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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Betonpfahl zum Tragen von Konstruktionen wie zum Beispiel
von Hochstraßen,
Viadukten und dergleichen in einem bestimmten Abstand über dem
Boden, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Ein derartiger Pfahl ist aus der FR-A-501.464 bekannt.
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Ein wichtiger Aspekt solcher Pfähle oder Säulen ist
es, daß es
möglich
sein muß,
sie im Boden innerhalb kurzmöglichster
Zeit und auf umweltfreundliche Weise zu postionieren, um die Kosten
und die Unannehmlichkeiten auf ein Minimum zu reduzieren. Insbesondere
beim Bauen von Viadukten und dergleichen ist dies ein wichtiges
Erfordernis, um die Störung
des Betriebs zu minimieren.
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Ferner müssen solche Pfähle eine
hohe Tragfähigkeit
aufweisen und fest in dem Boden verankert sein.
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In der Vergangenheit wurden Säulen errichtet,
indem zunächst
eine Anzahl von Grundpfählen
in den Boden eingebracht wurden, auf welchen Pfählen eine Fundamentplatte oder
ein Fußplattensockel
aus Beton angeordnet wurde, und indem schließlich dann die Säulen darauf
gebaut wurden. Die Errichtung erfolgte entweder, indem Beton an
Ort und Stelle gegossen würde
oder indem vorgefertigte Elemente montiert wurden. Folglich benötigte das
Verankern und Er richten der Säule
eine lange Zeit und brachte all die oben erwähnten ungünstigen Folgen mit sich.
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Die FR-A-501.464 offenbart einen
in den Boden zu schraubenden Betonpfahl, welcher einen Außengewinde
und eine Anzahl von Kanälen
umfaßt, welche über dem
Umfang verteilt sind und sich in longitudinaler Richtung des Schaftes
erstrecken. Die Kanäle
haben Verzweigungen, welche an dem Außengewinde nach außen öffnen, um
zur Minderung der Reibung zwischen dem Pfahl und dem Erdreich Wasser
einzuspritzen oder Beton zur Steigerung der Tragfähigkeit
des Pfahls einzuspritzen. Jedoch sind keine Mittel vorgesehen, die
dafür sorgen,
daß der Pfahl
in der richtigen Position in den Boden geschraubt wird.
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Die Erfindung zielt darauf ab, einen
derartigen Pfahl vorzusehen, in welchem sich der obere Säulenabschnitt über das
Bodenniveau hinaus um einen beträchtliche
Distanz erstreckt und die Konstruktion direkt trägt. Somit ist es für den Pfahl
von wesentlicher Wichtigkeit, daß er in einer korrekt vertikalen
Position in den Boden geschraubt wird und daß eine Reihe der Pfähle genau
zueinander ausgerichtet sind.
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Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Pfahl bereitzustellen, welcher schnell, einfach
und effektiv in dem Boden verankert werden kann, und mit welchem
es möglich
ist, daß die
Position des Pfahls kontrolliert werden kann, während der Pfahl in den Boden
geschraubt wird.
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Gemäß der Erfindung wird diese
Aufgabe mittels eines Pfahls, welcher die kennzeichnenden. Merkmale
gemäß dem Anspruch
1 aufweist, gelöst. Während der
Pfahl eingeschraubt wird, wird folglich seine Position gemessen
und in dem Fall, daß die
gemessene Position von der gewünschten
Position abweicht, wird das Volumen der zugeführten Fluidisierungsflüssigkeit örtlich variiert,
um diese Abweichung zu beseitigen. Dadurch wird die Position des
Pfahls genau kontrolliert, während
er eingeschraubt wird, und die Möglichkeit,
daß der
Pfahl aus der Position herausgezogen wird, wird auf eine einfache
und effiziente Weise vermieden. Es muß klar sein, daß der erfindungsgemäße Pfahl,
auf welchem in folgenden als Säulenpfahl
Bezug genommen wird, ein Pfahl mit einer beträchtlichen Länge von annähernd 20–30 m und einem Durchmesser
von annähernd
1,5 m ist.
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Der Säulenpfahl kann mittels eines
geeigneten Antriebsgerätes,
welches den Pfahl in Rotation versetzt, in den Boden geschraubt
werden. Es ist auch möglich,
einen Erdbohrer einzusetzen, welcher in den Hohlraum innerhalb des
Pfahls angeordnet ist und die Erde, welche durch das offene untere
Ende eintritt, nach oben führt.
Um in der Lage zu sein, die Erde, welche nach oben geführt wird,
zu entladen, wird die Erde mit ausreichend Flüssigkeit vermengt, wobei die
Flüssigkeit
vorzugsweise durch den Hohlkern des Erdbohrers zugeführt wird.
