Bohrgut ebenfalls mittels der Spülung /uliige gefördert wird, dann der l'ußraiim von der Sohle her durch tins Bohrgestänge mit hl einem das Spülwasser verdrängenden Stütz- und K01-rosionsschul/mediuiii gefüllt wird, danach das Bohrgeslänge aus dem Bohrloch entfernt wird, anschließend durch die durchgehende öffnung des abgesenkten Fertigbetonpfahles unter gleichzeitigem Ziehen des Fertigbetonpfahles der Fußraum von der Sohle her mit Frischbeton gefüllt wird, welcher das Stütz- und Korrosionsschutzmedium in den Ringraum zwischen Bohrloch und Fertigbetonpfahl verdrängt worauf der Fertigbetonpfahl in den Fertigbeton eingedrückt und eingerüttelt wird, nach Patent 24 13 418.

In dem Hauptpatent .24 13 418 ist ein derartiges Verfahren beschrieben, welches insbesondere bei Teufen über 14 m Schaftlänge von Vorteil ist Bei diesem Verfahren ist ein besonderer Meißel mit zur Herstellung des Fußraumes ausklappbarer angelenkter Zusatzschneide drehbar am Unterende des Fertigbetonpfahles gelagert welcher über das durch die durchgehende öffnung in dem Fertigbetonpfahl geführte mit dem Meißel gekuppelte Gestänge in Drehung versetzt wird, so daß das Bohrloch und der Fußraum gemeinsam mit dem Fertigbetonpfahl abgeteuft werden. Die maximale Einzelpfahllänge beträgt 14 m. sie kann jedoch nach den jeweiligen Erfordernissen bemessen werden. Die Herstellung und der Einbau von Schaftlängen über 14 m Einzellänge ist technisch ohne weiteres möglich, wobei der Transport jedoch verkehrslechnisch im Hinblick auf die gültigen Verkehrsbestimmungen auf erhebliche Schwierigkeiten stößt. Bei Teufen über 14 m werden daher die einzelnen Schaftlängen an ihren Enden je mit einer biegesteifen Kupplung versehen, welche einerseits der Anflanschung am Kraftkopf, ferner der Anflanschung weiterer Schaftlängen an die bereits angeteufte bzw. des drehbar gelagerten Meißels am Pfahlschaft dienen. Nachdem bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent die Gründungstiefe erreicht ist, wird die Drehrichtung des am Pfahlschaf t drehbar gelagerten Meißels durch das durch die axial durchgehende öffnung des Fertigbetonpfahles bzw. der Fertigbetonpfähle geführte Gestänge umkehrt, so daß die mit der Hauptschneide des Meißels über ein Gelenk verbundene Zusatzschneide ausschwenkt und den Fiißraurr ausschneidet. Die Förderung des Bohrgutes wird weiterhin durch Drtickwasser übernommen, wobei der Spüistrom mit gelöstem Boden beladen im Ringraum zwischen Pfahlschaft und Bohrloch zu Trage tritt. Nach Herstellen des Fußraumes bis zur erforderlichen Teufe und Einschwenken der Zusatzschneide in den Bereich des Schaftaußendurchmessers durch erneute Umkehr der Drehrichtung wird der Fußraum mit einem Stützmedium durch das Gestänge von der Sohle her aufgefüllt. Das Stützmedium besteht aus einer Mischung von Bentonit, Sand und Zement. Seine Steife wird durch den Zementgehalt regulierL Das Medium erfüllt in den verschiedenen Arbeitsphasen des Verfahrens drei Hauptaufgaben. In der ersten Phase verdrängt es das im Fußraum vorhandene Wasser in den Ringraum zwischen Pfahlschaft und Bohrloch und stützt die Wandung des Fußraumes gegen Bodennachfall und Grundwasser bzw. die Fußraumsohle gegen Auftritt. In weiteren Phasen dient es als Gleit-, Stütz-, und Korrosionsschutzmiitel. Nach Füllen des Fußraumes und eines Teiles des Ringraumes zwischen Pfahlschaft und Bohrloch mit dem Stützmedium wird das Gestänge aus dem Meißel ausgekuppelt und aus dem Inneren des Pfahles ausgebaut, wobei der Meißel am Pfahlfuß verbleibt. Daraufhin wird der Fußraum von der Sohle her durch ein in den Pfahlschuh einbetoniertes Rohr, welches ilic axiale durchgehende öffnung durchsct/t unter gleichzeitigem Ziehen des Fcriigbetonpfuhles mil !-'rischbeiori beschickt. Der eingebrachte Frischbeton verdrängt dabei das Stüt/.mcdium in den Ringraum und in den Pfjihl-

