EP0253988A1 - Vorgefertigtes Betonteil sowie Verfahren zum Einbringen eines solchen in das Erdreich - Google Patents

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EP0253988A1
EP0253988A1 EP87107458A EP87107458A EP0253988A1 EP 0253988 A1 EP0253988 A1 EP 0253988A1 EP 87107458 A EP87107458 A EP 87107458A EP 87107458 A EP87107458 A EP 87107458A EP 0253988 A1 EP0253988 A1 EP 0253988A1
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EP
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concrete part
tool
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concrete
recess
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Withdrawn
Application number
EP87107458A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Magnus Dipl.-Ing. Mauch
Hans Von Dobbeler
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Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Original Assignee
Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
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    • 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 pile or tubular concrete part and a method for introducing such into the ground.
  • a concrete part still has to withstand high loads after penetrating the soil, e.g. when it is a hollow concrete pile, which essentially serves only as a lost formwork, into which in-situ concrete and the necessary reinforcement is placed, or when a hollow concrete part is to serve as a section of a pipeline.
  • the concrete part would then have to receive an expensive reinforcement, which is only required during the screwing into the ground, but is oversized or even completely unnecessary for the intended permanent use of the pile.
  • the present invention is intended to develop a prefabricated concrete part in accordance with the preamble of claim 1 in such a way that it is buried in the ground without expensive reinforcement can be screwed in richly.
  • a screwing tool is inserted into the non-circular cross-section in the central axial recess, which can be subjected to high torsion. Since this tool is used repeatedly, higher tool costs can be accepted.
  • the development of the invention according to claim 2 is advantageous with regard to avoiding linear contact between the screwing tool and the concrete part, with regard to an edge-free inner surface of the concrete part and with regard to a good absorption of ring stresses.
  • the development of the invention according to claim 5 is advantageous with regard to a low weight, easy handling and low manufacturing costs of the insertion tool.
  • part of the displaced ground can be taken up via the interior of the screwing tool.
  • a dam 10 is indicated in FIG. 1, through which a pipeline having a large diameter is to be laid. This is done using a prefabricated concrete pipe, generally designated 12, which positively receives a screwing tool, generally designated 14, which is rotated around its axis (arrow 18) using an only schematically indicated drive head 16 and is advanced along its axis (arrow 20) .
  • the concrete pipe 12 has an essentially cylindrical outer surface 22, on which a helical rib 24 is formed.
  • the latter has an essentially triangular cross section and gives the concrete pipe 12 the property of a self-tapping screw in the ground.
  • the concrete pipe At its front end, located on the right in FIG. 1, the concrete pipe has a tip 26 which displaces the soil and which - as shown - can be provided with a cutting edge 28.
  • the concrete pipe 12 has an internal axial recess 30 which extends from the rear end of the concrete pipe 12 in FIG. 1 to the tip 26 thereof.
  • the recess 30 has a cross-sectional area that is delimited by an ellipse.
  • the ratio of the ellipse half axes is between 0.7 and 0.9.
  • the outer contour of the transverse cross-sectional area of the screw-in tool 14 corresponds to a small clearance fit, taking into account the usual surface roughness of prefabricated concrete parts and the dirt on the surface of the screw-in tool 14 which cannot be avoided in practice. This means that the outer surface of the screwing tool 14 comes into substantial flat contact with the inner wall of the recess 30 after rotation by a small angle. In this way, the power transmission between the screwing tool 14 and the concrete pile 12 is distributed in the circumferential direction, and mainly ring stresses and radial loads are generated in the material of the concrete pipe 12, which the concrete pipe 12 can absorb due to its shape.
  • the screwing tool 14 is in turn a hollow cylinder with an elliptical cross section, the wall thickness of the screwing tool 14 being chosen so large that the torque transmission to the tip of the concrete pipe 12 takes place predominantly or exclusively via the screwing tool. In this way, the various sections of the concrete pipe 12 lying axially one behind the other are largely freed from the task of torque transmission.
