DE3926787C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen und Verankern eines Zugpfahls - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbrin­ gen und Verankern eines Zugpfahls in Erdreich, wobei zunächst ein Rohr in das Erdreich abgeteuft und das dabei vom Volumen des Roh­ res ersetzte Material entfernt wird, daran anschließend oder gleichzeitig mit dem Abteufen der Zugpfahl in das Rohr eingeführt wird, und nach dem Erreichen der Endteufe das Rohr unter Bildung eines Ankerkörpers am Fuß des Zugpfahles gezogen wird. Des weite­ ren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung die­ ses Verfahrens.

Zugpfähle dienen dazu, Kräfte aus Bauwerken in den Untergrund abzutragen. Beispielsweise werden Zugpfähle zur landseitigen Ver­ ankerung von Kaimauern und Spundwänden, zur Sicherung von im Grundwasser liegenden Baukörpern gegen Auftrieb und zur Abstüt­ zung von Baugruben verwendet, um nur einige Anwendungsbeispiele zu nennen.

In der Vergangenheit wurden solche aus Stahl- oder Betonpro­ filen bestehenden Zugpfähle in der Regel durch Rammen in den Un­ tergrund eingebracht. In zunehmendem Maß werden solche Rammarbei­ ten von den Behörden jedoch wegen des Lärms und der dabei hervor­ gerufenen Erschütterungen untersagt.

Das Einbringen von Zugpfählen unter Verwendung einer Bohrvor­ richtung ist nicht immer möglich, weil die Größe der abtragbaren Kräfte begrenzt ist. Ein derartiges Verfahren zum Herstellen ein­ es Zugankers im Erdboden ist in der DE-OS 21 33 593 beschrieben. Hier wird ein Vortreibrohr mit Bohrspitze mittels schubweisen Vortreibens, Schlagbohrens usw. in das Erdreich eingebracht. Nach dem Erreichen der erforderlichen Tiefe wird in das Vortreibrohr ein Hüllrohr und in dieses wiederum der Zugpfahl eingeführt. Das Hüllrohr ist vorgesehen, um ein eventuelles späteres Ziehen des Zugpfahls zu ermöglichen. Beim Ziehen des Vortreibrohres wird im Fußbereich des Hüllrohres ein Ankerkörper aus erhärtendem Bau­ stoff ausgebildet. Der Baustoff wird dabei axial durch ein zwi­ schen dem Hüllrohr und dem Vortriebsrohr gebildeten Ringraum und/oder durch den Innenraum des im Erdreich verbleibenden Hüllroh­ res, welches dazu in seinem Fußbereich radiale Bohrungen besitzt, gepreßt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens, den auch alle anderen bekann­ ten Verfahren zur Ausbildung eines Zugpfahls aufweisen, ist, daß hierbei lediglich ein Verfüllen eines Hohlraumes erfolgt, der entweder beim Ziehen des Vortreibrohres entsteht, oder aber künstlich geschaffen wird, indem durch eine oder mehrere Radial­ bohrungen in der Bohrspitze mittels einer Lanze ein Spülmittel ausgespritzt wird, um im Erdreich eine Hinterschneidung für den anschließend auszubildenden Ankerkörper zu schaffen.

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 ge­ halten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Rohr unter stän­ diger Drehung gezogen wird und zur Bildung des Ankerkörpers ein Injektionsmittel unter hohem Druck in axialer und radialer Rich­ tung am Fuße des Rohres in das anstehende Erdreich gepreßt wird, derart, daß durch Vermörtelung des anstehenden Bodens mit dem Injektionsmittel ein integraler Ankerkörper am Fuß des Zugpfahls gebildet wird.

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

In Ausgestaltung der Erfindung werden für das in axialer Richtung austretende Injektionsmittel und für das in radialer Richtung austretende Injektionsmittel getrennte Zuführungskanäle verwendet, wodurch es möglich ist, den beiden Kanälen sowohl In­ jektionsmittel mit unterschiedlichem Druck als auch mit unter­ schiedlicher Zusammensetzung zuzuführen.