schaft. Danach wird der Fertigbetonpfahl mittels Kraftkopf in die gewünschte Tiefe in den Ortbeton eingedrückt, wobei der am Pfahlschaft angeflanschte Meißel als Zuganker im Pfahlfuß verbleibt Das in den Ringraum zwischen Pfahlschaft und Bohrloch verdrängte Medium steift nach seiner Erhärtung den Pfahlschaft gegen den Boden aus und mindert gleichzeitig als· Gleitmittel das Auftreten negativer Mantelreibung infolge Setzungserscheinungen im den Pfahl umgebenden Erdreich. Es dient weiterhin als Schutzhülle gegen aggressive Bodenwässer, da der Betonitgehalt des Gemisches eine Berührung von Grundwasser und Fertigbetonschaft verhindert.

Das in dem Hauptpatent beschriebene Verfahren hat sich in der Praxis in jeder Hinsicht bewährt Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Hauptpatent insbesondere bei maximalen Teufen bis zu 14 m Schaftlänge zu verbessern bzw. zu vereinfachen, da hier mit einer Pfahllänge ausgekommen werden kann.

Bei einem Verfahren der obengenannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels des etwa die Form des Fertigbetonpfahles aufweisenden Bohrgestänges das Bohrloch und der Fußraum hergestellt sowie das Stütz- und Korrosionsschutzmedium eingefüllt wird, daß danach mit dem Bohrgestänge auch der Bohrmeißel ausgebaut wird, worauf der Fertigbetonpfahi bis zur Sohle des Fußraumes abgesenkt wird, wobei das Stütz- und Korrosionsschutzmedium als Gleitmittel wirksam ist.

Der Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand des Hauptpatents besteht im wesentlichen darin, daß anstelle des Bohrens mit dem Fertigbetonpfahl und verlorenem Meißel die gesamse Bohrarbeit mit einer gesonderten Bohrvorrichtung durchgeführt wird und daß erst danach der Pfahl (ohne Meißel) eingebaut wird.

Gegenüber dem Hauptpatent wird durch die Erfindung der Vorteil erzielt, daß aufgrund der Tatsache, daß mit einer einzigen Pfahllänge ausgekommen wird, ohne den verlorenen Meißel gearbeitet werden kann. Insgesamt bietet die Erfindung erhebliche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Systemen. Insbesondere werden die bei der Herstellung von Pfahlgründungen durch Rammpfähle negativen Beeinflussungen von in der Nachbarschaft bereits bestehenden Bauwerken durch die unausweichliche Erschütterung des umgebenden Baugrundes vermieden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Pfahlschaft erschütterungsfrei eingebaut, so daß Beschädigungen an Nachbarbebauungen und Gründungen durch Erschütterungen nicht auftreten können. Darüber hinaus ist eine Zerstörung des Pfahlschaftes durch die Rammenergie ausgeschlossen, da der Pfahlschaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bis zur Sollhöhe in den im Fußraum befindlichen Frischbeton frei eingedrückt wird. Durch das spezielle Einbauverfahren ist ferner garantiert, daß der Fertigbetonpfahl auch nach seinem Einbau die gleichen Gütemerkmale wie nach seiner Fertigung aufweist. Der eingebrachte Fertigbetonpfahi ist darüber hinaus mit ei- so nem Bentonit-Sand-Zementmantel umgeben, der den Pfahlschaft gegen den Boden aussteift, eine negative Mantelreibung gegen den anstehenden Boden verringert und gleichzeitig gegen aggressives Wasser und aggressive Böden schützt. Ferner wird der Pfahl als echter Standpfahl mit großer Fußunterschneidung ausgebildet, so daß der Schaft bis an seine zulässige Belastung ausgenutzt werden kann. Als weiterer Vorteil ist noch zu erwähnen, daß ein zentrisches Stellen des Pfahles möglich ist

