DK147891B - Beklaedt pael - Google Patents

Description

147891

Den foreliggende opfindelse angår en pæl med beklædning og i øvrigt af den i den indledende del af krav 1 angivne type.

Når en bygning opføres på bløde jordlag, såsom lerlag eller mosebund, benyttes der sædvanligvis betonpiller eller stålpæle, og den forreste ende af sådanne piller bringes til hvile på underliggende bærende sandlag med henblik på at understøtte størstedelen af bygningens vægt, mens en del af vægten understøttes af den bløde undergrund. Årsagen til at dette kan foretages er, at der frembringes friktion mellem jordlagene og pælene.

Når den bløde undergrund har sat sig eller er hærdet tilstrækkeligt, forsøger en sådan friktion kun at bistå den friktion, som pælene udsættes for af den bygning, som understøttes af pælene, men når derimod den bløde undergrund stadig er i færd med at sætte sig, 2 147891 vil en sådan friktion forårsage en nedadrettet friktionskraft, der pålægger en ekstra belastning på pælenes forreste ender.

En sådan såkaldt negativ friktion er uønskelig, da den reducerer pælenes bærekapacitet betragteligt. Da denne negative friktionskraft reducerer pælenes effektive bærekapacitet, vil den med andre ord give anledning til det slutresultat, at pælene sænkes eller synker ned. Det er følgelig væsentligt at reducere en sådan negativ friktionskraft.

Hidtil har der været benyttet to pæletyper til at reducere en sådan negativ friktionskraft, nemlig en pæl med dobbeltrør-struktur og en bitumenbeklædt pæl. Den førstnævnte type har den ulempe, at dens forøgede vægt giver anledning til vanskeligheder under pælens udlægning, og desuden forringes nøjagtigheden under udlægningsarbejdet såvel som pælens bestandighed overfor spændinger i sideretningen hidrørende fra de omgivende jordlag.

Den sidstnævnte pæletype har også ulemper, nemlig at der i almindelighed kræves brug af et forholdsvis tykt bituminøst lag på over 3 mm, hvilket giver anledning til en tidskrævende beklædningsoperation og følgelig ineffektivitet og lav produktivitet.

Desuden er pålægning af en bituminøs beklædning på lange pæle ikke en let sag, og i varmt sommervejr har det bituminøse lag tendens til at blive blødt, hvilket umuliggør pælenes langtidsoplagring og transport, hvorfor det bliver nødvendigt at udføre pælenes beklædning i marken. Yderligere en ulempe består i, at der er mulighed for en forringelse af adhæsionen mellem råpælen og det bituminøse lag på grund af stødvirkningen hidrørende fra laget under pælenedram-ningsoperationen, og der er også mulighed for, at det bituminøse lag deformeres af den rundtgående friktion. Endnu en ulempe består i, at den negative friktionskraft, som reducerer pælens bæreevne, forøges af grus eller lignende partikler, som indføres i det bituminøse lag i jordlagene.

Selv om disse ulemper ved bituminøst belagte pæle er blevet afhjulpet i praksis ved hjælp af en kendt beklædt pæl, vil beskyttelseslaget på denne kendte beklædte pæl,i afhængighed af nedramningsforholdene for pælen, have tendens 'til at blive udsat for sådanne beskadigelser som afskalning, afskrælning o.s.v. på grund af det lodrette tryk hidrørende fra undergrunden som pælen udsættes for under nedramningen. En sådan beskadigelse har også skadelig indvirkning på en reduktion af den negative friktionskraft, som formindsker den beklædte pæls bæreevne, 3 147891 hvilket er den beklædte pæls formål.

På ovennævnte baggrund er det den foreliggende opfindelses formål at tilvejebringe en bituminøs beklædt pæl af den type, som reducerer den negative friktion, og som afhjælper: de netop omtalte vanskeligheder og ulemper.

