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Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen bzw. Verfestigen
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des Baugrundes bei Bohrpfählen
Verfahren und Vorrichtung
zum Prüfen bzw. Verfestigen des Baugrundes bei Bohrpfählen Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung bzw. eine Pfahlfusspresse zum Prüfen
bzw. Verfestigen des Baugrundes bei Bohrpfählen.
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Die Verwendung bzw. der Einsatz von Bohrpfählen als Tragelemente
im Grund- und Tiefbau hat in den letzten Jahren eine grosse Entwicklung und eine
starke Verbreitung erfahren. Die Pfahldurchmesser sind dabei zunehmend grösser und
die Tragfähigkeit der Pfähle entsprechend höher geworden. Heute werden beispielsweise
Grossbohrpfähle mit Durchmessern von über 250 cm und einer Traglast P zul von über
25 MN angeboten.
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Dem Einsatz der technisch problemlos herstellbaren grosskalibrigen
Pfähle stehen aber heute noch bedeutende Nachteile entgegen, so zum Beispiel die
nur beschränkte Möglichkeit der Pfahlprüfung und die grosse Unsicherheit im Erfassen
des Setzungsverhaltens.
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Grundsätzlich können die entsprechenden Messungen und Prüfungen mittels
Extensometern durchgeführt werden, welche bei Erzeugung von Kräften am Pfahlfuss
Deformationen sowohl im Pfahl selbst als auch im Baugrund recht zuverlässig erfassen
können.
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Das Problem besteht heute darin, die erforderlichen Kräfte mit einem
vernünftigen Aufwand in der Umgebung des Pfahlfusses zu erzeugen.
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Es wurde zwar versucht, mittels am Pfahlfuss anzubringender mechanischer
Pressen das Problem zu lösen.
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Auch wenn dies grundsätzlich gelungen ist, ist diese
Methode
mit ausserordentlich hohen Kosten verbunden.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zu schaffen, welche die geforderten Prüfungen und Messungen mit einem
zumutbaren Aufwand ermöglichen, ohne dabei Einbussen in der Zuverlässigkeit der
Messresultate in Kauf nehmen zu müssen.
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Das erfindungsgemässe Verfahren zum Prüfen bzw. Verfestigen des Baugrundes
bei Bohrpfählen, bei welchem am Pfahlfuss in an sich bekannter Weise eine Presse
eingesetzt und das Verhalten des Baugrundes bzw.
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des Pfahles selbst durch Vornahme von Extensionsmessungen ermittelt
wird, zeichnet sich dadurch aus, dass als Presse eine mit Injektionsmaterial beaufschlagbare
Pfahlfusspresse verwendet wird, wobei der eine Pressenteil einen Zylinderabschnitt
aus Metall und der andere Pressenteil einen Kolben aus Beton aufweist und Zuführungen
für das Injektionsmaterial durch einen der Pressenteile in deren Druckraum führen.
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Dieses Verfahren erlaubt, bei Inbetriebnahme der Presse, eine genaue
Deformationsmessung während des Pressvorganges durchzuführen und dabei das Deformationsverhalten
und die Tragfähigkeit des Baugrundes am Pfahlfuss (Spitzenwiderstand) oder am Pfahlschaft
(Mantelreibung) zu prüfen.
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Mit denselben Deformationsmessungen während des Pressvorcanges kann
selbstverständlich auch die Integritat des Pfahlbetons, d.h. die innere Tragfähigkeit
überprüft werden. Auch kann das Setzungsverhalten des Pfahles verbessert werden,
indem durch Vorpressung des Pfahlfusses Setzungen vorweggenommen werden können.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird es auch
möglich sein, durch Hochdruckinjektion des Pfahlfusses die Tragfähigkeit des Pfahles,
falls erforderlich, zu verbessern. Das Verfahren ist deshalb besonders wirtschaftlich,
weil die Pfahlfusspresse teils aus Metall, teils aus armiertem Beton gebaut werden
kann, was eine Vorfertigung in der jeweils verlangten Grösse, d. h. mit dem etwa
dem zu prüfenden Pfahl entsprechenden Durchmesser erst wirklich ermöglicht. Die
Vorfertigung solcher Pressen in verschiedenen Grössen ist mit einem vertretbaren
Aufwand verbunden.
