EP2148011A1 - Pfahlelement - Google Patents

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Publication number
EP2148011A1
EP2148011A1 EP08013462A EP08013462A EP2148011A1 EP 2148011 A1 EP2148011 A1 EP 2148011A1 EP 08013462 A EP08013462 A EP 08013462A EP 08013462 A EP08013462 A EP 08013462A EP 2148011 A1 EP2148011 A1 EP 2148011A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pile
pile element
sleeve
element according
shaft
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Withdrawn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
EP08013462A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich Ing. Steinlechner
Hermann Bmstr.Dipl.-HTL-Ing. Schrattenthaler
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.)
Bauer Spezialtiefbau GmbH
Original Assignee
Bauer Spezialtiefbau GmbH
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 Bauer Spezialtiefbau GmbH filed Critical Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority to EP08013462A priority Critical patent/EP2148011A1/de
Publication of EP2148011A1 publication Critical patent/EP2148011A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/24—Prefabricated piles
    • 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
    • E02D5/52—Piles composed of separable parts, e.g. telescopic tubes ; Piles composed of segments
    • E02D5/523—Piles composed of separable parts, e.g. telescopic tubes ; Piles composed of segments composed of segments

Definitions

  • the invention relates to a pile element for constructing a driven pile with a shank, a foot part which is provided at the lower end of the shank, and a head part which is arranged at the upper end of the shank and which has a sleeve-shaped receptacle for receiving a foot part of an adjacent pile element Preamble of claim 1.
  • Such pile elements serve for a modular construction of a pile pile, wherein first a first pile element is driven into the ground by means of a piling device. According to the desired length another pile element is inserted with its foot in the head part of the already driven pile element. Then, the patch pile element is also driven with the pile driver in the ground, the lower pile element is further lowered. This process can be repeated with additional pile elements until a pile pile of the desired length is formed.
  • Such pile elements are made to ensure the necessary strength for the ramming as metal castings from a ductile cast iron, such as ductile iron, so that the specially shaped head and foot parts are stable. Due to the casting technology-related need to avoid larger wall thickness jumps the freedom of design is limited in the formation of the pile element. Overall, this leads to a relatively complex production of such a metal pile element.
  • the invention has for its object to provide a pile element, which is particularly stable and at the same time efficiently produced.
  • the shank is formed of a concrete material and that the head part is at least partially formed of metal.
  • a basic idea of the invention can be seen in producing a pile element no more than a one-piece cast metal pile but as a composite part.
  • individual areas of the pile element can be formed from a respective material corresponding to the requirements.
  • the production of the rod-shaped shaft made of a concrete material is particularly suitable for the absorption of compressive forces.
  • the head part which is also subject to tensile and bending stresses due to its function, is formed partially or completely from metal.
  • such a particularly stable pile element can be produced, which is also efficient and inexpensive to produce, since no complex metal casting process for a relatively large pile element is more necessary.
  • a preferred embodiment of the pile element according to the invention is that the sleeve-shaped receptacle of the head part has an opening which is conical, is formed to open upwards, and that the foot part is formed correspondingly conical for insertion into the opening of the receptacle.
  • the sleeve-shaped receptacle can have the same outer diameter as the adjacent shaft part.
  • the head part is funnel-shaped overall in the region of the receptacle, so that an approximately constant wall thickness remains in the region of the conical receiving opening.
  • This conical opening within the sleeve-shaped receptacle is formed so that the correspondingly formed, pointed or wedge-shaped downwardly tapering foot can fit, to form a frictional connection, can be added.
  • the inclination of the conical surface may be preferably 1:10 to 1:25, whereby a good clamping effect is achieved.
  • a particularly stable design of the pile element is achieved according to the invention in that a sleeve made of metal is provided for forming the head part.
  • This sleeve may preferably form the entire head part or only areas thereof, the remaining areas may also be formed of concrete material.
  • This sleeve can be made in a simple manner as a cast or forged cast iron, steel or other metal, since the head part forms only a relatively small part of the pile element, which usually has a length between 2 to 8 m.
  • the sleeve has an annular inner shoulder on its inner side and that the foot part has an annular abutment surface, which is designed to contact the inner shoulder.
  • the annular inner shoulder on the head part serves as a stop which limits the maximum insertion depth of the adjacent foot part in the sleeve-shaped receptacle.
  • the risk of destroying the sleeve-shaped receptacle is largely excluded by excessive clamping forces.
  • the sleeve-shaped receptacle has an annular Umschnürungswandung and / or a tensile reinforcement for connection to the shaft of the concrete material.
  • the annular Umschnürungswandung can be the metal sleeve on the head part, which encloses and stabilizes an inner sleeve made of concrete.