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Geeignetenfalls kann die Säulenpfahl
durch den Erdbohrer angetrieben werden, obwohl der Erdbohrer auch
separat in einer der Rotation entgegengesetzten Richtung angetrieben
werden kann, wodurch die Reaktionskräfte, die durch den Säulenpfahl – während er
eingeschraubt wird – an
dem Antriebswerkzeug und der darunterliegenden Konstruktion erzeugt
werden, in einem gewissen Maß kompensiert
werden.
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Die Erfindung wird genauer mit Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen, welche eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pfahls
grafisch darstellt, erläutert.
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1 zeigt
grafisch eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Pfahls, welcher in den
Boden geschraubt wurde;
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2 zeigt
eine Seitenansicht des Bodenabschnittes eines erfindungsgemäßen Pfahls;
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3 zeigt
einen Vertikalschnitt durch den Pfahl gemäß 2, in dem ein Antriebselement angeordnet
ist, und
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4 zeigt
grafisch die Oberseite des erfindungsgemäßen Pfahls mit einer Vorrichtung
zur Zuführung
von Fluidisierungsflüssigkeit.
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1 zeigt
einen Säulenpfahl,
welche überall
mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet ist, in der Position,
in welcher er in den Boden geschraubt wurde. Wie eindeutig in dieser
Figur zu sehen ist, umfasst der Pfahl einen durchgehenden hohlzylindrischen
Schaft 2, welcher einen im oberen Säulenabschnitt 2a,
der oberhalb des Bodenniveaus M liegt, und einen unteren Fundamentabschnitt 2b,
welcher unterhalb des Bodenniveaus M liegt, aufweist. Ein Außengewinde 4, 5,
welches genauer in 2 dargestellt
ist, ist an dem Schaft am unteren Ende des Fundamentabschnittes
des Schaftes vorgesehen. In Abhängigkeit
von dem Boden, in welchem der Säulenpfahl
angeordnet ist, kann er mit weiteren Verankerungen mittels sogenannter
zementstabilisierter Ankern A versehen werden, welche an sich bekannt sind
und daher nicht im Detail beschrieben werden. Die 1 stellt nur einen zementstabilisierten
Anker grafisch dar. Um die Masse des Pfahls und somit seine Resistenz
gegen transversale Kräfte
zu vergrößern, wird
er mit Beton B gefüllt,
nachdem er in den Boden gebohrt wurde.
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Um es zu vereinfachen, den Säulenpfahl
zu entfernen, wenn er wirtschaftlich nicht mehr rentabel ist, sind
eine Anzahl von Hülsen
H in die Wände
des Schaftes gegossen, welche über
den Umfang ungefähr
einen halben Meter unterhalb des Bodenniveaus, wie in der vergrößerten Darstellung
I in 1 zu sehen ist,
verteilt sind. Diese Hül-
sen umfassen tatsächlich
ein verlängertes
Sackloch in der Wand, um eine explosive Ladung darin unterbringen
zu können.
Dadurch kann der Säulenabschnitt
der Säulenpfahl
von dem Fundamentalabschnitt, welcher im Boden verbleibt, separiert
werden.
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Die 2 zeigt
den Bodenabschnitt des Säulenpfahls 1 mit
einem offenen unteren Ende 3. In der Umgebung des offenen
Endes 3 ist die Außenseite
des Fundamentabschnittes mit einer oder mehreren Rippen 4, 5 versehen,
welche sich spiralförmig entlang
der Rippen erstrecken. In der hier gezeigten Ausführungsform
sind zwei Rippen gezeigt, welche zusammen ein doppelgängiges Gewinde
bilden. Mit Hilfe dieses Gewindes wird die Säulenpfahl in den Boden geschraubt,
wobei die Rippen eine starke und stabile Verankerung für den Säulenpfahl
schaffen.
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An dem offenen unteren Ende 3 endet
jede Rippe in einer Stahlschneidkante 6, 7. In
der hier dargestellten Ausführungsform,
sind die Schneidkanten vertikal ausgerichtet und erstrecken sich
genauso weit wie die angrenzende Rippe.
