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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Bauwesens, genauer
auf Verfahren zur Herstellung von Ortpfählen und Anlagen zur Ausführung derselben
und kann bei der Errichtung von Gründungen aus Beton- und Stahlbetonpfählen für
Wohn-, Industrie-, hydrotechnische und andere Bauobjekte verwendet werden.
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Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Ortphälen, bei dem
im Boden ein Bohrloch gebohrt, das ausgebohrte Gestein aus demselben entfernt, im
Bohrloch ein Mantelrohr
untergebrachb, das zur Vermeidung des Nachfallens
der Bohrlochwände dient, das Mantelrohr mit Betongemisch gefüllt, das letztere verdichtet
und das Mantelrohr herausgezogen wird. (D3-AS 2 217 485).
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Die Anlage zur Ausführung dieses Verfahrens (siehe daselbst) enthält
eine Einrichtung zum Bohren des Bohrlochs eine Einrichtung zur Zuführung des Betongemisches
sowie ein Mantelrohr, das mit einem Ring zur Verdichtung des Betongemisches versehen
ist.
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Das beschriebene Verfahren hat wegen des erforderlichen Bohrens eines
Bohrlochs eine niedrige arbeitsleistung und läßt außerdem nicht die Herstellung
von Stahlbetonpfählen zu. Die Anlage zur Ausführung dieses Verfahrens ist in konstrukt
iv er Hinsicht kompliziert und besitzt beträchtliche Abmessungen.
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Eine höhere Arbeitsleistung besitzt ein Verfahren zur Herstellung
von Ortpfählen, das das Aufstellen des Mantelrohres auf dem Boden, Niederbringen
dieses Mantelrohres in den Boden und darauf, nachdem das Rohr die erforderliche
Tiefe erreicht hat, Zuführen des Betongemisches mit gleichzeitigem Herausziehen
des Mantelrohres und Verdichten des Betongemisches einschließt (SU-PS 253 666).
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Die Anlage zur Ausführung des erwähnten Verfahrens (siehe daselbst)
enthält ein Mantelrohr und eine mit ihm verbundene Hebevorrichtung, die zum Aufstellen
des Mantelrohres auf dem Boden, dessen Unterstützen und.Herausziehen aus dem Boden
bestimmt
ist, eine mit ihm verbundene Abteufvorrichtung, die eine
Einwirkung auf den Boden über das Mantelrohr zwecks Niederbringen des letzteren
ausübt, sowie eine mit demselben Mantelrohr verbundene Betonzuführungseinrichtung,
die zur Zuführung des Betongemisches zum Mantelrohr während des Herausziehens dessen
ben aus dem Boden bestimmt ist.
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In dieser Anlage ist die Abteufvorrichtung ia Gestalt eines Vibrators
ausgeführt, der am Menteirohr befestigt und mit der Hebevorrichtung verbunden ist.
Der Vibrator dient zur Beaufschlagung de s MarLtelrohrs mitlärlgs der achse desselben
gerichtetenVibratonen, die eine Krafteinwirkung auf den Boden zum Niederbringen
des erähnten Rohres bis auf die erforderliche Tiefe gewährleistel.
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Auf das Mantelrohr ist von unten ein auswechselbares rohrförmiges
Endstück aufgesetzt. Im Innern dieses Endstücks sind radiale Rippen und eine ringförmige
Membran vorhanden.
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Während des Herausziehens des Mantelrohres wirken die radialen Rippen
auf das Betongemisch ein, wodurch sie es verdichten. In regelmäßigen Abständen wird
das Herausziehen des Mantelrohres unterbrochen und dieses Rohr in der Abteufrichtung
abgeworfen. Hierbei schlägt die ringförmige Membran gegen das Betongemisch, wodurch
sie es bis zum erforderlichen Dichtegrad verdichtet.
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In einzelnen Fällen kann durch derartige Schlageinwirkung der ringförmigen
Membran auf das Betongemisch dieses letztere aus dem Bohrloch verdrängt und hierdurch
eine Verbreiterung am Pfahl ausgebildet werden, die zur Erhöhung der Tragfähigkeit
desselben beiträgt.
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Jedoch gewährleisten das beschriebene.Verfahren und die Anlage zur
Ausführung desselben keine hohe Herstellungsleistung von Ortpfählen, da das Niederbringen
des Mantelrohres in den Boden nach der bekannten Technologie mit einer relativ niedrigen
Geschwindigkeit erfolgt und die dabei unumgänglichen Unterbrechungen des Prozesses
des Heräusziehens des erwähnten Rohres zur zusätzlichen Verdichtung des Betongemisches
den gesamten technologischen Prozeß verlängern.
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Außerdem gewihrleistet die äußere Schlageinwirkung der ringförmigen
Membran auf das Betongemisch keine ausreichende Verdichtungsintensität des letzteren,
was es nicht erlaubt, nach dem beschriebenen Verfahren Ortpfähle mit hoher Tragfähigkeit
herzustellen.
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Obwohl das erwähnte Verfahren es erlaubt, Pfähle mit Verbreiterungen
herzustellen, lassen sich Abmessungen und Form dieser Verbreiterungen nicht mit
Sicherheit im voraus bestimmen. Außerdem ergibt sich die erwähnte Möglichkeit nur
bei der Arbeit in weichen Böden, da die Schlageinwirkung der ringförmigen Membran
auf das Betongemisch zur Überwindung des Widerstandes eines dichten Bodens nicht
ausreicht.
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Außerdem lassen sich nach der beschriebenen Technologie keine Stahlbeton-Ortpfähle
herstellen, weil das Vorhandensein von Rippen und ringförmiger Membran im Mantelrohr
den Querschnitt des Durchgangskanal. dieses Rohres verringert, was die Einführung
des Bewehrungsskelettsy durch den erwähnten Kanal das zur Bewehrung des Betcnpfahls
erforderlich ist, in das Bohrloch erschwerte das im Boden vom Mantelrohr gebildet
wird.
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Die Einführung des Bewehrungsskeletts in das Bohrloch auf
eine
andere Weise - dessen Aufsetzen auf das Mantelrohr - ruft gleichfalls erhebliche
Schwierigkeiten hervor, die damit zusammenhängen, daß die mechanische Einwirkung
auf den Boden, die durch den Vibrator über das Mantelrohr ausgeübt wird, zur Bildung
eines zur Unterbringung des Bewehrungsskeletts erforderlichen Hohlraums um dieses
Rohr nicht ausreichend ist.
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Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der es hinten Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von OrtpEshlen und eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens zu entwickeln,
die es gestatten, die Abteufgeschwindigkeit des Lantelrohres in den Boden und den
Verdichtungsgrad des Betongemisches durch Veränderung des Charakters und der Angriffsstelle
der Krafteinwirkung auf Boden und Betongemisch zu erhöhen.
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens zur Herstellung von Ort -pfählen und einer Einrichtung zur Ausführung
desselben, die eine hohe Arbeitsleistung bein Pf ahlbau gewährleisten.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schafung eines
Verfahrens zur Herstellung von Ortpfählen und einer Einrichtung. zur Ausführung
dieses Verfahrens, die es gestatten, den Verdichtungsgrad des Betongemisches und
somit die Tragfähigkeit der hergestellten Pfähle zu erhöhen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung
eines Verfahrens zur Herstellung von Ortpfählen und einer Einrichtung zur Ausführung
desselben, die es gestatten, Pfähle veränderlichen Querschnitts in Böden unterschiedlicher,
darunter erhöhter, Dichte herzustellen.
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Unter anderen Zielen soll die Schaffung eines solchen Verfahrens
zur Herstellung von Ortpfahlen erwähnt werden, das die Herstellung sowohl von Beton-
wie auch von Stahlbetonpfählen ermöglicht.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Verfahren zur
Herstellung von Ortpfählen, bei dem ein Mantelrohr auf dem Boden aufgestellt, dieses
Roher in den Boden niedergebracht und darauf, nach Erreich en der erforderlichen
Tiefe durch dieses Mantelrohr, gleichzeitig dem . Mantelrohr das Betongemisch zugeführt,
das Rohr herausgezogen und das Betongemisch verdichtet wird, erfindungsgemäß das
Mantelrohr mittels Zuführung einer Flüssigkeit zu demselben und Durchlassen von
elektrischen Impulsen durch diese Flüssigkeit zur Erzeugung von elektrischen Entladungen
in den Boden niedergebracht wird, die Parameter besitzen, die die Erzeugung hydraulischer
Stoßwellen im unteren Teil des Mantelrohres gewährleisten, die auf den Boden und
das erwähnte Rohr einwirken, während das Betongemisch durch Erzeugung ähnlicher
elektrischer Entladungen in demselben verdichtet wird.
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Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Ortpfählen
vorgeschlagen worden, das darin besteht, da1 auf dem Boden ein Mantelrohr aufgestellt,
diesem Flüssigkeit zugeführt und durch diese Plüssigkeit elektrische Impulse zur
Erzeugung
von elektrischen Entladungen durchgel eitet werden, die die Erzeugung hydraulischer
Stoßwellen im unteren Teil des Mantelrohres gewährleisten, die auf Boden und Mantelrohr
einwirken, wodurch die Abteufung des Mantelrohres in den Boden erfolgt.