  • the Umschnürungswandung may alternatively or additionally be arranged in the transition region of the metal part on the head part, where this merges into the shank of concrete. This also increases the stability of the pile element.
  • a tensile reinforcement also called a tensile tensile reinforcement
  • This splitting tensile reinforcement may be an annularly arranged perforated plate, a helix, a steel grid or a tube which extends concentrically to the center axis of the pile element in the region of the shank made of concrete.
  • the tensile reinforcement can be welded to the sleeve or attached in any other way. This tensile reinforcement on the one hand creates a particularly stable connection to the concrete material and ensures on the other hand, a good and gentle power transmission of the ramming forces from the head part in the shaft of the pile element.
  • an outer sleeve made of metal is provided on the foot part.
  • This outer sleeve is in particular conically shaped and forms the contact and / or clamping surface when inserted into a head portion of an adjacent pile element.
  • this longitudinal ribs and grooves may be provided in the two adjacent head or foot parts, so that defined Vermoslagen or anti-rotation are guaranteed.
  • holes for fastening screws or retaining bolts may be provided in the head and / or foot parts.
  • the concrete material is a high-strength concrete, in particular a UHPC concrete.
  • High-strength concrete materials provide sufficient stability even with larger ramming forces.
  • Strength values of 100 to 800 MPa or N / mm 2 can be achieved in particular with a UHPC (Ultra High Performance Concrete) concrete, ie an ultra-high-strength concrete.
  • UHPC Ultra High Performance Concrete
  • This allows the use of the pile elements in a comparable manner as the conventional metal casting piles.
  • a particular advantage is that concrete is easier and more energy-efficient to process than a metal casting material.
  • the strength of the concrete shank part is further increased according to the invention in that the concrete material fibers, preferably in a proportion of 0.5 to 5 vol .-%, comprises.
  • the fibers may in particular be formed from steel, carbon, plastic, glass, etc., and preferably have a length of 5 to 50 mm and a diameter of 0.01 to 0.5 mm.
  • reinforcing elements are provided in the concrete material.
  • the shaft can be formed as a solid material part.
  • the shaft is tubular with a preferred wall thickness between 10 mm to 200 mm. So it is sufficient for a tubular shaft with an internal cavity for stability while saving weight.
  • the shaft can be formed on its inside or outside in cross-section circular or angular, in particular four or polygonal. An angular design of the concrete shaft and possibly the adjacent header and footer is both from a technical view and to achieve an additional anti-rotation of the Pile in the soil advantageous.
  • the stem may be shaped as a straight rod or tube or slightly conical, tapering downwards.
  • a holder for a pile tip is formed on the foot part.
  • the pile tip which may be made of metal or concrete, is provided for the construction of the pile pile on the first or lowermost pile element.
  • the holder may be a simple receiving opening on the underside of the foot part.
  • the holder In a tubular shaft, the holder is formed in a simple manner through the interior of the tubular body.
  • the pile tip can have outlet openings, so that a liquid or a suspension is introduced through the continuous interior space inside the pile element through the pile tip into the soil.
  • a cement paste, a mortar / concrete or another hardening suspension can be introduced into the surrounding soil via the pile tip.
  • This suspension can act during the introduction as a kind of lubricant, so that you can work with lower ramming forces. After the ramming pile has been lowered, this suspension, in particular the cement paste, can harden, so that the skin friction of the pile pile increases towards the ground.
  • the invention also includes a foundation piling pile having at least one of the pile members described above.
  • a pile pile can be modularly constructed from a plurality of the described pile elements, so that in a simple and economical way, a piling pile with any length can be created.
  • the individual pile elements can each have the same length.
  • the lowermost or the uppermost pile element may have a different dimensioning or design according to a predetermined total length of the pile pile.
  • a shaft 20 is tubular with a continuous cylindrical interior 22 formed of a high strength concrete material. Integral with the shaft 20, the foot part 30 is formed, through which the outer diameter of the shaft 20 is gradually tapered. As a result, an outer cone surface 36 is created, which tapers downwardly to a horizontally extending annular stop surface 32.
  • a head part 40 with a sleeve-shaped receptacle 42 is formed from a metal material.
  • the upper part of the head part 40 comprises a conically shaped sleeve 46 with an opening 44, wherein on the inside of the sleeve 46, an inner cone surface 45 is formed.
  • the inner cone surface 45 of the head part 40 is formed to fit the outer cone surface 36 of the foot part 30, so that a further pile element 10 can be connected to a foot part 30 by clamping with the head part 40 to form a modular piling pile.
  • the inner cone surface 45 is closed on its underside by an annular inner shoulder 48 which projects radially inwardly from the sleeve 46.
  • the radial extent of the inner shoulder 48 is adapted to the wall thickness of the tubular shaft 20.