Als besonders vorteilhaft wird außerdem erachtet daß das erfindungsgemäße Verfahren ausgesprochen umweltfreundlich ist, da die durch Rammarbeiten auftretende Lärmbelästigung entfällt Da das Verfahren bereits eingebaute Einzelpfähle, Pfahlgruppen oder benachbarte Bebauungen durch den Einbauvorgang weder zerstört noch anderweitig negativ beeinflußt, ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders für Baulücken und stark bebaute Gebiete geeignet und gestattet darüberhtnaus die Herstellung von Pfahlgruppen und Pfahlwänden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Meißel ein Bohrmeißel nach dem Hauptpatent mit angelenkter Zusatzschneide verwendet, der an das Bohrgestänge angeflanscht ist, und es wird zum Ausbau des Bohrgestänges die Drehnchtung geändert, um die Zusatzschneide einzuschwenken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den Verfahrensschritt des Abteufens des Bohrloches in seitlicher Schnittansicht;

F i g. 2 den Beginn des Ausschneidens des Fußraumes in seitlicher Schnittansicht;

F i g. 3 eine den F i g. 1 und 2 entsprechende Seitenansicht, in der der Fuß fertig ausgeschnitten ist und mit einem Stützmedium gefüllt ist;

F i g. 4 eine F i g. 3 entsprechende Seitenansicht, in der der Fertigbetonpfahi in das Bohrloch eingeführt wird;

F i g. 5 eine F i g. 4 entsprechende Seitenansicht in der der Fertigbetonpfahi die Bohrlochsohle erreicht hat;

F i g. 6 eine F i g. 5 entsprechende Seitenansicht, in der die Füllung mit Frischbeton begonnen hat;

F i g. 7 den an F i g. 6 anschließenden Zustand in der Seitenansicht, in welchem der Frischbeton unter gleichzeitigem Ziehen des Pfahlschaftes eingebracht wird; und

F i g. 8 den an F i g. 7 anschließenden Zustand in der Seitenansicht, welcher den Vorgang beim Eindrücken und Einrütteln des Fertigbetonpfahles in dem Fußraum auf Sollhöhe zeigt.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird ein Bohrloch 1 mittels einem Bohrgestänge 2 und Druckwasser? im Spülbohrverfahren bis in die tragenden Schichten abgeteuft. Das Bohrgestänge 2, dessen Durchmesser dem Diagonaldurchmesser des später einzubauenden Fertigbetonpfahles entspricht, trägt an seinem Unterende einen angeflanschten Bohrmeißel 4, an dem eine Zusatzschneide 5 (vergleiche Fig. 2)?,ngelenkt ist, wie dies im einzelnen in dem Hauptpatent P24 13418 in konstruktiven De tails beschrieben ist. Die mit Bohrgut beladene Spülung tri.t in dam Ringraum 6 zwischen der Wandung des Bohrloches 1 und dem Bohrgestänge 2 übertage aus, wie dies durch die Pfeile 7, T angedeutet ist und wird dort abgesaugt oder gelangt im freien Gefälle in eine Absetzgrube.

Es soll bereits ar dieser Stelle erwähnt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit stetigem Spülwasserüberdruck arbeitet. Der zu erzielende Druck wird nicht, wie bei den herkömmlichen Verfahren duich die Höhe der ruhenden Wassersäule im Bohrrohr begrenzt. Der Druck der ruhenden Säule summiert sich vielmehr um den zusätzlichen Druckaufwand, der benötigt wird, um den mit gelöstem Boden beladenen Spülstrom im Ringraum 6 zwischen Pfahlschaft und Boden zutage zu fördern. Da der Spülstrom durch seine Anreicherung

mit gelöstem Boden ein relativ hohes spezifisches Gewicht erhält, ist der zusätzliche Druckaufwand erheblich. Der aufzuwendende Druck muß weiterhin erhöht werden, um die beim Aufstieg des Stromes an der Wandung des Bohrloches 1 und am Pfahlschafi auftretende Reibung zu überwinden, so daß ein Gesamtdruck von ca. 20 bis 30 m Wassersäule/Auftrieb und Bodeneintrieb ausschließen.

