DE3926787A1 - Verfahren und vorrichtung zum einbringen und verankern eines zugpfahls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Zugpfahls in das Erdreich und zur Verankerung des Zugpfahls im Erdreich sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens.

Zugpfähle dienen dazu, Kräfte aus Bauwerken in den Un­ tergrund abzutragen. Beispielsweise werden Zugpfähle zur landsei­ tigen Verankerung von Kaimauern und Spundwänden, zur Sicherung von in Grundwasser liegenden Baukörpern gegen Auftrieb, zur Ab­ stützung von Baugruben verwendet, um nur einige Anwendungsbei­ spiele zu nennen.

In der Vergangenheit wurden solche aus Stahl- oder Betonprofilen bestehenden Zugpfähle in der Regel durch Rammen in den Untergrund eingebracht. In zunehmendem Maß werden solche Rammarbeiten von den Behörden jedoch wegen des Lärms und der da­ bei hervorgerufenen Erschütterungen untersagt.

Das Einbringen von Zugpfählen unter Verwendung einer Bohrvorrichtung ist nicht immer möglich, weil die Größe der ab­ tragbaren Kräfte begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbringen und Verankern eines Zugpfahls zu schaffen, das ohne Rammung auf sehr kurzer Länge die Einleitung hoher Kräfte in den Boden ermöglicht, so daß die Gesamtlänge des Zugpfahls gering gehalten werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zunächst ein Rohr in das Erdreich abgeteuft und dabei das vom Volumen des Rohres ersetzte Material entfernt wird, daß anschließend oder gleichzeitig mit dem Abteufen der Zugpfahl in das Rohr eingeführt wird, und daß dann das Rohr unter ständiger Drehung gezogen wird und dabei im Bereich des Rohrendes zur Bil­ dung eines Ankerkörpers am Fuß des Zugpfahls sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung ein Injektionsmittel unter hohem Druck in den anstehenden Boden gepreßt wird.

Durch Wahl des Druckes, mit dem das Injektionsmaterial beaufschlagt wird und durch die Ziehgeschwindigkeit des Rohres kann der Durchmesser des Ankerkörpers bestimmt werden, so daß da­ mit eine Anpassung an die vorhandenen Bodenverhältnisse möglich ist. Das Einbringen des Pfahls mit Hochdruckspülung ist umwelt­ schonend, weil Lärm und Erschütterungen entfallen.

In Ausgestaltung der Erfindung werden für das in axia­ ler Richtung austretende Injektionsmittel und für das in radialer Richtung austretende Injektionsmittel getrennte Zuführungskanäle verwendet.

Hierdurch ist es möglich, das Injektionsmittel den bei­ den Kanälen mit unterschiedlichem Druck zuzuführen und auch den beiden Kanälen Injektionsmittel mit unterschiedlicher Zusammen­ setzung zuzuführen.

Vorzugsweise wird der Druck für das in axialer Richtung austretende Injektionsmittel und ggfs. das Injektionsmittel so gewählt, daß um den Zugpfahl herum ein Kern hoher Festigkeit ent­ steht, und der Druck für das in radialer Richtung austretende Injektionsmittel wird so groß bemessen, daß durch Vermörtelung des anstehenden Bodens mit dem Injektionsmittel gemeinsam mit dem Kern ein integraler Ankerkörper am Fuß des Zugpfahls gebildet wird.

Das Einbringen des Rohrs kann mit Druckflüssigkeit und/ oder durch Meißelhilfe erfolgen, wobei für das Einbringen des Rohres ein Drehbohrgerät verwendet wird, das zugleich zur Führung des Rohres dient.

Um einen besseren Verbund des Ankerkörpers mit dem Zug­ pfahl zu erreichen, ist es zweckmäßig, am Zugpfahl in dem Bereich, in dem der Verankerungskörper gebildet werden soll, mehrere Knaggen oder dergl. anzubringen.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens besteht darin, daß diese aus einem Abteuf- und Injek­ tionselement in Form eines doppelwandigen Hohlrohres besteht, durch dessen Innenraum der Zugpfahl einführbar ist, und in dessen Ringraum die Kanäle für die Injektionsmittel angeordnet sind.

Dabei ist vorzugsweise am geschlossenen unteren Stirn­ ende des Ringraums des Rohres mindestens eine in axialer Richtung wirkende Düse und am Mantel des Ringraums wenigstens eine in radialer Richtung wirkende Düse angeordnet.