  • a metallic cylinder is attached as a tensile reinforcement 54 by means of a welded joint 58.
  • the tensile reinforcement 54 serves to increase the contact area between the head portion 40 made of metal and the molded shank of concrete material, so that a stable connection between the two parts is formed.
  • the cylinder forming the tension reinforcement 54 can additionally be provided with through-holes or formed from a perforated plate.
  • the second embodiment of a pile element 10 according to the invention Fig. 2 is largely according to the pile element 10 of Fig. 1 educated.
  • the head part 40 has a lower Umschnürungswandung 52 below adjacent to the inner shoulder 48. This is formed integrally with the metallic sleeve 46, such as by casting from a ductile cast iron or by forging.
  • the lower Umschnürungswandung 52 stabilizes the transition region between the larger diameter head portion 40 and the shaft 20.
  • the lower Umschnürungswandung 52 has the same outer diameter as the shaft 20.
  • the wall thickness of the annular lower Umschnürungswandung 52 is formed so that on the other hand, radially inwardly projecting inner shoulder 48, a tensile reinforcement 54 can be welded.
  • a tensile reinforcement 54 can be welded.
  • contour elements 56 on the lower Umschnürungswandung are provided as contour elements 56 on the lower Umschnürungswandung.
  • FIG. 2 An insertable pile tip 70 is also shown, which is usually used in the production of a modular pile pile in the first or lowermost pile element 10.
  • the pile tip 70 has a conical tip portion 71 which widened up to an outer diameter which corresponds approximately to the outer diameter of the annular abutment surface 32 of the foot portion 30, but may also be larger in diameter. Adjacent to the tip portion 71, a cylindrical tip shaft 74 is provided, the outer diameter of which is formed to match the inner diameter of the inner cavity 22 of the tubular shaft 20. In particular, a slight interference fit may be provided. Due to the diameter jump between the tip shaft 74 and the tip portion 71 an outer shoulder 72 is formed through which the pile tip 70 is held when driving the pile element 10 to the annular abutment surface 32 of the foot part 30.
  • the pile tip 70 which is preferably formed from a cast metal or a concrete casting material, has an injection channel 76, through which during or after ramming a hardening suspension, in particular cement paste, through the pile element 10 into the ground below the pile tip 70 can be introduced is.
  • the tip 70 could also be designed such that suspension exits laterally between the tip 70 and the shaft 20 at the end of the shaft 20. This suspension is used for lubricating the ramming of the pile 10 and to increase the skin friction after curing of the suspension.
  • the third embodiment of a pile element 10 according to the invention Fig. 3 is largely according to the pile element 10 of Fig. 2 educated. In a modification to this is in the embodiment according to Fig. 3
  • the foot part 30 is reinforced and it can in principle higher clamping forces when mating of two pile elements 10 can be achieved.
  • the pile element 10 according to Fig. 4 are shaft 20 and foot part 30 as in the pile element 10 of Fig. 3 educated. Also, the shape of the head portion 40 of the pile element 10 according to Fig. 4 corresponds to that of the pile element 10 of Fig. 3 , but a different choice of material is provided.
  • the sleeve-shaped, conical receptacle 42, the annular shoulder 48 and the lower Umschnürungswandung 52 of the head part 40 are also formed of a high-strength concrete material, wherein on the funnel-shaped receptacle 42, a metallic sleeve 46 is provided, which is arranged on an upper Umschnürungswandung 50.
  • the sleeve-shaped upper Umschnürungswandung 50 is firmly integrated together with the cylindrical tensile reinforcement 54 made of metal by casting with the concrete material in the head part 40.
  • the head part 40 could also by a Bonded with cement paste or by screw fasteners to the shaft 20 are connected.
  • the concrete part of the head part 40 can also be cast integrally with the shaft 20.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pfahlelement zum Aufbau eines Rammpfahles mit einem Schaft, einem Fußteil, das am unteren Ende des Schaftes vorgesehen ist, und einem am oberen Ende des Schaftes angeordneten Kopfteil, welches eine hülsenförmige Aufnahme zum Aufnehmen eines Fußteiles eines angrenzenden Pfahlelementes aufweist. Ein besonders stabiler und effizient herstellbarer Pfahl wird dadurch erreicht, dass der Schaft aus einem Betonmaterial gebildet ist und dass das Kopfteil zumindest teilweise aus Metall gebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Pfahlelement zum Aufbau eines Rammpfahles mit einem Schaft, einem Fußteil, das am unteren Ende des Schaftes vorgesehen ist, und einem am oberen Ende des Schaftes angeordneten Kopfteil, welches eine hülsenförmige Aufnahme zum Aufnehmen eines Fußteiles eines angrenzenden Pfahlelementes aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Pfahlelemente, welche beispielsweise aus der DE-U-94 14 813.9 bekannt sind, dienen zu einem modulartigen Aufbau eines Rammpfahles, wobei zunächst ein erstes Pfahlelement in den Boden mittels eines Rammgerätes eingetrieben wird. Entsprechend der gewünschten Länge wird ein weiteres Pfahlelement mit seinem Fußteil in das Kopfteil des bereits eingetriebenen Pfahlelementes eingesetzt. Sodann wird das aufgesetzte Pfahlelement mit dem Rammgerät ebenfalls in den Boden eingetrieben, wobei das untere Pfahlelement weiter abgesenkt wird. Dieser Vorgang kann mit weiteren Pfahlelementen so lange wiederholt werden, bis ein Rammpfahl der gewünschten Länge gebildet ist.
