DE7306150U - Pile for construction pit wall - Google Patents

Pile for construction pit wall

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DIpWn0. P. WIRTH · Dr. V. SCHMiED-KOWARZIK Dlpl.-Ing. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDELDIpWn 0 . P. WIRTH Dr. V. SCHMiED-KOWARZIK Dlpl.-Ing. G. DANNENBERG Dr. P. WEINHOLD Dr. D. GUDEL

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Philipp Holzmann Aktiengesellschaft Frankfurt am MainPhilipp Holzmann Aktiengesellschaft Frankfurt am Main

Verfahren zum Herstellen einer tempo.ar wasserdichten Baugrubenwand unter Verwendung von Bohr- oder RammpfählenMethod for producing a tempo.ar watertight construction pit wall using of bored or driven piles

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer temporär (vorübergehend) wasserdichten Baugrubenwand unter Verwendung von Pfählen mit temporärer oder dauernder Tragfähigkeit, wie Bohr- oder Rammpfählen.The invention relates to a method for producing a temporarily (temporarily) watertight construction pit wall underneath Use of piles with temporary or permanent load-bearing capacity, such as bored or driven piles.

Vorübergehend oder dauernd wasserdichte Baugrubenwände bzw. Bavgrubenumschließungen werden bisher im wesentlichen in der Stahl spundwand-, Schlitzwand- oder Bohrpfalilwandbauweise erstellt. Diese Verfahren sind jedoch nicht überall anwendbar. Im Stadtirineren kann z.B. die Spundwandbauweise nicht eingesetzt werden, da die Lärmbelästigungen und Rammerschütterungen in dichtbesiedelten Gebieten nicht zumutbar sind. Schlitzwände und Bohrpfahlwände bringen insoweit Probleme, als stärkere Hindernisse im Boden große Findlinge, vorhandene Verpreßanker von benachbarten Baugruben etc. - ihre Anwendung beeinträchtigen und die Wasserdichtigkeit der endgültigen Baugrubenwand in Frage stellen.Temporarily or permanently watertight construction pit walls or Bav pit enclosures have so far essentially been in the steel sheet pile wall, diaphragm wall or bored pile wall construction created. However, these methods are not applicable everywhere. In Stadtirineren, for example, sheet piling can be used not be used because the noise pollution and hammer vibrations in densely populated areas are not are reasonable. Bring diaphragm walls and bored pile walls Insofar as problems, as stronger obstacles in the ground, large boulders, existing grouting anchors from neighboring ones Construction pits etc. - affect their application and the watertightness of the final construction pit wall into question place.

Der Erfindung liegt di'* Aufgabe zugrunde, eine für wasserhaltiges Gelände geeignete und auch in dichtbesiedeltenThe invention is based on the problem of providing a suitable for water-containing terrain and also in densely populated areas

