EP0109397B1 - Hohler gründungskörper und verfahren zur herstellung einer gründung - Google Patents

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EP0109397B1
EP0109397B1 EP83900258A EP83900258A EP0109397B1 EP 0109397 B1 EP0109397 B1 EP 0109397B1 EP 83900258 A EP83900258 A EP 83900258A EP 83900258 A EP83900258 A EP 83900258A EP 0109397 B1 EP0109397 B1 EP 0109397B1
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/18—Bulkheads or similar walls made solely of concrete in situ
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D19/00—Keeping dry foundation sites or other areas in the ground
    • E02D19/06—Restraining of underground water
    • E02D19/10—Restraining of underground water by lowering level of ground water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/46—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making in situ by forcing bonding agents into gravel fillings or the soil

Definitions

  • the invention relates to a hollow foundation body of substantially constant cross-section, consisting of concrete, which is continued downwards through a water-permeable layer, a filter tube being arranged in the water-permeable layer, from which penetrating water can be removed through a tube guided in the foundation body.
  • the object of the invention is to design a foundation body of the type outlined at the outset, in particular a foundation pile, in such a way that it initially acts in a known manner as a drainage pile, but at the same time is statically effective over its entire length.
  • the water-permeable layer consists of filter concrete, especially in a manner known per se, single-grain concrete.
  • filter blocks were prefabricated from it, which were then laid. If the einkorn material, as described in AT-PS 358 997, was introduced into the groundwater area, care was taken to seal the wall of the borehole on the one hand and to make the einkorn concrete impermeable to the groundwater on the one hand by adding sufficient binding agents.
  • the filter concrete used already has greater compressive strength than natural water-permeable layers or as a gravel casing placed around the filter tube. It is also possible to provide the entire foundation body with continuous reinforcement. As soon as the groundwater level has dropped sufficiently, the filter concrete can also be grouted with a hardening injection material. This had previously been proposed (see AT-PS 168 946) in order to make a filter layer impermeable to water. In connection with the invention, this also leads to the fact that the lower end of the foundation body can absorb pressure forces transmitted from the upper part thereof to an increased extent.
  • the drainage pile shown in FIG. 1 consists of a lower part made of filter concrete 1 and an upper part made of water-impermeable normal concrete 7. It is continuously provided with longitudinal reinforcing bars 2, which are held together by a spiral in the circumferential direction of reinforcing bars. Pipes 6 and 4 run along the axis of the pile surrounded by the soil 8. The pipe surrounded by the filter concrete 1 is designed as a water-permeable filter pipe 4 and is accordingly provided with slots or the like. A base plate 3 with a sump tube 5 welded to it prevents the soil from being washed out below the drainage pile. With 9 a removable rubber packer is indicated, which prevents the penetration of concrete into the interior of the filter tube 4 during the production of the layer of filter concrete 1.
  • the drainage pile shown is produced by first lowering a casing pipe 10 into the ground 8 to below the groundwater level 11 (FIGS. 2a, 2b).
  • the interior of the casing tube 10 is emptied using conventional construction machinery 13.
  • the tube 6 is then introduced (FIG. 2c), which carries the filter tube 4, the sump tube 5 and the base plate 3 at its lower end.
  • Filter concrete 1 is introduced around the reinforcing bars 2, while at the same time the casing tube 10 is pulled up (FIG. 2d).
  • the known filter or single-grain concrete is preferably composed of gravel with a uniform grain size between 2 mm and 32 mm and contains approximately 120 to 200 kg of cement per m 3 of filter concrete. Only a relatively small amount of water is necessary, since the cement particles only need to be attached to the gravel grains. The water necessary for the concrete to set completely is supplemented by the groundwater present when it is introduced underwater. In order to ensure the binding of the cement to the gravel in the event of strong water ingress, commercially available additives can be used which prevent the cement from loosening from the gravel grains. Their proportion is usually between 0.3 and 0.8% by weight.