  • Derartige Pfahlelemente werden zur Gewährleistung der notwendigen Festigkeit für das Einrammen als Metallgussteile aus einem duktilen Gusseisen, etwa Sphäroguss, gefertigt, so dass die besonders geformten Kopf- und Fußteile stabil sind. Aufgrund der gusstechnisch bedingten Notwendigkeit der Vermeidung größerer Wanddickensprünge ist die Formgebungsfreiheit bei der Ausbildung des Pfahlelementes begrenzt. Insgesamt führt dies zu einer relativ aufwändigen Herstellung eines solchen Metallpfahlelementes.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pfahlelement anzugeben, welches besonders stabil und zugleich effizient herstellbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Pfahlelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Pfahlelementes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei dem Pfahlelement nach der Erfindung ist kennzeichnend, dass der Schaft aus einem Betonmaterial gebildet ist und dass das Kopfteil zumindest teilweise aus Metall gebildet ist.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Pfahlelement nicht mehr als einen einstückigen Metallgusspfahl herzustellen, sondern als ein Komposit-Teil vorzusehen. Hierdurch können einzelne Bereiche des Pfahlelementes aus einem jeweils den Anforderungen entsprechenden Material gebildet werden. Die Herstellung des stangenförmigen Schaftes aus einem Betonmaterial ist dabei besonders geeignet für die Aufnahme von Druckkräften. Hingegen wird das Kopfteil, welches funktionsbedingt auch Zug- und Biegebelastungen ausgesetzt ist, teilweise oder vollständig aus Metall gebildet. Insgesamt kann so ein besonders stabiles Pfahlelement erzeugt werden, welches auch effizient und kostengünstig herstellbar ist, da kein aufwändiges Metallgussverfahren für ein relativ großes Pfahlelement mehr notwendig ist.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pfahlelementes besteht darin, dass die hülsenförmige Aufnahme des Kopfteiles eine Öffnung aufweist, die konisch, sich nach oben öffnend ausgebildet ist, und dass das Fußteil entsprechend passend konisch zum Einstecken in die Öffnung der Aufnahme ausgebildet ist. Die hülsenförmige Aufnahme kann dabei denselben Außendurchmesser wie das angrenzende Schaftteil aufweisen. Bevorzugt ist das Kopfteil jedoch im Bereich der Aufnahme insgesamt trichterförmig ausgebildet, so dass im Bereich der konischen Aufnahmeöffnung eine etwa gleichbleibende Wandstärke verbleibt. Diese konische Öffnung innerhalb der hülsenförmigen Aufnahme ist so ausgebildet, dass das entsprechend ausgebildete, sich spitz oder keilförmig nach unten verjüngende Fußteil passend, unter Bildung einer kraftschlüssigen Verbindung, aufgenommen werden kann. Die Neigung der Konusfläche kann dabei vorzugsweise 1:10 bis 1:25 betragen, wodurch eine gute Klemmwirkung erreicht wird.
  • Eine besonders stabile Ausbildung des Pfahlelementes wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass zum Bilden des Kopfteiles eine Hülse aus Metall vorgesehen ist. Diese Hülse kann vorzugsweise das gesamte Kopfteil oder nur Bereiche hiervon bilden, wobei die verbliebenen Bereiche ebenfalls aus Betonmaterial gebildet sein können. Diese Hülse kann in einfacher Weise als Guss- oder Schmiedeteil aus Gusseisen, Stahl oder einem anderen Metall gefertigt werden, da das Kopfteil nur einen relativ kleinen Teil des Pfahlelementes bildet, welches üblicherweise eine Länge zwischen 2 bis 8 m aufweist.
