DE4215383A1

DE4215383A1 - Probebelastungspfahl zur Messung der Tragfähigkeit von Pfahlgründungen

Info

Publication number: DE4215383A1
Application number: DE19924215383
Authority: DE
Inventors: Janos Kondor
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2012-05-12
Also published as: HU911045D0; HU61354A; HU209984B; DE4215383C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Probebelastungspfahl zur Messung der Tragfähigkeit von Pfahlgründungen.

Zur Prüfung der Tragfähigkeit von Pfählen, bzw. Pfahlgründungen wurden früher gewichtsbelastete Brücken oder sonstige oberhalb der Erdoberfläche angeordnete und zur Aufnahme der Prüfbelastung geeignete Konstruktionen verwendet, was sowohl infolge der Arbeits- als auch der Zeitaufwendigkeit der Methode mit einem bedeutenden Kostenaufwand verbunden war. Ein weiterer Nachteil dieser früheren Prüfungsmethoden war, daß die jeweils getrennt erfolgende Bestimmung des an dem unteren Teil des Pfahles zustandekommenden Widerstandes und des Reibungswiderstandes des Mantelteiles die Anwendung einer tensometrischen Technologie erforderlich machte, wodurch der Kostenaufwand der Prüfung in außerordentlichem Maße erhöht wurde.

Zur Bestimmung der Tragfähigkeit der an der Baustelle hergestellten sogenannten Ortspfähle wurde inzwischen auch eine bessere Methode entwickelt, die zum Beispiel aus der ungarischen Patentschrift Nr. 181 292 zu entnehmen ist. Das Wesen der auf dem Prinzip der Selbstverankerung beruhenden Ausführungsform besteht darin, daß der Pfahlschuh und der Pfahlschaft mittels eines in der Längsachse des Pfahles angeordneten und mit dem Pfahlschuh verbundenen Gestänges mit der gleichen Kraft in einander entgegengesetzte Richtungen bewegt werden kann, wobei die dazu erforderliche Kraft durch eine an das Gestänge montierte und zugleich über eine Stützplatte im Pfahlschaft verankerte, von einer hydraulischen Kraftquelle betätigte Hebevorrichtung erzeugt wird. Die zur Belastung erforderliche Reaktionskraft wird durch das Gewicht des Pfahlschaftes und die Mantelreibung sichergestellt.

Ein grundlegender Nachteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß sie sich nur zur Prüfung der an der Baustelle gefertigten Ortspfähle, zum Beispiel Bohrpfähle eignet, da nur diese genügend groß sind, das in der Längsachse des Pfahles mit einem Spiel angeordnete Kraftübertragungsgestänge aufzunehmen, das bei langen und schlanken Pfählen zum Knicken neigt, was die Genauigkeit der Messung beeinträchtigt und darüber hinausgehend gegebenenfalls auch unmöglich macht. Da aber für eine Vorfertigung von vornherein nur leicht und wirtschaftlich transportierbare schlanke Pfähle in Frage kommen, kann bei vorgefertigten Rammpfählen die beschriebene Prüfungsmethode nicht angewandt werden. Ein weiterer Nachteil der früheren Methode besteht darin, daß wegen des für die an der Baustelle gefertigten, im allgemeinen Bohrpfähle kennzeichnenden Kreisquerschnittes die Mantelreibung verhältnismäßig gering ist, so daß der Wert der vollständigen Tragfähigkeit nicht zuverlässig festgestellt werden kann.

Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe ist die Vermeidung der Mängel der früheren Ausführungsformen und die Entwicklung eines derartigen Probebelastungspfahles, der sich zur schnellen, zuverlässigen und wirtschaftlichen Messung der Tragfähigkeit sämtlicher verschiedener Pfahlgründungen, so im Falle von an der Baustelle gefertigten Ortspfählen und vorgefertigten Fertigpfählen beliebiger Länge und Form, ja sogar im Falle von geneigten Pfählen in gleicher Weise eignet.