  • the insertion tool 14 is hollow, not only is its weight kept small, which is advantageous both in terms of ease of use and in view of low manufacturing costs, and one can also pass through the interior of the insertion tool 14 from the top of the concrete pipe Take up 12 accumulating soil when the concrete pipe 12 is formed with an open end in a modification of the embodiment shown in Figure 1.
  • the drive head 16 can be moved along the desired tube axis by a corresponding slide.
  • the dam 10 When the concrete pipe 12 is screwed into the ground, in the exemplary embodiment considered here the dam 10, the angular speed and the feed speed of the drive head 16 are coordinated with one another in a manner corresponding to the slope of the rib 24. If the concrete pipe 12 has been screwed into the ground to the desired length, in the exemplary embodiment considered here, it has been completely screwed through the dam 10, then the rotary movement of the drive head 16 is terminated and the screwing tool 14 is removed from the concrete pipe in the opposite direction by arrows 20 in the opposite direction 12 pulled out. After removal of the tip 26, one then has a piece of pipeline crossing the dam 10, which can be connected to conventional external lines. As can be seen from FIG. 2, this piece of pipeline then has a smooth internal cross section, which is well suited for the conveyance of contaminated liquids.
  • FIG. 3 shows a transverse section through a modified concrete pipe, in which the inner axial recess 30 has a hexagonal cross section.
  • This modified concrete pipe is used together with a correspondingly modified screwing-in tool which has a hexagonal cross section matching the recess 30.
  • the screwing-in tool is expediently composed of segments of the same length, which in turn are held together via torque-transmitting, releasable connections and are each applied in accordance with the progress of the introduction of the segments.
  • axially somewhat deformable compensating elements are preferably inserted between the individual pile or tube segments, while cooperating stops on the successive tool segments ensure that the successive segment outer surfaces are exactly aligned with one another, so that the entire insertion tool is unhindered from the several segments composite pile or tube can be pulled out.

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Abstract

Zum Eindrehen eines vorgefertigten hohlen, rohr- oder pfahlartigen Betonteiles (12) in das Erdreich ist eine mittige axiale Ausnehmung (30) desselben mit unrundem Querschnitt ausgebildet. In diese Ausnehmung (30) wird ein entsprechend unrunden Querschnitt aufweisendes Eindrehwerkzeug (14) eingesetzt, welches die Drehmomentübertragung zur Spitze des Betonteiles (12) hin übernimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein vorgefertigtes pfahl- oder rohr­artiges Betonteil sowie ein Verfahren zum Einbringen eines solchen in das Erdreich.
  • In "Baumaschine und Technik", 9. Jahrgang, 1962, Seiten 253ff. ist ein Betonpfahl angegeben, welcher auf seiner Außenseite mit einer wendelförmigen Rippenanordnung versehen ist. Auf die­se Weise kann der Betonpfahl ähnlich wie eine Schraube rasch und ohne große Geräuschbelästigung ins Erdreich eingebracht werden.
  • Damit der Betonpfahl die zu seinem Einbringen aufzuwenden­den Drehmomente sicher vom getriebenen Pfahlende zum vor­deren Pfahlende übertragen kann, wird in der Hauptanmeldung eine speziell ausgebildete Armierung vorgeschlagen. Diese Armierung kann bei gesetztem Pfahl zugleich statische Auf­gaben übernehmen.
  • Für manche Anwendungsfälle ist es jedoch nicht notwendig, daß ein Betonteil nach dem Eindringen ins Erdreich noch hohen Belastungen standhalten muß, so z.B. dann, wenn es sich um einen hohlen Betonpfahl handelt, der im wesentli­chen nur als verlorene Schalung dient, in welche Ortsbeton und die jeweils notwendige Armierung eingebracht wird, oder auch dann, wenn ein hohles Betonteil als Teilstück einer Rohrleitung dienen soll. In diesem Falle müßte das Beton­teil dann eine teure Armierung erhalten, die nur während des Eindrehens ins Erdreich benötigt wird, für den in Aus­sicht genommenen Dauereinsatz des Pfahles aber überdimensi­oniert oder gar ganz entbehrlich ist.