Dette opnås med de i den kendetegnende del af krav 1 angivne ejendommeligheder for den beklædte pæl ifølge opfindelsen. Opfindelsen tilvejebringer således en pæl med beklædning i to lag,nemlig medet inderste bituminøst lag kombineret med et udvendigt dæklag.

Denne kombination har også vist sig at give anledning til den vigtige virkning, at det bituminøse lags tykkelse kan være væsentligt mindre end de lagtykkelser, som normalt benyttes til beskyttelse af konventionelle pæle. I pælen ifølge opfindelsn kan der således anvendes lagtykkelser for det bituminøse lag, som er mindre end 3 mm og fortrinsvis ligger mellem 0,3 og 1,0 mm. Dermed kan pælen ifølge opfindelsen uden vanskelighed og rationelt fremstilles på fabrik. Desuden kan pælen transporteres og oplagres i længere tidsperioder.

I kombinationen med det bituminøse lag er det udvendige dæklag særligt effektivt med hensyn til at hindre afskrælning eller brud i pælens beklædning under pælens nedramning, når det udvendige dasklags sammensætning er afpasset som angivet i krav 2.

Den foreliggende opfindelse skal i det følgende forklares nær-mere under henvisning til tegningen.

Pig. 1 er et tværsnitsbillede af en dobbeltbeklædt pæl ifølge den foreliggende opfindelse, og hvor henvisningstallet 1 betegner et yderlag, 2 et bituminøst lag og 3 en råpæl.

Pig. 2 er en grafisk afbildning, som viser relationen mellem blødgøringspunktet og indtrængningen for bitumen, og hvor abscissen repræsenterer blødgøringspunktet (°C) ifølge en lineær skala, mens ordinaten repræsenterer indtrængningen ifølge en logaritmisk skala.

Fig. 3 er en grafisk afbildning af den lodrette kraftfordeling som funktion af dybden, idet (a) er kurven for en pæl ifølge opfindelsen, (b) kurven for en konventionel pæl omgivet af bitumen, og (c) kurven for en pæl uden beklædning.

4 147891

Fig. 4 er en grafisk afbildning, som viser relationen mellem tykkelse og Young's modul for yderlaget samt værdien af N.

I forbindelse med den foreliggende opfindelse repræsenterer udtrykket "indtrængning" en nåls indtrængning i bitumen udtrykt som et multiplum af 0.1 mm og målt i overensstemmelse med ASTM D5.

Værdien N repræsenterer jordbundens hårdhed målt i overensstemmelse med standardprøvemetoden JIS A 1219 for pæleindtrængning i jordbund, idet værdien N er defineret som det antal slag, som er nødvendigt for at neddrive et specielt rørformet legeme (split-spoon sampler) ved hjælp af en hammer, der falder 75 cm og har en vægt på 63,5 kg.

Pælen ifølge opfindelsen omfatter et bituminøst lag udformet på ydersiden af en råpæl, samt et yderste dæklag, der eksempelvis består af syntetisk harpiks, papir eller tekstilmateriale og er pålagt på overfladen af det bituminøse lag. Selv om den benyttede bitumen i de illustrerede udførelsesformer består af asfaltbitumen, kan der om ønsket benyttes enhver type bituminøs substans, såsom en blanding af bitumen og et fyldstof samt en polymer, en blanding af bitumen og et fyldstof eller en polymer, og desuden kan der benyttes ren bitumen.

Polymeren kan eksempelvis være en kautsjukpolymer, der kan være sammenblandet med bitumen, såsom butadienpolymer. Det bituminøse lags tykkelse vælges mindre end ved konventionelle pæle, som kun har en bituminøs beklædning, og tykkelsen bør fortrinsvis være mindre end 3 mm. Helst bør tykkelsen være mellem 0.3 og 1.0 mm.

