EP0246589A1 - Vorgefertigter Betonpfahl sowie Verfahren und Vorrichtung zu seinem Einbringen ins Erdreich - Google Patents

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Publication number
EP0246589A1
EP0246589A1 EP87107176A EP87107176A EP0246589A1 EP 0246589 A1 EP0246589 A1 EP 0246589A1 EP 87107176 A EP87107176 A EP 87107176A EP 87107176 A EP87107176 A EP 87107176A EP 0246589 A1 EP0246589 A1 EP 0246589A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
concrete pile
pile
concrete
ground
reinforcement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP87107176A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Magnus Mauch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Original Assignee
Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co filed Critical Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Publication of EP0246589A1 publication Critical patent/EP0246589A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/22—Placing by screwing down
    • 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
    • E02D5/56—Screw piles

Definitions

  • the invention relates to a prefabricated concrete pile and a method and a device for its introduction into the ground.
  • the present invention is therefore intended to develop a concrete pile according to the preamble of claim 1 in such a way that it is particularly well capable of transmitting high torques from its upper, driven end to its lower end.
  • a concrete pile according to claim 2 contains only as much reinforcement as is necessary for transmitting the torque at a particular point on the pile. This allows the pile to be manufactured inexpensively overall.
  • the development of the invention according to claim 5 is advantageous with regard to a free cutting of "thread turns" in the ground and also with regard to a locking of the pile inserted into the ground in the angular direction: spring back the elastically displaced soil in the radial outward direction when the rotary movement exerted on the pile is ended.
  • an overall large length concrete pile in several axially consecutive segments can be brought into the ground one after the other, which allows the use of a screwing device with a small working stroke, which is cheaper to manufacture and can be transported more easily.
  • the measured torque is in fact directly associated with the pile's circumferential lubrication of the pile's penetration force into the ground, which in turn dictates the load-bearing capacity of the pile; if the pile is not lubricated on the circumference, the measured torque is representative of the penetration resistance, as just explained, in combination with the circumferential static friction between the pile and the ground. These forces are also characteristic of the later load-bearing capacity of the pile.
  • a prefabricated concrete pile is shown partially screwed into a base 12.
  • the device used for this purpose which exerts an axial force on the concrete pile 10 and at the same time rotates it about its longitudinal axis, is designated by a total of 14 in FIG.
  • the concrete pile 10 has a helical rib 16 running on its outer surface and is provided with a helical reinforcement part 18 on the inside.
  • the latter is shown in the drawing as if it were made from a tape; in practice, the reinforcement member 18 can be made in the usual way from bent and intersecting reinforcement bars, like conventional reinforcements of concrete piles.
  • the concrete pile 10 can comprise further reinforcement parts which are not shown in the drawing and which, in a known manner, have reinforcement bars running in the axial direction and running in the circumferential direction.
  • the upper end of the reinforcement part 18 is welded to a cage-like reinforcement head 20, which in turn is firmly connected to a square drive 22.
  • the square drive 22 is positively received in a drive opening 24 of a drive ring 26.
  • the latter is rotatably and axially supported between two end plates 28, 30 of a total of 32 designated drilling head.
  • the end plates 28, 30 are kept at a distance by a front end plate 34 and a rear end plate 36 and by side plates 38 and, together with the latter, delimit a gear chamber.
  • a pinion 40 meshing with the drive ring 26 rotates, which sits on the shaft of a rotating hydraulic motor 42.
  • the entire drill head 32 can be moved on extensions of the side plates 38 on a drilling mast 44.
  • the piston rod 46 of a long hydraulic working cylinder 48 is articulated on the upper end plate 28, the housing of which is supported on a projecting arm 50 of the upper end of the drilling mast 44.
  • the drilling mast 44 itself is connected via articulated struts 52, 54 connected to a vehicle, not shown, and can be transported from one location to another by the latter. By moving the struts 52, 54, the drilling mast 44 can also be adjusted in its inclination.
  • a linear position transmitter 56 is mechanically coupled to the piston rod 46 or a part that moves rigidly with it.
  • the rotation of the drive ring 26 is detected by an angle sensor 58 which is mechanically coupled to the shaft of the hydraulic motor 42 and which can be formed by a multi-turn potentiometer or a stroboscopic disk with a counter connected downstream.
  • the position transmitter 56 and the angle transmitter 58 are also connected to inputs of a control unit 60, as is a control panel 62 which, in addition to an input field 64 for general working parameters, has an adjustment knob 66 for the pitch of the rib 16 and an adjustment knob 68 for the length of the concrete pile.
  • the setting buttons 66 and 68 are drawn out separately only to highlight the assigned input size; It goes without saying that, if necessary, these quantities can also be entered via the general input field, which can include an alphanumeric keypad in addition to control keys.
  • the general working parameters entered there include, in particular, the target speed selected with regard to the soil strength at which the concrete pile 10 is to be screwed into the ground 12.
  • the control unit 60 controls two 4/3 solenoid valves 70, 72, via which the hydraulic motor 42 or the working cylinder 48 for driving in both working directions with a pressure line 74 coming from a hydraulic pump (not shown) or one to one not shown Return line 76 leading pressure sump are connectable.
  • an adjustable throttle 78 which is adjusted by a servomotor 80, is inserted into the supply line to the hydraulic motor 42.
  • an adjustable throttle 82 which is adjusted by a servo motor 84, is inserted into the supply line leading to the rear working space of the working cylinder 48.
