DE69228324T2

DE69228324T2 - Vorgespannter gründungspfahl und fundament

Info

Publication number: DE69228324T2
Application number: DE69228324T
Authority: DE
Inventors: James Collins
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-04
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2012-10-30
Also published as: US5234290A; AU665379B2; EP0648296A1; ES2129460T3; AU2901392A; DE69228324D1; CA2122833C; CA2122833A1; JPH07505931A; ATE176288T1; WO1993009299A1; KR0160175B1; EP0648296A4; EP0648296B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen für das Verdichten von Boden, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Erhöhen der Tragfähigkeit des Bodens.

BESCHREIBUNG DES BISHERIGEN STANDES DER TECHNIK

Bauwerkgründungen werden konstruiert, um das Gewicht des Bauwerkes auf den darunterliegenden Boden oder das Gestein zu übertragen, der als ein grundlegendes Tragelement dient. Die Gründung darf im wesentlichen nicht nachgeben, da eine der Hauptforderungen die Minimierung oder Eliminierung der Absenkung infolge des Nachgebens des Bodens unter den aufgebrachten Lasten ist.
Bauwerkgründungen liegen in zwei Hauptausführungen vor, nämlich den Flachgründungen und den Pfahlgründungen.
Eine Flachgründung ist ein Bauelement, das konstruiert wird, um eine konzentrierte Last zu verteilen, um den verteilten Druck bis zu einer zulässigen Anwendung zu reduzieren, der von dem darunter befindlichen Boden sicher aufgenommen werden kann.
Wenn der Boden auf oder unterhalb des Niveaus, wo die Flachgründung normalerweise angeordnet würde, in bestimmter Hinsicht für eine Flachgründungskonstruktion ungeeignet ist, dann muß das Gewicht des Bauwerkes in bestimmter Weise auf den Boden in größeren Tiefen oder auf Gestein übertragen werden. Druckpfähle oder Kegelfußpfähle werden für diesen Zweck verwendet. Derartige Pfähle können Reibungspfähle, die durch Mantelreibung getragen werden, Gow-Kegelfußpfähle oder stehende Pfähle sein, die sich auf die Beständigkeit und Festigkeit von hartem Boden oder Gestein unterhalb der Bodenfläche verlassen.
Flachgründungen werden bevorzugt, weil sie verglichen mit Pfählen relativ billig sind.
Wenn die sichere Tragfähigkeit oder die zulässige Pressung des Bodens jedoch kleiner ist als der Druck, der durch die Gründung auf den Boden angewandt wird, dann muß die Gründung aus Pfählen bestehen, wenn der Boden nicht stabilisiert werden kann. Der beliebteste Weg zur Stabilisierung des Bodens ist die Verdichtung durch Schwingungsvorrichtungen oder Walzen. Außerdem tritt durch Verdichten des Bodens eine Verfestigung auf, die das Entfernen von darin enthaltenem jeglichem überschüssigem Wasser ist. Die gegenwärtigen Verfahren für das Verdichten von Boden von ungebundener körniger Beschaffenheit kann die Tragfähigkeit des Bodens im wesentlichen erhöhen. Unter den gegenwärtigen Systemen erfordert das Verdichten von Boden jedoch eine ausgedehnte Größe des Maschinenparks und einen beträchtlichen Aufwand an Zeit. Das gleiche trifft für Pfahlgründungen zu. Diese Verfahren verdichten ebenfalls den Boden nur in der vertikalen Richtung, und in der seitlichen Richtung wird eine sehr geringe Verdichtung oder Festigkeit erzielt. Außerdem ist bei den gegenwärtigen Systemen die Ermittlung der Tragfähigkeit des verdichteten Bodens im besten Fall sehr schwierig und zeitaufwendig.
Die NL-A-279696, US-A-4225269 und US-A-2678540 offenbaren verschiedene bekannte Gründungskonstruktionen, bei denen die vorliegende Erfindung eine Verbesserung anstrebt.
Es ist daher ein Ziel unserer Erfindung, den Boden schnell und billig zu verdichten.
Es ist außerdem ein Ziel unserer Erfindung, den Boden mit einem minimalen Aufwand an Ausrüstung zu verdichten.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, den Boden in sowohl der seitlichen als auch der vertikalen Richtung zu verdichten, wodurch der Boden vorgespannt wird, bevor der Boden den tragenden Lasten unterworfen wird, und die Tragfähigkeit des Bodens genau zu ermitteln.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine stehende Pfahlgründung bereitgestellt, wie sie im Patentanspruch 1 dargelegt wird.
Bevorzugte charakteristische Merkmale dieses Aspektes der Erfindung werden in den Patentansprüchen 2 bis 4 dargelegt.
Der erste Abschnitt kann aus vielen Formen bestehen, wie beispielsweise einer kreisförmigen oder polygonalen, wie beispielsweise einer dreieckigen, quadratischen oder rechteckigen.
Der erste Abschnitt kann ebenfalls eine flache obere Fläche mit einem Loch umfassen, das koaxial zur Längsachse verläuft, wobei das Loch über dem unteren Ende des Rohres so angeordnet ist, daß das Rohr durch das Loch hindurchgeht und ein oberes Ende des Rohres mit der oberen Fläche bündig ist.
Die Erfindung stellt ebenfalls bereit: eine Hülle für einen Druckpfahl, wie im Patentanspruch 5 dargelegt wird; eine Verbindung eines ausziehbaren hydraulischen Einsetzwerkzeuges und einer stehenden Pfahlgründung, wie im Patentanspruch 7 oder 8 dargelegt wird; und ein Verfahren zur Herstellung einer Bodengründung, bei der eine stehende Pfahlgründung benutzt wird, wie sie in den Patentansprüchen 9 und 10 dargelegt wird.