  • Für ein effizientes Einrammen wird es als besonders zweckmäßig angesehen, dass die Hülse an ihrer Innenseite eine ringförmige Innenschulter aufweist und dass das Fußteil eine ringförmige Anschlagfläche aufweist, welche zum Kontaktieren der Innenschulter ausgebildet ist. Beim Zusammenstecken und Eintreiben von zwei angrenzenden Pfahlelementen dient die ringförmige Innenschulter am Kopfteil als Anschlag, welcher die maximale Einstecktiefe des angrenzenden Fußteils in die hülsenförmige Aufnahme begrenzt. Hierdurch wird die Gefahr eines Zerstörens der hülsenförmigen Aufnahme durch zu hohe Klemmkräfte weitgehend ausgeschlossen. Bei Anlage der Anschlagfläche des Fußteils des angrenzenden oberen Pfahlelementes an der ringförmigen Ringschulter des unteren Pfahlelementes wird auch eine gute, unmittelbare Kraftübertragung der Rammkräfte von dem Rammgerät in das untere Pfahlelement erreicht.
  • Nach der Erfindung ist es besonders bevorzugt, dass die hülsenförmige Aufnahme eine ringförmige Umschnürungswandung und/oder eine Zugbewehrung zur Verbindung mit dem Schaft aus dem Betonmaterial aufweist. Die ringförmige Umschnürungswandung kann dabei die Metallhülse am Kopfteil sein, welche eine Innenhülse aus Beton umschließt und stabilisiert. Die Umschnürungswandung kann alternativ oder ergänzend auch im Übergangsbereich des Metallteils am Kopfteil angeordnet sein, an dem dieses in den Schaft aus Beton übergeht. Auch hierdurch wird die Stabilität des Pfahlelementes erhöht.
  • Zusätzlich oder alternativ kann eine Zugbewehrung, auch Spaltzugbewehrung genannt, an der Unterseite der hülsenförmigen Aufnahme aus Metall vorgesehen sein. Diese Spaltzugbewehrung kann ein ringförmig angeordnetes Lochblech, eine Wendel, ein Stahlgitter oder ein Rohr sein, welches sich konzentrisch zur Mittenachse des Pfahlelementes in den Bereich des Schaftes aus Beton erstreckt. Die Zugbewehrung kann an die Hülse angeschweißt oder in sonstiger Weise befestigt sein. Diese Zugbewehrung schafft so einerseits eine besonders stabile Verbindung zu dem Betonmaterial und gewährleistet andererseits eine gute und schonende Kraftübertragung der Rammkräfte aus dem Kopfteil in den Schaft des Pfahlelementes.
  • Zur Erhöhung der Stabilität ist es weiter erfindungsgemäß, dass an dem Fußteil eine Außenhülse aus Metall vorgesehen ist. Diese Außenhülse ist insbesondere konisch geformt und bildet die Kontakt- und/oder Klemmfläche beim Einstecken in ein Kopfteil eines angrenzenden Pfahlelementes. Gegebenenfalls können hierbei Längsrippen und Nuten in den beiden angrenzenden Kopf- beziehungsweise Fußteilen vorgesehen sein, so dass definierte Verdrehlagen oder eine Verdrehsicherung gewährleistet sind. Gegebenenfalls können in den Kopf- und/oder Fußteilen auch Bohrungen für Befestigungsschrauben oder Haltebolzen vorgesehen sein.
  • Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass das Betonmaterial ein hochfester Beton, insbesondere ein UHPC-Beton, ist. Hochfeste Betonmaterialien gewähren eine ausreichende Stabilität auch bei größeren Rammkräften. Insbesondere mit einem UHPC (Ultra High Performance Concrete)-Beton, also einem ultrahochfesten Beton können Festigkeitswerte von 100 bis 800 MPa beziehungsweise N/mm2 erreicht werden. Dies erlaubt den Einsatz der Pfahlelemente in vergleichbarer Weise wie die herkömmlichen Metallgusspfähle. Dabei besteht ein besonderer Vorteil darin, dass Beton einfacher und energiesparender zu verarbeiten ist als ein Metallgussmaterial.
  • Die Festigkeit des Betonschaftteiles wird erfindungsgemäß noch dadurch erhöht, dass das Betonmaterial Fasern, vorzugsweise mit einem Anteil von 0,5 bis 5 Vol.-%, umfasst. Die Fasern können insbesondere aus Stahl, Kohlenstoff, Kunststoff, Glas etc. gebildet sein und vorzugsweise eine Länge von 5 bis 50 mm sowie Durchmesser von 0,01 bis 0,5 mm aufweisen. Weiterhin ist es auch möglich, dass im Betonmaterial Armierungselemente vorgesehen sind.