  • the two servomotors 80 and 84 are excited by the control unit 60 in such a way that the helical movement impressed on the upper end of the concrete pile has the same pitch as the rib 16.
  • the control unit 60 preferably works in such a way that it first tries to set the feed speed corresponding to the target speed on the piston rod 46.
  • the speed of rotation of the hydraulic motor 42 is regulated as a function of the actual travel of the piston rod 46 measured via the position transmitter 56.
  • the tracking of the speed of the hydraulic motor 42 to the actual stroke of the piston rod 46 is preferably carried out at least until some gears of the rib 16 have gripped in the ground and by merely turning the concrete pile 10 due to the support of the ribs, the axial necessary to displace the soil Force can be provided.
  • the operation of the control unit 60 can then be modified so that it first of all sets the rotational speed of the hydraulic motor 42 according to the desired feed speed for the concrete pile 10, while the working cylinder 48 ge rade as far as pressure medium is applied, as is necessary to produce any remnants of the axial feed force (according to the remaining position of the piston rod 46 compared to a target position, which results from the total angle of rotation of the concrete pile 10 taking into account the slope the rib 16 results).
  • the concrete pile and the device described above are first used in a factory to manufacture the concrete pile, the square drive 22, the reinforcement part 18, the reinforcement head 20 and other reinforcement components being prefabricated in a known manner and firmly connected to one another by welding.
  • the unit obtained in this way is introduced into a mold with an inner contour which corresponds to the desired outer contour of the concrete pile 10.
  • the concrete is then poured into this mold, and when the concrete has obtained sufficient inherent strength, the concrete pile 10 can be shaped.
  • a split mold this can be done by removing the mold cover and removing the finished pile; when using a one-piece mold, in which the inner surface of the mold is then covered with a release agent, also by unscrewing the finished concrete pile 10.
  • the concrete piles produced in this way can be solid piles, but hollow centrifugal concrete piles can also be produced using a circumferential shape. It is further understood that the reinforcement can also be put under tension when producing the concrete piles 10, so that prestressed concrete piles are obtained.
  • the concrete piles which are between 10 and 20 meters long in practice, are transported to the construction site in a vehicle. There is then a pile with a hoist, as is usually provided on drilling devices for handling drill pipes, when the hoist is raised Drill head 32 placed under this and aligned substantially vertically. Then the drill head 32 is lowered so that the drive square 22 is inserted into the drive ring 26. Now the hoist can be released.
  • a hoist as is usually provided on drilling devices for handling drill pipes
  • the hydraulic motor 42 and the working cylinder 48 are now set in motion, initially with a vertical pile orientation, until the pile tip has worked so far into the ground that it no longer deviates in the lateral direction. Now, by adjusting the struts 52, 54, the drilling mast 44 is inclined in the direction in which the concrete pile 10 is to be screwed into the ground. The hydraulic motor 42 and the working cylinder 48 are then again supplied with pressure medium in a controlled manner via the control unit 60, and the concrete pile 10 is quickly screwed into the ground 12 in the manner already described in more detail above. In practice, an approximately 12 meter long pile can be screwed into a medium-heavy subsoil in a total of 6 minutes (main time), so that pile foundations with closely adjacent piles achieve an output of around ten piles per hour.
  • Figure 3 shows a modified concrete pile 10, in which the helical rib 16 extends only over part of its axial length.
  • a pile is used when the top layer of the soil is very hard and has to be overcome by ramming.
  • the advantages associated with screwing a concrete pile into the ground are still obtained during the second phase of being brought into the ground, which still results in considerable time savings and a considerable reduction in noise pollution.
  • the concrete pile shown in FIG. 4 differs from the exemplary embodiments described above in that it has a cutting tip 86 which can work through hard layers of the subsurface.
  • a two-course rib arrangement consisting of two ribs 16a and 16b which are offset by 180 degrees in the circumferential direction, these ribs also being very wide and spherical.
  • the width of the base of the ribs corresponds to half the spiral pitch, so that the two nested ribs 16a and 16b touch one another.
  • the rib profile is circular.
  • Such a circumferential contour concrete post is particularly suitable for use in resilient subsoil which can spring back into the recesses given by the ribs.
  • the concrete pile shown in FIG. 5 differs from the exemplary embodiments described above in that its main body is slightly conical and tapers towards the lower end.
  • the upper sections of the rib 16 still perform a radial displacement work when they enter the recesses in the substrate that have already been cut by the lower rib sections.
  • the concrete pile 10 according to FIG. 5 has a tip, in which fold-out semi-conical cutting tools 88, 90 are provided.
  • the latter can be placed on a frustoconical seat 92 formed on the lower end of the pile, so that they form the closed cone tip 94 shown in broken lines in FIG.
  • the cutting tools 88, 90 create a free space 96 which, depending on the time at which the cutting tools are extended, extends over a smaller or larger part of the lower end of the concrete pile.
  • the free space 96 can be filled with liquid concrete via an axial through-channel 98 of the concrete pile and - if desired - can be expanded to form an enlarged onion by applying pressure.
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5 also differ from the previously described exemplary embodiments by the torque-transmitting connection between the upper end of the pile and the drill head 32.
  • the concrete pile according to FIG. 4 has a transverse passage 100 at the upper end, into which a steel bolt 102 is inserted.