Det fornødne bituminøse lag kan pålægges på basismaterialet ved hjælp af en simpel metode. Eksempelvis kan en beton- eller stålpæl roteres i vandret position, og en bitumenudløbsåbning indrettet over pælen kan bevæges i begge retninger til dannelse af et lag af bitumen på pælen.

For at bibringe det bitmuninøse lag det ønskede blødgørings-punkt samt den ønskede indtrængning udvælges det bituminøse lags sammensætning således, at disse egenskaber ligger inden for en polygon med vinkelspidser A,(blødgøringspunkt lig med 55, indtrængning lig med 240), B (33, 240), C (53, 10), D (65, 10) og E (80, 30) i en grafisk afbildning visende relationen mellem blødgøringspunktet angivet på en temperaturskala i °C, og indtrængningen angivet i en- 147891 5 heder på 0.1 mm ved 25°C. De pågældende værdier bør dog fortrinsvis ligge inden for en polygon med vinkelspidserne I (40, 80), J (48, 20), K (54, 20), L (63, 40) og H (52, 100).

På det bituminøse lags overflade er der pålagt et yderste dæklag af eksempelvis syntetisk harpiks, papir eller tekstilmateriale.

For at pålægge, eksempelvis en beklædning af syntetisk harpiks, kan smeltet harpiks lægges på pælen ved ekstrusion og under benyttelse af den sædvanlige fremgangsmåde. Alternativt kan smeltet syntetisk harpiks ekstruderes i form af et bånd, som vikles omkring pælen, der herunder kan rotere, til dannelse af beklædningen. Der kan benyttes forskellige syntetiske harpikser, såsom polyethylen, polypropylen, polyvinylalkohol, polyvinylchlorid, polyester og polyamid.

Det yderste dæklag kan også være sammensat af et kraftigt papir, såsom kraftpapir, og laget kan også bestå af ethvert tekstilmateriale af uorganisk eller organisk fibermateriale, såsom jute, vinylklæde, glasvæv, glasmåtte eller asbestplader, der er i besiddelse af en god adhæsionsevne til det bituminøse lag til dannelse af et dæklag. Enhver kombination af disse materialer med de tidligere nævnte syntetiske harpikser kan også benyttes.

Selv om det bituminøse lags tykkelse ifølge opfindelsen er mindre end tykkelsen af det pålagte bituminøse lag på konventionelle pæle, har pålægningen af yderlaget på det bituminøse lags overflade til virkning, at store kræfter hindres i at blive overført til pælen, og pælen gives mulighed for på tilfredsstillende måde at tilpasse sig efter undergrundens bevægelser.

6 147891

Eksempel 1

For at bestemme evnen til reduktion af den negative friktionskraft for den dobbeltbeklædte pæl ifølge opfindelsen blev der udført forsøg. De under forsøgene benyttede pæle var stålrørspæle med en diameter på 609.6 mm, en godstykkelse på 9.6 mm og en længde på 12.000 mm.

Visse af disse pæle blev benyttet uden nogen form for behandling, mens andre blev beklædt med en af to forskellige bitumener i en tykkelse på 0.5 mm, og på overfladen af det bituminøse lag blev der endvidere pålagt et yderlag af polyethylen med en tykkelse på 1.8 mm. Den ene af de to forskellige bitumener, nemlig bitumen (a) var af den type, som benyttes i den foreliggende opfindelse, mens den anden, nemlig bitumen (b) var af den konventionelle type. Bitumen (a) havde et blødgøringspunkt på 55°C og en indtrængning på 60, mens de tilsvarende værdier for bitumen (b) var 80°C henholdsvis 60.