Das Verfahren kann ebenfalls umfassen: das Graben eines Loches in den Boden und das Anordnen des Stempels über dem Loch; das Anordnen des Ankers im Loch und das Eingreifen des Ankers in den Boden; sowie das Aktivieren des Einsetzwerkzeuges, um die Druckkraft des Stempels anzuwenden.
Außerdem kann das Verfahren das Ausnutzen eines Meßgerätes beim Einsetzwerkzeug für das Messen des Druckes der Hydraulikflüssigkeit in den Zylindern und das Messen des hydrostatischen Druckes des hydraulischen Zylinders umfassen, während der Stempel in den Boden gedrückt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht einer stehenden Pfahlgründung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische untere Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Druckpfahls;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung längs der Linien III-III in Fig. 1;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung des nicht verdichteten Bodens mit einem darin befindlichen Bohrloch;
Fig. 5A eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Druckpfahls vor dem Einsetzen in den Boden mittels einer Verankerungsvorrichtung;
Fig. 5B eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Druckpfahls aus Fig. 5A, wobei die Verankerungsvorrichtung in den Boden eingesetzt ist;
Fig. 6 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Druckpfahls aus Fig. 5A, der im Boden mittels der Verankerungsvorrichtung eingebaut ist;
Fig. 7 die Einflußzonen im Boden für den Stempel, der teilweise im Boden eingebaut ist;
Fig. 8 die Einflußzonen im Boden für die stehende Pfahlgründung, die vollständig im Boden eingebaut ist;
Fig. 9 eine Schnittdarstellung der stehenden Pfahlgründung aus Fig. 6, wobei die Verankerungsvorrichtung entfernt ist;
Fig. 10 eine Schnittdarstellung der stehenden Pfahlgründung aus Fig. 9, wobei der Hohlraum mit Beton gefüllt ist;
Fig. 11 eine perspektivische Draufsicht einer Hülle für die in Fig. 1 gezeigte stehende Pfahlgründung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 eine Schnittdarstellung längs der Linien XII-XII in Fig. 11;
Fig. 13 eine Schnittdarstellung der in Fig. 1 gezeigten stehenden Pfahlgründung, die durch die in Fig. 11 gezeigte Hülle aufgenommen wird;
Fig. 14 eine Schnittdarstellung der stehenden Pfahlgründung und der Hülle, die in Fig. 13 gezeigt werden, und die im Boden eingebaut sind;
Fig. 15 eine Schnittdarstellung der in Fig. 14 gezeigten Hülle, die im Boden eingebaut ist, nachdem die stehende Pfahlgründung entfernt ist, wobei ein Hohlraum zurückbleibt;
Fig. 16 eine Schnittdarstellung der Hülle und des Hohlraumes, die mit Beton gefüllt sind;
Fig. 17 eine perspektivische Draufsicht einer rechteckig geformten stehenden Pfahlgründung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 eine perspektivische untere Ansicht der stehenden Pfahlgründung aus Fig. 17;
Fig. 19 eine perspektivische Draufsicht einer kreisförmig geformten stehenden Pfahlgründung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 20 eine perspektivische untere Ansicht der stehenden Pfahlgründung aus Fig. 19;
Fig. 21 eine perspektivische Draufsicht einer dreieckigen stehenden Pfahlgründung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 22 eine perspektivische untere Ansicht der stehenden Pfahlgründung aus Fig. 21;
Fig. 23A eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer weiteren Ausführung eines eingebauten Druckpfahls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 23B eine Schnittdarstellung der Fig. 23A; und
Fig. 24 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer weiteren Ausführung für das Einbauen des in Fig. 1 gezeigten Druckpfahls.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Fig. 1 bis 3 zeigen eine stehende Pfahlgründung 8 mit einem Stempel 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Der Stempel 10 erstreckt sich längs einer Längsachse 11 und umfaßt einen ersten Abschnitt 12, der an einem zweiten Abschnitt 14 befestigt ist; und ein Rohr 16, das sich unterhalb des zweiten Abschnittes 14 erstreckt. Das Rohr 16 ist koaxial mit der Längsachse 11 und ist entweder am ersten Abschnitt 12 oder am zweiten Abschnitt 14 befestigt.
Der erste Abschnitt 12 umfaßt: eine obere Wand 18; und vier Seitenwände 20, 22, 24 und 26, die daran befestigt sind und von dort herabhängen. Die obere Wand 18 umfaßt eine im wesentlichen flache quadratisch geformte obere Fläche 27, die durch vier äußere Ränder 28a, 28b, 28c, 28d begrenzt wird und ein mittig angeordnetes Loch 29 aufweist. Das Loch 29 ist koaxial mit der Achse 11. Jede Seitenwand weist auf: einen oberen Rand 30; einen unteren Rand 32; und zwei Seitenränder 34 und 36. Die Ränder 30 und 32 zeigen im wesentlichen die gleiche Länge wie die Ränder 28a-28d. Die oberen Ränder 30 der Seitenwände 20-26 sind an entsprechenden Rändern 28a-28d der Wand 18 befestigt. Entsprechende Seitenränder 34 und 36 der Seitenwände 20-26 sind aneinander befestigt, wodurch sie eine offene kastenartige Konstruktion bilden. Jede Seitenwand weist eine äußere Fläche 39 auf. Die äußeren Flächen 39 der Seitenwände 20, 22, 24 und 26 bilden eine Seitenfläche. Eine Ebene, die die obere Fläche 27 aufnimmt, verläuft senkrecht zur Achse 11. Die äußeren Flächen 39 der Seitenwände 20-26 sind quer zur oberen Fläche 27 angeordnet. Die unteren Ränder 32 der Wände 20-26 begrenzen ein Quadrat, das in einer Ebene 40 senkrecht zur Achse 11 aufgenommen wird.
