Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorspannen eines Grün
dungselementes, insbesondere eines Pfahls sowie ein Verfahren
zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung.
Das Vorspannen von Gründungselementen, beispielsweise Pfählen,
ist dann von Vorteil, wenn die Beschaffenheit des Baugrundes
Setzvorgänge von nicht-vorgespannten Pfählen und damit Setzvor
gänge der hierauf errichteten Bauwerke erwarten läßt. Derartige
Setzungen können durch das Vorspannen der Gründungselemente bzw.
Pfähle weitgehend verhindert werden. In geringerem Maße können
bereits erfolgte Senkungen von Bauwerken durch das Nachspannen
der Gründungselemente bzw. durch die nachträgliche Montage nach
spannbarer Pfähle sogar rückgängig gemacht werden.
In der DE 40 05 032 C2 ist eine Vorrichtung zum Aufbringen einer
Kraft zwischen einer Bodenplatte und einem Gründungselement,
beispielsweise einem Pfahl beschrieben, bei dem in einer Bohrung
bzw. Aussparung in einer bereits fertiggestellten Bodenplatte
ein Stützkörper angeordnet ist, durch welches ein Druckglied
ragt, das mit seinem unteren Teil mit dem Gründungselement in
Verbindung steht und gegen den Stützkörper abstützbar und ver
stellbar ist. Durch das Ausfüllen eines zwischen dem Stützkörper
und der Bodenplatte vorgesehenen Hohlraums mit selbsterhärtendem
Material soll gegenüber weiteren bekannten Vorrichtungen, die
C-förmige Halteklammern zur Fixierung des Stützkörpers an der
Bodenplatte verwenden, erreicht werden, daß die Kraft nicht nur
einseitig bzw. an diskreten Stellen, sondern gleichmäßig auf die
Bodenplatte übertragen wird. Hierdurch wird insbesondere eine
Verbesserung bei dynamischen Belastungen erreicht. Des weiteren
bietet die Vorrichtung gemäß der DE 40 05 032 C2 den Vorteil,
daß nur relativ kleine Bohrungen bzw. Ausnehmungen in der Boden
platte vorhanden sein müssen, so daß sich diese Vorrichtung
insbesondere auch für die nachträgliche Montage von vorgespann
ten Pfählen in bereits bestehenden Bodenplatten eignet.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung zum Aufbringen einer Kraft
zwischen einer Bodenplatte und einem Gründungselement ist je
doch, daß die Kraftübertragung mittels des im wesentlichen rohr
förmigen Stützkörpers auf die Bodenplatte im wesentlichen auf
einem Reibschluß beruht. Allenfalls eine am unteren Rand des
Stützrohrs vorgesehene Dichtlippe kann zusätzlich zur Übertra
gung vertikal nach oben gerichteter Kräfte auf die Bodenplatte
dienen. Dies kann jedoch ebenfalls nur in dem Ringraum erfolgen,
der zur Verbindung des Stützkörpers mit der Bodenplatte mit
selbsterhärtendem Material aufgefüllt wurde. Die Einleitung der
Kräfte erfolgt somit ausschließlich in einem Bereich, der erst
nachträglich mit der bereits bestehenden Bodenplatte verbunden
wurde, so daß naturgemäß dieser Bereich im Vergleich zu einer
Kraftübertragung direkt auf die bereits bestehende Bodenplatte
nur geringere Kräfte aufnehmen kann.
Darüber hinaus weist diese bekannte Vorrichtung den Nachteil
auf, daß das Druckglied über den oberen Rand der Bodenplatte für
den Vorspannvorgang hinausragen muß und demzufolge nach dem
Vorspannvorgang abgeschnitten werden muß, wenn eine ebene Ober
fläche der Bodenplatte erforderlich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Vorspannen eines Gründungselements, insbesondere eines
Pfahls zu schaffen, die das Einleiten hoher Kräfte auf die Bo
denplatte zuläßt und zudem einfach und kostengünstig herstellbar
ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung an
zugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patent
ansprüche 1 bzw. 16.