For at måle størrelsen af den negative friktionskraft, der virker på pæle belagt med en af disse to forskellige bitumener, blev der foretaget en måling af den vertikale fordeling af aksialkraften forårsaget af den negative friktionskraft. De beklædte og 12 m lange pæle blev svejst sammen på stedet, og de blev derefter nedrammet til en dybde på 60 m i en undergrund bestående af et opfyldt sandlag, der udviste en årlig sammensynkning på ca. 200 - 300 mm. Aksialkraften i lodret retning blev målt ved hjælp af en strain gauge fastgjort til hver pæl. Fig. 3 viser den lodrette fordeling af aksialkraften målt efter 350 dages forløb. Som vist i fig. 3 var de negative friktionskræfter, som indvirker på den ubehandlede pæl (c) og på den med bitumen (b) beklædte pæl, ca. 500 t henholdsvis 200 t, hvorimod der var en meget lille negativ friktionskraft på mindre end 10 t, som indvirkede på pælen beklædt med bitumen (a). Hvis der foretages en omregning til friktionskræfter langs omkredsen, vil disse negative friktionskræfter være mindre end ca. 0.1 t/m for 2 den med bitumenen (a) beklædte pæl, ca. 2 t/m for den med bitumenen (b) beklædte pæl og ca. 5 t/m for pælen (c).

Af ovenstående vil det fremgå, at pælen ifølge opfindelsen har særdeles stor praktisk anvendelighed på grund af, at pælens overflade er beskyttet af en belægning af syntetisk harpiks.

For det første vil det således være muligt at oplagre pælen i lang tid, selv i den varmeste sommertid, for det andet kan pælen transporteres uden vanskelighed, for det tredje kan pælen fremstilles på fabrik, hvorved der gives mulighed for masseproduktion, for det fjerde 7 147891 kan pælen nedrammes let og med høj grad af nøjagtighed, og endelig kan modstand i sideretningen for det femte let klares. Især når bi-tumenens sammensætning vælges til at ligge inden for en polygon med vinkelspidser i punkterne I, J, K, L og H i fig. 2, har pælen ifølge opfindelsen en særdeles stor industriel værdi, idet den er velegnet til oplagring og transport efter fremstillingen.

Når den dobbeltbeklædte pæl nedrammes i undergrunden, vil en del af yderlaget imidlertid, alt efter undergrundens beskaffenhed, udsættes for sammenkrølning ved pælens forreste ende på grund af det lodrette undergrundstryk, der pålægges på pælens forreste ende, og denne sammenkrølning transmitteres til hele periferien, hvilket forårsager at yderlaget beskadiges i pælens længderetning. Selv om indretning af en krave eller rand ved den nederste eller forreste ende af yderlaget er blevet foreslået som en modforanstaltning, har dette den ulempe, at fremstilling og fastgørelse af en specielt indrettet krave eller rand nødvendiggør kompliceret arbejde.

Det er derfor væsentligt, at yderlaget selv har en tilfredsstillende styrke til at overvinde det undergrunds- eller jordtryk, som pålægges på pælens forreste ende, mens denne nedrammes, for derved at undgå sammenkrølning af yderlaget.

Fra et materialestyrkesynspunkt bestemmes denne styrke af yderlagets tykkelse samt det elastiske modul eller Young-modulet for selve yderlaget.

Den vigtigste blandt alle de kræfter som virker på den forreste ende af yderlaget under pælens nedramning er imidlertid en kraft, som virker i lodret retning, og denne kraft bestemmes af undergrundens hårdhed. Denne undergrundshårdhed repræsenteres af værdien af N bestemt ved en standardprøve for indtrængning i jordbund. I tillæg til den lodrette kraft findes andre kræfter, nemlig friktionskraften hidrørende fra undergrunden og modstanden mod slip i klæbemidlet i et sammenbindende lag, og disse to kræfter virker i modsatte retninger, hvorfor de praktisk taget ophæver hinanden. Når desuden yderlaget skubbes udad af det lodrette jordtryk, modvirkes dette af det vandrette jordtryk. Adhæsionen mellem yderlaget og klæbemidlet i bindelaget samt ringspændingen i selve yderlaget virker også på lignende måde. Disse kræfter modvirker på fordelagtig måde sammenkrølning af yderlaget.