Der zweite Abschnitt 14 umfaßt konvergierende Wände 42, 44, 46 und 48. Jede konvergierende Wand weist auf: einen oberen Rand 50; einen unteren Rand 52; Seitenränder 54 und 56; und eine äußere Fläche 58. Entsprechende Seitenränder der Wände 42-48 sind aneinander befestigt, wodurch eine pyramidenstumpfartige Mantelkonstruktion 59 mit einem ersten Ende 60, das durch den Rand 52 begrenzt wird, und einem zweiten kleineren Ende 62 gebildet wird, das durch die Ränder 50 begrenzt wird. Entsprechenden Ränder 52 des Endes 60 sind an den Rändern 32 der Wände 20-26 befestigt. Die äußeren Flächen 58 der Wände 42- 48 liegen zur Ebene 40 hin.
Der zweite Abschnitt 14 umfaßt ebenfalls divergierende Wände 64, 66, 68 und 70. Jede divergierende Wand weist auf: einen oberen Rand 72; einen unteren Rand 74; Seitenränder 76 und 78; und eine äußere Fläche 80. Entsprechenden Seitenränder 76 und 78 der Wände 64-70 sind aneinander befestigt, wobei sie eine im wesentlichen pyramidenstumpfartige Mantelkonstruktion 81 mit einem ersten Ende 82, das durch die Ränder 72 begrenzt wird, und einem zweiten kleineren Ende 84 bilden, das durch die Ränder 74 begrenzt wird. Das zweite Ende 84 bildet ein Loch 85 koaxial mit der Achse 11 und mit dem gleichen Durchmesser wie das Loch 29. Die Enden 62 und 82 zeigen die gleiche Größe, und ihre entsprechenden Ränder sind aneinander befestigt. Die Pyramidenstumpfkonstruktion 81 geht durch einen Innenraum 90 der Pyramidenstumpfkonstruktion 59 hindurch, und die Pyramidenstumpfkonstruktion 81 geht durch die Ebene 40 hindurch. Das Ende 84 der Pyramidenstumpfkonstruktion 81 ist unterhalb der Ebene 40 angeordnet, das Ende 60 der Pyramidenstumpfkonstruktion 59 wird innerhalb der Ebene 40 aufgenommen, und die Enden 62 und 82 sind über der Ebene 40 angeordnet.
Vorzugsweise sind entsprechende konvergierende Wände 42-48 und divergierende Wände 64-70 unter einem Winkel θ mit Abstand angeordnet, wie beispielsweise 90 Grad. Außerdem müssen entsprechende konvergierende Wände 42-48 und divergierende Wände 64-70 unter einem Winkel , beispielsweise 45 Grad, von der Ebene 40 mit Abstand angeordnet sein.
Wie aus Fig. 1 bis 3 zu ersehen ist, teilt die Ebene 40 den zweiten Abschnitt 14 in zwei Teile 100 und 102. Der erste Teil 100 wird durch Wände 42, 44, 46 und 48 und einen oberen Abschnitt 103 der Wände 64, 66, 68 und 70 begrenzt, die über der Ebene 40 angeordnet sind. Der erste Teil 100 bildet eine Aussparung 104, die über der Ebene 40 angeordnet ist. Der erste Teil 100 umfaßt ebenfalls zwei Ränder 106 und 108, die in der Ebene 40 aufgenommen werden. Der Rand 106 wird durch entsprechende Wandränder 52 begrenzt, und der Rand 108 wird durch Abschnitte der Wände 64, 66, 68 und 70 begrenzt, die die Ebene 40 unterbrechen.
Der zweite Teil 102 erstreckt sich nach unten und wird durch untere Abschnitte der Wände 64, 66, 68 und 70 begrenzt, die unterhalb der Ebene 40 angeordnet sind. Der zweite Teil 102 umfaßt ebenfalls den Rand 108 und einen Rand 110, der durch entsprechende divergierende Wandränder 74 begrenzt wird. Vorzugsweise müssen mit Ausnahme des Randes 108 alle Abschnitte des zweiten Teils 102 dichter an der Achse 11 angeordnet werden als jeder beliebige Abschnitt des ersten Teils 100. Außerdem ist ein sich verjüngendes Segment 112 des zweiten Teils 102 unterhalb eines Abschnittes des ersten Teils 100 angeordnet. Das Segment 112 weist zwei Enden auf, ein oberes Ende 114 dichter an der Ebene 40 und ein unteres Ende 116, das einen kleineren geometrischen Durchmesser aufweist als das Ende 114. Das Segment 112 erstreckt sich längs der Längsachse 11, und sein geometri scher Durchmesser verjüngt sich kontinuierlich vom Ende 114 nach 116. In den meisten Fällen wird das Segment 112 mit dem zweiten Teil 102 übereinstimmen. In bestimmten Fällen darf sich das zweite Teil 102 jedoch nicht über seine gesamte Länge verjüngen.
Das Rohr 16, das ein offenes Ende aufweist und hohl ist, weist zwei Enden auf, ein oberes Ende 120 und ein unteres Ende 122 und wird von den Löchern 29 und 85 aufgenommen. Das Ende 120 ist mit der oberen Fläche 27 der Wand 18 bündig, und das Ende 122 erstreckt sich unterhalb des zweiten Abschnittes 14. Das Loch 29 ist direkt über dem Ende 122 angeordnet, und das Ende 122 ist mit der oberen Fläche 27 bündig. Der Außendurchmesser des Rohres 16 gleicht annähernd dem Durchmesser der Löcher 29 und 85.
Der erste und der zweite Abschnitt 12 und 14 bilden einen Hohlraum 150 dazwischen. Stützbleche 160 werden innerhalb des Hohlraumes 150 angeordnet und an geeigneten Wänden sowohl des ersten Abschnittes 12 als auch des zweiten Abschnittes 14 befestigt, und sie erhöhen die Festigkeit des Stempels 10 gegenüber den Druckkräften. Außerdem werden für eine zusätzliche Festigkeit vorzugsweise alle Elemente des Stempels 10 aus Metall hergestellt, und die entsprechenden Teile werden miteinander verschweißt.
Das Folgende ist eine Beschreibung der Verwendung des Stempels 10. Zuerst wird, wie in Fig. 4 gezeigt wird, ein Bohrloch 200 in den nicht verdichteten Boden 202 gegraben. Der Durchmesser der Bohrlochwand 206 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Rohres 16. Das Bohrloch 200 muß sich mindestens mehrere ft, unterhalb des Endes 122 des Rohres 16 erstrecken.