Gebieten anwendbare Baugrubenwand zu schaffen, die auch bei im Boden vorliegenden Hindernissen ausreichende temporäre Wasserdichtigkeit gewährleistet.To create excavation walls that can be used in areas and that are temporary enough even if there are obstacles in the ground Watertightness guaranteed.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, das sich dadurch kennzeichnet, daß Wasser im Erdkörper zwischen den Pfählen durch ein Kältemittel zum Gefrieren gebracht und dieser gefrorene Zustand so lange aufrechterhalten wird, wie eine Wasserdichtigkeit der Baugrubenwand erforderlich ist. Hierbei wird also die zeitlich begrenzte Wasserdichtigkeit durch Aufbau eines Gefrierkörpers erzeugt, während die statische Funktion (temporäre oder dauernde Tragfähigkeit) von Bohr- oder Rammpfählen übernommen wird. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß Belästigungen wie bei der Spundwandbauweise nicht auftreten, weil nur einzelne Pfähle in der Achse der zukünftigen Baugrubenwand angeordnet zu werden brauchen, während die Abdichtung zwischen den einzelnen Pfählen und an diese sowie eventuelle Hindernisse im Boden zuverlässig dicht anschließend durch den gefrorenen, wasserhaltigen Boden gebildet wird.This object is achieved according to the invention by a method which is characterized in that water in the earth between the piles is made to freeze by a refrigerant and this frozen state is maintained as long as the excavation wall is watertight. In this case, the temporary watertightness is created by building up a freezing body, while the static function (temporary or permanent load-bearing capacity) is taken over by bored or driven piles. The particular advantage of this method is that there are no nuisances as with sheet pile wall construction, because only individual piles need to be arranged in the axis of the future construction pit wall, while the seal between the individual piles and on them and any obstacles in the ground reliably and tightly is formed by the frozen, water-containing soil.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kältemittel durch ein in den Pfählen selbst vorgesehenes Rohrsystem geleitet. Die Pfähle werden so bemessen, daß sie im endgültigen Zustand die auftretenden Biegebeanspruchungen aus den horizontalen Erd- und Wasserüberdrücken aufnehmen können. Das Rohrsystem wird zweckmäßigerweise so angeordnet, daß es gegen Beschädigungen durch äußere Kräfte geschützt und so für den gleichförmigen Dauerbetrieb während der Zeit, während der der gefrorene Zustand des Bodens aufrechterhalten werden soll, geeignet ist. Das vorgenannte Rohrsystem kann in bewehrten Betonpfählen innerhalb des Bewehrungskorbes so angeordnetAccording to a preferred embodiment of the invention In the process, the refrigerant is routed through a pipe system provided in the piles themselves. The stakes are dimensioned in such a way that in the final state they are able to withstand the bending loads arising from the horizontal earth and can absorb excess water pressures. The pipe system is expediently arranged so that it is protected against damage protected by external forces and so for uniform continuous operation during the time during which the frozen state of the soil should be maintained is appropriate. The aforementioned pipe system can be reinforced Concrete piles arranged in this way within the reinforcement cage

werden, daß es vorzugsweise nahe der Außenhaut verläuft. Bei Anwendung von Stahlpfählen kann das vorgenannte Rohrsystem auch je nach Profilierung des Pfahlquerschnittes außen angeordnet werden. Es muß jedoch so kräftig ausgebildet sein, daß es eventuellen Rammbeanspruchungen standhält. that it preferably runs close to the outer skin. When using steel piles, the aforementioned pipe system can also be arranged on the outside depending on the profile of the pile cross-section. However, it must be so vigorously trained be that it can withstand potential ramming loads.

Eine für viele Anwendungsfälle besonders vorteilhafte AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß im Erdkörper durch künstliche Bewässerung der für das Gefrieren erforderliche Wasseranteil hergestellt werden kann. Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren vom natürlichen Feuchtigkeitsgehalt des Bodens und der jeweiligen Höhe des Wasserspiegels unabhängig.A particularly advantageous one for many applications Characterizes embodiment of the method according to the invention The fact that the water content required for freezing is produced in the earth's body by artificial irrigation can be. The method according to the invention is thereby relieved of the natural moisture content of the soil and the respective height of the water level independently.

Um bei starker Grundwasserströmung den Aufbau des Frostkörpers zu garantieren, kann es notwendig werden, die Grundwasserströmung durch geeignete dauernd oder temporär wirkende Injektionen in das Erdreich so zu beeinflussen, daß der Frostkörper mit Sicherheit aufgebaut werden kann. Weiterhin ist es denkbar, die Grundwasserströmung durch künstliches Auffüllen des Grundwassers örtlich so zu beeinflussen, daß wiederum der Aufbau des gewünschten Frostkörpers garantiert werden kann.In order to guarantee the build-up of the frozen body when there is a strong groundwater flow, it may be necessary to adjust the groundwater flow to influence by suitable permanent or temporary injections in the ground so that the frost body can be built up with certainty. Furthermore, it is conceivable that the groundwater flow by artificial Influencing the filling of the groundwater locally in such a way that, in turn, the structure of the desired frozen body can be guaranteed.