Wie in Fig. 2 veranschaulicht, wird nach Erreichen der vorberechneten Bohrteufc die Drehrichtung des Bohrgestänges 2 umgekehrt, so daß die an dem Bohrmeißel 4 angelenkte Zusatzschneide 5 ausklappt, den Wirkungsbereich des Bohrmeißels somit radial vergrößert und mit dem Ausschneiden des Fußraumes 8 begonnen wird. Der Spülstrom des Druckwassers 3 wird hierbei in gleicher Stärke aufrecht gehalten und das Bohrgestänge 2 über den Kraftkopf am Mäkler (nicht dargestellt) herabgelassen, bis die Sohle 9 (vergleiche Fig. 3) des Fußraumes 8 erreicht ist. Nach Erreichen der Kuliraumsohlc 9 bleibt die Druckspülung solange eingeschaltet, bis bohrgutfreies Wasser aus dem Ringraum 6 zwischen Bohrgestänge 2 und der Wandung des Bohrloches 1 austritt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird der Spülstrom abgeschaltet. Hierbei wird die Drehrichtung des Bohrgestänges 2 erneut umgekehrt, um die angelenkte Zusatzschneidc 5 wieder in den Bereich des Gestängeaußendurchmessers einzuklappen, damit ein späterer Ausbau des Bohrmeißels 4 möglich wird.

Wie in F i g. 3 gezeigt, erfolgt, nachdem bohrgutfreies jo Wasser aus dem Hingraum 6 austritt und die Zusatzschneide 5 des Bohrmeißels 4 cingeklappt wurde, die Füllung des Fußraumes 8 mit einem mit 10 bezeichneten Stützmedium, welches aus einem Gemisch aus Bentonit, Sand und Zement besteht. Die Füllung erfolgt hierbei, wie durch den Pfeil 11 in Fig. 3 angedeutet, über die Spülwasserleitung vom Boden 9 des Fußraumes her.

tel wirksam wird.

Wie aus den folgenden Figuren ersichtlich, ist der als schlaffarmierter Stahlbctoneinbaupfahl ausgebildete Fertigbetonpfahl 12 derart ausgebildet, daß seine Bewehrung 14 bzw. 15 am Oberende und am Untcrende einen Überstand aufweist. Bei einer praktischen Ausführungsform hat sich, da in vorteilhafter Weise die Bewehrung am Oberende doppelt so groß sein sollte, als am Unterende ein Überstand der Bewehrung 14 von 50 cm und ein Überstand der Bewehrungen 15 von 25 cm als vorteilhaft erwiesen. Beim Einführen des Fertigbctonpfahles 12 ist darauf zu achten, daß sich der Pfahl genau in senkrechter Lage befindet, damit die Wandung des Bohrloches 1 nicht zerstört wird.

Wie in F i g. 6 veranschaulicht, wird anschließend der Fußraum 8 von seiner Sohle 9 her mittels eines auf den Fertigbetonpfahl 12 aufgesetzten Trichters 16 durch die axiale durchgehende öffnung 13 mit Frischbeton 17 gefüllt. Wie aus den Fig.6 und 7 ersichtlich, wird das Stützmcdium 10 durch den Frischbeton 17 verdrängt und umgibt den Pfahlschaft im Ringraum 6. Beim Füllen mit Frischbeton 17 wird der Fertigbetonpfahl 12 gleichzeitig gezogen, wobei der Endzustand etwa in Fig. 7 veranschaulicht ist. Hier ist der Fußraum 8 und ein Teil des Bohrloches 1, sowie die durchgehende axiale öffnung 13 des Fcrtigbetonpfahles 12 mit Frischbeton 17 gefüllt. Der Ringraum 6 enthält weiterhin das Stützmedium 10.

Nach Beendigung der Füllung mit Frischbeton kann der Fertigbetonpfahl 12 bis zur gewünschten Teufe in den Frischbeton 17 eingedrückt werden. Dieser Zustand ist in Fig.8 gezeigt. Das im Ringraum 6 verbleibende Stützmedium 10 konsolidiert, bildet eine gute Aussteifung gegen den Boden und verhindert als Gleitmittel das Auftreten negativer Mantelreibung; zwischen Pfahl und Erdreich. Der in dem dadurch gebildeten Schutzmantel befindliche Bentonitanteil verhindert auch in

Dua StiM£iiicuiüm tu wird in einem niciit uurgCMCiiicii uieaeni raue uic BcrünFüiig un reiugueiimpiumc^ 12