  • the latter works together with complementary grooves in the inner circumferential surface of a correspondingly modified drive ring.
  • a square 104 having a large edge length is molded onto the upper end of the pile itself.
  • the drive square 22 of adjacent concrete piles 10, which were screwed equally far into the ground 12, can be firmly connected by a common head plate 108 which has recesses 110, in each of which a drive square 22 is positively received.
  • a reinforcement section 112 of the concrete pile 10 can be partially drawn into the rib 16 in order to increase the dynamic strength of the rib 16.
  • a helical protective rail 114 can be fastened to the radially outer end of this reinforcement section 112, which is provided with an outer welded wear layer 116. Since the protective rail 114 is fastened to the reinforcement section 112 before the pile is poured, its outer surface merges flush with the outer surface of the concrete. The protective rail 114 facilitates the cutting of threads in the subsurface and generally only needs to be provided in the lower section of the concrete pile, since the part of the rib 16 located there has to do most of the cutting and displacement work and is the longest to engage with the underground.
  • the rib 16 can be interrupted.
  • two diametrically opposite openings 118 are provided for each course of the rib 16. These openings are important when screwing the concrete pile 10 into the ground 12 insofar as they represent additional cutting edges.
  • material of the subsurface can also spring into the openings 118 after the screwing in has ended, so that the concrete pile 10 is additionally locked in the direction of rotation.
  • the concrete pile 10 shown in FIG. 8 has an internal axial passage 120, via which a lubricant can be pressed from the upper pile end to the pile tip and from there to the pile circumference.
  • a central passage does not significantly reduce the area moment of inertia of the pile and thus its ability to transmit torque; the static load capacity in the axial direction is also only slightly reduced.
  • the passage 120 is poured with concrete after the concrete pile 10 has been completely introduced into the subsurface.

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Abstract

Ein vorgefertigter Betonpfahl (10) für Pfahlgründungen hat auf seiner Außenfläche eine wendelförmige Rippe (16), so daß er von einem Bohrkopf (32), der seinerseits durch einen hydraulischen Arbeitszylinder (48) verfahrbar ist, in den Untergrund (12) hineingeschraubt werden kann. Die Pfahlarmierung (18) ist wendelförmig, wobei der Drehsinn demjenigen der wendelförmigen Rippe entgegengesetzt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen vorgefertigten Betonpfahl sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seinem Einbringen ins Erdreich.
  • Für Pfahlgründungen bestanden früher zwei Alternativen: Entweder wurde am gewünschten Ort im Erdreich ein Loch gebohrt, welches mit Ortbeton ausgefüllt wurde, oder es wurde ein vorgefertigter Betonpfahl unter Verwendung einer Ramme in das Erdreich getrieben. Die erste Alternative ist zeitraubend, die zweite Alternative ist mit hoher Geräuschbelästigung verbunden.
  • Es wurde schon vorgeschlagen (Zeitschrift "Baumaschine und Technik", 9. Jahrgang, 1962, Seiten 253 ff.), einen vorgefertigten Betonpfahl ähnlich wie eine selbstschneidende Schraube in das Erdreich hineinzuschrauben. Die hierfür notwendigen Kräfte werden zum einen durch ständiges Ausüben eines axialen Druckes auf den Betonpfahl, was keinerlei Geräusche erzeugt, zum Teil durch Drehen des Betonpfahles erzeugt, was mit nur geringer Geräuschbelästigung verbunden ist. Anders gesagt: Beim Einscrauben eines Betonpfahles wird die zum Hineindrücken des Pfahles in das Erdreich notwendige Kraft großenteils aus einer Drehbewegung abgeleitet, wobei die Umsetzung in eine axiale Kraft durch die wendelförmige Rippenanordnung erfolgt. Das Drehen des Pfahles um seine Längsachse hat darüber hinaus die Wirkung, daß zwischen Pfahl und Erdreich nur die kleinere Gleitreibung überwunden werden muß. Beim Einrammen von Pfählen muß dagegen bei jedem Schlag die hohe Haftreibung zwischen der Außenfläche des Pfahles und dem Erdreich aufgebrochen werden. Diese Haftreibung ist deshalb sehr groß, weil derjenige Teil des Erdreiches, in welchen der Pfahl vordringt, in seitlicher Richtung verdrängt werden muß, so daß in unmittelbarer Nachbarschaft des Pfahles das Erdreich stark komprimiert ist und unter hoher Spannung steht. Soweit das Umsetzen der AntriebsDrehbewegung in eine axiale Vorschubbewegung durch die wendelförmige Rippenanordnung nicht erbracht werden kann (Beginn des Einbringens, wenn der Pfahl zunächst nur geringfügig ins Erdreich eingreift; loses oder sehr weiches Erdreich), kann die benötigte axiale Vorschubkraft direkt von einem auf das obere Ende des Betonpfahles arbeitenden Linearantrieb bereitgestellt werden, zum Beispiel einem Hydraulikzylinder.