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Hat das Mantelrohr -die erforderliche Tiefe erreicht, so wird dem
Rohr Betongemisch zugeführt und gleichzeitig das Rohr aus dem Boden herausgezogen,
wobei zur Verdichtung desselben ähnliche elektrische Entladungen im Betongemisch
erzeugt werden.
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Diese Herstellungstechnologie der Ortpfähle gewährleistet die kontinuierliche
Bildung eines Hohlraums im Boden unter der unteren abgeteuften Stirnseite des Mantelrohres,
u.zwar aufgrund der intensiven Krafteinwirkung durch die hydraulischen Stoßwellen
auf den Boden, deren Quelle Unmittelbar in der Abteufzone angeordnet ist, sowie
eine rasche Absenkung des Mantelrohres in den Hohlraum unter der Einwirkung seines
Eigengewichtes.
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Außerdem wird die Abteufung des Mantelrohres infolge seiner Vibration
beschleunigt, die durch teilweise Einwirkung der Stoßwellen auf dieses Rohr entsteht.
Die erfindungsgemäße Technologie erlaubt es ferner, die Verdichtungsgüte des Betongemisches
zu erhöhen und somit die Struktur des Pfahlmaterials zu verbessern, weil der Verdichtungsgrad
dieses Betongemisches durch die Einwirkung der Stoßwellen, die bei elektrischen
Entladungen im flüssigen Medium entstehen, beträchtlich höher als bei der Einwirkung
eines mechanischen Vibrators ist.
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Als Parameter, der die Erzeugung der hydraulischen Stoßwellen im
unteren Teil des Mantelrohres gewährleistet, kann die Innern giemenge angenommen
werden, die beim urchtritt von elekt-rischen
Entladungen in einer
Zeiteinheit bezogen auf eine Flächeneitheit des Bodens in der Einwirkungszone der
hydraulichen Stoßwellen entwickelt wird. Zur Herstellung eines Pfahls veränderlichen
Querschnitts kann zweckmäßigerweise während der Herstellung desselben die angegebene
Energiemenge verändert werden.
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Diese Veränderung der Energiemenge kann durch Regelung, beispielsweise
der Frequenz der elektrischen Entladungen, der Energiemenge eines Einheitsimpulses
sowie der Geschwindigkeit des Herausziehens des Liantelrohres aus dem Boden erzielt
werden, wobei jeder der erwähnten Parameter sowohl einzeln wie auch in beliebiger
Kombination mit den restlichen Parametern verändert werden kann.
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Hierbei kann die Folgefrequenz der elektrischen Impulse, welche die
elektrischen Entladungen erzeugen, im Bereich von 0,1 bis 10 Hz, die Energiemenge
eines Einheitsimpulses im Bereich von 0,1 bis 300 kJ und die Geschwindigkeit des
Herausziehens des Mantelrohres im Bereich von 0,1 bis 5 m/min verändert werden.
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Die erwähnten Veränderungsbereiche gewährleisten die wirtschaftliche
Zweckmäßigkeit und technische Realisierungsmöglichkeit des erwähnten Verfahrens
zur Herstellung von Ortpfählen mit Hilfe einer ortsveränderlichen Anlage.
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Zur herstellung von Stahlbetonpfählen kann vor der Flüssigkeitszuführung
das Mantelrohr auf das Bewehrungsskelett aufgesetz-s, das zur Bewehrung des herzustellenden
Pfahls dient, oder das Mantelrohr ins Innere des Bewehrungsskeletts eingesetzt.
werden.
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Nach dem Austritt des Mantelrohres aus dem Boden können elektrische
Entladungen zur Verdichtung des Betongemisches in der Schalung des Pfahlrostes erzeugt
werden, die im voraus auf dem
Boden angeordnet ist, wodurch die
Bildung des oberirdischen Pfahlteiles gewährleistet wird. Dies schafft die Möglichkeit,
Pfahlgründungen mit Rost herzustellen.
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Sehr vorteilhaft vJird als Flüssigkeit, in der elektrische Ladungen
erzeugt werden, eine Flüssigkeit verwendet, die die Eigenschaften eines Bindemittels
besitzt, so beispielsweise Wasserglas. Diese Technologie gestattet es, gleichzeitig
mit der Herstellung eines Ortspfahls den diesen umgebenden Boden durch Tränkung
des letzteren mit dem Bindemittel zu verfestigen, was bei der Errichtung von Pfahlgründungen
in weichen Böden oder an Rutschneigungen von besonderer Bedeutung ist.
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Zur Erhöhung der Arbeitsleistung beim Pfahlbau wird vorteilhafterweise
gleichzeitig mit der Erzeugung der elektrischen Entladungen zur Abteufung des Mantelrohres
dieses letztere einer mechanischen Einwirkung, vorwiegend in dessen Abteufrichtung,
ausgesetzt Als solche Einwirkung können statische Stoß- oder Vibrationsbelastungen
verwendet werden. Hierbei kann jede der genannten Arten der mechanischen Belastungen
sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination mit den anderen Belastungsarten
verwendet werden.
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Die gestellte Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, das in der Anlage
zur Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, die ein Mantelrohr und,
mit ihm verbundeneeine Hebevorrichtung, die zum Aufstellen des Mantelrohres auf
dem Boden, dessen Unterstützen und Herausziehen aus dem Boden bestimmt ist, eine
Abteufvorrichtung, die die Einwirkung auf den Boden über das Alantelrohr zwecks
Abteufung des letzteren ausübt, sowie eine Betonzufuhrungseinrichtung enthält, die
zur Zuführung des Betongemisches
zum Mantelrohr während des Herausziehens
desselben aus dem Boden bestimmt ist, erfindungsgemäß die Abteufvorrichtung ein
mit dem Mantelrohr in Verbindung stehendes System zur Flüssigkeitszuführung und
eine Impulseinrichtung besitzt, die einen Generator elektrischer Impulse, der in
der NJ des Mantelrohres angeordnet ist, sowie Elektroden enthält, die in dessen
unterem Teil montiert und mit dem Generator elektrischer Impulse elektrisch verbunden
sind, derart, daß bei der Erzeugung dieser Impulse durch den Generator elektrische
Entladungen entstehen, die in der zum Mantelrohr mittels des erwähnten Systems zugeführten
Flüssigkeit hydraulische Stoßwellen erzeugen, die auf den Boden einwirken, wodurch
die Abteufung des Mantelrohres erfolgt.
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ßrSindungsgemaß ist ferner eine Anlage zur Ausführung des beschriebenen
Verfahrens vorgeschlagen worden, die ein Mantelrohr, eine Hebevorrichtung, die mit
im verbunden und zum Aufstellen des Mantelrohres auf dem Boden, dessen Unterstützung
und Herausziehen aus dem Boden bestimmt ist, eine Abteufvorrichtung, die ein mit
dem Mantelrohr in Verbindung stehendes System zur Flüssigkeitszuführung sowie eine
Impulseinrichtung besitzt, die einen Generator elektrischer Impulse, der in der
Nähe des Mantelrohres angeordnet ist, sowie Elektroden enthält, die in dessen unterem
Teil montiert und mit dem Generator elektrischer Impulse elektrisch verbunden sind,
derart, daß bei der Erzeugung dieser Impulse durch denselben wischen den erwähnten
Elektroden elektrische Entladungen entstehen, die in der zum Mantelrohr mittels
des erwahnten Systems zugeführten Flüssigkeit hydraulische Stoßwellen erzeugen,
die auf den Boden einwirken, wodurch
die Abteufung des Mantelrohres
erfolgt, sowie eine Betonzuführungseinrichtung enthält, die mit dem M'antelrohr
verbunden und zur Zuführung des Betongemisches zu demselben während des Herausziehens
des lulantelrohres aus dem Boden bestimmt ist.
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Diese Konstruktion der Anlage gestattet es, die hbteu£-geschwindigkeit
des Rohres in den Boden gegenüber den bekannten Anlagen zu erhöhen und hierdurch
die Arbeitsleistung bei der Efaniherstellung zu steigern. Außerdem bedingt die Anordnung
der Elektroden im unteren Teil des Mantelrohres während der Arbeit der Anlage die
Erzeugung der mechanischen Schwingungen im Innern des Betongemisches, wodurch hohe
Verdicntungsgüte des letzteren gewährleistet wird.
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Die Anlage kann mindestens eine ringförmige Elektrode haben, die
gleichachsig zum Mantelrohr ist, wobei im einfachsten Fall als solche Elektrode
das Mantelrohr selber benutzt werden kann.
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Sehr vorteilhaft ist die Ausführungsvariante der Anlage, gemäß welcher
die Elektroden im Mantelrohr derart angeordnet sind, daß die Wirkungslinien der
elektrischen Entladungen, die zwischen diesen Elektroden ausgeldst werden, annähernd
parallel zur Achse des erwähnten Rohres sind.
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Bei dieser Anordnung der Elektroden wird der Hohlraum im Boden, der
infolge der Einwirkung der hydraulischen Stoßwellen auf den Boden erzeugt wird,
nicht nur unter der unteren Stirnseite des Mantelrohres, sondern auch um diese herum
gebildet.