Spezialmischgerät in der Menge hergestellt, die zur Ausfüllung des Fußraumes 8 benötigt wird. Da das Slüt/mcdium 10 später den Ringrauni 6 um den Pfahlschaft von ca. I m über die Oberkante des Pfahlfußes bis zur Oberkante des Ringraumes 6 ausfüllen soll, wird je nach Teufe der Gründung die Menge so berechnet, daß sie jedem Falle den Ringraum 6 ausfüllt. Wie bereits erwähnt, erfolgt das Einpumpen des Stützmediums 10 aus dem Spezialmischer über Schlauch- oder Rohrleitungen zum Kraftkopf des Bohrgerätes und weiterhin durch das Bohrgestänge 2 zur Bohrlochsohle 9. Die Steife des Stützmediums wird nach Konsolidierung durch den Zementgehalt reguliert. Das Medium erfüllt in den verschiedenen Ärbeitsphasen des Verfahrens drei Hauptaufgaben, wobei es in der in F i g. 3 veranschaulichten ersten Phase das im Fußraum 8 vorhandene Wasser in den Ringraum 6 zwischen Bohrgestänge 2 und Wandung des Bohrloches 1 verdrängt, die Wandung des FuBraumes 8 gegen Bodennachfal! und Grundwasser bzw. die Sohle 9 des Fußraumes gegen Auftrieb stützt. In weiteren Phasen dient es als Gleit-, Stütz- und Korrosionsschutzmittel. ω

F.rst nach erfolgter Sicherung des Fußraumes 8 durch das Siüizmedium 10 kann nunmehr das Bohrgestänge 2 mil dem Bohrmeißel 4 ausgebaut werden. Danach wird, wie in I"ig.4 veranschaulicht, der Fertigbetonpfahi 12 bis zur Fußraumsohle 9 (vergleiche F i g. 5) in das Bohr- b5 loch 1 abgesenkt. Die durchgehende axiale öffnung 13 des Fertigbetonpfahles 12 füllt sich hierbei ebenfalls mit dem Stützmedium 10, welches gleichzeitig als Gleitmitmit aggressiven Bodenwässern.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Pfahlgründungen unter Verwendung von Fertigbetonpfählen, welche eine in Achsrichtung durchgehende öffnung aufweisen, bei dem ein Bohrloch mittels eines mit einem Bohrgestänge verbundenen Bohrmeißels und mittels unter Druck stehenden Spülwassers bis in die tragenden Bodenschichten abgeteuft wird, wobei ein Spülstrom durch das Bohrgestänge hindurchgeleitet und dadurch das Bohrgut außerhalb des Bohrgestänges in einem Ringraum zutage gefördert wird, nach Erreichen der Gründungstiefe der Borhmeißel radial vergrößert und das Bohrloch mit einem erweiterten is Fußraum versehen wird, wobei das anfallende Bohrgut ebenfalls mittels der Spülung zutage gefördert wird, dann der Fußraum von der Sohle her durch das Bohrgestänge mit einem das Spülwasser verdrängenden SfOiz- und Korrosionsschutzmedium gefüllt wird, danach das Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt wird, anschließend durch die durchgehende öffnung des abgesenkten Fcrtigbetonpfahles unter gleichzeitigem Ziehen des Fertigbetonpfahles der Fußraum von der Sohle her mit Frischbeton gefüllt wird, welcher das Stütz- und Korrosionsschutzmedium in den Ringraum zwischen Bohrloch und Fertigbetonpfahl verdrängt worauf der Fertigbetonpfahl in den Fertigbeton eingedrückt und eingerüttelt wird, nach Patent 24 13418, dadurch gekennzeichnet daß mittels des etwa die Form des Fertigbetonpfahles (12) aufweisenden Bohrgestänges (2) das Bohrloch (1) ut,d der ι jßraum (8) hergestellt sowie das Stütz- und Korrosionsschutzmedium (10) eingefüllt wird, daß danach rm_ dem Bohrgestänge auch der Bohrmeißel (4) ausgebaut wird, worauf der Fertigbetonpfahl (12) bis zur Sohle (9) des Fußraumes abgesenkt wird, wobei das Stütz- und Korrosionsschutzmedium als Gleitmittel wirksam ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Bohrmeißels (4) nach dem Hauptpatent 24 13 418 mit angelenkter Zusatzschneide (5), der an das Bohrgestänge (2) angeflanscht ist und dadurch, daß zum Ausbau des Bohrgestänges die Drehrichtung geändert wird, um die Zusatzschneide einzuschwenken.