Die Erfindung betrifft weiter einen für das neue Verfahren geeigneten Pfahl, der sich dadurch kennzeichnet, daß der zweckmäßig in bekannter Weise als bewehrter Betonpfahl oder Stahlpfahl ausgebildete Pfahl ein an ein strömendes Medium anschließbares Rohrsystem enihält. Das Rohrsystem wird entsprechend der zu erzielenden Kältewirkung bemessen und angelegt.The invention further relates to a post suitable for the new method, which is characterized in that the expediently designed in a known manner as a reinforced concrete pile or steel pile to a flowing medium Contains connectable pipe system. The pipe system will be accordingly measured and applied to the cold effect to be achieved.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example, namely show:

Fig. 1 schematisch einen Teilquerschnitt durch eine Baugrube;Fig. 1 schematically shows a partial cross section an excavation;

Fig. 2 und 3 je einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1 für zwei bekannte Ausführungsarten von Baugrubenwänden; 2 and 3 each show a section along the line A-A Fig. 1 for two known types of construction pit walls;

Fig. 4 den gleichen Schnitt nach der Linie A-A derFig. 4 shows the same section along the line A-A of

Fig. 1 für eine nach der Erfindung ausgeführte Baugrubenwand mit bewehrten Betonpfählen; und1 shows a construction pit wall with reinforced concrete piles made according to the invention; and

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 4.FIG. 5 shows a section along the line B-B of FIG. 4.

Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt auf einer Seite der Baugrube eine Baugrubenwand 1, die z.B. durch Aussteifungen 2, durch Verpreßanker oder andere Mittel gehalten werden kann. Die Baugrubenwand 1 muß wasserdicht ausgeführt werden, weil der mit 3 bezeichnete äußere Grundwasserspiegel wegen örtlicher Gegebenheiten nicht abgesenkt werden darf. Die Tiefe der Baugrube bis zur Baugrubensohle ist mit T bezeichnet, und die Baugrubenwand 1 selbst bindet um ein Maß t unterhalb der Baugrubensohle in das Erdreich ein. Sie kann gegebenenfalls so tief geführt werden, daß sie an wasserundurchlässige Schichten anschließt. Innerhalb der Baugrube ist der Grundwasserspiegel 4 so tief abgesenkt, daß er unterhalb der Baugrubensohle liegt.Fig. 1 shows schematically in section on one side of the construction pit a construction pit wall 1, which is e.g. 2, can be held by grouting anchors or other means. The construction pit wall 1 must be watertight, because the external groundwater level marked 3 may not be lowered due to local conditions. the The depth of the construction pit up to the base of the construction pit is denoted by T, and the construction pit wall 1 itself binds by a dimension t into the ground below the base of the excavation. If necessary, it can be led so deep that it is impermeable to water Layers connects. Within the excavation, the water table 4 is so low that it is below the base of the excavation is.

Der Schnitt gemäß Fig. 2 zeigt eine bekannte Baugrubenwand, die als Bohrpfahlwand in überschnittaner Bauweise ausgeführt ist. Hierbei werden in einem ersten Arbeitsgang unbewehrte Pfähle 11 und in einem darauf folgenden Arbeitsgang überschnittene, bewehrte pfähle 12 hergestellt* Die hierbeiThe section according to FIG. 2 shows a known construction pit wall, which is designed as a bored pile wall in an overlapping construction is. In a first work step, unreinforced piles 11 and in a subsequent work step overlapped, reinforced piles 12 produced * The here

erzielbare Abdichtung ist in trockenem Gelände meist als ausreichend zu bezeichnen. Bei einer Höhe des Grundwasserspiegels 3 gemäß Fig. 1 ist jedoch nicht gewährleistet, daß die Stoßfugen zwischen den Pfählen 11 und 12 hinreichend wasserdicht sind.achievable sealing can usually be described as sufficient in dry terrain. At a height of the groundwater level 3 according to FIG. 1, however, it is not guaranteed that the butt joints between piles 11 and 12 are sufficiently watertight.

Entsprechendes gilt in verstärktem Maße für eine Ausführungsform gemäß Fig. 3, wo lediglich bewehrte Bohrpfähle verwendet sind, die in gegenseitigem Abstand liegen.The same applies to an increased extent for an embodiment according to FIG. 3, where only reinforced bored piles are used, which are at a mutual distance.