  • Das Einschrauben von Betonpfählen ist bezüglich der Geräuschentwicklung somit derjenigen eingangs angesprochenen Alternative vergleichbar, bei welcher ein Loch gebohrt und letzteres mit Ortbeton ausgegossen wird. Es läßt sich am Einsatzort jedoch viel schneller praktizieren, insbesondere entfällt der maschinelle und zeitliche Aufwand, der zum Entfernen des Bohrkleins, des Bohrers bzw. der rohrförmigen Schalung für den Pfahl getrieben werden muß. Pfahlgründungen können somit in sehr rascher Zeit abgeschlossen werden, wobei die ins Erdreich eingebrachten Pfähle sofort voll tragfähig sind. Bei Bauarbeiten, die in der Nähe von Gebäuden oder Straßen durchzuführen sind, ergibt sich so eine erhebliche Verkürzung der mit den Arbeiten einhergehenden Beeinträchtigungen. Es können so auch Pfähle auch stark zur Vertikalen geneigt gegründet werden.
  • Mit der zweiten eingangs angesprochenen Alternative, bei welcher vorgefertigte Betonpfähle ins Erdreich eingerammt werden, hat das Einschrauben den Vorteil gemeinsam, daß die Qualität jedes einzelnen Betonpfahles bei der Vorfertigung in einer Fabrik genauer gesteuert und überwacht werden kann.
  • Beim Einschrauben von Betonpfählen mit einer Wendel-Rippenanordnung ins Erdreich müssen oft sehr hohe Drehmomente vom Pfahl übertragen werden. Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Betonpfahl gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß er besonders gut zur Übertragung hoher Drehmomente von seinem oberen, getriebenen Ende zu seinem unteren Ende befähigt ist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Pfahlausbildung wird erreicht, daß auf das obere Pfahlende ausgeübte große Drehmomente sicher im Pfahl nach unten weitergegeben werden, da derartige Drehmomente dazu führen, daß sich der wendelförmige Armierungsteil zusammenzuziehen (im Sinne einer Spiralfeder "aufzuziehen") sucht, wodurch das von ihm eingeschlossene Betonvolumen auf Kompression belastet wird. Derartigen Kompressionsbelastungen kann aber das Betonmaterial gut standhalten, so daß insgesamt eine sichere Drehmoment-Weitergabe im Betonpfahl gewährleistet ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in nachgeordneten Ansprüchen angegeben.
  • Ein Betonpfahl gemäß Anspruch 2 enthält nur soviel an Armierung, wie zum Übertragen des Drehmomentes an einer betrachteten Stelle des Pfahles notwendig ist. Damit läßt sich der Pfahl insgesamt preisgünstig herstellen.
  • Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ermöglicht die Verwendung der Erfindung auch in harten und steinigen Untergründen. In der Regel ist es ausreichend, wenn nur die untersten Gänge der wendelförmigen Rippenanordnung mit einer ihren Rücken schützenden verschleißfesten kappen- ähnlichen Schutzschiene versehen sind.
  • Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist im Hinblick auf ein Freischneiden von "Gewindegängen" im Erdreich und auch im Hinblick auf eine Arretierung des ins Erdreich eingebrachten Pfahles in Winkelrichtung von Vorteil: In die Unterbrechungen kann zunächst beim Einbringen des Pfahles in radialer Auswärtsrichtung elastisch verdrängtes Erdreich wieder zurückfedern, wenn die auf den Pfahl ausgeübte Drehbewegung beendet wird.
  • Der letztgenannte Vorteil wird auch durch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 erhalten.
  • Gemäß dem im Anspruch 7 angegebenen Vorschlag kann man einen insgesamt große Länge aufweisenden Betonpfahl in mehreren axial hintereinander liegenden Segmenten nacheinander in den Untergrund einbringen, was die Verwendung einer Einschraub-Vorrichtung mit geringem Arbeitshub ermöglicht, die billiger herzustellen ist und sich leichter transportieren läßt.
  • Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß Anspruch 9 ist im Hinblick auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung bei solchen Untergründen von Vorteil, bei welchen ein bloßes Drehen des Betonpfahles zumindest in der ersten Phase seines Eindringens ins Erdreich dazu führen würde, daß die Rippenanordnung das Erdreich ähnlich wie ein Fräser zerkleinert, so daß keine Führung der Rippenanordnung im Erdreich erhalten würde.
  • Gemäß Anspruch 11 erhält man zugleich mit dem Einbringen des Betonpfahles in den Untergrund eine Information darüber, wie fest der Pfahl tatsächlich im Untergrund sitzt. Das gemessene Drehmoment ist nämlich bei Umfangsschmierung des Pfahles direkt der Eindringkraft des Pfahles in den Untergrund zugeordnet, die ihrerseits wieder die Belastbarkeit des Pfahles vorgibt; wird der Pfahl nicht am Umfang geschmiert, so ist das gemessene Drehmoment repräsentativ für den Eindringwiderstand, wie gerade dargelegt, in Kombination mit der Umfangs-Haftreibung zwischen Pfahl und Erdreich. Auch diese Kräfte sind wiederum charakteristisch für die spätere Belastbarkeit des Pfahles. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist man somit nicht an pauschale Schätzungen und die Ergebnisse nicht exakt am Eindringungsort eines Pfahles durchgeführter Probebohrungen gebunden.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
    • Figur 1: eine seitliche, teilweise geschnittene Ansicht eines vorgefertigten Betonpfahles sowie einer Vorrichtung zum Hineindrehen dieses Pfahles in das Erdreicht;
    • Figur 2: ein schematisches Blockschaltbild der Hydraulikanlage der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung;
    • Figuren 3 bis 5: seitliche Ansichten abgewandelter Betonpfähle, welche in das Erdreich hineingedreht werden können;
    • Figur 6: eine Aufsicht auf eine gemeinsame Kopfplatte, durch welche die von den oberen Enden benachbarter Betonpfähle getragenen Formschlußmittel drehschlüssig verbunden sind;
    • Figur 7: einen vergrößerten Teilschnitt durch eine der Rippen des in Figur 1 gezeigten Betonpfahles; und
    • Figuren
    • 8 und 9: transversale Schnitte durch Betonpfähle mit in Umfangsrichtung veränderlicher Rippengeometrie.