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Die ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildende Pfahlfusspresse zum
Prüfen bzw. Verfestigen des Baugrundes bei Bohrpfählen zeichnet sich erfindungsgemäss
dadurch aus, dass sie einen Pressenkopf und einen Pressenfuss aufweist, wobei einer
dieser beiden Pressenteile als kolbenartiger, in einem entsprechenden Metallzylinder
im andern Pressenteil gleitend und dichtend verschiebbar geführter Teil aus Beton
ausgebildet ist, und dass im Pressenkopf Zu- und gegebenenfalls Ableitungen für
Injektionsgut vorgesehen sind.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist
der Pressenfuss mit dem kolbenartigen Ansatz versehen, wobei die Höhe des Ansatzes
vorzugsweise geringer ist als die Tiefe der zugehörigen zylindrischen Vertiefung,
so dass bereits bei geschlossener Presse ein Pressenhohlraum gebildet ist.
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Vorzugsweise ist zur Aufnahme des Presseninnendruckes in der Seitenwand
des die Vertiefung aufweisenden Pressenteils ein zylindrischer Verstärkungsring
oder Verstärkungsmantel aus Metall, insbesondere aus Stahl vorgesehen.
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Es mag zweckmässig sein, an den Seitenwänden der Vertiefung eine
Gleit-Dichtungseinlage vorzusehen, welche gegebenenfalls vom Druckaufnahmering bzw.
vom Druckaufnahmemantel gebildet sein kann.
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Bei einer besonders einfachen Ausführungsform besteht der Pressenkopf
lediglich aus einem Metallzylinder mit oberem Abschlussdeckel, durch welchen die
Zuführungen für das Injektionsmaterial führen. Der Kolben ist aus Beton gefertigt,
wobei eine Dichtungs-Gleitschicht zwischen beiden Teilen vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen noch etwas näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen
Vertikalschnitt durch eine Pfahlfusspresse nach der Erfindung; Fig. 2 ein Schema
für Deformationsmessungen mittels Extensometer; Fig. 3 einen Schnitt durch eine
Variante einer erfindungsgemässen Presse; Fig. 4 einen ähnlichen Schnitt durch eine
weitere Ausführungsform, und Fig. 5 das schematische Versetzen einer Pfahlfusspresse.
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Die in Fig. 1 der Zeichnung gezeichnete Pfahlfusspresse ist aus armiertem
Beton vorgefertigt.
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Sie besteht im wesentlichen aus einem Pressenkopf 1 und einem Pressenfuss
2. Der Pressenfuss 2 weist einen zylindrischen Ansatz 3 auf, welcher in eine entsplechende
Vertiefung 4 des Pressenkopfes 1 hineinragt und in dieser Vertiefung gleitend und
seitlich dichtend geführt ist. Wie erwähnt, wird die Presse mittels Injektionsmaterial,
z.B. Zementmilch, beaufschlagt. Zu
diesem Zweck weist der Pressenkopf
Zu- und Ableitungen 5 bzw. 6 für Injektionsgut auf.
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Da unter Umständen sehr hohe Pressdrücke auftreten (z.B. über 20
MN) mag die normale Armierung des Pressenkopfes zur Aufnahme dieser Drücke nicht
genügen.
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Deshalb ist zur Verstärkung ein Stahlmantel oder Stahlring 7 in die
Seitenwand des Pressenkopfes 1 eingebaut.
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Auf der Innenseite der Vertiefung 4 im Pressenkopf 1 ist vorzugsweise
eine Dichtungs-Gleiteinlage 8 vorgesehen. Diese Einlage 8 kann aus Metall oder gegebenenfalls
auch aus Kunststoff bestehen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform könnte
die Dichtungs-Gleiteinlage 8 gleichzeitig als Druckaufnahmering bzw. -mantel ausgebildet
sein.
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Die Presse ist so ausgelegt, dass am Pfahlfuss mindestens eine Presskraft
entsprechend der zulässigen Traglast des Pfahles Pmax Fbeton 6: b zul D z = 6 N/mm
b zul erreicht werden kann. Im Einsatz der Presse wird das Deformationsspiel von
Pfahlpresse und Pfahlbeton mittels Präzisionsexteflsometern mit einer Anzeigegenauigkeit
von weniger als 5/100 mm kontrolliert, wie später noch erläutert wird.