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Dies beschleunigt das Abteufen des Mantelrohres. Außerdem ermöglicht
dies, Pfähle, deren Durchmesser den Durchmesser des Mantelrohres übersteigt, sowie
Pfähle mit lokalen Verbreiterungen herzustellen.
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Außerdem wird bei dieser Anordnung der Elektroden die Verdiontungsintensität
des Betongemisches gesteigert und die Einwirkung der hydraulischen Stoßwellen auf
das Mantelrohr gewährleistet, wodurch die Vibration des letzteren in der Abteafrichtung
erreicht wird.
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Die Anlage kann auf solche Weise ausgeführt sein, daß die übrigen
Elektroden über der ringförmigen Elektrode montiert und in Gestalt von Stäben ausgeführt
sind, die längs Erzeugenden eines gedachten Rotationskörpers liegen, der zum liantelrohr
gleichachsig ist.
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Diese Konstruktion gewährleistet die Gleichheit der Krafte, die durch
die Wirkung der hydraulischen Stoßwellen auf die Wände des fvtantelrohres entstehen.
Dies erlaubt es, das Mantelrohr exakt in der vorgegebenen Richtung niederzubringen.
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Es ist eine Ausführungsvariante der Anlage möglich, nach der die
Elektroden mindestens zu einem Paar von Elektroden zusammengefaßt sind, die übereinander
angeordnet sind. Diese Anordnung gewährleistet die vorstehend angegebene Parallelität
der Wirkungslinien der elektrischen Entladungen zur Achse des Mantelrohres.
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Dabei besitzt vorzugsweise die untere Elektrode aus dem Elektrodenpaar
eine in Bodenrichtung zugespitzte Form. Dies erleichtert das Abteufen des Mantelrohres
in den Boden und beschleunigt hiermit den Herstellungsprozeß des Mantelrohres.
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Zweckmäßigerweise ist die Abteufvorrichtung mindestens mit einem
Führungsschirm versehen, der in der Nähe der unteren Stirnseite des Mantelrohres
angeordnet ist und zur Fokussierung und Lokalisierung der hydraulischen Stoßwellen
dient Dies gestattet
es, die Energie -der Stoßwellen zur Erzeugung
von Pfählen der ge'münschten Form vollkommener auszunutzen und insbesondere einen
Pfahl herzustellen, der Verbreiterungen aufweist, die exzentrisch zu dessen Achee
sind.
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Zur Vereinfachung des Aufbaus kann die Anlage so ausgeführt sein,
daß als Führungsschirm eine Oberfläche der unteren Elektrode aus dem Elektrodenpaar
dient, die der oberen Elektrode zugekehrt ist.
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Sehr vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante der Anlage, nach der
die untere Elektrode des Elektrodenpaars relativ zum Mantelrohr längs dessen Achse
verschiebbar ist. Dadurch wird beim Durchtritt von elektrischen Entladungen die
Vibrationseinwirkung der unteren Elektrode auf den Boden erreicht, die die Abteafung
des Mantelrohres beschleunigt.
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Zur Beschleunigung der Abteufung des Mantelrohres ist die Anlage
vorzugsweise so ausgeführt, daß sie ein Gewicht besitzt, das an der oberen Stirnseite
des Mantelrohres angebracht ist und eine statische Belastung des erwähnten Rohres
während dessen Abteafens in den Boden gewährleistet.
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Aus denselben Erwägungen ist eine Ausführungsvariante der Anlage
vorteilhaft, nach der sie einen Vibrator bestitz, der an der oberen Stirnseite des
Mantelrohres montiert ist und zur Vibrationseinwirkung auf dasselbe während der
Abteufung in den Boden dient.
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Es ist auch eine andere Konstruktion möglich, nach der die Anlage
einen Hammer besitzt, der über der oberen Stirnseite des XgIantelrohres montiert
ist und zur periodischen Schlageinwirkung auf das Mantelrohr während dessen Abteufens
in den Boden
dient. Diese Konstruktion getattet es ferner, den
Prozeß der Abteufung des Mantelrohres zu beschleunigen.
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Es muß gesagt werden, daß Gewicht, Vibrator und Hammer in der Anlage
sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination miteinander verwendet werden können.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schema einer Anlage zur Ausführung des Verfahrens
zur Herstellung von Ortpfählen gemäß der Erfindung; Fig. 2 den unteren Teil des
Mantelrohres der Anlage gemäß der Erfindung im Schnitt, mit in diesem Rohr angeordneten
Elektroden; Fig. 3 den unteren Teil des Mantelrohres in der Ausführungsvariante
der Anlage gemäß der Eriindting, mit negativer ringformiger Elektrode und über ihr
angebrachten positiven Elektroden; Fig. 4 dasselbe wie Fig. 3, in Draufsicht (Elektrodenhalter
zwecks größerer Klarheit nicht mitabgebildet); Fig. 5 dieselbe Ansicht wie in Fig.
4, in einer Ausführungsvariante der Anlage gemäß der Erfindung, nach der positive
Elektroden ungleichmäßig am Kreisumfang verteilt sind; Fig. 6 den unteren Teil des
Mantelrohres in einer Ausführungsvariante der Anlage gemäß der Erfindung, nach der
positive Elektroden unter der negativen ringförmigen Elektrode angebracht sind;
Fig.
7 den unteren Teil des Mantelrohres in einer Ausführurgsvariante der Anlage gemäß
der Erfindung, nach der als ringförmige Elektrode das Mantelrohr verwendet ist;
Fig. 8 eine eingehende Darstellung des unteren Teils des Mantelrohres in einer Ausführungsvariante
der Anlage gemäß der Erfindung, nach der im Mantelrohr ein Paar von übereinander
angebrachten Elektroden angeordnet ist; Fig. 9 eine Ausführungsvariante des unteren
Teils des Mantelrohres der Anlage der Erfindung, nach der von unten auf das Mantelrohr
ein Rohrschuh aufgesetzt ist; Fig. 10 den unteren Teil des Mantelrohres in einer
Ausführungsvariante der Anlage gemäß der Erfindung, nach der im Mantelrohr mehrere
Paare von Elektroden vorhanden sind, die übereinander liegen; Fig. lla, b, c,d,e
stufenweise den Herstellungsprozeß eines Ortpfahls gemäß der Erfindung (durch Pfeile
ist die Verschiebungsrichtung des Mantelrohres angegeben); Fig. 12 den oberen Teil
des Mantelrohres in einer Ausführungsvariante der Anlage gemaß der Erfindung, nach
der an der oberen Stirnseite dieses Rohres ein Gewicht angebracht ist; Fig. 13 oberen
Teil des Mantelrohres in einer Ausführungs variante der Anlage gemäß der Erfindung,
nach der an der oberen Stirnseite dieses Rohres ein Vibrator montiert ist; Fig.
14 den oberen Teil des Mantelrohres in einer Ausführungsvariante der Anlage gemäß
der Erfindung mit einem über der oberen Stirnseite dieses Rohres montierten Hammer;
rig. 15 den oberen Teil des Mantelrohres in einer Ausführungsvariante der Anlage
gemäß der Erfindung mit einem Vibrator
und einem Hammers die eine
gemeinsame mechanische Einwirkung auf dieses Rohr ausüben; Fig. 16 die Schaltung
des Pfahlrostes, die zur Realisierung einer der Varianten des Verfahrens dient,
gemäß der Erfindung; Fig. 17. a, b, c, d, e stufenweise den Herstellungsprozeß eines
Stahlbetonpfahls gemäß einer der Ausführungsvarianten des Verfahrens, in der das
Mantelrohr auf das Bewehrungsskelett aufgesetzt wird (die Pfeile deuten die Verschiebungsrichtung
des Mantelrohres an); Fig. 18 stufenweise den Herstellungsprozeß eines Stahlbetonpfahls
gemäß einer der Ausführungsvarianten des Verfahrens gemäß der Erfindung, in der
das Mantelrohr in das Bewehrungsskelett eingesetzt wird.
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Das Verfahren zur Herstellung von Oitfähien gemäß der Erfindung wird
mit Hilfe einer Anlage durchgeführt, die ein Mantelrohr 1 (Fig. 1) und, mit ihm
verbundene, eine Hebevorrichtung 2, die zum Aufstellen des Mantelrohres 1 auf dem
Boden, dessen Unterstützen und Herausziehen aus dem Boden bestimmt ist, eine Abteufvorrichtung
3, die zur Einwirkung auf den Boden über das Aiantelrohr 1 dient, wodurch die Abteufung
desselben geschieht, sowie eine Betonzuführungseinrichtung 4 enthält, die zur Zufülirung
des Betongemisches zum Mantelrohr 1 während dessen Herausziehens aus dem Boden bestimmt
ist.
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Die Hebevorrichtung 2 ist in Gestalt eines lJastkrans, insbesondere
eines
in Fig. 1 dargestellten Autokrans ausgeführt, an dessen Haken 5 das Mantelrohr 1
aufgehängt ist. Anstatt des Krans kann als Hebevorrichtung 2 eine Förderturmmaschine
verwendet werden, die dank vorhandener Führungen, die unter einem beliebigen Winkel
zur Vertikalen angeordnet werden, das Mantelrohr 1 geneigt niederbringen und in
dieser weise einen Schrägpfahl herstellen lassen. Als Vorrichtung 2 kann ferner
jede andere beliebige bekannte Hebevorrichtung verwendet werden, die die Unterstützung
des Mantelrohres in der erforderlichen Lage während dessen Abteufens und dessen
Hebens gewährleistet.