Durch den Einsatz einer unteren Pfahlkopfplatte, die über einen
Kolben mit einer Druckkraft beaufschlagbar ist und sich in im
wesentlichen vertikaler Richtung an einer oberen, in der Boden
platte vorgesehenen Pfahlkopfplatte abstützt, die mit einem
Kraftübertragungsrohr zur Aufnahme des Kolbens und zur Befesti
gung einer Pressenkammer verbunden ist, wird erreicht, daß das
Gründungselement mit einer hohen Kraft vorgespannt werden kann.
Gegenüber der oben erwähnten bekannten Vorrichtung erfolgt die
Kraftübertragung zwischen Stützkörper und Bodenplatte nicht
praktisch ausschließlich über einen Reibschluß, sondern in we
sentlichen durch das Anliegen der Oberseite der oberen Pfahl
kopfplatte an die darüberliegende Schicht der Bodenplatte.
Zudem erfordert die Spannvorrichtung nach der Erfindung kein be
sonders ausgebildetes Druck- oder Tragglied, um die erzielte
Vorspannung nach dem Spannvorgang aufrechtzuerhalten, da hierzu
einfach der zwischen oberer und unterer Pfahlkopfplatte entste
hende Raum mit erhärtendem Material ausgefüllt werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kraftübertra
gungsrohr so lang ausgebildet sein, daß es über die Oberfläche
der Bodenplatte hinausragt und in zumindest einem Teilbereich
des überstehenden Rohrbereichs ein Außengewinde für das Auf
schrauben einer Pressenkammer vorgesehen ist. Auf diese Weise
ergibt sich für das Kraftübertragungsrohr eine besonders ein
fache Form, so daß dessen Herstellung kostengünstig erfolgen
kann.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Länge
des Kraftübertragungsrohrs jedoch so bemessen, daß das Rohr im
wesentlichen bündig mit der Bodenplatte abschließt, wobei in
einem oberen Bereich des Rohrs ein Innengewinde für das
Auf schrauben eines Stutzens einer Pressenkammer vorgesehen ist.
Vorzugsweise weist der obere Bereich des Kraftübertragungsrohrs
dabei einen größeren Innendurchmesser auf, der so gewählt ist,
daß die Differenz der Innenradien des oberen Rohrbereichs und
des übrigen Rohrs der Wandstärke des Stutzens der Pressenkammer
entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß der Kolben über seine
gesamte Länge einen Durchmesser aufweisen kann, der im wesentli
chen dem Innendurchmesser des Kraftübertragungsrohrs entspricht,
so daß der Kolben über die gesamte Länge des Kraftübertragungs
rohrs geführt werden kann. Ein Ausknicken des Kolbens bei der
Übertragung hoher Druckkräfte wird hierdurch praktisch unmög
lich.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben
zur Druckübertragung lösbar mit der unteren Pfahlkopfplatte
verbunden oder liegt lediglich auf dieser auf. Die lösbare Ver
bindung kann hierzu beispielsweise in Form einer Schraubverbin
dung ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß
der Kolben nach dem Vorspannvorgang wieder aus dem Kraftüber
tragungsrohr entfernt werden kann und somit im Fall eines mit
der Bodenplatte bündigen Kraftübertragungsrohrs keinerlei Ele
mente der Vorrichtung abgeschnitten werden müssen. Die Montage
und das Vorspannen der Vorrichtung wird auf diese Weise gegen
über bekannten Vorrichtungen wesentlich vereinfacht.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die untere
Pfahlkopfplatte über eine Muffe mit dem oberen Ende des Trag
glieds verbunden sein, so daß gegenüber einem einfachen Auflie
gen der unteren Pfahlkopfplatte auf dem Tragglied sich keinerlei
selbsterhärtender Baustoff oder anderes Material zwischen diesen
beiden Elementen ablagern kann. Änderungen der Vorspannung durch
beispielsweise zwischen den Elementen befindliches und plötzlich
nachgebendes Material können somit ausgeschlossen werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Kol
ben hohlzylindrisch ausgebildet sein, und im unteren Bereich,
vorzugsweise im Mantel des Hohlzylinders, Öffnungen aufweisen,
so daß nach dem Vorspannvorgang der zwischen oberer und unterer
Pfahlkopfplatte bestehende Hohlraum durch die Einleitung von
erhärtendem Baustoff oder Korrosionsschutzmasse über den Kolben
verfüllt werden kann. Zusätzliche Verfüllkanäle oder -leitungen
sind dann nicht erforderlich.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind in der oberen Pfahl
kopfplatte Fixierschrauben zur Arretierung der Position der
unteren Pfahlkopfplatte nach dem Vorspannvorgang vorgesehen,
wobei die Länge der Fixierschrauben so gewählt ist, daß diese
von der Oberseite der Bodenplatte her bedienbar sind. Auf diese
Weise kann nach der Einstellung einer bestimmten Vorspannung die
Position der unteren Pfahlkopfplatte schnell und auf einfache
Weise fixiert werden. Das Aufrechterhalten der Pressenkraft
solange, bis ein zwischen die obere bzw. untere Pfahlkopfplatte
eingebrachter selbsterhärtender Baustoff vollkommen ausgehärtet
ist, kann auf diese Weise umgangen werden.
