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Stützbauwerk und Verfahren zur Herstellung eines
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Stützbauwerkes Die Erfindung betrifft ein Stützbauwerk gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stützbauwerkes
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
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Ein Stützbauwerk der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 18 01
892 bekannt. Bei diesem Stützbauwerk werden zur Verfestigung des Baugrundes und
zur Verbindung der Pfähle Versteifungsscheiben durch Injektionen hergestellt.
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Aus der DE-PS 18 01 984 ist es bekannt, Pfähle in gruppenweiser Anordnung
auszubilden und durch mindestens eine Versteifungsscheibe miteinander zu verbinden.
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In "Der Bauingenieur", 1972, Heft 3, insbesondere Seite 95 ff.
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ist angegeben, daß bei Stützbauwerken, die aus Pfählen und die Pfähle
miteinander verbindenden Versteifungsscheiben bestehen, es schwierig ist, die Verbundwirkung
zwischen den Pfählen und dem Erdreich zu definieren. Um die Aufnahme von Schubspannungen
über den Gesamtquerschnitt des Stützbauwerkes zu verbessern, wird daher im Bedarfsfall
angeregt, Injektionen in dem zwischenliegenden Erdreich vorzusehen. Weitere Schwierigkeiten
treten dann auf, wenn die Abstände der Pfähle größer sind; hierbei ist eine Verbundwirkung
trotz Injektion nicht sichergestellt, vielmehr kann nur das Trägheitsmoment einander
benachbarter Pfahlreihen um deren gemeinsame Schwerachse berücksichtigt werden (vgl.
Seite 96, linke Spalte oben a.a.O).
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Zur Herstellung von Stützbauwerken ist es bereits bekannt, sogenannte
Bodennägel zu verwenden. Bei größeren Lasten sind jedoch vertikale Setzungen und
horizontale Verformungen in der mit Bodennägeln versehenen Wand zu erwarten, so
daß bei einem derartigen Stützbauwerk die darauf erstellten Häuser oder Bauwerke
nach Herstellung des Stützbauwerkes nicht rissefrei bleiben.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Stützbauwerk
und ein Verfahren zur Herstellung eines Stützbauwerkes zu schaffen,wobei ein derartiges
Stützbauwerk große Vertikallasten als auch horizontale Belastungen aufnimmt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Stützbauwerk besteht aus einer Kombination von
Pfählen,insbesondere Preßbetonbohrpfählen bzw. Injektionsbohrpfählen
und
Bodennägeln, die von der Baugrube durch die Wand der Baugrube hindurch in den Bauwerks
grund getrieben sind. Die Pfähle, Bodennägel und eine vorzugsweise auf eine Sicherungsschicht
aus Spritzbeton oder dergleichen aufgebrachte und mit einer weiteren Schicht versehene
Armierung ergeben zusammen mit dem Erdreich einen Verbund, der die nahezu setzungsfreie
Aufnahme hoher Vertikallasten und außerdem die Aufnahme horizontaler Belastungen
mit einer nahezu unbedeutenden bzw. vernachlässigbaren horizontalen Verformung des
Stützbauwerkes gewährleistet.
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Hierbei bilden die Bodennägel zusammen mit den Pfählen einen Verbund
zur Aufnahme horizontaler Schubkräfte, wobei bei sehr hohen Stützbauwerken zusätzlich
in bekannter Weise Erdanker vorgesehen werden, um horizontale Kräfte abschnittsweise
in das Erdreich einzuleiten.