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In dem in 3 gezeigten Querschnitt ist ein Zentrierdorn
dargestellt, der in die Innenseite des Schaftes eingesetzt ist und
dazu benutzt wird, die Rohrsäule,
welche in die richtige Position geschraubt werden soll, zu manövrieren
Dieser Zentrierdorn umfaßt
eine Hohlachse oder einen Kern 9, welcher an seinem unteren
Ende mit einer geschlossen scharfen Spitze 9a versehen
ist. Im Bereich dieser scharfen Spitze ist eine Auslaßsöffnung 9b vorgesehen,
so daß Flüssigkeit
in die Innenseite des Schaftes durch die Hohlachse 9 für die im
folgenden zu beschreibenden Zwecke eingefüllt werden kann. Eine Förderschraube 10,
welche sich in einem bestimmten Abstand entlang der Achse der scharfen
Spitze erstreckt, ist um die Achse 9 herum ausgebildet.
Das obere Ende der Förderschraube
ist von einer zylindrischen Büchse 11 umgeben,
welche fest mit dem Außenumfang
der Förderschraube
verbunden ist. Die Konstruktion ist derart, daß die Büchse in den Raum innerhalb
des Schaftes mit einem leichten Zwischenraum hineinpasst, wodurch
sie folglich eine Führung
für die
Hohlachse 9 bildet. Der Durchmesser der Förderschraube 10 nimmt
graduell von der Bodenkante der Büchse 11 zu der scharfen
Spitze 9a ab.
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Der Zentrierdorn kann fest oder beweglich
innerhalb des Säulenpfahls
angeordnet sein, wobei die Spitze 9a in eingesetzter Position
immer mit einem gewissen Abstand über das offene untere Ende
des Schaftes vorsteht und als Zentrierspitze dient. Die Förderschraube 10 des
Zentrierdornes dient als ein Erdbohrer, um das Erdreich innerhalb
der Säulenpfahl
nach oben zu führen.
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In der hier dargestellten Ausführungsform
ist der Zentrierdorn bewegbar mit dem Säulenpfahl verbunden. Nachdem
der Säulenpfahl
in einer geeigneten Tiefe positioniert worden ist, kann der Zentrierdorn
komplett entfernt werden und für
einen folgenden Säulenpfahl
wieder eingesetzt werden.
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Wie bereits festgestellt worden ist,
bilden die Rippen 4 und 5 zusammen ein doppelgängiges Gewinde,
um den Säulenpfahl
in den Boden zu schrauben. Zusätzlich
haben diese Rippen in der eingeschraubten Position die Aufgabe,
eine stabile und starke Verankerung für den Säulenpfahl darzustellen und
folglich eine hohe Tragfähigkeit
auf den Säulenpfahl
zu geben. Wie in 2 zu
sehen ist, hat jede dieser Rippen eine untere, nach unten gerichtete Oberfläche 15,
welche im Wesentlichen vertikal zu der Außenfläche des Schaftes ist, wobei
die Oberfläche über eine
Abschrägung 15a in
die Außenfläche des
Schaftes übergeht.
Eine radiale Außenfläche 16 der
Rippe verläuft
virtuell parallel zu der Außenfläche des
Schaftes, und von dieser radialen Außenfläche verläuft eine Oberfläche 17 schräg nach oben
in Richtung der Außenfläche des
Schaftes. Die radiale Außenfläche 16 ist
zu einem gewissen Maß im
Querschnitt hohl und mit einem Stahlband 18 überdeckt, welcher
im Beton verankert ist. Dieses Band 18 wird als Schneidband
eingesetzt, um das Einschrauben des Säulenpfahls in den Boden einfacher
zu machen. Das Ziel der konkaven Form ist es, die Adhäsion des Erdreiches
zu reduzieren und den Schneideingriff zu verbessern.
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Eine Anzahl von Kanälen 20,
welche sich in longitudinaler Richtung des Schaftes von der Oberkante
des Pfahls erstrecken, sind über
den Umfang des Schaftes verteilt. Diese durch gestrichelte Linien in 3 angezeigten Kanäle öffnen zu
der Außenseite
des Schaftes im Bereich des Gewindes. In dem dargestellten Fall
sind zwei Kanäle 20 dargestellt, wobei
beide in dem Bereich der unteren Öffnung 3 in der Oberfläche 15 der
jeweiligen Rippen nach außen öffnen. Jedoch
wird es klar sein, daß dort
eine Vielzahl von Kanälen,
welche an verschiedenen Orten in diesem Bereich nach außen öffnen können, an
der Außenseite
des Schaftes oder in den Rippen vorgesehen sein können. Der
Zweck dieser Kanälen
ist es, ein flüssiges
Medium oder eine Fluidisierungsflüssigkeit zu fördern, um
in der Lage zu sein, die Reibung zwischen der Außenseite des Pfahls und dem
umgebenden Erdreich zu reduzieren, während der Säulenpfahl eingeschraubt wird.