  • the entire concrete (including single-grain concrete) is, as is currently the case, poured into the corresponding height (depth) of the drainage pile using a concreting pipe.
  • the filter tube 4 can be sealed by a rubber packer 9 while the filter concrete 1 is being introduced, while the filter can during the setting process flushed concrete so that it remains permeable to water.
  • the upper part of the drainage pile is carried out in normal concrete 7 (FIG. 2e).
  • the groundwater level 11 is lowered (FIG. 2f) by pumping up the water that has penetrated through the filter tube 4 from the drainage pile via a pump introduced through the tube 6, or by suctioning it off from above.
  • the filter concrete 1 can be pressed through the filter tube 4 by a cement injection 12 and can thus be made water-impermeable and increasingly pressure-resistant.
  • the construction according to the invention of a foundation pile that can be used for drainage takes into account the differences to which such a component is exposed in its various height ranges: bending stresses are practically limited to the upper part, where the pile is constructed in a conventional manner, while the lower part occurs almost exclusively Pressure loads that can be easily absorbed, in particular by reinforced filter concrete.
  • the lower part of the foundation pile, which is primarily used for drainage, is thus effective in its entire length in that it reduces the peak pressure on the pile base to the permissible level by jacket friction.
  • FIGS. 3a-d The mode of operation of the drainage pile according to the invention during the construction process is illustrated with the aid of FIGS. 3a-d.
  • a series of piles according to FIG. 3a is produced.
  • the excavation pit is then excavated (Fig. 3b).
  • anchoring with anchors 14 as an additional safeguard against the occurring earth pressure is possible.
  • Underwater excavation can be carried out below the groundwater. If this is not desired, it is already possible to lower the groundwater level in sections.
  • the main stress on the pile is the absorption of bending moments caused by earth pressure.
  • the bending moments that occur are absorbed by the existing reinforcement 2.
  • the weakening of the cross-section through the well pipe 6 has only a very slight influence on this load-bearing behavior, since the well pipe 6 is arranged centrally and thus lies in the neutral zone of the bending stress.
  • the invention is not limited to foundation bodies of cylindrical cross-section, that is to say to foundation piles in the narrower sense, rather it is possible to implement the same basic idea with foundation bodies, for example rectangular cross-section, for example with diaphragm walls.
  • FIGS. 4a to c The manufacture of such a drainage wall is shown in FIGS. 4a to c.
  • a shaft is first excavated and the wall thereof is protected by a supporting liquid 18 (for example, concrete suspension) introduced between guide walls 16.
  • a partition 17 is then lowered (FIG. 4b), which is generally perforated, but has a closed component 17 'in the lower region.
  • the further procedure is the same as that described for FIG. 2, with the difference that filter concrete 1 is introduced only on one side of the wall part 17 'and therefore the groundwater is only lowered on this side of the wall.
  • the filter concrete 1 is only effective when the sealing of the adjacent area by the supporting liquid, for example by partial dissolution of the sealing layer, has been removed.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen hohlen Gründungskörper im wesentlichen konstanten Querschnittes, bestehend aus Beton, der nach unten durch eine wasserdurchlässige Schicht fortgesetzt ist, wobei in der wasserdurchlässigen Schicht ein Filterrohr angeordnet ist, aus welchem eindringendes Wasser durch ein im Gründungskörper geführtes Rohr entfernbar ist.
  • Es ist bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden, Drainagepfähle, die zur Absenkung des Grundwassers im Bereich von Gründungspfählen oder -mauern üblich sind, nicht seitlich zu dem Gründungsbauwerk anzuordnen. Vielmehr wird ein Rohr durch den Gründungskörper in die Tiefe geführt, in welches das Grundwasser aus einer unterhalb des Gründungskörpers befindlichen wasserdurchlässigen Schicht eindringt, worauf es nach oben gepumpt oder gesaugt wird. Statisch betrachtet ist bei bekannten derartigen Einrichtungen (vgl. AT-PS 186 197, AT-PS 225629) die unterhalb des Gründungskörpers befindliche Filterschicht kein Teil des Gründungskörpers.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Gründungskörper der eingangs skizzierten Art, insbesondere einen Gründungspfahl, so auszugestalten, daß er zunächst in bekannter Weise als Drainagepfahl wirkt, gleichzeitig jedoch in voller Länge statisch wirksam ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die wasserdurchlässige Schicht aus Filterbeton, insbesondere in an sich bekannter Weise Einkornbeton, besteht.