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Die Pressenausrüstung besteht, wie bereits erwähnt, aus einer im
Werk hergestellten Betonpresse.
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Die Presse kann dank ihrer Bauart ohne weiteres auf den Pfahldurchmesser
abgestimmt vorgefertigt werden.
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Der Aussendurchmesser der Presse ist dabei um etwa
5-10
cm kleiner als der Pfahldurchmesser, und die gesamte Pressenhöhe beträgt, je nach
dem gewünschten Presshub, ca 40-80 cm.
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Wie bereits erwähnt, dient zur Aufnahme des Presseninnendruckes in
radialer Richtung ein Verstärkungsmantel aus Stahl, in vertikaler Richtung die im
Pfahl respektive im Boden erzeugten Reaktionskräfte.
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Die ganze Presse ist auf die konstruktiven Anforderungen armiert
und bemessen. Die Presskraft P wird über den Injektionsdruck von ca. 10-15 N/mm2
erzeugt. Als Injektionsmittel kann irgend eine Flüssigkeit, vornehmlich aber Zementsuspension
verwendet werden, die über das dargestellte Injektionsleitungssystem mit getrennter
Zu- und Ableitung zugeführt wird.
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Der erforderliche Pressenhub Ymax ist grundsätzlich frei wählbar,
beträgt im allgemeinen aber ca. 10-15 cm. Die maximal erreichbaren Pressdrücke betragen
je nach Pfahldurchmesser ca. 3,5 MN für einen Pfahl von 90 cm Durchmesser bzw. ca.
20 MN für einen Pfahl von ca. 200 cm Durchmesser.
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Wie später noch erläutert wird, kann mit der gezeigten Presse eie
Pfahlfussinjektion erfolgen, und zwar entweder über die Kanäle 9 am oberen Ende
des Ansatzes 3 oder über sonstigen Austritt des Injektionsgutes. Es wird später
noch kurz darauf eingetreten.
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Fig. 2 der Zeichnung zeigt rein schematisch ein Deformationsmess-System
mittels Extensometer, unter Verwendung einer Pfahlfusspresse nach der Erfindung.
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Bei diesem Messystem werden während des Pressvorganges die auftretenden
Deformationen genau erfasst. Es ist insbesondere sehr wichtig, die absoluten Verschiebungen
von
Pressenkopf und Pressenfuss zu kennen. - Das Deformationsspiel wird mittels an sich
bekannter Extensometer erfasst. Die Zeichnung zeigt einen Pfahlschaft 12, mit einer
unten angesetzten Pfahlfusspresse 13, bei welchem die Messungen mittels Extensometer
11 am Messkopf 10 erfolgen. Die Extensometer sind, wie gezeigt, im Pfahl gebündelt
angeordnet. In der Praxis werden minimal zwei symmetrisch angeordnete Extensometerbündel
von je mindestens 3 Extensometern (Pfahlkopf, Pressen kopf, Pressenfuss) vorgesehen.
Je nach Erfordernis, können aber auch mehr als zwei Bündel zu mehr als drei Extensometer
versetzt werden. Die Messung der Extensometer erfolgt konventionell mittels Messuhr
und Mikrometer oder aber elektrisch-elektronisch über Potentiometer-Mikrocomputer.
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Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine Variante der Pfahlfusspresse nach
Fig. 1. Der Pressenkopf besteht dabei aus einem einfachen Metall zylinder 14 (ohne
besondere Bearbeitung der Gleitfläche) mit einem hohen Abschlussdeckel 15. Durch
letzteren führen die Zu- und Ableitungen 5 bzw. 6 für das Injektionsgut, d.h. das
Medium zum Betrieb der Presse. Der Kolben 16 ist aus Beton gefertigt und weist eine
einfache zylindrische Form auf. Auf der Innenseite des Metallzylinders 14 ist eine
Schicht aus Dichtungs- und Gleitmaterial 17 vorgesehen (bestehend z.B. aus Bitumen,
Fett oder dergleichen). Fig. 3 illustriert auch die Pfahlfussinjektion, welche über
das Pfahlfusspressensystem erfolgt.