  • Grundsätzlich kann der Schaft als Vollmaterialteil gebildet sein. Nach der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der Schaft rohrförmig mit einer bevorzugten Wanddicke zwischen 10 mm bis 200 mm ausgebildet ist. Es ist also ein rohrförmiger Schaft mit einem Innenhohlraum für die Stabilität bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung ausreichend. Der Schaft kann dabei an seiner Innen- oder Außenseite im Querschnitt kreisförmig oder eckig, insbesondere vier- oder mehreckig ausgebildet sein. Eine eckige Ausbildung des Betonschaftes und gegebenenfalls der angrenzenden Kopf- und Fußzeile ist sowohl aus gusstechnischer Sicht als auch zum Erreichen einer zusätzlichen Verdrehsicherung des Pfahles im Boden vorteilhaft. Der Schaft kann als gerade Stange oder Rohr oder leicht konisch, sich nach unten verjüngend geformt sein.
  • Grundsätzlich ist es möglich, den Schaft zunächst aus dem Betonmaterial zu gießen und anschließend das mindestens eine Metallteil durch Kleben oder andere Verbindungsarten, etwa Schrauben, anzubringen. Unter Fertigungs- und Stabilitätsgesichtspunkten ist es jedoch vorteilhaft, dass der Schaft aus dem Betonmaterial gegossen und eine Verbindung zu dem mindestens einem Metallteil durch das Aushärten der Betonmasse erreicht wird. Hierzu ist es erfindungsgemäß, dass zum Angießen des Betonmaterials an das mindestens eine Teil aus Metall dieses an seiner Kontaktfläche mit Konturelementen, insbesondere Noppen, Rippen, Rillen, Nuten etc., versehen ist. Durch diese vor- und rückspringenden Konturenelemente wird die Kontaktfläche zwischen dem Betonteil und dem mindestens einem Metallteil erhöht. Dies verbessert auch die Kraft- und Spannungsübertragung zwischen diesen Teilen aus unterschiedlichen Materialien.
  • Weiter ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass an dem Fußteil eine Halterung für eine Pfahlspitze ausgebildet ist. Die Pfahlspitze, welche aus Metall oder Beton gefertigt sein kann, wird zum Aufbau des Rammpfahles an dem ersten oder untersten Pfahlelement vorgesehen. Die Halterung kann dabei eine einfache Aufnahmeöffnung an der Unterseite des Fußteiles sein. Bei einem rohrförmigen Schaft ist die Halterung in einfacher Weise durch den Innenraum des Rohrkörpers gebildet. Die Pfahlspitze kann Austrittsöffnungen aufweisen, so dass durch den durchgehenden Innenraum innerhalb des Pfahlelementes eine Flüssigkeit oder eine Suspension durch die Pfahlspitze hindurch in den Boden eingebracht werden. So kann beispielsweise während des Einrammens des Pfahlelementes ein Zementleim, ein Mörtel/Beton oder eine andere aushärtende Suspension über die Pfahlspitze in den umgebenden Boden eingebracht werden. Diese Suspension kann während des Einbringens als eine Art Schmiermittel wirken, so dass mit geringeren Rammkräften gearbeitet werden kann. Nach dem Niederbringen des Rammpfahles kann diese Suspension, insbesondere der Zementleim, aushärten, so dass sich die Mantelreibung des Rammpfahles zum Boden erhöht.
  • Die Erfindung umfasst auch einen Rammpfahl zur Bodengründung, welcher mindestens eines der oben beschriebenen Pfahlelemente aufweist. Ein derartiger Rammpfahl kann modular aus einer Vielzahl der beschriebenen Pfahlelemente aufgebaut werden, so dass in einfacher und wirtschaftlicher Weise ein Rammpfahl mit einer beliebigen Länge erstellt werden kann. Die einzelnen Pfahlelemente können jeweils die gleiche Länge aufweisen. Gegebenenfalls kann das unterste oder das oberste Pfahlelement entsprechend einer vorgegebenen Gesamtlänge des Rammpfahles eine unterschiedliche Dimensionierung oder Gestaltung aufweisen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben, welche schematisch in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Querschnittsansicht eines ersten erfindungsgemäßen Pfahlelementes;
    Fig. 2
    eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Pfahlelementes;
    Fig. 3
    eine schematische Querschnittsansicht eines dritten erfindungsgemäßen Pfahlelementes; und
    Fig. 4
    eine schematische Querschnittsansicht eines vierten erfindungsgemäßen Pfahlelementes.
  • Bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Pfahlelementes 10 nach Fig. 1 ist ein Schaft 20 rohrförmig mit einem durchgehenden zylindrischen Innenraum 22 aus einem hochfesten Betonmaterial gebildet. Einstückig mit dem Schaft 20 ist das Fußteil 30 gebildet, durch welches der Außendurchmesser des Schaftes 20 allmählich verjüngt wird. Hierdurch wird eine Außenkonusfläche 36 geschaffen, welche sich nach unten hin zu einer horizontal verlaufenden ringförmigen Anschlagfläche 32 verjüngt.