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Die Pfähle zur Aufnahme der horizontalen Lasten sind nach einer Ausführungsform
weitgehend parallel zueinander vorgesehen, nach einer weiteren Ausführungsform in
an sich bekannter Weise gegenüber der Vertikalen, zumindest teilweise, geneigt,
wobei die Anzahl und Richtung der Pfähle von den örtlichen Gegebenheiten der Baustelle
abhängt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß über die Bodennägel
und/oder Pfähle Injektionen im Baugrund vorgenommen werden, um die Bodennägel einerseits
und die Pfähle andererseits zumindest teilweise miteinander zu verbinden.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines Stützbauwerkes
sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines Stützbauwerkes anhand der Zeichnung
zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine vertikale, schematische Teilschnittansicht
einer
Ausführungsform eines Stützbauwerkes, Fig. 2 eine Teilansicht
eines Stützbauwerkes entsprechend Fig. 1, bei dem die Pfähle nach Art einer Balkenkonstruktion
ausgebildet sind, Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht eines Stützbauwerkes,
bei dem die Pfähle nach Art einer Scheibe angeordnet sind, Fig. 4a und Fig. 4b horizontale
Teilschnittdarstellungen zur Erläuterung der Herstellung der Wand des Stützbauwerkes
bzw. der Baugrube, Fig. 5a bis Fig. 5e verschiedene Ausführungsformen der Art und
Weise, wie die Bodennägel in den Baugrund eingetrieben sind, Fig. 6 eine schematische
horizontale Schnittdarstellung einer Eckausbildung eines Stützbauwerkes, und Fig.
7a und Fig. 7b verschiedene Ausführungsformen von Pfählen zur Ermöglichung von Nachinjektionen.
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Im folgenden wir auf Fig. 1 Bezug genommen.Fig. 1 zeigt eine vertikale
Teilschnittansicht eines Stützbauwerkes nach seiner Fertigstellung. Mit 1 ist die
Baugrube bezeichnet, mit 2 ein Baugrund. In den Baugrund 2 sind Pfähle 3, insbesondere
in Form von Preßbetonbohrpfählen bzw. Injektionsbohrpfählen ausgebildet, die zur
Aufnahme von Vertikallasten dienen, wie durch einen Pfeil 4 dargestellt ist. Auf
den Pfählen 3 liegt nach Fertigstellung des Stützbauwerkes ein Bauwerk, wie beispielsweise
ein Gebäude 5 oder dergleichen oder dessen Fundament auf, wie dies gestrichelt in
Fig. 1 angedeutet ist.
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Die Pfähle 3 sind gemäß Fig. 1 in einer Vertikalebene angeordnet und
sind hinsichtlich Zahl und Richtung auf die örtlichen Gegebenheiten der Baustelle
abgestellt.
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Die Wand der Baugrube 1 ist in Fig. 1 mit 7 bezeichnet. Wie nachstehend
noch beschrieben ist,wird die Wand 7 mit einer Sicherungsschicht, vorzugsweise aus
Spritzbeton, versehen, bevor die Bodennägel 8 durch die Wand in Richtung des Baugrundes
2 getrieben werden.
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Fig. 2 und Fig. 3 zeigen eine Fig. 1 entsprechende Ansicht eines Stützbauwerkes.
In Fig. 2 und 3 sind die Pfähle 3 weitgehend parallel zueinander1 also vorzugsweise
in der Vertikalen in den Baugrund 2 getrieben, wobei bei der Aus führungsform nach
Fig. 2 die einzelnen Pfähle kleineren Abstand zueinander einhalten als bei der Ausführungsform
nach Fig. 3. Aus Fig. 2 und 3 ist ferner ersichtlich, daß die Pfähle 3 über eine
kleinere Tiefe B im Baugrund als bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ausgebildet
sind, d.h. daß die Pfähle bei der Ausführungsform nach Fig. 2 eine Konstruktion
nach Art eines "Balkens" und bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Konstruktion
nach Art einer "Scheibe" bilden.
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Die Bodennägel 8 sind nach den Fig. 1 bis 3 entweder in horizontaler
Richtung und/oder in gegenüber der horizontalen Richtung geneigter Anordnung vorgesehen,
abhängig von den statischen Erfordernissen des Stützbauwerkes.
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Bei Stützbauwerken größerer Höhe werden in bekannter Weise Erdanker
10 vorgesehen, die in den Baugrund 2 von der Baugrube 1 aus hineingetrieben werden
und zur Einleitung horizontaler Kräfte in den Baugrund bzw. in das dahinter befindliche
Erdreich dienen, wie dies an sich bekannt ist. Die Erdanker 10 sind abhängig von
den statischen Erfordernissen abschnittsweise über die Höhe der Wand 7 vorzusehen,
können allerdings bei Wänden 7 kleinerer Höhe entfallen.