  • In Figur 1 ist ein vorgefertigter Betonpfahl teilweise in einen Untergrund 12 hineingeschraubt wiedergegeben. Die hierzu verwendete Vorrichtung, welche auf den Betonpfahl 10 eine axiale Kraft ausübt und diesen zugleich um seine Längsachse dreht, ist in Figur insgesamt mit 14 bezeichnet. Der Betonpfahl 10 hat eine auf seiner Außenfläche verlaufende wendelförmige Rippe 16 und ist im Inneren mit einem wendelförmigen Armierungteil 18 versehen. Letzteres ist in der Zeichnung so dargestellt, wie wenn es aus einem Band gefertigt wäre; in der Praxis kann das Armierungsteil 18 in üblicher Weise aus gebogenen und sich überkreuzenden Armierungseisen hergestellt sein, wie übliche Armierungen von Betonpfählen. Der Betonpfahl 10 kann zusätzlich zum Armierungsteil 18 weitere in der Zeichnung nicht wiedergegebene Armierungsteile umfassen, welche in bekannter Weise in axialer Richtung verlaufende und in Umfangsrichtung verlaufende Armierungseisen aufweisen.
  • Das obere Ende des Armierungsteiles 18 ist an einem käfig- ähnlichen Armierungskopf 20 festgeschweißt, der seinerseits fest mit einem Antriebsvierkant 22 verbunden ist.
  • Der Antriebsvierkant 22 findet in einer Antriebsöffnung 24 eines Antriebskranzes 26 formschlüssig Aufnahme. Letzterer ist drehbar und axial abgestützt zwischen zwei Stirnplatten 28, 30 eines insgesamt mit 32 bezeichtneten Bohrkopfes angeordnet. Die Stirnplatten 28, 30 sind durch eine vordere Endplatte 34 sowie eine hintere Endplatte 36 sowie durch Seitenplatten 38 auf Abstand gehalten und begrenzen zusammen mit den letzteren eine Getriebekammer. In letzterer läuft ein mit dem Antriebskranz 26 kämmendes Ritzel 40 um, welches auf der Welle eines umlaufenden Hydromotors 42 sitzt.
  • Der gesamt Bohrkopf 32 ist über Verlängerungen der Seitenplatten 38 auf einem Bohrmast 44 verfahrbar. Hierzu ist an der oberen Stirnplatte 28 die Kolbenstange 46 eines langen hydraulischen Arbeitszylinders 48 angelenkt, dessen Gehäuse an einem auskragenden Arm 50 des oberen Endes des Bohrmastes 44 abgestützt ist.
  • Der Bohrmast 44 selbst ist über angelenkte Streben 52, 54 mit einem nicht dargestellten Fahrzeug verbunden und kann durch letzteres von einem Einsatzort zum anderen transportiert werden. Durch Verfahren der Streben 52, 54 kann der Bohrmast 44 auch in seiner Neigung eingestellt werden.
  • Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist mit der Kolbenstange 46 oder einem starr zusammen mit dieser bewegten Teil ein linearer Stellungsgeber 56 mechanisch gekoppelt. Ähnlich wird die Drehung des Antriebskranzes 26 durch einen an die Welle des Hydromotors 42 mechanisch angekoppelten Winkelgeber 58 erfaßt, welcher durch ein vielgängiges Potentiometer oder eine Stroboskopscheibe mit nachgeschaltetem Zähler gebildet sein kann.
  • Der Stellungsgeber 56 und der Winkelgeber 58 sind ebenso mit Eingängen einer Steuereinheit 60 verbunden wie ein Bedienungsfeld 62, welches neben einem Eingabefeld 64 für allgemeine Arbeitsparameter einen Einstellknopf 66 für die Steigung der Rippe 16 sowie einen Einstellknopf 68 für die Länge des Betonpfahles aufweist. Die Einstellknöpfe 66 und 68 sind nur zur Heraushebung der zugeordneten Eingabegröße getrennt herausgezeichnet; es versteht sich, daß man diese Größen im Bedarfsfalle genauso über das allgemeine Eingabefeld, welches neben Steuertasten ein alphanumerisches Tastenfeld umfassen kann, eingeben kann. Zu den dort eingegebenen allgemeinen Arbeitsparamemetern gehört insbesondere die im Hinblick auf die Bodenfestigkeit gewählte Soll-Geschwindigkeit, mit welcher der Betonpfahl 10 in den Untergrund 12 hineingeschraubt werden soll.
  • Durch die Steuereinheit 60 werden zwei 4/3-Magnetventile 70, 72 gesteuert, über welche der Hydromotor 42 bzw. der Arbeitszylinder 48 für den Antrieb in beiden Arbeitsrichtungen mit einer von einer nicht gezeigten Hydraulikpumpe her kommenden Druckleitung 74 bzw. einer zu einem nicht gezeigten Druckmittelsumpf führenden Rücklaufleitung 76 verbindbar sind.
  • Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist in die eine Zuleitung zum Hydromotor 42 eine einstellbare Drossel 78 eingefügt, welche durch einen Servomotor 80 verstellt wird. Ähnlich ist in die zum hinteren Arbeitsraum des Arbeitszylinders 48 führende Zuleitung eine einstellbare Drossel 82 eingefügt, welche durch einen Servomotor 84 verstellt wird.
  • Die beiden Servomotoren 80 und 84 werden von der Steuereinheit 60 her derart erregt, daß die dem oberen Ende des Betonpfahles aufgeprägte wendelförmige Bewegung die gleiche Steigung hat wie die Rippe 16.
  • Dabei arbeitet die Steuereinheit 60 vorzugsweise so, daß sie zunächst die der Soll-Geschwindigkeit entsprechende Vorschubgeschwindigkeit an der Kolbenstange 46 einzustellen sucht. Die Drehgeschwindigkeit des Hydromotors 42 wird dagegen in Abhängigkeit vom über den Stellungsgeber 56 gemessenen zurückgelegten Ist-Weg der Kolbenstange 46 geregelt.
  • Durch diese Zwangssynchronisierung von Axialbewegung und Drehbewegung des Betonpfahles 10 ist gewährleistet, daß dieser in den Untergrund 12 hineingeschraubt wird und keine Freiräume um den Betonpfahl herum geschaffen werden.
  • Die Nachführung der Drehzahl des Hydromotors 42 an den Ist-Hub der Kolbenstange 46 erfolgt vorzugsweise zumindest so lange, bis einige Gänge der Rippe 16 im Untergrund gefaßt haben und durch bloßes Weiterdrehen des Betonpfahles 10 aufgrund der Abstützung der Rippen die zum Verdrängen des Erdreiches notwendige axiale Kraft bereitgestellt werden kann. In diesem Fall kann die Arbeitsweise der Steuereinheit 60 dann so abgewandelt werden, daß sie zunächst in erster Linie die Drehgeschwindigkeit des Hydromotors 42 gemäß der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit für den Betonpfahl 10 einstellt, während der Arbeitszylinder 48 gerade soweit mit Druckmittel beaufschlagt wird, wie dies zum Erbringen etwaiger Reste der axialen Vorschubkraft notwendig ist (gemäß dem Zurückbleiben der Ist-Stellung der Kolbenstange 46 verglichen mit einer Soll-Stellung, welche sich aus dem Gesamt-Drehwinkel des Betonpfahles 10 unter Berücksichtigung der Steigung der Rippe 16 ergibt).
  • Für eine Pfahlgründung wird unter Verwendung des oben beschriebenen Betonpfahles und der oben beschriebenen Vorrichtung zunächst in einer Fabrik der Betonpfahl hergestellt, wobei man den Antriebsvierkant 22, das Armierungsteil 18, den Armierungskopf 20 sowie weitere Armierungsbestandteile in bekannter Weise vorfertigt und durch Verschweißen fest miteinander verbindet. Die so erhaltene Einheit wird in eine Form mit einer Innenkontur eingebracht, wie sie der gewünschten Außenkontur des Betonpfahles 10 entspricht. In diese Form wird dann der Beton eingegossen, und wenn eine ausreichende Eigenfestigkeit des Betons erhalten worden ist, kann der Betonpfahl 10 ausgeformt werden. Dies kann bei Verwendung einer geteilten Form durch Abnehmen des Formdekkels und Entnehmen des fertigen Pfahles erfolgen; bei Verwendung einer einteiligen Form, bei welcher die Forminnenfläche dann mit einem Trennmittel überzogen wird, auch durch Herausschrauben des fertigen Betonpfahles 10.
  • Die so hergestellten Betonpfähle können massive Pfähle sein, man kann unter Verwendung einer umlaufenden Form aber auch hohle Schleuderbeton-Pfähle herstellen. Es versteht sich ferner, daß man beim Herstellen der Betonpfähle 10 auch die Armierung unter Spannung setzen kann, so daß man vorgespannte Betonpfähle erhält.
  • Die so hergestellten, in der Praxis zwischen 10 und 20 Meter langen Betonpfähle werden auf einem Fahrzeug zur Baustelle gefahren. Dort wird dann jeweils ein Pfahl mit einem Hebezeug, wie es üblicherweise an Bohrvorrichtungen zum Handhaben von Bohrrohren vorgesehen ist, bei hochgefahrenem Bohrkopf 32 unter diesen gestellt und im wesentlichen vertikal ausgerichtet. Dann wird der Bohrkopf 32 abgesenkt, so daß der Antriebsvierkant 22 in den Antriebskranz 26 eingeführt wird. Nun kann das Hebezeug gelöst werden.
  • Der Hydromotor 42 und der Arbeitszylinder 48 werden nunmehr bei zunächst vertikaler Pfahlausrichtung so lange in Gang gesetzt, bis sich die Pfahlspitze so weit in den Untergrund hineingearbeitet hat, daß sie in seitlicher Richtung nicht mehr ausweicht. Nunmehr wird durch Verstellen der Streben 52, 54 der Bohrmast 44 in diejenige Richtung geneigt, in welcher der Betonpfahl 10 in den Untergrund hineingeschraubt werden soll. Anschließend werden der Hydromotor 42 und der Arbeitszylinder 48 über die Steuereinheit 60 gesteuert wieder mit Druckmittel versorgt, und der Betonpfahl 10 wird in der oben schon genauer beschriebenen Art und Weise rasch in den Untergrund 12 hineingeschraubt. In der Praxis kann ein etwa 12 Meter langer Pfahl in insgesamt 6 Minuten (Hauptzeit) in einen mittelschweren Untergrund hineingeschraubt werden, so daß man bei Pfahlgründungen mit eng benachbarten Pfählen auf eine Leistung von rund zehn Pfählen pro Stunde kommt.