Vorzugsweise wird der Druck für das in axialer Richtung aus­ tretende Injektionsmittel und ggf. das Injektionsmittel so ge­ wählt, daß um den Zugpfahl herum ein Kern hoher Festigkeit ent­ steht, und der Druck für das in radialer Richtung austretende In­ jektionsmittel 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.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß diese aus einem Abteuf- und Injektionselement in Form eines doppelwandigen Hohlrohres besteht, durch dessen In­ nenraum der Zugpfahl eingeführt ist, und in dessen Ringraum die Kanäle für die Injektionsmittel angeordnet sind.

Dabei ist vorzugsweise am geschlossenen unteren Stirnende 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 angeord­ net sein, um Hindernisse aus dem Weg zu räumen.

Der Zugpfahl kann aus einem massiven Stahlprofil bestehen, wobei in dem Bereich, in dem der Ankerkörper gebildet werden soll, mehrere Knaggen o. dgl. angebracht sein können. Der Zug­ pfahl kann aber auch aus mehreren Gliedern bestehen und bei­ spielsweise aus mehreren Gewindestahlabschnitten zusammengeführt sein.

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 (11)

1. Verfahren zum Einbringen und Verankern eines Zugpfahls in Erdreich, wobei zunächst ein Rohr in das Erdreich abgeteuft und das dabei vom Volumen des Rohres ersetzte Material entfernt wird, daran anschließend oder gleichzeitig mit dem Abteufen der Zug­ pfahl in das Rohr eingeführt wird, und nach dem Erreichen der Endteufe das Rohr unter Bildung eines Ankerkörpers am Fuß des Zugpfahles gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) unter ständiger Drehung gezogen wird und zur Bildung des Anker­ körpers (3) ein Injektionsmittel unter hohem Druck in axialer und radialer Richtung am Fuße des Rohres (7) in das anstehende Erd­ reich (1) gepreßt wird, derart, daß durch Vermörtelung des an­ stehenden Bodens mit dem Injektionsmittel ein integraler Anker­ körper am Fuß des Zugpfahls gebildet 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 Zu­ führungskanäle (9, 10) verwendet werden, und daß das Injektions­ mittel den beiden Kanälen mit unterschiedlichem Druck zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Kanälen (9, 10) unterschiedliche Injektionsmittel zuge­ führt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck für das in axialer Richtung austretende Injektionsmittel und ggf. das Injektionsmittel so gewählt wird, daß um den Zugpfahl herum ein Kern (3') hoher Festigkeit ent­ steht, und daß der Druck für das in radialer Richtung austretende Injektionsmittel so groß bemessen wird, daß durch die Vermörte­ lung des anstehenden Bodens mit dem Injektionsmittel gemeinsam mit dem Kern der integrale Ankerkörper (3) am Fuß des Zugpfahls (2) gebildet wird.

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

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

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem Abteuf- oder Injektionselement in Form eines doppelwandigen Hohl- (7) besteht, durch dessen Innenraum der Zugpfahl (2) ein­ führbar ist, und in dessen Ringraum die Kanäle für die Injek­ tionsmittel angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am geschlossenen unteren Stirnende des Ringraumes des Rohres min­ destens eine in axialer Richtung wirkende Düse (10) und am Mantel des Ringraumes wenigstens eine in radialer Richtung wirkende Düse (11) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Fuß des Hohlrohres (7) zusätzlich Meißelwerkzeuge (19) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zugpfahl aus einem massiven Stahlprofil besteht und in dem Bereich, in dem der Ankerkörper (3) gebildet werden soll, mehrere Knaggen (4) o. dgl. angebracht sein können.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zugpfahl aus mehreren Gliedern (18), vor­ zugsweise aus mehreren Gewindestahlabschnitten zusammengefügt ist.