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Die Abteufvorrichtung 3 besitzt ein System 6 zur Flüssigkeitszuführung,
das mit dem Hohlraum des Mantelrohres 1 durch eine Rohrleitung 7 in Verbindung gesetzt
ist, sowie eine Impulseinrichtung 8, die einen Generator 9 elektrischer Impulse,
der auf dem Boden in der Nähe des Mantelrohres 1 angeordnet ist, sowie mit ihm über
ein Kabel 10 elektrisch verbundene Elektroden 11 und 12 enthält, die in der Nähe
der unteren Stirnseite des Maiitelrohres l in dessen unterem Teil montiert sind
und nachstehend eingehend beschrieben werden.
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Das Flüssigkeitszuführungssystem 6 enthält eine Pumpe, die mit einem
Behälter für die Flüssigkeit oder, in der einfachsten Variante, mit einem Wasserleitungssystem
(in der Zeichnung nicht abgebildet) verbunden ist.
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Der Generator 9 elektrischer Impulse erzeugt an dessen Ausgangsklemmen
eine Spannung, die zur Erzeugung von elektrischen Impulsen zwischen den ererwähnten
Elektroden 11 und 12 im flüssigen Medium ausreichend ist.
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Die Betonzuführungseinrichtung 4 stellt eine Betonpumpe 13 dar, die
über einen Schlauch 14 mit dem Mantelrohr 1 verbunden ist. Sie kann auch auf eine
andere bekannte Weise, beispielsweise in Gestalt eines Dübels, ausgeführt sein,
der am Haken der Hebevorrichtung über der oberen Stirnseite des Mantelrohres aufgehängt
ist.
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Die nachstehend beschriebenen Ausführungsvarianten der Anlage zur
Herstellung von Ortpfählen gemäß der Erfindung unterscheiden sich durch Ausführung
jenes Teiles der Abteufvorrichtung 3, der mit dem unteren Teil des Mantelrohres
1 konstruktiv verbunden ist. Diese Unterschiede sind durch konkrete technologische
Forderungen, die an den herzustellenden Pfahl gestellt werden, sowie die Verhältnisse
bedingt, unter denen die Pfählung erfolgt.
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Eine der konstruktiv einfachen Varianten ist in Fig. 2 dargestellt,
wo die Elektrode 11, die mit der Minusklemme des Generators 9 (Fig. 1) elektrisch
verbunden ist, ringförmig ausgeführt und mit der Wand des liiantelrohres 1 durch
Ständer 15 (Fig. 2) starr verbunden ist. Die Elektrode 12, die mit der Plusklemme
des Generators 9 (Rig.l) elektrisch verbunden ist, ist in Gestalt eines Stabs ausgeführt.
Die beiden Elektroden liegen gleichachsig zum Mantelrohr 1 (Fig. 2).
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Es kann mehrere (positive) Elektroden 12 geben. In Fig. 3 und 4 ist
eine Ausführungsvariante der Anlage dargestellt, in der über der ringförmigen (negativen)
Elektrode 11 in einem Elektrodenhalter 16 mehrere positive Elektroden 12 angebracht
sind,die in Gestalt von Stäben ausgeführt sind, die längs deLrzeug' einden eines
gedachten Rotationskörpers liegen, der zum Mantelrohr
1 gleichachsig
ist.
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Dies gewährleistet die Gleichheit der Kräfte, die durch die Wirkung
der hydraulischen Stoßwellen auf die Wände des dantelrohres 1 entstehen. Diese Anordnung
der Elektroden erlaubt es, das Mantelrohr exakt in der vorgegebenen Richtung niederzubringen.
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Wenn der Rotationskörper ein Zylinder ist, sind die lSirkungslinien
der elektrischen Entladungen, die zwischen den Elektroden 12 und der ringförmigen
Elektrode 11 verlauben, zur Achse des Mantelrohres 1 parallel. Dies gestattet es,
hydraulische Stoßwellen nicht nur in axialer, sondern auch in der relativ zum Mantelrohr
1 radialen Richtung zu erzeugen, was die Bildungsmöglichkeit eines Hohlraums um
das erwähnte Rohr herum gewghrleistet. Dieser Hohlraum ist beispielsweise zur Beschleunigung
der Abteufung des Mantelrohres sowie in jenen Fällen notwendig, wenn Verbeiterungen
am Pfahl erhalten werden sollen oder ein Stahlbetonpfahl durch das Anordnen des
idantelrohres im Bewehrungskorb hergestellt werden muß.
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Es sei betont, das die positiven Elektroden 12 uber der negativen
ringförmigen Elektrode 11 sowohl relativ zur Achse des Mantelrohres gleichmäßig
(siehe Fig. 4) am Kreisumfang wie auch ungleichmäßig (siehe Fig. 5) verteilt sein
können. Die ungleichmäßige Verteilung ist zweckmäßig, wenn ein Pfahl mit relativ
zur Achse desselben exzentrischen Verbreiterungen oder mit gerippter Oberfläche
herzustellen ist.
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Es sind auch andere Anordnungsvarianten der Elektroden 12 relativ
zur ringförmigen Elektrode 11 möglich. Beispielsweiaekönnen
die
Elektroden 12 unter der ringförmigen Elektrode 11 angebracht sein, wie es in Fig.
6 dargestellt ist, wo die ringförmige Elektrode 11 im Innern des Mantelrohres 1
an einer elektrisch isolierenden Einlage 17 befestigt ist und die Elektroden 12
an einem ringförmigen Elektrodenhalter 18 angebracht sind, der niedriger als die
Elektrode 11 angeordnet ist.
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In Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante der Anlage dargestellt, nach
der zur Erzielung einer einfacheren Konstruktion als ringförmige Elektrode, die
in Fig. 2, 3 und 6 dargestellt ist, das Mantelrohr 1 verwendet ist. Es versteht
Eich, daß in diesem Fall das erwähnte Rohr aus elektrisch leitendem Material hergestellt
wird.
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In Fig. 7 ist eine positive Elektrode 12 dargestellt, die längs der
Achse des Mantelrohres 1 liegt. Es versteht sich von selbst, daß im Mantelrohr 1
mehrere positive Elektroden 12 angeordnet sein können, die beispielsweise längs
der Erzeugenden eines zum erwähnten Rohr gleichachsigen Zylinders liegen, wie es
in Fig. 3 und 4 dargestellt ist.
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Die Parallelität der Wirkungslinien der elektrischen Cntladungen
zur Achse des Mantelrohres 1 kann auch durch eine andere Rombination von Formen
und Anordnungen der Elektroden erreicht werden, als es in den beschriebenen Ausführungsvarianten
der Anlage der Fall ist, die in Fig. 3 bis 5 dargestellt sind.
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Insbesondere sind Ausführungsvariante der Anlage mit e einem oder
mehreren Paaren von Elektroden möglich, die eine über der anderen angebracht Sind.
Gemäß Fig. 8 sind die positive Elektrode 12 und die negative Elektrode 11 längs
der Achse des Mantelrohres 1 an einem Blektrcdenhalter befestigt, der die Gestalt
eines
Rohres 19 besitzt, das zum Mantelrohr 1 konzentrisch liegt und mit dem letzteren
starr verbunden ist.
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Die positive Elektrode 12 ist in einer Isolierhülse 20 angeordnet
und mit einer Stromzuführung 21 zur Verbindung mit dem Generator 9 elektrischer
Impulse (Fig.l) versehen. Die Isolierhülse 20 (Fig.8) besitzt ein auswechselbares
Endstück 22, das, falls sein Zerstörungsgrad durch Einwirkung von elektrischen Entladungen
die zulässige Größe übersteigt, sich ohne weiteres durch ein neues ersetzen läßt.
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Zur Verminderung der Intensität der Einwirkung von starken dynamischen
Belastungen auf das lvIantelrohr 1, die bei elektrischen Altladungen entstehen,
und zur Vermeidung der von ihnen verursachten Verformung desselben ist im Rohr 19
zwischen einem an diesem Rohr befestieten Tragsteg 27 und der Isolierhülse 20 eine
Dämpfungseinlage 24 angebracht. Die Breite des Tragstegs 23 ist so gewählt, daß
der die Flüssigkeitszuführung durch das Rohr 19 zu den Elektroden 11 und 12 nicht
behindert.
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Unter der positiven Elektrode 12 ist die negative Elektrode 11 angeordnet,
die längs der Achse des Mantelrohres 1 verschiebbar in einem Führungssteg 25 angeordnet
ist, der am Ende des Rohres 19 starr befestigt ist. Die Elektrode 11 besitzt zwei
nach oben ragende Ausleger 26, die mit Kappen 27 versehen sind, welche zur Begrenzung
der erwähnten Verschiebungsgröße bestimmt sind.
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An einen der Ausleger 26 ist eine Stromzuführung 28 angeschlossen,
die die Elektrode 11 mit dem Generator 9 elektrischer Impulse (Fig.1) verbindet.