  • Durch die vorliegende Erfindung soll ein vorgefertigtes Betonteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiter­gebildet werden, daß es ohne aufwendige Armierung ins Erd­ reich eingeschraubt werden kann.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Beton­teil gemäß Anspruch 1.
  • Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Betonteiles wird in die unrunden Querschnitt aufweisende mittige axiale Ausnehmung ein Eindrehwerkzeug eingesetzt, welches auf hohe Torsion belastbar ist. Da dieses Werkzeug wiederholt eingesetzt wird, können höhere Werkzeugkosten in Kauf genommen werden.
  • Über die Formschlußverbindung zwischen der Umfangsfläche des Eindrehwerkzeuges und der Umfangswand der axialen Aus­nehmung des Betonteiles werden die notwendigen Eindrehmo­mente ohne grössere Belastung des Materiales des Betontei­les übertragen: Die Drehmomentübertragung erfolgt weitaus überwiegend oder ausschließlich über das Eindrehwerkzeug.
  • Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf das Vermeiden linienhaften Kontaktes zwischen Eindrehwerkzeug und Betonteil, im Hinblick auf eine kanten­freie Innenfläche des Betonteiles und im Hinblick auf eine gute Aufnahme von Ringspannungen von Vorteil.
  • Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist im Hinblick auf ein niederes Gewicht, leichte Handhabbarkeit und geringe Herstellungskosten des Eindrehwerkzeuges von Vorteil.
  • Bringt man ein Betonteil gemäß Anspruch 6 ins Erdreich ein, so kann über den Innenraum des Eindrehwerkzeuges ein Teil des verdrängten Erdreiches aufgenommen werden.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
    • Figur 1: Eine seitliche Ansicht eines Betonrohres sowie eines mit ihm zusammenarbeitenden Eindrehwerkzeu­ges, teilweise axial geschnitten;
    • Figur 2: Einen transversalen Schnitt durch das Betonrohr nach Figur 1 in vergrößertem Maßstab; und
    • Figur 3: Einen transversalen Schnitt, ähnlich zu Figur 2, durch ein abgewandeltes Betonrohr.
  • In Figur 1 ist ein Damm 10 angedeutet, durch welchen hin­durch eine großen Durchmesser aufweisende Rohrleitung ver­legt werden soll. Dies erfolgt unter Verwendung eines vor­gefertigten, insgesamt mit 12 bezeichneten Betonrohres, das formschlüssig ein insgesamt mit 14 bezeichnetes Ein­drehwerkzeug aufnimmt, welches unter Verwendung eines nur schematisch angedeuteten Antriebskopfes 16 um seine Achse gedreht (Pfeil 18) und längs seiner Achse vorgeschoben (Pfeil 20) wird.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich, hat das Betonrohr 12 eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche 22, an welche eine wendelförmige Rippe 24 angeformt ist. Letztere hat im we­sentlichen dreieckigen Querschnitt und gibt dem Betonrohr 12 die Eigenschaft einer selbstschneidenden Schraube im Erdreich. Bei seinem vorderen, in Figur 1 rechts gelegenen Ende hat das Betonrohr eine das Erdreich verdrängende Spitze 26, die - wie dargestellt - mit einer Schneidkante 28 ver­sehen sein kann.
  • Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich, hat das Beton­rohr 12 eine innenliegende axiale Ausnehmung 30, welche sich vom hinteren, in Figur 1 links gelegenen Ende des Be­tonrohres 12 bis zu dessen Spitze 26 hin erstreckt. Die Ausnehmung 30 hat eine Querschnittsfläche, die durch eine Ellipse begrenzt ist. Das Verhältnis der Ellipsenhalbachsen liegt in der Praxis zwischen 0,7 und 0,9.