Fig. 4 zeigt einen den Fig. 2 und 3 entsprechenden Schnitt durch eine nach der Erfindung ausgeführte Baugrubenwand. Diese weist mit gegenseitigem Abstand angeordnete Bohrpfähle 22 mit der statisch erforderlichen Stahlbetonbewehrung auf, die, ebenso wie bei Fig. 2 und 3, durch Punkte angedeutet ist. Zusammen mit dem Bewehrungskorb wurde jedoch ein Rohrsystem», hier aus einem Vorlauf 23 und einem Rücklauf 24 bestehend, in den Bohrpfahl mit eingebaut. Da die Bohrpfähle 22 jeweils als Einzelstücke hergestellt werden, können bei der Herstellung vorhandene Findlinge oder sonstige Hindernisse mit geeigneten Meißeln zerstört oder seitlich verdrängt werden, ao daß in jedem Fall die Herstellung der Bohrpfähle in der Achse der Baugrubenwand gewährleistet werden kann. Nach Fertigstellung der Bohrpfähle 22 wird durch das Rohrsystem 23, 24 ein geeignetes Kältemittel durchgepumpt, beispielsweise Chlormagnesium oder Chlorkalziumsole mit einer Temperatur von etwa -20 bis -30 oder flüssiger Stickstoff mit einar Temperatur von etwa -196 oder ein beliebiges anderes Kältemittel. Durch dieses Kältemittel wird der Erdkörper 15 zwischen den Bohrpfählen 22 auf eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt gebracht. Hierdurch gefriert der Wasseranteil, beispielsweise das anstehende Grundwasser, im Erdkörper und bildet eine wasserdichte Verbindung zwischen den einzelnen Bohrpfählen 22.4 shows a section corresponding to FIGS. 2 and 3 through a construction pit wall constructed according to the invention. This has mutually spaced bored piles 22 with the statically required reinforced concrete reinforcement, which, as in FIGS. 2 and 3, is indicated by dots. Together with the reinforcement cage, however, a pipe system, consisting of a flow 23 and a return 24, was built into the bored pile. Since the bored piles 22 are each made as individual pieces, boulders or other obstacles present during production can be destroyed or laterally displaced with suitable chisels, ao that the bored piles can be made in the axis of the construction pit wall in any case. After completion of the bored piles 22, a suitable refrigerant is pumped through the pipe system 23, 24, for example chlorine magnesium or chlorine calcium brine with a temperature of about -20 to -30 or liquid nitrogen with a temperature of about -196 or any other refrigerant. This refrigerant brings the earth body 15 between the bored piles 22 to a temperature below freezing point. As a result, the water content, for example the existing groundwater, freezes in the earth's body and forms a watertight connection between the individual bored piles 22.

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Der vereiste Erdkörper schmiegt sich naturgemäß absolut , wasserdicht an die einzelnen Bohrpfähle 22 an. Oberhalb des ( äußeren Grundwasserspiegels 3 (Pig.1) ist im Regenfall genügend Bodenfeuchtigkeit vorhanden» um dort, soweit erforderlich, einen ausreichenden Frostkörper aufzubauen. Es ι ist jedoch im Rahmen der Erfindung vorgesehen, gegebenenfalls j durch künstliche Bewässerung den nötigen Wasseranteil in dem j durch Gefrieren abzudichtenden Bereich des Erdkörpers herzustellen. 'The frozen earth naturally hugs the individual bored piles 22 in an absolutely watertight manner. Above the ( outer groundwater level 3 (Pig.1) there is enough soil moisture in the case of rain to build up a sufficient body of frost there, if necessary to produce the area of the earth's body to be sealed by freezing. '

Falls die im Boden vorhandene Grundwasserströmung schädlich für den Aufbau des notwendigen Gefrierkörpers ist, kann die Grundwasserströmung durch geeignete temporär oder dauernd wirkende Injektionen oder durch andere Maßnahmen so beeinflußt werden, daß die vorgenannte schädliche Wirkung nicht eintritt.If the groundwater current in the ground is detrimental to the build-up of the necessary freezing body, the Groundwater flow influenced by suitable temporary or permanent injections or other measures that the aforementioned harmful effect does not occur.