Durch Variation des Volumens und/oder des Druckes des örtlich zugeführten flüssigen Mediums
entlang des Umfangs des Säulenpfahls
ist es möglich,
die Position des Pfahls während des
Einschraubens zu korrigieren.
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Die 4 zeigt
die Oberseite des Säulenpfahls
mit einem ringförmigen
Reservoir 30, welches das Flüssigkeitsmedium oder die Fluidisierungsflüssigkeit
beinhaltet und auf dieser Oberseite angeordnet ist. Eine Anzahl
von Dosier- oder Steuerventilen 31 können an der Außenseite
des Reservoirs gesehen werden, wobei die Ventile jeweils einerseits
mit einer Zuleitung 32, welche aus dem Reservoir austritt,
und andererseits mit einer Leitung 33, welche für ihren
Teil mit einer der longitudinalen Kanäle 20 in der Wand
der Pfahlsäule
verbunden ist, verbunden sind. Jedes Ventil hat auch eine Rückflußleitung 34,
welche von dem Ventil zu dem Reservoir 30 verläuft, um das überflüssige Medium
zurückzuführen. In
der in dieser Figur dargestellten Ausführungsform sind die Ventile 31 in
Intervallen von 120° über den
Umfang verteilt. Das heißt,
daß dort
drei Ventile und die gleiche Anzahl von Kanälen 20 vorgesehen
sind. Die ringförmige
Ausführung
des Reservoirs 30 ermöglicht
eine durchgängige
Hohlachse 9 des Zentrierdorns. Das bevorzugt eingesetzte
flüssige
Medium ist Wasser.
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Der oben beschriebene Säulenpfahl
wird mittels eines nicht im Detail gezeigten Antriebwerkzeuges im
Boden positioniert. Dieses Antriebswerkzeug wirkt vorzugsweise in
einem Bereich, in dem der Säulenpfahl
den größten Widerstand
erfährt, wenn
er eingeschraubt wird, das heißt
in dem Bereich des Gewindes. Folglich kann das Antriebswerkzeug
an dem Zentrierdorn 8 wirken oder mit ihm verbunden sein.
Während
der Pfahl eingeschraubt wird, wird das Erdreich mittels der Schneidkanten
aufgeschnitten. Auf der Innenseite des Schaftes wird das Erdreich
mittels der Flachkopfschraube 10 nach oben geführt. Das
Einspritzen von Flüssigkeit
in den Bereich des offenen unteren Endes 3 durch die Hohlachse 9 und
durch den Auslaß 9b verbessert
die Förderung
der gebohrten Erde innerhalb des Säulenpfahls.
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Wenn der Säulenpfahl in die gewünschte Tiefe
auf die oben beschriebene Weise eingeschraubt wurde, wird die Masse
des Säulenpfahls vergrößert, indem
der Raum innerhalb des Schaftes mit einem geeigneten Mörtel oder
mit Beton und wenn angemessen durch Einführung einer Verstärkung gefüllt wird.
Das obere Ende des Pfahls wird dann entsprechend des gewünschten
Einsatzes behandelt. Der obere Abschnitt des Pfahls, das heißt der Abschnitt
oberhalb des Schraubengewindes, hat einen glatten Abschluß auf seiner
Außenseite,
so daß der
Pfahlabschnitt 2a, welcher sichtbar verbleibt, keine weiteren
Behandlungen erfordert.
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Der erfindungsgemäße Pfahl besteht aus Spannbeton
und kann mittels Schleuderguß komplett vorgefertigt
werden, wobei die Schneidkanten 6, 7, die Kanäle 20 und
die Schneidbänder 18,
welche entlang der Rippen angeordnet sind, auf eine geeignete Weise
eingegossen und verankert werden.
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Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf den hier
dargestellten und beschriebenen Säulenpfahl beschränkt ist,
sondern vielmehr eine große
Anzahl von Varianten innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche dem
Fachmann deutlich werden. Beispielsweise können die Kanäle 20 in
Gruppen über den
Umfang verteilt werden, wodurch die Kanäle einer jeden Gruppe auf verschiedenen
Niveaus im Bereich des Außengewindes
nach außen öffnen. Auch kann
jeder Kanal eine Anzahl von Außenöffnungen aufweisen,
die auf verschiedenen Niveaus liegen.
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Der erfindungsgemäße Pfahl ist besonders zum
Einsatz als eine Säule
für Viadukte
und dergleichen geeignet. Der Pfahl, welcher komplett vorgefertigt
ist, kann schnell in einer Position im Boden gebracht werden, so
daß die
Störung
des Betriebs minimal ist.