Die bewegliche Befestigung der Elektrode 11 (Fig.8) gewährleistet die Möglichkeit
ihrer Vibration langs der Achse des ivIantelronres 1 beim Durchtritt elektrischer
Entladungen, wodurch die Schlageinwirkung dieser Elektrode auf den
Boden
erreicht wird, die die Abteufung des Mantelrohres 1 bis auf die erforderliche Tiefe
beschleunigt.
-
Aus diesem Grund ist die beschriebene Befestigung vorzuziehen, wenn
auch grundsätzlich die Variante mit der starren Befestigung der Elektrode 11 am
Rohr 19 möglich ist.
-
Vorzuziehen ist ferner auch die in Fig. 8 dargestellte Form der Elektrode
11, die die Gestalt eines Endstücks besitzt, das in Bodenrichtung zum leichteren
hbteuben des Mantelrohres 1 zugespitzt ist.
-
Eine Oberfläche 29 der negativen Elektrode 11, die der positiven
Elektroden 12 zugekehrt ist, ist konkav ausgeführt und dient als Führungsschirm
zur Fokussierung und Lokalisier.ung von hydraulischen Stoßwellen.
-
Bei einer anderen Konstruktion der Elektroden (beispielsweise einer
solchen wie sie in den Ausführungsbeispielen der Anlage.
-
uon Fig. 3 bis 6 beschrieben wurde) können die Funktionen des Endstücks
und des Führungsschirmes von anderen Elementen des Mant.elrohres erfüllt werden.
-
In der in Fig. 9 dargestellten Variante dient zur Erfüllung der beiden
erwähnten Funktionen ein Rohrschuh 30, der von unten auf das Mantelrohr 1 aufgesetzt
ist.
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Dieser Rohrschuh erleicntert, wenn er kein besonderes Hindernis für
die auf den Boden einwirkenden hydraulischen Stoßwellen bildet, das Abteufen des
Mantelrohres 1 und schützt es gegen übermäßige Verunreinigung durch Bodenteilchen.
-
Die Innenfläche 31 des Rohrschuhs ist konkav ausgebildet.
-
In einem besonderen Fall kann sie kegelig geformt sein, wie es in
Fi&. 9 dargestellt ist, und dient zum ZuruckF,Uerfen der StoB-wellen
in
radialer Richtung in bezug auf die Achse des Mantelrohres 1.
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Die Ausführungsvarianten der Anlage mit einem Elektrodenpaar, in
welchem die Elektroden übereinander liegen, sind durch die in Fig. 8 dargestellte
Konstruktion nicht beschränkt.
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Es können auch weitere konstruktive Möglichkeiten angegeben werden,
so beispielsweise, wenn die beiden Elektroden in der Anlage ringförmig oder als
Stäbe ausgebildet sind.
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In Fig. 10 ist eine Äusführtrn£j-svariante der Anlage mit mehreren
Paaren von negativen Elektroden 11 und positiven Elektroden 12 dargestellt, die
in Gestalt von übereinander liegenden Stäben ausgeführt sind. Die Elektroden 11
sind im Elektrodenhalter 18 befestigt, die Elektroden 12 aber im Elektrodenhalter
16 an einem Kreis, der zum Mantelrohr 1 konzentrisch ist. Hierbei können die erwähnten
Elektrodenpaare innerhalb dieses Kreises sowohl gleichmäßig wie auch ungleichmäßig
verteilt sein, in der Weise, wie es in Fig. 4 oder 5 dargestellt ist. Im letzteren
Fall wird die Herstellungsmöglichkeit eines Pfahls gewährleistet, der exzentrische
Verbreiterungen besitzt.
-
Es versteht sich, daß außer den Anordnungsvarianten der EYektroden,
die vorstehend beschrieben wurden und in Fig. 2 bis 10 dargestellt sind, auch andere
Varianten möglich sind, die durch Erzeugung von elektrischen Entladungen in der
Plüssigkeit die Gewinnung hydraulischer Stoßwellen der erforderlichen leistung in
dieser oder jener Zone des unteren Teiles des Mantelrohres gewäx'irleisten.
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Fig. 11 bis 18 veranschaulichen Ausführungsbeispiele des Herstellungsverfahrens
von Ortpfählen mit Hilfe der beschriebenen
Anlage Das Verfahren
wird auf die folgende Weise durchgeführt.Das Mantelrohr 1 (Fig.1) mit den an dessen
unterem Teil montierten Elektroden (11 und 12), die beispielsweise gemäß der in
Fig. 8 dargestellten Variante angeordnet sind, wird vertikal oder unter dem erforderlichen
Winkel zur Vertikalen auf dem Boden, am Herstellungsplatz des Pfahls, mit Hilfe
der Hebervorrichtung 2 (Fig. 1) aufgestellt. Hierbei bildet die Bodenoberfläche
die Sohle des Mantelrohres 1 und begrenzt hierdurch dessen Innenvolumen. Das Rohr
befindet sich in der in Fig. lla abgebildeten Stellung. Danach fängt man an, dem
Mantelrohr 1 über die Rohrleitung 7 des Systems 6 (Fig.l) portionsweise oder kontinuierlich
Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in einer Menge zuzuführen, die zum kontinuierlichen
Ausfüllen des Zwischenraums zwischen den Elektroden 11 und 12 (Fig.8) ausreichend
ist, und erzeugt nach Einschalten des Generators 9 (Fig. 1) elektrischer Impulse
in dieser Flüssigkeit elektrische Entladungen. Dadurch entsteht im unteren Teil
des Mantelrohres 1 ein elektrohydraulischer Effekt. Die dabei entstehenuen hydraulischen
StoISwellen wirken auf den Boden in axialer und radialer Richtungen ein, wobei er
auseinanderge schoben und in ihm unter dem Mantelrohr 1 und rund um dasselbe ein
Hohlraum gebildet wird.
-
In diesen Hohlraum sinkt nun unter der Einwirkung seines Eigengewichtes
das erwähnte Rohr ab. Bei diesem Absinken wird der Hohlraum unter der Einwirkung
hydraulischer StoL8wellen vertieft, die durch die wirkenden elektrischen Entladungen
verursacht werden.
-
Als Flüssigkeit, in welcher die elektrischen Entladungen
zustandegebracht
werden, kann die Flüssigkeit verwendet werden, die die Eigenschaften eines Bindemittels
besitzt. Dies gestattet es, gleichzeitig mit der Herstellung eines Ortpfahls den
dieses umgebenden Boden durch Tränken desselben mit dem Bindemittel zu verfestigen.
Nach dieser Technologie lassen sich zweckmäßigerweise Pfahlgründungen in weichen
Böden und an Rutschneigungen errichten. Als Bindemittel kann ein beliebiges Material
verwendet werden, das praktische Anwendung zur Stabilisierung des Bodens findet,
so beispielsweise Wasserglas, Bentonit-Silikat--Abdichtungsmörtel oder Lehm-Zement-Mörtel.
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Nach der Abteufung des Mantelrohres 1 bis auf die Entwurf&-tiefe
(Fig. llb) fängt man on, es mit Hilfe der Hebevorrichtung 2 herauszuziehen, und
führt, indem man die Einrichtung 4 (Fig.l) eingeschaltet hat, dem erwähnten Rohr
das Betongemisch zu. Dadurch wird das vom Mantelrohr 1 im Boden gebildete Bohrloch
allmählich mit einem Betongemisch 32 (Fig. llc) gefüllt.
-
Gleichzeitig werden zur Verdichtung des erwähnten Betongemisches in
diesem, weil es die Eigenschaften eines flüssigen Mediums besitzt, elektrische Entladungen
erzeugt, die gleichen wie sie in der Abteufungsstufe des Mantelrohres 1 erzeugt
wurden.
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Da beim Durchtritt elektrischer Entladungen auf das Betongemisch
Impulsdrücke einwirken, die die Kräfte, welche auf dem mechanischen Wege durch die
bekannten Vibratoren erzeugt werden, betrE.chtlich übersteigen, nimmt die Verdichtungseffek
tivität dieses Betongemisches in hohem Maße zu. Dies ermöglicht es, Ortpfähle mit
hoher Tragfähigkeit herzustellen. Dabei bietet die beschriebene Technologie die
Möglichkeit, sogar wenig bewegliche Betongemische zu verdichten, deren Anwendung
den Prozeß
der Pfahlerhärtung beschleunigt.
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AuSerdes gewährleistet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Technologie
die Verdichtungsmöglichkeit des Betongemisches ohne Unterbrechung des Prozesses
des Herausziehens des Mantelrohres 1 (wie es nach der bekannten Technologie der
Fall war), was die Arbeitsleistung bei der Pfählung erheblich steigert.
-
Wenn ein Pfahl mit verbreiterter Sohle hergestellt werden muß, wird
in der Anfangsstufe des Herausziehens des Aantelrohres 1 die Energiemenge verändert,
die bei elektrischen Entladungen in der Zeiteinheit, bezogen auf eine Flächeneinheit
des Bodens in der Einwirkungszone der kydraulischen Stoßwellen entwickelt wird In
dieser Weise gewinnt man im Boden einen erweiterten Hohlraum 33 erforderlicher Form
und Abmessungen (Fig. llc, d).