Zweitens wird, wie in Fig. 5A gezeigt wird, eine Verankerungsvorrichtung im Loch angeordnet und eingebaut, wie im Fachgebiet gut bekannt ist; danach wird, wie in Fig. 5B gezeigt wird, das Ende 122 des Rohres 16 im Bohrloch 200 angeordnet, wobei das Ende 84 des Pyramidenstumpfes 81 auf einer oberen Fläche 208 des nicht verdichteten Bodens 202 aufliegt. Danach kommt die Verankerungsvorrichtung oder die ausziehbare hydraulische Werkzeugbaugruppe 210, wie beispielsweise die, die im U. S. Patent Nr. 4974997 offenbart wird, worauf man sich hierin bezieht, mit dem Stempel 10 in Eingriff.
Die Verankerungsvorrichtung 210 umfaßt eine Gewindestange 220, die sich längs der Achse 11 erstreckt und durch das Rohr 16 hindurchgeht. Die Stange erstreckt sich ebenfalls oberhalb und unterhalb des Stempels 10. Die Gewindestange kann eine Kupplung 222 umfassen, die verwendet wird, um zwei kürzere Segmente der Gewindestange miteinander zu verbinden. Eine hydraulische Betätigungsanordnung 230 ist direkt über der oberen Fläche 27 des Stempels 10 angeordnet und umfaßt zwei mit Abstand angeordnete hydraulische Antriebseinrichtungen 240 und 242, die jeweils Kolben 243 aufweisen, die innerhalb eines Zylinders 244 beweglich sind. Der Kolben 243 weist einen Kolbenarm auf, der sich aus dem Zylinder heraus erstreckt. Die Bewegung eines jeden Kolbens bewirkt, daß sich der dazugehörende Kolbenarm weg von seinem dazugehörenden Zylinder erstreckt oder sich in diesen hinein zurückzieht. Eine obere Kolbenarmauflageplatte 245 ist an den ausgezogenen Enden der Kolbenarme befestigt, und eine Zylinderauflageplatte 246 ist an einer Basis der Zylinder befestigt. Die Auflageplatten 245 und 246 verlaufen parallel zueinander. Eine Befestigungsmutter 248 wird mittels Gewinde von der Stange 222 aufgenommen und stößt gegen eine obere Fläche der Auflageplatte 245, um eine nach oben gerichtete vertikale Bewegung der Auflageplatte 245 zu verhindern. Die hydraulischen Zylinder 240 und 242 umfassen Anschlußstücke oder Eintrittseinrichtungen 250 und sind mit einem elastischen Hydraulikschlauch 252 verbunden. Das ermöglicht, daß der Zylinder 244 mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt wird, die bewirkt, daß sich der Kolbenarm vom Zylinder nach außen erstreckt. Eine Veränderung des Druckes der Hydraulikflüssigkeit auf den Zylinder verändert den Abstand zwischen den Auflageplatten. Der Schlauch 252 ist mit einem Manometer 254 verbunden. Die Hydraulikflüssigkeit ist innerhalb der Zylinder 240. 242 und des Hydraulikschlauches 252 enthalten. Eine erste Auflageplattenöffnung 256 ist in der Zylinderauflageplatte 246 in der Mitte zwischen dem Zylinder angeordnet, und eine zweite Auflageplattenöffnung 258 ist in der Kolbenarmauflageplatte 245 in der Mitte zwischen den Kolbenarmen angeordnet. Die ersten und zweiten Öffnungen sind für den Durchgang der Stangen dort hindurch miteinander ausgerichtet. Ein unteres Ende 260 der Gewindestange 220 ist an der Ankerdrehplattenbaugruppe 270 befestigt, die Begrenzungseinrichtungen oder untere Seitenplatten 272 und 274 umfaßt. Die Seitenplatten 272 und 274 sind so ausgeführt, daß sie mit Abschnitten der Bohrlochwand 206 in Eingriff kommen, wie beispielsweise in Fig. 5B gezeigt wird.
Vor dem Anordnen des Rohres 16 des Stempels 10 im Loch werden die hydraulischen Antriebseinrichtungen 240. 242 dadurch betätigt, daß die Hydraulikflüssigkeit unter Druck gesetzt wird. Das bewirkt, daß sich die Kolben 243 nach oben ausdehnen, was wiederum kontinuierlich die Seitenplatten 272, 274 nach außen drückt und Schneidarmabschnitte in der Bohrlochwand 206 bildet, was gut bekannt ist. Danach wird der Abschnitt der Verankerungsvorrichtung 210, der über dem Boden 202 angeordnet ist, entfernt, und der Stempel wird auf dem Boden angeordnet, wobei das Ende 84 auf dem Boden aufliegt. Der zweite Abschnitt der Verankerungsvorrichtung 210 wird erneut an der Auflageplatte 246 befestigt, die auf der oberen Fläche 27 des Stempels aufliegt. Wiederum wird die hydraulische Motoreinrichtung betätigt, wodurch bewirkt wird, daß die Auflageplatte 246 gegen die obere Fläche des Stempels 10 drückt. Das drückt wiederum den Stempel 10 in den nicht verdichteten Boden 202, wie in Fig. 6 gezeigt wird, und bewirkt eine Verdichtung und Verfestigung des Bodens darunter. Die hydraulischen Antriebseinrichtungen 240 und 242 werden betätigt, bis die richtige Ablesung am Manometer 254 erhalten wird, um die geeignete Verdichtung und Verfestigung des Bodens anzuzeigen, der sich unter der zweiten Fläche 14 des Stempels 10 befindet. Vorzugsweise wird der hydrostatische Druck auf die Zylinder in Stufen angewandt. Es wurde ermittelt, daß das die Tragfähigkeit des Bodens erhöht. Die Ablesung am Manometer 254 entspricht der Tragfähigkeit des Bodens 202. Sobald das Manometer eine geeignete Ablesung erreicht hat, können dementsprechend die hydraulischen Zylinder inaktiviert werden. Auf diese Weise kann die Tragfestigkeit des verdichteten und verfestigten Bodens 290 leicht ermittelt werden. Die entsprechenden Manometerwerte werden durch Prüfwerte ermittelt und können für jede Art von Boden entwickelt werden.