  • Figur 3 zeigt einen abgewandelten Betonpfahl 10, bei welchem sich die wendelförmige Rippe 16 nur über einen Teil seiner axialen Länge erstreckt. Ein derartiger Pfahl wird verwendet, wenn die oberste Schicht des Erdreiches sehr hart ist und durch Rammen überwunden werden muß. Man erhält dann aber die mit dem Hineindrehen eines Betonpfahles in den Untergrund verbundenen Vorteile immer noch während der zweiten Phase des Einbringens in den Untergrund, wodurch sich immer noch erhebliche Zeiteinsparungen und eine erhebliche Verminderung der Geräuschbelästigung ergeben.
  • Umgekehrt kann man auch nur den unteren Pfahlabschnitt mit einer wendelförmigen Rippe versehen, wobei man dann den beim oberen Pfahlabscnitt verbleibenden leeren Gewindegang im Untergrund mit Flüssigbeton verfüllen kann, wenn dies notwendig sein sollte.
  • Der in Figur 4 gezeigte Betonpfahl unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zum einen dadurch, daß er eine Schneidspitze 86 aufweist, welche sjch durch harte Schichten des Untergrundes hindurcharbeiten kann.
  • Außerdem hat man eine zweigängige Rippenanordnung bestehend aus zwei um 180 Grad in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Rippen 16a und 16b, wobei diese Rippen zudem sehr breit und ballig sind. Beim in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Breite des Fußes der Rippen der halben Wendelsteigung, so daß die beiden ineinandergeschachtelten Rippen 16a und 16b einander berühren. Das Rippenprofil ist kreisförmig. Ein derartige Umfangskontur aufweisender Betonpfahl eignet sich besonders gut für den Einsatz in elastisch nachgiebigem Untergrund, welcher in die durch die Rippen vorgegebenen Rücksprünge zurückfedern kann.
  • Der in Figur 5 gezeigte Betonpfahl unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu einen dadurch, daß sein Hauptkörper leicht kegelförmig ausgebildet ist, sich zum unteren Ende hin verjüngt. Damit leisten auch die oberen Abschnitte der Rippe 16 noch eine radiale Verdrängungsarbeit, wenn sie in die von den unteren Rippenabschnitten schon geschnittenen Vertiefungen des Untergrundes eintreten.
  • Zudem hat der Betonpfahl 10 nach Figur 5 eine Spitze, bei welcher ausklappbare halbkegelförmige Schneidwerkzeuge 88, 90 vorgesehen sind. Letztere sind auf einen am unteren Pfahlende angeformten kegelstumpfförmigen Sitz 92 auflegbar, so daß sie die in Figur 5 gestrichelt eingezeichnete geschlossene Kegelspitze 94 bilden. Im vom Sitz 92 abgeklappten Zustand, der in Figur 5 durch ausgezogene Linien wiedergegeben ist, erzeugen die Schneidwerkzeuge 88, 90 einen Freiraum 96, welcher sich je nach dem Zeitpunkt, zu welchem die Schneidwerkzeuge ausgefahren werden, über einen kleineren oder größeren Teil des unteren Endes des Betonpfahles erstreckt.
  • Der Freiraum 96 kann über einen axialen Durchgangskanal 98 des Betonpfahles mit Flüssigbeton ausgefüllt werden und - falls gewünscht - durch Druckbeaufschlagung zu einer vergrößerten Zwiebel aufgeweitet werden.
  • Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 4 und 5 unterscheiden sich von den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ferner durch die Drehmoment übertragende Verbindung zwischen dem oberen Pfahlende und dem Bohrkopf 32.
  • Der Betonpfahl nach Figur 4 hat am oberen Ende einen transversalen Durchgang 100, in welchen ein Stahlbolzen 102 hineingesteckt ist. Letzterer-arbeitet mit komplementären Nuten in der inneren Umfangsfläche eines entsprechend abgewandelten Antriebskranzes zusammen. Beim in Figur 5 gezeigten Betonpfahl ist an das obere Ende des Pfahles selbst ein große Kantenlänge aufweisender Vierkant 104 angeformt.
  • Es versteht sich, daß weitere Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele dadurch erhalten werden können, daß man die beschriebenen Pfahl-Hauptteile, Spitzen und Formschlußmittel in anderer Kombination zusammensetzt.
  • Wie aus Figur 6 ersichtlich, kann man die Antriebsvierkante 22 benachbarter Betonpfähle 10, welche gleich weit in den Untergrund 12 hineingeschraubt wurden, durch eine gemeinsame Kopfplatte 108 fest verbinden, welche Ausnehmungen 110 aufweist, in welchen jeweils ein Antriebsvierkant 22 formschlüssig Aufnahme findet.