Under betragtning af de ovenfor nævnte forskellige kræfter, som virker på yderlagets forreste ende, blev der foretaget en analyse af 8 147891 relationen mellem Young’s modul og den fornødne tykkelse af yderlaget under visse jordbundsforhold (værdier af N), og der blev også udført nedramningsforsøg under brug af pæle i virkelig størrelse, og følgende konklusion blev opnået.

Det har vist sig, at eksempelvis afskrælning eller brud i en pæls beklædning under pælens nedramning kan hindres ved at udvælge yderlagets sammensætning således, at følgende relation opfyldes: d x E = 35 N , hvor d er yderlagets tykkelse, 2 E er yderlagets Young-modul (kp/cm ), og N er resultatet af standardprøven for pæleindtrængning i jordbund.

Ovenstående relation er afbildet grafisk i fig. 4 med værdien af N som parameter.

Fig. 4 viser, at hvis der benyttes et yderlag, hvis tykkelse og Young-modul ligger i det øverste område til højre for linierne N=10,N=20ogN=30, respektivt, kan sammenkrølning af yderlaget under nedramningen hindres ved de tilsvarende jordbundsforhold. Området svarende til linien N = 30 er skraveret.

Eksempel 2 Én stålrørspæl med diameter 609.6 mm, tykkelse 9.5 mm og længde 12 m blev belagt med et lag af bitumen med en tykkelse på 0.5 mm, indtrængning på 45 (25°C) og blødgøringspunkt på 55°C. En polyethylenharpiks med Young-modulet 7500 kp/cm^ (25°C) blev derefter pålagt til dannelse af et udvendigt dæklag med en tykkelse på 2.5 mm. Den således fremstillede pæl blev nedrammet ved hjælp af en Diesel-hammer til en dybde på 24 m i en jordbund med følgende sammensætning: / J ordbunds forhold

Dybde (m) Natur af jordlag Værdi af N

0-11 medium sand med grus 7-15 11 - 15 dynd ‘ 2 - 3 15 - 16.5 sandsten med grus 25 - 30 . 16.5 - 18 medium sand med dynd 5 - 25 18 - 24 dynd 1 over 24 lerdynd 1-25 9 147891

Umiddelbart efter fuldførelsen af pælens nedramning i jordbunden blev pælen trukket op ved hjælp af en vibrohammer. Der var intet spor af beskadigelser, såsom afskrælninger, i yderlaget.

Eksempel 3

En stålrørspæl i lighed med den i eksempel 1 omhandlede blev belagt med et lag af bitumen med en tykkelse på 0.5 mm, en indtrængning på 75 (25°C) og et blødgøringspunkt på 70^C. Pælen blev derefter overdækket med en beklædning af polyethylenharpiks med en tykkelse på 1.0 mm og med en Young-modul på 6000 kp/cm . Den således fremstillede pæl blev nedrammet ved hjælp af en Diesel-hammer til en dybde på 12 m i en jordbund med samme sammensætning som i eksempel 2, og straks efter nedramningen blev pælen trukket op ved hjælp af en vibrohammer. Der var intet spor af beskadigelser af det yderste dæklag, såsom afskrælninger.

Eksempel 4

En stålrørspæl i lighed med den i eksempel 1 omhandlede blev beklædt med et lag af asfalt med en tykkelse på 0.5 mm, en indtrængning på 55 (25°C) og et blødgøringspunkt på 60°C. Pælen blev derefter beklædt med en belægning af polypropylen med en tykkelse på 1.2 mm og en Young-modul på 12.000 kp/cm . Den således fremstillede pæl blev nedrammet ved hjælp af en Diesel-hammer til en dybde på 24 m i en jordbund med samme sammensætning som i eksempel 2, og umiddelbart efter blev pælen trukket op ved hjælp af en vibrohammer. Der var intet spor af beskadigelser, såsom afskrælninger, af det ydre dæklag.