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Zur Befestigung der Erdanker 10 an der Wand 7 können luftseitig der
Wand 7 Druckverteilungselemente 12, z.B. aus Stahl, Stahlbeton in Form von Balken,
Platten, Scheiben oder dergleichen vorgesehen sein, wie dies in Fig.2 und 3
gezeigt
ist.Die Druckverteilungselemente 12 sind entweder in Richtung auf die Baugrube 1
oder in Richtung auf den Baugrund 2 von der Wand 7 ausgehend ausgebildet, wie dies
durch das obere und untere Druckverteilungselement 12 in Fig. 2 gezeigt ist. Damit
bewirken die Erdanker 10 eine ß.inleitung von Horizontalkräften über die Druckverteilungselem
nte 12 in den Baugrund 2. In der Darstellung nach Fig.4a ist Tin Teilabschnitt der
ausgehobenen Baugrube 1 dargestellt sowie der Baugrund 2, in welchen mehrere Pfähle
3 entsprechend Fig. 1 bis 3 hineingetrieben sind. Die Wand 7 ist auf ihrer zur Baugrube
1 gewandten Seite mit einer Sicherungsschicht 13, z.B. aus Spritzbeton, versehen.
Wie im folgenden noch beschrieben wird, werden durch die Sicherungsschicht 13 hindurch
die Bodennägel 8 getrieben, z.B. unter Einfassung der Pfähle 3, wie dies Fig. 4b
zeigt. Anschließend wird eine Armierung 14 auf die Sicherungsschicht 13 und auf
die aus der Wand 7 herausragenden Abschnitte der Bodennägel 8, die mit 8' bezeichnet
sind, aufgebracht und schließlich unter Einschluß der Armierung 14 und der Abschnitte
8' der Bodennägel 8 eine weitere Schicht 15, z.B. ebenfalls aus Spritzbeton, aufgebracht.
Die Erdanker 10 werden vor oder nach Fertigstellung der Schicht 15 mit der Armierung
14 von der Baugrube 1 in den Baugrund 2 getrieben.
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Fig. 5a bis Fig. 5e zeigen verschiedene Möglichkeiten der Anordnung
von Bodennägeln 8 gegenüber den Pfählen 3. Nach Fig. 5a sind zwei Bodennägel 8 im
wesentlichen parallel zueinander in den Baugrund 2 derart hineingetrieben, daß sie
mehrere, hintereinander oder in Flucht zueinander liegende Pfähle 3 einschließen,
wobei die Bodennägel 8 praktisch an den Pfählen 3 anliegen. Nach Fig. 5b sind jeweils
zwei Bodennägel unter Einschließung eines nicht weiter bezeichneten Winkels in den
Baugrund 2 hineingetrieben, und zwar derart, daß der Abstand zwischen jedem Bodennagel
8 und den Pfählen 3 mit zunehmender Distanz von der Wand 7 größer wird.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine nachträgliche Injektion
aus
einem erhärtenden Material beabsichtigt, welches entweder mittels der Bodennägel
8 oder mittels der Pfähle 3 in die durch die Bezugszeichen 16 angedeuteten Bereiche
injiziert wird und nach Erhärtung eine Verbindung zwischen dem Bodennagel 8 und
jedem der von den Bodennägeln 8 eingeschlossenen Pfähle 3 sicherstellt. Bei der
Ausführungsform nach Fig.Sc ist jeweils nur ein Bodennagel 8 auf der einen Seite
der Pfähle 3 vorgesehen, wobei durch Ausführung einer Injektion mittels der Pfähle
3 ein erhärtendes Material in den Zwischenraum zwischen den einzelnen Pfählen 3
injiziert wird, um die Pfähle 3 miteinander, gegebenenfalls unter Einschluß des
benachbarten Bodennagels 8 zu verbinden. Der durch die Injektion mit erhärtendem
Material ausgefüllte Bereich ist in Fig. 5c ebenfalls durch das Bezugszeichen 16
dargestellt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5d ist jeweils ein Bodennagel derart
in den Baugrund hineingetrieben, daß er durch den der Wand 7 am nächsten liegenden
Pfahl 3a hindurchgeht, während die weiter von der Wand 7 entfernten Pfähle 3b und
3c in paarweiser Anordnung beidseitig des Bodennagels 8 liegen. Durch eine spätere
Injektion aus dem Bodennagel 8 heraus werden die Bereiche 16 zwischen den Pfählen
3b, 3c einerseits und gegebenenfalls ein Bereich 16a, von der Wand 7 aus betrachtet,
hinter dem Pfahl 3a geschaffen und bewirken eine Verbindung zwischen den Pfählen
3b bzw. 3c unter Einschluß des Bodennagels 8 Zur Durchführung des Bodennagels 8
durch den Pfahl 3a ist dieser mit einer nicht weiter bezeichneten öffnung versehen.