Am Fuß des Rohres können zusätzliche Meißelwerkzeuge angeordnet werden, um Hindernisse aus dem Weg zu räumen.

Der Zugpfahl kann aus einem massiven Stahlprofil beste­ hen, jedoch ist es auch möglich, daß der Zugpfahl aus mehreren Gliedern besteht und beispielsweise aus mehreren Gewindestahlab­ schnitten zusammengefügt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zugpfahl in eingebau­ tem Zustand;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel in Form eines doppel­ wandigen Hohlrohres zum Einbringen eines Zug­ pfahls;

Fig. 3 den Fuß des Hohlrohres von Fig. 2 beim Ziehen des Hohlrohres;

Fig. 4 den Kopf des Hohlrohres;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 4;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 4;

Fig. 8 den Fuß des Hohlrohres;

Fig. 9 den Fuß des Hohlrohres und des Zugpfahls bei gemeinsamem Abteufen;

Fig. 10 eine Darstellung wie in Fig. 9, jedoch mit einem zusätzlichen Schneidenräumer am Hohl­ rohr;

Fig. 11 eine Draufsicht entlang der Ebene A-A in Fig. 10;

Fig. 12 das Hohlrohr beim Abteufen ohne Zugpfahl;

Fig. 13 das Hohlrohr mit einem inneren Meißel zum Räumen von Hindernissen;

Fig. 14 den Fuß des Hohlrohres mit innenliegendem Schneidenmeißel;

Fig. 15 den Fuß des Hohlrohres mit außenliegendem Schneidenmeißel;

Fig. 16 den Fuß des Hohlrohres mit nach dem Abteufen eingebrachtem Zugpfahl;

Fig. 17 einen Längsschnitt durch das Hohlrohr mit einem Zugpfahl aus Gewindestahlelementen und

Fig. 18 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 17.

Fig. 1 zeigt einen in das Erdreich 1 schräg eingebrach­ ten Zugpfahl 2, der am unteren Ende in weiter unten näher erläu­ terter Weise mit einem Ankerkörper 3 versehen worden ist. Um den Verbund zwischen dem Zugpfahl 2 und dem Ankerkörper zu verbes­ sern, sind am Zugpfahl mehrere Knaggen 4 angebracht. Nahe dem unteren Ende des Zugpfahls ist ein Anschlagelement 5 befestigt, dessen Zweck ebenfalls später noch erläutert wird. Im Austritts­ bereich des Zugpfahles 2 befindet sich im Erdreich 1 eine Auf­ fanggrube 6, die zur Aufnahme des beim Einbringen des Zugpfahles verwendeten Spülgutes und des anfallenden Bodens dient.

Fig. 2 zeigt ein Abteuf- und Injektionselement in Form eines doppelwandigen Hohlrohres 7, dessen Ringraum 8 zwei vonein­ ander getrennte Kanäle 9 und 10 enthält, in die ein Injektions­ mittel unter hohem Druck eingeführt werden kann. Der Kanal 10 ist mit einer oder mehreren Düsen 11 verbunden, die am geschlossenen unteren Stirnende des Ringraums des Rohres 7 so angeordnet sind, daß aus ihnen das Injektionsmittel etwa in Achsrichtung austritt. Der Kanal 9 ist mit einer oder mehreren Düsen 12 verbunden, die am Mantel des Ringraums nahe dem unteren Ende des Rohres so ange­ ordnet sind, daß aus ihnen das Injektionsmittel etwa in radialer Richtung austritt.

Zunächst wird das Hohlrohr 7 in den Boden eingebracht. Dies kann mit Druckflüssigkeit und/oder unter zuhilfenahme von Meißelwerkzeugen erfolgen. Das Spülgut kann innen durch das Rohr oder außen am Rohr nach oben in die Auffanggrube 6 gefördert wer­ den. Bei Bedarf kann die Förderung z. B. durch Luft unterstützt werden, jedoch kann die Förderung auch hydraulisch oder mecha­ nisch z. B. mittels einer Schnecke erfolgen. Durch ein nicht dar­ gestelltes Drehbohrgerät kann das Rohr beim Einbringen geführt und eingetrieben werden. Der Zugpfahl kann - wie dargestellt - vor dem Abteufen in das Rohr eingesetzt werden, wobei er von dem Rohr über das Anschlagelement 5 mitgenommen wird. Beim Abteufen des Rohres 7 werden vorzugsweise nur die Düsen 11 mit dem Spülgut beaufschlagt, wobei als Spülgut Wasser, eine Bentonit-Suspension oder dergl. verwendet wird.