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Erreicht die Pfahlfusspresse einen gewissen Presshub Ykr tritt das
Injektionsmittel seitlich aus (Pfeile A) und erzeugt eine Pfahlfussinjektion. Kann
der erforderliche Pressenhub infolge zu grossem Pfahlfuss- und Pfahlmantelwiderstand
nicht erreicht werden, dann
erfolgt auch keine Bodeninjektion.
Letzteres ist aber nicht weiter kritisch, da der Pfahl resp. der Baugrund in diesem
Fall eine genügende Tragfähigkeit besitzt.
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Sofern erforderlich, könnte aber ohne weiteres über ein sekundäres
Injektionssystem der Pfahlfuss auch bei geringem Pressenhub es kr ausinjiziert werden.
Der Einsatz eines solchen Sekundärsystems hängt von den jeweiligen Verhältnissen
ab.
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Fig. 4 zeigt eine weitere, insbesondere herstellungstechnisch interessante
Ausführungsform einer Presse.
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Die Presse weist ebenfalls einen Metallzylinder 14 auf. Auf einem
Teil der Zylinderlänge ist eine Gleitdichtungseinlage 17 vorgesehen, welche den
Kolben bzw. Pressenfuss 16 aus Beton umgibt und dessen Funktionieren beim Betrieb
der Presse gewährleistet.
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Der Abschlussdeckel 15' ist beim gezeigten Beispiel ebenfalls aus
Beton gebildet und enthält die Zu- und Ableitungen 5 und 6 für als Betriebsmedium
dienendes Injektionsgut. Im Betrieb arbeitet auch diese Presse genau gleich wie
jene nach Fig. 3.
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Die Herstellung der Presse ist aber besonders einfach. Der Metallzylinder
14 wird im gewünschten Durchmesser in vorbestimmter Länge ausgewählt. Die weiteren
Pressenbestandteile lassen sich nun im Werk zur Bildung der gesamten Presse auf
einfachste Weise herstellen: Auf der Länge (Ymax) wird die Innenwand des ylinders
14 mit der Gleitdichtungseinlage 17 aus z.B.
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Fett, Bitumen oder Kunststoff versehen.
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Danach wird in dieser Länge, unter Verwendung des Zylinders 14 als
Schalung, der kolbenartige, später bewegliche Pressenfuss 16 eingegossen.
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Das obere Ende des so gegossenen Pressenfusses 16 wird z.B. durch
eine Folie oder dergleichen abgedeckt und in die verbleibende Zylinderlänge der
feste Pressenkopf als Abschlussdeckel 15' eingegossen, unter Belassung von Zu- und
Ableitungen 5,6 für Injektkonsgut. Nach Aushärtung der aus Beton gegossenen Teile
16 bzw. 15' ist die Presse grundsätzlich betriebsbereit.
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Auf diese Weise genügt die Wahl eines passenden Zylinders. Die übrigen
Pressenteile nehmen bei dieser Herstellungsweise automatisch die richtige Grösse
an.
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Es ist klar, dass durch die genannte Trennung der betonierten Teile
(z.B. mittels Folie) im Betrieb von selbst eine eigentliche Pressenkammer entsteht.
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Fig. 5 der Zeichnung illustriert rein schematisch das Einsetzen bzw.
Versetzen einer erfindungsgemässen Pfahlfusspresse. Das Versetzen der Presse 18
erfolgt im gebohrten Pfahl im Schutze des Pfahlbohrmantels 19. Die Presse 18 wird
dabei vorzugsweise an der Pfahlarmierung 20 montiert oder über ein separates Zugseil
versetzt. Vorgängig dem Versetzen der Pfahlfusspresse 18 wird vorzugsweise ein Mörtelbett
21 von ca.
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50 cm Stärke eingebracht, die Pfahlpresse versetzt und die Presse
danach wiederum mit ca. 50 cm BetonmörLel überdeckt. Erst danach wird der Pfahlbeton
unter entsprechendem Rohrrückzug eingebracht.
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Nach Erhärten des Betons, beispielsweise nach ca. 2 bis 3 Wochen,
erfolgt das Vorpressen de Pfahlfusses mit gleichzeitigem Ausinjizieren des Pressenraumes
und sofern erforderlich, des Pfahlfussbereiches.
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