Nach Fig. 5e werden die Bodennägel 8 entsprechend Fig. 5a entweder beidseitig einer
in einer Flucht angeordneten Pfahlgruppe 3 oder unter Einschluß eines Winkels (Fig.5e
unten) unter Erfassung mehrerer, nicht unbedingt in Flucht zueinander stehender
Pfähle 3 vorgesehen. Es sei bemerkt, daß die Fig. 5a bis 5e nur jeweils eine Ebene
mit Bodennägeln 8 darstellen, daß aber gemäß Fig. 1 bis 3 über die Höhe der Wand
7 eine Vielzahl derartiger Bodennägel 8 vorgesehen wird, wie dies aus den Fig. 1
bis 3 ohne weiteres ersichtlich ist. Die Sicherungsschicht 13 wird gemäß Fig. 4a,
Fig. 4b oder Fig.5
entweder in Abstand zu denjenigen Pfählen 3
vorgesehen, die der Wand 7 am nächsten liegen, oder unter teilweisem Einschluß dieser
Pfähle 3, so daß in letzterem Fall die Sicherungsschicht 13 eine gegenseitige Verbindung
der ersten oder vordersten Pfähle 3, also der zur Wand 7 am nächsten liegenden Pfähle
3 bewirkt.
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Die Bodennägel 8 können grundsätzlich Vollquerschnitt oder Rohrquerschnitt
aufweisen, wobei Rohrquerschnitt dann bevorzugt wird, wenn über die Bodennägel nachträgliche
Injektionen von erhärtendem Material zur Bildung der Bereiche 16 vorgenommen werden
sollen. Die Zahl der Pfähle 3, die gemäß Fig. 5e unten durch zwei nebeneinanderliegende
Bodennägel 8 eingeschlossen werden, kann in der jeweils erforderlichen Weise größer
oder kleiner gewählt werden.
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Fig. 6 zeigt eine Eckausbildung in schematischer, horizontaler Teilschnittansicht,
aus der hervorgeht, daß Bodennägel von den beiden Wänden in den Baugrund 2 unter
Einfassung von Pfählen 3 eingetrieben sind.
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Fig. 7a und Fig. 7b zeigen zwei Schnittansichten von Pfählen 3, die
zur nachträglichen Injektion ausgebildet sind, wie dies bereits unter Bezugnahme
auf Fig. 5b bis Fig. 5d beschrieben ist. Der Pfahl 3 besteht nach Fig. 7a aus einer
mit einem Bügel 17 oder dergleichen umgebenen Armierung 18.
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Die Außenwand eines derartigen Pfahles 3 ist in Fig. 7a mit 19 angegeben.