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Die Veränderung der erwähnten Energiemenge geschieht durch Regelung
der Frequenz der elektrischen Entladungen, die durch die Folgefrequenz der elektrischen
Impulse des Generators 9 bedingt ist. Es kann auch die Energiemenge eines Einheitsimpulses
oder die Geschwindigkeit des Herausziehens des Mantelrohres verändert werden. Hierheikönnen
sowohl einer der erwähnten Parameter als auch mehrere dieser Parameter gleichzeitig
verändert werden, indem sie in der erwünschten Weise kombiniert werden.
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Je nach den geometrischen Abmessungen der herzustellenden Pfähle,
der erforderlichen Arbeitsleistung und den Eigenschaften des Bodens und des Betongemisches
werden die erwähnten Parameter in folgenden Bereichen verändert: Frequenz - von
0,1 bis 10 Hz Energiemenge eines Einheitsimpulses - von 0,1 bis 300 kJ
GeschwindiSkeit
des Herausziehens des Mantelrohres -von 0,1 bis 5 m/min.
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Die Wahl der unteren Grenze eines jeden der erwähnten Parameter ist
durch die notwendige Erreichung der wirtschaftlich zweckmäßigen Arbeitsleistung
des Verfahrens, die Wahl der oberen Grenze aber durch die erforderliche Gewährleistung
einer hohen Verdichtungsgüte des Bodens und des Betongemisches sowie der Wirtschaftlichkeit,
Zuverlässigkeit und Mobilität der Anlage bedingt. Insbesondere führt eine Überschreitung
der oberen Grenze der ImpulsfreQuenz zur VergröBerung der Zahl von Leerentladungen,
die keine Bildung von hydraulischen Stoßwellen bewirken. Dies vermindert die Verdichtungsgüte
des Bodens und des Betongeulisches. Darüberhinaus nimmt bei dieser Frequenz die
Energieintesität der Anlage zu.
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Die Über schreitung der erwähnten Energiemenge eines Einheitsimpulses
beschleunigt den Verschleiß der Elektroden und vermindert die Betriebssicherheit
der Anlage. Außerdem nehmen dabei die Abmessungen des Generators elektrischer Impulse
zu, was sich auf die Mobilität der Anlage nachteilig auswirkt. Die Überhreitung
der oberen Grenze der Geschwindigkeit des Herausziehens des Mantelrohres führt zur
Verschlechterung des Verdichtungsgrades des Bodens und des Betongemisches, was sich
auf die Festigkeit der hergestellten Pfähle nachteilig auswirkt.
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Die Form der Verbreiterungen im Querschnitt ist hauptsächlich durch
die Anordnung der Elektroden bestimmt. So wird bei einem Paar von Elektroden 11
und 12, die längs der Achse des 1üantelrohres 1 CFig. 2, 7, 8, 9) angebracht sind,
und bei meh seren Paaren von Elektroden 11 und 12, die gleichmäßig am Ereisumiang
verteilt
sind, wobei dieser Kreis zum Iu-antelrohr gleichachsig ist, eine Verbreiterung erhalten,
die in ihrem Querschnitt die Form einer zum Mantelrohr 1 konzentrischen Figur besitzt.
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Bei ungleichmäßiger Anordnung der Elektroden (Fig. 5) kann eine Verbreiterung
erhalten werden, die relativ zur Achse des Mantelrohres 1 exzentrisch liegt. Die
Form einer Verbreiterung 33 wird ferner auch von der Form der reflektierenden Oberfläche
29 oder 31 des Führungsschirmes (Fig.8 und 9) beeinflußt, die die räumliche Energieverteilung
der hydraulischen Stoßwellen bestimmt. In den in Fig. 8 und 9 dargestellten Varianten
wird diese Energie gleichmäßig von der Achse des Mantelrohres 1 nach allen Seiten
hin verteilt. Bei unsymmetrischer Form der Oberflächen 29 und 31 ist auch die Verbreiterung
33 unsymmetrisch.
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Die Zahl der Verbreiterungen in der Höhe des herzustellenden Pfahls
kann verschieden sein.
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Auf diese Weise erzeugt man, indem man mit den energetischen Parametern
des Prozesses sowie mit der Form und Anordnung der Elektroden und Führungsschirme
operiert, einen pfahl veränderlichen Querschnitts in breiten Grenzen der vorgegebenen
Konfigurationen und Abmessungen.
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In Fig. Ile ist die Lage des Mantelrohres 1 in der letzten Stufe
des Herstellungsprozesses des Pfahls dargestellt. Das Mantelrohr 1 ist ganz aus
dem Bohrloch gezogen, und das Bohrloch ist mit dem Betongemisch 32 gefüllt.
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Zur Beschleunigung der Abteufung des Mantelrohres 1 wird neben der
Erzeugung elektrischer Entladungen auf das erwähnte Rohr zusätzlich eine mechanische
Einwirkung ausgeübt, vorwiegen in der Abteufrichtung desselben. Insbesondere wild
diese mechanische Einwirkung durch statische Belastung des Mantelrohres
1
bedingt. In Fig. 12 ist eine Ausführun0svariante der Anlage zur Herstellung von
ortpfählen dargestellt, nach der diese statische Belastung mittels eines Gewichtes
34 vorgenommen ist, das an der oberen Stirnseite des Mantelrohres 1 angebracht ist.
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Nach einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens erfolgt die
mechanisone Einwirkung als Vibrationseinwirkung. Die dieser Ausführungsvariante
des Verfahrens entsprechende husführungsvariante der Anlage gemäß der Erfindung
ist in Fig. 13 dargestellt. Die Anlage enthält einen Vibrator 35, der in der bekannten
Weise ausgeführt und mit dem Mantelrohr 1 tinematisch verbunden ist. Der an der
oberen Stirnseite des Mantelrohres 1 in der in Fig. 13 dargestellten Diese angebrachte
Vibrator eritilt außer seiner Hauptfunktion auch die Funktion des vorstehend beschriebenen
Gewichtes 34.
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Es ist ferner eine Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung möglich,
nach der das Mantelrohr 1 in periodischen Abständen einer Schlageinwirkung ausgesetzt
wird. In der husführungsvariante der Anlage, die dieser Variante des Verfahrens
entspricht, ist über der oberen Stirnseite des Mantelrohres ein in bekannter Welse
montierter Hammer 36 (Fig. 14) angebracht., als welcher ein Dieselhammer benutzt
werden kann.
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's können ferner verschiedene Arten mechanischer Belastung gen kombiniert
werden, beispielsweise kann gleichzeitig die Vibrationseinwirkung auf das Mantelrohr
in der zur Achse dessel -ben querliegenden Ebene und Schlageinwirkung auf dieses
Rohr in der axialen Richtung erfolgen. Diese Technologie beschleunigt die Bildung
eines Hohlraums im Boden sowohl unter dem Rohr wie aucn um dasselbe.
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Die Ausführungsvariante der Anlage, die die erwähnte Technologie
realisiert, ist in Fig. 15 dargestellt. Die Anlage enthält einen mit dem iWantelrohr
1 kinematisch verbundenen Vibrator 35, der an diesem Rohr montiert ist, und einen
Hammer 36, der am Vibrator 35 montiert ist.
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Es muß erwähnt werden, daß die mechanische Einwirkung auf den Boden
(nebst dem elektrohydraulischen Effekt) in der Anlage, wenn auch in geringem llflaSe,
sogar ohne dazu eigens bestimmte Einrichtungen stattfindet, weil die Stoßwellen,
indem sie sich nach allen Seiten hin ausbreiten, auch auf das Mantelrohr ein wirken
und somit dessen Vibration veranlassen.
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Die Beschleunigung der Abteufung des Mantelrohres 1 in den Boden
wird auch vom zugespitzten Endstück unterstützt.
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In der beschriebenen Variante (Fig. 8) wird seine Rolle unmittelbar
durch die Elektrode 11 erfüllt. In den anderen Ausführungsvarianten der Anlage (Fig.
2, 3, 6, 7,10) wird zu diesem Ziel ein Rohrschuh 30 (Fig. 9) benutzt, der von unten
auf das Mantelrohr 1 vor dem Abteufungsbeginn aufgesetzt wird. In der Stufe des
Herausziehens des Mantelrohres 1 bleibt der Rohrschuh 30 unter der Einwirkung des
dieses Rohr Süllenden J3etongemisches 32 auf der Bohrlochsohle liegen..
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Zur Errichtung von Pfahlgründungen mit Rost wird das Verfahren zur
Herstellung des Ortpfahls auf die folgende Weise ausgeführt. Auf dem Boden wird
eine Rostschalung 37 (siehe Fig.16) montiert, die in der bekannten Weise ausgeführt
ist und beispielsweise eine wiederverwendbare Schalung 38 und eine verlorene Schalung
39 enthält, und eine Einrichtung 40 zur Abtrennung des Betongemisches aufgestellt,
die über den erkannten 2tchalungen
drehbar in der horizontalen
Ebene angeordnet ist.