Der Abschnitt der divergierenden Flächen 64, 66, 68 und 70, der sich unterhalb der Ebene 40 befindet, d. h., der zweite Teil 102 des Abschnittes 14, ermöglicht, daß der Boden 202 radial nach außen verdichtet wird, wodurch die Tragfähigkeit des Bodens erhöht wird. Der erste Teil 100 und der zweite Abschnitt 14 verhindern, daß der Boden 202 beim Verdichten und Verfestigen versagt. Genauer gesagt, die Aussparung 104 verhindert, daß der Boden infolge Reibungsbruch versagt. Vorzugsweise wird die obere Fläche 27 des Stempels unter die obere Fläche 208 des Bodens gedrückt, wodurch ein Verdichtungsloch 290 im Boden gebildet wird.
Fig. 7 zeigt den Stempel 10, der teilweise in den Boden 202 eingesetzt ist. Das Einsetzen bewirkt, daß der Stempel 10 eine Verdichtung. Verfestigung und Positionierung der Scherebene der tragenden Bodenschichten bewirkt, wie durch die Pfeile 292 gezeigt wird, die sich in seitlicher und vertikaler Richtung befinden, um die umgebende Medienzone 294 zu verdichten, die durch die Scherlinien 296 und 298 begrenzt wird.
Fig. 8 zeigt den Stempel 10, der vollständig in den Boden eingesetzt ist. Scherlinien 296 und 298 erstrecken sich vom Stempel aus radial nach außen und unterstützen die Erhöhung der Tragfähigkeit des Bodens. Die Scherebene wird größer, während der Stempel 10 tiefer in den Boden eingesetzt wird.
Wie in Fig. 9 gezeigt wird, wird als nächstes die Verankerungsvorrichtung 210 vom Stempel 10 getrennt und aus dem Bohrloch 200 entfernt. Der Stempel 10 kann als eine Flachgründung wirken, und die Bauwerke 299 können darauf angebracht werden, und die durch das Bauwerk ausgeübten Kräfte F können durch den darunter befindlichen festeren verdichteten Boden aufgenommen werden. Alternativ kann Beton in das Loch 290 eingebracht werden, wie in Fig. 10 gezeigt wird, und der Hohl raum des Stempelrohres 16 und das Bohrloch 200 werden entweder teilweise oder vollständig gefüllt. Das bringt eine weitere Festigkeit für die Gründung und erzeugt eine Kombination von Flachgründung und Gow- Kegelfußpfahl.
Fig. 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführung der Erfindung. Genau gesagt, Fig. 11 und 12 zeigen eine Hülle 300 für das Aufnehmen des Stempels 10. Die Hülle 300 ist im wesentlichen geometrisch gleich aber größer als der Stempel 10. Die Hülle 300 umfaßt einen oben offenen ersten Abschnitt 301 mit vier Seitenwänden 302. 304. 306 und 308, die zusammenhängend miteinander an ihren entsprechenden Enden befestigt sind. Die Hülle 300 umfaßt außerdem einen zweiten Abschnitt 309 mit konvergierenden Wänden 310, 312, 314 und 316 und divergierenden Wänden 318, 320, 322 und 324. Entsprechende Enden der Wände 310-316 sind an den Wänden 302-308 befestigt; und entsprechende Ränder der Wände 310-316 sind an den Wänden 318-324 befestigt. Ein Rohr 328 mit offenem Ende erstreckt sich unterhalb der Wände 318-324 und weist ein Ende daran befestigt auf.
Die Innenflächen der Hülle entsprechen den Außenflächen des Stempels 10. Genau gesagt, die Innenflächen der Wände 302-304 entsprechen der Seitenflächenform, die durch die Wände 20-26 des Stempels 10 gebildet wird. Die Innenflächen der Wände 310-316 bilden einen Pyramidenstumpf 59, der durch die Wände 42-48 des Stempels 10 gebildet wird. Die Innenflächen der Wände 318-324 bilden einen Pyramidenstumpf, der dem Pyramidenstumpf 81 entspricht, der durch die Wände 64-70 des Stempels 10 gebildet wird. Die Innenfläche des Rohres 328 entspricht der Außenfläche des Rohres 16, die sich unterhalb des Pyramidenstumpfes 81 des Stempels 10 erstreckt. Ein Hohlraum 330 wird durch die Innenflächen des ersten Abschnittes 301, den zweiten Abschnitt 309 und das Rohr 328 begrenzt. Die Hülle besteht vorzugsweise aus Kunststoffolie und kann vakuumgeformt werden.
Wie in Fig. 13 gezeigt wird, wird der Stempel 10 innerhalb des Hohlraumes 330 der Hülle 300 aufgenommen, wodurch eine Hüllen/Stempel-Anordnung 350 gebildet wird. Genau gesagt, die Außenflächen der Stempelwände 20-26, 42-48 und 64-70 und die Rohrwand 16 stoßen an die Innenflächen der Hüllenwände 302-306, 310-312, 318-324 und bzw. die Innenfläche des Rohres 26. Die Hüllen/Stempel-Anordnung 350 wird in der gleichen Weise eingebaut, wie es vorangehend für den Stempel 10 diskutiert wurde. Wie in Fig. 14 gezeigt wird, nachdem die Verankerungsvorrichtung 210 getrennt ist, und, wie in Fig. 15 gezeigt wird, wird jedoch der Stempel 10 ebenfalls aus der zusammengedrückten Fläche des Bohrloches 290 entfernt. Auf diese Weise kann der Stempel 10 wieder verwendet werden. Schließlich, wie in Fig. 16 gezeigt wird, werden das Loch 206 und der Hohlraum 330 der Hülle 300, die einen Hohlraum bilden, mit Beton 360 gefüllt, was zu einer Gründung führt.
Der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgeführte Stempel muß nicht auf die in Fig. 1-3 gezeigte Form beschränkt werden, sondern kann ebenfalls andere geometrische Formen für den ersten Abschnitt, zweiten Abschnitt und das Rohr umfassen, wie beispielsweise jene, die in Fig. 17-22 gezeigt werden. Die Stempel müssen jedoch einen ersten Abschnitt und zweiten Abschnitt umfassen, wo der zweite Abschnitt die Begrenzung der Teile 100 und 102 umfaßt.