  • Soweit bisher Filterbeton, insbesondere auch das Einkornmaterial, hergestellt worden ist, wurden daraus Filtersteine vorgefertigt, die anschließend verlegt worden sind. Erfolgte die Einbringung des Einkornmaterials, wie dies AT-PS 358 997 beschreibt, in den Grundwasserbereich, so wurde dafür Sorge getragen, einerseits die Wand des Bohrloches abzudichten und überdies durch hinreichenden Bindemittelzusatz den Einkornbeton für das Grundwasser undurchlässig zu machen.
  • Der verwendete Filterbeton weist an sich schon größere Druckfestigkeit auf als natürliche wasserdurchlässige Schichten oder als ein um das Filterrohr eingebrachter Kiesmantel. Zudem ist es möglich, den gesamten Gründungskörper mit einer durchgehenden Bewehrung zu versehen. Sobald der Grundwasserspiegel genügend abgesenkt ist, kann der Filterbeton außerdem mit einem erhärtenden Injektionsmaterial verpreßt werden. Dies war bisher schon vorgeschlagen worden (vgl. AT-PS 168 946), um eine Filterschicht wasserundurchlässig zu machen. Im Zusammenhang mit der Erfindung führt das überdies dazu, daß das untere Ende des Gründungskörpers vom oberen Teil desselben übertragene Druckkräfte in verstärktem Maße aufnehmen kann.
  • Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnung beschrieben, wobei
    • Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Drainagepfahl darstellt und
    • Fig. 2a bis 2g die Herstellung desselben illustrieren;
    • Fig. 3a bis 3d zeigen die Verwendung der beschriebenen Pfähle bei der Herstellung eines Gebäudes;
    • Fig. 4a bis 4c zeigen die Anwendung der Erfindung bei einer Drainagewand.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Drainagepfahl besteht aus einem unteren Teil aus Filterbeton 1 und einem oberen Teil aus wasserundurchlässigem Normalbeton 7. Er ist durchgehend mit längsverlaufenden Bewehrungseisen 2 versehen, die durch eine Wendel in Umfangsrichtung verlaufender Bewehrungseisen zusammengehalten sind. Entlang der Achse des rings vom Erdreich 8 umgebenen Pfahles verlaufen Rohre 6 und 4. Das vom Filterbeton 1 umgebene Rohr ist als wasserdurchlässiges Filterrohr 4 ausgebildet und dementsprechend mit Schlitzen od. dgl. versehen. Eine Bodenplatte 3 mit einem daran angeschweißten Sumpfrohr 5 verhindert die Auswaschung des Bodens unterhalb des Drainagepfahles. Mit 9 ist ein entfernbarer Gummipacker angedeutet, der während der Herstellung der Schicht aus Filterbeton 1 das Eindringen von Beton ins Innere des Filterrohres4 verhindert.
  • Der dargestellte Drainagepfahl wird hergestellt, indem zunächst ein Mantelrohr 10 in das Erdreich 8 bis unter den Grundwasserspiegel 11 abgesenkt wird (Fig. 2a, 2b). Mittels üblicher Baumaschinen 13 wird der Innenraum des Mantelrohres 10 entleert. Anschließend wird das Rohr 6 eingebracht (Fig. 2c), das an seinem unteren Ende das Filterrohr 4, das Sumpfrohr 5 und die Bodenplatte 3 trägt. Um die Bewehrungseisen 2 wird Filterbeton 1 eingebracht, während gleichzeitig das Mantelrohr 10 hochgezogen wird (Fig. 2d).