Der gesamte Innenraum des Pfahles 3, der durch die Außenfläche 19 definiert ist,
wird bei Preßbetonbohrpfählen mit Beton ausgefüllt. Zur Ermöglichung einer nachträglichen
Injektion, wie dies vorstehend angegeben ist und wobei die Injektion mittels der
Pfähle 3 ausgeführt wird, sind nach rig. 7a umfangsmäßig nahe der Außenfläche 19
ein oder mehrere Rohre 20 vorgesehen, die mit nicht weiter dargestellten Öffnungen
versehen sind und eine zumindest bereichsweise und diese öffnungen umgebenden Manschette
21 tragen. Nach Herstellung derartiger Pfähle 3 wird durch jedes Rohr 20 ein in
Fig. 7a gestrichelt angedeuteter Bereich
16 mit einer Injektion
aus erhärtendem Material in verschiedenen Niveaus und vorzugsweise im Bereich der
durch die Bodennägel 8 gebildeten Niveaus hergestellt. Nach einer weiteren Ausführungsform,
die in Fig. 7b dargestellt ist; besteht ein Pfahl 3 aus einem Stahlrohr 22, welches
entsprechend den zu injizierenden Bereichen 16 mit öffnungen oder Schlitzen 23 versehen
ist, Um das Rohr 22 ist eine Gummimanschette 24 herumgeführt, welche insbesondere
vor der Injektion die öffnungen oder Schlitze 23 verschließt Bei beiden Ausführungsformen
wird durch die Injektion die Gummimanschette 21 bzw. 24 im Bereich der öffnungen
aufgesprengt und dadurch eine Injektion entsprechend dem durch das Bezugszeichen
16 angedeuteten Gebiet oder Abschnitt vorgenommen. Ersichtlicherweise kann eine
Kombination von Pfählen 3 gemäß Fig. 7a, 7b und von Bodennägeln mit Rohrquerschnitt
vorgenommen werden, so daß durch die Pfähle 3 und/oder durch die Bodennägel mit
Rohrquerschnitt Injektionen nachträglich ausführbar sind.
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Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß die Pfähle 3, auch
Wurzelpfähle genannt, zur Aufnahme von Vertikallasten dienen, wobei das erfindungsgemäße
Stützbauwerk, wie es beispielsweise in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, durch die parallelen
und/oder schräg zueinander verlaufenden Pfähle 3 die von einem oberhalb des Stützbauwerkes
befindlichen Gebäude oder Fundament wirkende Vertikallast aufnehmen. Ein Stützbauwerk
der vorstehend beschriebenen Ausbildung kann entweder einseitig oder auch beidseitig
einer Baugrube 1 konzipiert sein, wobei die Pfähle 3 auch in Form eines Flechtwerkes,
d.h. in Form von sich kreuzenden Parallelscharen von Pfählen angeordnet sind. Das
Stützbauwerk gemäß der Erfindung eignet sich sowohl für einseitig freiliegende Abstützungen
als auch für Unterfangwerke, die gegen Seitenkräfte abzusteifen sind, zum Beispiel
neben unterirdischen Kanälen, Tunnels, usw.
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Bei dem erfindungsgemäßen Stützbauwerk bilden die Pfähle 3, auch Wurzelpfähle
genannt, die Bodennägel 8 und die gegebenenfalls
an dr Wand 7
ausgebildete Armierung zusammen mit dem erdreich im Baugrund 2 einen Verbund, bei
dem die durch auf dem Stützbauwerk befindlichen Gebäude erzeugten Lasten gemäß dem
Pfeil 4 auf die Pfähle 3 übertragen werden, während der gesamte Verbund horizontale
Schubkräfte aufnimmt. Die Erdanker 10 sind als zusätzliche Möglichkeit vorzusehen,
insS sondere wenn die Wand 7 sehr große Höhe hat, um die } r>ontalan Kräfte abschnittsweise
in den Baugrund 2 bzw.
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in das Erdreich einzuleiten. Die Erdanker bewirken dabei eine Verankerung
des Stützbauwerkes im Baugrund bzw. dem dahinter liegenden Erdbereich und eine zusätzliche
Maßnahme gegen horizontale Deformationen.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen Stützbauwerkes geschieht auf
folgende Weise: Zuerst werden von der Erdoberfläche die Pfähle in den Baugrund eingetrieben.