Genau gesagt, Fig. 17 und 18 zeigen einen Stempel 400 mit einem ersten Abschnitt 402, einem zweiten Abschnitt 404 und einem Rohr 406, die alle miteinander befestigt sind. Der erste Abschnitt 402 umfaßt eine im wesentlichen rechteckig geformte obere Fläche 410. Der zweite Abschnitt 404 umfaßt zwei Pyramidenstümpfe 412 und 414 mit rechteckig geformten Enden. Vier mit Gewinde versehene Wellen 420 erstrecken sich von der oberen Fläche des ersten Abschnittes 402 aus nach oben. Konstruktive Halterungen, die im Fachgebiet gut bekannt sind, sind an den Wellen 420 befestigt. Kanäle oder Säulen können danach an den Halterungen angebracht werden.
Fig. 19 und 20 zeigen einen Stempel 500, der sich längs einer Achse 501 erstreckt und einen ersten Abschnitt 502, einen zweiten Abschnitt 504 und ein Rohr 506 koaxial mit der Achse 501 aufweist, alle miteinander befestigt. Der erste Abschnitt umfaßt eine im wesentlichen kreisförmige obere Fläche 510. Der zweite Abschnitt umfaßt zwei kegelstumpfartige Flächen 512 und 514 mit kreisförmigen Enden. Das Rohr erstreckt sich unterhalb der Kegelflächen 512 und 514. Eine kegelstumpfartige Fläche 512 weist ein erstes Ende 516 auf, das größer ist als ein zweites Ende 518, und eine kegelstumpfartige Fläche 514 weist ein drittes Ende 520 auf, das größer ist als ein viertes Ende 522. Das zweite Ende 518 und das dritte Ende 520 sind von der gleichen Größe und miteinander befestigt. Das erste Ende 516 ist am ersten Abschnitt 502 befestigt, und das vierte Ende 522 ist unterhalb des ersten Endes 516 angeordnet. Die Enden 518 und 520 sind über einer Ebene angeordnet, die durch die Kegel hindurchgehen, und senkrecht zur Achse 501. Das Ende 522 ist unterhalb der Ebene angeordnet, und das Ende 516 wird innerhalb der Ebene aufgenommen. Der erste Abschnitt umfaßt eine kreisförmige obere Fläche 540, die ein dort hindurchgehendes Loch aufweist.
Fig. 21 und 22 zeigen einen Stempel 600 mit einem ersten Abschnitt 602, einem zweiten Abschnitt 604 und einem Rohr 606, die alle miteinander befestigt sind. Der erste Abschnitt 602 umfaßt eine im wesentlichen flache dreieckig geformte obere Fläche 610. Der zweite Abschnitt 604 umfaßt zwei Pyramidenstümpfe 612 und 614 mit dreieckig geformten Enden.
Fig. 23 zeigt einen eingebauten Stempel 650, der dem Stempel 101 gleicht, außer daß er zwei Rohre aufweist. Der Stempel 650 umfaßt einen ersten Abschnitt 660, einen zweiten Abschnitt 670 mit einem ersten Teil 672 und 674 und zwei Rohre 680. Separate Verankerungseinrichtungen gelangen durch die entsprechenden Rohre 660. Eine vollständige Flachgründung kann auf diese Weise eingebaut werden.
Fig. 24 zeigt einen alternativen Einbau des Stempels 10. Genau gesagt, eine hydraulische Betätigungseinrichtung 700 wird über dem Stempel 10 zwischen einer oberen Auflageplatte 710 und einer unteren Auflageplatte 720 angeordnet. Die Auflageplatte 720 liegt auf der oberen Fläche 27 des Stempels 10. Längliche I-Träger 730, von denen nur einer gezeigt wird, liegen auf der Auflageplatte 710 auf. Jeder I-Träger 730 weist entgegengesetzte Enden 740 und 750 auf. Eine Gewindestange 760 geht zwischen den I-Trägern 730 hindurch. Ein Ende der Stange 760 ist an einem Schneckenanker 770 befestigt, der im Fachgebiet gut bekannt ist. Das andere Ende der Stange 760 weist eine Flügelmutter/- Scheiben-Anordnung 775 auf, die mittels Gewinde daran befestigt ist und gegen die oberen Flächen der I-Träger 730 stößt. Gleichfalls geht eine Gewindestange 780 zwischen den I- Trägern 730 in der Nähe der Enden 750 hindurch. Ein Ende der Gewindestange 780 ist in einem Betonanker 790 eingebettet, und das andere Ende weist eine Flügelmutter/Scheiben- Anordnung 795 auf, die mittels Gewinde daran befestigt ist und gegen die oberen Flächen der I-Träger 730 stößt. Beide Arten von Ankern 770 oder 790 können anstelle der Drehplattenbaugruppe 270 des Ankers 210 eingesetzt werden.
Beim Betrieb wird das untere Ende des Stempels 10 in einem vorgegrabenen Bohrloch angeordnet, und danach wird das vorangehend beschriebene Verankerungssystem eingerichtet, wie gezeigt wird. Als nächstes wird die hydraulische Betäti gungsanordnung 700 unter Druck gesetzt, wie es vorangehend diskutiert wurde, und der Stempel 10 wird in den Boden 202 gedrückt, wodurch der Boden unter dem Stempel 10 verdichtet und verfestigt wird. Nachdem eine geeignete Verdichtung und Verfestigung des Bodens erhalten wurde, werden die I-Träger 730 entfernt, und ein Bauwerk kann direkt auf dem Stempel 10 angeordnet werden, oder der Stempel 10 kann zuerst mit Beton gefüllt werden, wie vorangehend diskutiert wird. Die Anker 770 oder 790 können entweder im Boden verbleiben oder entfernt werden.
Die vorangehend angeführten Einbauverfahren für den Stempel 10 erfordern zwei Personen, und der Stempel 10 kann schnell eingebaut werden, sagen wir in der Größenordnung von einer Stunde. Außerdem kann der Stempel wiederverwendbar sein, wenn er mit einer Hülle eingesetzt wird. Daher führt die vorangehend beschriebene Erfindung zu einer erhöhten Bodenfestigkeit ohne die hohen Kosten von schweren Maschinen oder Pfählen.
Obgleich die bevorzugten Ausführungen im Boden eingebaut gezeigt wurden, können die Stempel ebenfalls in anderen Medien eingebaut werden, wie beispielsweise Gestein, und sie können seitwärts oder nach oben eingebaut werden, wie beispielsweise in einem Grubentunnel.
Nachdem die gegenwärtig bevorzugten Ausführungen meiner Erfindung beschrieben wurden, ist es so zu verstehen, daß sie innerhalb des Bereiches der als Anhang beigefügten Patentansprüche anderweitig ausgeführt werden können.