Des weiteren ergibt sich hierdurch der Vorteil, daß der betref
fende Zwischenraum zwischen den Pfahlkopfplatten auch mit nicht
erhärtendem Material (Korrosionsschutz) gefüllt werden kann und
so ein Nachspannen des Pfahls auch nach längerer Zeit möglich
ist. Selbstverständlich müssen hierfür die Fixierschrauben bzw.
in geeigneter Weise ausgebildeten Fixierelemente entsprechend
stark dimensioniert sein, so daß diese auch eine Langzeitüber
tragung hoher Kräfte zwischen den beiden Pfahlkopfplatten er
möglichen.
Das um das Tragglied herum angeordnete Fixierrohr kann zur Ver
besserung der Verbindung mit der Bodenplatte rauh oder gewellt
ausgebildet sein oder am Außenumfang entsprechende Vorsprünge
und/oder Vertiefungen aufweisen. Hierdurch kann gewährleistet
werden, daß auch nach einem Erhärten von selbsterhärtenden Mate
rial in dem Ringraum zwischen Tragglied und Fixierrohr höhere
Haltekräfte zwischen Fixierrohr und Bodenplatte entstehen als
zwischen Fixierrohr und dem erhärteten Material in dem Ringraum.
Beschädigungen der Bodenplatte durch Relativbewegungen des Fi
xierrohrs gegenüber der Bodenplatte während des Spannvorgangs
können somit verhindert werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist innerhalb
des Fixierrohrs ein Gleitrohr vorgesehen, dessen Außendurchmes
ser dem Innendurchmesser des Fixierrohrs entspricht. Hierdurch
wird erreicht, daß während des Spannvorgangs allenfalls geringe
Reibkräfte auf die Bodenplatte übertragen werden, da das Gleit
rohr mit nur geringer Reibung im Fixierrohr geführt ist.
Zur Verfüllung des Ringraums zwischen Tragglied und Gleitrohr
bzw. Fixierrohr mit vorzugsweise erhärtendem Baustoff kann die
untere Pfahlkopfplatte eine oder mehrere Bohrungen aufweisen.
Selbstverständlich kann das Verfüllen jedoch auch bereits vor
dem Aufsetzen der unteren Pfahlkopfplatte erfolgen.
Die Herstellung einer Vorrichtung zum Vorspannen eines
Gründungselements erfolgt vorzugsweise dadurch, daß zunächst um
das bzw. die Tragglieder herum Fixierrohre und ggf. Gleitrohre
angeordnet werden, anschließend der Raum innerhalb des Fixier
rohrs bzw. des Gleitrohrs zumindest bis in Höhe des Endes des
Traggliedes vorzugsweise mit selbsterhärtendem Material verfüllt
wird, sodann die untere und obere Pfahlkopfplatte zusammen mit
dem Kraftübertragungsrohr aufgesetzt werden und schließlich die
Bodenplatte um die montierten Teile mittels erhärtbarem Material
hergestellt wird.