Der in Fig. 5 gezeigte Schnitt längs der Achse der Baugrubenwand 1 (Fig.1) verdeutlicht eine beispielsweise Ausführung des Rohrsystems 23, 24. Weiterhin ist erkennbar, daß der gefrorene Erdkörper 15 sich sowohl zwischen den Bohrpfählen 22 als auch in einem gewissen Bereich unterhalb der Pfähle erstreckt. Es ist jedoch durch geeignete Gestaltung des Rohrsystems ohne weiteres möglich, die Tiefe des gefrorenen Erdkörpers zu variieren, beispielsweise dadurch, daß die Verbindung zwischen dem Vorlauf 23 und dem Rücklauf 24 in beliebiger Höhe oberhalb der Pfahlfüße erfolgt. Weiter läßt sich der gefrorene Erdkörper 15 durch den lichten Abstand der Bohrpfähle 22 untereinander sowie durch die Gefriertemperatur und durch die Menge des verwendeten Kältemittels beeinflussen. Er wird je nach den örtlichen Erfordernissen ausgebildet, wobei die vorhandene Grundwasserströmung zu berücksichtigen ist.The section shown in FIG. 5 along the axis of the construction pit wall 1 (FIG. 1) illustrates an example of an embodiment of the pipe system 23, 24. It can also be seen that the frozen earth body 15 is both between the bored piles 22 as well as in a certain area below the piles. However, it is possible through appropriate design of the Pipe system easily possible to vary the depth of the frozen earth, for example by the fact that the Connection between the flow 23 and the return 24 takes place at any height above the pile feet. Lets continue the frozen earth 15 is due to the clear distance between the bored piles 22 and the freezing temperature and influenced by the amount of refrigerant used. It will depend on local requirements formed taking into account the existing groundwater flow.

Palls die Grundwasserströmung ein zulässiges Maß überschreitet, kann, wie bereits oben näher beschrieben, die Grundwasserströmung durch zusätzliche Maßnahmen beeinflußt werden.If the groundwater flow exceeds a permissible level, As already described above, the groundwater flow can be influenced by additional measures will.

In den Fig. 4 und 5 wird die erfindungsgemäße Idee lediglich an bewehrten, kreisrunden Betonpfählen gezeigt. Bei Anordnung von anderen Querschnitten, wie sie z.B. bei Stahlbeton-Rammpfählen oder bei Verwendung von Stahlpfählen üblich sind, ist die Anordnung des Rohrsystems, bestehend aus Vorlauf und Rücklauf, sinngemäß vorzunehmen, wobei insbesondere darauf Rücksicht zu nehmen ist, daß das Rohrsystem während des Einbaues der Pfähle auch starken Beanspruchungen, wie sie z.B. beim Rammen auftreten können, gewachsen ist.4 and 5, the idea according to the invention is only shown shown on reinforced, circular concrete piles. When arranging other cross-sections, such as those for reinforced concrete driven piles or are common when using steel piles, the arrangement of the pipe system, consisting of flow and Return, to be carried out accordingly, taking particular account of the fact that the pipe system during the When installing the piles, it is also able to withstand heavy loads, such as those that can occur when driving.

Bei der Herstellung einer Baugrubenwand nach der Erfindung wird der auftretende seitliche Erd- und Wasserdruck von dem gefrorenen Erdkörper 15 über horizontale Gewölbewirkung auf die Pfähle 22 übertragen. Diese wiederum können so bemessen werden, daß die Kräfte auf die Gurtungen und damit über Aussteifungen, Verpreßanker oder ähnliches weitergeleitet werden. Es ist Jedoch auch möglich, die Pfähle 22 so zu bemessen, daß sie als unverankerte Baugrubenwand wirken können.When producing a construction pit wall according to the invention, the lateral earth and water pressure that occurs is of the transferred frozen earth body 15 to the piles 22 via horizontal arching effect. These in turn can be dimensioned in this way that the forces are passed on to the straps and thus via stiffeners, grouted anchors or the like will. However, it is also possible to dimension the piles 22 so that they act as a non-anchored construction pit wall can.