Die gestellte Aufgabe wurde von dem Prinzip der in der HU-PS 181 292 beschriebenen Ausführungsform ausgehend im Sinne der Erfindung mittels eines solchen Probebelastungspfahles gelöst, bei dem im unteren Teil des Pfahlschaftes eine hydraulische Kammer ausgebildet ist, in der ein von der oberen Stirnseite des Pfahlschuhes nach oben vorstehender Schaft abgedichtet und verschiebbar geführt wird und die über eine in der axialen Bohrung des Pfahlschaftes verlaufende hydraulische Leitung mit einer hydraulischen Kraftquelle verbunden ist.

Im Sinne einer eine einfachere Messung ermöglichenden und zugleich die Bewahrung der hydraulischen Abdichtung des Pfahlschuhes fördernden Ausführungsform der Erfindung ist in der in der axialen Bohrung des Pfahlschaftes verlaufenden hydraulischen Leitung eine Meß- und Spannstange angeordnet, deren unteres Ende mit dem Pfahlschuh verbunden ist, wobei ihr oberes Ende aus dem Pfahlschaft vorsteht und mit einem die Messung unterstützenden Meßelement versehen ist.

Es wird ein noch mehr Sicherheit bietender Schutz der hydraulischen Abdichtung zwischen dem Pfahlschuh und der hydraulischen Kammer gewährleistet, wenn die obere Stirnseite des Pfahlschuhes und die untere Stirnseite des unteren Pfahlschaftes mit einer zur Aufnahme von radialen Kräften geeigneten Flächenausbildung aneinandergefügt werden. Im Sinne einer möglichen Ausführungsform dieser Lösung sind die obere Stirnseite des Pfahlschuhes und die untere Stirnseite des Pfahlschaftes als sich ineinanderfügende Kegelflächen ausgebildet.

Bei dem erfindungsgemäßen Probebelastungspfahl ist der mit einem nach oben vorstehenden Schaft versehene Pfahlschuh im allgemeinen als eine sich nach unten verjüngende Pfahlspitze ausgebildet, wobei jedoch im Falle von an der Baustelle gefertigten Bohrpfählen auch eine scheibenförmige Ausführung möglich ist.

Die Erfindung wird ausführlicher anhand von Ausführungsbeispielen aufgrund der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen vorgefertigten Probebelastungspfahles im Längsschnitt,

Fig. 2 eine andere mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen vorgefertigten Probebelastungspfahles, ebenfalls im schematischen Längsschnitt,

Fig. 3 den Querschnitt des Probebelastungspfahles nach Fig. 2 entlang der Linie A-A,

Fig. 4 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen an der Baustelle gefertigten Probebelastungspfahles im Längsschnitt, und

Fig. 5 den Querschnitt des Probebelastungspfahles nach Fig. 4 entlang der Linie B-B.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, enthält der erfindungsgemäße vorgefertigte Probebelastungspfahl voneinander getrennt einen Pfahlschaft 1 und einen Pfahlschuh 2. Oberhalb des Pfahlschuhs 2 ist in dem Unterteil des Pfahlschaftes 1 eine hydraulische Kammer 3 ausgebildet, in der ein von der oberen Stirnseite 4 des Pfahlschuhs 2 nach oben heraus stehender Schaft 5 verschiebbar und durch eine hydraulische Dichtung 6 abgedichtet geführt ist. In die hydraulische Kammer 3 mündet eine an die am oberen Ende des Pfahlschaftes 1 befindliche Pfahldecke 7 montierte, durch ein hydraulisches Anschlußstück 8 angeschlossene hydraulische Leitung 9, die zweckmäßigerweise durch die in der Achslinie des Pfahlschaftes 1 verlaufende Bohrung 10 geführt ist und die den Druck einer hydraulischen Kraftquelle, gegebenenfalls einer hydraulischen Hochdruckpumpe 11, in die hydraulische Kammer 3 weiterleitet.