Wird ein Gleitrohr innerhalb des Fixierrohrs verwendet, so kann
in vorteilhafter Weise für die Herstellung der Vorrichtung nach
der Erfindung zunächst das Gleitrohr um das Tragglied herum
angeordnet werden und nach dem Verfüllen des entstehenden Ring
raums zwischen Tragglied und Gleitrohr und dem Aufsetzen der
unteren Pfahlkopfplatte eine mit dem Fixierrohr verbundene obere
Pfahlkopfplatte mit Kraftübertragungsrohr aufgesetzt werden und
anschließend die Bodenplatte um die montierten Teile mittels
selbst erhärtendem Material hergestellt werden. Hierdurch ergibt
sich u. a. der Vorteil, daß ein unbeabsichtigtes Verschieben der
oberen Pfahlkopfplatte bzw. des damit verbundenen Kraftübertra
gungsrohrs gegenüber dem Fixierrohr vor bzw. während der Her
stellung der Bodenplatte vermieden wird. Weitere Elemente oder
Maßnahmen zur Fixierung der Einzelteile zueinander bis zur Aus
härtung der Bodenplatte sind in diesem Fall nicht erforderlich.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung darge
stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung
zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der
Erfindung in spannungslosem Zustand (Fig. 1a) und vor
gespanntem Zustand (Fig. 1b) und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung nach der
Erfindung in vorgespanntem Zustand.
Die Vorrichtung 1 zum Vorspannen eines nur teilweise dargestell
ten Gründungselements 3 in Form eines Pfahls besteht im wesent
lichen aus einem Fixierrohr 5, einer unteren Pfahlkopfplatte 7
sowie einer oberen Pfahlkopfplatte 9, die einstückig mit einem
Kraftübertragungsrohr 11 verbunden ist. Dabei sind die vorge
nannten Elemente in eine aus erhärtbarem Material gefertigte
Bodenplatte 18 integriert.
Zur Herstellung der Vorrichtung nach der Erfindung wird zunächst
ein Gleitrohr 13 um ein Tragglied 15 eines bereits erstellten
Pfahls 3 herum auf dem Baugrund 17 angeordnet.
Anschließend wird der Ringraum 19 zwischen Tragglied 15 und der
Innenwandung des Gleitrohrs 13 mit selbsterhärtendem Baustoff
erfüllt.
Anschließend wird die untere Pfahlkopfplatte 7 aufgesetzt, die
beispielsweise - wie in Fig. 1 dargestellt - mittels einer an
der unteren Pfahlkopfplatte 7 vorgesehenen Muffe 7a mit dem
Tragglied 15 verbunden werden kann.
Die Länge bzw. Höhe des Gleitrohrs 13 ist dabei so bestimmt, daß
die Unterseite der unteren Pfahlkopfplatte 7 auf der oberen
Stirnseite des Gleitrohrs aufliegt.
Anschließend wird das Fixierrohr 5 zusammen mit der oberen
Pfahlkopfplatte 9 und dem damit verbundenen Kraftübertragungs
rohr 11 aufgesetzt. Hierzu kann vorzugsweise - wie in Fig. 1
dargestellt - die obere Pfahlkopfplatte fest mit dem Fixierrohr
verbunden sein, so daß nach dem Aufsetzen des Fixierrohrs und
der damit verbundenen oberen Pfahlkopfplatte eine stabile Lage
der einzelnen Elemente gewährleistet ist.
Des weiteren sind bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs
form der Erfindung Fixierelemente 21 in Form von in der oberen
Pfahlkopfplatte angeordneten Schrauben vorgesehen, deren Länge
so bestimmt ist, daß die Schrauben nach der Fertigstellung der
Bodenplatte 18 aus selbst erhärtendem Material von der Oberseite
der Bodenplatte 18 her zugänglich sind. Hierzu können die
Schrauben 21 beispielsweise in jeweils einem Rohr vorgesehen
sein, so daß die wenigstens im Bereich der oberen Pfahlkopfplat
te 9 mittels Gewinde 23 gehaltenen und geführten Fixierschrauben
21 auch nach dem Aushärten der Bodenplatte 18 frei drehbar sind.
Die Fixierschrauben 21 sind dabei derart ausgebildet, daß diese
durch die obere Pfahlkopfplatte 9 hindurch die Oberseite der
unteren Pfahlkopfplatte 7 beaufschlagen können.