Fig. 3 zeigt den Fuß des Rohres 7 beim Ziehen. Hierbei wird für die Herstellung des Ankerkörpers 3 sowohl durch die stirnseitigen Düsen 11 als auch durch die mantelseitige Düse 12 ein Injektionsmittel unter hohem Druck eingepreßt. Die stirnsei­ tigen Düsen sorgen für einen Kern 3′ hoher Festigkeit, und über die Manteldüse 12 wird der Durchmesser des Ankerkörpers 3 gesteu­ ert. Die den Stirndüsen 11 und der Manteldüse 12 zugeführten Injektionsmittel können unterschiedliche Zusammensetzungen auf­ weisen. Die Wahl des Injektionsmittels richtet sich nach der Be­ schaffenheit des Baugrundes und/oder des Bauwerks und nach der gestellten Aufgabe. Durch Vermischung des über die Manteldüse un­ ter hohem Druck eingebrachten Injektionsmittels mit dem anstehen­ den Boden entsteht ein verfestigter, homogener Ankerkörper, des­ sen Durchmesser im wesentlichen vom Injektionsdruck und von der Ziehgeschwindigkeit des Rohres 7 abhängt. Aus Umweltschutzgründen wird z. B. Ultrafeinzement als Bindemittel verwendet.

Die Zugkräfte aus dem Zugpfahl werden über Haftung zwi­ schen der Mantelfläche des Zugpfahles und dem Ankerkörper und vom Ankerkörper über Mantelreibung in den Boden abgetragen. Die außen am Zugpfahl angebrachten Knaggen dienen zur Erhöhung der Haftung zwischen dem Zugpfahl und dem Ankerkörper. Der Zugpfahl hat den Vorteil, daß er auf sehr kurzer Länge hohe Kräfte in den Boden einleiten kann und damit die Gesamtlänge des Zugpfahls gering ge­ halten werden kann. Da das Einbringen des Pfahls in das Erdreich umweltschonend mit Hochdruckspülung erfolgt, entfallen damit Ram­ mungen und die damit verbundenen Geräusche und Erschütterungen.

Der Zugpfahl kann kleine bis sehr hohe Zugkräfte auf­ nehmen, er läßt sich jedoch auch als Druck- oder Wechselpfahl verwenden, also bei Bauten, die Zug- und Druckkräfte auf den Pfahl übertragen, z. B. bei Schleusen im vollen und entleerten Zustand. Der Zugpfahl wird für die abzutragende Kraft bemessen, und der Ankerkörper wird entsprechend lang und mit entsprechendem Durchmesser ausgeführt. Dadurch kann der Zugpfahl gut den Boden- und Lastverhältnissen angepaßt werden.

Fig. 4 bis 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die ge­ trennte Zuführung des Injektionsmittels zu den stirnseitigen Düsen 11 und der mantelseitigen Düse 12. Gemäß Fig. 4 ist am Kopf des Rohres 7 ein fester Aufsatz 13 angebracht, und im oberen Be­ reich des Kopfes ist der Ringraum durch eine Trennwand 14 unter­ teilt, so daß zwei konzentrische Ringräume gebildet werden, die getrennt mit dem gleichen oder mit unterschiedlichen Injektions­ mitteln gespeist werden. Dies ist im Schnitt A-A erkennbar. Zwi­ schen dem Aufsatz 13 und dem Rohr 7 ist ein Drehgelenk 15 ange­ ordnet, so daß das Rohr beim Ziehen um seine Achse gedreht werden kann. Der Schnitt B-B in Fig. 6 zeigt, daß jeweils eine Hälfte der beiden koaxialen Ringräume nach unten offen ist und damit bei Drehung des Rohres, wie der Schnitt C-C in Fig. 7 zeigt, die eine Hälfte mit dem einen Injektionsmittel und die andere Hälfte mit dem anderen Injektionsmittel beschickt wird. Die Hälften werden dabei durch eine Trennwand 16 gebildet, die, wie aus Fig. 8 er­ sichtlich ist, zwischen der mantelseitigen Düse 12 und den stirn­ seitigen Düsen 11 einen radialen Verlauf nimmt, damit die Düsen 11 und 12 unabhängig voneinander beaufschlagt werden können.

Fig. 9 zeigt das Abteufen des Rohres 7 zusammen mit dem Zugpfahl 2, wobei das Spülgut außen am Rohr hochgefördert wird.