Der Pfahlschuh 2 kann im Falle von Fertigpfählen auch als eckiger Quader ausgebildet werden, wird jedoch zufolge gewisser Normvorschriften eher als konvergierende, hauptsächlich pyramidenförmige Pfahlspitze ausgebildet, an die eine - zum Beispiel nach dem Induktionsprinzip arbeitende - Distanzmeßeinheit 12 montiert ist. Eine ähnliche Distanzmeßeinheit 12 ist auch in der Nähe der Pfahldecke 7 angeordnet.

Die Arbeitsweise des nach dem Prinzip der Selbstverankerung arbeitenden erfindungsgemäßen vorgefertigten Probebelastungspfahles ist wie folgt:

Der vorgefertigte Pfahl wird an dem Verwendungsort auf an sich bekannter Art und Weise in den Boden gerammt und darauffolgend durch die hydraulische Leitung 9 mit einer Hydraulikflüssigkeit aufgefüllt. Hiernach wird mittels der an das hydraulische Anschlußstück 8 angeschlossenen hydraulischen Hochdruckpumpe 11 (über die Hydraulikflüssigkeit) ein Druck auf den Pfahlschuh 2 ausgeübt, unter dessen Einwirkung sich der Pfahlschuh 2 nach unten, der Pfahlschaft 1 hingegen nach oben bewegt. Im Verlaufe dieser Bewegung werden die Bewegung der Pfahldecke 7 im Vergleich zur Bodenebene, die gegenseitige Bewegung des Pfahlschaftes 1 und Pfahlschuhs 2 sowie der angewandte Druck gemessen.

Mit der Auswertung der aufgrund der Messung erfaßten Angaben kann die Tragfähigkeit des Pfahles bestimmt werden. Durch das nach Abschluß der Messung mit Beton- oder Zementmörtel vorgenommene Ausgießen wird die Hydraulikflüssigkeit zurückgewonnen und darauf folgend kann der Pfahl seiner Bewegung entsprechend nachgerammt und als normaler lasttragender Pfahl verwendet werden.

Eine vorteilhafte Variante des vorstehend beschriebenen Probebelastungspfahles ist aus der Fig. 2 und 3 ersichtlich. Bei dieser Ausführungsform sind die untere Stirnseite 13 des Pfahlschaftes 1 und die obere Stirnseite 14 der pyramidenförmigen Pfahlspitze des Pfahlschuhs 2 mit sich ineinanderfügenden Kegelflächen versehen, wodurch es gewährleistet wird, daß die hydraulische Dichtung 6 im Verlaufe des Transports und des Einrammens keinen radialen (d. h. zur Längsachslinie des Pfahles senkrechten) Krafteinwirkungen ausgesetzt wird, was ihre Beschädigung verursachen kann. Diese Ausführungsform verfügt außerdem über eine Meß- und Spannstange 15, die in der hydraulischen Leitung 9 in der axialen Bohrung 10 des Pfahlschaftes 1 angeordnet ist und deren unteres Ende mit dem Pfahlschuh 2, genauer mit dessen Schaft 5, verbunden ist, wobei ihr oberes Ende abgedichtet aus dem Pfahlschaft 1 vorsteht und mit einem Meßelement 16 versehen ist. Mit Hilfe der Meß- und Spannstange 15 kann der Pfahlschuh 2 für die Zeitdauer des Transports und des Abrammens in die hydraulische Kammer 3 des Pfahlschaftes 1 fest hineingezogen werden. Nach dem Einrammen eignet sich die Meß- und Spannstange 15 nach Aufheben ihrer Festspannung mit Hilfe des an ihr oberes Ende montierten Meßelementes 16 zur Messung der Bewegung des Pfahlschuhs 2, d. h. daß sie eigentlich als Distanzmeßeinheit funktioniert.