Nach dem Einsetzen des die untere Pfahlkopfplatte 7 beaufschla
genden Kolbens 25 und dem Aufschrauben einer Pressenkammer 27
auf ein Außengewinde 29, das an einem über die Bodenplatte 18
hinausragenden Bereich des Kraftübertragungsrohrs 11 vorgesehen
ist, kann dann die erforderliche Vorspannkraft F über den Kolben 25
und die untere Pfahlkopfplatte 7 auf das Tragglied 15 einge
leitet werden. Dabei wird das System bestehend aus Kolben 25,
unterer Pfahlkopfplatte 7 und Tragglied 15 (ggf. zusammen mit
dem bereits erhärteten Material im Ringraum 19) in vertikaler
Richtung solange nach unten bewegt, bis dem System eine entspre
chend große Gegenkraft entgegenwirkt. Ist die Vorspannkraft F
größer als das Eigengewicht der Bodenplatte 18, so kann hier
durch in gewissen Grenzen sogar ein Anheben der Bodenplatte 18
und damit ein Anheben des darauf befindlichen Bauwerks erreicht
werden.
Nach Erreichen der gewünschten Vorspannung und der damit ver
bundenen Stellung der unteren Pfahlkopfplatte 7 (Fig. 1b) wird
diese Stellung durch das entsprechende Einschrauben der Fixier
schrauben 21 arretiert. Anschließend kann der zwischen oberer
und unterer Pfahlkopfplatte entstandene Raum mit erhärtbarem
Material gefüllt werden, so daß nach dessen Erhärten eine siche
re Arretierung dieser Position gewährleistet ist.
Durch das vorzugsweise Verwenden eines lösbaren Kolbens 25 er
gibt sich der Vorteil, daß für das Vorspannen mehrerer derarti
ger Vorrichtungen (beispielsweise in einer einzigen Bodenplatte)
nur ein Kolben 25 und eine einzige Pressenkammer 27 erforderlich
sind, die nacheinander für das Vorspannen aller Vorrichtungen
verwendet werden.
Wird der zwischen oberer und unterer Pfahlkopfplatte entstandene
Zwischenraum nur mittels einer nicht erhärtenden Korrosions
schutzmasse gefüllt, kann zudem die Vorrichtung jederzeit in
ihrer Spannung verändert werden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung nach der Erfindung
muß der über die Bodenplatte 18 hinausragende Teil des Kraft
übertragungsrohrs 11 nach dem Fertigstellen und Vorspannen des
Systems abgeschnitten werden, falls eine ebene Oberfläche der
Bodenplatte 18 erforderlich ist.
Dieser Nachteil ist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungs
form beseitigt. Erreicht wird dies durch den Einsatz eines
Kraftübertragungsrohrs, dessen Länge von vornherein so bestimmt
ist, daß dieses mit der Oberseite der Bodenplatte 18 fluchtet.
Im oberen Bereich weist dieses Kraftübertragungsrohr 11′ einen
Bereich mit größerem Innendurchmesser auf, in dem ein Innenge
winde 31 vorgesehen ist. In diesen Bereich kann der Stutzen 33
einer entsprechend ausgebildeten Pressenkammer 27 eingeschraubt
werden.
Der Stutzen 33 ist wiederum hohlzylindrisch ausgebildet, wobei
die Wandstärke des Zylinders der Differenz des größeren Innenra
dius im oberen Bereich des Kraftübertragungsrohrs 11 und dem
kleineren Innenradius im übrigen Teil des Rohrs 11′ entspricht.
Hierdurch wird sowohl im Hohlzylinder des Stutzens 33 als auch
im Kraftübertragungsrohr 11 eine gleichmäßige Führung des Kolbens
25 erreicht.
Nach dem Vorspannvorgang und dem Arretieren der gewünschten
Stellung mittels der Fixierschrauben 21 und/oder erhärtbarem
Baustoff kann dann die Pressenkammer 27 nach dem Entfernen des
Kolbens 25 abgeschraubt werden, ohne daß ein Abschneiden eines
Teils der Vorrichtung erforderlich wäre. Zudem wird hierdurch
gewährleistet, daß die Vorrichtung jederzeit nachgespannt werden
bzw. in ihrer Spannung verändert werden kann.