Fig. 10 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 9, je­ doch mit einem zusätzlichen Schneidenräumer 17 am Fuß des Rohres.

Fig. 11 zeigt das untere Ende des Rohres 7 beim Abteu­ fen ohne den Zugpfahl, wobei ein Verschlußelement 18 den Innen­ raum des Hohlrohres nach außen verschließt.

Fig. 13 zeigt das untere Ende des Rohres beim Abteufen unter zuhilfenahme eines Meißels, um Hindernisse zu räumen. Der Meißel verläuft hierbei durch das Innere des Rohres.

Fig. 14 und 15 zeigen weitere Ausführungsbeispiele, bei denen am Guß unterhalb des Ringraums ein Schneidenmeißel 19 innenliegend wie in Fig. 14 oder außenliegend wie in Fig. 15 angeordnet ist.

Fig. 16 deutet den Einbau des Zugpfahls nach Abteufen des Rohres 7 an.

Das Rohr kann aus gekoppelten Einzellängen oder aus einer Länge bestehen. Der Zugpfahl kann aus einer massiven Stahl­ stange oder einem anderen Stahlprofil bestehen, er kann aber auch gegliedert sein wie in Fig. 17 und 18 dargestellt und beispiels­ weise mehrere Gewindestähle 20 enthalten, die durch hierfür spe­ zielle Kupplungen 21 aus Abschnitten zusammengefügt werden.

Das Abteuf- und Injektionselement braucht nicht aus einem doppelwandigen Hohlrohr zu bestehen, es könnte auch ein einfaches Rohr verwendet werden, das an seinem unteren Ende mit einem Schneidenräumer vergrößerten Durchmessers versehen ist, wo­ bei die Kanäle für das Injektionsmittel aus am Mantel des Rohres befestigten kleineren Rohren bestehen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Einbringen eines Zugpfahls in das Erdreich und zur Verankerung des Zugpfahls im Erdreich, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zunächst ein Rohr (7) in das Erdreich abgeteuft und dabei das vom Volumen des Rohres ersetzte Material entfernt wird, daß anschließend oder gleichzeitig mit dem Abteufen der Zugpfahl (2) in das Rohr eingeführt wird, und daß dann das Rohr (7) unter ständiger Drehung gezogen wird und dabei im Bereich des Rohrendes zur Bildung eines Ankerkörpers (3) am Fuß des Zugpfahls (2) so­ wohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung ein Injek­ tionsmittel unter hohem Druck in den anstehenden Boden gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das in axialer Richtung austretende Injektionsmittel und für das in radialer Richtung austretende Injektionsmittel getrennte Zuführungskanäle (9, 10) verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsmittel den beiden Kanälen mit unterschiedlichem Druck zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß den beiden Kanälen (9, 10) unterschiedliche Injektions­ mittel zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnt, daß der Druck für das in axialer Richtung austre­ tende Injektionsmittel und ggfs. das Injektionsmittel so gewählt wird, daß um den Zugpfahl herum ein Kern (3′) hoher Festigkeit entsteht, und daß der Druck für das in radialer Richtung austre­ tende Injektionsmittel so groß bemessen wird, daß durch Vermörte­ lung des anstehenden Bodens mit dem Injektionsmittel gemeinsam mit dem Kern ein integraler Ankerkörper (3) am Fuß des Zugpfahls (2) gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) mit Druckflüssigkeit und/oder Meißelhilfe in das Erdreich eingebaut wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) durch ein Drehbohrgerät eingebracht und geführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Zugpfahl (2) in dem Bereich, in dem der Ankerkörper (3) gebildet werden soll, mehrere Knaggen (4) oder dergl. angebracht werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem Abteuf- oder Injektionselement in Form eines doppelwandigen Hohlrohres (7) besteht, durch dessen Innenraum der Zugpfahl (2) einführbar ist, und in dessen Ringraum die Kanäle für die Injek­ tionsmittel angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am geschlossenen unteren Stirnende des Ringraumes des Rohres mindestens eine in axialer Richtung wirkende Düse (10) und am Mantel des Ringraumes wenigstens eine in radialer Richtung wir­ kende Düse (11) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Fuß des Hohlrohres (7) zusätzlich Meißelwerkzeuge (19) an­ geordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugpfahl aus einem massiven Stahlprofil besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugpfahl aus mehreren Gliedern (18), vor­ zugsweis aus mehreren Gewindestahlabschnitten zusammengefügt ist.