  • Die Außenkontur der transversalen Querschnittsfläche des Eindrehwerkzeuges 14 entspricht unter Berücksichtigung der üblichen Oberflächenrauhigkeit vorgefertigter Betonteile und der in der Praxis nicht vermeidbaren Verschmutzungen auf der Oberfläche des Eindrehwerkzeuges 14 einer kleinen Spielpassung. Dies bedeutet, daß die Außenfläche des Ein­drehwerkzeuges 14 nach Drehung um einen kleinen Winkel in im wesentlichen flächige Anlage an die Innenwand der Aus­nehmung 30 kommt. Auf diese Weise erfolgt die Kraftüber­tragung zwischen dem Eindrehwerkzeug 14 und dem Betonpfahl 12 in Umfangsrichtung verteilt, und im Material des Beton­rohres 12 werden überwiegend Ringspannungen und radiale Belastungen erzeugt, welche das Betonrohr 12 auf Grund sei­ner Formgebung gut aufnehmen kann.
  • Das Eindrehwerkzeug 14 ist seinerseits ein Hohlzylinder mit elliptischem Querschnitt, wobei die Wandstärke des Ein­drehwerkzeuges 14 so groß gewählt ist, daß die Drehmoment­übertragung zur Spitze des Betonrohres 12 hin weitaus über­wiegend oder ausschließlich über das Eindrehwerkzeug er­folgt. Die verschiedenen axial hintereinander liegenden Abschnitte des Betonrohres 12 sind auf diese Weise glei­chermaßen weitestgehend von der Aufgabe der Drehmoment­übertragung befreit.
  • Dadurch, daß das Eindrehwerkzeug 14 hohl ist, wird nicht nur sein Gewicht klein gehalten, was sowohl im Hinblick auf eine einfache Handhabung als auch im Hinblick auf ge­ringe Herstellungskosten von Vorteil ist, man kann auch durch das Innere des Eindrehwerkzeuges 14 von der Spitze des Betonrohres 12 her anfallendes Erdreich aufnehmen, wenn das Betonrohr 12 in Abwandlung des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispieles mit einem offenen Ende ausgebildet wird.
  • Obwohl dies in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist, versteht sich, daß der Antriebskopf 16 durch einen entspre­chenden Schlitten längs der gewünschten Rohrachse verfahr­bar ist. Beim Eindrehen des Betonrohres 12 ins Erdreich, beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel also den Damm 10, werden die Winkelgeschwindigkeit und die Vorschubge­schwindigkeit des Antriebskopfes 16 so aufeinander abge­stimmt, wie dies der Steigung der Rippe 24 entspricht. Ist das Betonrohr 12 auf die gewünschte Länge ins Erdreich ein­gedreht worden, beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel vollständig durch den Damm 10 hindurchgedreht worden, so wird die Drehbewegung des Antriebskopfes 16 beendet und das Eindrehwerkzeug 14 wird durch reine Translationsbewegung in dem Pfeile 20 entgegengesetzter Richtung aus dem Beton­rohr 12 herausgezogen. Nach Entfernen der Spitze 26 hat man dann ein den Damm 10 durchquerendes Rohrleitungsstück, wel­ches an herkömmliche externe Leitungen angeschlossen werden kann. Wie aus Figur 2 ersichtlich, hat dieses Rohrleitungs­stück dann einen glatten Innenquerschnitt, der sich gut für die Führung auch verunreinigter Flüssigkeiten eignet.
  • Figur 3 zeigt einen transversalen Schnitt durch ein abge­wandeltes Betonrohr, bei welchem die innenliegende axiale Ausnehmung 30 sechseckigen Querschnitt aufweist. Dieses abgewandelte Betonrohr wird zusammen mit einem entspre­chend abgewandelten Eindrehwerkzeug verwendet, welches zur Ausnehmung 30 passenden sechseckigen Querschnitt hat.
  • Es versteht sich, daß man analog wie oben für Betonrohre beschrieben, auch vertikale oder schräg geneigte Betonpfähle setzen kann, wobei man nach dem Herausziehen des Eindreh­werkzeuges in die Ausnehmung 30 eine Armierung einsetzen kann und anschließend die gesamte Ausnehmung mit Ortsbeton verfüllen kann, um so einen Verbundpfahl mit hoher stati­scher Belastbarkeit zu erzeugen, bei welchem der ursprüng­liche, vorgefertigte Betonpfahl die Funktion einer verlo­renen Schalung und einer Verankerung im Erdreich erfüllt.