  • Der an sich bekannte Filter- oder Einkornbeton setzt sich vorzugsweise aus Kies einer einheitlichen Korngröße zwischen 2 mm und 32 mm zusammen und enthält ca. 120 bis 200 kg Zement pro m3 Filterbeton. Es ist nur eine relativ geringe Wasserzugabe notwendig, da nur ein Anheften der Zementteilchen an die Kieskörner notwendig ist. Das zum vollkommenen Abbinden des Betons notwendige Wasser wird bei der Unterwassereinbringung durch das dort ja vorhandene Grundwasser ergänzt. Um die Bindung des Zements an den Kies bei starkem Wassereintritt zu sichern, können handelsübliche Zusätze verwendet werden, die das Lösen des Zements von den Kieskörner verhindern. Ihr Anteil beträgt üblicherweise zwischen 0,3 und 0,8 Gew.-%.
  • Der gesamte Beton (auch Einkornbeton) wird, wie derzeit üblich, mit Hilfe eines Betonierrohres in die entsprechende Höhe (Tiefe) des Drainagepfahles eingebracht.
  • Während des Einbringens des Filterbetons 1 kann, wie erwähnt, das Filterrohr 4 durch einen Gummipacker 9 abgedichtet werden, während des Abbindevoranges kann hingegen der Filterbeton durchspült werden, damit er wasserdurchlässig bleibt. Anschließend an die Herstellung der Schicht aus Filterbeton 1 wird der obere Teil des Drainagepfahles in Normalbeton 7 (Fig. 2e) ausgeführt. Der Grundwasserspiegel 11 wird abgesenkt (Fig. 2f), indem aus dem Drainagepfahl das über das Filterrohr 4 eingedrungene Wasser über eine durch das Rohr 6 eingebrachte Pumpe hochgepumpt oder von oben abgesaugt wird. Sobald keine weitere Drainage mehr vonnöten ist, kann der Filterbeton 1 durch das Filterrohr 4 durch eine Zementinjektion 12 verpreßt und damit wasserundurchlässigen und verstärkt druckfest gemacht werden.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau eines zur Drainage verwendbaren Gründungspfahles berücksichtigt die Unterschiede, denen ein solcher Bauteil in seinen verschiedenen Höhenbereichen ausgesetzt ist: Biegebeanspruchungen beschränken sich praktisch auf den oberen Teil, wo der Pfahl in konventioneller Weise aufgebaut ist, im unteren Teil hingegen treten so gut wie ausschließlich Druckbelastungen auf, die insbesondere von bewehrtem Filterbeton ohne weiteres aufgenommen werden können. Der zunächst primär der Drainage dienende unterste Teil des Gründungspfahles ist damit in seiner ganzen Länge dahingehend wirksam, daß er durch Mantelreibung den Spitzendruck am Pfahlgrund auf das jeweils zulässige Maß herabsetzt.
  • Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Drainagepfahles während des Bauablaufes wird anhand von Fig. 3a-d illustriert. Zunächst wird, wie beschrieben, eine Reihe von Pfählen gemäß Fig. 3a hergestellt. Anschließend erfolgt der Baugrubenaushub (Fig. 3b). Im Zuge desselben ist eine Ankerung mit Ankern 14 als zusätzliche Sicherung gegen den auftretenden Erddruck möglich. Unterhalb des Grundwassers kann ein Unterwasseraushub vorgenommen werden. Falls dies nicht erwünscht ist, besteht die Möglichkeit, bereits jetzt den Grundwasserspiegel abschnittsweise abzusenken. Die Hauptbeanspruchung des Pfahles besteht in der Aufnahme von Biegemomenten, welche durch den Erddruck erzeugt werden. Die auftretenden Biegemomente werden durch die vorhandene Bewehrung 2 aufgenommen. Die Querschnittsschwächung durch das Brunnenrohr 6 beeinflußt nur sehr unwesentlich dieses Tragverhalten, da das Brunnenrohr 6 zentrisch angeordnet ist und damit in der neutralen Zone der Biegebeanspruchung liegt.