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Durch diese Schalung 37 des Rostes erfolgt die Aufstellung des Mantelrohres
1 auf dem Boden. Die Abteufung des çantelrohres, dessen Herausziehen, Zuführ des
Betongemisches und Verdichtung des letzteren erfolgen in der vorstehend beschriebenen
Weise. Nach dem Austritt des irjantel rohres aus dem Boden werden elektrische Entladungen
zur Verdichtung des Betongemisches in der Rostschalung 37 erzeugt, wodurch der oberirdische
Teil des Pfahles gebildet wird. Danach wird das Mantelrohr 1 aus der erwähnten Schalung
herausgenommen und das überflüssige Betongemisch mit Hilfe der Abtrenneinrichtung
40 abgetrennt.
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Wenn in Boden ein Stahlbetonpfahl herzustellen ist, erfolgt das vorstehend
beschriebene Verfahren in der nachfolgend beschriebenen Weise gemäß einer der nachstehend
erläuterten Modifikationen ( siehe Fig. 17a, b, c, d, e und Fig, 18a, b, c, d, e).
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Auf dem Boden wird ein Bewehrungsskelett 41 (Fig. 17a und 18a) aufgestellt,
das zur Formierung des herzusteilenden Pfahls dient, und das , antelrohr 1 gemäß
einer der Modifikationen des Verfahrens (Fig. 17b) wird auf dieses Skelett aufgesetzt
bzw.
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gemäß einer anderen Modifikation des Verfahrens (Fig. 18b) in dieses
eingesetzt.
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Danach erfolgt nach der vorstehend beschriebenen Technologie die
gemeinsame Abteufung des Mantelrohres 1 und des Bewehrungsskeletts 41 bis auf die
Entwurfstiefe (Fig. 17c und 18c).
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Danach fängt man an, das Mantelrohr 1 herauszuziehen, wobei diesem
gleichzeitig das Betongemisch 32 zugeführt und dasselbe
Gemisch
(Fig. 17d und 18d) verdichtet wird. Hierbei bleibt das Bewehrungsskelett 41 unter
der Einwirkung des zufließenden Betongemisches 32 auf der Bohrlochsohle liegen,
welches Bohrloch während der Abteufung des Mantelrohres 1 entsteht.
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Fig. 17e und 18e veranschaulichen die letzte Stufe des Herstellungsprozesses
eines Stahlbetonpfahls: das Mantelrohr 1 ist aus dem Bohrloch gezogen, und das Bohrloch
mit dem in ihm befindlichen Bewehrungsskelett 41 ist mit dem Betongemisch gefüllt.
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Die erstere (Fig. 1?) der zwei beschriebenen Modifikationen der Herstellungstechnologie
eines Stahlbetonpfahls wird in bequemer Weise bei der Ausführung von Pfählungen
in weichen Böden verwendet, wenn die Gefahr des Nachfallens der Bohrlochwände besteht.
Wenn die Arbeiten aber in dichtem Boden erfolgen und keine solche Gefahr vorhanden
ist, kann die zweite Modifikation des Verfahrens (Fig. 18) verwendet werden.
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Es muß erwähnt werden, daß der Stahlbetonpfahl äirnlich dem vorstehend
beschriebenen Betonpfahl mit der gewünschten Zahl der Verbreiterungen 73 in seiner
Ho'he hergestellt werden kann.
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Idachstehend sind konkrete Realisationsbeispiele des erfindungsmäßen
Verfahren Beispiel 1.
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Das Mantelrohr 1 (Fig. 1) mit einem Durchmesser von 300 mm wird vertikal
in den Sandboden abgeteuft. Die entwurfsmäßige Abteufungsgröße betrug 5 m. Im unteren
Teil des Mantelrohres sind übereinander zwei Elektroden 11 und 12 montiert, wie
es in Big. 8 dargestellt ist.
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Die der Elektrode 12 zugekehrte Oberfläche der Elektrode 11 ist konkav
ausgeführt, in der Weise, daß die iiälfte der Energie der hydraulischen Stoßwellen
in der Horizontalen seitlich gerichtet und zum Auseinanderschieben des bodens verwendet
wird, während die andere Hälfte dieser Energie in der Vertikalen von oben nach unten
gericntet und zur Abteufung des Mantelrohres verwendet wird. Der Abstand zwischen
den Elektroden betrug 50 mm.
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Nach dem Aufstellen des Mantelrohres 1 auf dem Boden (Fig.l) wurden
diesem 6 1 Wasser zugeführt und, indem durch das Wasser elektrische Impulse geschickt
werden, in ihm elektrische Entladungen erzeugt. Hierbei betrugen elektrische Entladungen
des Prozesses: Spannung der Stromquelle: 50 kV Impulsfrequenz: 2 Hz Energie eines
Einheitsimpulses: 20 kJ Mit dem fortschreitenden Abteufen des Mantelrohres unter
der Einwirkung der elektrischen Entladungen wurde diesem kontinuierlich Iriasser
unter einem Druck von 10 kp/cm2 bei einer Durchflußmenge von 8 1/min zugeführt.
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Die vorgegebene Tiefe erreichte das Mantelrohr in 3,5 min.
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Auf diese Weise betrug die Abteufgeschwindigkeit dieses Rohres 1,42
m/min, was um* 3,5.-fache höher als bei der Anwendung der bekannten Herstellungstechnologie
der Pfähle ist.
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Nach der beendeten Abteufung des Mantelrohres 1 wurde die Wasserzufuhr
unterbrochen und diesem Mantelrohr mit einer Geschwindigkeit von 0,11 m3/min ein
Betongemisch folgender Zusammensetzung (in Gew.,) zugeleitet:
Zement
- 16 Sand - 23,4 Schotter - 53,4 Wasser -7,2.
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Gleichzejig wurde das Mantelrohr 1 mit einer Geschwindigkeit von
1,1 m/min herausgezogen und im Betongemisch wurden elektrische Entladungen mit den
vorstehend angegebenen Parametern erzeugt.
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Nach der erfindungsgemäßen Technologie wurde ein Betonpfahl mit einer
Höhe von 5 m und einem Durchmesser von 300 mm bei hoher Verdichtungsgüte des Betongemisches
erzeugt (die Festigkeitsgrenze des Betons im auf diese Weise hergestellten Pfahl
betrug 270 kg/cm2, wogegen dieser Wert bei dem nach bekannten Verfahren hergestellten
Pfahl 135 kp/cm2 nicht übersteigt). Der Zeitaufwand für den gesamten Herstellungsprozeß
des Pfahls betrugt 8 min, was um das 2,1-fache weniger ist als bei der Pfahlherstellung
nach dem aus der SU-PS 253 666 bekannten Verfahren.
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Beispiel 2.
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Das @ Mantelrohr 1, ein genau solches wie im Beispiel 1, wurde bis
auf dieselbe Entwurfstiefe abgeteuft. Hierbei war an der oberen Stirnseite des Mantelrohres
1 ein Vibrator 75 (Fig.13) angebracht, der zur Vibrationseinwirkung mit einer Frequenz
von 420 Hz auf das Mantelrohr 1 während der Abteufung desselben dient. Die Entwurfstiefe
erreichte das Rohr in 2,2 min.
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Somit betrug die Abteufgeschwindigkeit dieses Mantelrohres 2,25 m/min.
Das Herausziehen des Mantelrohres geschah in derselben Weise wie im Beispiel 1.
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Der Zeitaufwand zur Pfahlherstellung betrug 6,7 min.
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Beispiel 3.
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Das Mantelrohr, ein genau solches wie im Beispiel 1, wurde aus das
Bewehrungsskelett 41 (siehe Fig. l?a, b,c, d, e) aufgesetzt, das aus sechs Stahlstäben
von einem Durchmesser von 30 nun ausgeführt ist, die miteinander mittels eines an
sie angeschweißten Stahldrahtes von einem Durchmesser von 8 min verbunden sind.
Im übrigen erfolgt der Pfahlerstellingsprozeß in derselben Weise wie im Beispiel
1 beschrieben.
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Die Zeit für die Pfahlherstellung einschließlich des Zeitaufwand
es für das Anbringen des Mantelrohres am Bewehrungsskelett betrug 9 min.
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Beispiel 4.
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Das Mantelrohr, ein genau solches wie im Beispiel 1, wurde in der
im Beispiel 1 beschriebenen Weise abgeteuft. Nach dessen Herausziehen ließ man in
der Entwurfstiefe 20 Entladungen mit einer Impulsfrequenz von 2 Hz und einer Energie
des Einheitsimpulses von 30 kJ entstehen, wodurch in diesem Pfahlteil eine Verbreiterung
von 750 mm-Durchmesser (Fig. llc) entstanden ist.
-
Während des weiteren Hebens betrug die Energie des Einheitsimpulses
20 kJ.
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Nach 1,36 min nach dem Beginn des Herausziehens des Mantelrohres
ließ man in dem Augenblick, da es im Boden von der Entwurfstiefe bis auf die Höhe
von 1,5 m gehoben wurde, im Laufe von lu sek 20 Entladungen mit einer Energie des
Einheitsimpulses entstehen die bis auf 30 kJ erhöht wurde.
-
Dadurch entstand im Pfahl eine zweite Verbreiterung mit einem
Durchmesser
von 750mm (s. Fig. 11d). Danach wurde die Energie des Einheitsimpulses erneut bis
auf 20 kJ verringert und der Prozeß in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise fortgesetzt.