Fig. 4 und 5 zeigen eine an der Baustelle zum Beispiel als Bohrpfahl angefertigte Variante des erfindungsgemäßen Probebelastungspfahles. Den Unterschied zu den vorhergehenden, insbesondere im Vergleich zu Fig. 2 und 3, bedeutet einerseits die Tatsache, daß der Pfahlschaft 17, wie es in Fig. 5 zu sehen ist, einen Kreisquerschnitt aufweist, andererseits daß der Pfahlschuh 18 als eine flache Scheibe ausgebildet ist, deren obere Stirnseite 19 mit zur Aufnahme von aus der unteren Stirnseite 20 des Pfahlschaftes 17 vorstehenden (nicht dargestellten) Elementen geeigneten Hohlräumen versehen ist oder umgekehrt, was eine radiale Beanspruchung der hydraulischen Dichtungen 6 verhindert.

Mittels des erfindungsgemäßen Probebelastungspfahles kann die Tragfähigkeit von Pfählen bzw. Pfahlgründungen wesentlich preiswerter und insbesondere schneller als mit den früheren Methoden gemessen werden. Die Zeitdauer der mit den herkömmlichen Methoden vorgenommenen Probebelastungen betrug 2 bis 3 Tage, wogegen dies mit der erfindungsgemäßen Lösung lediglich einige Stunden ausmacht.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt auch im Vergleich zu der bisher als die modernste Lösung anzusehenden Ausführungsform nach der HU-PS 181 292 wesentliche Vorteile.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist in ihrem Aufbau wesentlich einfacher, da die zur Durchführung der Prüfung erforderliche Kraft ohne Zwischenschaltung irgendeiner mechanischen Übertragungskonstruktion unmittelbar zwischen dem Pfahlschaft und dem Pfahlschuh zur Verfügung steht. Durch Entfall der Übertragungsgestänge und Anker vermindern sich die Fehlermöglichkeiten, wobei die Meßgenauigkeit ansteigt. Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß sie auch zur Prüfung der Tragfähigkeit von geneigten Pfählen sowie Pfahlgruppen vorzüglich eingesetzt werden kann.

Claims

1. Probebelastungspfahl zur Messung der Tragfähigkeit von Pfahlgründungen, mit voneinander getrennten und im Vergleich zueinander in entgegengesetzten Richtungen mit gleicher Kraft auf hydraulischem Weg beweglichem Pfahlschaft und Pfahlschuh, wobei eine hydraulische Kraftquelle durch die axiale Bohrung des Pfahlschaftes in kraftübertragender Verbindung mit dem Pfahlschuh steht, außerdem dem Pfahlschaft und dem Pfahlschuh je eine gesonderte Distanzmeßeinheit zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Unterteil des Pfahlschaftes (1, 17) eine hydraulische Kammer (3) ausgebildet ist, in der ein von der oberen Stirnseite (4, 14, 19 ) des Pfahlschuhs (2, 18) nach oben vorstehender Schaft (5) abgedichtet und verschiebbar geführt ist, und daß die durch eine in der axialen Bohrung (10) des Pfahlschaftes (1, 17) verlaufende hydraulische Leitung (9) mit der hydraulischen Kraftquelle verbunden ist.

2. Probebelastungspfahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der durch die axiale Bohrung (7) des Pfahlschaftes (1, 17) verlaufenden hydraulischen Leitung (9) eine Meß- und Spannstange (15) angeordnet ist, deren unteres Ende mit dem Pfahlschuh (2, 18) verbunden ist, wogegen ihr oberes Ende aus dem Pfahlschaft (1, 17) vorsteht und mit einem die Messung ermöglichenden Meßelement (16) versehen ist.

3. Probebelastungspfahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Stirnseite (4, 14, 19 ) des Pfahlschuhs (2, 18 ) und die untere Stirnseite (13, 20) des Pfahlschaftes (1, 17) mit einer zur Aufnahme von radialen Kräften geeigneten Oberflächenausbildung aneinandergefügt sind.

4. Probebelastungspfahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Stirnseite (14) des Pfahlschuhs (2) und die untere Stirnseite (13) des Pfahlschaftes (1) als sich ineinanderfügende Kegelflächen ausgebildet sind.