  • Nach dem Baugrubenaushub (u. U. auch währenddessen) wird das Grundwasser durch die untere Filterbetonstrecke 1 des Pfahles angesaugt und durch das Brunnenrohr 6 abgepumpt. Es gelten hier von seiten der Dimensionierung die gleichen Voraussetzungen wie für einen normalen Brunnen (Fig. 3c). Anschließend wird der unterirdische Teil des Bauwerkes 15 gebaut, so daß eine wasserdichte Wanne entsteht.
  • Nach dem Bau des unterirdischen Bauteils wird das oberirdische Gebäude hergestellt (Fig. 3d). Sobald durch die wachsende Auflast die Auftriebssicherheit des Bauwerkes gewährleistet ist, kann die Grundwasserabsenkung eingestellt werden. Um die Tragfähigkeit der Pfähle zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, daß anschließend durch das Filterrohr 4 der Einkornbeton 1 mittels Injektion 12 weiter verbessert wird. Dabei wird zusätzlich zur Tragfähigkeit des Pfahles in diesem Bereich auch die Mantelreibung erhöht, da das Injektionsgut teilweise in den umgebenden Untergrund eindringt. Soweit erhält der Pfahl im Zuge des Baufortschrittes eine höhere Tragfähigkeit, die sinnvollerweise mit der ansteigenden Bauwerkslast abgestimmt werden kann.
  • Die Erfindung ist nicht auf Gründungskörper zylindrischen Querschnittes, also auf Gründungspfähle im engeren Sinne beschränkt, vielmehr ist es möglich, denselben Grundgedanken bei Gründungskörpern beispielsweise rechteckigen Querschnittes, etwa bei Schlitzwänden, zu verwirklichen.
  • Die' Herstellung einer solchen Drainagewand ist in Fig. 4a bis c dargestellt.
  • Gemäß Fig. 4a wird zunächst ein Schacht ausgehoben und dessen Wandung durch eine zwischen Leitwänden 16 eingebrachte Stützflüssigkeit 18 (z. B. Betonitsuspension) geschützt. Anschließend (Fig. 4b) wird eine Trennwand 17 abgesenkt, die im allgemeinen durchlöchert ist, im unteren Bereich aber einen geschlossenen Bauteil 17' aufweist. Der weitere Ablauf ist derselbe wie zu Fig. 2 beschrieben, mit dem Unterschied, daß nur auf einer Seite des Wandteiles 17' Filterbeton 1 eingebracht wird und daher nur auf dieser Seite der Wand eine Absenkung des Grundwassers erfolgt. Der Filterbeton 1 wird erst wirksam, wenn die Abdichtung des angrenzenden Bereiches durch die Stützflüssigkeit, beispielsweise durch teilweise Auflösung der Dichtungsschicht, aufgehoben worden ist.

Claims (4)

1. Hohler Gründungskörper im wesentliche konstanten Querschnittes, bestehend aus Beton (7), der nach unten durch eine wasserdurchlässige Schicht (1) fortgesetzt ist, wobei in der wasserdurchlässigen Schicht ein Filterrohr (4) angeordnet ist, aus welchem eindringendes Wasser durch ein im Gründungskörper geführtes Rohr (6) entfernbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserdurchlässige Schicht aus Filterbeton (1), insbesondere in an sich bekannter Weise aus Einkornbeton, besteht.
2. Hohler Gründungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der wasserdurchlässigen Schicht Bewehrungseisen (2) angeordnet sind.
3. Hohler Gründungskörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserdurchlässige Schicht durch eine Bodenplatte (3) abgeschlossen ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Gründung unter Verwendung von Gründungskörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Grundwasserabsenkung der Filterbeton (1) in an sich bekannter Weise durch das Filterrohr (4) mit einem erhärtenden Injektionsmaterial, z. B. Zementmilch, verpreßt wird.
EP83900258A 1982-05-24 1983-01-07 Hohler gründungskörper und verfahren zur herstellung einer gründung Expired EP0109397B1 (de)

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