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Der Zeitaufwand für die Pfahlherstellung betrug 8 min. Die Tragfähigkeit
des Pfahls nahm dank der in ihm ausgebildeten Verbreiterungen gegenüber der Tragfähigkeit
des im Beispiel 1 beschriebenen Pfahls um 200 % zu. Vergleichsweise muo erwähnt
werden, daß auch die vorstehend bescnriebenen bekannten Verfahren geringe Verbreiterungen
erzeugen lassen, die aber die Tragfähigkeit des Pi'ahls (gegenüber einem Pfahl ohne
solche Verbreiterungen) nicht mehr als um 6, erhöhen.
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Beispiel 5.
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Das Mantelrohr, ein genau solches wie im Beispiel 1, wurde in der
in demselben Beispiel beschriebenen Weise abgeteuft. Bei dessen Herausziehen wurde
in der Entwurfstiefe im Laufe von 10 sek die Impulsfrequenz von 10 Hz aufrechterhalten,
wodurch im unteren Teil des Pfahls eine Verbreiterung mit einem Durchinesser von
750 mm entstand (Fig. iic). Das weitere Heben erfolgte wie in Beispiel 1 mit einer
Impulsfrequenz von 2 Hz.
-
Nach 1,36 min nach dem Beginn des Herausziehens des luantelrohres
wurde in dem Augenblick, da es im Boden von der Entwurfstiefe bis auf die Höhe von
1,5 m gehoben wurde, die Impulsfrequenz erneut bis auf 10 Hz erhöht und in dieser
Höhe 10 sek lang aufrechterhalten. Dadurch entstand im Pfahl eine zweite Verbreiterung
von einem ?SOmm-Durcnmesser (Fig. lld). Danach wurde die Impulsfrequenz erneut bis
auf 2 Hz verringert und der Prozeß in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise fortgesetzt.
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Der Zeitaufwand für die Pfahlherstellung betrug 8 min.
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Beispiel 6.
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Das Mantelrohr 1, ein genau solches wie im Beispiel 1, wurde in der
in demselben Beispiel beschriebenen Weise abgeteuft. Das Herausziehen begann mit
einer Geschwindigkeit von 0,5 m/min bei denselben elektrischen Parametern des Prozesses
wie im Beispiel I Die Geschwindigkeit des Herausziehens wurde in der erwähnten Höhe
15 sek lang aufrechterhalten, wonach sie bis auf 1,1 m/min erhöht und der Prozeß
in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise fortgesetzt wurde im unteren Pfahlteil
eine Verbreiterung von einem 750mm-Durchmesser (Fig.110) gebildet.
-
Nach 1 1,4 min nach der Beginn des Herausziehens des Mantelrohres
1 kde in dem Augenblick, da es m Boden von der Entwurfstiefe bLE auf die Höhe von
1,5m gehoben wurden die Geschwindigkeit des Herausziehens dieses Rohres bis auf
05 m/min verringert und sie in dieser Höhe 15 sek lang aufrechterhalten.
-
Dadurch entstand im ifahl eine zweite Verbreitung mit einem Durchmesser
von 750 mm (Fig. 11d).
-
Danach wurde die Geschwindigkeit des Herausziehens des Mantelrohres
1 bis zur 1,1 in/min erhöht und der Prozeß in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise
fortgesetzt Der Zeitaufwand für die Pfahlherstellung betrug 8,5 min.
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Beispiel 7.
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Das Mantelrohr, ein genau solches wie im Beispiel 1, wurde in der
in demselben Beispiel beschriebenen Weise abgeteuft. das Herausziehen begann man
mit einer Geschwindigkeit von 0,9 m/min bei einer Energie eines Einheitsimpulses
von 25 kJ (die übrigen
elektrischen Parameter waren dieselben wie
im Beispiel 1) und hielt diese Parameter in der erwähnten Höhe 10 sek lang aufrecht.
Dadurch entstand im unteren Pfahlteil eine Verbreiterung von 750mm-Durchmesser (Fig.
llc).
-
Danach erhöhte man die Geschwindigkeit des Herausziehens des Mantelrohres
bis auf 1,1 min und verringerte die Impulsenergie bis auf 20 kJ, wonach der Prozeß
in der im Beispiel beschriebenen welse fortgesetzt wurde.
-
Nach 1,39 min nach dem Beginn des Herausziehens des Mantelrohres
wurde in dem Augenblick, da es im Boden von der Entwurstiefe bis auf die Höhe von
1,5 m gehoben wurde, die Geschwindigkeit des Herausziehens dieses Mantelrohres bis
auf 25 kJ erhöht, und die erwähnten Parameter wurden in der erwähnten Höhe 10 sek
lang aufrechterhalten. Dadurch entstand im Pfahl eine zweite Verbreiterung von einem
?50mm-Durchmesser (Fig. lld).
-
Danach wurde die Geschwindigkeit des Herausziehens bis auf 1,1 m/min
erhöht, die Impulsenergie bis auf 2G kJ verringert und der Prozeß in der im Beispiel
1 beschriebenen leise fortgesetzt.
-
Der Zeitaufwand für die Pfahlherstellung betrug 8,2 min.
-
Beispiel 8.
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Ein Mantelrohr 1, ein genau solches wie im Beispiel 1, wurde in der
in demselben Beispiel beschriebenen Weise abgeteuft. hrend der ersten 8 sek des
Herausziehens desselben betrug die Energie eines Einheitsimpulses 25 kJ, die Impulsfrequenz
5 Hz (die ubrigen Parameter besaßen dieselben Werte wie im Beispiel 1).
-
Dadurch entstand im unteren Pfahlteil eine Verbreiterung von einem
750mm-Durchmesser (Fig. llc). Danach wurde die Energie eines Einheitsimpulses bis
auf 20 kJ, die Folgefrequenz der Impulse
aber bis auf 2 Hz verringert,
und das Herausziehen wurde dann in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise fortgesetzt.
-
nach 1,36 min nach dem Beginn des Herausziehens des Mantelrohres
wurde in dem Augenblick, da es im Boden von der Entwurfstiefe bis auf die Höhe von
1,5 m gehoben wurde, die Energie eines Einheitsimpulses erneut bis auf 25 kJ und
die Impulsfrequenz bis auf 5 Hz erhöht, und die erwähnten Parameter wurden in dieser
Höhe 8 sek lang aufrechterhalten. Dadurch ent£tand im PSahl eine zweite Verbreiterung
von einem 750mm-Durchmesser (Fig. lld).
-
Danach wurde die Impulsenergie bis auf 20 kJ, die Impulse frequenz
bis auf 2 Hz verringert und der Prozeß dann in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise
fortgesetzt.
-
Der Zeitaufwand für die Pfanlherstellung betrug 8 min.
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Beispiel 9.
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Das Mantelrohr 1, ein genau solches wie im Beispiel 1, wurde in der
in diesem Beispiel beschriebenen Weise abgeteuft. Während der ersten 11 sek des
Herausziehens des Mantelrohres betrug die Ziehgeschwindigkeit 0,9 m/min, die Impulsfrequenz
7 Hz (die übrigen Parameter waren dieselben wie im Beispiel 1). Dadurch entstand
im unteren Pfahlteil eine Verbreiterung von ?SOmm-Durchmesser (Fig. llc).
-
Danach wurde die Geschwindigkeit des Herausziehens des Mantelrohres
bis auf 1,1 m/min erhöht und die Impulsfrequenz bis auf 2 Hz verringert, wonach
das Herausziehen in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise fortgesetzt wurde.
-
Nach 1,38 sek nach dem Beginn des Herausziehens des Mantelrohres
wurde in dem Augenblick, da es im Boden von der Entwurtfstiefe
bis
auf die Höhe von 1,5 m gehoben wurde, die Geschwindigkeit des Herausziehens des
Maiftelrohres bis auf 0,9 m/min verringert und die Impulsfrequenz bis auf 7 Hz erhöht.
Diese Parameter wurden in der erwähnten Höhe 10 sek lang aufrechterhalten, Dadurch
entstand im Pfahl eine zweite Verbreiterung von einem 750mm-Durchmescer (Fig. lld).
-
Danach wurde erneut die Geschwindigkeit des Herausziehens des Mantelrohres
1 bis auf 1,1 m/min erhöht und die Impulsfrequenz bis auf 2 Hz verringert, wonach
der Prozeß in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise fortgesetzt wurde.
-
Der Zeitaufwand für die Herstellung eines Pfahls betrug 8,2 min.
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Beispiel 10.
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Das im Beispiel 1 beschriebene Mantelrohr wurde im Innern eines Bewehrungsskeletts
(Fig. 18a, b,c,d,e) angeordnet, das aus sechs stählernen Stäben von einem 30mm-DurchmeEser
ausgeführt ist, die miteinander mittels eines an sie angeschweißten Drahtes von
einem 8mm-Durchmesser verbunden sind.
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Dieses ,Diartelrohr wurde auf einem dichten Lehmboden aufgestellt
und der Prozeß der Pfahlherstellung auf dieselbe Weise wie im Beispiel ausgeführt.
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Die Abteufzeit des Mantelrohres in den Boden betrug 3,9 min, die
Zeit für die Herstellung eines Pfahls einschließlich der zum Anordnen des Mantelrohres
im Innern des Bewehrungsskeletts erforderlichen Zeit betrug 9,4 min.