Von besonderem Vorteil ist, daß durch Findlinge oder sonstige Hindernisse, die unmittelbar^oclar zwischen den Pfählen 22 liegen können, keine Schwierigkeiten der Abdichtung verursacht werden, da der gefrorene Erdkörper 15 automatisch auch solche Einlagerungen wasserdicht umschließt.It is of particular advantage that boulders or other obstacles directly between the posts 22 can lie, no difficulties in sealing are caused because the frozen earth body 15 automatically also encloses such deposits in a watertight manner.

Nach Aufbau einer wasserdichten Baugrubenwand aus Pfählen und gefrorenem Erdkörper nach der Erfindung kann dieAfter building a watertight construction pit wall from piles and frozen earth body according to the invention, the

Baugrube ausgehoben und die notwendige Aussteifung bzw. Verankerung eingebaut werden. Dabei kann im Zuge der Freilegung der Baugrubenwand 1 der gefrorene Erdkörper 15» soweit erforderlich, mechanisch begradigt werden.The excavation pit is dug and the necessary stiffening or anchoring installed. This can be done in the course of uncovering the construction pit wall 1 the frozen earth body 15 » if necessary, mechanically straightened.

Der Durchfluß des Kältemittels durch das Rohrsystem 23, wird so lange, gegebenenfalls interimistisch, aufrechterhalten, wie eine wasserdichte Baugrubenwand erforderlich ist. Im Regelfall ist dies so lange, big das Bauwerk innerhalb der Baugrube hergestellt und auftriebssicher ist.The flow of the refrigerant through the pipe system 23 is maintained, if necessary on an interim basis, as long as how a watertight construction pit wall is required. As a rule, this is long enough for the structure to be inside the excavation is made and buoyancy-proof.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß die Wasserdichtigkeit der Baugrubenwand nur so lange gegeben ist, alj der gefrorene Zustand des Erdkörpers besteht. Wenn der Zufluß des Kältemittels abgestellt wird, taut der Erdkörper natürlich wieder auf, so daß die Baugrubenwand dann wieder wasserdurchlässig wird. Dies kann von entscheidender Bedeutung sein, wenn der Teil der Baugrubenwand, der unterhalb der Bauwerkssohle liegt, bis in wasserundurchlässige Schichten hirytergeführt und dadurch der natürliche Grundwasserstrom behindert wurde, weil eine Baugrubenwand nach der Erfindung nach dem Auftauen wieder den freien Durchfluß des Grundwassers gestattet.A major advantage of the invention is also to be seen in the fact that the construction pit wall is only watertight long is given, alj the frozen state of the earth's body consists. When the inflow of refrigerant is turned off, the body of the earth naturally thaws again, so that the construction pit wall then becomes permeable to water again. This can be of critical importance if the part of the excavation wall that which lies below the base of the structure, hirytered into water-impermeable layers and thereby the natural groundwater flow was hindered because a construction pit wall according to the invention was restored after thawing allows the free flow of groundwater.

Die Erfindung ist natürlich nicht an Einzelheiten des anhand der Zeichnung beschriebenen, schematischen Ausführungsmusters gebunden, sondern kann in den verschiedensten Abwandlungen sowohl in wasserhaltigem Baugrund als auch in einem solchen mit ausschließlicher oder zusätzlicher künstlicher Bewässerung mit Vorteil Verwendung finden.The invention is of course not limited to details of the schematic exemplary embodiment described with reference to the drawing bound, but can be used in a wide variety of modifications both in water-containing subsoil and in one with exclusive or additional artificial irrigation can be used with advantage.

Claims (1)

27. Mai 1974 Philipp Hofmann AGMay 27, 1974 Philipp Hofmann AG Schutzanspruch :Protection claim: Pfahl, insbesondere Stahlbetonpfahl oder Stahlpfahl, für eine temporär wasserdichte Baugrubenwand, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfahl (22) ein an ein strömendes Medium anschließbares Rohrsystem (23,24) enthält.Pile, in particular reinforced concrete pile or steel pile, for a temporarily watertight construction pit wall, characterized in that the pile (22) contains a pipe system (23, 24) which can be connected to a flowing medium. Patentpatent
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