  • Wie aus Figur 7 ersichtlich, kann man einen Armierungsabschnitt 112 des Betonpfahles 10 teilweise in die Rippe 16 hineinziehen, um die dynamische Festigkeit der Rippe 16 zu erhöhen. Zusätzlich kann man an dem radial außen liegenden Ende dieses Armierungsabschnittes 112 eine wendelförmige Schutzschiene 114 befestigen, die mit einer außenliegenden auftraggeschweißten Verschleißschicht 116 versehen ist. Da die Schutzschiene 114 an dem Armierungsabschnitt 112 schon vor dem Gießen des Pfahles befestigt ist, geht ihre Außenfläche bündig in die Außenfläche des Betons über. Die Schutzschiene 114 erleichtert das Schneiden von Gewindegängen im Untergrund und braucht in der Regel nur im unteren Abschnitt des Betonpfahles vorgesehen zu werden, da der dort gelegene Teil der Rippe 16 den größten Teil der Schneid- und Verdrängungsarbeit leisten muß und sich am längsten im Eingriff mit dem Untergrund befindet.
  • Wie in Figur 8 am Beispiel einer im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisenden Rippe 16 gezeigt, kann man die Rippe 16 unterbrechen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind für jeden Gang der Rippe 16 zwei einander diametral gegenüberliegende Durchbrechungen 118 vorgesehen. Diese Durchbrechungen sind beim Hineinschrauben des Betonpfahles 10 in den Untergrund 12 insofern von Bedeutung, als sie zusätzliche Schneidkanten darstellen. In die Durchbrechungen 118 kann aber nach Beendigung des Hineinschraubens auch Material des Untergrundes hineinfedern, so daß der Betonpfahl 10 in Drehrrichtung zusätzlich arretiert wird.
  • Der in Figur 8 gezeigte Betonpfahl 10 hat einen innenliegenden axialen Durchgang 120, über welchen ein Schmiermittel vom oberen Pfahlende zur Pfahlspitze und von dort zum Pfahlumfang gepreßt werden kann. Ein derartiger mittiger Durchgang verringert das Flächenträgheitsmoment des Pfahles und damit sein Vermögen zur Drehmomentübertragung nicht nennenswert; auch die statische Belastbarkeit in axialer Richtung wird nur geringfügig erniedrigt. Der Durchgang 120 wird nach völligem Einbringen des Betonpfahles 10 in den Untergrund mit Beton ausgegossen.
  • Den letztgenannten Vorteil erhält man auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 9, bei welchem die Rippe 16 einen in axialer Aufsicht gesehen gewellten Rand 120 hat.

Claims (12)

1. Vorgefertigter Betonpfahl zum Einbringen ins Erdreich, welcher durch eine Armierung verstärkt ist und zumindest auf einem Teil seiner Außenfläche mit einer wendelförmigen Rippenanordnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung ein wendelförmiges Armierungsteil (18) aufweist, dessen Drehsinn demjenigen der Rippenanordnung (16) entgegengesetzt ist.
2. Betonpfahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Belastbarkeit der Armierung vom oberen zum unteren Pfahlende im wesentlichen kontinuierlich abnimmt.
3. Betonpfahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Abschnitt des Rückens der Rippenanordnung (16) eine verschleißfeste Schutzschiene (114) trägt.
4. Betonpfahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschiene (114) mit der Armierung (112) fest verbunden ist.
5. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenanordnung (16) Unterbrechungen (118) aufweist.
6. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der außenliegende Rand (120) der Rippenanordnung (16) in axialer Sicht gewellt ist.
7. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei seinem oberen Ende Formschlußmittel vorgesehen sind, über welche ein weiteres Pfahlsegment ankuppelbar ist, welches hierzu komplementäre Formschlußmittel am unteren Ende und vorzugsweise gleiche Formschlußmittel am oberen Ende aufweist.
8. Verfahren zum Einschrauben von Betonpfählen nach Anspruch 7 ins Erdreich, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußteile benachbarter ins Erdreich eingebrachter Betonpfähle in einer gemeinsamen Kopfplatte drehschlüssig festgelegt werden.
9. Vorrichtung zum Einschrauben eines Betonpfahles nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ins Erdreich, gekennzeichnet durch einen Drehantrieb (26, 40, 42), dessen Abtriebsteil (26) mit einem mit dem oberen Pfahlende (22) zusammenarbeitenden treibenden Formschlußteil (24) versehen ist; durch einen Linearantrieb (48), dessen Abtriebsteil (46) direkt oder mittelbar über den Drehantrieb auf das obere Ende des Betonpfahles (10) arbeitet; durch einen dem Drehantrieb (26, 40, 42) zugeordneten Winkelgeber (58) sowie einen dem Linearantrieb (48) zugeordneten linearen Stellungsgeber (56); und durch eine Steuereinheit (60), welche in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen von Winkelgeber (58) und Stellungsgeber (46) sowie von Steuersignalen, welche der Steigung der Rippenanordnung (16) und einer Soll-Einbringgeschwindigkeit für den Betonpfahl (10) entsprechen, den Drehantrieb (26, 40, 42) sowie den Linearantrieb (48) steuert.
10. Vorrichtung an Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (26, 40, 42) und der Linearantrieb (48) hydraulische Motoren sind, und die Steuereinheit (60) auf Servodrosseln (78 bis 84) arbeitet, die in eine der Anschlußleitungen des betrachteten Antriebes geschaltet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen FÜhler für das zum Eindrehen des Betonpfahles notwendige Drehmoment aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Drehmomentfühlers zur Vorgabe der Soll-Einbringgeschwindigkeit verwendet wird.
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