  • Es versteht sich ferner, daß man an Stelle eines einzigen pfahl- oder rohrartigen Betonteiles auch mehrere axial hin­tereinander gesetzte Pfahl- oder Rohrsegmente verwenden kann, wobei die einzelnen Segmente in an sich von Bohrloch­auskleidungen her bekannter Weise durch Gewindeverbindungen oder Bajonettverbindungen miteinander verbunden sein können. In diesem Falle wird dann das Eindrehwerkzeug zweckmäßig aus gleich langen Segmenten zusammengesetzt, die ihrerseits über drehmomentübertragende lösbare Verbindungen zusammen­gehalten sind und jeweils gemäß dem Fortschreiten des Ein­bringens der Segmente angesetzt werden. In diesem Falle werden zwischen die einzelnen Pfahl- oder Rohrsegmente vor­zugsweise axial etwas verformbare Ausgleichselemente ein­gefügt, während durch zusammenarbeitende Anschläge auf den aufeinander folgenden Werkzeugsegmenten gewährleistet ist, daß die aufeinanderfolgenden Segmentaußenflächen exakt auf­einander ausgerichtet sind, so daß das gesamte Eindrehwerk­zeug unbehindert aus dem aus mehreren Segmenten zusammenge­setzten Gesamtpfahl oder Gesamtrohr herausgezogen werden kann.

Claims (8)

1. Vorgefertigtes pfahl- oder rohrartiges Betonteil zum Einbringen ins Erdreich, welches zumindest auf einem Teil seiner Außenfläche mit einer wendelförmigen Rippen­anordnung versehen ist und gegebenenfalls eine Armie­rung aufweist, da­durch gekennzeichnet, daß es eine sich über einen gro­ßen Teil seiner Axialerstreckung, vorzugsweise über seine ganze Länge verlaufende mittige axiale Ausnehmung (30) aufweist, die unrunden Querschnitt hat.
2. Betonteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausnehmungsquerschnitt eine glatt durchgehende ge­schlossene Begrenzungslinie hat, vorzugsweise ein Oval, eine Ellipse oder Eiform.
3. Betonteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausnehmungsquerschnitt durch ein Polygon, insbeson­dere ein Sechseck begrenzt ist.
4. Verfahren zum Einbringen eines Betonteiles nach einem der Ansprüche 1-3 in das Erdreich, bei welchem das Be­tonteil am Einbringungsort in gewünschter Weise ausge­richtet wird und anschließend um seine Längsachse unter gleichzeitiger Ausübung einer axialen Vorschubbewegung in das Erdreich gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die axiale Ausnehmung (30) ein auf hohe Torsion belastbares, vorzugsweise aus Stahl gefertigtes Eindreh­werkzeug (14) gesteckt wird, welches sich im wesentli­chen über die Gesamtlänge der Ausnehmung (30) erstreckt und mit einem die Dreh- und Vorschubbewegung erzeugen­den Antrieb (16) gekoppelt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohles Eindrehwerkzeug (14) verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betonteil (12) mit offenem vorderem Ende verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekenn­zeichnet, daß nach dem Eindrehen eines ersten Segmentes des Betonteiles unter Verwendung eines entsprechend langen Werkzeugsegmentes weitere Betonteilsegmente und Werkzeugsegmente gleicher Länge angesetzt und einge­dreht werden, derart, daß die Werkzeugsegmente insge­samt eine fluchtend durchgehende Außenfläche haben und die Stoßfugen zwischen Betonteilsegmenten und Werkzeug­segmenten in gemeinsamen Ebenen liegen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugsegmente zusammenarbeitende Anschläge auf­weisen, bei deren Ineingriffkommen das Fluchten der Segmentaußenflächen gewährleistet ist, und zwischen die Betonteilsegmente axial verformbare Ausgleichs­stücke eingefügt werden.
EP87107458A 1986-07-23 1987-05-22 Vorgefertigtes Betonteil sowie Verfahren zum Einbringen eines solchen in das Erdreich Withdrawn EP0253988A1 (de)

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