Dann wird seitlich der Pfähle 3 die Baugrube 1 abschnittsweise ausgehoben, wie dies
aus Fig. 1 hervorgeht. Die dadurch freigelegte Wand 7 wird mit der Sicherungsschicht
13, z.B. aus Spritzbeton, versehen und dann werden vom ausgehobenen Bereich der
Baugrube 1 Bodennägel in die Wand 7 unter zumindest teilweisem Einschluß der Pfähle
gemäß vorstehender Beschreibung eingetrieben.
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Dann wir die Baugrube 1 über einen weiteren Bereich ausgehoben, die
dadurch weiter freigelegte Wand 7 mit der Sicherungsschicht 13 versehen und schließlich
wiederum Bodennägel 8 eingetrieben. Jeweils nach dem Eintreiben der Bodennägel 8
in dem durch den abschnittsweisen Aushub der Baugrube freigelegten Bereich der Wand
7 wird vorzugsweise die Armierung 14 hergestellt und mittels einer weiteren Schicht,
vorzugsweise aus Spritzbeton, die in Fig. 4b durch das Bezugszeichen 1S dargestellt
ist, ausgegossen, bevor jeweils der nächste Abschnitt der Baugrube 1 ausgehoben
wird. Somit ist ersichtlich, daß die Herstellung der Wand 7 und das Eintreiben der
Bodennägel sowie die Herstellung und das Ausgießen der Armierung 14 jeweils in Abschnitten
entsprechend einem abschnittsweisen Aushub
der Baugrube 1 vorgenommen
wird. Entsprechend der jeweiligen Höhe der freigelegten bzw. hergestellten Wand
7 werden gegebenenfalls die erforderlichen Erdanker 10 in an sich bekannter Weise
durch Vornahme von Bohrungen und Ausführung von Injektionen in den Baugrund 2 hergestellt.
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Etwaige Nachinjektionen über die Bodennägel und/oder Pfähle erfolgen
zu gegebener Zeit, wobei die Injektionen mittels der Bodennägel vorzugsweise entsprechend
dem jeweiligen Baufortschritt des Stützbauwerkes, d.h. nach dem Eintreiben der Bodennägel
8 vorgenommen werden.
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Die Zahl der Bodennägel 8 und/oder Pfähle 3 wird abhängig von den
vorliegenden Gegebenheiten *gewählt. Die Bodennägel 8 werden im wesentlichen in
horizontaler Ebene liegend und/oder gegenüber der Horizontalebene geneigt unter
Einfassung mehrerer, in Flucht zueinander stehender Pfähle oder unter Einfassung
von Pfahlgruppen,in den Baugrund 2 getrieben. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, können
-in Vertikalrichtung gesehenjeweils weitgehend parallel zueinander liegende Gruppen
von Bodennägeln 8 vorgesehen sein, wobei benachbarte Gruppen derartiger Bodennägel
in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
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Die Durchführung von Nachinjektionen mit Hilfe von Bodennägeln 8 und/oder
Pfählen 3 führt zu einer weiteren Verfestigung des Stützbauwerkes durch Herstellung
von Verbindungen zwischen Bodennägeln und Pfählen mit Hilfe von erhärtbarem Material.
Die Herstellung der Pfähle 3 und die Durchführung von Nachinjektionen erfolgt unter
Verwendung bekannter Materialien, wobei sich als Injektionsgut Suspensionen von
Zement und Wasser, zunststoffetusw eignen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Bodennägel 8 mit
Beton,Zement oder dergleichen ummantelt, wodurch eine feste Verbindung von Nachinjektionen
mit den Bodennägeln gewährleistet ist. Die Ummantelung der Bodennägel kann auch
* vornehmlich nach den statischen Erfordernissen
aus Kunststoff
oder anderen Materialien gebildet sein.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden anstelle
beschichteter Bodennägel vor dem Einsetzen der Bodennägel in horizontaler Richtung
Löcher vorgenommen und vermörtelt und dann der betreffende Bodennagel in den Mörtel
eingesetzt.
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Wie vorstehend beschrieben, werden bei Stützbauwerken größerer Höhe
Erdanker vorgesehen. Anstelle dieser Erdanker können nach einer weiteren Abwandlung
auch Zugpfähle vorgesehen werden, wie z.B. horizontale Injektionsbohrpfähle.