Claims

1. Stehende Pfahlgründung (8) für das Verdichten von Boden, die aufweist:

einen Stempel (10), der sich längs einer Längsachse (11) erstreckt und einen ersten Abschnitt (12) und einen zweiten Abschnitt (14) aufweist; wobei der erste Abschnitt (12) so ausgeführt ist, daß er eine Druckkraft für das Drücken des Stempels in den Boden aufnimmt, und wobei der zweite Abschnitt (14) so ausgeführt ist, daß er auf dem zu verdichtenden Boden aufliegt; und

eine Ebene (40), die senkrecht zur Längsachse (11) verläuft und durch den zweiten Abschnitt (14) hindurchgeht; dadurch gekennzeichnet, daß

der zweite Abschnitt (14) ein erstes Teil (100) und ein zweites Teil (102) aufweist, wobei das erste Teil (100) eine Innenkante (108) und eine Außenkante (106) aufweist, die die Ebene (40) schneiden, wobei die Außenkante (106) des ersten Teils am ersten Abschnitt (12) angebracht wird und weiter weg von der Längsachse (11) angeordnet ist als die Innenkante (108) des ersten Teils (100), und wobei das erste Teil (100) eine Aussparung (104) bildet, die über der Ebene (40) angeordnet ist, und wobei das zweite Teil (102) eine Außenkante (108) aufweist, die an der Innenkante (108) des ersten Teils angebracht wird, wobei sich das zweite Teil (102) bei der Benutzung nach unten von der Ebene (40) aus erstreckt, wobei das zweite Teil (102) ein sich verjüngendes Segment (112) aufweist, das sich längs der Längsachse (11) erstreckt und ein oberes Ende (114) und ein unteres Ende (116) bei der Benutzung aufweist, wobei das obere Ende (114) dichter an der Ebene (40) angeordnet ist und einen größeren geometrischen Durchmesser aufweist als das untere Ende (116), worin sich das Segment (112) kontinuierlich vom oberen Ende (114) zum unteren Ende (116) verjüngt.

2. Stehende Pfahlgründung nach Anspruch 1, die außerdem ein Rohr (16) aufweist, wobei das Rohr (16) am zweiten Abschnitt (14) angebracht ist und koaxial mit der Längsachse (11) verläuft und sich längs dieser erstreckt, und wobei ein unteres Ende (122) des Rohres (16) bei der Benutzung unterhalb der Ebene (40) und des zweiten Abschnittes (14) angeordnet ist.

3. Stehende Pfahlgründung (600) nach Anspruch 1 oder 2, bei der erste und zweite Teile zusammen eine erste pyramidenstumpfartige Fläche (612), die ein erstes Ende aufweist, das größer ist als ein zweites Ende, und eine zweite pyramidenstumpfartige Fläche (614) begrenzen, die ein drittes Ende aufweist, das größer ist als ein viertes Ende, wobei das zweite Ende und das dritte Ende im wesentlichen die gleiche Abmessung aufweisen, wodurch das zweite Ende am dritten Ende angebracht wird, das erste Ende am ersten Abschnitt angebracht wird, und das vierte Ende durch das untere Ende des sich verjüngenden Segmentes begrenzt und unterhalb des ersten Endes bei der Benutzung angeordnet wird, und wobei das zweite Ende und dritte Ende über der Ebene (40) angeordnet werden, und wobei das vierte Ende unterhalb der Ebene (40) bei der Benutzung angeordnet wird.