  • An der Oberseite des Schaftes 20 ist aus einem Metallmaterial ein Kopfteil 40 mit einer hülsenförmigen Aufnahme 42 gebildet. Der obere Teil des Kopfteiles 40 umfasst eine konisch geformte Hülse 46 mit einer Öffnung 44, wobei an der Innenseite der Hülse 46 eine Innenkonusfläche 45 gebildet ist. Die Innenkonusfläche 45 des Kopfteiles 40 ist passend zur Außenkonusfläche 36 des Fußteiles 30 gebildet, so dass zum Bilden eines modularartigen Rammpfahles ein weiteres Pfahlelement 10 mit einem Fußteil 30 klemmend mit dem Kopfteil 40 verbunden werden kann.
  • Die Innenkonusfläche 45 wird an ihrer Unterseite durch eine ringförmige Innenschulter 48 abgeschlossen, welche von der Hülse 46 radial nach innen vorsteht. Die radiale Erstreckung der Innenschulter 48 ist an die Wanddicke des rohrförmigen Schaftes 20 angepasst. An der Unterseite der Innenschulter 48 der Hülse 46 ist ein metallischer Zylinder als Zugbewehrung 54 mittels einer Schweißverbindung 58 angebracht.
  • Die Zugbewehrung 54 dient zur Erhöhung der Kontaktfläche zwischen dem Kopfteil 40 aus Metall und dem angegossenen Schaft aus Betonmaterial, so dass eine stabile Verbindung zwischen den beiden Teilen gebildet ist. Der die Zugbewehrung 54 bildende Zylinder kann hierzu zusätzlich mit Durchgangsbohrungen versehen oder aus einem Lochblech gebildet sein.
  • Die zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pfahlelementes 10 gemäß Fig. 2 ist weitgehend entsprechend dem Pfahlelement 10 von Fig. 1 ausgebildet. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform weist das Kopfteil 40 unterhalb angrenzend an die Innenschulter 48 eine untere Umschnürungswandung 52 auf. Diese ist einstückig mit der metallischen Hülse 46 ausgebildet, etwa durch Gießen aus einem duktilen Gusseisen oder durch Schmieden. Die untere Umschnürungswandung 52 stabilisiert den Übergangsbereich zwischen dem durchmessergrößeren Kopfteil 40 und dem Schaft 20. Hierzu weist die untere Umschnürungswandung 52 denselben Außendurchmesser wie der Schaft 20 auf.
  • Die Wandstärke der ringförmigen unteren Umschnürungswandung 52 ist so ausgebildet, dass an der demgegenüber weiter radial nach innen vorspringenden Innenschulter 48 eine Zugbewehrung 54 angeschweißt werden kann. Zur Vergrößerung der Kontaktfläche und zur Verstärkung der Verbindung sind Vorsprünge als Konturelemente 56 an der unteren Umschnürungswandung vorgesehen.
  • In Fig. 2 ist auch eine einsetzbare Pfahlspitze 70 dargestellt, welche üblicherweise beim Herstellen eines modular aufgebauten Rammpfahles in das erste oder unterste Pfahlelement 10 eingesetzt wird.
  • Die Pfahlspitze 70 weist ein konisches Spitzenteil 71 auf, welches sich nach oben bis zu einem Außendurchmesser verbreitert, welcher etwa dem Außendurchmesser der ringförmigen Anschlagfläche 32 des Fußteils 30 entspricht, aber auch durchmessergrößer sein kann. Angrenzend an das Spitzenteil 71 ist ein zylindrischer Spitzenschaft 74 vorgesehen, dessen Außendurchmesser passend zum Innendurchmesser des Innenhohlraumes 22 des rohrförmigen Schaftes 20 ausgebildet ist. Insbesondere kann eine leichte Presspassung vorgesehen sein. Durch den Durchmessersprung zwischen dem Spitzenschaft 74 und dem Spitzenteil 71 ist eine Außenschulter 72 gebildet, durch welche die Pfahlspitze 70 beim Einrammen des Pfahl-elementes 10 an der ringförmigen Anschlagfläche 32 des Fußteiles 30 gehalten ist.
  • Die Pfahlspitze 70, welche vorzugsweise aus einem Metallguss- oder auch einem Betongussmaterial gebildet ist, weist einen Injektionskanal 76 auf, durch welchen beim oder nach dem Einrammen eine aushärtende Suspension, insbesondere Zementleim, durch das Pfahlelement 10 hindurch in den Boden unterhalb der Pfahlspitze 70 einbringbar ist. Die Spitze 70 könnte auch so ausgebildet sein, dass Suspension am Ende des Schaftes 20 seitlich zwischen Spitze 70 und Schaft 20 austritt. Diese Suspension dient zum Schmieren beim Einrammen des Pfahles 10 sowie zur Erhöhung der Mantelreibung nach Aushärtung der Suspension.
  • Die dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pfahlelementes 10 gemäß Fig. 3 ist weitgehend entsprechend dem Pfahlelement 10 von Fig. 2 ausgebildet. In Abänderung hierzu ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 jedoch am Fußteil 30 eine konische Außenhülse 34 aus Metall, insbesondere Stahl, vorgesehen, durch welche auch die Außenkonusfläche 36 gebildet ist. Durch die metallische Außenhülse 34 wird das Fußteil 30 verstärkt und es können grundsätzlich höhere Klemmkräfte beim Zusammenstecken von zwei Pfahlelementen 10 erreicht werden.
  • Bei dem Pfahlelement 10 gemäß Fig. 4 sind Schaft 20 und Fußteil 30 wie bei dem Pfahlelement 10 von Fig. 3 ausgebildet. Auch die Form des Kopfteiles 40 des Pfahlelementes 10 gemäß Fig. 4 entspricht dem des Pfahlelementes 10 von Fig. 3, jedoch ist eine andere Materialwahl vorgesehen.
  • Die hülsenförmige, konische Aufnahme 42, die Ringschulter 48 und die untere Umschnürungswandung 52 des Kopfteiles 40 sind ebenfalls aus einem hochfesten Betonmaterial gebildet, wobei an der trichterförmigen Aufnahme 42 eine metallische Hülse 46 vorgesehen ist, welche an einer oberen Umschnürungswandung 50 angeordnet ist. Die hülsenförmige obere Umschnürungswandung 50 ist zusammen mit der zylindrischen Zugbewehrung 54 aus Metall durch Vergießen mit dem Betonmaterial in das Kopfteil 40 fest eingebunden. Selbstverständlich könnte das Kopfteil 40 auch durch eine Klebeverbindung mit Zementleim oder durch Schraubbefestigungen mit dem Schaft 20 verbunden werden. Der Betonteil des Kopfteiles 40 kann auch einstückig mit dem Schaft 20 gegossen sein.

Claims (12)

  1. Pfahlelement zum Aufbau eines Rammpfahles, mit
    - einem Schaft (20),
    - einem Fußteil (30), das am unteren Ende des Schaftes (20) vorgesehen ist, und
    - einem am oberen Ende des Schaftes (20) angeordneten Kopfteil (40), welches eine hülsenförmige Aufnahme (42) zum Aufnehmen eines Fußteiles (30) eines angrenzenden Pfahlelementes (10) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Schaft (20) aus einem Betonmaterial gebildet ist und
    - dass das Kopfteil (40) zumindest teilweise aus Metall gebildet ist.
  2. Pfahlelement nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die hülsenförmige Aufnahme (42) des Kopfteiles (40) eine Öffnung (44) aufweist, die konisch, sich nach oben öffnend ausgebildet ist, und
    dass das Fußteil (30) entsprechend passend konisch zum Einstecken in die Öffnung (44) der Aufnahme (42) ausgebildet ist.
  3. Pfahlelement nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Bilden des Kopfteiles (40) eine Hülse (46) aus Metall vorgesehen ist.
  4. Pfahlelement nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hülse (46) an ihrer Innenseite eine ringförmige Innenschulter (48) aufweist und
    dass das Fußteil (30) eine ringförmige Anschlagfläche (32) aufweist, welche zum Kontaktieren der Innenschulter (48) ausgebildet ist.
  5. Pfahlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die hülsenförmige Aufnahme (42) eine ringförmige Umschnürungswandung (50, 52) und oder eine Zugbewehrung (54) zur Verbindung mit dem Schaft (20) aus dem Betonmaterial aufweist.
  6. Pfahlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem Fußteil (30) eine Außenhülse (34) aus Metall vorgesehen ist.
  7. Pfahlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Betonmaterial ein hochfester Beton, insbesondere ein UHPC-Beton, ist.
  8. Pfahlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Betonmaterial Fasern, vorzugsweise mit einem Anteil von 0,5 bis 5 Vol.-%, umfasst.
  9. Pfahlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaft (20) rohrförmig mit einer Wanddicke zwischen 10 mm bis 200 mm ausgebildet ist.
  10. Pfahlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Angießen des Betonmateriales an das mindestens eine Teil aus Metall dieses an seiner Kontaktfläche mit Konturelementen (56), insbesondere Noppen, Rippen, Rillen, Nuten etc., versehen ist.
  11. Pfahlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem Fußteil (30) eine Halterung für eine Pfahlspitze (70) ausgebildet ist.
  12. Rammpfahl zur Bodengründung,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dieser mindestens ein Pfahlelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
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