4. Stehende Pfahlgründung (500) nach Anspruch 1 oder 2, bei der erste und zweite Teile zusammen eine erste kegelstumpfartige Fläche (512), die ein erstes Ende aufweist, das größer ist als ein zweites Ende, und eine zweite kegel stumpfartige Fläche (514) begrenzen, die ein drittes Ende aufweist, das größer ist als ein viertes Ende, wobei das zweite Ende und das dritte Ende die gleiche Abmessung aufweisen, wodurch das zweite Ende am dritten Ende angebracht wird, das erste Ende am ersten Abschnitt angebracht wird, und das vierte Ende durch das untere Ende des sich verjüngenden Segmentes begrenzt und unterhalb des ersten Endes bei der Benutzung angeordnet wird, und wobei das zweite Ende und das dritte Ende über der Ebene angeordnet werden, und das vierte Ende bei der Benutzung unterhalb der Ebene angeordnet wird.

5. Hülle (300) für eine stehende Pfahlgründung für das Verdichten des Bodens, bei dem die stehende Pfahlgründung die charakteristischen Merkmale des Anspruches 1 aufweist und der erste Abschnitt eine Seitenfläche aufweist, wobei die Hülle aufweist:

einen ersten Abschnitt (301) mit einer Innenfläche, die der Seitenfläche des ersten Abschnittes (12) des Stempels entspricht, wobei der erste Abschnitt (301) der Hülle einen Aussparungsabschnitt und einen integrierten zweiten Abschnitt (309) umfaßt, der eine Innenfläche aufweist, die der Außenfläche des zweiten Abschnittes (14) des Stempels (10) entspricht, wobei die Innenfläche der Hülle (300) einen Hohlraum (330) bildet, der so ausgeführt ist, daß er den Stempel (10) aufnimmt.

6. In Verbindung eine stehende Pfahlgründung nach Anspruch 1 und eine Hülle nach Anspruch 5, bei der der Stempel (10) vom Hohlraum (330) der Hülle (300) aufgenommen wird und die Seitenfläche des ersten Abschnittes (12) des Stempels und die Außenfläche des zweiten Abschnittes (14) des Stempels die Innenfläche der Hülle (300) berühren.

7. In Verbindung ein ausziehbares hydraulisches Einsetzwerkzeug und eine stehende Pfahlgründung für das Verdichten des Bodens nach Anspruch 1, wobei das ausziehbare hydraulische Einsetzwerkzeug aufweist: eine Einrichtung (240) für das Anwenden einer Druckkraft auf den ersten Abschnitt (12) des Stempels (10), um den zweiten Abschnitt (14) des Stempels in den Boden zu drücken; und einen Anker (270).

8. Verbindung nach Anspruch 7, bei der die stehende Pfahlgründung ein Loch aufweist, das dort hindurchgeht, und bei der das ausziehbare hydraulische Einsetzwerkzeug aufweist: mit Abstand angeordnete hydraulische Antriebseinrichtungen (240. 242), die die Einrichtung (240) für das Anwenden einer Druckkraft festlegen, wobei jede Antriebseinrichtung einen Kolben aufweist, der innerhalb eines Zylinders (243, 244) beweglich ist, wobei der Kolben einen Kolbenarm aufweist, der sich aus dem Zylinder heraus erstreckt, wobei die Bewegung eines jeden Kolbens bewirkt, daß sich der dazugehörende Kolbenarm weg von seinem dazugehörenden Zylinder erstreckt oder in diesen hinein zurückzieht; eine Zylinderauflageplatte (246), die an der Basis der Zylinder befestigt ist; eine obere Kolbenarmauflageplatte (245), die an den ausgezogenen Enden der Kolbenarme befestigt ist: eine Eintrittseinrichtung in jeden der Zylinder für das Einfüllen der Hydraulikflüssigkeit, wobei das Eintreten der Flüssigkeit bewirkt, daß sich die Kolbenarme von den Zylindern aus nach außen erstrecken, wobei die Auflageplatten (245, 246) parallel zueinander verlaufen; eine erste Auflageplattenöffnung (256), die in der Zylinderauflageplatte (246) in der Mitte zwischen den Zylinder angeordnet ist; eine zweite Auflageplattenöffnung (258), die in der Kolbenarmauflageplatte (245) in der Mitte zwischen den Kolbenarmen angeordnet ist, wobei die erste und zweite Öffnung (256. 258) miteinander für den Durchgang einer Stange dort hindurch ausgerichtet sind, wobei die Baugruppe so ausgeführt ist, daß eine Veränderung des Druckes der Hydraulikflüssigkeit in den Zylindern den Abstand zwischen den Auflageplatten (245, 246) verändert; wobei der Anker (270) eine Stange (220) aufweist, die sich daraus erstreckt, und wobei sich die Stange durch die ausgerichteten Öffnungen erstreckt; und eine Begrenzungseinrichtung an der Stange für das Begrenzen der Bewegung der einen der Auflageplatten, wobei die andere der Auflageplatten für ein Aufliegen auf der oberen Fläche des ersten Abschnittes des Stempels ausgelegt ist, um die Vorrichtung in den Boden einzusetzen, wobei die Stange durch das Loch des Stempels hindurchgeht.

9. Verfahren zur Herstellung einer Bodengründung, bei der eine stehende Pfahlgründung nach Anspruch 1 benutzt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Anordnen des zweiten Abschnittes (14) des Stempels (10) auf einer Fläche des nichtverdichteten Bodens;

b) Anwenden einer Druckkraft auf den ersten Abschnitt (12); und

c) Drücken des Stempels (10) in den Boden, wodurch der Boden in der Aussparung und direkt unterhalb des Stempels (10) verdichtet und verfestigt wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Bodengründung nach Anspruch 9, das außerdem den vorherigen Schritt des:

Anordnens einer Hülle über dem Stempel;

und die folgenden anschließenden Schritte aufweist;

Entfernen des Stempels aus dem verdichteten und verfestigten Boden;

Zurücklassen der Hülle im Boden; und

Füllen der Hülle mit Beton.